定時恢復

定時恢復是根據數字時隙的周期性，從收到的數位訊號中導出周期性定時信號的過程，其目的是產生和符號率相匹配的本地時鐘，獲得最佳採樣點。

中文名稱	定時恢復
英文名稱	timing recovery
定　　義	根據數字時隙的周期性，從收到的數位訊號中導出周期性定時信號的過程。
套用學科	通信科技（一級學科），通信原理與基本技術（二級學科）

基本介紹

• 中文名：定時恢復
• 外文名：timing recovery
• 套用學科：通信科技，通信原理與基本技術

定義

在無線通信系統中，自適應均衡和同步技術是系統的重要環節之一，接收系統的誤碼性能與其有重要的關係，而定時恢復則是同步技術中不可忽視的一項。在數字接收端，只有對接收到的模擬信號在正確時間或者說正確相位的採樣，才能進入後續的注入均衡和判決電路階段，如果採樣時刻為tm=mT+a，其中T為符號間隔，a為時延，代表了發射機到接收機的傳輸時間。因此為了執行這個周期性的採樣，在接收機中需要一個時鐘信號，而在接收機中提取時鐘信號的過程就被稱為定時恢復。

定時恢復就是根據數字時隙的周期性，從收到的數位訊號中導出周期性定時信號的過程。其目的就是產生和符號率相匹配的本地時鐘，獲得最佳採樣點。

背景

未來通信技術呈現數位化、高速化、便捷化、功耗低的發展趨勢。針對人們對通信數位化、通信高速化的越來越高的要求，出現了諸如 MB-OFDM UWB、60GHz等高速數字通信技術。這些技術的引入，對通信系統的設計將帶來一系列的挑戰。數位訊號的定時恢復是數字通信中非常關鍵的一個環節。快速準確地得到定時同步信息是衡量一個系統的重要指標。後續的接收端的數字部分工作都是基於ADC對接收到的模擬、連續信號採樣得到的數字、離散採樣值而完成的。ADC 則需要在最佳的採樣時刻完成採樣，這一工作在數字接收機中是通過對採樣得到的信號插值擬合的方法得到的。插值的過程是通過一個受控FIR濾波器對ADC 採樣時鐘採樣得到的離散值濾波實現，本質上是完成了速率轉化的功能。這種方法完全可以通過數字濾波器實現，十分適合於數字通信系統中。而研究的關注點主要在於插值濾波器的具體實現上。包括引入流水線降低插值器的關鍵路徑；通過設定濾波器係數的方法加大頻率回響的旁瓣衰落等。而數字離散輸入值是帶限的，完成無失真的插值需要滿足奈奎斯特率，即要求採樣頻率達到 2 倍的符號率或更高。對UWB等超高速通信系統中，這個要求將帶來很大的功耗問題。ADC採樣頻率的變大將直接導致功耗的顯著增加，這在超高速數字通信系統中顯得尤為突出。因此，在不影響性能的前提下，儘可能地降低 ADC 採樣頻率，是降低系統功耗，實現設計要求的一個重要問題。在這種情況下，基於插值擬合的全數字定時恢復系統對採樣頻率的過高要求，給超高速通信系統設計帶來了瓶頸。它使得採樣頻率無法降而導致功耗水平居高不下。因此對定時恢復的研究是有必要的。

實現方法

外同步方法

此種方法有如下三種途徑來實現：

1.將接收和傳送端的時鐘都同步到一個主時鐘上，該時鐘提供一個非常精確的定時信號。這樣接收端必須估計和補償傳送與接收信號間的相對延遲，優點是在接收端可以得到的定時信息可以非常的精確。

2.在傳送端同時傳送一個時鐘頻率為符號率或其倍頻的信號。即在數字基帶信號的頻譜的零點處插入需要的位同步導頻信號。接收端可以使用一個調諧到傳送時鐘頻率上的窄帶濾波器來提取時鐘信號。該方法常用於電話傳輸系統，使用比較大的頻寬傳輸許多用戶的信號。這種方法比較簡單，但是有兩個比較明顯的缺點：一是時鐘信號的傳輸占用了一定的功率；二是時鐘信號的傳輸占用了一部分有用的信道頻寬。

3.插入導頻的形式，使用數位訊號的包絡按位同步信號的某種波形變化。在相移鍵控或頻移鍵控系統中，可以用位同步導頻信號對已調載波信號進行附加的幅度調製。在接收端只需要對接收信號進行包絡檢波，消除直流分量，就可以得到位同步信號。該方法的缺點：即抗噪聲性能差，容易丟失位同步。

總的來說，外同步方法是由傳送端傳送專門的同步信息（即導頻），然後接收端把導頻提取出來作為同步信號。該方法套用範圍較窄，而且需要付出一定的頻帶和信號功率，從經濟、抗干擾性等方面考慮都不理想。

自同步方法

自同步方法是從接收的數據信號中提取時鐘信號。目前數字接收機中的定時恢復大多採用自同步法，主要以下有兩種類型。

1.同步採樣恢復，是指在估算採樣時鐘和最佳採樣時刻之間的相位差的基礎上，調整數控振盪器（NCO）採樣時鐘，得到最佳採樣值。

2.異步採樣恢復，先使用與同步採樣方法相同的方法獲得上述的相位差，接下來不採用時鐘相位，而是通過插值算法對採樣值進行修正，進而實現定時恢復。

自同步方法的優點在於它不需要估計傳送和接收信號間的相對延遲，並克服了外同步方法中的缺點，不占用額外的發射功率和信道頻寬，採用數位訊號處理的方式，從接收到的數據信號中提取時鐘信號。另一方面，自同步方法將全部的傳送功率和傳輸頻帶都分配給數據傳輸，提高了系統利用率，所以一般情況下自同步方法都是通信系統設計的首選。