载波恢复技术(带图)(2)

Se(n)=SQ(n)?sgn[SI(n)]?SI(n)?sgn[SQ(n)] （4-6）直接使用DD算法，其载波恢复的频偏捕获范围是比较小的，一般低于80kHz。判决导向锁相环采用全星座图判决，在稳定时的相位噪声最小，所以实际应用中DD算法可以用于载波频偏捕获之后对载波相位进行跟踪，这样可以获得较小的稳态相位误差。

DD算法和通用环一样，也是面向判决的，当载波频偏或相偏太大时，无法得到正确的符号判决值，此时将无法实现载波同步，所以DD-PLL算法的载波捕捉范围比较小。

4.3 其它的载波恢复方法 4.3.1 通用载波恢复环

1983年，法国国家电信中心实验室莱耳特(A.Leclert)提出了一种专门用于QAM信号的通用载波恢复环简称为通用环[10]。其结构如图4-7所示。

提取 相位误差 输入信号 LPF

+ ?SI SI 判决器 + VCO LF Se - π/2

LPF 判决器 ?SQS Q + + -

图4-7 通用载波恢复环结构框图

+ 这种环路结构简单、容易实现，从理论上说可以达到比较理想的载波跟踪。这种环路从理论上说可以完全消除统计跟踪法或矢量点扣除法所固有的码型噪声，达到比较理想的载波跟踪。

但是，当载波有比较大的频差时，判决很不可靠，使得取出的误差也不可靠，这时载波恢复环路无法很好地工作。只有当载波频差很小时，判决比较可靠了，才能有效地恢复出载波，因此通用环一般只用于环路的跟踪，即实现相位检测（PD）的功能。

通用环的基带处理函数可以表示为：

?)?sgn(S?)?sgn(S?S?)?sgn(S?) （4-7） Se?sgn(SI?SIQQQI?、S?分别是S、S的判决 式中SI、SQ为正交鉴相器输出两路基带信号，SIQIQ值。

4.3.2 PFD算法

Hikmet Sari和Said Moridi提出了PFD载波恢复算法，其原理框图如图4-8所示，该方法可以有效地增大载波恢复环的频率跟踪范围，同时起到调频和调相的作用。

sin?(t)

π/2 PD 幅度 比较器 控制 信号 跟踪和保持

PD cos?(t) VCO 图4-8 PFD算法结构方框图

LF 这种PFD是基于传统的PD提出来的，其基本思想是检测出载波相位的过零点，只将过零点后的PD检测值送给环路滤波器，并且这个值保留到下一个过零点的到来，从统计上分析，该方法可以使检测值具有与载波频偏同样极性的直流输出，起到FD的作用。具体的做法是，对星座点设置一个窗口，如果信号落在窗口内，就认为载波误差在零点附近，用PD算法提取相位误差，否则就保持上一次的检测值。

这种PFD算法将FD和PD相结合，大大扩展了环路捕捉的范围。但是由于只利用了QAM星座图中对角线上的信号，造成载波相位抖动增大。因此在环路锁定后，利用控制逻辑切换到PD方式下工作，对所有的信号点都进行相位检测，

以此减小稳态相位抖动。该算法对噪声比较敏感，高阶QAM的两个星座点间的相位间隔太小，只能对付比较小的载波频率误差。这种PFD算法应用在我们的DVB-C系统中，需要辅助较多的扫频回合。

4.3.3 极性判决相位检测算法

为了更好地提高载波捕捉范围，Kim和Choi提出了极性判决相位检测算法[11]用于高阶QAM的载波恢复。实现结构如图4-9所示，基本思想和DD-PLL方法一样，同时结合了功率检测，并且用极性判决替换逐电平判决，减小了鉴相输出对精确判决灵敏度的影响。

功率 检测器 S(n)y(n) 极性 ?判决 S(n) Im[S(n)] ?S(n)

数控振荡器

图4-9 极性判决算法的结构框图

环路滤波器 Se(n) 极性判决算法中，功率检测电路输出控制信号，决定符号是否被处理。当满足S(n)??2时进行判决，当S(n)??2时PD状态保持不变，即Se(n)?0。其中?表示门限值，该值可根据不同模式及所选择有用信号而改变，以便适合不同频偏系统。极性判决对I、Q两路分别进行判决，输出：

22Se(n)=sgn[SI(n)]+j?sgn[SQ(n)]=?1?j 当不判决时，鉴相器输出Se(n)?0。

S(n)SQ(n)sgn[SI(n)]-SI(n)sgn[SQ(n)]判决允许时，Se(n)=Im[。 ]=?2S(n)则鉴相器输出如下式所示：

S(n)2?2Im[] S(n)?? ??S(n)Se(n)=? （4-8） ?0 其他?

?SQ(n)sgn[SI(n)]-SI(n)sgn[SQ(n)]2 S(n)??2 ? ??2?0 其他?该算法随着?的增大，被处理的符号减少，锁定误差范围减小，当?等于9.3时，理论上可以消除锁定误差。但是?取值太大时，被判决的符号会大大减小。为了更好的追踪，需要减小门限值?。随着?减小，输出抖动方差却不断增大。这是Se(n)的非准确判决造成的，-π/4，π/4，3π/4}，Se(n)只有四个取值{-3π/4，分别对应了对角线的四个方位。相对于S(n)存在了相位偏差，从而加剧了稳态相位抖动。所以该算法虽然提高了频率捕捉范围，却不能良好跟踪环路相位。

4.4 小结

载波恢复过程分成了捕获和跟踪两部分。在许多系统中，跟踪都是由简单有效的误差判决导向（DD）完成的，而捕获则有多种方法。本章所论述的载波恢复算法中，DD算法和通用载波恢复环主要用途是跟踪载波相位，而其它的载波恢复则主要是用于载波捕获。

下一章将论述把极性判决算法和DD算法结合起来的载波恢复电路。

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