[发明专利]定时误差提取装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字通信技术领域，更具体的，本发明涉及一种定时误差提取装置及方法。

背景技术

通信系统中同步具有相当重要的地位，通信系统能否有效地、可靠地工作，在很大程度上依赖于有无良好的同步系统。通信系统中的同步可以分为载波同步、符号同步、帧同步等。

数字接收机系统中，为了恢复发送端发送的信息，解调器的输出必须以符号速率周期性地在精确的抽样时刻t_m＝mT+τ(T是符号间隔，τ是信号从发射机到接收机传播时间的标称延迟)上抽样，每个符号间隔至少抽样一次。因此，要求在接收端必须有一个与发送端同频同相的采样时钟来对接收到的数据进行采样。在接收机中提取这种时钟信号的处理过程称为符号同步或定时同步。

定时同步可以分为外同步法和自同步法。外同步法(插入导频法)又称辅助信息同步法，通过在正常信息码元序列外附加位同步用的附加信息，以达到提取位同步信息的目的。常用的外同步法是在发送端信号中插入频率为码元速率或码元速率的倍数的位同步信号，在接收端利用一个窄带滤波器，将其分离出来，并形成码元定时脉冲。自同步法分为滤波法和锁相法，滤波法是通过对信号进行某种变换，使得变换后的信号包含有位同步的信息，然后再用滤波器将其滤出。锁相法是指在接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，若两者相位不一致(超前或滞后)，鉴相器就产生误差信号调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。

实际的数字接收系统中，由于信道传输的延时、晶振漂移和接受信号的复杂程度都会使得收发端的采样时钟频率不完全相同，从而发射端和接收端的样值持续时间之间会存在一个小偏差，这种小偏差累积到一定程度就会多出一个样值或者遗漏一个样值，导致接收机无法正确接收到N个样点，或者无法在最佳时刻进行采样，从而不能正确恢复原先的数据，故需要对采样时钟的频差进行估计和补偿，以保证收发两端采样点的时间间隔一致，采样点在最佳时刻。

采样时钟的同步是指发射端的D/A转换器和接收端的A/D转换器的工作时钟保持一致。数字接收机中的采样时钟偏差包括采样相位偏差和采样频率偏差。锁定采样相位即在一个符号周期中找到最佳采样时刻，而锁定采样频率则要求估计出接收信号的周期使接收机的采样时钟频率与发送端的相一致。

传统的数字解调过程中，定时同步是通过前馈调整从输入信号中重新产生定时波形或者通过反馈环来调整本地采样时钟实现的，在每个符号周期提取一个采样点，从中恢复信息数据。然而，上述两种方法一方面受限于符号率的定制可调晶振，另一方面导致硬件系统复杂。而全数字的定时恢复方法则不同，其采样时钟是固定的，通过对采样点进行处理来进行同步。接收端的频率源工作在固定的频率上，由高稳定度的晶体振荡器来实现，而定时误差的提取由算法来完成，误差信号不再反馈到模拟部分去控制压控振荡器，而是自我调整控制，从已接收信号的采样序列中得到正确的数据点。

在单载波接收系统中，采样相位偏差导致采样时刻不在信噪比最大的采样点上，均衡器可以对付这种由采样相位偏差造成的符号间干扰(InterSymbol Interference，ISI)，这是因为均衡器实际上也是一种内插器，能够从数据中恢复出最佳采样点。但是如果采样时钟存在频率偏差的话，可能会使主径偏离均衡器的范围，导致均衡器崩溃。也就是说，由于采样频率偏差的存在使一定时间的采样点数与发送的数据不相符，出现增加或者减少，从而发生错误，严重的影响接收机的解调。而多载波系统对频率偏差的更为敏感，由频率偏差引起的ISI很难在FFT后恢复，其同步精度的要求比单载波系统还要高。因此，定时同步在数字接收系统中至关重要，而定时同步的首要问题在于如何得到定时误差。

申请号为200410003485.6的中国专利申请提供了一种基于PN序列的时域符号定时恢复(Symbol Timing Recovery，STR)方法。参考图1，其通过将采样数据先通过时域插值滤波器，利用由PN序列的相关得到的延迟锁定环路实现误差信号的提取，然后将误差信号依次通过低通滤波器和累加器，最后用累加器的输出来驱动数控振荡器(Numerical Controlled Oscillator，NCO)以产生插值滤波器和抽取器所需的分数延迟和基点，采样点通过插值后，最后被控制抽取成为同步数据。然而上述方法中，接收端的采样速率为4倍的符号速率，增加了相关运算的运算量，且其定时误差提取(Timing errordetector，TED)的精度较低。

发明内容