近年来，数字无线电技能日益遭到人们的注重。数字无线电技能因选用软件化数字化规划，作业安稳牢靠，可生产性好，设备细巧，因而在通讯中使用越来越广泛。跟着大规模集成电路的开展以及对通讯设备小型化、智能化的要求，数字无线电技能现已成为开展趋势。全数字接纳机的概念被提出后马上引起了人们的爱好与重视，它和传统的数字接纳机不同，其解谐和采样所用的本地参阅时钟振动于固定的频率，且不需求反应操控，滤波、载波同步、时钟同步、数据判定等全由采样后的数字信号处理器来完结。本文规划提出了适于中频数字化接纳机的体系结构和完结办法。
1 全数字接纳机组成
全数字接纳机对中频信号进行采样后，悉数选用数字器材和数字处理办法，是一种全数字完结计划。因其选用数字解调办法，克服了由模仿器材构成的解调器同相与正交两支路参数不一致的缺陷。尽管对已调信号采样要求ADC的采样率较高，但如今的高速ADC器材已满意满意要求。
全数字接纳机结构如图1所示。数字中频信号别离与两路正交载波相乘，然后低通滤波抽取，滤除二次频项，完结数字正交下变频，得到I，Q两路信号。存在守时差错和载波差错的I，Q两路基带信号要进行守时康复和载波相位康复，然后进行判定，得到数字码流。在全数字接纳机中，载波同步和码元同步是最重要的关键技能。
2 载波康复技能
数字解调器中的载波康复办法许多，首要分为非判定反应载波康复和判定反应载波康复。非判定反应载波康复办法首要有平方环、科斯塔斯(Costas)环等。因为判定反应载波康复功能优于非判定反应载波康复，所以选用判定反应办法来进行载波康复，其结构如图2所示。
全数字解调器将采样后的中频信号下变频为基带信号后载波相位差错为：
其间，ω0是载波频率差错，θ0是固定相位差错，Aj是相位颤动崎岖，ωj是相位颤动频率，解调器需求消除这部分差错。判定反应载波康复环能够消除载波相位差错。
假定载波康复环的输入信号为：
式中a(k)是第k个传输符号，v(k)是加性高斯白噪声，θ(k)是载波相位差错。判定反应载波康复环路相位差错提取公式为：
式中Im表明取复数虚部，并疏忽了加性高斯白噪声，假如a(k)=z(k)，那么可求出载波相位差错ε(k)：
由上式可见其载波相位差错鉴相特性曲钱为sin(θ)函数。相位差错经环路滤波器_滤波后抵达数控振动器，数控振动器发生相位估量值对输入信号进行相位旋转以补偿相位差错。环路滤波器选用二阶数字滤波器。
选用通用环来发生载波的相位差错，通用环归于判定反应环。环路的中心为相位差错检测器，检测器使用采样信号与符号判定来发生差错信号，该差错信号反映了实践载波相位与当时载波相位的不同。假定守时康复已树立，这样，相位差错检测器是在符号的最佳判定点进行相位检测。
差错检测器输出经过环路滤波器后，得到对载波剩下差错的估量。反应给数字下变频NCO单元，去除剩下载波。
3 内插守时技能
在全数字接纳机中，码元守时康复是使用锁相环路发生守时差错信号来操控本地同步脉冲完结的。在全数字解调器中，采样时钟由自在振动器发生，而且与信号时钟不同步，它被称为异步采样解调器。因而在全数字解调器中因为采样不同步而引进的守时速率和相位差错，需求用数字信号处理的办法来补偿。全数字解调器中一般是选用数字插值运算来使接纳信号和发送信号同步，这个插值运算可由内插滤波器来完结。本文选用的典型的全数字解调器中的守时康复环结构，如图3所示。它由内插滤波器、守时差错检测器、环路滤波器、数控振动器组成。
内插滤波器便是完结从输入的非同步采样数据中，经过重采样得到符号的最佳采样点，康复出原始符号。
发送的线性调制信号符号周期为T，采样率为T，t=kTi，表明在kTi时刻从头采样，采样周期为Ti。因为Ts的守时来源于独立的本地振动时钟，所以T／Ts的值一般是无理数。把采样值输入插值器，输出的抽样值表明为y(kTi)，它是以Ti为周期的函数，因Ti与T是同步的，所以应有Ti=T／k，k是一小整数。然后，数据滤波器依据k值降抽样康复出原始数据。对从头采样的成果恰当操作，能够得到：
关于守时差错的提取，选用Gardner算法。Gardnet算法需求每个符号有2个采样值，一个在符号判定点邻近，另一个在符号接壤点邻近，而且与载波相位差错无关，因而守时调整可先于载波康复完结，守时康复环独立于载波康复环。Gardner算法提取的守时差错为下式：
式中yI，yQ表明同相和正交重量，T为符号周期，τ为守时延时差错，Gardner算法适用于盯梢和捕获形式，它要求每个符号采样两次。
Gardner算法开始是针对恒包络MPSK信号提出的，能够先于载波差错补偿之前进行。若将它使用于MQAM(M>4)信号中，特别是滚降因子较小时，其守时差错信号颤动太大。
依据守时差错信号颤动的计算特性可知：滚降因子越小，颤动越大；信号包络崎岖越大，颤动越大。假如单靠环路滤波器来减小守时颤动，那么必定使环路等效噪声带宽减小，然后添加环路捕获时刻。L．E．FRANKS现已证明通带规模为(1／4T，3／4T)，以1／2T为中心的偶对称的带通讯号，其守时颤动近似为零。而且特别强调了1／2T为中心的偶对称信号，信号过零点将发生在T／2处。假如在守时差错探测器前加一个预滤波器，尽可能使信号波形满意上述要求，就能够到达减小守时差错信号颤动的意图。简略的预滤波处理是将差错检测公式批改如下：
环路滤波器是锁相环路的别的一个重要组成部分，在符号同步中选用抱负积分滤波器。它由积分支路和份额支路构成，差错信号在送入份额支路和积分支路时，与份额增益G1和积分增益G2相乘。因为份额支路能够盯梢相位差错，积分支路能够盯梢频率差错，符号同步环路就能对守时差错信号盯梢并确定同步。别的，G1和G2的取值决议了体系的环路带宽和收敛的快慢。ωn是环路的天然频率，ξ是锁相环的阻尼因子。
其间Ts为采样周期，一般ξ取临界阻尼系数0.707。
守时康复环的内插滤波器由数控振动器(Number-Controlled Oscillator)操控，它接纳守时差错信号，给内插滤波器供给内插运算所需的参数m(k)和μk，数控振动器的时钟频率为1／Ts。
数控振动器如图4所示，W(m)为NCO操控字，由守时差错信号经环路滤波器滤波后供给，NCO寄存器中的η(m)值每TS时刻减一次W(m)，寄存器减掉必定个数的W(m)后将发生过零点，每呈现一次过零点，则发生一个守时调整抽样脉冲Ti，然后能够决议m(k)，也便是决议哪些采样信号值参与内插运算，一起还可求出μk。
4 仿真试验
经过对所选用的技能计划的建模仿真，并对信号源的调制数据进行解调试验。试验成果表明，在误比特率为10-4时，Eb／N0比理论值多2 dB。图5给出了16QAM调制信号有守时差错时，守时康复前和守时康复后的眼图，能够看出守时康复前，眼睛打开最大的方位不在采样的最佳点，而守时康复后眼睛打开最大点在采样的最佳点。
图6给出了16QAM调制信号有载波频差时，载波康复前和载波康复后的星座图，能够看出载波康复前的星座图是旋转的，载波康复后信号的星座图显着分开了。
5 结 语
本文针对适用于多种数字调制信号接纳解调所选用的的全数字接纳机进行了剖析和规划。对载波同步技能和码元守时技能进行了理论剖析和仿真试验。成果表明：通用环和内插守时两个关键技能能够完结PSK、QAM数字调制信号的接纳解调。全数字接纳机规划灵敏，易于完结通用高集成度接纳机。
作者：孙海祥，刘 杰 (我国电子科技集团公司 第54研究所 河北 石家庄 050081)
