Введение

Структура цифровой ФАПЛ по существу эквивалентна структуре непрерывной ФАПЛ. PLL имеет следующие компоненты: Фаза детектор ошибок (PED), цикла фильтр и управляемый генератор.

В случае синхронизации несущей QPSK (фаза и частота) реализация цикла фильтра в виде цифровой P+I (пропорциональный плюс интегратор) фильтр создает ФАПЛ второго порядка. Управляемый генератор (Phase Accumulator) регулирует угол принимаемого сигнала QPSK посредством комплексного вращения.

Реализовать комплексное вращение можно с помощью множества подходов, включая прямое комплексное умножение на exp(j*theta). Однако такая реализация может быть относительно дорогой с точки зрения оборудования (например, FPGA или ASIC) ресурсов. Альтернативный подход использует основанный на CORDIC алгоритм вращения, чтобы реализовать комплексное умножение. Этот пример использует этот подход через Fixed-Point Designer™ CORDICROTATE функция. Это приводит к приближению комплексного вращения без умножения, где компромисс с точки зрения скорости. Небольшого количества итераций CORDIC часто может быть достаточно для достижения хорошего цифрового отклика ФАПЛ без полного оборудования ресурсов истинного комплексного умножения.

Структура примера

Источник данных TX

The PN Sequence Generator библиотечный блок from the Communications Toolbox™ является источником данных Tx, генерирующим беззнаковые 2-битные целочисленные символы.

Модулятор QPSK

The QPSK Modulator Baseband Библиотечный блок из набора Communications Toolbox использует pi/4 смещение фазы и двоичное упорядочивание для вычисления значений выхода 12-битного модулятора с фиксированной точкой со знаком.

Фильтр приподнятого косинуса Tx

The Raised Cosine Transmit Filter блок library из набора Communications Toolbox выполняет фильтрацию квадратного корня конечной импульсной характеристики с коэффициентом увеличения дискретизации 8.

Повреждения передатчика

The Phase/Frequency Offset библиотечный блок из Communications Toolbox моделирует связанные нарушения передатчика. Можно настроить Phase offset и Frequency offset значения параметров, чтобы увидеть эффект на ФАПЛ Phase Error время возможности и сигнал приема графика поля точек отображений.

Канал AWGN

The AWGN Channel Библиотечный блок из Communications Toolbox имитирует шумный канал. Можно настроить блок Eb/No параметр, чтобы увидеть эффект на ФАПЛ Phase Error время возможности и сигнал приема графика поля точек отображений.

Фильтр приподнятого косинуса Rx

The Raised Cosine Receive Filter библиотечный блок из Communications Toolbox выполняет фильтрацию квадратного корня конечной импульсной характеристики с коэффициентом понижающей дискретизации 8.

Основанная на CORDIC подсистема PLL

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

Основанный на CORDIC PLL

Фаза детектор ошибок

The Phase Error Detector реализована с помощью функции MATLAB ®.

Контурный фильтр P + I

A P+I Loop Filter реализует PLL второго порядка. Константы цикла K1(Коэффициент усиления P) и K2 (I коэффициент усиления) получают из Normalized loop bandwidth и Damping factor параметры маскированного CORDIC-Based PLL подсистема.

Фазовый Аккумулятор

The Phase Accumulator вычисляет угол Theta.

CORDICROTATE

Функция MATLAB CORDICROTATE вращает комплексный принятый сигнал на Theta использование итерационного алгоритма на основе CORDIC без умножения.

Результаты и отображения

Фазовая ошибка

Используйте Phase Error блок временных возможностей для просмотра изменяющихся во времени ФАПЛ Phase Error Detector выходные значения.

Графики поля точек

Используйте Before Carrier Synchronization и After Carrier Synchronization блоки scope, чтобы наблюдать эффекты настройки Transmitter Impairments и AWGN Channel параметры.

Эксперименты с Примером

Повреждения передатчика

Чтобы увидеть эффекты ухудшения фазы передатчика и смещения частоты, измените Phase offset и Frequency offset значения параметров во время работы модели. Установите модель StopTime на inf и используйте PLL Enable/Disable переключатель для наблюдения изменений в переходном процессе.

Канал AWGN

Чтобы увидеть эффекты шумного канала, измените Eb/No значение параметров во время работы модели. Установите модель StopTime на inf и используйте PLL Enable/Disable переключатель для наблюдения изменений в переходном процессе.

Основанный на CORDIC PLL

Варьируйте Normalized loop bandwidth ФАПЛ и Damping factor параметры для настройки базовых P+I Loop Filter поведение во время работы модели. Установите модель StopTime на inf и используйте PLL Enable/Disable переключатель для наблюдения изменений в переходном процессе.

Обратите внимание, что выход приема QPSK с фазовой автоподстройкой содержит неоднозначность фазы. Для последующего анализа (например, расчеты вероятности ошибки символа) эта неоднозначность фазы может быть устранена с помощью одного из ряда хорошо известных способов, включая известные сигналы настройки (преамбулы), изменения смещений фазы демодулятора, переупорядочивание созвездий и т.д.

Избранная библиография

Райс, Майкл, «Discrete-Time Фазы Locked Циклов», Digital Communications: A Discrete-Time Appendix C, Sec. C.3, Pearson Prentice Hall, 2008.

Andraka, Ray, «A survey of CORDIC algorithm for FPGA based computers», Proceedings of the 1998 ACM/SIGDA International Symposium on Field Programmable Gate Arrays, 191-200, Feb. 22-24, 1998.

Volder, Jack E., «The CORDIC Trigonometric Computing Technique», IRE Transactions on Electronic Computers, Volume EC-8, 330 - 334, September 1959.