一種碼元同步時鐘信號的提取方法及單片機實現

張鎖良，宋鐵銳，張慶順

(河北大學 電子信息工程學院，河北 保定 071002)

一種碼元同步時鐘信號的提取方法及單片機實現

張鎖良，宋鐵銳，張慶順

(河北大學 電子信息工程學院，河北 保定 071002)

提出了一種數字通信中碼元同步時鐘信號的開環提取方法.根據此方法設計了碼元同步時鐘信號提取電路原理框圖，本方法比通常用的閉環提取法具有同步快、實現簡單等特點.給出了碼元同步時鐘信號的提取原理，并用單片機予以實現，同時給出了軟件程序的流程圖.

碼元同步；單片機；數字通信；鎖相環

碼元同步又稱為時鐘同步或時鐘恢復，是數字通信中重要的一環[1-3].在數字通信系統中，任何消息都是通過一連串碼元序列傳送的，所以接收時需要知道每個碼元準確的起止時刻,這就需要在接收端有與信息碼元定時脈沖序列一致的碼元同步信號，用來確定每個碼元的抽樣判決時刻[4].這樣才能保證數字信息的正確傳輸，所以碼元同步在數字通信系統中是非常重要的.

本文給出一個碼元同步信號提取方法，此方法可較快速提取碼元同步時鐘信號，并給出了用單片機實現此方法的原理框圖和軟件程序設計.

1 碼元同步時鐘信號的提取原理

圖1 基帶信號及碼元同步信號

由以上的原理可知，此碼元同步信號提取，是根據數字基帶信號的上下跳沿為基準，再進行延時半個碼元或一個碼元寬的時間后輸出脈沖信號實現的.本方法提取的碼元同步信號脈沖，均是在每一個碼元的中部，若有其他位置的同步要求只須進行移相即可.

2 碼元同步信號提取的實現

圖2 碼元同步信號提取原理Fig.2 Symbol synchronization signal extraction diagram

3 單片機的軟件流程設計

圖3 主程序流程Fig.3 Flow chart of main program

碼元同步信號提取中的單片機的程序可由4個流程圖來描述.第1個是主程序流程圖如圖3所示.主程序主要完成將單片機進行初始化，包括將單片機提取碼元同步信號的輸出端P1.0清零即輸出低電平，設定時計數器T0工作方式為模式1(用定時計數器T0作為延時定時器)，開啟外部/INT0和/IMT1中斷，并設為下跳沿觸發方式[6].開定時計數器T0溢出中斷，并給定時計數器T0的低8位TL0和高8位TH0置延時間為T的初始值，啟動定時計數器T0.隨后進入一個循環等待中斷請求的到來.

圖4 3個中斷服務程序流程

4 結束語

本文給出的碼元同步信號的提取方法，電路比較簡單，硬件資源少,碼元同步比用鎖相環路法較快[5],只要有基帶信號的跳變沿出現就能得到較好的同步信號.即使當輸入的基帶信號中斷也一直有同步信號輸出，一但輸入信號恢復立刻就可得到較準確的碼元同步信號.

本碼元同步信號提取方法已用STC89C52RC單片機[6]和集成電路74LS04[7]進行了實現.通過實驗表明，此電路當輸入的基帶信號中斷時，在一定的時間范圍內，還是可以輸出較準確的碼元同步信號.精度取決于單片機的晶振頻率和精度，當頻率越高時碼元同步信號的位置越精確.此外，可通過修改STC89C52RC單片機[6]的程序，來達到不同碼元速率的要求.碼元的速度受單片機晶體頻率的限制.

[1]樊昌信，曹麗娜. 通信原理[M]. 6版. 北京：國防工業出版社，2008：412-415.

FAN Changxin, CAO Lina. Communication principle [M]. 6th ed. Beijing: National Defence Industry Press，2008：412-415.

[2]馮明霞，張偉娟，徐坤玉. 全數字接收機碼元同步的研究[J]. 電子測試，2011(11)：9-12.

FENG Mingxia,ZHANG Weijuan，XU Kunyu.Survey on timing synchronization in all digital receivers[J].Electronic Test, 2011(11)：9-12.

[3]王天偉，劉毓，王選宏. 基于802.11b低速率無線局域網碼元同步方法設計[J]. 西安郵電學院學報，2012，17(5)：15-19.

WANG Tianwei, LIU Yu, WANG Xuanhong. The design of symbol synchronization of low rate wireless local area network based on 802. 11b[J].Journal of Xi’an University of Posts and Telecommunications, 2012，17(5)：15-19.

[4]蘇鵬博，董凝，徐建華，等. 基于ADS的接收機碼元同步算法實現[J]. 宇航計測技術，2010，30(3)：44-48.

SU Pengbo, DONG Ning, XU Jianhua, et al. Timing recovery algorithm in digital receivers based on ADS[J]. Journal of Astronautic Metrology and Measurement, 2010，30(3)：44-48.

[5]張輝，曹麗娜. 現代通信原理與技術[M]. 西安：西安電子科技大學出版社，2002：329-337.

ZHANG Hui, CAO Lina. Modern communication principle and technology[M].Xian:Xi’an Electronic and Science University Press, 2002：329-337.

[6]朱兆憂，陳堅，鄧文娟. 單片機原理與應用[M]. 2版. 北京：電子工業出版社，2012：74-128.

ZHU Zhaoyou, CHEN Jian, DENG Wenjuan. Principle and application of MCU[M]. 2nd ed. Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2012：74-128.

[7]張鎖良.數字電路技術基礎[M]. 北京：北京郵電大學出版社，2011：48-95.

ZHANG Suoliang. Fundamentals of digital circuit technology[M]. Beijing: Beijing University of Posts and Telecommunications Press, 2011:48-95.

AmethodoftimingsynchronizationextractionandrealizationwithMCU

ZHANGSuoliang，SONGTierui，ZHANGQingshun

(College of Electronic and Informational Engineering, Hebei University, Baoding 071002, China)

The open-loop extraction method for symbol synchronization clock signal in digital communication was present. Based on this method,synchronization clock signal extraction circuit diagram was designed. Compared with the closed-loop extraction method that commonly used, this method had the characteristics of quick synchronization, simple realization and so on. The principle of symbol synchronization clock signal was given, and it was realized by STC MCU, software program flow charts were given too.

timing synchronization;micro control unit;digital communications;phase-locked loop

10.3969/j.issn.1000-1565.2013.04.015

2013-01-28

河北省自然科學基金資助項目(F2011201045);保定市科學技術研究與發展指導計劃項目(12ZG017)

張鎖良(1966-)，男，河北藁城人，河北大學副教授，主要從事高速數據傳輸技術方向研究.

E-mail:zhangsl@hbu.edu.cn

TN911

A

1000-1565(2013)04-0420-04

(責任編輯孟素蘭)