基于ADS的接收机码元同步算法实现

图3 16QAM解调后波形

宽  在16QAM调制信号中，例如果符号从－1变为1，1变为－1，－3变为3，3变为－3等的时候，则没有定时误差时，中间点的平均值应为零。而有定时误差时，将会产生一个非零的值，它的大小与差错的大小成正比。另外一些情况，当没有定时误差时，中间点的平均值并不是零。例如符号从3变为－1，当没有定时误差时，中间点的平均值是1，如图3所示。
如果直接把Gardner算法运用在16QAM解调系统中，定时误差检测的结果有些点上是正确的，有些点上是错误的。对于大量数据，这些错误的平均值是零，因为没有定时误差的情况，中间点可能是0，－1，1，－2，2，其平均值为零。因此这些错误会导致定时时钟的抖动，通过滤波器可以减小这些抖动。

为了消除这些抖动。我们对Gardner算法做了进一步改进，其改进后算法为：
            （2-2）
其中

当定时超前，误差为负，定时滞后，误差为正。Gardner算法具有两个特点：一是每个符号只需要两个采样点，且以码元速率输出误差信号；二是估计算法是独立于载波相位的，不受载波相位偏移的影响，即可以在载波相位同步之前，进行定时误差估计。

1.3 压控振荡器（VCO Voltage Controlled Oscillator）

定时恢复环的内插滤波器由VCO控制，它接受定时误差信号，给内插滤波器提供内插运算所需的参数 和 ，压控振荡器的时钟频率为1/ 。

VCO的输出频率f(m)：
 ，
 为VCO预设基本频率， 为VCO控制信号，由定时误差信号经环路滤波器滤波后提供，VCO的输出频率随着 的变化而变化，当 稳定时，输出频率也就保持稳定。S为VCO对误差信号的敏感度。VCO输出每出现一次过零点，则产生一个定时调整抽样脉冲 ，从而可以决定 ，也就是决定哪些采样信号值参加内插运算。

1.4 环路滤波器
采用二阶数字滤波器对定时误差信号进行滤波如图4，以减小定时误差信号的抖动。环路滤波器系数和定时误差S曲线系数以及数控振荡器控制灵敏度共同决定环路相对等效噪声带宽 。

图4 二阶数字滤波

选定环路相对等效噪声带宽  和阻尼系数，就可以求出二阶数字滤波的参数 , 。

2 ADS中的仿真结果分析

ADS,即HP Advanced Design System的简称。它是Agilent Technologies公司新推出的一套电路辅助设计软件。Agilent Technologies公司把已有产品:HP MDS(Microwave Design System)和HP EEsof IV(Electronic Engineering Software)两者的精华有机的结合起来，并增加了许多新的功能，构成了功能强大的ADS软件。ADS可应用于整个现代通信系统及其子系统，能对通讯系统能进行快速、便捷、有效的设计和仿真。

ADS软件分为Digital Signal Processing Network和Analog/RF Network两个仿真设计模块。接收机的仿真是在Digital Signal Processing Network中完成，里面加载了很多常用的通信器件，可供调用。

在ADS中，建立仿真模型，本文仿真基于16QAM调制、1.8GHHz中频、720Mbps码速率中频采样的全数字解调系统（如图5），研究了高速全数字解调中码元同步的关键技术。

图5 通信系统误码率仿真工程

仿真设计：1、系统中，码元的长度为5.6nsec。在发送端的低通成型滤波器（LPT_RaiseCosineTimed）中加入2nsc的延时来仿真码元抖动。

2、改变VCO的预设基本频率 来仿真接受端时钟偏差，VCO的敏感度S为1MHz/V。
仿真结果：

图6 时钟恢复环中误差信号、环路滤波后的信号

图6为从码元同步模块中测量出来的误差信号、环路滤波后的信号。从图中可得出，VCO根据反馈回来经过滤波后的误差信号（如图6下）来实时调整采样的频率，直到VCO输出时钟频率 等于2倍码元速率为止，就达到了平衡状态，此时定时误差为零（如图6上）。

图7 不同码元速率的锁定过程

图7所示分别为1.8GHz采样率，码元速率720Mbps,初始偏差1MHz,信噪比20dB时码元同步的锁定情况；和0.9GHz采样率，码速率360MHz，初始偏差1MHz ,信噪比20dB时码元同步的锁定情况。仿真证明这种码元同步方法能够正确生成码元时钟满足高码速要求，并且适应不同码速率。能正确生成码元时钟满足高码速要求，并且适应不同码速率。 

表1 仿真系统中的码元抖动、时钟偏差时的误码率

通