基于ADS的接收機碼元同步算法實現(xiàn)方案-技術方案

精品文檔-下載后可編輯基于ADS的接收機碼元同步算法實現(xiàn)方案-技術方案0引言

在數(shù)字接收機中，為了在抽樣判決時刻準確判決發(fā)送過來的碼元，需要提供一個確定抽樣判決時刻的定時脈沖序列。這個定時脈沖序列的重復頻率必須與發(fā)送的數(shù)碼脈沖序列一致（即接收、發(fā)送雙方必須同步，具有相同的主頻率），同時在判決時刻對接收碼元進行抽樣判決。這樣的定時脈沖序列稱為碼元同步。

16QAM（QuadratureAmplitudeModulation）接收機要完成16QAM信號的解調(diào)首先要完成碼元同步，再通過隨后的均衡、載波恢復等模塊完成信號的解調(diào)。因此碼元同步算法的實現(xiàn)是至關重要的一部分。

1碼元定時同步原理及其在ADS中的設計

數(shù)字化的解調(diào)器中，經(jīng)過下變頻所得的基帶信號通過匹配濾波器，然后以時鐘周期為Ts的固定采樣頻率進行采樣、量化后進入碼元同步環(huán)路。

在論文中，具體采用的定時同步模塊如圖1所示，它由內(nèi)插濾波器（由DAC、濾波器和重采樣等效實現(xiàn)）、定時誤差提?。═ED）、環(huán)路濾波器以及VCO控制器組成。從圖中可看出：信號經(jīng)過內(nèi)插后，每個符號內(nèi)有兩個采樣點，再進行時鐘誤差提取，得到的誤差信號經(jīng)過環(huán)路濾波器后送給VCO,控制內(nèi)插完成同步。即通過采樣點提取時鐘控制信號調(diào)整采樣時鐘來達到同步。

下面分別介紹各模塊的原理。

1.1內(nèi)插濾波器原理

內(nèi)插濾波器實際上實現(xiàn)的是一個數(shù)據(jù)的速率轉(zhuǎn)換可以假設它的模型如圖2所示。

1.2定時誤差（TED）信號的提取

Gardner碼元同步算法是一種異步時鐘恢復方法，本地生成碼元時鐘，采用插值方法得到抽樣時刻碼元值，不需要滿足采樣時鐘與碼元時鐘是整數(shù)倍關系的要求。Gardner碼元同步算法中，輸入的基帶信號經(jīng)過插值后得到2倍碼元速率的抽樣數(shù)據(jù)，抽樣數(shù)據(jù)經(jīng)過反饋支路控制數(shù)控振蕩器輸出頻率從而調(diào)整碼元時鐘，采樣得到采樣點，完成時鐘的鎖定和跟蹤。

Gardner算法不需要判決反饋，每個數(shù)據(jù)需要兩個采樣點，其中一個是strobe點，即符號觀察點；另一個是midstrobe點，即兩個觀察點之間的采樣點。一個在符號判決點附近，另一個在兩個符號判決點中間附近，并且與載波相位偏差無關，因此定時調(diào)整可先于載波恢復完成，定時恢復環(huán)和載波恢復環(huán)相互獨立，這給解調(diào)器的設計和調(diào)試帶來了方便。

在16QAM調(diào)制信號中，例如果符號從-1變?yōu)?,1變?yōu)?1,-3變?yōu)?,3變?yōu)?3等的時候，則沒有定時誤差時，中間點的平均值應為零。而有定時誤差時，將會產(chǎn)生一個非零的值，它的大小與差錯的大小成正比。另外一些情況，當沒有定時誤差時，中間點的平均值并不是零。例如符號從3變?yōu)?1,當沒有定時誤差時，中間點的平均值是1,如圖3所示。

如果直接把Gardner算法運用在16QAM解調(diào)系統(tǒng)中，定時誤差檢測的結果有些點上是正確的，有些點上是錯誤的。對于大量數(shù)據(jù)，這些錯誤的平均值是零，因為沒有定時誤差的情況，中間點可能是0,-1,1,-2,2,其平均值為零。因此這些錯誤會導致定時時鐘的抖動，通過濾波器可以減小這些抖動。

為了消除這些抖動。我們對Gardner算法做了進一步改進，其改進后算法為：

當定時超前，誤差為負，定時滯后，誤差為正。Gardner算法具有兩個特點：一是每個符號只需要兩個采樣點，且以碼元速率輸出誤差信號；二是估計算法是獨立于載波相位的，不受載波相位偏移的影響，即可以在載波相位同步之前，進行定時誤差估計。

1.3壓控振蕩器（VCOVoltageControlledOscillator）

2ADS中的仿真結果分析

ADS,即HPAdvancedDesignSystem的簡稱。它是AgilentTechnologies公司新推出的一套電路輔助設計軟件。AgilentTechnologies公司把已有產(chǎn)品：HPMDS（MicrowaveDesignSystem）和HPEEsofIV（ElectronicEngineeringSoftware）兩者的精華有機的結合起來，并增加了許多新的功能，構成了功能強大的ADS軟件。ADS可應用于整個現(xiàn)代通信系統(tǒng)及其子系統(tǒng)，能對通訊系統(tǒng)能進行快速、便捷、有效的設計和仿真。

ADS軟件分為DigitalSignalProcessingNetwork和Analog/RFNetwork兩個仿真設計模塊。接收機的仿真是在DigitalSignalProcessingNetwork中完成，里面加載了很多常用的通信器件，可供調(diào)用。

在ADS中，建立仿真模型，本文仿真基于16QAM調(diào)制、1.8GHHz中頻、720Mbps碼速率中頻采樣的全數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)（如圖5），研究了高速全數(shù)字解調(diào)中碼元同步的關鍵技術。

圖5通信系統(tǒng)誤碼率仿真工程

仿真設計：1、系統(tǒng)中，碼元的長度為5.6nsec.在發(fā)送端的低通成型濾波器（LPT_RaiseCosineTimed）中加入2nsc的延時來仿真碼元抖動。

圖6為從碼元同步模塊中測量出來的誤差信號、環(huán)路濾波后的信號。從圖中可得出，VCO根據(jù)反饋回來經(jīng)過濾波后的誤差信號（如圖6下）來實時調(diào)整采樣的頻率，直到VCO輸出時鐘頻率

圖7所示分別為1.8GHz采樣率，碼元速率720Mbps,初始偏差1MHz,信噪比20dB時碼元同步的鎖定情況；和0.9GHz采樣率，碼速率360MHz,初始偏差1MHz,信噪比20dB時碼元同步的鎖定情況。仿真證明這種碼元同步方法能夠正確生成碼元時鐘滿足高碼速要求，并且適應不同碼速率。能正確生成碼元時鐘滿足高碼速要求，并且適應不同碼速率。

通過上表說明，如圖5所示的系統(tǒng)中，碼元同步模塊對于的信號的抖動和接收端時鐘的頻率偏差有較強的糾正能力。抖動為半個碼元長度時，模塊將誤碼率從1.730E-5降到了9.039E-6.對于時鐘的頻率偏差糾正能力尤為突出，達到3MHz的范圍（748.5MHz~~751.5MHz）內(nèi)都可以鎖定。當同時加入碼元抖動和時鐘偏差時，系統(tǒng)也表現(xiàn)出了較強的糾