[发明专利]低信噪比下锁相环跟踪性能的改进方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种低信噪比下的锁相环跟踪性能的改进方法及实现装置。

背景技术

锁相环，是用于通信的接收机中，对接收信号进行处理，利用反馈控制实现频率及相位同步的技术。在连续通信接收机中，常用锁相环实现载波同步与跟踪。在如今应用广泛的数字通信系统中，全数字锁相环电路由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和数控振荡器（NCO）这几个模块组成，输入的参考信号和反馈信号的相位差由鉴相器鉴别并输出误差电压，经低通性质的环路滤波器，形成压控振荡器的控制电压，将振荡器的输出频率拉向输入信号的频率，直至二者相等即为锁定。

锁相环的关键性能在于相位噪声和动态特性。相位噪声主要包括热噪声σ_t和振荡器噪声σ_v,θ_A，其中主要噪声来源热噪声，与锁相环环路带宽和信噪比有关，带宽越大，噪声越大；信噪比越低，噪声越大。动态特性反映了锁相环抵抗多普勒效应的能力，与锁相环环路带宽和锁相环阶数有关。阶数为L的锁相环动态应力误差，与收发端视距的L阶导数成正比，与环路带宽的L次方成反比。

当不存在多普勒效应时，锁相环的相位抖动主要来源于热噪声，锁相环的跟踪信噪比门限仿真值与理论门限非常接近，而且随着带宽的减小，信噪比门限也会降低。而当有多普勒效应存在时，随着带宽与多普勒频偏按照相同的比例减小，锁相环的跟踪信噪比门限可能无法降低，信噪比门限仿真值与理论门限相差较大，即，在理论门限附近，或者说是低信噪比下，锁相环不能有效跟踪其设计带宽能力范围内的多普勒频偏，锁相环的设计带宽部分失效了。

发明内容

鉴于在低信噪比下，由于受多普勒效应影响，锁相环带宽会部分失效，理论的信噪比门限不能准确指示实际仿真信噪比门限，本发明提出了一种对锁相环中的鉴相器做系数修正的方法及实现装置，以改善锁相环在低信噪比下的跟踪性能。本发明不仅适用于BPSK调制，也适用于QPSK调制。

本发明提供的技术方案如下：

一种锁相环中鉴相器系数的修正方法，其特征是，

将鉴相器在一定的鉴相范围内近似为线性模型，则鉴相器输出相位可表示为：

φ_o=αφ_i+n

其中，φ_i为鉴相器输入信号的实际相位，α为鉴相器线性近似的系数，简称鉴相器系数，受输入数据中的噪声影响，α≤1，随信噪比增大而逐渐增大，n是均值为零的鉴相噪声，其方差记为

由于鉴相器系数α≤1，锁相环的实际有效带宽只有设计带宽B_n的α倍，信噪比越低，鉴相器系数α越小，实际带宽越窄，从而，低信噪比下锁相环无法准确跟踪一定多普勒频偏的影响，信噪比门限明显恶化；

将鉴相器的输出结果除以鉴相器系数α，得到：

φ^o=φoα=φi+n′]]>

其中，n'为鉴相噪声，n'=n/α，修正后的鉴相器系数（增益）变为1，锁相环的实际有效带宽等于设计带宽，但鉴相噪声n'的方差变为

相比于修正前，虽然鉴相噪声变大，实际带宽也有所增加，低信噪比下的锁相环相位噪声略有增大，但对于原先在低信噪比下跟踪失效的多普勒频偏，在修正鉴相器系数后，可以实现准确的跟踪，锁相环的动态特性增强，最终使得锁相环的跟踪信噪比门限有所降低。

所述的锁相环中鉴相器系数的修正方法，其特征是，所述鉴相器系数α的计算方法如下（参图1）：

1)根据调制方式，确定鉴相器近似为线性的鉴相范围当调制方式为BPSK时，M=2，调制方式为QPSK时，M=4；

2)在鉴相范围内均匀离散地取N个相位值x_i，i=1,2,…,N，分别作为调制数据初相位，在有噪声条件下通过蒙特卡洛仿真得多次鉴相结果，再求统计平均值y_i；