摘要：PSK解調(diào)器是航天測量船船載遙測終端遙測解調(diào)單元的重要組成部分，該解調(diào)器中的碼同步電路是實(shí)現(xiàn)遙測正常解調(diào)的基礎(chǔ)。目前船載遙測終端PSK解調(diào)電路仍然采用數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)。這里探討采用一種新型電路代替數(shù)字鎖相環(huán)，以提高電路對(duì)碼同步的提取性能。并通過理論分析證明，新的改進(jìn)方案優(yōu)化了PSK解碼同步電路的性能，提高了精度，擴(kuò)展了帶寬，縮短了時(shí)間，增強(qiáng)了可靠性。
關(guān)鍵詞：航天測量船；PSK；同步電路；解調(diào)器

0 引言
    航天測量船船載遙測終端PSK解調(diào)器由PSK解調(diào)和碼同步兩部分組成。主要功能是從PCM-PSK信號(hào)中解調(diào)出副載波和PCM信號(hào)，并從PCM信號(hào)中提取碼同步。并對(duì)PCM信號(hào)積分和最佳判決，恢復(fù)出信號(hào)的信息，并把各種碼型的信息流還原成NRZ—L碼。
    在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信號(hào)是以碼元形式逐個(gè)地發(fā)送和接收的，這就要求發(fā)、收雙方的時(shí)鐘要有一個(gè)穩(wěn)定而可靠的同步關(guān)系。另外，在接收端無論是經(jīng)解調(diào)得到的基帶信號(hào)，還是由基帶傳輸所直接得到的基帶信號(hào)都可能存在一定程度的畸變和干擾，這也要求本地碼元定時(shí)與發(fā)送端定時(shí)脈沖的頻率相同，且選擇最佳的判決時(shí)刻以保證對(duì)接收信號(hào)的最佳取樣和判決。通常，把在接收端產(chǎn)生碼元定時(shí)信號(hào)的過程稱為位同步或碼元同步。碼同步是實(shí)現(xiàn)正確數(shù)字通信的基礎(chǔ)，只有取得正確的位同步之后，才能實(shí)現(xiàn)字同步、幀同步和副幀同步。如果同步不良，則對(duì)碼元的判決就不準(zhǔn)確，就會(huì)使傳輸誤碼率大大增加，甚至根本不能正常解調(diào)。實(shí)現(xiàn)正確碼同步的重要性由此可見一斑，這也對(duì)PSK解調(diào)器中碼同步電路提出了較高的要求，因?yàn)樵撾娐肥沁b測正常解調(diào)的關(guān)鍵。碼同步信號(hào)一般直接從數(shù)據(jù)碼中提取，目前大多應(yīng)用數(shù)字鎖相技術(shù)。為了提高位同步精度，通常用PSK信號(hào)的相干載波作為數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)鐘。目前遙測終端設(shè)備中，PSK解調(diào)器碼同步電路也是采用的數(shù)字鎖相技術(shù)。

1 船載遙測終端PSK解調(diào)器中碼同步鎖相環(huán)工作現(xiàn)狀
1．1 工作原理
    船載遙測終端PSK解調(diào)器碼同步鎖相環(huán)如圖1所示。

    該碼同步鎖相環(huán)采用全數(shù)字鎖相環(huán)。工作原理如下：輸入PCM信號(hào)與本地信號(hào)在數(shù)字鑒相器進(jìn)行相位比較。鑒相器輸出相位誤差，環(huán)路濾波器對(duì)輸入的噪聲及高頻分量進(jìn)行抑制，并且根據(jù)環(huán)路相位差的大小，控制環(huán)路相位校正。
    可控置位式數(shù)控振蕩器DCO根據(jù)相位誤差的大小對(duì)環(huán)路分頻器進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到改變輸出頻率相位的目的。
1．2 存在缺點(diǎn)
    目前采用的船載遙測系統(tǒng)PSK解碼同步電路鎖相環(huán)存在以下缺點(diǎn)：
    (1)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。數(shù)字鎖相環(huán)路法，一般需要近100個(gè)觸發(fā)器，比較耗費(fèi)資源。
    (2)同步建立時(shí)間與精度互為矛盾。鎖相環(huán)路是一個(gè)反饋結(jié)構(gòu)，這種反饋結(jié)構(gòu)使它的同步建立時(shí)間和調(diào)整精度變成了一對(duì)矛盾。由以上的數(shù)字鎖相環(huán)路可以看出，數(shù)字鑒相器輸出的超前／滯后脈沖，如果輸出脈沖步長較小，所需鎖定時(shí)間較長，且失步后，重新鎖定的時(shí)間也較長，丟失的數(shù)據(jù)較多；步長加大可以減少鎖定所需時(shí)間，但同時(shí)鎖定精度下降，產(chǎn)生矛盾。通常采用變階的方法縮短同步建立時(shí)間并保持高精度，但同時(shí)產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。
    (3)帶寬較窄。如果出現(xiàn)信號(hào)由于傳輸或器件發(fā)生漂移引起頻率偏差較大的情況，鎖相環(huán)碼同步法將無能為力。

2 船載遙測終端PSK解調(diào)器采用全數(shù)字PCM碼同步器
    針對(duì)以上缺點(diǎn)，考慮對(duì)碼同步電路進(jìn)行改進(jìn)，采用一種新型的全數(shù)字PCM碼同步器，其特點(diǎn)是適應(yīng)性好，頻率跟蹤快。整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)可編程數(shù)字濾波器、一個(gè)雙邊沿提取器、一個(gè)數(shù)字預(yù)測器和一個(gè)合成器組成。
2．1 電路方案設(shè)計(jì)
    電路組成如圖2所示。

    由于輸入信號(hào)不可避免地存在著各種干擾，這些干擾脈沖將影響碼同步脈沖和PCM數(shù)據(jù)的提取，由此在輸入端加一個(gè)可編程數(shù)字濾波器。該濾波器可根據(jù)具體碼寬調(diào)整濾波寬度，其原理為：設(shè)pcm_in為濾波前的輸入，pcm_out為濾波后的輸出，濾波寬度Ls=To×m，To為高精度時(shí)鐘clk的周期，輸出為：
   
    式中：pcm_in[n]為當(dāng)前的輸入，pcm_out[n]為當(dāng)前的輸出，pcm_out[n-1]為1個(gè)時(shí)鐘前的輸出，輸入信號(hào)經(jīng)m個(gè)時(shí)鐘濾波后輸出。
    雙邊沿提取器的作用是在輸入信號(hào)的跳變碼元的上升沿或下降沿處產(chǎn)生邊沿脈沖，是輸入信號(hào)頻率及相位的真實(shí)反映，可有效校準(zhǔn)碼同步器鎖定的精度。在同步過程中，當(dāng)輸入的碼值發(fā)生變化時(shí)，將在邊沿產(chǎn)生一個(gè)躍變，此時(shí)雙邊沿提取器將產(chǎn)生邊沿脈沖信號(hào)edge，同時(shí)控制預(yù)測器使其復(fù)位，禁止預(yù)測輸出；當(dāng)輸入的碼值為連“1”或連“0”時(shí)，無邊沿變化，邊沿提取器停止工作，無edge輸出，此時(shí)預(yù)測器開始工作，產(chǎn)生預(yù)測的本地碼同步信號(hào)pred，pred由clk分頻獲得，并由edge對(duì)齊相位。邊沿提取器與預(yù)測器輸出的信號(hào)經(jīng)合成器合成輸出，二者協(xié)同完成碼時(shí)鐘信號(hào)的恢復(fù)。為了提高數(shù)據(jù)提取的準(zhǔn)確性，解決pred與輸入信號(hào)頻率誤差造成的相位移動(dòng)，將碼同步向后移位180°。電路中各點(diǎn)波形如圖3所示。

2．2 新同步電路性能分析
    假設(shè)輸入的NRZ—L隨機(jī)序列的碼速率為fin，本地通過預(yù)測器產(chǎn)生的預(yù)測碼速率為fin，輸入的NRZ—L隨機(jī)碼序列中的每個(gè)碼字的寬度為To，隨機(jī)碼序列的最大游程為K(K表示隨機(jī)序列中連“0”或連“1”的最大個(gè)數(shù))，可以得到如下結(jié)論：
    (1)頻差的影響。由上述分析可知，當(dāng)產(chǎn)生頻差時(shí)，fin≠flo。如果輸入的隨機(jī)序列是由交替變化的“0”和“1”組成，則雙邊沿提取所產(chǎn)生的邊沿脈沖將有效地校正頻差；如果輸入K個(gè)連續(xù)的“0”或“1”時(shí)，由180°碼同步的相位只能偏移±180°，所以只要滿足式，就可以保證有正確的碼同步信號(hào)輸出，并能提取到正確的數(shù)據(jù)。
    (2)同步建立時(shí)間ts。只要輸入的碼序列速率與預(yù)測器的中心頻率之差在上式所示的頻差范圍內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)第一個(gè)跳變的碼字時(shí)，該碼同步器就會(huì)輸出正確的碼同步信號(hào)。這是因?yàn)樗且环N開環(huán)結(jié)構(gòu)的緣故。
    (3)如果信號(hào)中斷，碼同步器輸出的是本地時(shí)鐘經(jīng)預(yù)測器產(chǎn)生的碼同步信號(hào)f=flo。
    (4)同步帶寬△fs。由上面的算法可知，它的同步帶寬與輸入的隨機(jī)碼的游程有關(guān)，即：
    |△fs|=flo／(2K)
    通過與數(shù)字鎖相環(huán)法比較，可以知道：
    當(dāng)輸入信號(hào)的頻率偏差較大時(shí)，雙邊沿提取器可以實(shí)時(shí)地對(duì)預(yù)測器輸出的碼同步信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，在滿足同步帶寬的情況下仍可保持同步。在數(shù)字鎖相環(huán)中，需要捕獲過程以消除頻差。同步建立時(shí)間是指在最大相差的情況下，建立同步所需要的時(shí)間ts=nTe，Te是一個(gè)碼元周期，n是分頻比。而采用改進(jìn)電路后，捕獲與同步可以在每一個(gè)跳變的碼元處完成。

3 結(jié)語
    本文提出了一種全新的PCM碼同步電路，代替原有的數(shù)字鎖相環(huán)電路，實(shí)現(xiàn)碼同步功能，以提高電路對(duì)PSK載波碼元的提取性能。通過以上的對(duì)比分析可以看出，PSK解調(diào)器采用改進(jìn)后的碼同步電路后，PSK載波碼元的提取性能得到了很大程度的提高，精度更好，帶寬更大，同步時(shí)間更短，可靠性更高，該方案具有很好的推廣價(jià)值。