《一种大频偏和低信噪比条件下的全数字锁相环设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种大频偏和低信噪比条件下的全数字锁相环设计（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2 7 卷第 8 期 2 0 0 5 年8 月电子与信息学报 J o u rn a l o f E l e c t r o n i c s C O n I + W - I 一 ) + ( l w n L 一 t f ) Z +( 4 一 4 1; L - l 一 ) Z-( 7 )而图2 所示的数字环路表达式可以表示为= 0 + 0 + R / + 二其中第 3 项在时域可以表示为( ，) 二 ( L / W . ) t, ， 0( 1 2 )假设要求环路 在工作时间t . ,k 内 的 相位跟踪误差小于a 弧 度， 则 对于一 个相 位可以 表示成式( 1 1 ) 的 信号， 对系统有如下
2、要求:R L i + z tw o*CJ n nH ( z ) 二K o K d ( C I + C 2 ) Z - ， 一 K . K d C IZ - 2 1 + K o K d ( C , + C Z ) 一 2 z - + ( 1 一 K . K d C I ) Z - 2( 8 )取式( ) , ( 8 ) 分母相等，可以得到数字环路参数如下:C , 二 一 一 一K .Y8 纯，T 4 + 4 纵T + T 2( 9 )C 2=1 4 心T 2 K e K d 4 + 4 0u T + T 2( 1 0 )CO n _ J IR + L t,., I / a ( 1 3 )式 (
3、1 3 ) 给出 了 在 频率 变 化时， 环 路固 有 频率w . 设 置的 下限，若不存在大的频率变化，则环路带宽的下限由晶振和V C O相位噪声决定 I ) 。 下面从信噪比 和跟踪性能角度分析环路固 有频率o j设置的 上限。环路输入端的高斯噪声在经锁相环后， 等效为相位噪声可 表 示 为 。 ,5 12 .3 对比分析r 匕 较 式 ( 5 ) , ( 6 ) 和 式 ( 9 ) , ( 1 0 ) 可 知， 在m n T 比 较小时， 两 式 得出 的 参数 值相近。 当固 有频率Con增加时，由 于数 字环路反馈时延以 及频域混叠效应， 环路工作情况变差， 仿真表明， 脉于I 时
4、， 容易 发生振荡的压缩作用， 在较高环路变换法实现从模拟域到范围内 具有普适性， 这信噪比下的载波同步环2a. = ( sN 一 BL (14)B; 式中B ; 为前 置 滤波器带宽，( S I N ) ， 为 输 入信号功 率 和通过 前置带宽的 噪声功 率 之比，B : 为 环路噪声 带宽， 对于二阶二型环，有 B L = 8 (1 + “ ”( 1 5 )环路对噪声的抑制能力可以 通过环路信噪比反映出来，其定义为 S、1 S 、B . 1 一 1=-=I ， 1 一( 1 0 )I N少 : 嵘no N) i 风1 2 1 0电子与信息学报第 2 7 卷相位噪声引起误码率的恶化在文献
5、5 1 中有详尽的分析， 对于给定的目 标，可以计算出对应的环路信噪比，并由此可以推出低信噪比下环路固有频率的上限: W . _ 3 今( 。 !)( 2 5 )综合上面推导， 频率辅助捕获全数字环路的设计过程可表述如下:( 1 ) 根据要求的捕获时间( 式( 2 1 ) ) 和T - 作门限( 式( 2 4 ) ) 推出一阶锁频环路的环路增益K o( 2 )由 系统的动态性能( 式( 1 3 ) ) 和跟踪要求( 式( 1 7 ) ) 给出锁相环的带宽范围。( 3 ) 由 稳定切换条 件( 式( 2 5 ) ) 选取合适的 锁相环带宽。 ( 若锁相环带宽超出 条件( 2 ) 要求的范围， 可
6、以 在跟踪过程采用变-1 0 0咧 枷I 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 陋 I -MR7 T 硼100。0 2 0 0 4 0 0 6 0 000000000000000-22-2155-50 2 0 0 4 0 0 6 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0图6 频率捕获跟踪与数据解调仿真图图6 中，从上至下依次给出I 路， Q路数据和环路输出至N C O的 跟踪频率。其中左半边为无噪声条件下的仿真，右半边为信噪比 在 4 d B时的仿真( 为了 清晰示出 环路捕获跟踪与数据解调关系，仿真采用调试数据每 1 o b i t 为一组相同随机值) 。由 仿真图可见，在前 8 0
7、 b it 的锁频过程中，调制载波频率逐渐减小， I Q路能量一致。 在第8 0 b i t 后的 锁相环工作区间， 载波被消除， 且信号能量在第1 0 0 b it 后集中至I 路， Q路仅剩噪声，数据在I 路得到解调和恢复。4 结论及讨论带宽的方式实现符合要求的锁相环带宽设置) 。;:t 切 差为H z值也从上面分析和仿真表明，该锁相环设计方法解决了大频偏和低信噪比下的频率快速捕获和同步跟踪，并有以下结论:( 1 ) 为了在大频偏( 与数据数率相当) 和低信噪比 ( 5 d B以 下) 条件下实现捕获时间和跟踪性能的优化， 分别采用不同的环路进行捕获和跟踪是可行的。( 2 )对于跟踪环路，
8、噪声性能和动态性能( 多普勒频移)分别从两个主要方面约束了环路带宽的上限和下限。( 3 ) 本文采用解析式给出了该设计环路参数的选取与给定条件和要求的关系，仿真证明了结论的正确性。此外， 对于该数字锁相环的优化还有一些值得探讨的地方，比如改进低信噪比条件下的鉴频器噪声性能，采用合适的环路切换策略以适应动态环境下的锁频锁相自 动切换，以及采用高阶锁频锁相环满足高动态环境需要等。最后还需指出， 以大频偏和低信噪比为背景设计全数字锁相环路不仅存在于卫星通信中， 而且在第三带移动通信技术和第四代移动通信中也是一个需要解决的问题。该方法的提出有一定实用价值的。1 2 1 2电子与信息学报第2 7 卷参
9、考 文 献 7 B o n g - Y o u n g C h u n g , C h a r le s C h ie n , H e n r y S a m u e l i . P e r f o r m a n c e 1 o f a n a l l - d i g i t a l B P S K d i r e c t s e q u e n c e s p r e a d - s p e c t r u m I Fr e c e i v e r a r c h i t e c t u r e . I E E E J . o n S e l e c t e d A rea s i n C
10、 o m mu n i c a t i o n s , 2 8 1 3 张厥盛，郑继禹，万心平. 锁相技术. 西安:西安电子科技大学出版社， 1 9 9 2 : 5 一6 , 2 0 一2 3 .J o h n G . P r o a k i s . D i g i t a l C o m m u n i c a t i o n s . 3 r d E d ., N e w Y o r k : M eG r a w - H i l l , I n c ., 1 9 9 6 : c h a p t e r 6 .V il n ro tt e r V , G r a y A L e e . C a
11、 r r ie r s y n c h r o n i z a t i o n f o r lo w s i g n a l - t o -n o i s e r a t i o b i n a ry p h a s e - s h ift - k e y e d m o d u l a t e d s i g n a l s . T M O P ro g r e s sR e p o r t : 4 2 一1 3 9 .A s c h e id G e r d , M e y r H e in r ic h . C y c l e s l i p s i n p h a s e - l o
12、c k l o o p s : at u t o r i a l s t u d y . I E E E T r a n s . o n C o m m . , 1 9 8 2 , C O M- 3 0 ( 1 0 ) : 2 2 2 8 一2 2 41 .V it e r b i A J . p r i n c ip le s o f C o h e r e n t C o m m u n ic a t i o n s . N e w Y o r k :M c G r a w - H i l l , 1 9 6 6 , c h a p e r 2 .J a f f e R , R e c h
13、 t i n E . D e s i g n a n d p e r f o r m a n c e o f f a l s e - l o c k l o o p sc a p a b le o f n e a r - o p t i m u m p e r f o r m a n c e o v e r a w id e r a n g e o f i n p u ts i g n a l a n d n o i s e l e v e l s . I R E T r a n s . o n I T , 1 9 6 5 , I T 1 ( 3 ) : 6 6 一7 21 9 9 3 , 1
14、 1 ( 7 ) : 1 0 9 6 一1 1 0 7A l i I , A I- D h a h i r N , H e r s h e y J E . D o p p le r c h a r a c t e r i z a t io n f o r L E Os a t e l l i t e s . I E E E T r a n s . o n C o m m u n i c a t i o n s , 1 9 9 8 , 4 6 ( 3 ) : 3 0 9 一3 1 3 .帅涛: 4 刘会杰: 5 梁旭文: 6 杨根庆:男， 1 9 7 9 年生， 博士生， 主要从事卫星移动通信全数字接收技术研究.男，1 9 7 2 年生，副教授，主要从事卫星移动通信系统理论与通信系统设计研究.男，1 9 6 9 年生， 研究员， 博士生导师， 主要从事卫星移动通信系统理论与通信系统设计研究.男，1 9 5 2 年生， 研究员，博士生导师， 主要从事小卫星技术研究.
