CN1852278A

CN1852278A - 与nr解码结合的相位跟踪环路

Info

Publication number: CN1852278A
Application number: CNA2006100259897A
Authority: CN
Inventors: 归琳; 管云峰; 孙军
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2006-10-25

Abstract

一种与NR解码结合的相位跟踪环路，属于数字信号传输技术领域。本发明包括一个复均衡器的FIR、DFE、复乘器、加法器、NR解码器、减法器、实乘器、累加器、限幅器，它与均衡器结合，使解调后处理得到的复信号由I和Q路组成，经过复均衡FIR，输出仍为复信号，它与总相差φ复乘，进行相位解旋，之后取出实基带信号与DFE输出送入加法器得到均衡器输出，进入一个NR解码器后得到信号送入DFE作为输入，NR解码前后的信号进入减法器得到误差信号；它和均衡器FIR输出的虚部相乘得到鉴相输出，去噪声和限幅后进行相位解旋，去除相位偏差和相位抖动。本发明可有效地消除和补偿数字电视地面广播传输中相位偏差和抖动造成对信号传输的影响。

Description

与NR解码结合的相位跟踪环路

技术领域

本发明涉及一种数字信号传输技术领域的相位跟踪环路，尤其涉及一种适用于数字电视地面广播的与NR解码结合的相位跟踪环路。

背景技术

在高速数字信号无线传输系统中，由于接收机收到的信号中的载波频率与本地产生的时钟频率之间存在频率偏差，在将信号频谱搬移成基带数字信号时，就需要通过一个载波恢复环路去补偿频率偏差。在ADTB-T高级数字电视地面广播传输系统中，采用了OQAM 90°相位差振幅调制支路，并且利用加双导频的方法在发送数据中的上下边带中心各加上1个导频来辅助载波恢复，参见图1，该图表示一个频谱图，以频谱相对幅度大小来表示的。此外，在接收机中，还充分利用发端所形成的OQAM信号上下边带对称的冗余信息来共同辅助载波恢复环路进行锁频琐相(DPDFLL)的跟踪。上述的载波捕获环路，由于环路具有较宽的带宽，因此其捕获速度很快。但由于输出的误差方差也大，其频率的抖动也很厉害，所以系统常常还需要有另一个载波跟踪环路(并非指相位跟踪环路)来将这些剩余频率抖动去掉。通常是在均衡器输出端再结合上一个载波跟踪环路，以消除上述频率抖动的影响。

由于上述载波捕获和载波跟踪环路都采用了高阶的锁频锁相环路，虽然具有较快的锁频能力和较宽的锁频范围，但其相位的跟踪能力较差，因而环路的输出通常包含较大的相位噪声。实际上，在之前的接收端的下变频器(TUNER)处也会引入较大的相位抖动，机械振动导致的高频头内电感线圈的机械形变所引起的电感值变化也是引入相位噪声的原因。因此必须有一个相位跟踪环路来去除相位噪声和相位抖动的影响。

在实际应用中，基于均衡输出的公共误差信息的鉴相方程既可以补偿码间干扰，又可以补偿频率抖动和相位抖动。而且利用均衡之后的数据星座点可进行相干检测，其具有噪声小和精度高的特性。横向滤波器结构的均衡器主要是对抗信道衰落引起的码间干扰，它可弥补多径干扰的幅度和时延的影响，但该均衡器对频率和相位的敏感性不大，所以均衡后的数据中还是包含了频率抖动和相位的抖动信息。常用的均衡器结构包括一个FIR(有限冲激响应滤波器)和一个DFE(判决反馈均衡器)。由于采用不同的调制方式，从均衡器的输出得到鉴相方程也各不相同。

经对现有技术的文献检索发现，在1997.03.26公开的专利号为“CN96108436.7”的中国专利“数字残留边带调制通信装置的相位检测方法和相位跟踪环电路”中，提出了如下的相位检测方法：数字滤波从外部施加的I信道数据，恢复Q信道数据；利用规定的相位误差值补偿I和Q信道数据的相位；从相位补偿的I信道数据中估算近似于I信道数据的I信道电平值；和得到相位补偿的I信道数据与估算的I信道电平值之间的差，产生利用Q信道数据的符号乘以误差得到的作为相位误差值的操作值。很显然，这种接收机可以适用于VSB调制的系统。因为采用VSB(残留边带)调制的传输系统(比如美国的ATSC)，其均衡器是一个实均衡，只有一路I路信号参与均衡器和解码，鉴相方程中的Q路信号是从I路信号经过希尔伯特变化得来。因此实际上的鉴频鉴相信息都来自I路信息。参见图2。

而对于采用OQAM调制的系统，均衡器是个复均衡，I路和Q路是两路独立的数据信息，因此有可能利用I路和Q路的两路信息来设计出更好的相位跟踪环路。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种适用于数字电视地面广播的与NR解码结合的相位跟踪环路。本发明需要解决的技术问题是，当高速数字信号在无线传输过程中，信号存在的损伤与失真，如相位偏差和抖动等，都需经过接收机处理来恢复和补偿，本发明提供一种具有快响应同步的相位跟踪环路，它利用均衡后的特殊判决信息来消除或补偿相位偏差造成的影响。本发明可广泛地应用于ADTB-T OQAM系统低码率传输模式(OQAM)的接收机中。

本发明的目的是依靠以下技术方案来实现的，一种与NR解码结合的相位跟踪环路，在信号传输系统的接收机中，置于均衡器之后，连接着该相位跟踪环路。该相位跟踪环路包括一个复均衡器的FIR，和一个均衡器的DFE，一个复乘器，一个加法器，一个NR解码器，一个减法器，一个实乘器，一个累加器，一个限幅器。其中：FIR和DFE共同组成一个复均衡器，以恢复出有效数据信息；复乘器用来进行相位解旋处理；加法器得到均衡器的有效恢复数据输出；NR解码器对均衡器输出进行NR解码从而得到数据软判决信息；减法器得到均衡器的误差信号，配合均衡器的正常工作；实乘器将上述误差信号和FIR的虚部信号进行相乘得到鉴相输出；累加器用于消除鉴相噪声；以及限幅器用于产生相差；限幅器用于产生相差。

本发明相位跟踪环路将OQAM解调后处理得到的复信号由I和Q两路信号组成(I+jQ)；经过复均衡的FIR之后输出的仍为复信号(I′+jQ′)，(I′+jQ′)与总的相差复乘后去除频率和相位抖动，取出其中的实基带信号；上述实基带信号与DFE输出的I和Q路信号一起送入一个加法器，相加得到均衡器的输出SUM；均衡输出SUM进入一个NR解码器进行解码得到解码输出软判决信号DATA；上述解码输出DATA一方面送入DFE作为其输入，另一方面和SUM一起进入一个减法器；减法器的输出误差信号ERR；误差信号ERR和均衡器的FIR输出的虚部Q′一起送入一个实乘器得到(SUM-DATA)×Q′为鉴相输出；由于该鉴相方程的噪声较大，上述鉴相输出随后送入一个累加器消除鉴相噪声；上述去噪之后的鉴相信号的能再送入一个限幅器，以尽量减少环路对相位噪声盲目跟踪；限幅输出相差，送入上述复乘器，进行相位解旋，去除相位偏差和相位抖动。

所述的NR解码器，它可以包括基于星座点的硬判决器，以适用于ADTB-T系统中的各种传输模式，例如，32-OQAM、16-OQAM和4-OQAM；或者也可包括采用软输入/软输出的NR码解码器，以适用于4-OQAM-E。

所述限幅器可以根据系统传输模式的不同而选择不同的限幅参数。该限幅器在ADTB-T系统中不同的传输模式的限幅可以选择为：32-OQAM：±π/24；16-OQAM：±π/12；4-OQAM和4-OQAM-E：±π/4。

本发明相位跟踪环路的鉴相方程输出，实际上也可以用作载波跟踪环路的NCO驱动信号生成。

由频率抖动引起的相差1和由相位抖动引起的相差2可以相加得到总的相差，送入上述复乘器一起进行相位解旋，即将载波跟踪和相位跟踪环路结合成一个基于均衡器输出的锁频锁相环路。

概括地说，在ADTB-T OQAM系统的接收机中，在均衡器之后加上一个相位跟踪环路，去除相位噪声和相位抖动。该相位跟踪环路利用均衡器的FIR复数输出，以及均衡器输出之后用NR解码得到的解码输出数据，得到鉴相方程，检出相位误差信息，对信号进行相位解旋。该相位跟踪环路即可以独立进行相位跟踪，还可以与同处均衡后的载波跟踪环路结合，从而能共同消除均衡器后的频率抖动和相位抖动。

本发明的有益效果是，接收系统采用本发明的相位跟踪环路后，可以有效地消除和补偿在数字电视地面广播传输中的相位偏差和抖动对信号传输所产生的影响。与传统应用于VSB调制信号的载波跟踪环路不同的是，本发明的相位跟踪环路更加充分地利用了I路和Q路的信息，因而具有更快收敛的特性。此外，由于采用了NR解码，使得DFE所使用的数据更加准确，从而保证了鉴相方程的输出更加准确，使整个环路的性能有大大提高。

附图说明

图1为ADTB-T OQAM系统数据加双导频频谱

图2为美国ATSC采用的结合均衡器的相位跟踪环路的框图

图3为本发明的与NR解码结合的相位跟踪环路的框图

图4为本发明的相位跟踪环路与载波跟踪环路结合的实施例的框图

具体实施方式

ADTB-T传输系统基于OQAM调制，均衡器的FIR部分还是一个标准的复均衡。由于OQAM相干解调后处理输出I和Q两路。因此均衡输入输出也均为复数。由该均衡输出得到的鉴频鉴相信息将来自I和Q两路信号，较之VSB实际上只有I一路信号，显然更为准确。而QAM调制系统的I和Q路是互相独立的，采用的鉴相方程明显与OQAM不同。同时为得到更为可靠的判决信息，并且考虑同均衡器结合的特点：1：更大的汉明距；2：更低的载噪比(Eb/No)门限；3：为均衡器提供置信度均匀的可靠信息。ADTB-T系统的低码率传输模式(4OQAM)的鉴相方程中采用NR解码输出作为判决信号。

图3为本发明的与NR解码结合的相位跟踪环路的框图。如图3所示，本发明的相位跟踪环路包括一个复均衡器的FIR，一个均衡器的DFE，一个复乘器，一个加法器，一个NR解码器，一个减法器，一个实乘器，一个累加器以及一个限幅器。

其中，FIR和DFE共同组成一个复均衡器，以恢复出有效数据信息；复乘器用来进行相位解旋处理；加法器得到均衡器的有效恢复数据输出；NR解码器对均衡器输出进行NR解码从而得到数据软判决信息；减法器得到均衡器的误差信号，配合均衡器的正常工作；实乘器将上述误差信号和FIR的虚部信号进行相乘得到鉴相输出；累加器用于消除鉴相噪声；以及限幅器用于产生相差；限幅器用于产生相差；

其连接关系和工作流程如下：OQAM解调后处理得到的复信号由I和Q两路信号组成(I+jQ)；经过复均衡的FIR之后输出的仍为复信号(I′+jQ′)，(I′+jQ′)与总的相差复乘(相当于相位解旋)后去除频率和相位抖动，取出其中的实基带信号；上述实基带信号与DFE输出的I和Q路信号一起送入一个加法器，相加得到均衡器的输出SUM；均衡输出SUM进入一个NR解码器进行解码得到解码输出软判决信号DATA；上述解码输出DATA一方面送入DFE作为其输入，另一方面和SUM一起进入一个减法器(SUM-DATA)；减法器的输出误差信号ERR；误差信号ERR和均衡器的FIR输出的虚部Q′一起送入一个实乘器得到(SUM-DATA)×Q′为鉴相输出；由于该鉴相方程的噪声较大，上述鉴相输出随后送入一个累加器消除鉴相噪声；上述去噪之后的鉴相信号的可以再送入一个限幅器，以尽量减少环路对相位噪声盲目跟踪；限幅输出相差，送入上述复乘器，进行相位解旋，去除相位偏差和相位抖动。

由于均衡器采用的是复均衡方式，能够保留I和Q路两路信号，并充分利用这两路信号中的相位信息。同时，采用均衡后的NR解码输出得到鉴相信息，比一般的硬判决能得到更为准确的信息，同时相比传统的VITERBI译码与均衡结合的方式，亦能得到1：更大的汉明距；2：更低的载噪比(Eb/No)门限；3：为均衡器提供置信度均匀的可靠信息。因此用其作为鉴相信号更为安全。

上述发明的相位跟踪环路的鉴相方程输出，实际上也可以用作载波跟踪环路的NCO数控振荡器，驱动信号生成。参见图4的与均衡器结合的锁频锁相环路，从上述发明中得到的鉴相信号分离出由频率抖动引起的相差1可以用载波跟踪环路消除。由相位抖动引起的相差2可以用相位跟踪环路消除。两者结合成一个基于均衡器输出的锁频锁相环路。

Claims

1.一种与NR解码结合的相位跟踪环路，包括一个复均衡器的FIR、一个均衡器的DFE、一个复乘器、一个加法器、一个NR解码器、一个减法器、一个实乘器、一个累加器、一个限幅器，其特征在于：FIR和DFE共同组成一个复均衡器，以恢复出有效数据信息；复乘器用来进行相位解旋处理；加法器得到均衡器的有效恢复数据输出；NR解码器对均衡器输出进行NR解码从而得到数据软判决信息；减法器得到均衡器的误差信号，配合均衡器的正常工作；实乘器将上述误差信号和FIR的虚部信号进行相乘得到鉴相输出；累加器用于消除鉴相噪声；以及限幅器用于产生相差；限幅器用于产生相差；

将OQAM解调后处理得到的复信号由I和Q两路信号组成(I+jQ)；经过复均衡的FIR之后输出的仍为复信号(I′+jQ′)，(I′+jQ′)与总的相差复乘后去除频率和相位抖动，取出其中的实基带信号；上述实基带信号与DFE输出的I和Q路信号一起送入一个加法器，相加得到均衡器的输出SUM；均衡输出SUM进入一个NR解码器进行解码得到解码输出软判决信号DATA；上述解码输出DATA一方面送入DFE作为其输入，另一方面和SUM一起进入一个减法器；减法器的输出误差信号ERR；误差信号ERR和均衡器的FIR输出的虚部Q′一起送入一个实乘器得到(SUM-DATA)×Q′为鉴相输出；由于该鉴相方程的噪声较大，上述鉴相输出随后送入一个累加器消除鉴相噪声；上述去噪之后的鉴相信号的能再送入一个限幅器，以尽量减少环路对相位噪声盲目跟踪；限幅输出相差，送入上述复乘器，进行相位解旋，去除相位偏差和相位抖动。

2.根据权利要求1所述的与NR解码结合的相位跟踪环路，其特征是，所述NR解码器包括基于星座点的硬判决器，以适用于ADTB-T系统的各种传输模式中的32-OQAM、16-OQAM和4-OQAM；或者包括采用软输入/软输出的NR码解码器，以适用于4-OQAM-E。

3.根据权利要求1所述的与NR解码结合的相位跟踪环路，其特征是，所述限幅器根据系统传输模式来选择对应的限幅参数。

4.根据权利要求1或者3所述的与NR解码结合的相位跟踪环路，其特征是，所述限幅器在ADTB-T系统中各传输模式的限幅选择为：32-OQAM：±π/24；16-OQAM：±π/12；4-OQAM和4-OQAM-E：±π/4。

5.根据权利要求1所述的与NR解码结合的相位跟踪环路，其特征是，所述相位跟踪环路的鉴相方程输出能用作载波跟踪环路的NCO驱动信号生成。

6.根据权利要求1所述的与NR解码结合的相位跟踪环路，其特征是，所述的相差，由频率抖动引起的相差1和由相位抖动引起的相差2相加得到总的相差，送入上述复乘器一起进行相位解旋，即将载波跟踪和相位跟踪环路结合成一个基于均衡器输出的锁频锁相环路。