一种数字接收机中符号同步的硬件设计方案

    关键词：符号同步 定时错误检测 插值 窗函数

在数字通信系统中，为了限制被传输的数字信号的频谱，需要对其进行滚降升余弦滤波，形成基带波形，并对载波进行调制，以实现频带传输。在接收端，需要对经过相干解调、匹配滤波形进行重新采样得到相应的数字信号。根据奈奎斯特抽样值无失真准则，A/D转换器若在最佳采样时刻进行采样，得到的采样值恰好是发送端所要传递的数据。但在实际情况下，由于信道传输延时以及收发两地时钟偏移，使采样无法在最佳时刻进行，这样采集到的数据与正确的数据之间存在着偏差，需要有同步措施来调整采样时钟或对采样值进行插修正。

图1

    目前数字接收机中的符号同步大多采用自同步法。其主要有两种，一种是由定时错误检测（TED）算法加环路滤波器估算采样时钟和最佳采样时刻之间的相位差，然后通过数控振荡器NCO调整采样时钟，称为同步采样恢复；另一种也使用相同的方法估算时钟相差，但它并不调整采样时钟相位，而是通过插值算法对采样值进行修正，称为异步采样恢复。由于后者不需要改变时钟相位，因此具有更好的稳定性，故得到广泛的应用。    本文提出了一种基于插值算法符号同步的硬件设计方案。在时钟相差估算环节采用了NDA-ELD算法进行定时错误检测；插值滤波器的设计则采用了理想插值算法加窗处理，与拉格朗日插值滤波器相比，具有更好的频域特性。该同步方案属于非数据辅助的同步法。这里所谓的同步，是对采样值进行插值修正，而不需要对时钟本身进行相位调整。因此它较适用于对系统时钟稳定性要求较高的场合，如全数字接收机等。

异步采样恢复的符号同步设计结构如图1所示。该方法的关键在于插值算法的准确性。针对这一点，本文提出了一种符号同步的硬件设计方案，其插值滤波器的设计采用了理想插值算法加窗处理，与目前所采用的另一种拉格朗日插值滤波器相比，具有更好的频域特性。

1 时钟相差的估算

对于最佳采样时刻和采样时钟相位差的估算，本文采用定时错误检测（TED）加环路滤波器实现。其中定时错误检测环节采用NDA-ELD算法，该算法是由最大似然估计法所推导的，它要求A/D转换器以两倍的符号频率对输入波形进行采样。公式如下