專利名稱:用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的psk調(diào)制信號(hào)接收機(jī)的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的PSK調(diào)制的信號(hào)接收機(jī)中的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備。
由于多普勒頻移、本地振蕩器的漂移和/或在地面一側(cè)或衛(wèi)星一側(cè)的自動(dòng)頻率控制(AFC)中的剩余不得不對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用的載頻進(jìn)行補(bǔ)償。特別是由于通常希望減小衛(wèi)星地面站的尺寸和造價(jià),使用了較低穩(wěn)定性的振蕩器,所以導(dǎo)致了載頻的較大偏移。因此在接收機(jī)中已采用了各種措施來(lái)獲得快速的載波頻率和相位捕獲以便克服這樣的頻率偏移。例如,這樣的設(shè)計(jì),在接收機(jī)中廣泛用于載波恢復(fù)的鎖相環(huán)(PLL)電路,使得在PLL電路中的輸出基準(zhǔn)載波信號(hào)的壓控振蕩器(VCO)被頻率控制掃頻直至輸入載波被捕獲為止。這樣一來(lái),即使存在載波頻率偏移也能捕獲載波。另外,為了縮短鎖相時(shí)間和克服載波頻率偏移,設(shè)計(jì)PLL電路使其在載波捕獲期間具有較大的環(huán)路帶寬,在載波捕獲之后環(huán)路帶寬被轉(zhuǎn)換為較窄的帶寬以便能夠克服噪聲進(jìn)行載波捕獲。
在移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中,由在運(yùn)輸通道上的建筑物和其它障礙物造成的接收信號(hào)靜區(qū)另外導(dǎo)致VCO的誤操作。因此需要盡可能迅速地檢測(cè)靜區(qū)的存在,由此在靜區(qū)期間根據(jù)錯(cuò)誤相位差檢測(cè)信號(hào)禁止對(duì)VCO的控制。
為了轉(zhuǎn)換PLL電路中的上述環(huán)路帶寬和檢測(cè)在移動(dòng)衛(wèi)星通信中的靜區(qū),提供載波鎖相檢測(cè)功能來(lái)檢測(cè)載波鎖相條件。
圖1表示包括已有技術(shù)載波鎖相檢測(cè)設(shè)備的常用PSK調(diào)制信號(hào)接收機(jī)。
在圖1中,包括VCO1、解調(diào)器2、鑒相器3和環(huán)路濾波器4的PLL電路裝置解調(diào)輸入的PSK調(diào)制信號(hào)并傳送解調(diào)的數(shù)據(jù)。為了載波鎖相檢測(cè)使用了唯一字(UW)檢測(cè)電路5和幀同步電路6。因此,電路6的幀同步信號(hào)作為載波鎖相檢測(cè)信號(hào)被傳送給掃頻控制電路7。當(dāng)建立了幀同步時(shí),掃頻控制電路7停止對(duì)VCO1的掃頻操作。在該圖中,加法器8對(duì)環(huán)路濾波器4和掃頻控制電路7的控制信號(hào)求和。對(duì)載波鎖相檢測(cè)也有利用前向糾錯(cuò)(FEC)技術(shù)的方法。
上述已有技術(shù)的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備存在以下不足。對(duì)于利用UW檢測(cè)電路的已有技術(shù),由于通常排列包括UW的幀單元使其具有大量的比特,所以需要很長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行載波鎖相檢測(cè)。此外;在移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中,為了分散由靜區(qū)造成的猝發(fā)錯(cuò)誤,在很長(zhǎng)的幀單元中對(duì)與UW有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行隔行掃描。這時(shí)幀同步是通過(guò)檢測(cè)幀中的隔行掃描的UW來(lái)判斷的。因此,利用UW檢測(cè)電路的已有技術(shù)的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備需要較長(zhǎng)的時(shí)間在移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中進(jìn)行載波鎖相檢測(cè)。順便說(shuō)說(shuō),隔行掃描的幀長(zhǎng)度是在靜區(qū)時(shí)間內(nèi)和接收功率變化期間內(nèi)被確定的,其它不足是利用UW檢測(cè)電路的已有技術(shù)需要復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu),并且解調(diào)電路結(jié)構(gòu)另外需要UW檢測(cè)電路和幀同步電路。
另一方面,由于FEC技術(shù)需要冗余信息進(jìn)行糾錯(cuò),所以利用FEC技術(shù)的已有技術(shù)也有需要較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行載波鎖相檢測(cè)的不足。
因此,已有技術(shù)的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備不能夠象所希望那樣迅速地進(jìn)行載波鎖相檢測(cè)。
因此,本發(fā)明的目的就是提供能夠進(jìn)行快速載波鎖相檢測(cè)的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)并且能夠裝備有解調(diào)電路的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備。
本發(fā)明提供的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備包括根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生基準(zhǔn)載波信號(hào)的壓控振蕩器、根據(jù)基準(zhǔn)載波信號(hào)解調(diào)接收的PSK調(diào)制信號(hào)以便提供解調(diào)信號(hào)的解調(diào)器、根據(jù)解調(diào)信號(hào)檢測(cè)接收的PSK調(diào)制信號(hào)和基準(zhǔn)載波信號(hào)之間的相位差以便提供相位差信號(hào)的鑒相器、濾波相位差信號(hào)以便提供控制信號(hào)的環(huán)路濾波器、延遲接收的PSK調(diào)制信號(hào)以便提供延遲的PSK調(diào)制信號(hào)的延遲裝置、將解調(diào)信號(hào)乘以基準(zhǔn)載波信號(hào)以便逆向地調(diào)制解調(diào)信號(hào)的第一乘法器、將第一乘法器的輸出乘以延遲的PSK調(diào)制信號(hào)的第二乘法器和根據(jù)第二乘法器的輸出確定載波鎖相的判斷裝置。
圖1是表示包括已有技術(shù)的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備的常用解調(diào)裝置的方框圖;
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例的方框圖;
圖3表示圖2所示的解調(diào)器的電路結(jié)構(gòu);
圖4表示圖2所示的鑒相器的特性;
圖5說(shuō)明圖2所示實(shí)施例的運(yùn)行。
參看圖2,附加的電路結(jié)構(gòu)9被裝備有圖1所示的常用PLL電路裝置。在圖2中,用于載波鎖相的PLL電路裝置包括輸出基準(zhǔn)載波信號(hào)的壓控振蕩器(VCO)1、解調(diào)數(shù)字調(diào)制的兩相PSK信號(hào)的解調(diào)器2、根據(jù)解調(diào)信號(hào)提供輸入信號(hào)和VCO1的輸出之間的相位差的鑒相器3和濾波鑒相器3的輸出的環(huán)路濾波器4。用于載波鎖相檢測(cè)的附加電路結(jié)構(gòu)9包括延遲輸入信號(hào)的延遲電路10、將解調(diào)器2的解調(diào)信號(hào)乘以基準(zhǔn)載波信號(hào)的乘法器11、將乘法器11的輸出乘以被延遲電路10延遲的信號(hào)的乘法器12、濾波乘法器12的輸出的濾波器電路13以及通過(guò)將濾波器電路13的輸出與預(yù)置的閾值作比較給出關(guān)于載波相位是否已被鎖住的判斷的判斷電路14。
以下將描述這一實(shí)施例的運(yùn)行。兩相PSK信號(hào)在頻帶被限制和如圖3所示被以VCO1輸出的基準(zhǔn)載波進(jìn)行正交檢測(cè)后被輸入到解調(diào)器2。由這一正交檢測(cè)得到的正交解調(diào)信號(hào)被輸出給鑒相器3。鑒相器3輸出一輸入信號(hào)和一誤差信號(hào),該誤差信號(hào)相應(yīng)于VCO1輸出的基準(zhǔn)載波的相位和輸入信號(hào)的相位之間的相位差。誤差信號(hào)的高頻分量被環(huán)路濾波器4抑制并被傳送給VCO1。這一鎖相環(huán)沿著相對(duì)于輸入信號(hào)壓縮相位誤差方向控制VCO1的基準(zhǔn)載波信號(hào)的相位并使兩相PSK信號(hào)能被正確地解調(diào)。
參看公式描述這一解調(diào)過(guò)程。在時(shí)刻t的PSK信號(hào)S(t)由公式(1)表示。
S(t)=A(t)ej(ωct+θi(t))…(1)其中A(t)是發(fā)送數(shù)據(jù)代碼±d,ωc是輸入信號(hào)的載頻,而θi(t)是輸入載波信號(hào)的相位。VCO1的基準(zhǔn)載波信號(hào)r(t)由公式(2)表示。
r(t)=e-j(ωct+θo(t))…(2)其中θo(t)是基準(zhǔn)載波的相位。解調(diào)器2通過(guò)復(fù)數(shù)乘法檢測(cè)輸入信號(hào)S(t)和基準(zhǔn)載波信號(hào)r(t)以便給出由公式(3)表示的結(jié)果。
S(t)·r(t)=A(t)ej(θi(t)-θo(t))=A(t)ejθe(t)=A(t){cosθe(t)+jsinθe(t)}…(3)其中θe(t)是θi(t)-θo(t),表示輸入信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差。就兩相PSK信號(hào)而言,因?yàn)樵谄渲袑?shí)部A(t)cosθe(t)和虛部A(t)sinθe(t)相互正交的同相和四相解調(diào)信號(hào)的緣故,所以鑒相器的檢測(cè)特性如圖4所示,給出由公式(4)表示的誤差信號(hào)e(t)e(t)=A(t)sinθe(t)·SGN[A(t)cosθe(t)]…(4)其中SGN[]表示正負(fù)號(hào)函數(shù)(硬限制器)。這一誤差信號(hào)被濾波并被傳送給VCO1。環(huán)路濾波器4選擇環(huán)路的傳遞函數(shù)以便確定環(huán)路的特性。鎖相環(huán)如此地動(dòng)作以便將輸入信號(hào)和VCO1的基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差減少到零。
此外,當(dāng)解調(diào)器2的解調(diào)信號(hào)被乘法器11利用VCO1輸出基準(zhǔn)載波逆向地調(diào)制時(shí),乘法器11的輸出信號(hào)用公式(5)來(lái)表示。
{S(t)·r(t)}·r(t)=A(t)ej(θe(t)-ωct-θo(t))…(5)其中延遲電路5是將輸入信號(hào)延遲解調(diào)和逆向調(diào)制所需的時(shí)間的電路。然后乘法器12將其延遲已被調(diào)整的輸入信號(hào)乘以乘法器11的輸出以便輸出由公式(6)表示的信號(hào)Y(t)。
Y(t)=A2(t)ej2θe(t)=A2(t)cos(2θe(t))+jA2(t)sin(2θe(t))…(6)當(dāng)載波相位在PLL中被同步并且輸入信號(hào)和由VCO1輸出的基準(zhǔn)載波之間的相位差變得較小時(shí),在由乘法器12輸出的信號(hào)的實(shí)部和虛部中的cos2θ和sin2θ分別成為1和0。因此,當(dāng)載波相位被鎖住時(shí),就從乘法器12的輸出信號(hào)的實(shí)部和虛部得到其Re Y(t)由d2表示和Im Y(t)由O表示的信號(hào)。
通過(guò)分別求這些信號(hào)的平均值并分別將它們與合適的閾值進(jìn)行比較就能夠檢測(cè)載波相位的鎖定。詳細(xì)來(lái)說(shuō),乘法器12的輸出信號(hào)被低通濾波器電路13平均以便減少信號(hào)的信噪比較低時(shí)的誤檢測(cè)和無(wú)法檢測(cè)。判斷電路14通過(guò)與預(yù)置的閾值比較給出載波相位是否被鎖住的判斷。因此,如在圖5的示意圖中所示,如果載波相位鎖定在乘法器12的輸出信號(hào)電平超過(guò)閾值的時(shí)刻被檢測(cè),相位鎖定狀態(tài)將會(huì)被證實(shí)。否則,就認(rèn)為沒(méi)有建立載波相位鎖定。在圖5中,雖然只描述了信號(hào)Re,但也能夠用信號(hào)Im的值“零”來(lái)確定何時(shí)載波相位被鎖住。很容易設(shè)計(jì)接收兩個(gè)信號(hào)Re和Im、給出判斷輸出的邏輯電路。雖然判斷電路14在圖4中也在±π處檢測(cè)載波相位鎖定,但這一檢測(cè)不表示正常的解調(diào)操作。在這一情形中,例如,為了進(jìn)行正確的解調(diào)操作,VCO1還被基于UW檢測(cè)的另一控制信號(hào)掃頻。本發(fā)明的重點(diǎn)就是載波鎖相檢測(cè)。
在圖2的實(shí)施例中,在快速載波相位鎖定檢測(cè)信號(hào)的基礎(chǔ)上,①在捕獲輸入載波時(shí)能夠進(jìn)行快速的掃頻控制;②能夠進(jìn)行環(huán)路濾波器的快速帶寬轉(zhuǎn)換以便建立載波捕獲或保持載波捕獲;③在靜區(qū)條件下能夠?qū)崿F(xiàn)載波和鎖相信息的快速保存及頻率控制(AFC)的快速禁止。
如上所述,本發(fā)明的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備具有比利用UW控制電路和幀同步電路的已有技術(shù)簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu),但能在較短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)載波相位鎖定。
權(quán)利要求
1.載波鎖相檢測(cè)設(shè)備包括根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生基準(zhǔn)載波信號(hào)的壓控振蕩器;根據(jù)所述基準(zhǔn)載波信號(hào)解調(diào)接收的PSK調(diào)制信號(hào)以便提供解調(diào)信號(hào)的解調(diào)器;檢測(cè)所述接收的PSK調(diào)制信號(hào)和所述基準(zhǔn)載波信號(hào)之間的相位差以便提供相位差信號(hào)的鑒相器;濾波所述相位信號(hào)以便提供所述控制信號(hào)的環(huán)路濾波器;延遲所述接收的PSK調(diào)制信號(hào)以便提供延遲的PSK調(diào)制信號(hào)的延遲裝置;將所述解調(diào)信號(hào)乘以所述基準(zhǔn)載波信號(hào)的第一乘法器;將所述第一乘法器的輸出乘以所述延遲的PSK調(diào)制信號(hào)的第二乘法器;以及根據(jù)所述第二乘法器的輸出確定載波鎖相的判斷裝置。
2.PSK調(diào)制信號(hào)接收機(jī)包括根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生基準(zhǔn)載波信號(hào)的壓控振蕩器;根據(jù)所述基準(zhǔn)載波信號(hào)解調(diào)接收的PSK調(diào)制信號(hào)以便提供解調(diào)信號(hào)的解調(diào)器;檢測(cè)所述接收的PSK調(diào)制信號(hào)和所述基準(zhǔn)載波信號(hào)之間的相位差以便提供相位差信號(hào)的鑒相器;濾波所述相位差信號(hào)以便提供所述控制信號(hào)的環(huán)路濾波器,所述環(huán)路濾波器具有寬和窄的帶寬特性;延遲所述接收的PSK調(diào)制信號(hào)以便提供延遲的PSK調(diào)制信號(hào)的延遲裝置;將所述解調(diào)信號(hào)乘以所述基準(zhǔn)載波信號(hào)的第一乘法器;將所述第一乘法器的輸出乘以所述延遲的PSK調(diào)制信號(hào)的第二乘法器;以及根據(jù)所述第二乘法器的輸出確定載波鎖相的判斷裝置,根據(jù)由所述判斷裝置確定的載波鎖相將所述寬的帶寬特性轉(zhuǎn)換到所述窄的帶寬特性。
3.PSK調(diào)制信號(hào)接收機(jī)包括根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生基準(zhǔn)載波信號(hào)的壓控振蕩器;根據(jù)所述基準(zhǔn)載波信號(hào)解調(diào)接收的PSK調(diào)制信號(hào)以便提供解調(diào)信號(hào)的解調(diào)器;檢測(cè)所述接收的PSK調(diào)制信號(hào)和所述基準(zhǔn)載波信號(hào)之間的相位差以便提供相位差信號(hào)的鑒相器;濾波所述相位差信號(hào)以便提供所述控制信號(hào)的環(huán)路濾波器;延遲所述接收的PSK調(diào)制信號(hào)以便提供延遲的PSK調(diào)制信號(hào)的延遲裝置;將所述解調(diào)信號(hào)乘以所述基準(zhǔn)載波信號(hào)的第一乘法器;將所述第一乘法器的輸出乘以所述延遲的PSK調(diào)制信號(hào)的第二乘法器;根據(jù)所述第二乘法器的輸出確定載波鎖相以便提供載波鎖相檢測(cè)信號(hào)的判斷裝置;以及以掃頻方式控制所述壓控振蕩器的振蕩頻率的掃頻控制裝置,所述掃頻控制裝置根據(jù)所述載波鎖相檢測(cè)信號(hào)停止掃頻控制。
4.如權(quán)利要求3所要求的PSK調(diào)制信號(hào)接收機(jī),其中所述環(huán)路濾波器具有寬和窄的帶寬特性并根據(jù)所述載波鎖相檢測(cè)信號(hào)將所述寬的帶寬特性轉(zhuǎn)換到所述窄的帶寬特性。
5.如權(quán)利要求1所要求的載波鎖相檢測(cè)設(shè)備,其中所述判斷裝置根據(jù)被包括在所述第二乘法器的輸出中的DC電平進(jìn)行判斷。
全文摘要
載波鎖相檢測(cè)設(shè)備被設(shè)置在包括壓控振蕩器(VCO)、解調(diào)器、鑒相器和環(huán)路濾波器的PSK調(diào)制裝置中,該設(shè)備包括用VCO的基準(zhǔn)載波信號(hào)逆向地調(diào)制解調(diào)信號(hào)的第一乘法器、將第一乘法器的輸出乘以輸入的PSK調(diào)制信號(hào)的第二乘法器以及根據(jù)第二乘法器的輸出檢測(cè)載波鎖相的判斷電路。
文檔編號(hào)H03L7/107GK1092576SQ9312052
公開(kāi)日1994年9月21日 申請(qǐng)日期1993年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月13日
發(fā)明者津田弘樹(shù) 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社