一種結(jié)合使能控制的采樣鐘同步實現(xiàn)方法

0 引言

出于實現(xiàn)成本和復(fù)雜度考慮，數(shù)字通信接收機通常采用固定頻率晶振實現(xiàn)信號采樣。由于工藝原因，實際頻率和額定頻率之間會存在不可避免的頻率誤差，從而使得基于數(shù)字電路實現(xiàn)的采樣鐘恢復(fù)環(huán)路是多數(shù)系統(tǒng)中的必不可少的模塊之一。

目前，針對不同場景，學(xué)者們已經(jīng)提出了多種采樣鐘恢復(fù)算法[1?3],它們的基本架構(gòu)類似，主要區(qū)別在于定時誤差檢測采用的算法不同，而且對輸入信號的特性要求也不同?？v觀這些定時誤差檢測算法，最常用的包括Gardner檢測算法[4?5]和相關(guān)檢測算法[2].其中，前者要求輸入檢測器的數(shù)據(jù)率為符號率的兩倍，而且數(shù)據(jù)中的過零點要足夠多，目前，這種方法已經(jīng)成功應(yīng)用到歐洲D(zhuǎn)VB?C、美國ATSC?T等多種系統(tǒng)接收機實現(xiàn)中。另外，由于衛(wèi)星通信中多采用低階QPSK等調(diào)制方式，滿足其對過零特性的要求，Gardner算法在衛(wèi)星通信領(lǐng)域也有很大的應(yīng)用前景，如DVB?S/DVB?S2等系統(tǒng)接收機。相關(guān)檢測算法適合發(fā)送信號中包含一段已知的訓(xùn)練信號，且該段數(shù)據(jù)的自相關(guān)特性較優(yōu)，算法需要輸入的數(shù)據(jù)率是符號率的四倍，相關(guān)檢測算法也有很廣泛的應(yīng)用，也涌現(xiàn)了許多改進算法以及在基本構(gòu)架基礎(chǔ)上的并行實現(xiàn)方法[6?11].

但是，實際的通信體制中，存在許多場景，僅部分信號滿足過零特性，如僅有一段數(shù)據(jù)采用過零特性較好的調(diào)制方式，其他數(shù)據(jù)采用OFDM 調(diào)制或者其他調(diào)制方式。此時，上文提到的兩種檢測方法都不能直接應(yīng)用。

出于這種考慮，本文給出了一種結(jié)合使能控制的采樣鐘同步實現(xiàn)方法，該方法既利用了通常的Gardner算法結(jié)構(gòu)，具有低復(fù)雜度特性，又保證了環(huán)路可以可靠工作。

1 典型的基于Gardner 算法的采樣鐘同步環(huán)路

如圖1 所示，基于Gardner 算法的采樣鐘同步環(huán)路包括四個主要部分：內(nèi)插濾波器、Gardner定時誤差檢測器、低通濾波器和數(shù)控振蕩器。內(nèi)插濾波器根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)序列和小數(shù)因子內(nèi)插得到新的數(shù)據(jù)符號，可以采用三角內(nèi)插、分段拋物內(nèi)插等實現(xiàn)，其內(nèi)插性能決定了環(huán)路的恢復(fù)精度;低通濾波器實現(xiàn)對估計誤差的濾波，其帶寬決定了環(huán)路是否收斂、收斂速度以及收斂精度;數(shù)控振蕩器根據(jù)濾波器輸出計算符號率使能信號和兩倍的符號率使能信號，其中前者控制濾波器，后者控制Gardner 定時誤差檢測器。Gardner 定時誤差檢測器用三個連續(xù)的采樣點來求得定時誤差，即：

式中：r(1/ 2 - τ) ,r(-τ) ,r(1 - τ) 分別表示中間時刻、前一時刻以及后一時刻對應(yīng)的采樣點，三個采樣點的示意如圖2所示：

2 結(jié)合使能控制的采樣鐘同步實現(xiàn)方法

接收機首先通過相關(guān)等得到粗同步信號，用于指示滿足過零點特性的數(shù)據(jù)段，其次采樣鐘恢復(fù)環(huán)路通過輸入的粗同步信號控制整個環(huán)路工作，如圖3所示。

環(huán)路工作流程如下：

(1)采樣數(shù)據(jù)送入內(nèi)插濾波器后，根據(jù)小數(shù)因子計算內(nèi)插后符號;

(2)內(nèi)插符號作為定時誤差檢測器的輸入，如果粗同步使能信號為高，內(nèi)插后的符號數(shù)據(jù)用于計算定時誤差，兩倍符號使能信號為高時檢測器工作;

否則，定時誤差設(shè)置為零;

(3)定時誤差結(jié)果送入低通濾波器，符號使能為高時濾波器工作;

(4)低通濾波器輸出給數(shù)控振蕩器;

(5)數(shù)控振蕩器生成符號使能信號控制低通濾波器，生成兩倍符號使能信號控制定時誤差檢測器，從而形成一個閉環(huán)。

3 計算機仿真分析

圖4和圖5分別給出了僅有10%可同步信號時的小數(shù)因子μ變化曲線以及恢復(fù)的數(shù)據(jù)眼圖，其中可同步部分采用QPSK,其他部分未任意調(diào)制數(shù)據(jù)。如果輸入數(shù)據(jù)總滿足過零特性，此時恢復(fù)信號性能最佳，和全工作環(huán)路相比較而言，使能控制環(huán)路會出現(xiàn)誤差增加現(xiàn)象，但是，如果信道PPM足夠小，該方案恢復(fù)精度完全滿足需求。

4 結(jié)論

本文通過利用同步控制信號，提出了一種改進的定時恢復(fù)算法實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并給出了具體的實現(xiàn)流程，通過仿真說明了算法的可行性。提出實現(xiàn)結(jié)構(gòu)可用于任何發(fā)送信號為部分信號滿足多零點要求的場景，具有較高的工程實現(xiàn)價值，目前已經(jīng)成功應(yīng)用到偽隨機(PN)+正交頻分復(fù)用(OFDM)體制的解調(diào)器中。