适用于高阶QAM的改进型Costas环研究

发布时间：2019-09-05 12:06

【摘要】：为提高高阶正交幅度调制(QAM)解调中载波恢复的收敛速度及跟踪稳定性,基于软件无线电设计思路和传统科斯塔斯(Costas)环基本原理,提出一种改进型Costas环的研究方法。该方法采用符号鉴相器代替传统的乘法器鉴相器,设计的环路滤波器运用多系数调整取代传统的一组系数调整。以1024QAM信号解调为例,通过使用Matlab/Simulink下的System Generator工具箱对解调系统建模仿真,以验证其载波恢复性能。仿真结果表明,改进的Costas环能准确地对接收的高阶QAM信号进行载波恢复,且与传统算法相比,改进后的环路跟踪平稳、收敛速度更快速、误码率更低,较好地改善了通信质量。
【图文】：

载波同步,仿真模型,改进型

改进型环路滤波器采用多系数调整环路反逦单灵活、设计周期短，且能自动生成硬件实现所需的逡逑馈信号的方法，其原理框图如图３所示。逦描述语言代码，是数字信号处理系统设计与Ｘｉｌｉｎｘ逡逑，Ｃｉ逦ＦＰＧＡ实现之间的“桥梁”［１４］。本文系统基带码率逡逑输入逦逦邋取２．邋０４８邋Ｍｂｉｔ／ｓ，载波频率为１．０２４邋ＭＨｚ，系统频率逡逑０逦！逦是３２．７６８邋ＭＨｚ，基于邋Ｓｙｓｔｅｍ邋Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ邋的邋１０２４ＱＡＭ逡逑——？（ｇ）￣＞０邋Ｈ逦改进型载波同步环路的模型实现如图４所示。逡逑＾邋Ｍ逦为了使低通滤波器输出的信号满足ｉｘ（ｒ）邋Ｉ逡逑逦邋选择器＿？逡逑＾＝ｉｎｏＩ，采用量化比较器对信号进行量化，并进行逡逑＿Ｊ邋＾逦杰逦取绝对值运算。在环路跟踪过程中会出现频偏、时逡逑—Ｋｇ）＿？０逦Ｔ逦偏，为抑制这种突发情况［｜５］，在鉴相后增加一个平滑逡逑Ｙｄ逦—＿Ｊ逦器，即对式（１０）进行平滑拟合。平滑器由平滑模块和逡逑图３改进型环路滤波器原理框图逦滤波器模块构成，从而得到较为平滑的误差信号。逡逑逦邋Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ逦Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ逡逑Ｃｌ邋）—？ａ逦ＣＨ？ｔｌ逦逦逦Ｎ逡逑Ｔｒｙ逦（ａｂ）——？ＩｎｌＯｕｔｌ—？邋Ｉｎｉ逦逦？邋Ｖ°ｓｇｎ逦逦Ｋｌ）逡逑ｎｉ＿＾Ｊ邋ｌ＿Ｊ邋￣￣２ｉｉＨｎ逦——１逦柋逦0ｕｔｉ逡逑Ｍｕｌｔ逦ｆｉｒ邋——；一－—逦邋ＡｄｄＳｕｂ邋Ｔｌｉｒｅｓｈｏｌｄｌ邋＿Ｊ￣＿逡逑ＮＣＯ逦—＾逦邋，ｒ￣１逦．＇（ａｂ）——￣逡逑＿邋Ｐｈａｓｅｃｏｎｔｒｏｌ逦逦邋８＋ｂ；0ｓｇｎ邋—＾——］Ｍｕｌｔ４逡逑

星座图,改进算法

ｔａｎｔ２逦ａ邋＋邋ｂ逦逦Ｊｄｉ邋Ｊ逡逑Ｍｕｌｔ２逦ｒ－Ｈ？＞逦Ｉ逦逡逑逦邋逦邋ＡｄｄＳｕｂｌ邋ＡｄｄＳｕｂ３邋Ｃｏｎｖｅｒｔ，逦Ｍｕｘ逡逑Ｃｏｎｓｔａｎｔ３逦Ｍｕｌｔ３逦￣￣逡逑Ｄｅｌａｙ邋ｌ逡逑图ｓ改进型环路滤波器仿真模型逡逑－值，进入同步状态；而传统Ｃｏｓｔａｓ环收敛的时间比改逡逑进的更长。证明了采用改进ｃ＿ｓ环的算法后环路逡逑为对比利用传统Ｃｏｓｔａｓ环和改进型Ｃｏｓｔａｓ环的邋收敛更快，跟踪稳定。逡逑系统性能，分别对２个系统建模仿真。假定系统仿逦图７所示为采用改进算法对载波信号加１００邋Ｈｚ的逡逑真在信噪比５邋ｄＢ、码元总数为１００邋０００的环境下进邋频偏后系统的不同阶段星座图。其中图７（ａ）所示的星逡逑行。图６（ａ）、图６（ｂ）分别为采用传统Ｃｏｓｔａｓ环和逦座图由于受到信道噪声和载波频偏影响，星座点发散模逡逑采用本文提出的改进型Ｃｏｓｔａｓ环时，环路滤波器的邋糊。图７（ｂ）所示给出了采用改进环路算法所得的星座逡逑输出，它描述了从载波捕获到稳定跟踪的过程。逦纠偏效果，星座图清晰、准确收敛在１邋０２４个星座点，表逡逑５逦明环路锁定之后，，系统已经实现同步，可以正确解调。逡逑＂１５０．０逦０．２逦０．４逦０．６逦０．８逦１．０逡逑时间，ｌ0－３ｓ逦丨？场牌所网胃神两Ｉ逡逑５逦（ａ）频偏影响的Ｍ座图逦－４０逦－２０逦０逦２０逦４０逡逑实部逡逑0邋＿逦（ａ）频偏影响的星座图逡逑＿＿＿逡逑图６载波同步中环路滤波器的输出逦－３０逦－２０邋－１０邋０逦１０邋２０邋３０逡逑实部逡逑从图中可看出，改进型Ｃｏｓｔａｓ环在０．邋２８邋ｍｓ时，逦（ｂ）环路锁定后的星沌阁逡逑环路滤
【作者单位】：桂林电子科技大学信息与通信学院;
【基金】：广西壮族自治区教育厅科研项目“QAM-FM复合调制研究”(201203YB084)
【分类号】：TN911.3

【参考文献】