CN101488845A - 应用于接收机的多相位匹配系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种应用于接收机的多相位匹配系统，包括多相位匹配滤波器、码元判决器、相位误差检测器、环路滤波器、数控振荡器。多相位匹配滤波器对输入信号的不同相位进行匹配，其设置多组系数，系数的选择由数控振荡器控制；码元判决器根据输入的信号选择最佳采样点进行码元判决；相位误差检测器根据输入信号计算采样点与最佳采样点的相位误差；环路滤波器对输入的信号进行滤波，滤除干扰信号，使有用的误差信号进入环路；数控振荡器根据输入的误差信号产生出准确的相位和频率信息，并输出相应的控制信号选择不同滤波器系数对输入的信号进行最佳匹配滤波。本发明在时钟恢复机制的控制下利用多相位匹配滤波器对接收信号完成匹配最佳接收。

Description

应用于接收机的多相位匹配系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种时钟恢复环路系统，尤其涉及一种应用于接收机的多相位匹配系统。

背景技术

在很多通信系统中，采用匹配滤波器进行频谱的成形，如DVB-C、Bluetooth、WiFi等。其要求发送端和接收端的能量进行匹配，以达到在白噪声存在情况下的最佳接收。由于发送和接收是异步系统，所以两者的采样相位不一定会匹配，这样就造成了接收性能的损失。

采用匹配滤波器的接收机制如图1所示，其包括匹配滤波器1’、最佳采样选择器2’、码元判决器3’。匹配滤波器1’用于完成对采样信号的匹配滤波；最佳采样选择器2’用于从匹配滤波器输出信号中选择信噪比最大点；码元判决器3’根据调制模式和最佳采样点的值判断接收到的码元。

其中匹配滤波器1’为最关键的模块，其性能决定整个接收系统的性能。然而它的性能由设计的匹配滤波器与所需要的匹配滤波器之间的相位失配决定，失配越大，性能损失就越大。

设表示匹配滤波器的响应为h(t)，接收端采样信号为x(mT_s)(Ts为采样周期)，则采样信号经过匹配滤波器的输出可以表示为：

y(mTs)＝conv(x(mTs)，h(mTs))。

在接收端要求最佳接收，即要求在信噪比最大的点作为判决点，由于发送和接收是异步的，因此采样时钟存在频率的飘逸和相位差。由于相位差的存在，接受信号的信噪比不能达到最大，通常的解决方法是用插值进行处理，将信号进行插值运算得到的值再输入判决器；由于时钟飘移的存在，使采样相位要根据频率不断变化，为了获得最佳的采样值，要有时钟恢复电路对时钟频率进行跟踪。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种应用于接收机的多相位匹配系统，可利用多相位匹配滤波器对接收信号完成匹配最佳接收。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种应用于接收机的多相位匹配系统，该系统包括多相位匹配滤波器、码元判决器、相位误差检测器、环路滤波器、数控振荡器。多相位匹配滤波器有多组滤波器系数，可对多个相位进行匹配滤波，该滤波器对输入信号的不同相位进行匹配，所述系数的选择由一数控振荡器控制；码元判决器用以根据输入的信号选择最佳采样点进行码元判决；相位误差检测器用以根据输入的软判决信号和硬判决信号计算采样点与最佳采样点的相位误差；环路滤波器用以对输入的信号进行滤波，滤除干扰信号，使有用的误差信号进入环路，实现匹配相位的调整和时钟频率的跟踪；数控振荡器用以根据输入的误差信号产生出准确的相位和频率信息，并输出相应的控制信号选择多相位匹配滤波器的不同滤波器系数对输入的信号进行最佳匹配滤波。

作为本发明的一种优选方案，所述系统还包括误差能量估计器、环路带宽控制器；误差能量估计器用以对输入的误差信号能量进行估计；环路带宽控制器用以根据所述误差能量估计器估计得到的误差信号能量选择环路带宽。

作为本发明的一种优选方案，所述误差能量估计器在设定的时间内对误差的能量进行累加，并与阈值相比较输出相关的控制信号给所述环路带宽控制器；所述环路带宽控制器根据所述误差能量估计器的输入信号选择不同的输出信号到环路滤波器，以控制环路带宽。

作为本发明的一种优选方案，所述环路带宽控制器在误差较大时使环路带宽变大以快速捕捉信号相位；在误差较小时使环路带宽变窄，以准确跟踪相位变化。具体地，如果误差能量估计器输出的能量大于门限值，环路带宽控制器使环路带宽变大以快速捕捉信号相位；当环路快速收敛到较小相位误差，误差估计器输出能量小于门限值时，环路带宽控制器使环路带宽变窄，以准确跟踪相位变化。

作为本发明的一种优选方案，所述环路滤波器包括第一乘法器、第二乘法器、第一加法器、第二加法器、第一延时器；所述环路滤波器的输入信号分别作为所述第一乘法器、第二乘法器的输入信号；所述第一乘法器连接所述第一加法器；所述第二乘法器与第二加法器、第一延时器依次连接，所述第一延时器连接第一加法器、第二加法器。

作为本发明的一种优选方案，所述第一乘法器、第二乘法器分别包括环路带宽控制单元，用以控制环路的带宽。

作为本发明的一种优选方案，所述数控振荡器对输入的误差信号进行比较，输出信号控制多相匹配滤波器选择最准确的匹配滤波器进行滤波；所述数控振荡器包括第三加法器、第二延时器、阈值比较器、上溢出判决器、下溢出判决器；所述第三加法器、第二延时器、阈值比较器依次连接，阈值比较器连接上溢出判决器、下溢出判决器；当所述数控振荡器累加的误差达到阈值后，第三加法器将被清零；所述上溢出判决器及下溢出判决器判断溢出方向并产生相应的控制信号给多相匹配滤波器。

作为本发明的一种优选方案，在相位误差检测器输入信号的相位与最佳相位误差大于设定门限值时，其输出的误差幅度也相应变大；输出的误差为相位误差的单调函数。

本发明的有益效果在于：本发明应用于接收机的多相位匹配系统，用多相位匹配滤波器的方法代替了匹配滤波器和插值滤波器，在时钟恢复机制的控制下利用多相位匹配滤波器对接收信号完成匹配最佳接收。

附图说明

图1为现有技术中的接收机制恢复环路的组成示意图。

图2为本发明应用于接收机的多相位匹配系统的组成示意图。

图3为多相位匹配滤波器的一部分响应的示意图。

图4为相位误差检测器的特性曲线示意图。

图5为本发明中环路滤波器的组成示意图。

图6为本发明中数控振荡器的组成示意图。

图7为噪声能量、环路带宽控制、多相滤波器系数的变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图2，本发明揭示一种应用于接收机的多相位匹配系统，包括多相位匹配滤波器1、码元判决器2、相位误差检测器3、环路滤波器4、数控振荡器5。多相位匹配滤波器1、码元判决器2、相位误差检测器3、环路滤波器4、数控振荡器5依次连接，形成一环状。

【多相位匹配滤波器】

多相位匹配滤波器1有多组滤波器系数，可对多个相位进行匹配滤波。多相位匹配滤波器1对输入信号的不同相位进行匹配，所述系数的选择由一数控振荡器5控制。

多相位匹配滤波器1是根据现有技术中的匹配滤波器设计的，其设置的系数可以有多组，如4组、8组、11组、16组等等。

本实施例以设计有8组滤波器系数的多相匹配滤波器为例来说明。图3揭示了匹配滤波器的一部分响应，h(t)经过采样周期为Ts的时钟周期采样后得到的序列h(1)，h(2)，...h(n)。本实施例采用8倍的码元速率，对码元速率的输入信号进行滤波器，可以得到8组匹配滤波器系数，匹配精度为码元周期的1/8，最大相位误差为码元周期的1/16。假设设计的滤波器长度为n，得到的8组滤波器系数组可以表示如下：

H(1):h(1)，h(9)，...，h(9*n)

H(2):h(2)，h(10)，...，h(9*n+1)

......

H(8):h(8)，h(16)，...，h(9*n+7)

设计的8组滤波器分别可以对输入的8个相位进行匹配滤波，且相位的最大失配为1/16码元周期。根据这种设计方法可以得到更高的相位误差精度。

【码元判决器】

码元判决器2用以根据输入的信号选择最佳采样点进行码元判决，由于码元判决器为现有技术，这里不做赘述。

【相位误差检测器】

相位误差检测器3用以根据输入的软判决信号和硬判决信号计算采样点与最佳采样点的相位误差；通常其特性曲线可以如图4所示。

在相位误差检测器3输入信号的相位与最佳相位误差较大时，如大于设定门限值时，其输出的误差幅度也相应变大；输出的误差为相位误差的单调函数。上述门限值的取得方法可以如下：

假设多相位匹配滤波器最小的匹配精度为Ts*(1/128)(Ts为码元周期)，可以取在相位误差在Ts*(1/64)时的误差值作为环路带宽变化的门限值。门限值的确定可根据需要设定，设定方法为本领域的技术人员的公知常识，这里不作赘述。

【环路滤波器】

环路滤波器4用以对输入的信号进行滤波，滤除干扰信号，使有用的误差信号进入环路，实现匹配相位的调整和时钟频率的跟踪。

请参阅图5，所述环路滤波器4包括第一乘法器41、第二乘法器42、第一加法器43、第二加法器44、第一延时器45；所述环路滤波器4的输入信号分别作为所述第一乘法器41、第二乘法器42的输入信号；所述第一乘法器41连接所述第一加法器43；所述第二乘法器42与第二加法器44、第一延时器45依次连接，所述第一延时器45的输出连接第一加法器43、第二加法器44。所述第一乘法器41、第二乘法器42还分别包括环路带宽控制单元(图中的参数Kp、Ki)，用以控制环路的带宽。

【数控振荡器】

数控振荡器5用以根据输入的误差信号进行比较，产生出准确的相位和频率信息，并输出相应的控制信号选择多相位匹配滤波器1的不同滤波器系数对输入的信号进行最佳匹配滤波。

请参阅图6，所述数控振荡器5包括第三加法器51、第二延时器52、阈值比较器53、上溢出判决器54、下溢出判决器55；所述第三加法器51、第二延时器52、阈值比较器53依次连接，阈值比较器53连接上溢出判决器54、下溢出判决器55。当所述数控振荡器5累加的误差达到阈值后，第三加法器51将被清零；所述上溢出判决器54及下溢出判决器55判断溢出方向并产生相应的控制信号给多相位匹配滤波器5。

优选地，所述系统还可以包括误差能量估计器6、环路带宽控制器7。

【误差能量估计器】

误差能量估计器6用以对输入的误差信号能量进行估计；其在设定的时间内对误差的能量进行累加，并与阈值相比较输出相关的控制信号给所述环路带宽控制器7。

【环路带宽控制器】

环路带宽控制器7用以根据所述误差能量估计器估计得到的误差信号能量选择环路带宽。其根据所述误差能量估计器的输入信号选择不同的输出信号(Kp、Ki信号)到环路滤波器4，以控制环路带宽。在误差较大(如大于门限值)时使环路带宽变大以快速捕捉信号相位；在误差较小(如小于门限值)时使环路带宽变窄，以准确跟踪相位变化。

如果误差能量估计器输出的能量大于门限值，环路带宽控制器使环路带宽变大以快速捕捉信号相位；当环路快速收敛到较小相位误差，误差估计器输出能量小于门限值时，环路带宽控制器使环路带宽变窄，以准确跟踪相位变化。

在接收机开始接收信号时，由于在接收端不能预知采样信号与哪组匹配滤波器进行滤波可以得到最佳匹配，第一组值的选取可以看作是随机的，在接收到信号后通过时钟恢复环路来对匹配滤波器进行选择寻找最佳的匹配相位的滤波器。下图给出了一个简单的寻找过程，假设开始的滤波器组编号为7，带宽控制带宽系数最大为4，而最佳匹配相位滤波器编号为1；噪声能量、环路带宽控制、多相滤波器系数的变化如图7所示。

请参阅图7，在0-T1时间内，由于当前滤波器与最佳匹配相位之间误差很大，误差能量就很大，此时带宽控制模块用最大的带宽系数来控制，环路迅速调整滤波器组向最佳匹配相位的滤波器组靠近。随着滤波器相位与最佳匹配相位之间的误差越来越小，相位误差检测器输出的误差也越来越小，其能量也随之变小，到达带宽控制的阈值后，带宽控制器将环路带宽减小一半减少进入环路的噪声，滤波器组选择速度变慢，慢慢收敛到最佳的匹配值，如图中的T1-T2时间段所示；滤波器为最佳的相位匹配滤波器时，误差变得很小，带宽控制器将环路带宽变到最小，对输入信号的变化进行准确跟踪。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (8)

1、一种应用于接收机的多相位匹配系统，其特征在于，该系统包括：

多相位匹配滤波器，其有多组滤波器系数，可对多个相位进行匹配滤波，该滤波器对输入信号的不同相位进行匹配，所述系数的选择由一数控振荡器控制；

码元判决器，用以根据输入的信号选择最佳采样点进行码元判决；

相位误差检测器，用以根据输入的软判决信号和硬判决信号计算采样点与最佳采样点的相位误差；

环路滤波器，用以对输入的信号进行滤波，滤除干扰信号，使有用的误差信号进入环路，实现匹配相位的调整和时钟频率的跟踪；

数控振荡器，用以根据输入的误差信号产生出准确的相位和频率信息，并输出相应的控制信号选择多相位匹配滤波器的不同滤波器系数对输入的信号进行最佳匹配滤波。

2、根据权利要求1所述的应用于接收机的多相位匹配系统，其特征在于：

所述系统还包括

误差能量估计器，用以对输入的误差信号能量进行估计；

环路带宽控制器，用以根据所述误差能量估计器估计得到的误差信号能量选择环路带宽。

3、根据权利要求2所述的应用于接收机的多相位匹配系统，其特征在于：

所述误差能量估计器在设定的时间内对误差的能量进行累加，并与阈值相比较输出相关的控制信号给所述环路带宽控制器；

所述环路带宽控制器根据所述误差能量估计器的输入信号选择不同的输出信号到环路滤波器，以控制环路带宽。

4、根据权利要求2所述的应用于接收机的多相位匹配系统，其特征在于：

如果误差能量估计器输出的能量大于设定门限值，环路带宽控制器使环路带宽变大以快速捕捉信号相位；当环路快速收敛到较小相位误差，误差估计器输出能量小于设定门限值时，环路带宽控制器使环路带宽变窄，以准确跟踪相位变化。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的应用于接收机的多相位匹配系统，其特征在于：

所述环路滤波器包括第一乘法器、第二乘法器、第一加法器、第二加法器、第一延时器；

所述环路滤波器的输入信号分别作为所述第一乘法器、第二乘法器的输入信号；

所述第一乘法器连接所述第一加法器；

所述第二乘法器与第二加法器、第一延时器依次连接，所述第一延时器连接第一加法器、第二加法器。

6、根据权利要求5所述的应用于接收机的多相位匹配系统，其特征在于：

所述第一乘法器、第二乘法器分别包括环路带宽控制单元，用以控制环路的带宽。

7、根据权利要求1或2或3或4所述的应用于接收机的多相位匹配系统，其特征在于：

所述数控振荡器对输入的误差信号进行比较，输出信号控制多相匹配滤波器选择最准确的匹配滤波器进行滤波；

所述数控振荡器包括第三加法器、第二延时器、阈值比较器、上溢出判决器、下溢出判决器；

所述第三加法器、第二延时器、阈值比较器依次连接，阈值比较器连接上溢出判决器、下溢出判决器；

当所述数控振荡器累加的误差达到阈值后，第三加法器将被清零；

所述上溢出判决器及下溢出判决器判断溢出方向并产生相应的控制信号给多相匹配滤波器。

8、根据权利要求1或2或3或4所述的应用于接收机的多相位匹配系统，其特征在于：

在相位误差检测器输入信号的相位与最佳相位误差大于设定门限值时，其输出的误差幅度也相应变大；输出的误差为相位误差的单调函数。

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