图2 载波恢复环路的结构框图

　　图中：[yn]为接收到的信号；[ΦPDn]，[ΦFDn]分别为鉴相器和鉴频器的输出，它们通过锁定检测模块；频率偏差误差输出为[Φen]；通过环路滤波器、数控振荡器构成锁相环结构，锁相环输出相位[θn]，与[yn]相乘得到信号[qn]。这是一个动态过程，不断纠正残留频偏。

　　3.1 导 频

　　文中采用数据辅助载波恢复法[5]，数据、前导（巴克码和ACM信息）和导频都参与载波提取。虽然导频插入法会损失一定信号功率，但实现简单，系统性能稳定，即使在存在严重衰落的信道中也能得到较高的恢复信噪比。由于恢复出的载波不会出现相位模糊问题，所以不会导致因差分编码造成的3 dB信噪比恶化。图3分别为同种测试条件下，加入200 kHz频偏，采用前导、导频和数据与只采用数据两种方式提取载波时环路的收敛曲线情况。可以看出插入导频时同步速度快，而且收敛后的相位抖动较小，与无导频参与载波提取相比有明显优势。

　　图3 有、无插入导频的鉴相输出曲线

　　3.2 模式切换

　　载波同步环路开始为捕获阶段，鉴频环路工作，用以校正大的频偏。锁定检测模块主要是用于两个算法间平滑的切换，从而在提高收敛速度的同时也能保证高精度的要求。载波恢复环路的工作模式从捕获阶段转换到跟踪阶段需要模式切换模块来控制。控制切换的方法有多种，可以根据时间、均方误差、鉴频器鉴相器的输出值、接收信号幅值均值等来控制切换。文中根据鉴频器或鉴相器输出的相位值来设计模式切换模块，如图4所示。

　　图4 模式切换算法结构框图

　　4 系统仿真分析

　　以1 024 QAM为例[6]，设定扫频步长100 kHz，扫频间隔20 000个符号，频偏2.05 MHz，相偏[π8]，扫频锁定阈值60 kHz；帧同步环路滤波器带宽1 MHz，鉴频环路带宽0.2 MHz，鉴相环路带宽0.1 MHz，信噪比为理想，在理想的高斯信道下进行仿真，将C代码产生的数据文件导入Matlab中，载波恢复前后的星座图如图5所示，图中多余的6个点是经过调制的帧头数据，扫频输出曲线如图6所示。

　　图5 1 024 QAM载波恢复前后的星座图

　　5 结 语

　　通过Matlab软件对各个模块进行仿真，从仿真结果可以看出，该算法能够很好地恢复载波。利用帧头数据自身相关性估计数据的频偏，这样捕获范围更大而且准确。算法性能可靠，频偏捕获范围大，可达系统符号率的10%，捕获时间短，相位抖动小，稳定度高。

　　图6 扫频输出

　　参考文献

　　[1] 汪建，刘华平，刘贤华.基于扫频算法的QAM载波恢复技术的比较[J].电视技术，2011，35（5）：57?60.

　　[2] 金侃，孙宪正.多电平MQAM数字微波系统中的导频插入和载波恢复算法性能分析[J].通信学报，1991（2）：26?33.

　　[3] KE C N， HUANG C Y， FAN C P. An adaptive carrier synchronizer for MQAM cable receiver [J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics， 2003， 49（4）： 983?989.

　　[4] 马志朋.二阶锁相环设计中环路参数的选择[J].火控雷达技术，1997（12）：16?20.

　　[5] 江舟，刘志，田骏骅，等.一种适用于高阶QAM的自适应均 衡与载波恢复混合算法及硬件实现[J].复旦学报：自然科 学版，2006（4）：437?441.

　　[6] 夏文娟，窦建华，刘洋，等.高阶QAM的载波恢复方法的研究[J].合肥工业大学学报：自然科学版，2013（6）：700?703.