0 引言

出于實(shí)現(xiàn)成本和復(fù)雜度考慮，數(shù)字通信接收機(jī)通常采用固定頻率晶振實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣。由于工藝原因，實(shí)際頻率和額定頻率之間會(huì)存在不可避免的頻率誤差，從而使得基于數(shù)字電路實(shí)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(duì)不同場(chǎng)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(lèi)似，主要區(qū)別在于定時(shí)誤差檢測(cè)采用的算法不同，而且對(duì)輸入信號(hào)的特性要求也不同?？v觀這些定時(shí)誤差檢測(cè)算法，最常用的包括Gardner檢測(cè)算法[4?5]和相關(guān)檢測(cè)算法[2].其中，前者要求輸入檢測(cè)器的數(shù)據(jù)率為符號(hào)率的兩倍，而且數(shù)據(jù)中的過(guò)零點(diǎn)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(guó)ATSC?T等多種系統(tǒng)接收機(jī)實(shí)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(mǎn)足其對(duì)過(guò)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(jī)。相關(guān)檢測(cè)算法適合發(fā)送信號(hào)中包含一段已知的訓(xùn)練信號(hào)，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(hào)率的四倍，相關(guān)檢測(cè)算法也有很廣泛的應(yīng)用，也涌現(xiàn)了許多改進(jìn)算法以及在基本構(gòu)架基礎(chǔ)上的并行實(shí)現(xiàn)方法[6?11].

但是，實(shí)際的通信體制中，存在許多場(chǎng)景，僅部分信號(hào)滿(mǎn)足過(guò)零特性，如僅有一段數(shù)據(jù)采用過(guò)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(shí)，上文提到的兩種檢測(cè)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(shí)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(gè)主要部分：內(nèi)插濾波器、Gardner定時(shí)誤差檢測(cè)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(hào)，可以采用三角內(nèi)插、分段拋物內(nèi)插等實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)估計(jì)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(jì)算符號(hào)率使能信號(hào)和兩倍的符號(hào)率使能信號(hào)，其中前者控制濾波器，后者控制Gardner 定時(shí)誤差檢測(cè)器。Gardner 定時(shí)誤差檢測(cè)器用三個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)來(lái)求得定時(shí)誤差，即：

式中：r(1/ 2 - τ) ,r(-τ) ,r(1 - τ) 分別表示中間時(shí)刻、前一時(shí)刻以及后一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)，三個(gè)采樣點(diǎn)的示意如圖2所示：

2 結(jié)合使能控制的采樣鐘同步實(shí)現(xiàn)方法

接收機(jī)首先通過(guò)相關(guān)等得到粗同步信號(hào)，用于指示滿(mǎn)足過(guò)零點(diǎn)特性的數(shù)據(jù)段，其次采樣鐘恢復(fù)環(huán)路通過(guò)輸入的粗同步信號(hào)控制整個(gè)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(jì)算內(nèi)插后符號(hào);

(2)內(nèi)插符號(hào)作為定時(shí)誤差檢測(cè)器的輸入，如果粗同步使能信號(hào)為高，內(nèi)插后的符號(hào)數(shù)據(jù)用于計(jì)算定時(shí)誤差，兩倍符號(hào)使能信號(hào)為高時(shí)檢測(cè)器工作;

否則，定時(shí)誤差設(shè)置為零;

(3)定時(shí)誤差結(jié)果送入低通濾波器，符號(hào)使能為高時(shí)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(hào)使能信號(hào)控制低通濾波器，生成兩倍符號(hào)使能信號(hào)控制定時(shí)誤差檢測(cè)器，從而形成一個(gè)閉環(huán)。

3 計(jì)算機(jī)仿真分析

圖4和圖5分別給出了僅有10%可同步信號(hào)時(shí)的小數(shù)因子μ變化曲線(xiàn)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(mǎn)足過(guò)零特性，此時(shí)恢復(fù)信號(hào)性能最佳，和全工作環(huán)路相比較而言，使能控制環(huán)路會(huì)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(mǎn)足需求。

4 結(jié)論

本文通過(guò)利用同步控制信號(hào)，提出了一種改進(jìn)的定時(shí)恢復(fù)算法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并給出了具體的實(shí)現(xiàn)流程，通過(guò)仿真說(shuō)明了算法的可行性。提出實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可用于任何發(fā)送信號(hào)為部分信號(hào)滿(mǎn)足多零點(diǎn)要求的場(chǎng)景，具有較高的工程實(shí)現(xiàn)價(jià)值，目前已經(jīng)成功應(yīng)用到偽隨機(jī)(PN)+正交頻分復(fù)用(OFDM)體制的解調(diào)器中。