寬帶QAM波形解調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)研究*

關(guān)建新 劉建新 胡 華

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院1) 武漢 430033)(中國(guó)人民解放軍92823部隊(duì)2) 三亞 572021)(中國(guó)人民解放軍91982部隊(duì)3) 三亞 572021)

1 引言

數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制是數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ),然而這三種數(shù)字調(diào)制方式都存在不足之處,如頻譜利用率低、抗多徑衰落能力差、功率譜衰減慢、帶外輻射嚴(yán)重等。為了改善這些不足,幾十年來(lái)人們不斷提出一些新的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù),以適應(yīng)各種通信系統(tǒng)的要求,其主要研究?jī)?nèi)容圍繞減小信號(hào)帶寬以提高頻譜利用率、提高功率利用率以增強(qiáng)抗干擾性能等。正交幅度調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)就是一種高效的數(shù)字調(diào)制方式,它在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線數(shù)字電視、高清晰數(shù)字電視、衛(wèi)星通信等需要進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

QAM是一種幅度、相位聯(lián)合調(diào)制的技術(shù),有16QAM 、32QAM 、64QAM 、128QAM 、256QAM 等多種形式。寬帶QAM波形是通信系統(tǒng)中的一種新的非常重要的波形,頻譜利用率和信息傳輸速率高,是一種高效的數(shù)字調(diào)制體制。目前發(fā)達(dá)國(guó)家在許多重要的信道中都采用了寬帶QAM信號(hào),而我國(guó)由于在寬帶QAM信號(hào)的波形技術(shù)研究方面起步較晚,面臨的技術(shù)難度較大,與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比尚有較大的差距,QAM設(shè)備和主要芯片也基本靠國(guó)外進(jìn)口,極大制約了寬帶QAM系統(tǒng)的應(yīng)用。

2 寬帶QAM調(diào)制的基本原理

單獨(dú)使用振幅或相位攜帶信息時(shí),不能最充分地利用信號(hào)平面,這可由矢量圖中信號(hào)矢量端點(diǎn)的分布直觀地觀察到。采用多進(jìn)制振幅調(diào)制時(shí),矢量端點(diǎn)在一條軸上分布;采用多進(jìn)制相位調(diào)制時(shí),矢量點(diǎn)在一個(gè)圓上分布。隨著調(diào)制進(jìn)制數(shù)的增大,這些矢量端點(diǎn)之間的最小距離也隨之減少。但如果采用一種調(diào)制方式充分利用整個(gè)平面,即綜合利用幅度和相位信息,則可將矢量端點(diǎn)重新合理地分布,并可能在不減小最小距離的情況下增加信號(hào)的端點(diǎn)數(shù),這種方式就是正交幅度調(diào)制。

所謂正交振幅調(diào)制,就是利用2路數(shù)字信號(hào)分別對(duì)同一頻率互相正交的2路載波進(jìn)行同步調(diào)制,再將2個(gè)已調(diào)雙邊帶信號(hào)合成后進(jìn)行傳輸。在調(diào)制過(guò)程中,輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)串并變換后分為I路和Q路,兩路信號(hào)再分別經(jīng)過(guò)2電平到L(L=log2M)電平的變換。為了抑制已調(diào)信號(hào)的帶外輻射,I路和Q路還要經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)制低通濾波器,才分別與相互正交的兩路載波相乘,最后將兩路信號(hào)相加就可以得到不同幅度和相位已調(diào)的QAM輸出信號(hào)。在解調(diào)時(shí),輸入信號(hào)與本地恢復(fù)的2個(gè)正交載波信號(hào)相乘以后,經(jīng)過(guò)低通濾波器,多電平判決,L電平到2電平轉(zhuǎn)換,再經(jīng)過(guò)并串變換就得到輸出數(shù)據(jù)。QAM調(diào)制和解調(diào)的基本原理如圖1所示。

圖1 QAM調(diào)制和解調(diào)的一般原理框圖

在QAM調(diào)制中,通常把信號(hào)矢量端點(diǎn)的分布圖稱為星座圖,可以采用的有方型星座和星型星座兩種。對(duì)QAM調(diào)制而言,如何設(shè)計(jì)QAM信號(hào)的結(jié)構(gòu),即如何設(shè)計(jì)星座圖,不僅影響到已調(diào)信號(hào)的功率譜特性,而且影響已調(diào)信號(hào)的解調(diào)和性能。常用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在信號(hào)功率相同的條件下,選擇信號(hào)空間中信號(hào)點(diǎn)之間最小距離最大的信號(hào)結(jié)構(gòu),當(dāng)然還要考慮解調(diào)的復(fù)雜性。根據(jù)上述準(zhǔn)則,如果進(jìn)行16QAM調(diào)制,當(dāng)信號(hào)點(diǎn)間最小距離相同時(shí),采用方形星座比采用星形星座的平均發(fā)射功率小。但在實(shí)際中常采用星型星座,因?yàn)?6QAM方型星座有3個(gè)振幅環(huán),相位有12種,而星型星座有2個(gè)振幅環(huán),相位為8種,改善了方型星座的接收性能,有利于接收端的自動(dòng)增益控制和載波相位跟蹤,如圖2所示。

圖2 16QAM的星座圖

QAM調(diào)制除了具有頻譜效率高的優(yōu)點(diǎn)外,還可以根據(jù)傳輸環(huán)境和傳輸信源的不同,通過(guò)自適應(yīng)地調(diào)整其進(jìn)制數(shù)來(lái)調(diào)整其數(shù)據(jù)傳輸速率,能夠很好地緩和可用頻帶緊張的狀況及實(shí)現(xiàn)多速率的多媒體綜合業(yè)務(wù)傳輸,也即一種采用自適應(yīng)多進(jìn)制QAM的方式,感興趣的讀者可參考相關(guān)文獻(xiàn)。

3 寬帶QAM波形的解調(diào)需要考慮的問(wèn)題

寬帶QAM信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳輸時(shí),信道會(huì)對(duì)QAM信號(hào)產(chǎn)生許多影響,這些影響包括[1]:信號(hào)的幅度會(huì)有不同的衰減,且衰減量隨時(shí)間變化,體現(xiàn)在星座圖上就是星座縮小;信道會(huì)產(chǎn)生各種各樣的噪聲,比較典型的是高斯白噪聲,使星座點(diǎn)模糊;信道中會(huì)產(chǎn)生碼間干擾和信道間干擾;如果是移動(dòng)信道,還會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移;由于多次反射(有線電視信道等)或者瑞利衰落、多徑延遲(各種無(wú)線傳輸?shù)男诺?等,信號(hào)幅度會(huì)發(fā)生畸變,星座會(huì)變成不規(guī)則的形狀;另外由于發(fā)送端和接收端的本振時(shí)鐘不一致以及信道的時(shí)變特性,信號(hào)相位在傳輸中會(huì)受到損害,引起相位抖動(dòng),而且用于載頻和中頻上下變換的射頻振蕩器的頻率的不確定性會(huì)引起一定的頻偏,體現(xiàn)在星座圖上就是星座圖的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此QAM波形的解調(diào)器必須完成如下功能[1]:設(shè)置與發(fā)端的脈沖成形相應(yīng)的匹配濾波器以消除碼間干擾;調(diào)整輸入信號(hào)幅度,也即進(jìn)行自動(dòng)增益控制(AGC);估計(jì)并去除載波分量的偏移;采用均衡技術(shù)以補(bǔ)償信道并消除發(fā)散的影響;恢復(fù)符號(hào)時(shí)鐘以及進(jìn)行定時(shí)判決以獲得脈沖幅度和相位;判決實(shí)際發(fā)送的脈沖幅度和相位;由于信道編碼的存在,必須有相應(yīng)的信道解碼以減少誤碼率。在上述必須完成的功能中,自動(dòng)增益控制可以先行完成,方法也比較成熟,匹配濾波則與發(fā)端的脈沖成型濾波器相對(duì)應(yīng),不確定的或者關(guān)鍵的只剩下定時(shí)同步、載波恢復(fù)以及信道均衡這三個(gè)功能,構(gòu)成了寬帶QAM波形解調(diào)時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。

4 寬帶QAM波形解調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)QAM波形的解調(diào),可以采用在線解調(diào)的方式,也可以先將QAM波形采集下來(lái)存儲(chǔ)在磁盤陣列中之后再進(jìn)行離線解調(diào)。不論采用在線解調(diào)還是離線解調(diào),按照目前流行的軟件無(wú)線電的設(shè)計(jì)思想,都是先將模擬中頻數(shù)字化之后,再對(duì)數(shù)字信號(hào)利用數(shù)字信號(hào)處理軟件在通用的硬件平臺(tái)上進(jìn)行處理,這些數(shù)字信號(hào)處理軟件需要完成的功能主要包括數(shù)字下變頻、自動(dòng)增益控制(AGC)、符號(hào)定時(shí)同步、載波恢復(fù)、均衡以及前向糾錯(cuò)功能等。目前就實(shí)際實(shí)現(xiàn)而言,對(duì)數(shù)字下變頻一般采用專用的下變頻器,待下變頻器將數(shù)據(jù)的速率降下來(lái)之后,再利用數(shù)字信號(hào)處理軟件完成其他功能。在這些功能中,最主要的功能如前所述,分別是定時(shí)同步、載波恢復(fù)以及信道均衡,圖3給出了包含這三個(gè)功能的寬帶QAM信號(hào)解調(diào)器的模塊構(gòu)成。

圖3 寬帶QAM信號(hào)解調(diào)器的構(gòu)成框圖

4.1 寬帶QAM波形解調(diào)時(shí)的定時(shí)同步技術(shù)

在同步數(shù)字通信系統(tǒng)中,符號(hào)同步是接收機(jī)必須完成的一個(gè)重要工作,它包括定時(shí)誤差信息的提取和位定時(shí)的調(diào)整兩部分。在傳統(tǒng)的接收機(jī)中,位定時(shí)信息的提取是通過(guò)對(duì)模擬連續(xù)信號(hào)的處理實(shí)現(xiàn)的,如過(guò)零檢測(cè)法、插入導(dǎo)頻法、信號(hào)微分法等,而位定時(shí)的恢復(fù)是通過(guò)調(diào)整采樣脈沖的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著軟件無(wú)線電概念的提出,接收機(jī)正朝著全數(shù)字化的方向發(fā)展,即數(shù)模轉(zhuǎn)換盡可能向天線端推移,進(jìn)行直接中頻采樣,甚至對(duì)射頻直接采樣,而大部分接收機(jī)的功能通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在在符號(hào)同步恢復(fù)方面,發(fā)展的趨勢(shì)是符號(hào)定時(shí)利用高精度的固定本振產(chǎn)生采樣時(shí)鐘,無(wú)需調(diào)整,而用數(shù)字信號(hào)處理算法對(duì)定時(shí)誤差進(jìn)行估計(jì),采用插值算法進(jìn)行糾正。

在高速Q(mào)AM解調(diào)器中,定時(shí)同步是數(shù)據(jù)傳輸中的碼元判決基準(zhǔn),也是均衡器的時(shí)間基準(zhǔn),準(zhǔn)確與否將直接關(guān)系到數(shù)據(jù)判決的準(zhǔn)確性和均衡的有效性。由于傳輸信道的變參特性及多徑干擾,致使到達(dá)接收端的信號(hào)嚴(yán)重畸變,給位同步提取帶來(lái)相當(dāng)大的困難,為了解決這個(gè)問(wèn)題,許多文獻(xiàn)[2～5]對(duì)QAM解調(diào)器的定時(shí)恢復(fù)算法進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[2]提出了一種以最大似然估計(jì)準(zhǔn)則為理論基礎(chǔ)所推導(dǎo)出的兩種面向判決(Decision Directed)的載波相位恢復(fù)方法和時(shí)鐘恢復(fù)方法,主要方便載波恢復(fù)和定時(shí)及均衡的聯(lián)合進(jìn)行;文獻(xiàn)[3]提出了一種基于最大功率的符號(hào)同步算法,該算法用統(tǒng)計(jì)的方法直接從時(shí)域提取定時(shí)誤差信息,并利用了功率與相位的無(wú)關(guān)性,采用過(guò)采樣擇優(yōu)選擇技術(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)同步。文獻(xiàn)[4]提出了一種對(duì)載波頻偏不敏感的、基于非同步采樣(即用一個(gè)固定的采樣時(shí)鐘對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣)、用插值濾波實(shí)現(xiàn)對(duì)符號(hào)定時(shí)同步的方法。文獻(xiàn)[5]中也提出了一種基于插值的符號(hào)定時(shí)同步方法,其原理框圖如圖4所示。文獻(xiàn)中設(shè)計(jì)的符號(hào)定時(shí)模塊獨(dú)立于其后模塊,主要包括內(nèi)插濾波器、匹配濾波器、定時(shí)誤差檢測(cè)以及環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩器(NCO)等部分。內(nèi)插濾波器以兩倍符號(hào)率輸出數(shù)據(jù),經(jīng)匹配濾波器后送入采用定時(shí)誤差檢測(cè)模塊,這種使匹配濾波器參與定時(shí)環(huán)路的結(jié)構(gòu)可以使得定時(shí)誤差減小。

圖4 基于內(nèi)插的符號(hào)定時(shí)同步模塊的實(shí)現(xiàn)框圖

本文獻(xiàn)還重點(diǎn)介紹此結(jié)構(gòu)中非常關(guān)鍵的內(nèi)插濾波器的改進(jìn)實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)了一種采用分段拋物內(nèi)插算法的內(nèi)插濾波器,并驗(yàn)證了其可以滿足256QAM的精度要求。這種方法也是QAM解調(diào)中定時(shí)恢復(fù)的熱點(diǎn)算法,我們可以借鑒之,需要做的就是根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)此算法做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。

4.2 寬帶QAM波形解調(diào)時(shí)的載波恢復(fù)技術(shù)

QAM系統(tǒng)收發(fā)兩端的本振時(shí)鐘不精確相等,或者信道特性的快速變化使得被傳送信號(hào)偏離其中心頻譜,都會(huì)導(dǎo)致下變頻后的“基帶信號(hào)”中心頻率偏離零點(diǎn)。同時(shí)信號(hào)的相位在傳輸中也會(huì)受到損害,其來(lái)源有信道的時(shí)變特性、高頻頭的寬帶濾波器、下變頻電路、接收端自適應(yīng)均衡器的步長(zhǎng)噪聲等,都會(huì)引起信號(hào)的相位抖動(dòng)。因此需要經(jīng)過(guò)載波恢復(fù)把偽基帶信號(hào)搬移至基帶,同時(shí)跟蹤該基帶信號(hào)的相位,即QAM 系統(tǒng)的載波恢復(fù)分為“同頻”和“同相”兩步。在數(shù)字QAM 通信系統(tǒng)中,一般采用一個(gè)高精度固定本振對(duì)中頻信號(hào)解調(diào),并利用數(shù)字信號(hào)處理算法對(duì)模數(shù)采樣后的信號(hào)進(jìn)行載波頻偏和載波相偏的估計(jì),并進(jìn)行頻偏和相偏補(bǔ)償來(lái)恢復(fù)信號(hào)。

QAM系統(tǒng)的載波恢復(fù)方法一般分為兩類:一類是直接提取法,發(fā)送端不專門傳送載波或有關(guān)載波的信息,接收端直接從收到的已調(diào)信號(hào)中提取載波,也即環(huán)路提載法;另一類是插入導(dǎo)頻法,發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)信息的同時(shí),也送出載波或與之相關(guān)的導(dǎo)頻信號(hào),以供接收端提取。隨著QAM階數(shù)的升高和調(diào)制電平數(shù)的增多,使用直接提取法不但會(huì)使硬件實(shí)現(xiàn)變得很復(fù)雜,而且容易導(dǎo)致環(huán)路的不穩(wěn)定。使用插入導(dǎo)頻法,雖然會(huì)損失一定的信號(hào)功率,可是實(shí)現(xiàn)卻非常簡(jiǎn)單,系統(tǒng)的性能也較為穩(wěn)定,即使在嚴(yán)重衰落的情況下,仍能得到較高的恢復(fù)載波信噪比。由于恢復(fù)出的載波不存在相位模糊問(wèn)題,也就不存在因差分編碼引起誤碼擴(kuò)散造成的3dB系統(tǒng)信噪比惡化。文獻(xiàn)[6]對(duì)基于插入導(dǎo)頻法進(jìn)行載波恢復(fù)的方法進(jìn)行了理論估計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬,結(jié)果表明在QAM系統(tǒng)中用插入導(dǎo)頻法能取得令人滿意的效果。

另外文獻(xiàn)[7～8]針對(duì)高階QAM系統(tǒng)提出了幾種可以捕獲較大頻偏的載波恢復(fù)算法,而文獻(xiàn)[9]的載波恢復(fù)算法具有較快的捕獲速度,這些算法從不同方面對(duì)傳統(tǒng)載波恢復(fù)算法進(jìn)行了改進(jìn),縮短了載波頻偏的捕獲時(shí)間,擴(kuò)大了捕獲范圍,但未考慮信道失真對(duì)高階QAM解調(diào)性能及穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。文獻(xiàn)[10]在假定采樣時(shí)鐘無(wú)偏差且信噪比足夠高的情況下提出了數(shù)據(jù)輔助(DA)的載波相位估計(jì)算法,該算法無(wú)需載波環(huán)路和壓控振蕩器。文獻(xiàn)[11]中對(duì)N次方環(huán)法和Decision Directed載波恢復(fù)算法進(jìn)行了分析和仿真,發(fā)現(xiàn)N次方環(huán)法并不適合于所有場(chǎng)合,DD載波恢復(fù)算法雖然可以應(yīng)用于星座圖是任意形式的QAM解調(diào)過(guò)程中,但是它的應(yīng)用取決于誤比特率門限。文獻(xiàn)[3]針對(duì)短波信道中的16QAM調(diào)制的載波恢復(fù)算法進(jìn)行了研究,歸納總結(jié)了Decision Directed算法和判決反饋環(huán)算法,發(fā)現(xiàn)DD算法只能在相偏和頻偏都較小的情況下更高精度的恢復(fù)出載波,判決反饋環(huán)算法能糾正較大頻偏但計(jì)算量較大,基于COSTAS環(huán)的載波恢復(fù)算法不僅能糾正更大的頻偏,并且大大減小了計(jì)算量。不過(guò)這種方法只是針對(duì)特定信道下的特定調(diào)制,缺乏普適性的驗(yàn)證過(guò)程。文獻(xiàn)[2]中研究了基于最大似然估計(jì)的載波恢復(fù)方法,這種方法首先通過(guò)估計(jì)提取載波的相位偏差(將頻偏和相偏造成的影響歸并到相偏之中),然后采用面向判決(Decision Directed)的方法進(jìn)行載波相位恢復(fù),其方法實(shí)際上是對(duì)解調(diào)后的接收信號(hào)乘以估計(jì)出的誤差旋轉(zhuǎn)角度而實(shí)現(xiàn)的,這種方法非常適合用數(shù)字信號(hào)處理軟件實(shí)現(xiàn)。

從上面的分析可以看出,載波恢復(fù)的方法也是多種多樣的,具體恢復(fù)方法的選用需要根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)決定,但應(yīng)該把握一個(gè)原則,即先進(jìn)行參數(shù)提取再用數(shù)字信號(hào)處理進(jìn)行補(bǔ)償,因?yàn)檫@種方法用開環(huán)結(jié)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的反饋結(jié)構(gòu),非常適合于用數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)。

4.3 寬帶QAM波形解調(diào)時(shí)的盲信道均衡技術(shù)

采用QAM波形的高速數(shù)字微波傳輸系統(tǒng),由于多徑衰落的嚴(yán)重影響可能使波形嚴(yán)重失真,即使采用前置普通中頻自適應(yīng)時(shí)域均衡,由于其自適應(yīng)控制信號(hào)的取得要依靠載波恢復(fù)環(huán)的正常工作來(lái)提供其自適應(yīng)均衡的控制信號(hào),所以載波恢復(fù)的中斷將直接導(dǎo)致此自適應(yīng)時(shí)域均衡失效,從而盡管中頻均衡可對(duì)載波提取電路提供一定好處,但一般中頻時(shí)域均衡依然未能徹底解脫載波恢復(fù)環(huán)路工作不正常的交互影響。解決這一矛盾的一種有效途徑是采用盲均衡技術(shù)。盲均衡算法可與載波相位無(wú)關(guān),從而它能夠在載波恢復(fù)環(huán)路鎖定和QAM信號(hào)星座應(yīng)停止旋轉(zhuǎn)前有效工作,使之完成均衡器加權(quán)系數(shù)的粗調(diào),產(chǎn)生快速的初步收斂,使信號(hào)星座較為正常,有利于載波恢復(fù)的執(zhí)行,從而可檢測(cè)出載波相位誤差信號(hào),產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)向量將載波相位鎖定,然后再轉(zhuǎn)換至包括判決反饋在內(nèi)的全時(shí)域均衡,進(jìn)行其均衡抽頭系數(shù)的精密調(diào)整,獲得最后良好的性能效果。因此,盲均衡已成為自適應(yīng)均衡技術(shù)中的一個(gè)重要的新的研究分支,其均衡算法也在一步步深入改進(jìn)。

針對(duì)QAM系統(tǒng)中的盲均衡技術(shù),文獻(xiàn)[12]進(jìn)行了歸納總結(jié):自從1975年Sato提出盲均衡的思想以來(lái),盲均衡技術(shù)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注,各類盲均衡算法應(yīng)運(yùn)而生。其中比較著名的算法有Godard提出的恒模算法(CMA),Benveniste等提出的B-G算法(BGA),Godard等提出的精減星座圖算法(RCA),Picchi等提出的Stop-and-Go算法(SGA)等等。另外文獻(xiàn)[13]提出了一種稱為壓縮星座圖的盲均衡算法(CCA),其實(shí)質(zhì)是一種基于RCA的加權(quán)算法,穩(wěn)態(tài)殘差大,并不適合處理高階QAM信號(hào)。CCA在處理高階QAM信號(hào)時(shí)同樣具有收斂速度較慢,穩(wěn)態(tài)殘差較大的缺陷。近年,Yang提出了多模盲均衡算法 MMA,對(duì)于高階QAM信號(hào),MMA收斂性能與CMA和RCA等算法相比有所提高,而且在穩(wěn)態(tài)時(shí)不需要相位旋轉(zhuǎn)器來(lái)消除相位模糊,是一種比較可行的盲均衡方法。

4.4 寬帶QAM波形解調(diào)時(shí)的聯(lián)合載波恢復(fù)與信道均衡技術(shù)

由于受到信道失真與載波頻偏的相互影響,解調(diào)器接收的QAM信號(hào)星座圖彌散且旋轉(zhuǎn),因此正確解調(diào)出QAM信號(hào)的前提為消除載波頻偏并補(bǔ)償信道失真。QAM信號(hào)星座點(diǎn)之間距離與相位差隨調(diào)制階數(shù)的升高而下降,從而使高階QAM 信號(hào)的正確解調(diào)難度變大。若直接進(jìn)行載波恢復(fù),由于經(jīng)過(guò)惡劣信道傳輸QAM信號(hào)失真嚴(yán)重,很難找到有效的載波恢復(fù)算法來(lái)直接消除載波頻偏;若直接進(jìn)行均衡,則由于載波頻偏造成QAM信號(hào)星座圖的旋轉(zhuǎn),均衡很難獲得全局收斂,一般只能部分補(bǔ)償信道失真。因此高階QAM信號(hào)的自適應(yīng)均衡和載波恢復(fù)需要兩者的協(xié)同工作,即均衡在載波恢復(fù)環(huán)路產(chǎn)生的解旋信號(hào)幫助下實(shí)現(xiàn)在大頻偏下的收斂,而均衡的收斂又進(jìn)一步提高載波恢復(fù)的性能。

文獻(xiàn)[2,5,14]等對(duì)載波恢復(fù)和均衡聯(lián)合進(jìn)行的方法進(jìn)行了研究,文獻(xiàn)[14]針對(duì)高階QAM信號(hào)的特點(diǎn),結(jié)合自適應(yīng)均衡與載波恢復(fù),提出一種高性能的混合算法。該算法包括基于CMA(constant modulus algorithm)與LMS(least mean squares)的雙模均衡算法以及改進(jìn)的鑒頻、鑒相載波恢復(fù)算法,通過(guò)分步驟的協(xié)同操作實(shí)現(xiàn)了載波頻偏的消除及均衡收斂,并通過(guò)仿真證明了該算法針對(duì)高階QAM能取得很好的性能。

5 結(jié)語(yǔ)

在介紹了QAM調(diào)制與解調(diào)的基本原理的基礎(chǔ)上,分析了寬帶QAM波形解調(diào)時(shí)需要考慮的問(wèn)題,討論了寬帶QAM 波形解調(diào)時(shí)的關(guān)鍵技術(shù),重點(diǎn)對(duì)解調(diào)時(shí)涉及的定時(shí)同步技術(shù)、載波恢復(fù)技術(shù)和信道均衡技術(shù)進(jìn)行了分析和研究。

[1]宮豐奎,等.針對(duì) QAM 信號(hào)的解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù),2003(12):60～62

[2]吳麗云.QAM數(shù)字同步解調(diào)的算法研究與實(shí)現(xiàn)[J].有線電視技術(shù),2002(10):50～54

[3]戴嵐,等.短波16QAM信號(hào)數(shù)字解調(diào)算法的仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真,2006,23(3):74～76

[4]張喬喬,等.可變速率符號(hào)定時(shí)恢復(fù)在QAM解調(diào)器中的實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù),2004(1):63～66

[5]宮豐奎,等.全數(shù)字高階QAM 解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào),2007,12(6):124～129

[6]馬遷,等.一種QAM同步方案的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)通信,2001(6):11～13

[7]Ouyang Y,Wang C L.A new carrier recovery loopfor high 2 order quadrature amplitude modulation[EB/OL].http:∥ieeexplore.ieee.org/iel5/8454/26632/01188125.pdf

[8]Ke C N,Huang C Y,Fan C P.An adaptive carrier synchronizer for M-QAM cable receiver[J].IEEE Transactions on Consumer Electronics,2003,49(4):983～989

[9]Gagnon G,Choquette F,Belzile J,et al.A simple and fast carrier recovery algorithm for high 2 order QAM[J].IEEE Communications Letters,2005,9(10):918～920

[10]P.Y.Kam.Maximum likelihood carrier phase recovery for linear suppressed-carrier digital modulations[J].IEEE Trans.Comm.,1986,35(6):522～527

[11]牛劍波,等.QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中載波恢復(fù)算法的研究[J].廣播與電視技術(shù),2002(7):111～115

[12]許小東,等.適合高階QAM信號(hào)的加權(quán)多模盲均衡算法[J].電子與信息學(xué)報(bào),2007,29(6):1352～1355

[13]Abrar S.Compact constellation algorithm for blind equalization of QAM signals[J].IEEE International Conference on Networking and Communication,Lahore,Pakistan,2004(11-13):170～174

[14]江舟,等.一種適用于高階QAM的自適應(yīng)均衡與載波恢復(fù)混合算法及硬件實(shí)現(xiàn)[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,45(6):437～442