應用于接收機的多相位匹配系統的制作方法

專利名稱：應用于接收機的多相位匹配系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于通信技術領域，涉及一種時鐘恢復環路系統，尤其涉及一種應用 于接收機的多相位匹配系統。
背景技術：
在很多通信系統中，采用匹配濾波器進行頻譜的成形，如DVB-C、 Bluetooth、 WiFi等。其要求發送端和接收端的能量進行匹配，以達到在白噪聲存在情況下 的最佳接收。由于發送和接收是異步系統，所以兩者的采樣相位不一定會匹配， 這樣就造成了接收性能的損失。
采用匹配濾波器的接收機制如圖1所示，其包括匹配濾波器l，、最佳采樣 選擇器2'、碼元判決器3，。匹配濾波器l，用于完成對采樣信號的匹配濾波； 最佳采樣選擇器2，用于從匹配濾波器輸出信號中選擇信噪比最大點；碼元判決 器3，根據調制模式和最佳采樣點的值判斷接收到的碼元。
其中匹配濾波器l'為最關鍵的模塊，其性能決定整個接收系統的性能。然 而它的性能由設計的匹配濾波器與所需要的匹配濾波器之間的相位失配決定，失 配越大，性能損失就越大。
設表示匹配濾波器的響應為h(t),接收端采樣信號為i(附C) (Ts為采樣周 期)，則采樣信號經過匹配濾波器的輸出可以表示為
y(iiiTs) = conv (x (mTs), h (mTs))。
在接收端要求最佳接收，即要求在信噪比最大的點作為判決點，由于發送和 接收是異步的，因此采樣時鐘存在頻率的飄逸和相位差。由于相位差的存在，接 受信號的信噪比不能達到最大，通常的解決方法是用插值進行處理，將信號進行 插值運算得到的值再輸入判決器；由于時鐘飄移的存在，使采樣相位要根據頻率 不斷變化，為了獲得最佳的采樣值，要有時鐘恢復電^各對時鐘頻率進行跟蹤。

發明內容
5本發明所要解決的技術問題是提供一種應用于接收機的多相位匹配系統，
可利用多相位匹配濾波器對接收信號完成匹配最佳接收。
為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案
一種應用于接收機的多相位匹配系統，該系統包括多相位匹配濾波器、碼元 判決器、相位誤差檢測器、環路濾波器、數控振蕩器。多相位匹配濾波器有多組 濾波器系數，可對多個相位進行匹配濾波，該濾波器對輸入信號的不同相位進行 匹配，所述系數的選擇由一數控振蕩器控制；碼元判決器用以根據輸入的信號選 擇最佳采樣點進行碼元判決；相位誤差檢測器用以根據輸入的軟判決信號和硬判 決信號計算采樣點與最佳采樣點的相位誤差；環路濾波器用以對輸入的信號進行 濾波，濾除干擾信號，使有用的誤差信號進入環路，實現匹配相位的調整和時鐘 頻率的跟蹤；數控振蕩器用以根據輸入的誤差信號產生出準確的相位和頻率信 息，并輸出相應的控制信號選擇多相位匹配濾波器的不同濾波器系數對輸入的信 號進行最佳匹配濾波。
作為本發明的一種優選方案，所述系統還包括誤差能量估計器、環路帶寬控 制器；誤差能量估計器用以對輸入的誤差信號能量進行估計；環路帶寬控制器用 以根據所述誤差能量估計器估計得到的誤差信號能量選擇環路帶寬。
作為本發明的一種優選方案，所述誤差能量估計器在設定的時間內對誤差的 能量進行累加，并與閾值相比較輸出相關的控制信號給所述環路帶寬控制器；所 述環路帶寬控制器根據所述誤差能量估計器的輸入信號選擇不同的輸出信號到 環路濾波器，以控制環路帶寬。
作為本發明的一種優選方案，所述環路帶寬控制器在誤差較大時使環路帶寬 變大以快速捕捉信號相位；在誤差較小時使環路帶寬變窄，以準確跟蹤相位變化。 具體地，如果誤差能量估計器輸出的能量大于門卩艮值，環路帶寬控制器使環路帶 寬變大以快速捕捉信號相位；當環路快速收斂到較小相位誤差，誤差估計器輸出 能量小于門限值時，環路帶寬控制器使環路帶寬變窄，以準確跟蹤相位變化。
作為本發明的一種優選方案，所述環路濾波器包括第一乘法器、第二乘法器、 第一加法器、第二加法器、第一延時器；所述環路濾波器的輸入信號分別作為所 述第一乘法器、第二乘法器的輸入信號；所述第一乘法器連接所述第一加法器；所述第二乘法器與第二加法器、第一延時器依次連接，所述第一延時器連接第一 加法器、第二加法器。
作為本發明的一種優選方案，所述笫一乘法器、第二乘法器分別包括環路帶 寬控制單元，用以控制環路的帶寬。
作為本發明的一種優選方案，所述數控振蕩器對輸入的誤差信號進行比較， 輸出信號控制多相匹配濾波器選擇最準確的匹配濾波器進行濾波；所迷數控振蕩
器包括第三加法器、第二延時器、閾值比較器、上溢出判決器、下溢出判決器； 所述第三加法器、第二延時器、閾值比較器依次連接，閾值比較器連接上溢出判 決器、下溢出判決器；當所述數控振蕩器累加的誤差達到閾值后，第三加法器將 被清零；所述上溢出判決器及下溢出判決器判斷溢出方向并產生相應的控制信號 給多相匹配濾波器。
作為本發明的一種優選方案，在相位誤差檢測器輸入信號的相位與最佳相位 誤差大于設定門限值時，其輸出的誤差幅度也相應變大；輸出的誤差為相位誤差 的單調函數。
本發明的有益效果在于本發明應用于接收機的多相位匹配系統，用多相位 匹配濾波器的方法代替了匹配濾波器和插值濾波器，在時鐘恢復機制的控制下利 用多相位匹配濾波器對接收信號完成匹配最佳接收。


圖1為現有技術中的接收機制恢復環路的組成示意圖。
圖2為本發明應用于接收機的多相位匹配系統的組成示意圖。
圖3為多相位匹配濾波器的一部分響應的示意圖。
圖4為相位誤差4企測器的特性曲線示意圖。
圖5為本發明中環路濾波器的組成示意圖。
圖6為本發明中數控振蕩器的組成示意圖。
圖7為噪聲能量、環路帶寬控制、多相濾波器系數的變化示意圖。
7下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。 實施例一
請參閱圖2，本發明揭示一種應用于接收機的多相位匹配系統，包括多相位 匹配濾波器1、碼元判決器2、相位誤差檢測器3、環路濾波器4、數控振蕩器5。 多相位匹配濾波器l、碼元判決器2、相位誤差檢測器3、環路濾波器4、數控振 蕩器5依次連接，形成一環狀。多相位匹配濾波器
多相位匹配濾波器l有多組濾波器系數，可對多個相位進行匹配濾波。多相 位匹配濾波器1對輸入信號的不同相位進行匹配，所述系數的選擇由一數控振蕩 器5控制。
多相位匹配濾波器1是根據現有技術中的匹配濾波器設計的，其設置的系數 可以有多組，如4組、8組、11組、16組等等。
本實施例以設計有8組濾波器系數的多相匹配濾波器為例來說明。圖3揭示 了匹配濾波器的一部分響應，h(t)經過采樣周期為Ts的時鐘周期采樣后得到的 序列h(l)，h(2), ...h(n)。本實施例采用8倍的碼元速率，對碼元速率的輸入信 號進行濾波器，可以得到8組匹配濾波器系數，匹配精度為碼元周期的1/8，最 大相位誤差為碼元周期的1/16。假設設計的濾波器長度為n，得到的8組濾波器 系數組可以表示如下
H(l) : h(l)，h(9)，…，h(9承n)
H(2) : h(2),h(10)， ...，h(9*n+l)
H(8) : h(8)，h(16), ...,h(9*n+7)
設計的8組濾波器分別可以對輸入的8個相位進行匹配濾波，且相位的最大 失配為1/16碼元周期。根據這種設計方法可以得到更高的相位誤差精度。碼元判決器
碼元判決器2用以根據輸入的信號選擇最佳采樣點進行碼元判決，由于碼元 判決器為現有技術，這里不做贅述。
8相位誤差4全測器
相位誤差檢測器3用以根據輸入的軟判決信號和硬判決信號計算采樣點與
最佳采樣點的相位誤差；通常其特性曲線可以如圖4所示。
在相位誤差檢測器3輸入信號的相位與最佳相位誤差較大時，如大于設定門 限值時，其輸出的誤差幅度也相應變大；輸出的誤差為相位誤差的單調函數。上 述門限值的取得方法可以如下
假設多相位匹配濾波器最小的匹配精度為Ts* (1/128) (Ts為碼元周期)， 可以取在相位誤差在Ts^ (1/64)時的誤差值作為環路帶寬變化的門限值。門限 值的確定可根據需要設定，設定方法為本領域的技術人員的公知常識，這里不作 贅述。
環路濾波器
環路濾波器4用以對輸入的信號進行濾波，濾除干護"言號，使有用的誤差信 號進入環路，實現匹配相位的調整和時鐘頻率的跟蹤。
請參閱圖5,所述環路濾波器4包括第一乘法器41、第二乘法器42、第一 加法器43、第二加法器44、第一延時器45;所述環路濾波器4的輸入信號分別 作為所述第一乘法器41、第二乘法器42的輸入信號；所述第一乘法器41連接 所述第一加法器43;所述第二乘法器42與第二加法器44、第一延時器45依次 連接，所述第一延時器45的輸出連接第一加法器43、第二加法器44。所述第一 乘法器41、第二乘法器42還分別包括環路帶寬控制單元(圖中的參數Kp、 Ki)， 用以控制環路的帶寬。數控振蕩器
數控振蕩器5用以根據輸入的誤差信號進行比較，產生出準確的相位和頻率 信息，并輸出相應的控制信號選擇多相位匹配濾波器1的不同濾波器系數對輸入 的信號進行最佳匹配濾波。
請參閱圖6，所述數控振蕩器5包括第三加法器51、第二延時器52、閾值 比較器53、上溢出判決器54、下溢出判決器55;所述第三加法器51、第二延時 器52、閾值比較器53依次連接，閾值比較器53連接上溢出判決器54、下溢出 判決器55。當所述數控振蕩器5累加的誤差達到闊值后，第三加法器51將被清零；所述上溢出判決器54及下溢出判決器55判斷溢出方向并產生相應的控制信 號給多相位匹配濾波器5。
優選地，所述系統還可以包括誤差能量估計器6、環路帶寬控制器7。誤差能量估計器
誤差能量估計器6用以對輸入的誤差信號能量進行估計；其在設定的時間內 對誤差的能量進行累加，并與閾值相比較輸出相關的控制信號給所述環路帶寬控 制器7。
環路帶寬控制器
環路帶寬控制器7用以根據所述誤差能量估計器估計得到的誤差信號能量 選擇環路帶寬。其根據所述誤差能量估計器的輸入信號選擇不同的輸出信號(Kp、 Ki信號)到環路濾波器4,以控制環路帶寬。在誤差較大(如大于門限值)時使 環路帶寬變大以快速捕捉信號相位；在誤差較小(如小于門限值)時使環路帶寬 變窄，以準確跟蹤相位變化。
如果誤差能量估計器輸出的能量大于門限值，環路帶寬控制器使環路帶寬變 大以快速捕捉信號相位；當環路快速收斂到較小相位誤差，誤差估計器輸出能量 小于門限值時，環路帶寬控制器使環路帶寬變窄，以準確跟蹤相位變化。
在接收機開始接收信號時，由于在接收端不能預知采樣信號與哪組匹配濾波 器進行濾波可以得到最佳匹配，第一組值的選取可以看作是隨機的，在接收到信 號后通過時鐘恢復環路來對匹配濾波器進行選擇尋找最佳的匹配相位的濾波器。 下圖給出了一個簡單的尋找過程，假設開始的濾波器組編號為7,帶寬控制帶寬 系數最大為4,而最佳匹配相位濾波器編號為1;噪聲能量、環路帶寬控制、多 相濾波器系數的變化如圖7所示。
請參閱圖7,在0-T1時間內，由于當前濾波器與最佳匹配相位之間誤差很 大，誤差能量就很大，此時帶寬控制模塊用最大的帶寬系數來控制，環路迅速調 整濾波器組向最佳匹配相位的濾波器組靠近。隨著濾波器相位與最佳匹配相位之 間的誤差越來越小，相位誤差檢測器輸出的誤差也越來越小，其能量也隨之變小， 到達帶寬控制的閾值后，帶寬控制器將環路帶寬減小一半減少進入環路的噪聲，
10濾波器組選擇速度變慢，慢慢收斂到最佳的匹配值，如圖中的Tl-T2時間段所示； 濾波器為最佳的相位匹配濾波器時，誤差變得很小，帶寬控制器將環路帶寬變到 最小，對輸入信號的變化進行準確跟蹤。
這里本發明的描述和應用是說明性的，并非想將本發明的范圍限制在上迷實 施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技 術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚 的是，在不脫離本發明的精神或本質特征的情況下，本發明可以以其他形式、結 構、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實現。在不脫離本發明范圍和 精神的情況下，可以對這里所^坡露的實施例進4于其他變形和改變。
權利要求
1、一種應用于接收機的多相位匹配系統，其特征在于，該系統包括多相位匹配濾波器，其有多組濾波器系數，可對多個相位進行匹配濾波，該濾波器對輸入信號的不同相位進行匹配，所述系數的選擇由一數控振蕩器控制；碼元判決器，用以根據輸入的信號選擇最佳采樣點進行碼元判決；相位誤差檢測器，用以根據輸入的軟判決信號和硬判決信號計算采樣點與最佳采樣點的相位誤差；環路濾波器，用以對輸入的信號進行濾波，濾除干擾信號，使有用的誤差信號進入環路，實現匹配相位的調整和時鐘頻率的跟蹤；數控振蕩器，用以根據輸入的誤差信號產生出準確的相位和頻率信息，并輸出相應的控制信號選擇多相位匹配濾波器的不同濾波器系數對輸入的信號進行最佳匹配濾波。
2、 根據權利要求1所述的應用于接收機的多相位匹配系統，其特征在于所述系統還包括誤差能量估計器，用以對輸入的誤差信號能量進行估計； 環路帶寬控制器，用以根據所述誤差能量估計器估計得到的誤差信號能 量選擇環路帶寬。
3、 根據權利要求2所述的應用于接收機的多相位匹配系統，其特征在于所述誤差能量估計器在設定的時間內對誤差的能量進行累加，并與閾值 相比較輸出相關的控制信號給所述環路帶寬控制器；所述環路帶寬控制器根據所述誤差能量估計器的輸入信號選擇不同的輸 出信號到環路濾波器，以控制環路帶寬。
4、 根據權利要求2所述的應用于接收機的多相位匹配系統，其特征在于如果誤差能量估計器輸出的能量大于設定門限值，環路帶寬控制器使環 路帶寬變大以快速捕捉信號相位；當環路快速收斂到較小相位誤差，誤差估計器輸出能量小于設定門限值時，環路帶寬控制器使環路帶寬變窄，以準確 跟蹤相位變化。
5、 根據權利要求1或2或3或4所述的應用于接收機的多相位匹配系統，其特 征在于所述環路濾波器包括第一乘法器、第二乘法器、第一加法器、第二加法 器、第一延時器；所述環路濾波器的輸入信號分別作為所述第一乘法器、第二乘法器的輸入信號；所述第 一乘法器連接所述第 一加法器；所述第二乘法器與第二加法器、第一延時器依次連接，所述第一延時器 連接第一加法器、第二加法器。
6、 根據權利要求5所述的應用于接收^L的多相位匹配系統，其特征在于所述第一乘法器、第二乘法器分別包括環路帶寬控制單元，用以控制環 路的帶寬。
7、 根據權利要求1或2或3或4所述的應用于接收機的多相位匹配系統，其特 征在于所述數控振蕩器對輸入的誤差信號進行比較，輸出信號控制多相匹配濾 波器選擇最準確的匹配濾波器進行濾波；所述數控振蕩器包括第三加法器、第二延時器、閾值比較器、上溢出判 決器、下溢出判決器；所述第三加法器、第二延時器、閾值比較器依次連接，閾值比較器連接 上溢出判決器、下溢出判決器；當所述數控振蕩器累加的誤差達到閾值后，第三加法器將被清零；所述上溢出判決器及下溢出判決器判斷溢出方向并產生相應的控制信號 給多相匹配濾波器。
8、根據權利要求1或2或3或4所述的應用于接收機的多相位匹配系統，其特 征在于在相位誤差檢測器輸入信號的相位與最佳相位誤差大于設定門限值時， 其輸出的誤差幅度也相應變大；輸出的誤差為相位誤差的單調函數。
全文摘要
本發明揭示一種應用于接收機的多相位匹配系統，包括多相位匹配濾波器、碼元判決器、相位誤差檢測器、環路濾波器、數控振蕩器。多相位匹配濾波器對輸入信號的不同相位進行匹配，其設置多組系數，系數的選擇由數控振蕩器控制；碼元判決器根據輸入的信號選擇最佳采樣點進行碼元判決；相位誤差檢測器根據輸入信號計算采樣點與最佳采樣點的相位誤差；環路濾波器對輸入的信號進行濾波，濾除干擾信號，使有用的誤差信號進入環路；數控振蕩器根據輸入的誤差信號產生出準確的相位和頻率信息，并輸出相應的控制信號選擇不同濾波器系數對輸入的信號進行最佳匹配濾波。本發明在時鐘恢復機制的控制下利用多相位匹配濾波器對接收信號完成匹配最佳接收。
文檔編號H04L7/00GK101488845SQ20091004658
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月24日 優先權日2009年2月24日
發明者喬俊杰 申請人:捷頂微電子(上海)有限公司