Введение

Структура цифровой ФАПЧ по существу эквивалентна структуре постоянной ФАПЧ. PLL имеет следующие компоненты: детектор фазовой ошибки (PED), петлевой фильтр и управляемый генератор.

В случае синхронизации несущей QPSK (фазы и частоты), реализация фильтра контура в виде цифрового P+I Фильтр (пропорциональный плюс интегратор) формирует ФАПЧ второго порядка. Управляемый генератор (Phase Accumulator) регулирует угол принимаемого сигнала QPSK посредством комплексного поворота.

Комплексный поворот можно реализовать с помощью различных подходов, включая прямое комплексное умножение на exp(j*theta). Однако такая реализация может быть относительно дорогостоящей с точки зрения аппаратных ресурсов (например, FPGA или ASIC). Альтернативный подход использует алгоритм вращения на основе CORDIC для реализации комплексного умножения. В этом примере используется этот подход с помощью Fixed-Point Designer™ CORDICROTATE функция. Это приводит к комплексному приближению вращения без умножения, где компромисс определяется скоростью. Небольшого числа итераций CORDIC часто может быть достаточно для достижения хорошего цифрового отклика PLL без полной стоимости аппаратных ресурсов истинного комплексного умножения.

Структура примера

Источник данных Tx

PN Sequence Generator библиотечный блок из коммуникационного Toolbox™ - это Tx Data Source, генерирующий беззнаковые 2-битовые целочисленные символы.

Модулятор QPSK

QPSK Modulator Baseband блок библиотеки из панели инструментов Communications использует pi/4 фазовое смещение и двоичное упорядочение для вычисления подписанных 12-разрядных выходных значений модулятора с фиксированной точкой.

Повышенный косинусный Tx-фильтр

Raised Cosine Transmit Filter блок библиотеки из Communications Toolbox выполняет фильтрацию КИХ квадратного корня с коэффициентом повышения дискретизации 8.

Нарушения работы датчика

Phase/Frequency Offset блок библиотеки на панели инструментов Communications Toolbox моделирует связанные нарушения передатчика. Вы можете настроить Phase offset и Frequency offset значения параметров для просмотра влияния на PLL Phase Error отображается временной объем и график рассеяния принимаемого сигнала.

Канал AWGN

AWGN Channel блок библиотеки из панели средств связи моделирует шумный канал. Можно настроить блок Eb/No для просмотра влияния на PLL Phase Error отображается временной объем и график рассеяния принимаемого сигнала.

Фильтр Raised Cosine Rx

Raised Cosine Receive Filter блок библиотеки из Communications Toolbox выполняет фильтрацию КИХ квадратного корня с коэффициентом понижающей дискретизации 8.

Подсистема PLL на основе CORDIC

CORDIC-Based PLL подсистема состоит из Phase Error Detector (PED), P+I Loop Filter, Phase Accumulator, и CORDICROTATE для формирования скорректированных выходных значений комплексного сигнала.

PLL на основе CORDIC

Детектор фазовых ошибок

Phase Error Detector реализуется с помощью функции MATLAB ®.

Фильтр контуров P + I

A P+I Loop Filter реализует второй порядок PLL. Константы контура K1(коэффициент усиления P) и K2 (I выигрыш) получены из Normalized loop bandwidth и Damping factor параметры маскируемого CORDIC-Based PLL подсистема.

Фазовый аккумулятор

Phase Accumulator вычисляет угол Theta.

CORDICROTATE

Функция MATLAB CORDICROTATE поворачивает комплексный принятый сигнал на Theta использование итеративного алгоритма на основе CORDIC без умножения.

Результаты и отображение

Фазовая ошибка

Используйте Phase Error блок временного объема для просмотра изменяющегося во времени ФАПЧ Phase Error Detector выходные значения.

Графики рассеяния

Используйте Before Carrier Synchronization и After Carrier Synchronization блоки области действия для наблюдения за эффектами настройки Transmitter Impairments и AWGN Channel параметры.

Экспериментирование с примером

Нарушения работы датчика

Чтобы увидеть влияние ухудшения фазы и смещения частоты передатчика, измените Phase offset и Frequency offset значения параметров во время работы модели. Задание модели StopTime кому inf и используйте PLL Enable/Disable для наблюдения за изменениями в переходной реакции.

Канал AWGN

Чтобы увидеть эффекты шумного канала, измените Eb/No значение параметра во время работы модели. Задание модели StopTime кому inf и используйте PLL Enable/Disable для наблюдения за изменениями в переходной реакции.

PLL на основе CORDIC

Изменение PLL Normalized loop bandwidth и Damping factor параметры для настройки андерлаинга P+I Loop Filter поведение во время работы модели. Задание модели StopTime кому inf и используйте PLL Enable/Disable для наблюдения за изменениями в переходной реакции.

Следует отметить, что выходной сигнал приема QPSK с фазовой блокировкой содержит фазовую неоднозначность. Для дальнейшего анализа (например, вычисления частоты ошибок символов) эта фазовая неоднозначность может быть разрешена с использованием одного из ряда хорошо известных способов, включая известные обучающие (преамбула) сигналы, изменяющиеся фазовые смещения демодулятора, переупорядочение созвездий и т.д.

Избранная библиография

Райс, Майкл, «Дискретно-временные фазовые контуры», Digital Communications: A Discrete-Time Approach, Приложение C, Sec. C.3, Pearson Prentice Hall, 2008.

Andraka, Ray, «Обзор алгоритма CORDIC для компьютеров на основе FPGA», Труды шестого Международного симпозиума ACM/SIGDA 1998 года по полевым программируемым вентилям, 191-200, 22-24 февраля 1998 года.

Вольдер, Джек Э., «Техника тригонометрических вычислений CORDIC», IRE Transactions on Electronic Computers, том EC-8, 330 - 334, сентябрь 1959.