适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路及恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于QPSK~QAM256的高速载波恢复电路及恢复方法，恢复电路包括：乘法器、功率检测模块、极性判决模块、全星座判决模块、鉴相器、模式自动转换模块、环路滤波器、数控振荡器。本发明专利技术采用了极性判决算法和全星座判决算法相结合的方式，在工作时先进入捕获模式，它通过设定功率检测门限允许信噪比较大的符号（星座图外围的点）通过，将其判决为相应象限星座对角线上的点，通过环路不断调整得到粗略的频偏；捕获频偏后再转入跟踪模式，利用DD算法环路以降低稳态方差。

【技术实现步骤摘要】
适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路及恢复方法
本专利技术涉及一种适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路及恢复方法。
技术介绍
在QAM传输系统中，接收端通常采用相干解调方式，这就要求接收端在解调时必须产生一个与载波同频相干的载波。而随着QAM信号阶数的提高，频偏和相偏对系统解调性能的影响越敏感，其对同步性能的要求也越来越高。因此，必须在接收端对系统中的频偏和相偏进行更精确的补偿，使得接收端与发送端的载波信号达到同频同相，来提高解调系统的性能。QAM载波同步的主要算法有：面向判决(DD)算法(全星座判决算法)、减星座(RC)算法和极性判决算法。面向判决算法是将接收到的信号根据最近原则判到最近的量化星座点上，对接收到的信号星座图与理想的星座图作比较，求得相位差值作为误差信号。稍大的频偏就进入到了别的星座点所对应的区域，这也决定了DD算法一般只适用于小频偏的载波恢复。减星座算法是针对DD算法采用全星座判决这个缺点的一种改进算法，其核心思想就是只判决星座图的四个角点符号，角点符号因为半径最长，信噪比最大，它提供的星座信息较其它点也更可靠。但是RC算法不适用于32QAM、128QAM等矩形星座图，不具备通用性。另外RC仅仅考虑星座的角点，随着QAM调制方式阶数的增多，其角点符号出现的概率越来越小，这样可以使用的信息越来越少，因此RC算法不能用于高阶QAM调制。极性判决算法是对RC算法的一种改进，它的功率检测门限值是有多个，在不同的模式下使用不同的门限值。极性判决算法则可以选取任意多的到原点距离较远点进行检测，并只考虑这些点所处的象限(即极性)。通过将门限设置变低，允许较多的符号通过，这样可以得到粗略的频偏，然后再将门限值增高使得到更精确的频偏。DD算法是对数据进行直接判决的，所以要求初始的相位偏差必须足够的小，在信噪比较低的时候，估计性能也将随着信号判决的误码率的提高而迅速下降，通过DD算法可以获得较小的稳态相位误差，但是捕获频偏范围小。而极性判决算法具有更强的频偏捕获能力，但是相应的稳态抖动较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路及恢复方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路，包括：乘法器：用于接收外部己经成功完成时钟恢复和自动增益增益控制的、且针对不同的调制方式完成了数据归一化的信号y(n)，和数控振荡器的输出信号，将两个信号相乘后产生新的信号q(n)；功率检测模块：用于接收信号q(n)，对信号q(n)进行过滤，允许信噪比较大的符号通过，所述的信噪比较大的符号为星座图外围的点；极性判决模块：用于对功率检测模块处理过后的信号进行极性判决，将其判决为相应象限星座对角线上的点；全星座判决模块：用于接收信号q(n)，对信号q(n)进行全星座判决，将其判决到量化星座点上；鉴相器：用于对极性判决模块或者全星座判决模块输出的信号进行鉴相，输出相位误差信号ψ(n)；模式自动转换模块：用于接收鉴相器输出的信号ψ(n)，并判断极性判决模块是否完成对所有符号的初步频偏补偿，如果是则控制全星座判决模块进行全星座判决并同时对环路滤波器的环路增益进行控制，否则继续通过功率检测模块和极性判决模块进行极性判决；环路滤波器：用于接收鉴相器输出的信号ψ(n)以及模式自动转换模块输出的环路增益控制信号，对信号ψ(n)进行校正载波相位偏差和校正载波频率偏差；数控振荡器：用于接收环路滤波器的相位信号并进行处理后得到相位信号，并输出至乘法器。所述的功率检测模块设置有门限R，当输入信号q(n)的功率满足|q(n)|2＞R2时，让信号q(n)进入极性判决模块，极性判决模块收到符号的极坐标将其判到对应的对角线上，然后进入鉴相器鉴相。所述的高速载波恢复电路还包括一个模式切换开关，所述的模式切换开关设置于鉴相器的输入端，用于接收来自模式自动转换模块的切换信号；模式切换开关的初始位置使得功率检测模块、极性判决模块和鉴相器形成通路；当模式切换开关接收到模式自动转换模块的发出的切换信号，则使得全星座判决模块和鉴相器形成通路。所述的全星座判决模块对信号q(n)进行全星座判决时，将接收到的信号根据最近原则判到最近的量化星座点上。所述的模式自动转换模块包括：寄存器单元：用于保存鉴相器输出的相位误差信号ψ(n)；计数器单元：用于保存计数值COUNT；相位误差信号判断与处理单元：用于对相位误差信号进行判决，并对计数器单元的计数值COUNT进行处理：判断相位误差信号是否不等于0并且小于模式转换门限Th：如果是则对计数器单元进行加1操作；如果不是则进一步判断相位误差信号是否等于0：如果是则返回第一个判断，如果不是则将计数值COUNT清0后返回第一个判断；计数值判断与信号发送模块：用于计数值COUNT是否等于预设的规定值NUM，如果是则进行发送模式转换信号和环路增益控制信号。所述的环路滤波器包括用于校正载波相位偏差的相位跟踪支路和用于校正载波频率偏差的频率跟踪支路，所述的相位跟踪支路包括第一增益系数模块G1和第一加法器，所述的频率跟踪支路包括第二加法器、第二增益系数模块G2和复数模块；鉴相器输出的信号ψ(n)分别输出至第一增益系数模块G1和第二加法器的第一输入端，第一增益系数模块G1的输出端与第一加法器的第一输入端连接，第二加法器的输出端分别与第二增益系数模块G2和复数模块连接，复数模块的输出端与第二加法器的第二输入端连接，第二增益系数模块G2的输出端与第一加法器的第二输入端连接，第二加法器的输出端输出信号至数控振荡器；第一增益系数模块G1和第二增益系数模块G2的增益控制输入端接收来自模式自动转换模块的增益控制信号。适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复方法，包括捕获模式步骤、模式切换步骤和跟踪模式步骤；所述的捕获模式步骤用于通过环路不断调整得到粗略的频偏，包括以下子步骤：S11：乘法器将外部己经成功完成时钟恢复和自动增益增益控制的、且针对不同的调制方式完成了数据归一化的信号y(n)和数控振荡器的输出信号进行相乘，产生信号q(n)；S12：功率检测模块接收信号q(n)，对信号q(n)进行过滤，允许信噪比较大的符号通过，所述的信噪比较大的符号为星座图外围的点；S13：极性判决模块对功率检测模块处理过后的信号进行极性判决，将其判决为相应象限星座对角线上的点；S14：鉴相器对极性判决模块输出的信号进行鉴相，输出相位误差信号ψ(n)；S15：相位误差信号ψ(n)经过环路滤波器后驱动数控振荡器工作，数控振荡器输出的频率为与信号同步的工作频率；所述的模式切换步骤包括以下子步骤：S21：模式自动转换模块实时获取步骤S14中的相位误差信号ψ(n)；S22：模式自动转换模块根据相位误差信号ψ(n)，判断所述的捕获模式步骤是否完成极性判决算法对所有符号的初步频偏补偿：如果是则进入跟踪模式步骤，同时向环路滤波器输出增益控制信号；否则继续捕获模式步骤；所述的跟踪模式步骤用于降低稳态方差，包括以下子步骤：S31：全星座判决模块接收信号q(n)，对信号q(n)进行全星座判决，将其判决到量化星座点上；S32：鉴相器对全星座判决模块输出的信号进行鉴相，输出相位误本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路，其特征在于：包括：乘法器：用于接收外部己经成功完成时钟恢复和自动增益增益控制的、且针对不同的调制方式完成了数据归一化的信号y(n)，和数控振荡器的输出信号，将两个信号相乘后产生新的信号q(n)；功率检测模块：用于接收信号q(n)，对信号q(n)进行过滤，允许信噪比较大的符号通过，所述的信噪比较大的符号为星座图外围的点；极性判决模块：用于对功率检测模块处理过后的信号进行极性判决，将其判决为相应象限星座对角线上的点；全星座判决模块：用于接收信号q(n)，对信号q(n)进行全星座判决，将其判决到量化星座点上；鉴相器：用于对极性判决模块或者全星座判决模块输出的信号进行鉴相，输出相位误差信号ψ(n)；模式自动转换模块：用于接收鉴相器输出的信号ψ(n)，并判断极性判决模块是否完成对所有符号的初步频偏补偿，如果是则控制全星座判决模块进行全星座判决并同时对环路滤波器的环路增益进行控制，否则继续通过功率检测模块和极性判决模块进行极性判决；环路滤波器：用于接收鉴相器输出的信号ψ(n)以及模式自动转换模块输出的环路增益控制信号，对信号ψ(n)进行校正载波相位偏差和校正载波频率偏差；数控振荡器：用于接收环路滤波器的相位信号并进行处理后得到相位信号，并输出至乘法器。...

【技术特征摘要】
1.适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路，其特征在于：包括：乘法器：用于接收外部己经成功完成时钟恢复和自动增益增益控制的、且针对不同的调制方式完成了数据归一化的信号y(n)，和数控振荡器的输出信号，将两个信号相乘后产生新的信号q(n)；功率检测模块：用于接收信号q(n)，对信号q(n)进行过滤，允许信噪比较大的符号通过，所述的信噪比较大的符号为星座图外围的点；极性判决模块：用于对功率检测模块处理过后的信号进行极性判决，将其判决为相应象限星座对角线上的点；全星座判决模块：用于接收信号q(n)，对信号q(n)进行全星座判决，将其判决到量化星座点上；鉴相器：用于对极性判决模块或者全星座判决模块输出的信号进行鉴相，输出相位误差信号ψ(n)；模式自动转换模块：用于接收鉴相器输出的信号ψ(n)，并判断极性判决模块是否完成对所有符号的初步频偏补偿，如果是则控制全星座判决模块进行全星座判决并同时对环路滤波器的环路增益进行控制，否则继续通过功率检测模块和极性判决模块进行极性判决；环路滤波器：用于接收鉴相器输出的信号ψ(n)以及模式自动转换模块输出的环路增益控制信号，对信号ψ(n)进行校正载波相位偏差和校正载波频率偏差；数控振荡器：用于接收环路滤波器的相位信号并进行处理后得到相位信号，并输出至乘法器。2.根据权利要求1所述的适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路，其特征在于：所述的功率检测模块设置有门限R，当输入信号q(n)的功率满足|q(n)|2＞R2时，让信号q(n)进入极性判决模块，极性判决模块收到符号的极坐标将其判到对应的对角线上，然后进入鉴相器鉴相。3.根据权利要求1所述的适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路，其特征在于：所述的高速载波恢复电路还包括一个模式切换开关，所述的模式切换开关设置于鉴相器的输入端，用于接收来自模式自动转换模块的切换信号；模式切换开关的初始位置使得功率检测模块、极性判决模块和鉴相器形成通路；当模式切换开关接收到模式自动转换模块的发出的切换信号，则使得全星座判决模块和鉴相器形成通路。4.根据权利要求1所述的适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路，其特征在于：所述的全星座判决模块对信号q(n)进行全星座判决时，将接收到的信号根据最近原则判到最近的量化星座点上。5.根据权利要求1所述的适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路，其特征在于：所述的模式自动转换模块包括：寄存器单元：用于保存鉴相器输出的相位误差信号ψ(n)；计数器单元：用于保存计数值COUNT；相位误差信号判断与处理单元：用于对相位误差信号进行判决，并对计数器单元的计数值COUNT进行处理：判断相位误差信号是否不等于0并且小于模式转换门限Th：如果是则对计数器单元进行加1操作；如果不是则进一步判断相位误差信号是否等于0：如果是则返回第一个判断，如果不是则将计数值COUNT清0后返回第一个判断；计数值判断与信号发送模块：用于计数值COUNT是否等于预设的规定值NUM，如果是则进行发送模式转换信号和环路增益控制信号。6.根据权利要求1所述的适用于QPSK～QAM256的高速载波恢复电路，其特征在于：所述的环路滤波器包括用于校正载波相位偏差的相位跟踪支路和用于校正载波频率偏差的频率跟踪支路，所述的相位跟踪支路包括第一增益系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博，杨振宇，
申请(专利权)人：成都泰格微电子研究所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51