CN1144438C - 一种利用双导频实现数字化传输中的载波恢复的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用双导频实现数字化传输中的载波恢复的装置。与现有载波恢复装置相比，该装置的两个下变频单元都配有低通滤波器和限幅器，两个APC低通滤波器输出的直流信号由加法器线性相加后用于控制两个变频单元的振荡器，从而实现载波恢复。该装置能够不受上下导频信号相对幅度的影响而准确地实现载波恢复，适用范围广。

Description

一种利用双导频实现数字化传输中的载波恢复的装置

技术领域    本发明属于无线传输中的信号同步技术，特别涉及数字化传输中利用双导频信号实现载波恢复的装置。

背景技术    典型的无线传输系统包括发射机和接收机。数字化调制技术往往将数字信号进行编码，再加入必要的辅助信息，如同步信号、导频信号等。编码后的数字信号经过信道滤波及数模转换后形成基带信号。该基带信号经过上变频器被调制到相应的频带后发送。在接收端，调谐器和下变频器将高频信号变换到基带后经模数转换器得到数字信号，该数字信号经过处理后被恢复成与发送端一致的信息。

由于发射机和接收机中用于产生上下变频器频率的振荡器存在频率偏差，并且，接收机中低质量的振荡器存在比较大的频率漂移，从而导致发射机和接收机之间的载波频率始终存在相当大的偏差。在绝大多数数字化传输系统中，接收机的载波频率必须与发射机的载波频率一致才能保证系统的正常工作。因此，接收机中的载波恢复是必需的。

一般，单个导频就可以实现载波恢复，如美国ATSC标准的VSB传输方案。然而，在有近的强多径信号存在时，信号频谱会出现很深的谷。当多径信号处于一定的延迟或一定的相位，或多径信号的延迟与相位缓慢变化时，该单一导频有可能被大幅度衰减，以至无法实现载波恢复。

另一方面，发射机和接收机中数字信号部分使用的时钟信号也分别来自于不同的振荡器。这两个振荡器之间的频率差、相位差始终存在。在众多的载波恢复方案中，载波恢复受到时钟频率差和相位差的影响，两者相互作用，载波恢复难以得到精确的实现。一般情况下，先恢复载波，再在此基础上恢复时钟。

针对利用单个导频信号实现载波恢复存在的缺陷，出现了利用双导频信号的载波恢复技术。这种技术针对Offset-QAM(偏置正交幅度调制)的调制方式设计，该调制信号在上下边带上分别加有一个导频信号，调制后信号的基带频谱见图2。该技术大大降低了两个导频信号都因多径信号而同时被大幅度衰减的可能性，因而在绝大多数情况下能够迅速、有效地恢复载波。然而，当两个导频信号中的一个由于强多径信号存在等情形而被大幅度衰减时，两路信号的相加结果将侧重于其中未被衰减的一方。在这种情况下，频谱的位置不能准确地位于载波正中间，而是随着衰减的大小而变化。这时，直接利用两路信号的相加结果来进行载波恢复，所恢复的载波值是不准确的，会含有噪声干扰。

发明内容    本发明的目的是提供一种简洁而精确的利用双导频信号实现数字化传输中的载波恢复的装置。该装置能够不受上下导频信号相对幅度的影响而准确地实现载波恢复。

本发明提供的载波恢复装置主要包括，两个下变频单元、两个AFC(自动频率控制)低通滤波器、两个限幅器、两个乘法器、两个APC(自动相位控制)低通滤波器和一个加法器。两个下变频单元结构一样，每个下变频单元由一个振荡器、90°相移和两个乘法器构成。每个变频单元的I通道输出信号进入AFC低通滤波器，AFC低通滤波器之后连接限幅器，限幅器的输出进入一个乘法器。乘法器除了接受限幅器的输出外，还接受同一下变频单元的Q通道输出信号。乘法器之后连接APC低通滤波器，两个APC低通滤波器的输出由加法器线性相加后用于控制两个变频单元的振荡器。

本发明提供的载波恢复装置可以用在模数转换之前，即在基带信号实现载波恢复。此时，装置中所用的低通滤波器、相移和乘法器等都是处理模拟信号的相应装置；本发明提供的载波恢复装置也可以用在模数转换之后，即在数字信号处理中实现载波恢复。此时，装置中所用的低通滤波器、相移和乘法器等都是处理数字信号的相应装置。

在两个导频信号中有一个被严重衰减时，本发明的载波恢复装置由于限幅器的存在，上下边带用于产生调节时钟的直流信号幅度不受导频信号幅度的影响。因而，在上下导频信号幅度相差很大时，系统仍然能产生正确的调节信号，使频谱的位置准确地位于载波正中间，不受两个导频信号相对幅度的影响。

附图说明    以下结合附图进一步详细描述本发明的实施例。

图1为典型的数字化传输的系统框图。

图2为偏置正交幅度调制信号的基带频谱。

图3为现有载波恢复装置的结构图。

图4为本发明提供的载波恢复装置的结构图。

具体实施方式  在图4中，输入信号进入两个下变频单元——第一变频单元和第二变频单元。第一变频单元由第一振荡器、第一90°相移、第一乘法器和第二乘法器构成，第一振荡器产生的振荡信号一路直接送入第一乘法器，另一路先进入第一90°相移，经移相后再进入第二乘法器，第一乘法器和第二乘法器的另一输入端分别接受下边带的I通道输入信号和Q通道输入信号；第二变频单元由第二振荡器、第二90°相移、第四乘法器和第五乘法器构成，第二振荡器产生的振荡信号一路直接送入第四乘法器，另一路先进入第二90°相移，经移相后再进入第五乘法器，第四乘法器和第五乘法器的另一输入端分别接受上边带的I通道输入信号和Q通道输入信号。第一振荡器和第二振荡器由同一振荡源产生，如频率合成器或通过模拟锁相环锁定。

第一振荡器和第二振荡器分别产生相应的振荡频率f_A和f_B将上下边带的导频信号搬移到直流附近。以下边带信号为例，I通道信号经第一AFC低通滤波器得到下导频与载波之间的频率差别，其他信号被第一AFC低通滤波器滤除，该信号经第一限幅器得到±1的输出，该±1的输出信号用于开关下边带Q通道信号的相位误差信号的极性，形成典型的AFC的S曲线。第三乘法器除了接受第一限幅器的输出外，还接受第一变频单元中第二乘法器输出的Q通道信号。该S曲线的误差信号的极性取决于振荡频率f_B高于或低于载波频率。如果f_B高于载波频率，该S曲线的误差信号的极性取+1；如果f_B低于载波频率，该S曲线的误差信号的极性取-1。该误差信号经过第一APC低通滤波器得到可以用于调整振荡器的直流信号。当载波频率被锁定后，电路成为典型的锁相环锁定相位。上边带与下边带一样，上边带I通道信号经第二AFC低通滤波器得到上导频与载波之间的频率差别，其他信号被第二AFC低通滤波器滤除，该信号经第二限幅器得到±1的输出，该±1的输出信号用于开关上边带Q通道信号的相位误差信号的极性，形成典型的AFC的S曲线。第六乘法器除了接受第二限幅器的输出外，还接受第二变频单元中第五乘法器输出的Q通道信号。该S曲线的误差信号的极性取决于振荡频率f_A高于或低于载波频率。如果f_A高于载波频率，该S曲线的误差信号的极性取+1；如果f_A低于载波频率，该S曲线的误差信号的极性取-1。该误差信号经过第二APC低通滤波器得到可以用于调整振荡器的直流信号，当载波频率被锁定后，电路也成为典型的锁相环锁定相位。上下边带经过APC低通滤波器产生的直流信号经加法器线性相加后调节第一振荡器和第二振荡器，从而得到所需要恢复的载波。

如果输入信号是模拟信号，则图4中所用低通滤波器、相移和乘法器等均为处理模拟信号的相应装置；如果输入信号是两倍采样后的数字信号，则图4中所用低通滤波器、相移和乘法器等均为处理数字信号的相应装置。

Claims (3)

1.一种利用双导频实现数字化传输中的载波恢复的装置，主要包括下变频单元、自动频率控制低通滤波器、限幅器、乘法器、自动相位控制低通滤波器和加法器，其特征在于：

下变频单元包括第一变频单元和第二变频单元，第一变频单元由第一振荡器、第一90°相移、第一乘法器和第二乘法器构成，第一振荡器产生的振荡信号一路直接送入第一乘法器，另一路先进入第一90°相移，经移相后再进入第二乘法器，第一乘法器和第二乘法器的另一输入端分别接受下边带的I通道输入信号和Q通道输入信号；第二变频单元由第二振荡器、第二90°相移、第四乘法器和第五乘法器构成，第二振荡器产生的振荡信号一路直接送入第四乘法器，另一路先进入第二90°相移，经移相后再进入第五乘法器，第四乘法器和第五乘法器的另一输入端分别接受上边带的I通道输入信号和Q通道输入信号；

第一变频单元的I通道输出信号进入第一自动频率控制低通滤波器，第一自动频率控制低通滤波器之后连接第一限幅器，第一限幅器的输出进入第三乘法器，第三乘法器除了接受第一限幅器的输出外，还接受第一变频单元的Q通道输出信号，第三乘法器之后连接第一自动相位控制低通滤波器；

第二变频单元的I通道输出信号进入第二自动频率控制低通滤波器，第二自动频率控制低通滤波器之后连接第二限幅器，第二限幅器的输出进入第六乘法器，第六乘法器除了接受第二限幅器的输出外，还接受第二变频单元的Q通道输出信号，第六乘法器之后连接第二自动相位控制低通滤波器；

第一、第二自动相位控制低通滤波器分别输出的直流信号由加法器线性相加后用于控制第一振荡器和第二振荡器，从而得到所需要恢复的载波。

2.根据权利要求1所述的数字化传输中的载波恢复装置，其特征在于：所述装置中所用的低通滤波器、相移和乘法器均为处理模拟信号的相应装置。

3.根据权利要求1所述的数字化传输中的载波恢复装置，其特征在于：所述装置中所用的低通滤波器、相移和乘法器均为处理数字信号的相应装置。

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