CN1770752A - 用于载频恢复的方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于同步解调器(SD)载频恢复的方法，其中提供输入信号(in)，重构用于所准备的输入信号(in)的载波(tr)，混合输入信号(in)和载波(tr)，以产生待输出的混合信号(i，q)，其中，为了提供输出信号(io，qo)，借助于相位移来校正混合信号(i，q)的剩余相位误差。此外，还涉及用于实施这些方法的相应电路。

Description

用于载频恢复的方法及电路

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分特征的、用于同步解调器的载频恢复的方法以及根据权利要求7的前序部分特征的、用于载频恢复的相应电路。

背景技术

为了通过特别是无线接口传输信号，在传输前，信号被调制。在接收机侧进行解调。为了借助于同步解调器解调信号，必须重构信号的载波信号或载波。所接收的信号然后借助于I/Q混合器与该被重构的载波被混合在基带中，并由此被解调。为了重构载波，在载频恢复的范围内构建锁相环路(PLL：Phase-Locked-Loop)。锁相环路测量所接收的和所重构的载波之间的当前相位差，以便由此计算用于相位的调节校正信号(Regelkorrektursignal)，借助于该信号跟踪所重构的载波。

锁相环的最大速度、所谓的PLL-带宽，被调节回路内所出现的时延(Laufzeit)限制。这种时延在调节技术中被称为“延迟时间(Totzeit)”。它们减小了其中系统仍然稳定工作的、最大可能的环路增益。然而，如果所接收的信号包含位于PLL-带宽之外的分量，则继续存在剩余相位误差(Restphasenfehler)。这造成解调度(Demodulationsgrade)的下降，并导致信号被错误地解调。因此，不足在于，由于这种剩余相位错误不能进行无误的解调，为此提出了相应地改进了的用于载频恢复的方法和电路。

图4示出了已知的同步解调器的电路框图。I/Q(I：同相，Q：正交相)混合器的输入IN上施加所接收的输入信号in。混合器MIX借助于两个乘法器M将输入信号in与作为载波的本地重构的图像载波或信号载波相乘，并由此将输入信号in混入基带中。在乘法中得到混合产物，它位于双倍载频上。该混合产物是不希望的，因此在混合器MIX内借助于低通滤波器TPM被滤除。频率f≈0上的载波位于混合器MIX的输出端。相应地，在输出端OU输出具有同相和正交相分量I，Q的混合信号i，q。

此外，混合信号i，q还被输入给PLL-调节回路。在电视信号的情况下，在调节回路或环路内的另一个低通滤波器TPC中再次低通滤波以去除声音信息(Toninformation)之后，被滤波的混合信号被施加于所谓的CORDIC(坐标旋转数字计算机：Koordinaten-Rotations_Digital-Computer/Coordinate Rotation Digital Computer)。CORDIC通过极座标转换确定输入端上的I/Q-信号对的相位值ph。如果所重构的载波tr精确地等于输入信号in的被接收的载波，则所测得的相位ph为零。如果不是这样，则相位ph被用于校正数字I/Q振荡器LO。该数字I/Q振荡器LO产生载波tr，它被输入以在混合器MIX中与输入信号in混合。为此，相位值ph由CORDIC输入到控制装置C，该控制装置C进行相应的计算并相应地控制振荡器LO。

这样的、也被称为ADPLL(全数字PLL)的调节回路内所需要的计算，即如例如通过执行CORDIC算法、滤波以及控制装置C的校正信号的计算的那些计算，在作为数字电路实现时，由于计算时间和由于滤波器的群时延，导致信号迟延，其在调节技术中被称为“延迟时间”，并且它减小了最大可能回路增益并从而减小了调节回路的速度。如果在这种情况下选择过大的回路增益，则调节回路变得不稳定。为了表示ADPLL的速度，使用从系统传递函数中获得的PLL-带宽。它说明了，哪些频率变化还可被调整(ausregeln)。

图5示出了其中图像载波包含不希望的频率调制的信号的模拟。其中，只要幅度变化，图像载波的频率很快地变化。因为在这种电路布置中，载频恢复不能够足够快地反应，所以频率变化表现为旋转，这意味着，相位误差变得愈来愈大，直到幅度、并由此频率又变化到初始状态。

图6表示，实际输出的解调信号表示明显偏离理想状态的状态。示例的信号涉及具有黑色图像内容的视频信号。理想信号的水平同步脉冲应该是矩形的并且没有高频噪音分量。相反，所模拟的解调信号表现出高的噪音分量以及具有强烈高频振荡分量的倾斜边沿。同步脉冲的失真对于所连接的电视机意味着，扫描线的水平定位不能精确地被确定，并从而导致图像内容的失真。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于载频恢复的方法和电路，它们考虑到剩余相位误差，以便实现改善的载频恢复。

该任务通过具有权利要求1的特征的、用于载频恢复的方法或者通过具有权利要求7的特征的、用于载频恢复的电路来解决。

因此，优选地，一种用于同步解调器的载频恢复的方法，在所述同步解调器中提供输入信号，重构用于所提供的输入信号的载波，并将输入信号和载波混合，以产生待输出的混合信号，其中为了提供输出信号，借助于相位移来校正混合信号的剩余的相位误差。

因此，优选地，一种用于对所重构的输入信号载波进行载频恢复的电路，具有用于输入输入信号的输入端；用于将输入信号与载波混合的混合器，其中提供混合信号；以及用于确定调节校正信号以调节载波的锁相环路。该电路有利地还包括移相器，用于校正混合信号的剩余的相位误差，以提供输出信号。

因此，该方法及电路使得可能借助于剩余相位误差这样扩展载频恢复，使得在信号变化时，在PLL带宽之外也可以无干扰地或者至少明显改善地执行解调。

有利的实施方式是从属权利要求的主题。

一种方法尤其是优选的，其中，确定调节环路内的剩余的相位误差，以测量混合信号的相位及以确定用于调节载波的调节校正信号。

这样一种方法尤其是优选的，其中，确定调节环路内的剩余的相位误差，并在调节环路之后将其用于作为事后相位移的相位移。

一种方法尤其是优选的，其中，混合信号在相位移之前相应于调节环路中的时延被延迟。

一种方法尤其是优选的，其中，如果在载波重构时进行调节，在应用相位移之前在所用的采样频率上内插相位误差值。

一种方法尤其是优选的，其中，根据载波重构时调节的灵敏度和调节带宽的折衷，确定剩余的相位误差的低通滤波参数。

一种电路尤其是优选的，其中，构造和/或控制锁相环路，以确定剩余的相位误差并提供用于移相器的校正信号。

一种电路尤其是优选的，其中，在混合信号用于锁相环路的调节抽头之后设置移相器。

一种电路尤其是优选的，其中，在移相器之前连接延迟装置，以在移相器之前延迟混合信号。

一种电路尤其是优选的，其在移相器前具有插值装置，用于在锁相环路中欠采样(Unterabtastung)的情况下在所使用的采样频率上内插相位误差值或者校正信号。

一种电路尤其是优选的，其具有低通滤波器，用于对剩余的相位误差、相位误差值进行滤波，以提供校正信号，其中借助控制装置确定低通滤波器的参数，作为灵敏度和调节带宽的折衷。

附图说明

下面借助一个实施例来详细说明本发明。

图1表示用于在考虑剩余相位误差的情况下进行载频恢复的优选电路，及

图2表示模拟结果，它示出了纯PLL相对于具有剩余相位误差校正的PLL的曲线，

图3表示具有这样的电路的、数字实现的电视接收机的电路框图，

图4表示根据现有技术的、用于载频恢复的同步解调器的电路框图，

图5表示根据现有技术的同步解调器的频率调制电视信号的基带表示，

图6表示根据现有技术的、在频率调制的图像载波及慢载频恢复时，解调的视频信号的示图。

具体实施方式

图1示出了一个示例的优选电路，用于对输入信号in、尤其是电视-输入信号in的重构的载波进行载频恢复。各个被描述的元件可被作为单个及分开的部件被构建。也可以转换作为集成电路或作为处理器中的软件，只要这对于各个元件是可实现的。

电路的输入端IN被施加输入信号in。输入端IN同时对应于混合器MIX的第一输入端。输入信号in在混合器中被分别施加在两个乘法器M的第一输入端。在乘法器M各自的第二输入端上，以已知的方式和方法这样施加载波信号tr，使得在输入信号in与载波tr相乘后，在乘法器M各自的输出端输出同相的及正交相位的信号。这些被相乘的信号被分别馈入低通滤波器TPM。低通滤波器TPM的输出信号被馈送给同相输出端I或正交相位的输出端Q，作为混合信号的组成部分i，q。

混合信号i、q以已知的方式和方法被馈送给锁相环(PLL)，并且被馈送给具有CORDIC CD的第一处理块CB。其中，如果在例如电视信号的情况下要去除声音信息，则混合信号的两个组成部分i、q分别被馈送至另一个低通滤波器TPC。两个低通滤波器TPC的输出信号随后被馈送至本来的CORDIC CD，用于以已知的方式和方法处理。因为为了随后的考虑，CORDIC CD输入端上的I/Q信号对的由CORDIC CD确定的相位值是很重要的，所以为了简化，在图1中只示出了并且在以下只考虑相位值。其它的这种电路中通常的信号或组成部分为了简化的目的没有被考虑，并且在通常的专业知识范围内可以补充。

由CORDIC CD输出的、具有各自当前相位值ph的信号被馈送至控制装置C，控制装置C生成并提供用于本地振荡器LO的控制校正信号los。本地振荡器LO利用控制校正信号los来匹配载波tr，载波由本地振荡器LO生成并且被馈送至混合器MIX，用于与输入信号in相乘。

由CORDIC CD确定并输出的、具有相位值ph的信号此外还被馈送给另一个低通滤波器TP，以在其输出端提供校正信号TP-ph，用于再调节载波。该校正信号TP-ph被作为控制信号馈送至移相器PS，移相器PS包括两个输入端，用于馈入混合信号的组分i、q。因为通过控制环路产生运行时间延迟z^-k，所以混合信号i、q事先借助延迟装置V延迟相应的值z^-k。延时装置V的输出信号或其组成部分被馈送至移相器PS的两个输入端。移相器PS借助所施加的校正信号TP-ph来校正混合信号i、q的其余的相位误差，并且在输出端OU输出被校正的输出信号io、qo。移相器PS根据构造也可以由独立的、用于混合信号的两个信号组分i、q的元件构成。

图3示出了其中可使用这样的电路的、数字实现的电视接收机的示例性电路框图。所接收的电视信号IFin借助于本地振荡器LO′和混合器MIX′被转换到第二中频上。在带通滤波器BP中带通滤波之后，不希望的混合产品从信号中被去除，并且它可以在模/数转换器A/D中无假信号(Aliasing)地被数字化。在后面的用于数字信号处理的数字部件DSP中，被馈送给它的输入信号in首先借助于同步解调器SD在基带中被混合。通过另一个滤波器F中的进一步滤波以及不同的另外的算法，根据同步解调器SD所输出的I/Q数据I，Q获得视频信号和声音中频信号。借助于调谐器AGC(自动增益控制)，这样调节调谐器输出电平，使得A/D转换器A/D不被过调制(uebersteuern)。在输出侧，借助于各种已知的部件VAGC(视频AGC)和AAGC(音频AGC)，待输出的、用于相应D/A转换器(D/A：数/模)的信号被最优地控制(aussteuern)。D/A转换器在电视接收机的另外部分上输出相应的已知信号调谐器-AGC、FBAS(彩色图像消隐同步信号)以及Ton-ZF(声音中频)。

在数字实现的电视接收机的该电路布置中，有利地使用根据图1的电路布置作为同步解调器SD，该电路布置输出相移器PS的输出信号io，qo作为同相的或正交相位的部分的输出信号I，Q。

根据图1的同步解调器也可以有利地用于其他接收机系统中。仅仅为了示例性地描述，借助于模拟电视信号的接收来表示理论基础。例如模拟电视的A/D转换器上的输入信号如下的被构成：

$u\left(t\right)={\hat{u}}_{\mathrm{BT}}\·\cos (2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{BT}}\left(t\right)\·t)\·(1+m\·U_{\mathrm{Bild}}\left(t\right))$

其中，第一项对应于图像AM调制，第二项对应于声音FM调制，

作为图像载波幅度，m作为调制指数，U_Bild(t)作为图像信息，f_BT(t)作为图像载波频率，

作为声音载波幅度，f_TT作为声音载波频率，Δ_TT作为FM调制的相位差，及U_Ton(t)作为声音信息。

通过滤波，声音载波被去除，并且根据下式得到载频恢复相关的信号模型作为图像AM调制：

$u\left(t\right)={\hat{u}}_{\mathrm{BT}}\·\cos (2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{BT}}\left(t\right)\·t)\·(1+m\·U_{\mathrm{Bild}}\left(t\right))...\left(2\right)$

如由等式(2)可见，图像载波频率随时间变化。它可以纯随机地变化，例如由于发射器的相位噪声，或者与附加频率调制形式的视频信号的幅度相关。

如在图1中所示，已知的载频恢复环路通过前向控制机构扩展，该前向控制机构借助于实际信号路径中混合器MIX之后和调节环路抽头之后的移相器PS来校正剩余的相位误差。其中，借助于延迟装置V来匹配信号路径中滤波和相位测量的系统延迟Z^-k，因此，在移相器PS的输入端上同时为混合信号的每个I/Q值对i，q施加合适的相位误差。

移相器PS可例如通过使用已知的CORDIC算法来实现。移相器PS的实现也可通过复杂的乘法来实现，该乘法可按照下式来实施：

I_rot+jQ_rot＝(I_in+jQ_in)·e^-j

          ＝(I_in+j Q_in)·(cos-jsin)

          ＝(Icos+Qsin)+j(Qcos-Isin)            (3)

如所述地，用于移相器PS的校正信号TP-ph通过前向校正路径中的另一个低通滤波器TP根据由CORDIC CD输出的相位值ph产生。借助于该低通滤波器TP，误差校正的带宽可被调节。这例如是有利的，以从校正中排除(ausklammern)发射振荡器的宽带相位噪音。

为了节约计算消耗，有时以低采样频率考虑调节环路的环。在这种情况下，设计另一个低通滤波器TP，附加地或者替代地作为插值滤波器，以重新获得原始采样频率。

图2示出了整个系统模拟的模拟结果。例如，其中将单纯实施调节环路(PLL)之后的解调的电视信号、尤其是FBAS信号表示为第一信号a，与此相对的是具有剩余相位误差的附加校正的第二信号b。其中强调了水平同步脉冲以及垂直同步脉冲，它们表示没有使用前向校正时两个明显的失真作为第一信号a，从而所连接的电视装置不能由该信号产生稳定的图像。在启动前向校正之后，相对表示的第二信号b示出了正确的解调的同步脉冲。

Claims (12)

1.用于同步解调器(SD)载频恢复的方法，其中

-提供输入信号(in)，

-重构用于所提供的输入信号(in)的载波(tr)，

-混合所述输入信号(in)和所述载波(tr)，以产生待输出的混合信号(i，q)，

其特征在于，

-为了提供输出信号(io，qo)，借助于相位移来校正所述混合信号(i，q)的剩余相位误差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定调节环路内的剩余相位误差，以测量所述混合信号(i，q)的相位(ph)并确定用于调节所述载波(tr)的调节校正信号(los)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定所述调节环路内的剩余相位误差，并在所述调节环路后将其用于作为事后相位移的相位移。

4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中，所述混合信号(i，q)在所述相位移之前相应于所述调节环路中的时延被延迟。

5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中，如果重构载波时进行调节，则在使用相位移之前在所用的采样频率内插相位误差值(ph)。

6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中，根据重构所述载波(tr)时调节的灵敏度和调节带宽的折衷来确定剩余相位误差的低通滤波的参数。

7.用于对输入信号(in)的重构的载波(tr)进行载频恢复的电路，具有

-输入端(IN)，用于输入信号(in)的输入，

-混合器(MIX，M)，用于将所述输入信号(in)与载波(tr)混合，其中提供混合信号(i，q)，及

-锁相环路(MIX，CB，C，LO)，用于确定用于调节所述载波(tr)的调节校正信号(los)，

其特征在于，

-移相器(PS)，用于校正所述混合信号(i，q)的剩余相位误差，以提供输出信号(io，qo)。

8.根据权利要求7的电路，其中，构造和/或控制所述锁相环路，用于确定剩余相位误差并提供用于所述移相器(PS)的校正信号(TP-ph)。

9.根据权利要求7或8的方法，其中，在所述混合信号(i，q)的用于所述锁相环路的一个调节抽头之后设置所述移相器(PS)。

10.根据权利要求7至9中任一项的方法，其中，在所述移相器(PS)之前连接延迟装置(V)，用于在所述移相器(PS)之前延迟(Z-k)所述混合信号(i，q)。

11.根据权利要求7至10中任一项的电路，在所述移相器(PS)之前具有插值装置(TP)，用于在锁相环路中欠采样的情况下在所用的采样频率上内插相位误差值(ph)或者校正信号(TP-ph)。

12.根据权利要求7至11中任一项的电路，具有用于对剩余相位误差、相位误差值(ph)进行滤波的低通滤波器(TP)，以提供校正信号(TP-ph)，其中借助控制装置来确定低通滤波器(TP)的参数，作为灵敏度和调节带宽的折衷。

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