專利名稱：利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中的時鐘恢復(fù)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳輸中的信號同步技術(shù)，特別涉及數(shù)字化傳輸中利用導(dǎo)頻信號實現(xiàn)時鐘恢復(fù)的方法及裝置。
典型的無線傳輸系統(tǒng)包括發(fā)射機和接收機。數(shù)字化調(diào)制技術(shù)往往將數(shù)字信號進行編碼，再加入必要的輔助信息，如同步信號、導(dǎo)頻信號等。編碼后的數(shù)字信號經(jīng)過信道濾波及數(shù)模轉(zhuǎn)換后形成基帶信號。該基帶信號經(jīng)過上變頻器被調(diào)制到相應(yīng)的頻帶后發(fā)送。在接收端，調(diào)諧器和下變頻器將高頻信號變換到基帶后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字信號，該數(shù)字信號經(jīng)過處理后被恢復(fù)成與發(fā)送端一致的信息。
由于發(fā)射機和接收機中數(shù)字信號部分使用的時鐘信號分別來自于不同的振蕩器，這兩個振蕩器之間的頻率差、相位差始終存在，從而導(dǎo)致發(fā)射機和接收機之間的時鐘頻率始終存在偏差。在數(shù)字化傳輸系統(tǒng)中，接收機的時鐘頻率和相位必須與發(fā)射機的時鐘頻率和相位一致才能保證系統(tǒng)的正常工作。因此，接收機中的時鐘恢復(fù)是必需的。
目前經(jīng)常使用的方案，例如美國數(shù)字電視接收機所推薦使用的方案，其時鐘恢復(fù)方案需要載波恢復(fù)和段同步信號的輔助，其中載波恢復(fù)利用的是單導(dǎo)頻信號。但是，利用單導(dǎo)頻信號進行載波恢復(fù)具有不穩(wěn)定性。在有近的強多徑信號存在時，信號頻譜會出現(xiàn)很深的谷。當多徑信號處于一定的延遲或一定的相位，或多徑信號的延遲與相位緩慢變化時，該單一導(dǎo)頻有可能被大幅度衰減，以至無法實現(xiàn)載波恢復(fù)。由于受到載波頻率差和相位差的影響，時鐘恢復(fù)難以在載波恢復(fù)前得到精確的實現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是針對偏置正交幅度調(diào)制(Offset QAM)提供一種簡潔、精確和可靠的實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中時鐘恢復(fù)的方法。該方法不需要段同步信號的輔助，不僅能夠迅速、準確地恢復(fù)時鐘的頻率和相位，還能在載波尚未恢復(fù)時獨立工作，不受載波頻率、相位偏差的影響。
本發(fā)明的另一目的是提供一種利用本發(fā)明設(shè)計的方法實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中時鐘恢復(fù)的裝置。
本發(fā)明設(shè)計的時鐘恢復(fù)方法是這樣的針對偏置正交幅度調(diào)制方式，在該調(diào)制信號上下邊帶上分別加一個導(dǎo)頻信號。加入導(dǎo)頻信號并經(jīng)調(diào)制后信號的基帶頻譜如圖2所示，信號帶寬為8MHz，上下邊帶為有效帶寬(7.14MHz)的12％，即0.86MHz。在下變頻時，將輸入信號引入兩個下變頻單元，兩個下變頻單元各自與AFC(自動頻率控制)低通濾波器、限幅器、乘法器和APC(自動相位控制)低通濾波器協(xié)同工作分別得到上下邊帶導(dǎo)頻的頻率誤差控制信號。上下邊帶導(dǎo)頻的頻率誤差控制信號經(jīng)加法器線性相減后，用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的壓控振蕩器或用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的數(shù)控振蕩器，從而得到所需恢復(fù)的時鐘。
利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)時鐘恢復(fù)的基本原理是，分別對上下邊帶的導(dǎo)頻頻率進行測量，得到FL和FU。在沒有載波頻率和時鐘頻率偏差的情況下fCR＝fCTfL＝fCR-3.57MHzfU＝fCR+3.57MHzfCR是接收機中的載波頻率，fCT是發(fā)射機中的載波頻率，3.57MHz是上下導(dǎo)頻頻率差的一半。從而，fL+fU＝2fCRfU-fL＝7.14MHz在有載波頻率和時鐘頻率偏差的情況下fCR＝fCT+ΔfCfL＝fCR+ΔfC-3.57MHz-ΔfCLK/2fU＝fCR+ΔfC+3.57MHz+ΔfCLK/2ΔfC是載波頻率偏差，ΔfCLK是時鐘頻率偏差。從而，
ΔfCLK＝fU-fL-7.14MHz上式中-7.14MHz在下變頻的過程中完成。可以看到，上述求ΔfCLK的表達式中不含有ΔfC，所以即使存在載波頻率偏差，時鐘也能被準確地恢復(fù)，得到圖3或圖4的基帶頻譜。在載波恢復(fù)之后，即可得到圖2的基帶頻譜。
利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)時鐘恢復(fù)可以在基帶信號實現(xiàn)，即在模數(shù)轉(zhuǎn)化之前，此時下變頻采用模擬下變頻方法，通過上下邊帶分別得到的直流信號經(jīng)加法器線性相減后，用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的壓控振蕩器；也可以在數(shù)字信號處理中實現(xiàn)，即在模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，此時下變頻采用數(shù)字下變頻方法，通過上下邊帶分別得到的直流信號經(jīng)加法器線性相減后，用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的數(shù)控振蕩器。
利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中的時鐘恢復(fù)的裝置，主要包括下變頻單元、兩個AFC低通濾波器、兩個限幅器、兩個乘法器、兩個APC低通濾波器、一個加法器和壓控振蕩器或數(shù)控振蕩器。下變頻單元包括兩個變頻單元，輸入信號分別進入這兩個變頻單元。每個變頻單元由一個振蕩器、90°相移和兩個乘法器構(gòu)成。
上邊帶I通道信號依次經(jīng)乘法器、AFC低通濾波器和限幅器得到±1的輸出，上邊帶Q通道信號依次經(jīng)90°相移和乘法器后與限幅器的±1輸出信號經(jīng)乘法器得到AFC的S曲線的誤差信號。該誤差信號經(jīng)APC低通濾波器得到反映上邊帶振蕩器頻率與上邊帶導(dǎo)頻頻率差的直流誤差信號。下邊帶I通道信號依次經(jīng)乘法器、AFC低通濾波器和限幅器得到±1的輸出，下邊帶Q通道信號依次經(jīng)90°相移和乘法器后與限幅器的±1輸出信號經(jīng)乘法器得到AFC的S曲線的誤差信號。該誤差信號經(jīng)APC低通濾波器得到反映下邊帶振蕩器頻率與下邊帶導(dǎo)頻頻率差的直流誤差信號。
通過上下邊帶分別得到的直流信號經(jīng)加法器線性相減后，用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的壓控振蕩器或用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的數(shù)控振蕩器，從而得到所需要恢復(fù)的時鐘。
利用雙導(dǎo)頻可以消除載波頻率、相位偏差對時鐘恢復(fù)的影響，而且不象采用單導(dǎo)頻方式時需要依賴段同步或場同步等信息恢復(fù)時鐘，無需等待系統(tǒng)同步，可以較為迅速地完成時鐘恢復(fù)。可見，利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)時鐘恢復(fù)比使用單一導(dǎo)頻更迅速、更準確。
以下結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明的實施方案。


圖1為典型的數(shù)字化傳輸?shù)南到y(tǒng)框圖。
圖2為偏置正交幅度調(diào)制信號的基帶頻譜。
圖3為接收機中的載波頻率低于發(fā)射機中的載波頻率，但沒有時鐘偏差時的基帶頻譜。
圖4為接收機中的載波頻率高于發(fā)射機中的載波頻率，但沒有時鐘偏差時的基帶頻譜。
圖5為接收機中的時鐘頻率低于發(fā)射機中的時鐘頻率，但沒有載波偏差時的基帶頻譜。
圖6為接收機中的時鐘頻率高于發(fā)射機中的時鐘頻率，但沒有載波偏差時的基帶頻譜。
圖7為接收機中的載波頻率高于發(fā)射機中的載波時鐘頻率，時鐘頻率高于發(fā)射機中的時鐘頻率時的基帶頻譜。
圖8為接收機中的載波頻率低于發(fā)射機中的載波時鐘頻率，時鐘頻率高于發(fā)射機中的時鐘頻率時的基帶頻譜。
圖9為接收機中的載波頻率高于發(fā)射機中的載波時鐘頻率，時鐘頻率低于發(fā)射機中的時鐘頻率時的基帶頻譜。
圖10為接收機中的載波頻率低于發(fā)射機中的載波時鐘頻率，時鐘頻率低于發(fā)射機中的時鐘頻率時的基帶頻譜。
圖11為本發(fā)明利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)時鐘恢復(fù)的原理圖。
圖12為偏置正交幅度調(diào)制的I、Q通道信號組成。
圖13為被振蕩器A和振蕩器B搬移到直流附近的信號頻譜。
事實上，載波偏差在數(shù)百赫茲，時鐘偏差在數(shù)十赫茲。為突出載波偏差及時鐘偏差，在圖3至圖10的各圖中，將偏差做了放大顯示處理。從圖3至圖10中可以看到，載波頻率的偏差導(dǎo)致整個頻譜的偏移，當接收機載波頻率高于發(fā)射機的載波頻率時，頻譜向上移動，當接收機載波頻率低于發(fā)射機的載波頻率時，頻譜向下移動；時鐘頻率的偏差導(dǎo)致頻譜寬度的變化，當接收機時鐘頻率高于發(fā)射機的時鐘頻率時，頻譜寬度低于8MHz，當接收機時鐘頻率低于發(fā)射機的時鐘頻率時，頻譜寬度高于8MHz。
在偏置正交幅度調(diào)制過程中，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后與同步信號混合，然后送入I通道。在I通道的數(shù)據(jù)上隔點加上幅度為56.56的直流分量，采樣頻率為14.28MHz，從而在上下邊帶的中心分別加上一個0.15dB導(dǎo)頻信號。圖12給出了偏置正交幅度調(diào)制的I、Q通道信號組成。
在圖11中，輸入信號(模擬或兩倍采樣后的數(shù)字信號)進入兩個下變頻單元A和B。變頻單元A由振蕩器A、90°相移14、乘法器4和乘法器5構(gòu)成，變頻單元B由振蕩器B、90°相移13、乘法器1和乘法器2構(gòu)成。振蕩器A和振蕩器B由同一振蕩源產(chǎn)生，如頻率合成器或通過模擬鎖相環(huán)鎖定。
振蕩器A和振蕩器B分別產(chǎn)生相應(yīng)的振蕩頻率fA和fB將上下邊帶的導(dǎo)頻信號搬移到直流附近，如圖13所示。對于下邊帶信號，下邊帶I通道信號經(jīng)乘法器4、AFC低通濾波器8得到下導(dǎo)頻與載波之間的頻率差別，其他信號被AFC低通濾波器8濾除。該信號經(jīng)過限幅器10得到±1的輸出，該±1的輸出信號用于開關(guān)下邊帶Q通道信號的相位誤差信號的極性，經(jīng)乘法器6形成典型的AFC的S曲線。該S曲線的誤差信號的極性取決于振蕩頻率fA高于或低于載波頻率。如果fA高于載波頻率，該S曲線的誤差信號的極性取+1；如果fA低于載波頻率，該S曲線的誤差信號的極性取-1。該誤差信號經(jīng)過APC低通濾波器12得到反映振蕩器頻率與下邊帶導(dǎo)頻頻率差的直流誤差信號。上邊帶與下邊帶一樣，上邊帶I通道信號經(jīng)乘法器1、AFC低通濾波器7得到上導(dǎo)頻與載波之間的頻率差別，其他信號被AFC低通濾波器7濾除，該信號經(jīng)限幅器9得到±1的輸出，該±1的輸出信號用于開關(guān)上邊帶Q通道信號的相位誤差信號的極性，經(jīng)乘法器3形成典型的AFC的S曲線。該S曲線的誤差信號的極性取決于振蕩頻率fB高于或低于載波頻率。如果fB高于載波頻率，該S曲線的誤差信號的極性取+1；如果fB低于載波頻率，該S曲線的誤差信號的極性取-1。該誤差信號經(jīng)過APC低通濾波器11得到反映振蕩器頻率與上邊帶導(dǎo)頻頻率差的直流誤差信號。通過上下邊帶分別得到的用于調(diào)節(jié)振蕩器的直流信號經(jīng)加法器線性相減后，用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的壓控振蕩器，以得到所需要恢復(fù)的時鐘。
上述裝置是下變頻采用模擬下變頻方法時的時鐘恢復(fù)裝置。當下變頻采用數(shù)字下變頻方法時，將該裝置中所用的濾波器、乘法器和90°相移等分別置換為數(shù)字濾波器、數(shù)字乘法器和數(shù)字相移等，并將通過上下邊帶分別得到的用于調(diào)節(jié)振蕩器的直流信號經(jīng)加法器線性相減后用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的數(shù)控振蕩器，即得到數(shù)字下變頻時的時鐘恢復(fù)裝置。
導(dǎo)頻本身雖然只有0.15dB能量，但集中在兩點上，可以可靠地實現(xiàn)時鐘恢復(fù)。由于限幅器的存在，上下邊帶用于產(chǎn)生調(diào)節(jié)時鐘的直流信號幅度不受導(dǎo)頻信號幅度的影響。在上導(dǎo)頻或下導(dǎo)頻被嚴重衰減時，雖然上下導(dǎo)頻幅度相差很大，系統(tǒng)仍然能產(chǎn)生正確的調(diào)節(jié)信號，使頻譜的位置準確地位于正中間，不受兩個導(dǎo)頻相對幅度的影響。
權(quán)利要求
1.一種利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中時鐘恢復(fù)的方法，其特征在于包括以下步驟(1)在經(jīng)偏置正交幅度調(diào)制的調(diào)制信號的上下邊帶上分別加一個導(dǎo)頻信號；(2)將需要下變頻的輸入信號引入兩個下變頻單元；(3)由兩個下變頻單元各自與AFC低通濾波器、限幅器、乘法器和APC低通濾波器協(xié)同工作分別得到上下邊帶導(dǎo)頻的頻率誤差控制信號；(4)上下邊帶導(dǎo)頻的頻率誤差控制信號經(jīng)加法器線性相減后，用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的振蕩器，從而得到所需恢復(fù)的時鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中時鐘恢復(fù)的方法，其特征在于兩個導(dǎo)頻信號分別加在調(diào)制信號的上、下邊帶的中心位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中時鐘恢復(fù)的方法，其特征在于時鐘恢復(fù)在模數(shù)轉(zhuǎn)換之前進行，下變頻采用模擬下變頻方法，上下邊帶分別得到的直流信號經(jīng)加法器線性相減后，用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的壓控振蕩器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中時鐘恢復(fù)的方法，其特征在于時鐘恢復(fù)在模數(shù)轉(zhuǎn)換之后進行，下變頻采用數(shù)字下變頻方法，上下邊帶分別得到的直流信號經(jīng)加法器線性相減后，用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的數(shù)控振蕩器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中時鐘恢復(fù)的方法，其特征在于導(dǎo)頻信號的產(chǎn)生是在偏置正交幅度調(diào)制過程中在I通道的數(shù)據(jù)上隔點加上幅度為56.56的直流分量，從而所加導(dǎo)頻信號的能量為0.15dB。
6.一種利用權(quán)利要求1所述方法實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中的時鐘恢復(fù)的裝置，主要包括下變頻單元、AFC低通濾波器、限幅器、乘法器、APC低通濾波器、加法器和產(chǎn)生時鐘的振蕩器，其特征在于下變頻單元包括兩個變頻單元，輸入信號分別進入這兩個變頻單元，每個變頻單元由一個振蕩器、90°相移和兩個乘法器構(gòu)成；上邊帶I通道信號依次經(jīng)乘法器(1)、AFC低通濾波器(7)和限幅器(9)，上邊帶Q通道信號依次經(jīng)90°相移(13)和乘法器(2)后與限幅器(9)的±1輸出信號經(jīng)乘法器(3)得到AFC的S曲線的誤差信號，該誤差信號經(jīng)APC低通濾波器(11)得到反映振蕩器頻率與上邊帶導(dǎo)頻頻率差的直流誤差信號；下邊帶I通道信號依次經(jīng)乘法器(4)、AFC低通濾波器(8)和限幅器(10)，下邊帶Q通道信號依次經(jīng)90°相移(14)和乘法器(5)后與限幅器(10)的±1輸出信號經(jīng)乘法器(6)得到AFC的S曲線的誤差信號，該誤差信號經(jīng)APC低通濾波器(12)得到反映振蕩器頻率與下邊帶導(dǎo)頻頻率差的直流誤差信號；通過上下邊帶分別得到的直流信號經(jīng)加法器線性相減后，調(diào)節(jié)產(chǎn)生時鐘的振蕩器，以得到所需要恢復(fù)的時鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中的時鐘恢復(fù)的裝置，其特征在于所述的低通濾波器、乘法器和相移等都是處理模擬信號的相應(yīng)裝置，產(chǎn)生時鐘的振蕩器為壓控振蕩器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中的時鐘恢復(fù)的裝置，其特征在于所述的低通濾波器、乘法器和相移等都是處理數(shù)字信號的相應(yīng)裝置，產(chǎn)生時鐘的振蕩器為數(shù)控振蕩器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用雙導(dǎo)頻實現(xiàn)數(shù)字化傳輸中時鐘恢復(fù)的方法以及利用該方法恢復(fù)時鐘的裝置。該方法利用兩個導(dǎo)頻信號,通過上下邊帶導(dǎo)頻的頻率誤差控制信號線性相減來實現(xiàn)時鐘恢復(fù)。該方法不受載波頻率、相位偏差的影響,不需依賴段同步或場同步等信息,能夠迅速、準確地完成時鐘恢復(fù)。本發(fā)明公開的時鐘恢復(fù)裝置主要由下變頻單元、AFC低通濾波器、限幅器、乘法器、APC低通濾波器、加法器和產(chǎn)生時鐘的振蕩器構(gòu)成。
文檔編號H04L7/02GK1371194SQ0110449
公開日2002年9月25日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者張文軍, 夏勁松 申請人:上海奇普科技有限公司