一種結合使能控制的采樣鐘同步實現方法

0 引言

出于實現成本和復雜度考慮，數字通信接收機通常采用固定頻率晶振實現信號采樣。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，從而使得基于數字電路實現的采樣鐘恢復環路是多數系統中的必不可少的模塊之一。

目前，針對不同場景，學者們已經提出了多種采樣鐘恢復算法[1?3],它們的基本架構類似，主要區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。縱觀這些定時誤差檢測算法，最常用的包括Gardner檢測算法[4?5]和相關檢測算法[2].其中，前者要求輸入檢測器的數據率為符號率的兩倍，而且數據中的過零點要足夠多，目前，這種方法已經成功應用到歐洲DVB?C、美國ATSC?T等多種系統接收機實現中。另外，由于衛星通信中多采用低階QPSK等調制方式，滿足其對過零特性的要求，Gardner算法在衛星通信領域也有很大的應用前景，如DVB?S/DVB?S2等系統接收機。相關檢測算法適合發送信號中包含一段已知的訓練信號，且該段數據的自相關特性較優，算法需要輸入的數據率是符號率的四倍，相關檢測算法也有很廣泛的應用，也涌現了許多改進算法以及在基本構架基礎上的并行實現方法[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，如僅有一段數據采用過零特性較好的調制方式，其他數據采用OFDM 調制或者其他調制方式。此時，上文提到的兩種檢測方法都不能直接應用。

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

1 典型的基于Gardner 算法的采樣鐘同步環路

如圖1 所示，基于Gardner 算法的采樣鐘同步環路包括四個主要部分：內插濾波器、Gardner定時誤差檢測器、低通濾波器和數控振蕩器。內插濾波器根據輸入的數據序列和小數因子內插得到新的數據符號，可以采用三角內插、分段拋物內插等實現，其內插性能決定了環路的恢復精度;低通濾波器實現對估計誤差的濾波，其帶寬決定了環路是否收斂、收斂速度以及收斂精度;數控振蕩器根據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的采樣點，三個采樣點的示意如圖2所示：

2 結合使能控制的采樣鐘同步實現方法

接收機首先通過相關等得到粗同步信號，用于指示滿足過零點特性的數據段，其次采樣鐘恢復環路通過輸入的粗同步信號控制整個環路工作，如圖3所示。

環路工作流程如下：

(1)采樣數據送入內插濾波器后，根據小數因子計算內插后符號;

(2)內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，內插后的符號數據用于計算定時誤差，兩倍符號使能信號為高時檢測器工作;

否則，定時誤差設置為零;