发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足,提供一种多载波系统中的残余子载波相偏纠正系统及方法,通过子载波分组复用降低复杂度,提高系统的收敛性能。
实现本发明目的的残余子载波相偏纠正系统,包括:
相位旋转器,用于对输入数据解旋转;
复用鉴相器,用于
依据如下鉴相公式提取相位旋转器输出的当前
子载波组星座点的相偏信息:
式中,
表示对应旋转器输出r
d的判决星座符号点,
表示判决点
的实部,
表示判决点
的虚部,r
d,im表示旋转器输出r
d的虚部;
低通滤波器,用于对不同分组子载波的残余相偏信息滤波;
计数器,用于计算当前输入数据的子载波位置;
状态存储控制器,用于控制低通滤波器的寄存器读写;
所述相位旋转器的输入端分别与输入实部数据rre、虚部数据rim及低通滤波器的输出端连接,相位旋转器的输出端与复用鉴相器输入连接,复用鉴相器的输出通过低通滤波器反馈给相位旋转器;
所述计数器的输入端与输入帧头指示信号连接,输出端与状态存储控制器输入端连接,状态存储控制器与低通滤波器双向连接。
所述的复用鉴相器包括判决器、加法器和移位乘法器,判决器对输入的实部数据r
d,re和虚部数据r
d,im进行判决,输出判决后的实部数据
和虚部数据
分别给移位乘法器与加法器,加法器将虚部数据r
d,im和判决后的虚部数据
相减后输出给移位乘法器,通过移位乘法器输出相位估计信息传输给低通滤波器。
实现本发明目的的残余子载波相偏纠正方法,是基于分组复用鉴相环路实现,具体步骤如下:
(1)相位旋转器对输入的数据r进行解旋转,得到初步纠正的数据rd输入复用鉴相器,即
rd=re-jΔθ≈(rre+rimΔθ)+j(rim-rreΔθ),
式中,rre表示接收数据r的实部,rim表示接收数据r的虚部,Δθ表示滤波后的相偏信息,该滤波后的相偏信息的初始值为零;
(2)复用鉴相器通过鉴相公式
提取当前子载波组星座点的相偏信息Δθ
d,并发送给低通滤波器,
式中,
表示对应旋转器输出r
d的判决星座符号点,
表示判决点
的实部,
表示判决点
的虚部,r
d,im表示旋转器输出r
d的虚部;
(3)低通滤波器通过状态存储控制器的控制对当前子载波组的相偏信息Δθd进行滤波,得到滤波后的相偏信息Δθ,并送入相位旋转器形成闭环实现相位纠正。
上述步骤(3)所述的低通滤波器通过状态存储控制器的控制对当前子载波组的相偏信息Δθd进行滤波,按照如下过程进行:
(3a)计数器检测到接收数据的帧头位置后,清零并开始计数,输出当前输入数据所处的子载波位置c;
(3b)根据子载波位置c进行分组选择,第l组分配的子载波为
式中,l=1,2,…N/L,N为子载波总数,L为分组数,L=16;
(3c)状态存储控制器根据选择的分组l,控制低通滤波器中寄存器,完成对当前子载波组l的相偏信息Δθd的滤波。
本发明具有如下优点:
1).由于采用子载波分组,增加了每子载波组可提供的有效运算数据,提高环路收敛速度;
2).由于复用了基于相位旋转器、鉴相器以及低通滤波器的鉴相环路,成倍减少了所需的鉴相环路个数,从而大幅降低了系统实现复杂度;
3).由于采用简化的复用鉴相器和相位旋转器设计,减少了需要的乘法器,进一步降低了环路复杂度;
4).由于采用状态存储控制器统一实现环路控制,只需要修正状态存储控制器就可以修正不同子载波的相位鉴相分辨率,提高了系统兼容性。
具体实施方式
参照图1,本发明的系统包括:相位旋转器、复用鉴相器、低通滤波器、计数器、状态存储控制器。其中相位旋转器的实现参照图2,它是由两个乘法器和两个加法器组成,但不限于这种结构;复用鉴相器由判决器、加法器和移位选择乘法器组成,但不限于这种结构;低通滤波器采用通常的一阶或二阶环路低通滤波器实现;状态存储控制器由存储器、寄存器和选择器组成,也可通过软件实现。
相位旋转器的输入端分别与输入实部数据r
re、虚部数据r
im及低通滤波器的输出端Δθ连接,相位旋转器的输出端与复用鉴相器输入连接。接收数据实部r
re和低通滤波器反馈的滤波后相偏值Δθ为第一乘法器A的两个输入,输出为实部乘积数据r′
re。同时,虚部r
im和Δθ为第二乘法器B的两个输入,输出为虚部乘积数据r′
im;第一加法器1的输入为虚部r
im和实部乘积数据r′
re,输出为解旋转数据虚部r
d,im;第二加法器2的输入为实部r
re和虚部乘积数据r′
im,输出为解旋转数据实部r
d,re。复用鉴相器中判决器的输入端为解旋转数据r
d的实部r
d,re和虚部r
d,im,输出端为判决后的实部
和虚部
解旋转数据虚部r
d,im与判决后虚部
为第三加法器3的两个输入,第三加法器3的输出作为移位乘法器的一个输入,移位乘法器的另一个输入为判决值的实部
移位乘法器的输出为估计相偏结果Δθ
d。估计相偏信息Δθ
d通过低通滤波器反馈给相位旋转器构成闭环;计数器的输入端与输入帧头指示信号连接,输出端的子载波位置c与状态存储控制器输入端连接,状态存储控制器与低通滤波器双向连接,状态存储控制器通过子载波位置c控制低通滤波器的寄存器读写。
本发明系统的工作原理是:相位旋转器首先对输入的数据r进行解旋转,接收数据r的实部r
re和低通滤波器反馈的滤波后相偏值Δθ相乘得到实部乘积数据r′
re,接收数据r的虚部r
im和所述的Δθ相乘得到虚部乘积数据r′
im;接收数据虚部r
im减去实部乘积数据r′
re得到解旋转数据虚部r
d,im,接收数据实部r
re加上虚部乘积数据r′
im得到解旋转数据实部r
d,re。该解旋转数据实部r
d,re和解旋转数据虚部r
d,im作为初步纠正的数据输入到复用鉴相器;复用鉴相器接收到相位旋转后的复数数据的实部r
d,re和虚部r
d,im后,首先通过判决器进行判决,判决前后的虚部r
d,im与
相减的结果作为移位乘法器的一个输入,移位乘法器的另一个输入为判决值的实部
移位乘法器根据
选择相应的移位相加计算得到估计相偏结果Δθ
d。低通滤波器通过状态存储控制器的控制对当前子载波组的相偏信息Δθ
d进行滤波,得到滤波后的相偏信息Δθ,并送入相位旋转器形成闭环实现相位纠正。帧头指示信号和输入数据同步,为一个1比特表示信号,当为高电平时表示数据帧的起始,可以持续一个数据周期。状态存储控制器根据输入的子载波位置c,控制低通滤波器的寄存器读写。子载波位置c由计数器根据帧头指示信号产生,当计数器检测到接收数据的帧头位置后,将c清零后开始计数;如果L选择为16,状态存储控制器就需要保存16组不同的寄存器值,状态存储控制器根据输入的子载波位置c,判断是否将当前低通滤波器寄存器值保存到指定分组寄存器,并选择相应的分组寄存器替换低通滤波器寄存器值。
参照图3,本发明利用上述基于分组复用鉴相环路系统,进行残余相偏纠正的步骤如下:
步骤1:相位旋转器对输入的数据r进行解旋转,得到初步纠正的数据rd输入复用鉴相器,即
rd=re-jΔθ≈(rre+rimΔθ)+j(rim-rreΔθ),(1)
式中,rre表示接收数据r的实部,rim表示接收数据r的虚部,Δθ表示滤波后的相偏信息,该滤波后的相偏信息的初始值为零;
上述式(1)利用了当Δθ较小时,cosΔθ≈1,而sinΔθ≈Δθ,其构建基于的是比较典型的复数相位旋转器的纠偏公式:
re-jΔθ=(rre+jrim)(cosΔθ-jsinΔθ)
(2)
=(rrecosΔθ+rimsinΔθ)+j(rimcosΔθ-rre sinΔθ)
式(1)实现时仅需要两个加法器和两个实数乘法器,比式(2)的实现节省了一个sin/cos查找表和两个乘法器。
步骤2:复用鉴相器通过如下鉴相公式提取当前子载波组星座点的相偏信息Δθd,并发送给低通滤波器,
式(3)中,
表示对应旋转器输出r
d的判决星座符号点,
表示判决点
的实部,
表示判决点
的虚部,r
d,im表示旋转器输出r
d的虚部,
该鉴相公式(3)的构建过程如下:
(4)
对式(5)变换得到:
式中,
表示对应r
d的实际发送星座符号点,
和
分别表示其对应的实部和虚部,如果判决不发生错误,则
θ表示对应r
d的实际相偏,Δθ
d为θ的估计值。根据鉴相公式(3)得到的鉴相器仅需要一个加法器和一个移位乘法器,移位乘法器利用了判决值为固定值,而原来的鉴相器需要三个实数乘法器和一个加法器。由于判决点的实部
的取值为非常小的固定集合,即便对64QAM,不考虑符号位,其取值仅为1,3,5,7四种,因此通过选择移位即可完成乘法操作。
步骤3:低通滤波器通过状态存储控制器的控制对当前子载波组的相偏信息Δθd进行滤波,得到滤波后的相偏信息Δθ,并送入相位旋转器形成闭环实现相位纠正,具体过程如下:
(3a)计数器检测到接收数据的帧头位置后,清零并开始计数,输出当前输入数据所处的子载波位置c;
(3b)根据子载波位置c进行分组选择,第l组分配的子载波为
式中,l=1,2,…N/L,N为子载波总数,L为分组数。
上述子载波分配方法根据相邻子载波的相偏相近且FFT处理的对称特性提出,每组可以利用的子载波数为N/L个,通常选择L可以近似整除N。改变分组数L可以改变纠偏系统的子载波相偏估计分辨率。当L为数据帧长N时,每个子载波对应一个估计相偏值,但此时方案复杂度最高,并且环路收敛速度过慢,因为每一帧数据至多有一个数据提供鉴相信息。当L取最小值1时,环路简化为基于星座的公共相位纠正,虽然复杂度低,但仅限于纠正公共相偏。通过分析,本发明选择L=16,能够实现复杂度与跟踪速度的折中。以N=3780为例,每个环路处理的连续子载波数据长度约为118×2,即对分组l=1时,分配子载波数据为1~118和3663~3780;对分组l=2时,分配子载波数据为119~236和3545~3662;依次类推。
(3c)状态存储控制器根据选择的分组l,控制低通滤波器中寄存器读写,完成对当前子载波组l的相偏信息Δθd的滤波。
(3d)滤波后的相偏信息Δθd输出到相位旋转器形成闭环实现相位纠正。
上述步骤描述了本发明的优选实例,显然本领域技术人员通过参考本发明的优选实例和附图可以对本发明做出各种修改和替换,这些修改和替换都应落入本发明的保护范围之内。