專利名稱：符號時鐘恢復電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及符號時鐘恢復電路。除此之外，本發(fā)明涉及恢復符號時鐘的方法。而且，本發(fā)明涉及計算機可讀介質(zhì)。而且，本發(fā)明涉及程序元件。
背景技術：
在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)領域，發(fā)射的信號的恢復是重要的方面。通過將調(diào)制符號加到載波上而發(fā)射信息信號，其中以載波在接收裝置處未被抑制的方式選擇調(diào)制方案。結果，載波能夠用在接收信號中，用于載波恢復電路鎖定，并且可以發(fā)生相干解調(diào)。發(fā)射的信號相對于載波存在著給定的相位和頻率關系。通常，符號和載波頻率之間的關系對接收器來說是已知的。因此，接收器可以基于恢復的載波信號重構符號時鐘，該符號時鐘具有正確的頻率但具有相對于符號躍遷未知的相位。恢復正確的符號相位對可靠的數(shù)據(jù)檢測來說是關鍵的功能。US 5，789，988A公開了多電平正交調(diào)幅(QAM)系統(tǒng)的解調(diào)器中的時鐘恢復電路。模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器與具有符號時間周期的一半的時間周期的采樣時鐘信號同步地對 相干檢測基帶模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換。鑒相器從A/D轉(zhuǎn)換器接收連續(xù)的第一、第二和第三采樣數(shù)據(jù)，確定由第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)形成的信號躍遷在預定時間偏差內(nèi)是否與零值交叉，并將第二采樣數(shù)據(jù)的極性與第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)中的一個的極性進行比較，以產(chǎn)生相位檢測信號。進一步，環(huán)路濾波器連接至鑒相器的輸出，壓控振蕩器根據(jù)環(huán)路濾波器的輸出信號將采樣時鐘信號供給至A/D轉(zhuǎn)換器。US 6，127，897A公開了多電平正交調(diào)幅(QAM)系統(tǒng)的解調(diào)器中的時鐘恢復電路。模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器與具有為符號時間周期的時間周期的采樣時鐘信號同步地對模擬基帶信號進行A/D轉(zhuǎn)換。鑒相器接收從A/D轉(zhuǎn)換器采樣的連續(xù)的第一和第三數(shù)據(jù)，通過第一和第三數(shù)據(jù)相加計算第二數(shù)據(jù)，確定由第一數(shù)據(jù)和第三數(shù)據(jù)形成的信號躍遷在預定偏差內(nèi)是否與零值交叉，并將第二數(shù)據(jù)的極性與第一采樣數(shù)據(jù)和第三采樣數(shù)據(jù)中的一個的極性進行比較，以在信號躍遷與零值相交叉時產(chǎn)生比較結果作為相位檢測信號。環(huán)路濾波器使相位檢測信號中的低頻分量從中通過。壓控振蕩器根據(jù)環(huán)路濾波器的輸出信號將采樣時鐘信號供給至A/D轉(zhuǎn)換器。US 5，642，243A公開了用于磁記錄的同步讀取信道中的定時恢復鎖相環(huán)(PLL)。定時恢復鎖相環(huán)包括用于將PLL鎖定至正弦參考信號的分立時間頻率誤差檢測器。對正弦參考信號進行采樣，并采用跨越大于參考信號的周期一半的時間的三個采樣值計算頻率誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供符號時鐘恢復電路，其可以提供符號時鐘的快速和可靠的恢復。為了實現(xiàn)上述目的，提供了根據(jù)獨立權利要求的符號時鐘恢復電路、調(diào)整符號時鐘的方法、通信系統(tǒng)、計算機可讀介質(zhì)和程序元件。根據(jù)本發(fā)明的不例性實 施例，提供了一種符號時鐘恢復電路，其中，該符號時鐘恢復電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括用于接收從載波信號中導出的相干檢測基帶模擬信號的第一輸入端、用于接收適合的符號時鐘信號的第二輸入端、以及用于輸出包括具有前同步信號的幀的數(shù)字信號的輸出端，前同步信號具有至少兩個符號；相移單元，該相移單元包括用于接收從載波信號導出的符號時鐘信號的第一輸入端；和定時檢測器，該定時檢測器包括用于從模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收數(shù)字信號的第一輸入端和用于提供包括有關最佳采樣相位的信息的信號至相移單元的輸出端，其中定時檢測器適于檢測數(shù)字信號的幀的前同步信號中的兩個符號之間發(fā)生的至少一個零交叉，適于確定與所述至少一個零交叉相關聯(lián)的相位，并且適于基于計算出的與所述至少一個零交叉相關聯(lián)的相位，計算用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位，其中相移單元包括用于從定時檢測器接收用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位的第二輸入端，并且其中相移單元適于根據(jù)接收到的最佳相位偏移符號時鐘信號的相位，以產(chǎn)生適合的符號時鐘信號，并將適合的符號時鐘信號提供至模數(shù)轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例，提供了一種調(diào)整采用相干解調(diào)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的符號時鐘的方法。該方法包括下述步驟通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，接收從載波信號導出的相干檢測基帶模擬信號，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收適合的符號時鐘信號，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出包括具有前同步信號的幀的數(shù)字信號，前同步信號具有至少兩個符號，以及由相移單元接收從載波信號導出的符號時鐘信號，通過定時檢測器，從模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收數(shù)字信號和提供包括有關最佳采樣相位的信息的信號至相移單元，通過定時檢測器，檢測數(shù)字信號的幀的前同步信號的所述至少兩個符號之間發(fā)生的至少一個零交叉，確定與零交叉相關的相位，并基于計算出的與零交叉相關的相位計算用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位，通過相移單元，從定時檢測器接收用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位，根據(jù)接收到的最佳相位偏移符號時鐘信號的相位以產(chǎn)生適合的符號時鐘信號，以及將適合的符號時鐘信號提供至模數(shù)轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明的又一個示例性實施例，提供了一種程序元件(例如，源代碼或可執(zhí)行代碼形式的軟件例程)，該程序元件在由處理器執(zhí)行時適于控制或執(zhí)行具有上述特征的符號時鐘調(diào)整方法。根據(jù)本發(fā)明的再一個示例性實施例，提供了一種計算機可讀介質(zhì)(例如，半導體存儲器、CD、DVD、USB存儲棒、軟盤或硬盤)，該計算機可讀介質(zhì)中存儲計算機程序，該計算機程序在由處理器執(zhí)行時適于控制或執(zhí)行具有上述特征的符號時鐘調(diào)整方法。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例，提供了一種采用相干解調(diào)的通信系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)包括具有上述特征的符號時鐘恢復電路。可以根據(jù)本發(fā)明的示例進行的調(diào)整符號時鐘可以由計算機程序?qū)崿F(xiàn)，即借助于軟件，或者通過采用一個或多個專用電子優(yōu)化電路實現(xiàn)，即以硬件形式，或者以混合形式實現(xiàn)，即借助于軟件元件和硬件元件。符號時鐘恢復電路也可以被稱為符號時鐘調(diào)整電路，因為在恢復過程期間可以在相位方面調(diào)整采樣頻率。本發(fā)明的示例性實施例涉及采用相干解調(diào)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的符號時鐘恢復電路?？梢酝ㄟ^將調(diào)制符號加到載波上而發(fā)射信息信號，其中以載波在接收裝置處未被抑制的方式選擇調(diào)制方案。結果，載波能夠用在接收信號中，用于載波恢復電路鎖定，而不需要晶體，并且可以發(fā)生真實的相干解調(diào)。發(fā)射的信號相對于載波存在著給定的相位和頻率關系。通常，符號和載波頻率之間的關系對接收器來說是已知的。因此，接收器可以基于恢復的載波信號重構符號時鐘，該符號時鐘具有正確的頻率但具有相對于符號躍遷未知的相位。根據(jù)示例性實施例，在其中通過示波鏡觀看到的解調(diào)信號表示為閉眼(closedeye)并且其中采用波特率采樣的系統(tǒng)中，提供了一種電路或方法，用于例如通過數(shù)字式基帶接收器，僅以較少的觀察值(以載波頻率和符號頻率之間的比的量級)，在任何增益控制或均衡之前重構這種相位?；謴驼_的符號相位對于可靠的數(shù)據(jù)檢測來說是關鍵功能。發(fā)射符號可以與特定 符號響應相關聯(lián)。更精確地，信道具有某種符號響應，表明這通過該信道的一個符號在信道出口處具有某種波形。這種波形可以被稱為符號響應。采樣應當在最大化當前符號與(干擾的)之前和接下來的符號的能量之比的點處進行。例如，假設符號持續(xù)時間等于8個載波周期，假設可以對采樣時間進行調(diào)整的精度為一個載波周期；因此每個符號存在8個可能的采樣相位。獲得正確的符號相位的問題隨后可以被重新定義為在有限組采樣相位內(nèi)選擇最好的候選者的問題。例如，從載波信號導出的較慢的時鐘由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)使用以對基帶信號進行采樣。移相器根據(jù)由符號時鐘恢復電路提供的定時估計將該符號時鐘與最佳位置對準。這種定時的恰當選擇是重要的，特別是在以波特率工作的系統(tǒng)中，即，在每個符號僅采樣一次的系統(tǒng)中。例如，由(小于符號時間的一半的)錯誤定時引起的性能損失可以容易地達到3-4dB。在常規(guī)系統(tǒng)中，可以通過檢查相干基帶的零交叉恢復符號相位，所述相干基帶提供用來鎖定PLL早/晚類型的鑒相器。這種方案可能提供幾種缺點。首先，具有PLL的閉環(huán)中的方案在實現(xiàn)收斂之前可能需要多個信號躍遷(至少40)，并且符號間干擾(ISI)越高，用于收斂所花費的時間越長。那么，緩慢的收斂預期用于ISI占主要的閉眼系統(tǒng)。其次，特別是用于多電平調(diào)制的估計的符號定時可能對抖動敏感，并且通過沒有可以通過使用符號頻率的知識實現(xiàn)的精確。事實上，由于符號頻率對于接收器是已知的，完全不需要額外的PLL0第三，這種方案可能以例如2倍符號速率操作，因此需要比如在此公開的波特率定時恢復多的功率。在常規(guī)波特率定時恢復方案中，通過使受定時誤差影響的接收信號與通過假設TX(發(fā)射)數(shù)據(jù)的現(xiàn)有知識重構的定時標記參考信號相關聯(lián)而獲得定時失調(diào)。這種相關聯(lián)的輸出是定時函數(shù)的值，其在采樣定時正確的情況中應當為零。隨后可以基于該定時函數(shù)的輸出以開環(huán)或閉環(huán)進行采樣相位的快速估計/補償。然而，為了使這成為可能，存在幾個要求。首先，當采樣定時正確時定時函數(shù)應當為零，并且線性接近零交叉，其在發(fā)射器處強制使用某種類型的脈沖整形(當采用NRZ脈沖時，不對稱符號響應將出現(xiàn)，這將產(chǎn)生非線性定時函數(shù))。其次，僅在特定系統(tǒng)中可以測量定時函數(shù)，如其中通過設計調(diào)整符號間干擾(ISI)的 PRML(部分響應最大可能性Partial Response Maximum Likelihood)系統(tǒng)。換句話說，在該情況中僅在已經(jīng)發(fā)生某種形式的均衡之后才能測量用于閉眼系統(tǒng)的定時失調(diào)，這種均衡將ISI調(diào)整到規(guī)定水平(部分響應)。這將使得整個回路延遲變長，并且因此需要較長的定時采集。
基于通過觀察相干基帶的零交叉鎖定符號PLL的常規(guī)系統(tǒng)受慢的收斂影響，特別是對于閉眼系統(tǒng)，并且對多電平調(diào)制中的抖動敏感?；谏鲜龀Ｒ?guī)波特率定時恢復方案的常規(guī)系統(tǒng)僅在下述情況下才是可能的(I)信道及其增益事前已知時，即在PR均衡之后，和
(2)定時函數(shù)在正確的定時相位處為零且在其附近是線性的時，即在發(fā)射器處需要脈沖整形。在下文中，將進一步詳細描述本發(fā)明的實施例?；謴驼_的符號相位對可靠的數(shù)據(jù)檢測來說是關鍵功能。即使在接收器包含均衡器時，不正確的采樣定時會將接收器性能退化3-4dB。本符號時鐘恢復電路可以為實際的相關解調(diào)器接收器提供符號相位，其中可以在接收側(cè)恢復發(fā)射的載波。在示例性實施例中，可以采用采樣定時估值器的簡單數(shù)字實施方案，與數(shù)字式受控模擬移相器耦接，這不需要PLL。這種方案在約2*fe/fSymb個符號時間內(nèi)提供了對正確符號相位的快速鎖定，比基于PLL的方案更快、更精確。例如，對于具有8個載波周期的符號時間，可以僅采用16個符號來獲得正確的符號相位。所實現(xiàn)的定時精度對信道帶寬變化在很大程度上是不敏感的，并且不需要信道或信道增益的現(xiàn)有知識。而且，這種方法可以在開眼以及閉眼系統(tǒng)上工作，即使在發(fā)射器處不必脈沖整形。而且，由于所提出的采樣相位恢復環(huán)路不包括均衡器，因此在定時估值器-移相器環(huán)和均衡器之間不存在交互作用的風險，在均衡器輸出將由定時估值器使用的情況中，可能會出現(xiàn)均衡器可以在一個方向上適應性地偏移由估值器觀察的定時，并且這又在相反方向上控制移相器。符號時鐘恢復可以在一幀的前同步信號的符號上進行。前同步信號可以包括至少兩個符號，并且可以在這兩個符號之間檢測到零交叉。例如，在示例性實施例中，前同步信號的符號的數(shù)量可以為至少2*Nc個符號。在這種情況中，Ne定義定時檢測相對于載波時間精確的程度。在本符號時鐘恢復電路中，定時估值器用于恢復符號相位。符號頻率與載波頻率處于已知關系，并且由于這可以被恢復，僅符號相位未知。在本電路中，可以采用采樣定時估值器的簡單、快速、低功率數(shù)字式實施方案，與數(shù)字式受控模擬移相器耦接，這不需要PLL0這種方案在約2*fe/fSymb個符號時間內(nèi)提供了對正確符號相位的快速鎖定，如上所述，比基于PLL的方案更快、更精確。觀察低頻音調(diào)(low frequency tone)的零交叉對于未知的帶寬限制可以比觀察窄脈沖的峰值更穩(wěn)定。這種低頻音調(diào)可以由周期性前同步信號實現(xiàn)，例如，由4T周期性前同步信號(1，1，-1，_1)實現(xiàn)。符號相位恢復基于對周期性前同步信號的零交叉觀察，同時改變采樣相位，并計算與這些相關的理想采樣時間。周期性前同步信號是指在還存在嚴格的帶寬限制的情況下提供低抖動零交叉，以及可預測的大量信號躍遷。這種前同步信號經(jīng)常用在PRML系統(tǒng)，其中調(diào)整符號間干擾ISI與發(fā)射器處的脈沖整形一起對定時恢復來說是必要的。在本實施例中，不需要信道及其增益的先驗知識。在任何抖動發(fā)生之前，在數(shù)字式接收器每次開始時進行定時恢復。這進一步減少獲得正確的定時所需要的時間。為簡單起見，可以考慮將模數(shù)接收器的輸出認為是一維ADC輸出，即基帶IQ信號的相位，非抑制載波PSK調(diào)制，在發(fā)射器處不需要脈沖整形(NRZ脈沖)。在不同的非抑制載波調(diào)制情況中，兩種IQ分量都是需要的。然而，除了定時檢測器模塊之外，符號時鐘恢復電路的結構可以相同的，在兩個分支上被復制，定時檢測器模塊可以僅在一個分支上實現(xiàn)。當一巾貞開始時，在一種實施例中，定時檢測器可以掃描有限次的米樣相位T (Tau)和基于ADC輸出觀察值選擇最佳采樣相位。判定直接基于ADC輸出值的事實最小化獲得最佳定時將花費的時間。一旦作出選擇，則采樣定時不變，直到下一幀。
定時檢測器可以通過改變采樣相位將其判定建立在ADC采樣的觀察值的基礎上。在閉眼系統(tǒng)的一般情況中，即，在其中ISI可能占主要，使得難以檢測符號躍遷的系統(tǒng)中，定時檢測可以不在隨機符號序列上進行，而是在周期性的前同步信號模式上進行，例如4T如同步f■號(1，1，_1，_1)。在下文中，將說明符號時鐘恢復電路的其他示例性實施例。然而，這些實施例同樣適用于所述方法、通信系統(tǒng)、程序元件以及計算機可讀介質(zhì)。符號時鐘恢復電路還可以包括活動性檢測器，其中活動性檢測器包括用于從模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收數(shù)字信號的輸入端和用于提供觸發(fā)信號到定時檢測器的第二輸入端的輸出端，其中活動性檢測器適于監(jiān)測數(shù)字信號，檢測數(shù)字信號內(nèi)的幀的第一符號，并響應于檢測到第一符號提供觸發(fā)信號，其中定時檢測器適于基于觸發(fā)信號開始其操作。來自ADC的采樣(在該示例中，PSK符號相位)可以由活動性檢測器監(jiān)測，以檢測接收到一幀的第一符號的時間。如果在發(fā)射之前靜默，則活動性檢測器可以如同其后跟隨閾值檢測器的微分器一樣簡單，閾值檢測器將檢測任何非直流信號。當一幀開始時，活動性檢測器可以將觸發(fā)發(fā)送至定時檢測器，定時檢測器通過掃描有限次的采樣相位T和基于ADC輸出觀察值選擇最佳采樣相位而開始其操作。符號時鐘恢復電路還可以包括均值估值器，其中均值估值器包括用于從模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收數(shù)字信號的輸入端和用于提供參考零電平至定時檢測器的第三輸入端的輸出端，其中均值估值器適于基于數(shù)字信號估計參考零電平。在未調(diào)制載波的發(fā)射期間，這種均值估值器可以已經(jīng)在該幀開始之前，即在前同步信號之前便利地運行。定時檢測器因此可以接收參考零電平，即DC(直流)偏移，其例如可能由ADC模塊中的模擬不佳產(chǎn)生，并且可以由均值(DC)估值器估值。符號時鐘恢復電路還可以包括用于從數(shù)字信號中去除干擾的均衡器，其中均衡器包括用于接收數(shù)字信號的輸入端和用于輸出均衡信號的輸出端。(適應性)均衡器同樣處于該符號速率，具有對定時檢測器來說已知的固定群延遲(group delay)，該均衡器可以從ADC采樣中去除干擾。如果采用非整數(shù)群延遲均衡器，則可以從由定時檢測器選擇的最終采樣相位中減去這種延遲。符號時鐘恢復電路還可以包括用于產(chǎn)生二進制符號的限制器，其中限制器包括用于接收均衡信號的輸入端和用于輸出所產(chǎn)生的二進制符號的輸出端。均衡器可以將均衡信號輸送至限制器以產(chǎn)生所檢測的二進制符號。
定時檢測器可以包括最小值檢測單元，該最小值檢測單元用于檢測所述至少兩個(采樣)符號的絕對值中的最小值，用于檢測所述至少兩個符號之間的零交叉。在符號時鐘恢復電路的一種簡單實施例中，如下所述，通過掃過大量采樣相位并獲得絕對值的最小值，可以獲得零交叉的采樣相位tz。。假設符號時間細分成Nt個可能的采樣相位，對于相移器而言是已知的。一種簡單的選擇是每個載波周期具有一個采樣瞬間，這使得Nt = N。= fc/fSymb = 8。在觸發(fā)信號上，控制模塊1012將激活CMD計數(shù)器1009，CMD計數(shù)器1009產(chǎn)生命令序列
，其中每個值被重復兩次，以為4T模式的奇數(shù)和偶數(shù)采樣二者產(chǎn)生給定的采樣相位。命令序列可以發(fā)送至移相器，移相器將以等待時間L作出反應，意味著它將在L個符號內(nèi)產(chǎn)生新的ADC輸出采樣相位。修正ADC采樣直流分量，即，通過將減去其平均值，并計算絕對值。通過尋找該絕對值在Nt個觀察值內(nèi)的最小值和該最小值出現(xiàn)時的采樣相位Tz。，獲得零交叉時間。為此目的，發(fā)送至移相器的采樣相位命令tTx可以由具有長度L的移位寄存器重新對準。在這些觀察值之后，基于Tz。，最佳采樣相位Ttl由“計算采樣相位”單元計算為h = T zc+6或T ^ = T ze-2,取決于零交叉在4T模式的奇 數(shù)/偶數(shù)符號上出現(xiàn)。最后一個采樣相位命令可以發(fā)送至移相器，并且在L個符號內(nèi)，ADC輸出將表現(xiàn)出正確的符號定時。在計算T^時區(qū)分奇數(shù)/偶數(shù)符號有助于在獲得零交叉時跟蹤正在接收哪個符號。定時檢測器可以適于基于取決于信道帶寬的預定延遲計算最佳相位。零交叉出現(xiàn)的瞬時相對于符號躍遷(考慮NRZ脈沖)延遲取決于信道帶寬的量。通常，低帶寬信道將引起較大的延遲。這與最佳采樣時間對于低帶寬信道來說也應當延遲的事實一致。定時檢測器可以為數(shù)字式接收器的一部分。在下文中，將說明通信系統(tǒng)的示例性實施例。然而，這些實施例同樣適用于符號時鐘恢復電路、所述方法、程序元件和計算機可讀介質(zhì)。通信系統(tǒng)還可以包括用于接收載波信號的鎖相環(huán)、以及混頻器，其中鎖相環(huán)適于對接收到的載波信號進行載波恢復，并且其中混頻器適于通過將載波信號和鎖相環(huán)的輸出信號進行混頻而產(chǎn)生相干檢測基帶模擬信號。借助于鎖相環(huán)(PLL)和混頻可以通過載波恢復對載波HF信號進行相干解調(diào)。通信系統(tǒng)還可以包括分頻器，該分頻器用于從載波信號中導出符號時鐘以及將符號時鐘提供至符號恢復電路的相移單元?？梢杂煞诸l器從載波信號中獲得較慢的符號時鐘(Ne = fc/fSyfflb =每個符號的載波周期數(shù))。這種較慢的時鐘隨后由ADC使用以對基帶信號進行采樣。移相器可以根據(jù)由符號時鐘恢復電路提供的定時估計將該符號時鐘與最佳位置對準。這種定時的恰當選擇是關鍵的，特別是在以波特率工作的系統(tǒng)中，即，在每個符號僅采樣一次的系統(tǒng)中。分頻器和移相器可以通過采用可編程的基于計數(shù)器的分頻器而被合并。根據(jù)以下將被描述的實施例的示例，本發(fā)明的上述方面和其他方面是明顯的，并且參照實施例的這些示例進行說明。


以下將實施例的示例更詳細地描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于實施例的示例。
圖I說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的符號時鐘恢復電路。圖2和3說明用于符號的可能的米樣時間。圖4說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的通信系統(tǒng)。
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圖5說明根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的符號時鐘恢復電路。圖6和7說明ADC輸出的可能的眼圖(eye diagram)。圖8說明不同的示例性信道模型的NRZ符號響應。圖9說明在前同步期間用于示例性信道的ADC輸入處的信號。圖10說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的定時檢測器。圖11和12說明在圖10的檢測器中作出的判定的性能。圖13說明圖10的示例性實施例的模擬結果。
具體實施例方式附圖中的說明是示意性地進行的。在不同的附圖中，為相似或相同的元件提供相同的附圖標記。圖I說明根據(jù)本發(fā)明的例性實施例的符號時鐘恢復電路100。符號時鐘恢復電路100可以用在采用相干解調(diào)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中。符號時鐘恢復電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器101。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)包括用于接收從載波信號中導出的相干檢測基帶模擬信號104的第一輸入端，用于接收適合的符號時鐘信號106的第二輸入端，以及輸出包括具有前同步信號的幀的數(shù)字信號107的輸出端，前同步信號具有至少一個符號。符號時鐘恢復電路還包括相移單元102，相移單元102包括用于接收從載波信號導出的符號時鐘信號105的第一輸入端。而且，符號時鐘恢復電路包括定時檢測器103，定時檢測器103包括用于從模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收數(shù)字信號的第一輸入端和用于提供信號108至相移單元的輸出端，信號108包括有關最佳采樣相位的信息。定時檢測器103適于檢測數(shù)字信號的幀的前同步信號中的兩個符號之間的至少一個零交叉，并適于確定與零交叉相關聯(lián)的相位?；谟嬎愠龅呐c零交叉相關聯(lián)的相位，定時檢測器計算用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位。相移單元102包括第二輸入端，該第二輸入端用于從定時檢測器接收用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位。相移單元根據(jù)接收到的最佳相位偏移符號時鐘信號的相位，以產(chǎn)生適合的符號時鐘信號。適合的符號時鐘信號隨后提供至模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在這種采用相干解調(diào)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)領域中，通過將調(diào)制符號加到載波上而發(fā)射信息信號，其中以載波在接收裝置處未被抑制的方式選擇調(diào)制方案。結果，載波能夠用在接收信號中，用于載波恢復電路鎖定，而不需要晶體，并且可以發(fā)生真實的相干解調(diào)。發(fā)射的信號相對于載波存在著給定的相位和頻率關系。通常，符號和載波頻率之間的關系對接收器來說是已知的。因此，接收器可以基于恢復的載波信號重構符號時鐘，該符號時鐘具有正確的頻率但具有相對于符號躍遷未知的相位?？梢杂萌鐖DI中描述的符號時鐘恢復電路重構相位?；謴驼_的符號相位對于可靠的數(shù)據(jù)檢測來說是關鍵功能。這種問題的示例在圖2和3中給出。曲線252是對當前接收到的符號的符號響應；曲線250和251時對之前和接下來接收到的符號的符號響應。采樣應當在最大化當前符號與(干擾的)之前和接下來的符號的能量之比的點254處進行。在該示例中，符號持續(xù)時間被認為等于8個載波周期。假設可以對采樣時間進行調(diào)整的精度為一個載波周期，因此每個符號存在8個可能的采樣相位253(圖3)。獲得正確的符號相位的問題隨后可以被重新定義為在有限組采樣相位內(nèi)選擇最好的候選者的問題。包括如采用圖I描述的符號時鐘恢復裝置的通信系統(tǒng)400的一個示例在圖4中示出。該通信系統(tǒng)更多地是一種概念上的情況，其中非被抑制的載波HF信號405通過載波恢復403 (PLL)和混頻402而被相干解調(diào)，并且其中由分頻器404從載波信號中獲得較慢的符號時鐘(Ne = fe/fs一 =每個符號的載波周期數(shù))。這種較慢的時鐘隨后由ADC 101使用以對基帶信號104進行采樣。移相器102根據(jù)由符號時鐘恢復電路提供的定時估計將該符號時鐘與最佳位置對準，該符號時鐘恢復電路可以為數(shù)字式接收器401的一部分。這種定時的恰當選擇是關鍵的，特別是在以波特率工作的系統(tǒng)中，即，在每個符號僅采樣一次的系統(tǒng)中。事實上，雖然數(shù)字式RX可以包括均衡器，但由(小于符號時間的一半的)錯誤定時引起的性能損失容易達到3-4dB。圖5說明符號時鐘恢復電路500的另一個示例性實施例，其可以為數(shù)字式接收器 的一部分。為簡單起見，考慮一維ADC輸出，即基帶IQ信號的相位，以及非抑制載波PSK調(diào)制，在發(fā)射器處不需要脈沖整形(NRZ脈沖)。在不同的非抑制載波調(diào)制情況中，兩種IQ分量都是需要的。然而，除了定時檢測器之外，這種接收器的結構將是相同的，在兩個分支上復制，定時檢測器可以僅在一個分支上實現(xiàn)。來自ADC 101的采樣(符號相位)由活動性檢測器501監(jiān)測。它的任務是檢測接收到幀的第一符號的時間。如果在發(fā)射之前靜默，則活動性檢測器可以如同其后跟隨閾值檢測器的微分器一樣簡單，閾值檢測器將檢測任何非直流信號。當一幀開始時，這個模塊將觸發(fā)502給予定時檢測器，定時檢測器通過掃描有限次的采樣相位T和基于ADC輸出觀察值選擇最佳采樣相位而開始其操作。判定直接基于ADC輸出值的事實最小化獲得最佳定時將花費的時間。一旦作出選擇，則采樣定時不變，直到下一幀。定時檢測器還接收參考零電平504，即直流偏移，其例如可能由ADC模塊中的模擬不佳產(chǎn)生，并且由專用直流估值器503估計。(適應性)均衡器505同樣處于該符號速率，具有對定時檢測器來說已知的固定群延遲，該均衡器可以從ADC采樣中去除干擾，并將它們輸送至限制器506，以產(chǎn)生檢測到的二進制符號507。定時檢測器通過改變采樣相位將其判定建立在ADC采樣的觀察值的基礎上。考慮閉眼系統(tǒng)的一般情況，定時檢測不在隨機符號序列上進行，而是在周期性的前同步信號模式上進行，例如4T前同步信號(1，1，-1，-1)。這種模式具有打開如圖6和7所示的信號眼的能量。在圖6中，考慮隨機符號序列。由于干擾，零交叉(當確實發(fā)生符號躍遷時)在符號時間的一半上分散。在圖7中，代替地，考慮周期性的前同步信號模式。在這里，容易看至IJ，信號在精確的時刻(即，沒有分散)，在符號躍遷時間之間的某處，與零電平相交叉，符號躍遷時間與X軸上的整數(shù)值對準。零交叉出現(xiàn)的瞬時(參見圖7)相對于符號躍遷(考慮NRZ脈沖)延遲取決于信道帶寬的量。通常，低帶寬信道將引起較大的延遲。這與如圖2所示的最佳采樣時間對于低帶寬信道來說也應當延遲的事實一致。在下文中，考慮具體應用，即RFID，因此考慮具體的信號模型；然而，這不限制所描述的實施例用于其他應用的有效性。將考慮由下述部件給出的閉眼信道模型在RFID頻率fc = 13. 56MHz處居中的兩個磁耦合天線、處于符號頻率fSymb = fc/8的NRZ脈沖，由圖4的相干解調(diào)引起的高通濾波，其中PLL帶寬已經(jīng)被選擇等于100kHz。這種信道模型由在圖8中報告的符號響應描述。在這里，對于天線耦合、品質(zhì)因子(范圍為從4至14)和頻率調(diào)諧誤差(范圍從-IOOkHz至IOOkHz)考慮8種不同的配置。這8種配置的理想采樣時間彼此最多差 0. 42Tc，并且總是接近NRZ脈沖躍遷。在4T前同步信號期間ADC輸入端處用于所提到的8個信道的信號在圖9中示出。4T模式由(I, 1,-1,-1)構成。第一個I和第一個-I被表不為奇數(shù)符號901,第二個I和第二個-I被表示為偶數(shù)符號903。具有某個采樣相位T C1的理想采樣時間在圖9中由虛垂直線902、904指示，并與NRZ脈沖躍遷一致。在這些瞬間，信號在不同的信道之間是明顯變化的。在給定采樣相位Tz。的每2個符號出現(xiàn)的零交叉時間都靠近在一起，從偶數(shù)符號(906)開始延遲近似2個載波時間，或者奇數(shù)符號(907)的預期6個載波時間。定時檢測器的任務是隨后獲得這種零交叉905中的至少一個的采樣相位T z。，在 它觀察奇數(shù)/偶數(shù)符號時保持跟蹤，并相應地計算理想的采樣相位％。如果信號受直流影響，該直流能夠由提供零參考電平的直流估值器用于定時檢測器，則0電平可能需要相應地改變。圖10說明定時檢測器1000的一個簡單實施例。如下所述，通過掃過大量采樣相位，并獲得abs (ADCout-DCval)的最小值，獲得零交叉的采樣相位t z。。假設符號時間細分成對圖I或5的移相器來說已知的Nt個可能的采樣相位。一種簡單的選擇是每個載波周期具有一個采樣瞬間，這使得Nt = NcZfsymb = 8。在觸發(fā)信號上，控制模塊1012將激活CMD計數(shù)器1009，CMD計數(shù)器1009產(chǎn)生命令序列
，其中每個值被重復兩次，以為4T模式(參見圖9)的奇數(shù)和偶數(shù)采樣二者產(chǎn)生給定的采樣相位。注意到，例如可以在命令寄存器1011中延遲該序列，以避免前同步信號開始時的可能的瞬態(tài)。命令序列發(fā)送至圖I或5的移相器，移相器將以等待時間L作出反應，意味著它將在L個符號內(nèi)產(chǎn)生新的ADC輸出采樣相位。通過將ADC采樣與零參考電平進行混頻1001而修正ADC采樣，并計算絕對值1002。通過尋找該絕對值在Nt個觀察值內(nèi)的最小值1004和該最小值出現(xiàn)時的采樣相位T zc1005,獲得零交叉時間。為此目的，發(fā)送至移相器的采樣相位命令tTx由具有長度L的移位寄存器1003重新對準。在這些觀察值之后，基于Tz。，最佳采樣相位TtlIOOS由“計算采樣相位”模塊1007計算為T ^ = T zc+6或T ^ = T ze-2,取決于零交叉在4T模式的奇數(shù)/偶數(shù)符號1006上出現(xiàn)。最后一個米樣相位命令發(fā)送至移相器,并且在L個符號內(nèi)，ADC輸出將表現(xiàn)出正確的符號定時。定時完成標記可以從CTRL FSM1012發(fā)送至接收器的剩余部分。在計算T ^區(qū)分奇數(shù)/偶數(shù)符號有助于在獲得零交叉時跟蹤正在接收哪個符號。該實施例的判定性能在圖11和12中示出，其中取決于我們觀察奇數(shù)還是偶數(shù)4T符號，對于8個不同信道模型，絕對值表現(xiàn)出預期6個載波時間或在符號躍遷延遲2個載波時間處的明顯的最小值。圖11說明4T前同步信號的絕對值在8個不同信道模型范圍內(nèi)與相對于符號躍遷的采樣相位偏移量的函數(shù)關系，其中示出了對于奇數(shù)4T符號的最少檢索，其中圖12說明對于偶數(shù)4T符號的最少檢索。該實施例已經(jīng)在具有模擬前端(相移器+ADC)的閉環(huán)中進行模擬，并且還在實際硬件中測試。模擬結果在圖13中給出，其中實際ADC采樣被示出在2*Nc+L = 20個符號之后鎖定在理想相位ADC采樣上。
所討論的實施例可以推廣至其他類型的零交叉檢測，其還可以包括零交叉之前和之后的采樣插值。而且，可以為具有更加封閉的信號眼的系統(tǒng)考慮比4T更慢的模式(如，8T)。然而，由于較少的頻率符號躍遷，這將以較長的鎖定時間成本實現(xiàn)。應當注意到，術語“包括”不排除其他元件或特征，“一”或“一個”不排除多個。同樣，與不同實施例相關聯(lián)描述的元件可以組合。 應當注意到，權利要求中的附圖標記不應當被解釋為限制權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種采用相干解調(diào)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的符號時鐘恢復電路(100)，該符號時鐘恢復電路包括 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(101)，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括第一輸入端、第二輸入端和輸出端，第一輸入端用于接收從載波信號中導出的相干檢測基帶模擬信號(104)，第二輸入端用于接收適合的符號時鐘信號(106)，輸出端用于輸出包括具有前同步信號的幀的數(shù)字信號(107)，前同步信號具有至少兩個符號； 相移單兀(102),該相移單兀包括第一輸入端,第一輸入端用于接收從載波信號導出的符號時鐘信號(105);和 定時檢測器(103),該定時檢測器包括第一輸入端和輸出端,第一輸入端用于從模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收數(shù)字信號，輸出端用于將包括有關最佳采樣相位的信息的信號(108)提供至相移單元， 其中定時檢測器適于檢測數(shù)字信號的幀的前同步信號中的所述至少兩個符號之間的至少一個零交叉，適于確定與所述至少一個零交叉相關聯(lián)的相位，并且適于基于計算出的與所述至少一個零交叉相關聯(lián)的相位，計算用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位， 其中相移單元包括第二輸入端，第二輸入端用于從定時檢測器接收用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位，并且 其中相移單元適于根據(jù)接收到的最佳相位改變符號時鐘信號的相位，以產(chǎn)生適合的符號時鐘信號，并將適合的符號時鐘信號提供至模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權利要求I所述的符號時鐘恢復電路(100)，還包括 活動性檢測器(501)， 其中活動性檢測器包括輸入端和輸出端，輸入端用于從模數(shù)轉(zhuǎn)換器(101)接收數(shù)字信號(107)，輸出端用于將觸發(fā)信號(502)提供至定時檢測器(103)的第二輸入端， 其中活動性檢測器適于監(jiān)測數(shù)字信號，適于檢測數(shù)字信號內(nèi)的幀的第一符號，并且適于響應于檢測到第一符號提供觸發(fā)信號， 其中定時檢測器適于基于觸發(fā)信號開始其操作。
3.根據(jù)權利要求I所述的符號時鐘恢復電路(100)，還包括 均值估值器(503)， 其中均值估值器包括輸入端和輸出端，輸入端用于從模數(shù)轉(zhuǎn)換器(101)接收數(shù)字信號(107)，輸出端用于將參考零電平(504)提供至定時檢測器(103)的第三輸入端， 其中均值估值器適于基于數(shù)字信號估計參考零電平。
4.根據(jù)權利要求I所述的符號時鐘恢復電路(100)，還包括 均衡器(505)，用于從數(shù)字信號(107)中去除干擾，其中均衡器包括用于接收數(shù)字信號的輸入端和用于輸出均衡信號的輸出端。
5.根據(jù)權利要求4所述的符號時鐘恢復電路(100)，還包括 限制器(506)，用于產(chǎn)生二進制符號(507)，其中限制器包括用于接收均衡信號的輸入端和用于輸出所產(chǎn)生的二進制符號的輸出端。
6.根據(jù)權利要求I所述的符號時鐘恢復電路(100)，其中定時檢測器(103)包括 最小值檢測單元(1004)，該最小值檢測單元用于檢測所述至少兩個符號的絕對值中的最小值，用于檢測所述至少兩個符號之間的零交叉。
7.根據(jù)權利要求I所述的符號時鐘恢復電路(100)， 其中定時檢測器(103)適于基于取決于信道帶寬的預定延遲計算最佳相位。
8.根據(jù)權利要求I所述的符號時鐘恢復電路(100)，其中定時檢測器(103)為數(shù)字式接收器(401)的一部分。
9.一種采用相干解調(diào)的通信系統(tǒng)(400)，該通信系統(tǒng)包括根據(jù)權利要求I所述的符號時鐘恢復電路。
10.根據(jù)權利要求9所述的通信系統(tǒng)(400)，還包括 用于接收載波信號(405)的鎖相環(huán)(403)，和 混頻器(402)， 其中鎖相環(huán)適于對接收到的載波信號進行載波恢復，并且 其中混頻器適于通過將載波信號和鎖相環(huán)的輸出信號進行混頻而產(chǎn)生相干檢測基帶模擬信號(104)。
11.根據(jù)權利要求9所述的通信系統(tǒng)(400)，還包括 分頻器(404)，該分頻器用于從載波信號中導出符號時鐘以及將符號時鐘提供至符號恢復電路的相移單元(102)。
12.—種調(diào)整采用相干解調(diào)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的符號時鐘的方法，該方法包括下述步驟 通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，接收從載波信號導出的相干檢測基帶模擬信號，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收適合的符號時鐘信號，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出包括具有前同步信號的幀的數(shù)字信號，前同步信號具有至少兩個符號，以及由相移單元接收從載波信號導出的符號時鐘信號， 通過定時檢測器，從模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收數(shù)字信號和將包括有關最佳采樣相位的信息的信號提供至相移單元， 通過定時檢測器，檢測數(shù)字信號的幀的前同步信號的所述至少兩個符號之間的至少一個零交叉，確定與零交叉相關的相位，并基于計算出的與零交叉相關的相位計算用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位， 通過相移單元，從定時檢測器接收用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位，根據(jù)接收到的最佳相位偏移符號時鐘信號的相位以產(chǎn)生適合的符號時鐘信號，以及將適合的符號時鐘信號提供至模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
13.一種計算機可讀介質(zhì)，其中存儲調(diào)整符號時鐘的計算機程序，該計算機程序在由處理器執(zhí)行時適于執(zhí)行或控制根據(jù)權利要求12所述的方法。
14.一種調(diào)整符號時鐘的程序元件，該程序元件在由處理器執(zhí)行時適于執(zhí)行或控制根據(jù)權利要求12所述的方法。
全文摘要
本申請?zhí)峁┝瞬捎孟喔山庹{(diào)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的符號時鐘恢復電路以及相關的調(diào)整方法、通信系統(tǒng)、計算機可讀介質(zhì)和程序元件。該符號時鐘恢復電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、相移單元和定時檢測器，其中定時檢測器適于檢測數(shù)字信號的幀的前同步信號中的所述至少兩個符號之間的至少一個零交叉，適于確定與所述至少一個零交叉相關聯(lián)的相位，并且適于基于計算出的與所述至少一個零交叉相關聯(lián)的相位，計算用于對相干檢測基帶模擬信號進行采樣的最佳相位，其中相移單元適于根據(jù)最佳相位改變符號時鐘信號的相位，以產(chǎn)生適合的符號時鐘信號并提供至模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
文檔編號H04L7/033GK102752097SQ20121011310
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權日2011年4月21日
發(fā)明者吉亞斯·阿爾-卡迪, 雷默克·科內(nèi)利斯·荷曼·范德貝克, 馬西莫·恰奇 申請人:Nxp股份有限公司