一种Gardner定时误差检测的增强方法

技术领域

本发明属于数字通信的同步技术领域，具体涉及一种Gardner定时误差检测的增强方法。

背景技术

定时同步有时也被称为符号定时同步或码元同步。顾名思义，符号定时同步即将接收端的符号时钟与发射端的对应时钟同步对齐的过程，其目的一是为了克服收发两端因时钟晶振漂移等原因，长期运行可能出现的滑码现象；目的二是为了在信噪比最大的时刻对接收符号进行判决，以获得最佳的接收性能。

传统Gardner定时误差检测方法的结构简单，每个符号仅需2个采样点(即判决样点和中间样点)，且对载波相位不敏感，因而在数字接收机的定时环路中得到了广泛应用，但是该方法易受自噪声的影响。因为目前在带限信号系统中，通常使用升余弦滤波器来约束信号频谱和控制符号间干扰。但随着升余弦滤波器滚降系数的降低，滤波后信号在最佳采样点之间的抖动变大，导致传统Gardner定时误差检测方法输出结果的方差变大。此时若为了减小定时相位抖动，而缩小定时环路带宽，则势必增加定时环路的入锁时间。故传统Gardner定时误差检测方法适用的升余弦滚降系数介于0.4至1之间，不利于提高频带利用率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种Gardner定时误差检测的增强方法，有效减小其因升余弦滚降系数降低时引入的自噪声干扰。

技术方案：本申请公开了一种Gardner定时误差检测的增强方法，对于采用低滚降系数进行升余弦滤波后的BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)和/或QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)等效基带信号，当相邻符号存在极性跳变时，先去除与相邻符号紧邻的前后N个符号对中间样点的影响，N为大于等于2的偶数，获得修正后的中间样点，再根据修正后的中间样点计算定时误差；当相邻符号不存在极性跳变时，则将定时误差直接置零。

进一步地，当相邻符号存在极性跳变时，先去除与相邻符号紧邻的前后2个符号对中间样点的影响，即先去除位于中间样点的两侧间隔3/2个符号周期的前后2个符号对中间样点的影响，再将此中间样点用于定时误差的计算。

进一步地，记相邻符号的判决样点为y(t

进一步地，当同相支路的相邻符号存在极性跳变时，定时误差

进一步地，当正交支路的相邻符号存在极性跳变时，定时误差

进一步地，在滚降系数已知的情况下，计算拖尾干扰的权重系数β＝g(3T/2)/g(0)，其中g(kT)为升余弦滚降滤波器的脉冲响应，T为符号周期。

进一步地，所述低余弦滚降系数指小于等于0.4的余弦滚降系数。

进一步地，符号周期T内的定时误差为e(t

其中，y

进一步地，所述增强方法应用于数字锁相环结构的定时误差检测器，根据所述定时误差进行校准。

进一步地，所述定时误差检测器采用7级移位存储器，对以2倍符号速率输入的BPSK/QPSK等效基带信号样点进行移位存储。

有益效果：

本发明通过直接去除或减小带限信号的自噪声干扰，不仅能扩大传统Gardner定时误差检测方法适用的带限范围，而且有助于改善定时环路的捕获时间及其抗噪声性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是定时同步环路的结构图。

图2是滚降系数为1的BPSK信号眼图。

图3是滚降系数为0.5的BPSK信号眼图。

图4是滚降系数为0.25的BPSK信号眼图。

图5是不同滚降系数的升余弦脉冲波形。

图6是增强型Gardner定时误差检测的流程框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。

本申请实施例提供的一种Gardner定时误差检测的增强方法，应用于使用升余弦滤波器的带限信号系统中，所述带限信号包括但不限于BPSK/QPSK等效基带信号。例如应用于如图1的典型数字锁相环结构中，图1的典型数字锁相环结构包括内插器、定时误差检测器、环路滤波器和定时控制器。本申请实施例提供的一种Gardner定时误差检测的增强方法应用于所述定时误差检测器，也称为增强型Gardner定时误差检测器；除定时误差检测器外，本发明对其它部件不做改动，与传统Gardner方法完全一致。

由于传统的Gardner定时误差检测算法每个符号需要2个采样点，所以内插器的输出速率应为2倍符号速率。同时为了方便实现，内插器的输入速率一般设定为输出速率的2倍，即4倍符号速率。图1中匹配滤波器输入为r(t)，匹配滤波器输出为y(t)；以固定速率对匹配滤波结果y(t)进行采样实现了内插器的输入速率配置。

在定时误差检测器中，每输入2个样点{y(t

环路滤波器一般采用有源比例积分滤波器，对定时误差e(t

传统Gardner方法计算定时误差e(t

e(t

其中，y

众所周知，即使不考虑外部噪声，传统Gardner方法也易受自噪声的影响。这是因为目前在带限信号系统中，通常使用升余弦滤波器来约束信号频谱和控制符号间干扰，升余弦滤波的滚降系数越低则带限程度越高。但随着滚降系数降低，虽然在最佳采样点处没有符号间干扰，但是信号在最佳采样点之间的抖动变大。如图2、图3和图4中不同滚降系数的BPSK信号眼图所示。可以看到，滚降系数越小，中间样点处的自噪声越大。当滚降系数从1减小到0.25，中间样点也从最初汇聚的1个过零点，逐渐向上下散开，最大幅度甚至可到判决样点的0.64，因而传统Gardner方法适用的滚降系数介于0.4至1之间。

观察图5中不同滚降系数的升余弦脉冲波形，滚降系数越小，脉冲波形的拖尾衰减越慢。设想当相邻符号y(t

本申请实施例提供了一种Gardner定时误差检测的增强方法，对于采用低余弦滚降系数滤波的BPSK/QPSK等效基带信号，当相邻符号存在极性跳变时，先去除与相邻符号紧邻的前后N个符号对中间样点的影响，N为大于等于2的偶数，获得修正后的中间样点，再根据修正后的中间样点计算定时误差；当相邻符号不存在极性跳变时，则将定时误差直接置零。

本实施例中，若仅考虑来自主瓣两侧第1个符号周期内的拖尾振荡影响，先去除与相邻符号紧邻的前后2个符号对中间样点的影响，即先去除位于中间样点的两侧间隔3/2个符号周期的前后2个符号对中间样点的影响，根据所述对中间样点的影响修正中间样点，再根据修正后的中间样点计算定时误差，具体过程包括以下步骤：

步骤1，在本实施例提供的增强型Gardner定时误差检测器中，对以2倍符号速率输入的BPSK/QPSK等效基带信号样点进行7级移位存储，并按照时间先后顺序，分别标注为y(t

步骤2，每输入两个信号样点(即1个符号周期T)，取出步骤l中标注为y(t

步骤3，去除最外侧的2个判决样点y(t

e(t

其中，y

与传统Gardner方法一样，增强型Gardner方法也需要每个符号2个采样点，即2倍符号速率输入。但不同的是，每计算1次定时误差，增强方法同时需要4个判决样点和1个中间样点。也就是说，应采用至少7级的移位存储器，对以2倍符号速率输入的BPSK/QPSK等效基带信号样点进行移位存储。假定按照时间先后顺序，分别标注为y(t

每输入2个样点，即取出标注为y(t

增强型定时误差检测的程序流程如图6所示。其中，输入标志用于控制每输入2个样点，使能1次定时误差计算。虽然输入标志值与定时误差检测器假定的样点输入顺序有关，但由于反馈环路的自动调整功能，环路最终是否收敛与输入标志的初始值无关。当然，在突发通信等需要快速收敛的应用中，可以通讨其它辅助方法预先辨明判决样点和中间样点的先后输入顺序，然后特别设定输入标志值，加快定时同步环路收敛的速度。

本发明提供了一种Gardner定时误差检测的增强方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。