專利名稱：改善數(shù)字擴頻接收機載波相位抖動和波形畸變的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善接收機相位抖動和載波波形畸變的方法。尤其涉 及一種改善數(shù)字擴頻接收機的本地載波相位抖動和波形畸變的方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字擴頻接收機在衛(wèi)星通信、無線通信中有著廣泛的應(yīng)用。由于其基 于同步傳輸?shù)脑?，進行擴頻傳輸。所以，系統(tǒng)中必然同時存在時鐘同步 和載波同步單元。由于包括載波同步的過程在內(nèi)的系統(tǒng)中的許多重要工作 單元都需要一個穩(wěn)定的最好是恒定的同步時鐘，所以，在時鐘同步的過程 中，抖動的時鐘必然影響到其中的載波同步單元，以致造成數(shù)字擴頻接收 機的本地載波隨著時鐘同步的變化而發(fā)生相位抖動和波形畸變。現(xiàn)有技術(shù) 中，數(shù)字擴頻接收機中的本地載波信號一般由它所包含的數(shù)控振蕩器
(NCO)產(chǎn)生，NCO產(chǎn)生的正交本振信號可以用下面式1表示
cosu;/= cos(o;。十Ao;)f = cos[27r(/0 ,
(式1 )
sina;f = sin(o;0十Ao;)f = sin 2丌(/0十A/)xwA^
1式中"0為標稱角頻率；fo為標稱頻率；Ao)為角頻率偏移；Af為 頻率偏移，Af遠小于fo， Af在AFC (自動頻率控制)信號控制下變化， 使本振頻率與輸入頻率同步；n=0、 1、 2、 3、 4......; fr為NCO的函數(shù)值
的輸出頻率；A t= 1/ fr，為NCO的函數(shù)值的輸出時間間隔。
現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字擴頻接收機的時鐘同步電路、載波同步電路均以數(shù) 字方式實現(xiàn)，時鐘同步是在時鐘同步電路中調(diào)整本地時鐘超前、滯后的信 號，使得本地時鐘與輸入時鐘信號同步。在時鐘同步過程中，At會產(chǎn)生 變化，變化量為士 t ， t為時鐘調(diào)整時延，當接收機時鐘同步精度確定后， 它是一個常數(shù)數(shù)值上與接收機時鐘同步調(diào)整精度有線性關(guān)系，例如有
些系統(tǒng)中，時鐘調(diào)整精度為50ns， t也是50ns;因為本地載波的正交本振 信號是和At相關(guān)的，見上式l，從而引起NCO輸出的本地載波相位抖動和波形畸變。如果NCO本振頻率為2.5MHz (周期為400ns) ， NCO函數(shù) 值輸出時鐘頻率fr為10MHz ( At=100ns)，每次時鐘調(diào)整時延為±50ns， 時鐘調(diào)整引起的載波振蕩信號的相位抖動約為±45° ，這種因為時鐘調(diào)整 而引起的本地載波的相位抖動、波形畸變會造成擴頻接收機誤碼率上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改善數(shù)字擴頻接收機載波相位抖動和波形
畸變的方法，用以解決數(shù)字擴頻接收機的本地載波因為時鐘同步的調(diào)整 過程中發(fā)生相位抖動和波形畸變的問題。
本發(fā)明為了達到上述的目的，采取的技術(shù)方案是-
提供一種改善數(shù)字擴頻接收機載波相位抖動和波形畸變的方法，所述 本發(fā)明的方法是針對所述數(shù)字擴頻接收機，它包括A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)控振 蕩器，低通濾波器，相關(guān)器，分別與相關(guān)器輸出端相連接的時鐘同步電路，
載波同步電路和數(shù)據(jù)恢復模塊；所述本發(fā)明的方法是依據(jù)數(shù)字擴頻接收機
內(nèi)的時鐘同步電路產(chǎn)生的超前或滯后信號采用相位補償?shù)姆椒▽ζ湟虺?前或滯后信號引起的數(shù)控振蕩器本地載波信號的相位抖動和波形畸變，建 立一相位補償模塊，置放在數(shù)控振蕩器內(nèi)，用以減小相位抖動和波形畸變。
所述相位補償方法的具體步驟是
第一步，首先建立一相位補償模塊，使它包括乘法器，與乘法器連接 的累加器，與累加器連接的第一取模器，與第一取模器連接的加法器，與 加法器連接的第二取模器；
第二步，將上述建立的相位補償模塊置放在所述數(shù)字擴頻接收機內(nèi)的 數(shù)控振蕩器內(nèi)，并使其加法器與數(shù)控振蕩器中的取模累加器相連接，使其
第二取模器的輸出端與數(shù)控振蕩器中查表器的輸入端相連接；
第三步，將上述相位補償模塊中的乘法器的輸入端與數(shù)字擴頻接收機 內(nèi)的時鐘同步電路的輸出端相連接；
第四步，上述相位補償模塊中的乘法器和累加器根據(jù)時鐘同步電路輸 入的時鐘超前信號或時鐘滯后信號求得瞬時相位誤差的權(quán)重值作為數(shù)控 振蕩器的相位補償值通過第一取模器和加法器加在由數(shù)控振蕩器內(nèi)取模 累加器輸出的基本瞬時相位值上，則數(shù)控振蕩器的相位得以補償。如上述本發(fā)明的方法，依據(jù)數(shù)字擴頻接收機內(nèi)的時鐘同步電路產(chǎn)生的 超前或滯后信號采用相位補償?shù)姆椒▽ζ湟虺盎驕笮盘栆鸬臄?shù)控 振蕩器本地載波信號的相位抖動和波形畸變進行改善；首先建立一相位補 償模塊，使它包括乘法器，與乘法器連接的累加器，與累加器連接的第一 取模器，與第一取模器連接的加法器，與加法器連接的第二取模器；將建 立的相位補償模塊置放在數(shù)控振蕩器內(nèi)，相位補償模塊根據(jù)時鐘同步電路 產(chǎn)生的超前或滯后信號求出瞬時相位誤差的權(quán)重值作為數(shù)控振蕩器的相 位補償值加于數(shù)控振蕩器的基本瞬時相位值上，減小了相位的抖動和波形 的畸變。由于使用本發(fā)明方法使數(shù)字擴頻接收機的NCO輸出的本地載波 信號的相位抖動和波形畸變明顯地減小，所以使得數(shù)字擴頻接收機的誤碼 性能得到了改善。采用上述的本發(fā)明方法可以使得數(shù)字擴頻接收機的誤碼 性能提高1.5dB左右。


圖1是本發(fā)明方法所針對的數(shù)字擴頻接收機一個實施例的結(jié)構(gòu)示意
圖2是圖1中數(shù)控振蕩器(NCO) 3—實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖1中時鐘同步電路7—實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖2中加入本發(fā)明方法建立的相位補償模塊后的NCO的結(jié)構(gòu) 示意圖5a 圖5c是現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字擴頻接收機因時鐘同步信號的變化引起 NCO的載波波形畸變的波形示意圖6a 圖6c是采用本發(fā)明方法對因時鐘同步信號變化而引起的載波波 形畸變進行改善之后的波形示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的方法的技術(shù)特征。
圖1是本發(fā)明方法所針對的數(shù)字擴頻接收機一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明方法所針對的數(shù)字擴頻接收機它包括A/D轉(zhuǎn)換器1，通過分路器2分別與A/D轉(zhuǎn)換器1輸出端相連接的兩乘法器4、 11，輸出
端分別與兩乘法器4、 11相連接的數(shù)控振蕩器(NCO) 3，分別與兩乘法
器4、 11輸出端相連接的兩低通濾波器5、 10，與兩低通濾波器5、 10輸
出端相連接的相關(guān)器6，分別與相關(guān)器6輸出端相連接的時鐘同步電路7、
載波同步電路8和數(shù)據(jù)恢復模塊9。
圖2是圖1中所述數(shù)控振蕩器(NCO) 3—實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如
圖2所示，本發(fā)明的方法所針對數(shù)字擴頻接收機中的數(shù)控振蕩器的結(jié)構(gòu)包
括第一乘法器31，與第一乘法器31相連接的數(shù)控加法器32，與數(shù)控加法
器32輸出端相連接的取模累加器33，與取模累加器33輸出端相連接的查
表器34， 一第二乘法器35其輸出端與數(shù)控加法器32相連接，其輸入端與
數(shù)字擴頻接收機中的載波同步電路8相連接。如圖2所示，第一乘法器31
將輸入的數(shù)字擴頻接收機以弧度表示的標稱頻率f0轉(zhuǎn)換成角頻率，輸出為
標稱角頻率"0，第二乘法器35接收載波同步電路8的輸出信號AFC并
將其弧度轉(zhuǎn)換成角度輸出為A "，因此，A co在AFC信號的控制下變化，
但其輸入AFC信號在數(shù)值上遠小于(載波本振的)標稱角頻率，微調(diào)本
振頻率，就可使得本振頻率與輸入頻率達到同步。Ao)通過數(shù)控加法器32
加于標稱角頻率"O上輸出為W() +△"，使本振頻率與輸入頻率同步；由 于k+A")可能會超出360。，因此(w。+Aw)要經(jīng)過取模累加器33的360。
處理；由取模累加器33輸出信號("e + A ") t再經(jīng)過查表器(內(nèi)存有三 角函數(shù)表)輸出sinou和cos"t。在本實例中，NCO可以是專用集成電路 (ASIC)，或者分立器件，或包括RAM的FPGA芯片，三角函數(shù)表存儲 在FPGA芯片中的RAM內(nèi)。
圖3是圖1中時鐘同步電路7—實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示， 本發(fā)明方法所針對的數(shù)字擴頻接收機中的時鐘同步電路7內(nèi)包括序列濾波 器701，與序列濾波器701連接的可變分頻器702，可變分頻器702與外 部的系統(tǒng)時鐘相連接。如圖3所示，時鐘同步電路7的超前或滯后信號的 產(chǎn)生是在相關(guān)器6 (圖l示)的PN序列實現(xiàn)同步的前提下進行的。設(shè) P(n-l)為第1組相關(guān)器6輸出功率；P(n)為第2組相關(guān)器輸出功率；P(n+1) 為第3組相關(guān)器輸出功率；當3組輸出功率中 P (n-l)最大時，序列濾波器701計數(shù)值減1;P (n+l)最大時，序列濾波器701計數(shù)值加1; P (nl)最大時，序列濾波器計701數(shù)值不變；
設(shè)序列濾波器701計數(shù)范圍為1至N，則其初始值設(shè)為(l+N) / 2。 當計數(shù)值為l時，超前信號為l，分頻比減?。划斢嫈?shù)值為N時，滯后信 號為l，分頻比增大；否則超前、滯后信號均為O，分頻比不變。
由于時鐘同步電路7產(chǎn)生出超前或滯后信號引起如圖2所示的數(shù)控振 蕩器(NCO)產(chǎn)生相位抖動和波形畸變(如圖5c所示)。本發(fā)明采用相 位補償?shù)姆椒ㄒ詼p小相位抖動和波形畸變。
如上述，本發(fā)明具體的方法步驟是
第一步，首先建立一如圖4所示的相位補償模塊30，使它包括乘法器 301，與乘法器301連接的累加器302，與累加器302連接的第一取模器 303，與第一取模器303連接的加法器304，與加法器304連接的第二取模 器305;
第二步，將上述建立的相位補償模塊30置放在上述數(shù)字擴頻接收機 內(nèi)的數(shù)控振蕩器(NCO)內(nèi)，并使其加法器304與數(shù)控振蕩器中的取模累 加器33相連接，使其第二取模器305的輸出端與數(shù)控振蕩器中查表器34 的輸入端相連接，如圖4所示；
第三步，將上述相位補償模塊30中的乘法器301的輸入端與數(shù)字擴 頻接收機內(nèi)的時鐘同步電路7的輸出端相連接；
第四步，上述相位補償模塊30中的乘法器301和累加器302接收時 鐘同步電路7輸出的時鐘信號，并根據(jù)時鐘同步電路7輸入的時鐘超前信 號或時鐘滯后信號求得瞬時相位誤差的權(quán)重值作為數(shù)控振蕩器的相位補 償值A(chǔ)，通過第一取模器303和加法器304加在由數(shù)控振蕩器內(nèi)取模累加 器33輸出的基本瞬時相位值6=( "o + A o) )t上，得0^e + ^，該值為NCO 輸出波形的實際瞬時相位值，因此數(shù)控振蕩器的相位得以補償(如圖6c 所示)。
如圖4所示，輸入信號f0為擴頻接收機標稱頻率通過第一乘法器31 將其乘以2::轉(zhuǎn)換成標稱角頻率W();輸入的頻率偏移調(diào)整量Af (由載波 同步電路8輸出的信號AFC)通過第二乘法器35將其乘以2n轉(zhuǎn)換成角 頻率偏移調(diào)整量A ";通過數(shù)控加法器32將將上述得到的兩個變量A "與"。相加得到該時刻的基本瞬時角頻率A" + o^;通過取模累加器33 將此基本瞬時角頻率與NCO函數(shù)值的輸出間隔時間At求積，然后累加到 上一時刻的NCO輸出波形的基本瞬時相位0上，并對此累加之后得到的新 的NCO輸出波形的基本瞬時相位e對360度取模；在本實施例中，在取 模累加器33中置放計算公式(1)用以計算NCO輸出波形的基本瞬時相 位的數(shù)值。
0 = ("0 +碎=2丌(/0+厶/>"^^>(/0+厶/)厶, (1 )
(1)中0為NCO輸出波形的基本瞬時相位，"0為擴頻接收機標稱 角頻率，fO為擴頻接收機標稱頻率，A"為角頻率偏移調(diào)整量，Af為頻 率偏移調(diào)整量，n=0、 1、 2、 3、 4......， At為NCO函數(shù)值的輸出間隔時間。
如圖4所示，上述本發(fā)明方法建立的相位補償模塊30其輸入到乘法 器301上的輸入信號A e為由于時鐘調(diào)整時延產(chǎn)生的瞬時相位誤差。在乘 法器301內(nèi)置放一計算公式為
(2)式中△ 9為由于時鐘調(diào)整時延產(chǎn)生的瞬時相位誤差；T為時 鐘調(diào)整時延，當接收機時鐘同步精度確定后，它是常數(shù)；f0為NCO擴頻 接收機標稱頻率；A為NCO輸出波形的相位補償值；a為瞬時相位誤差的 權(quán)重值；n=0、 1、 2、 3、 4......，為NCO到該時刻為止所輸出的全部函數(shù)
值的個數(shù)；計算NCO輸出波形的相位補償值A(chǔ)時，可以用當前次NCO波 形的輸出值所對應(yīng)的權(quán)重值a乘以A 9，直接加上前一次NCO輸出值所 對應(yīng)的NCO輸出波形的相位補償值A(chǔ)ti-1 ，并通過累加器302將此累加得 到的A值再用第一取模器對360°取模后通過加法器304加于NCO輸出 波形的實際瞬時相位值6= ("o + A ") t上，獲得NCO輸出波形的實際 瞬時相位6' = 6 + ^，通過查表器34輸出信號cose'， sinW。如此，由于時 鐘調(diào)整時延引起NCO的相位抖動和波形的畸變通過相位補償模塊30獲得
9了相位補償。
所述權(quán)重值a由所述同步時鐘的狀態(tài)來確定，即由所述數(shù)字擴頻接收 機中的時鐘同步電路的時鐘超前信號或時鐘滯后信號來確定。若時鐘超前 信號為l、時鐘滯后信號為0，表示時鐘超前調(diào)整狀態(tài)，此時權(quán)重值a值 取-l;若時鐘滯后信號為l、時鐘超前信號為0，表示時鐘滯后調(diào)整狀態(tài)， 此時權(quán)重值a取+l;時鐘超前信號、時鐘滯后信號均為0，表示時鐘同步 狀態(tài)，此時權(quán)重值a取0。
經(jīng)過本發(fā)明的相位補償方法補償后得到的所述擴頻接收機載波的正 交本振信號幅值coscot， sin"t為cos^， sin^，艮卩
(3)式中^為所述NCO輸出波形的實際瞬時相位，也就是經(jīng)過本發(fā) 明的相位補償方法補償后補償之后的擴頻接收機的載波相位。所以上述 NCO輸出的正交值cos"t， sin"t，是NCO輸出波形的實際瞬時相位^得 到的NCO輸出波形的實際瞬時輸出幅值。
圖5a 圖5c是現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字擴頻接收機因時鐘同步信號的變化引 起NCO的載波波形畸變的波形示意圖。其中圖5a是NCO本振信號的理 論曲線；圖5b是NCO本振載波的輸出已發(fā)生了時鐘延遲t;圖5c是由 于圖5b中的時鐘延遲t引起的波形畸變，圖5c中NCO本振信號的輸出 波形曲線(未經(jīng)本發(fā)明方法補償)與圖5a中的NCO本振信號的理論曲線 相比顯然波形發(fā)生了畸變。
圖6a 圖6c是采用本發(fā)明方法對因時鐘同步信號變化而引起的載波 波形畸變進行改善之后的波形示意圖。其中圖6a是NCO本振信號的理論 曲線；圖6b是NCO本振載波的輸出己發(fā)生了時鐘延遲t ;圖6c是采用 本發(fā)明的相位補償方法對由于時鐘延遲t引起的NCO相位抖動和波形畸 變進行了相位補償后的本振載波波形。圖6c的相位和波形與圖6a中的相 位和波形完全相同，說明應(yīng)用本發(fā)明的相位補償方法能夠減小由于時鐘超前或滯后信號引起的NCO本振載波相位抖動和波形畸變。
上述在數(shù)字擴頻接收機中以本發(fā)明公開的方法工作的，都應(yīng)該屬于本 發(fā)明所公開的改善數(shù)字擴頻接收機載波波形畸變的方法所涵蓋的范疇，各 種具體實施例，并不構(gòu)成對本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的限制。進一步說，本發(fā)明 可以應(yīng)用在數(shù)字擴頻接收機中，也可以應(yīng)用在模擬擴頻接收機中，應(yīng)用對 象并不構(gòu)成對本發(fā)明的技術(shù)方案的限制。
權(quán)利要求
1.一種改善數(shù)字擴頻接收機載波相位抖動和波形畸變的方法，所述本發(fā)明的方法是針對所述數(shù)字擴頻接收機，它包括A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)控振蕩器，低通濾波器，相關(guān)器，分別與相關(guān)器輸出端相連接的時鐘同步電路，載波同步電路和數(shù)據(jù)恢復模塊，其特征在于依據(jù)時鐘同步電路產(chǎn)生的超前或滯后信號采用相位補償?shù)姆椒▽ζ湟虺盎驕笮盘栆鸬臄?shù)控振蕩器本地載波信號的相位抖動和波形畸變，建立一相位補償模塊，置放在數(shù)控振蕩器內(nèi)，用以減小相位抖動和波形畸變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善數(shù)字擴頻接收機載波相位抖動和波形畸變的方法，其特征在于所述相位補償方法的具體步驟是第一步，首先建立一相位補償模塊，使它包括乘法器，與乘法器連接 的累加器，與累加器連接的第一取模器，與第一取模器連接的加法器，與 加法器連接的第二取模器；第二步，將上述建立的相位補償模塊置放在所述數(shù)字擴頻接收機內(nèi)的 數(shù)控振蕩器內(nèi)，并使其加法器與數(shù)控振蕩器中的取模累加器連接，使其第二取模器的輸出端與數(shù)控振蕩器中的査表器相連接；第三步，將上述相位補償模塊中的乘法器的輸入端與數(shù)字擴頻接收機 內(nèi)的時鐘同步電路的輸出端相連接；第四步，上述相位補償模塊中的乘法器和累加器根據(jù)時鐘同步電路輸 入的時鐘超前信號或時鐘滯后信號求得瞬時相位誤差的權(quán)重值作為數(shù)控 振蕩器的相位補償值通過第一取模器和加法器加在由數(shù)控振蕩器內(nèi)取模 累加器輸出的基本瞬時相位值上，則數(shù)控振蕩器的相位得以補償。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改善數(shù)字擴頻接收機載波相位抖動和波 形畸變的方法，其特征在于所述時鐘同步電路內(nèi)包括序列濾波器和與序列 濾波器連接的可變分頻器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改善數(shù)字擴頻接收機載波相位抖動和波 形畸變的方法，其特征在于所述數(shù)控振蕩器包括第一乘法器，與第一乘法 器相連接的數(shù)控加法器，與數(shù)控加法器輸出端相連接的取模累加器，與取 模累加器輸出端相連接的査表器，一第二乘法器其輸出端與數(shù)控加法器相連接，其輸入端與數(shù)字擴頻接收機中的載波同步電路相連接。
全文摘要
一種改善數(shù)字擴頻接收機載波相位抖動和波形畸變的方法，所述本發(fā)明的方法是針對所述數(shù)字擴頻接收機，它包括A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)控振蕩器，低通濾波器，相關(guān)器，分別與相關(guān)器輸出端相連接的時鐘同步電路、載波同步電路和數(shù)據(jù)恢復模塊；所述的方法是依據(jù)時鐘同步電路產(chǎn)生的超前或滯后信號采用相位補償?shù)姆椒▽ζ湟虺盎驕笮盘栆鸬臄?shù)控振蕩器本地載波信號的相位抖動和波形畸變，建立一相位補償模塊，置放在數(shù)控振蕩器內(nèi)，用以減小相位抖動和波形畸變。應(yīng)用本發(fā)明相位補償方法完全能夠改善數(shù)字擴頻接收機的由于時鐘調(diào)整引起的載波正交本振信號的相位抖動和波形畸變，克服了時鐘同步過程對本地載波波形的干擾。
文檔編號H04B1/69GK101610108SQ20091005483
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者徐曉書, 鐘衛(wèi)強 申請人:電信科學技術(shù)第一研究所