CN1825839A - 解调器及其相位补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明的示例性解调器可以利用载波恢复回路(反馈回路)之后的与该载波恢复回路共享相位检测器的前馈相位补偿回路来有效地消除载波恢复回路无法消除的相位波动。载波恢复回路接收半同步检测后的数字信号，检测该数字信号在直角坐标系中相对于预定相位位置的相移，并利用基于检测到的相移的第一补偿值来补偿接收到的数字信号的相位，以生成输出信号。前馈相位补偿回路生成相移的平均值，并利用基于平均后的相移值的第二补偿值来补偿输出信号的相位。

Description

解调器及其相位补偿方法

技术领域

本发明涉及解调器以及相位补偿方法，更具体而言，本发明涉及能够有效地减小在数字无线电通信中的半同步检测时附带的相位波动的解调器和相位补偿方法。

背景技术

迄今为止，半同步检测被用作数字无线电通信中的解调器。在半同步检测中，由于本地振荡(LO)频率不完全等于接收到的信号的载波频率，因此在解调后的基带信号中存在根据这些频率差的相位旋转(相位波动)。

如果存在相位旋转，则无法正确地恢复发送的数据(发生解调误差)。因此，通常使用载波恢复回路(carrier recovery loop)作为消除这种相位旋转的技术。

但是，在传统的载波恢复回路中，存在无法完全消除相位旋转的问题。

作为解决这一问题的示例，存在这样的解调器，该解调器除了传统的载波恢复回路(反馈回路)之外，还包括级联布置的相位补偿回路(前馈回路)(参见JP 2002-111766)。

传统的解调器在前馈相位补偿回路中检测在载波恢复回路的输出端的解调信号在直角坐标系中相对于预定的相位位置被移动了多少，并且补偿在从活动线路到备用线路的线路切换时发生的快速相位波动。就是说，传统的解调器利用随后的前馈相位补偿回路消除了无法由载波恢复回路消除的快速相位波动。

传统解调器的操作是这样执行的，即致使相位检测器检测出线路切换时发生的相位波动，并致使环形移相器利用相位补偿值将反向的相位旋转添加到解调信号，以补偿相位波动。

但是，不管接收到的信号的相位波动如何，相位检测器的输出一般包含相位检测器本身附带的噪声分量(相位噪声)。因此，在不存在线路切换的状态下，虽然前馈相位补偿回路已处于工作状态，但是正相反，仍然存在相位噪声，并且存在解调特性恶化的问题。

这里，将说明载波同步操作限制中载噪功率比(C/N)和回路带宽之间的关系。图3是示出载波同步操作限制中载噪功率比(C/N)和回路带宽之间的关系的图。

参考图3，随着对接收到的信号的响应性变慢(回路带宽变窄)，由载波抖动(波动)引起的C/N恶化降低，并且载波同步可被保持在接收到的信号的低C/N上。同时，随着对接收到的信号的响应性变快(回路带宽变宽)，相位噪声被抑制，并且由载波抖动引起的C/N恶化变得更加明显。

接下来，将说明误比特率(BER)特性中C/N和回路带宽之间的关系。图4是示出误比特率(BER)特性中载噪功率比(C/N)和回路带宽之间的关系的图。

参考图4以及图3，随着回路带宽变窄，载波抖动的影响变小。同时，随着回路带宽变宽，由相位噪声引起的C/N恶化变小，但是正相反，由载波抖动引起的C/N恶化变大。

根据以上说明，当回路带宽很窄时，从回路外侧接收到的信号噪声分量被抑制，同时，当回路带宽很宽时，回路内产生的噪声分量被抑制。

在上述传统解调器的情况下，虽然前馈相位补偿回路可以补偿在从活动线路到备用线路的线路切换时发生的快速相位波动(解调误差)，但是没有考虑到降低相位检测器本身附带的噪声分量(相位噪声)。

因此，当前馈相位补偿回路在没有线路切换的状态下是有效的时，正相反，上述传统解调器具有解调特性恶化的问题。

发明内容

本发明用于解决以上和其他示例性问题，因此，本发明的示例性特征是用于利用载波恢复回路(反馈回路)之后的与该载波恢复回路共享相位检测器的前馈相位补偿回路来有效地消除载波恢复回路无法完全消除的相位波动。

为了获得上述和其他示例性特征，本发明提供了一种示例性解调器。该解调器包括：载波恢复回路，该回路接收半同步检测后的数字信号，检测所述数字信号相对于预定相位位置的相移，并利用基于所述检测出的相移的第一补偿值来补偿所述数字信号的相位，以生成输出信号；以及前馈相位补偿回路，该回路生成所述检测出的相移的平均值，并利用基于所述平均后的相移的第二补偿值来补偿从所述载波恢复回路输出的信号的相位。

而且，为了获得上述和其他示例性特征，本发明提供了一种示例性相位补偿方法。该相位补偿方法包括：检测接收到的在半同步检测之后的数字信号相对于预定相位位置的相移；利用基于所述检测到的相移的第一补偿值来补偿所述接收到的数字信号的相位，以生成输出信号；对所述检测到的相移的值取平均；以及利用基于平均后的值的第二补偿值来补偿已利用所述第一补偿值补偿后的信号的相位。

此外，为了获得上述和其他示例性特征，本发明提供了一种示例性解调器。该解调器包括：正交检测器，其通过使接收到的信号乘以本地振荡频率来将接收到的信号转换成同相信道和正交相位信道中的基带信号；低通滤波器，其消除所述基带信号中的更不必要的高频分量；模数转换器(A/D)，其将滤波后的基带信号转换成数字信号；载波恢复回路，其检测出所述数字信号相对于预定相位位置的相移，并利用基于所述检测出的相移的第一补偿值来补偿所述数字信号的相位，以生成输出信号；以及前馈相位补偿回路，其生成所述检测到的相移的平均值，并利用基于所述平均后的相移的第二补偿值来补偿从所述载波恢复回路输出的信号的相位。

根据以上结构，本发明的示例性解调器可以利用载波恢复回路(反馈回路)之后的与该载波恢复回路共享相位检测器的前馈相位补偿回路(前馈回路)来有效地消除载波恢复回路无法完全消除的相位波动。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，本发明的上述和其他示例性特征和优点将变得更加明显，在附图中：

图1是示出根据本发明示例性实施例的解调器的结构的框图；

图2是示出在图1所示的解调器中使用的平均电路的结构的框图；

图3是示出载波同步操作限制中载噪功率比(C/N)和回路带宽之间的关系的图；

图4是示出误比特率(BER)特性中载噪功率比(C/N)和回路带宽之间的关系的图；以及

图5是示出根据本发明另一示例性实施例的解调器的结构的框图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来更详细地描述根据本发明的示例性解调器。图1是示出根据本发明示例性实施例的解调器的结构的框图。

参考图1，根据本发明示例性实施例的解调器包括正交检测器(DEM)1、本地振荡器(LO)2、低通滤波器(LPF)3和4、模数转换器(A/D)5和6、载波恢复回路7、前馈相位补偿回路8。

载波恢复回路7包括环形移相器(EPS)9、相位检测器(PD)10、回路滤波器11、数控振荡器(NCO)12。此外，前馈相位补偿回路8除了通常包含的相位检测器(PD)10之外，还包括延迟电路(DELAY)13、平均电路(AVERAGE)14、数控振荡器(NCO)15和环形移相器(EPS)16。

然后，将参考附图来描述根据该示例性实施例的解调器的各个单元的操作。

参考图1，正交检测器(DEM)1通过将接收到的中频(IF)信号乘以本地振荡器2的输出信号而将接收到的中频信号转换为同相CH和正交相位CH中的基带信号，并将基带信号分别提供到低通滤波器3和4。

本地振荡器(LO)2将本地振荡信号提供到正交检测器1，该振荡信号的频率接近(几乎等于)接收到的信号的载波频率。

低通滤波器(LPF)3和4中的每一个从输出自正交检测器1的每个基带信号中消除更加不必要的高频分量(即乘法后添加的分量)，并将滤波后的基带信号提供到模数转换器5和6。

模数转换器(A/D)5和6分别将低通滤波器3和4的输出信号转换成数字信号，并且该数字信号提供到载波恢复回路7中的环形移相器9。

载波恢复回路7的环形移相器(EPS)9利用从数控振荡器12输出的相位补偿信号(第一补偿值)对从模数转换器5和6输出的每个信号执行复数乘法(相位旋转)，输出相位补偿后的信号，并将该相位补偿后的信号提供到前馈相位补偿回路8的延迟电路13。

相位检测器(PD)10检测环形移相器9的每个输出信号的相位在直角坐标系中相对于预定的相位位置被移动多少，并将结果(相移信息)提供到回路滤波器11。此外，相位检测器10还将相移信息提供到前馈相位补偿回路8的平均电路14。

回路滤波器11抑制包含在从相位检测器10中输出的相移信息中的噪声分量，并将自动相控(APC)值提供到数控振荡器12。

数控振荡器(NCO)12将从回路滤波器11输出的APC值转换成相位补偿值θ(第一补偿值)，并将值θ(相位补偿值；sinθ和cosθ)提供到环形移相器9。

前馈相位补偿回路8的延迟电路(DELAY)13将仅被延迟了预定延迟时间的信号提供到环形移相器16，其中所述预定延迟时间是为了使相位检测器10能够检测出相移，而数控振荡器12能够输出值θ所需的延迟时间。

接下来，将更详细描述图1所示的平均电路的结构。图2是示出在图1所示的解调器中使用的平均电路的结构的框图。

平均电路14包括增益放大器21、累加器22、延迟电路23和增益放大器24，如图2所示。

平均电路14利用累加器22将使接收到的信号乘以(1-α)(参数α是小于“1”的正数)的增益放大器21的输出信号与增益放大器24的输出信号相加，仅将相加后的输出信号延迟预定时段，并将利用增益放大器24使延迟后的信号乘以参数α后的信号提供到累加器22。

平均电路14的响应性由增益放大器21和24的参数α确定，并且已知当参数α变为接近“1”时，在一段很长时间内的相位波动被平均(回路响应性变慢)。

由于相位检测器10的输出信号中的噪声分量通过平均过程收敛到“0”，因此从相位检测器10输出的噪声分量可以通过包含在该回路中的平均过程被完全抑制。

数控振荡器15将从平均电路14输出的平均相移信息转换成相位补偿值Φ(第二补偿值)，并将值Φ(相位补偿值；sinΦ和cosΦ)提供到环形移相器16。

环形移相器16向已由延迟电路13利用相位补偿值sinΦ和cosΦ执行了时间调整的信号添加相位旋转，并分别输出Ich(I信道)和Qch(Q信道)的信号。

对于正交检测器1以及环形移相器9和16的细节，是本领域技术人员公知的，在这里将被省略。

接下来，将详细描述根据本发明的示例性实施例的补偿操作。

正交检测器1将接收到的信号乘以本地振荡器2的输出信号，并输出同相CH和正交相位CH的正交信号。

低通滤波器3和4消除包含在正交检测器1的输出信号中的不必要的高频分量，并提取Ich和Qch的基带信号。

模数转换器5和6将接收到的基带信号转换成数字信号，并将该数字信号提供到构成载波恢复回路7的一部分的环形移相器9。

这里，虽然本地振荡器2的本地振荡频率几乎等于接收到的信号的载波频率，但是它们不完全同相。因此，在基带信号中存在根据这些频率差的相位旋转。如果存在相位旋转，则无法正确地恢复发送的数据。因此，载波恢复回路7通过以下操作来消除这种相位旋转。

首先，环形移相器9利用从数控振荡器12输出的相位补偿sinθ和cosθ向解调后的接收信号添加相位旋转。相位检测器10检测出环形移相器9的输出信号在直角坐标系中相对于预定相位位置被移动了多少，并将结果(相移信息)提供到回路过滤器11。

回路过滤器11抑制从相位检测器10中输出的相移信息中的噪声分量，并将APC值提供到数控振荡器12。数控振荡器12将从回路过滤器11输出的APC值转换成相位补偿值sinθ和cosθ，并且这些值提供到环形移相器9。

根据上述回路组成，如果对接收到的信号的响应性很慢(回路带宽很窄)，则可以消除包括在基带信号中的相位波动，尤其是由载波频率和本地振荡频率之间的频率差引起的相位波动。

接下来，前馈相位补偿回路8抑制无法由载波恢复回路7消除的快速相位波动，如下所述。

相位检测器10检测出包括在环形移相器9的输出信号中的相移，并将该相移信息提供到平均电路14。平均电路14对相位检测器10的输出信号取平均，从而抑制包含在相位检测器10的输出信号中的噪声分量，并将平均后的相移信息提供到数控振荡器15。

数控振荡器15将从平均电路14输出的平均后的相移信息转换成相位补偿值Φ，并将相位补偿值(sinΦ和cosΦ)提供到环形移相器16。

延迟电路13延迟环形移相器9的输出信号，直到相位补偿值sinΦ和cosΦ被输出到环形移相器16为止，并将延迟后的信号提供到环形移相器16。

环形移相器16利用从数控振荡器15输出的相位补偿值sinΦ和cosΦ，向延迟电路13的输出信号添加相位旋转，相位旋转仅为Φ。

在前馈相位补偿回路8中，由于建立速度比载波恢复回路7的响应性快(回路带宽很宽)，因此可以消除无法由载波恢复回路7消除的快速相位波动。

根据上述本发明的示例性实施例的组成，级联布置的载波恢复回路7和前馈相位补偿回路8中的每一个可被设置为合适的回路带宽，以便抑制在线路切换时发生的快速相位波动和载波抖动。

首先，如图3和4所示，载波恢复回路7被设置为可以使恶化总量最小化的回路带宽。这样一来，当回路带宽被设置得很宽时，存在抑制由载波抖动引起的具有很大影响的恶化的效果。

接下来，前馈相位补偿回路8被设立比载波恢复回路7的回路带宽更宽的回路带宽，从而抑制了发生在线路切换时的快速相位波动。此时，传统技术中常见的相位检测器本身附带的相位噪声被连接到相位检测器10的输出端的平均电路14所抑制。

因此，前馈相位补偿回路8的回路带宽也可根据设置条件(例如线路切换时间)来适当地设立，而无需考虑相位检测器10本身的噪声分量。

此后，利用使如图3和4所示的恶化的总量最小化的载波恢复回路7和消除了快速相位波动的前馈相位补偿回路8，即使在C/N很差时，也可以防止载波的同步丢失或BER恶化，因此可以降低解调误差。

近年来，为了使载波频率可变或降低成本而采用合成器作为本地振荡器是显而易见的。但是，合成器的相位噪声相比来说较大，它给基带信号带来很大的相位波动。即使在这样的情况下，由于可应用本发明的该实施例，因此对载波频率的可调设置或降低成本也是可实现的。

接下来，将参考附图描述本发明的另一示例性实施例。图5是示出根据本发明另一示例性实施例的解调器的结构的框图。

参考图5，根据本发明另一示例性实施例的解调器包括混频器(MIX)31、本地振荡器(LO)32、低通滤波器(LPF)33、模数转换器(A/D)34、正交检测器(DEM)35、载波恢复回路36和前馈相位补偿回路37。

如图5所示，该实施例的解调器的构成是将接收到的信号转换成IF频率的数字信号。因此，该实施例的解调器与图1所示的解调器的不同之处在于将接收到的IF信号转换成基带信号，并继而转换成数字信号。

这里，由于载波恢复回路36和前馈相位补偿回路37的组成和操作与图1所示的载波恢复回路7和前馈相位补偿回路8的操作相同，因此省略其详细说明。

虽然已经结合某些示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明所包含的主题并不局限于这些特定实施例。相反，本发明的主题想要包括可被包括在所附权利要求书的精神和范围内的所有替换、更新和等同物。

此外，本发明的发明人希望，即使在申请过程中对权利要求进行了修改，也能够保留本发明的所有等同物。

Claims (10)

1.一种解调器，包括：

载波恢复回路，该回路接收半同步检测后的数字信号，检测所述数字信号相对于预定相位位置的相移，并利用基于所述检测出的相移的第一补偿值来补偿所述数字信号的相位，以生成输出信号；以及

前馈相位补偿回路，该回路生成所述检测出的相移的平均值，并利用基于所述平均后的相移的第二补偿值来补偿从所述载波恢复回路输出的信号的相位。

2.如权利要求1所述的解调器，其中所述载波恢复回路具有第一回路带宽，以使所述数字信号的相位被补偿，所述第一回路带宽对所述数字信号具有慢响应性，而所述前馈相位补偿回路具有第二回路带宽，与所述载波恢复回路相比，所述第二回路带宽对所述数字信号具有快响应性。

3.如权利要求2所述的解调器，其中所述载波恢复回路包括：

相位检测器，其检测所述数字信号相对于所述预定相位位置的相移；

第一数控振荡器，其生成与所述检测到的相移相对应的所述第一补偿值；

第一环形移相器，其利用基于所述第一补偿值的正弦波信号和余弦波信号来补偿所述数字信号的相位。

4.如权利要求2所述的解调器，其中所述前馈相位补偿回路包括：

平均电路，其对在预定时段内检测到的相移取平均；

第二数控振荡器，其生成与所述平均后的相移相对应的所述第二补偿值；

第二环形移相器，其利用基于所述第二补偿值的正弦波信号和余弦波信号来补偿来自所述载波恢复回路的输出信号的相位。

5.一种解调器的相位补偿方法，该方法包括：

检测接收到的在半同步检测之后的数字信号相对于预定相位位置的相移；

利用基于所述检测到的相移的第一补偿值来补偿所述接收到的数字信号的相位，以生成输出信号；

对所述检测到的相移的值取平均；以及

利用基于平均后的值的第二补偿值来补偿已利用所述第一补偿值补偿后的信号的相位。

6.如权利要求5所述的相位补偿方法，其中所述第一补偿值是在载波恢复回路中生成并使用的，而所述第二补偿值是在前馈相位补偿回路中生成并使用的，其中所述载波恢复回路具有第一回路带宽，以使所述接收到的数字信号的相位被补偿，所述第一回路带宽对所述接收到的数字信号具有慢响应性，而所述前馈相位补偿回路具有第二回路带宽，与所述载波恢复回路相比，所述第二回路带宽对所述接收到的数字信号具有快响应性。

7.一种解调器，包括：

正交检测器，其通过使接收到的信号乘以本地振荡频率来将接收到的信号转换成同相信道和正交相位信道中的基带信号；

低通滤波器，其消除所述基带信号中的更不必要的高频分量；

模数转换器，其将滤波后的基带信号转换成数字信号；

载波恢复回路，其检测出所述数字信号相对于预定相位位置的相移，并利用基于所述检测出的相移的第一补偿值来补偿所述数字信号的相位，以生成输出信号；以及

前馈相位补偿回路，其生成所述检测到的相移的平均值，并利用基于所述平均后的相移的第二补偿值来补偿从所述载波恢复回路输出的信号的相位。

8.如权利要求7所述的解调器，其中所述载波恢复回路具有第一回路带宽，以使所述数字信号的相位被补偿，所述第一回路带宽对所述数字信号具有慢响应性，而所述前馈相位补偿回路具有第二回路带宽，与所述载波恢复回路相比，所述第二回路带宽对所述数字信号具有快响应性。

9.如权利要求8所述的解调器，其中所述载波恢复回路包括：

相位检测器，其检测所述数字信号相对于所述预定相位位置的相移；

第一数控振荡器，其生成与所述检测到的相移相对应的所述第一补偿值；

第一环形移相器，其利用基于所述第一补偿值的正弦波信号和余弦波信号来补偿所述数字信号的相位。

10.如权利要求8所述的解调器，其中所述前馈相位补偿回路包括：

平均电路，其对在预定时段内检测到的相移取平均；

第二数控振荡器，其生成与所述平均后的相移相对应的所述第二补偿值；

第二环形移相器，其利用基于所述第二补偿值的正弦波信号和余弦波信号来补偿来自所述载波恢复回路的输出信号的相位。

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