方案。该方案的整体结构基于经典的Gardner环路，借助联合迭代估计算法来进行误差的动态跟踪，并通过对接收信号进行异步重采样来实现采样时钟误差的实时校正。误差检测环节不仅能消除载波频率误差的影响，还可以在维持环路的响应速度的同时提高误差检测的精度。误差校正环节利用一种简单的动态延迟技术来对信号重采样进行直接控制，尽管增加了一些处理延迟，但能使重采样过程平稳进行。理论分析和仿真结果表明，新的采样时钟同步方案在多径信道环境中能有效工作，算法的性能优于其他同类算法。
关键词：正交频分复用；软件无线电接收机；采样时钟同步；误差检测；重采样
0.引言
正交频分复用（OFDM）技术因为具有频率效率高、抗干扰性强等优点而被广泛应用于数字广播系统（例如DVB-T）和宽带无线网络（例如IEEE802。11a/g/n、WiMAX等）中，新一代的移动通信系统（例如3GPP LTE）也是建立在OFDM技术基础之上的。基于OFDM的系统在实施时必须考虑同步问题，如果系统不能实现精确同步，同步误差将会给系统性能带来严重的影响，接收机甚至不能正确解调。
本文重点研究基于OFDM的软件无线电（SDR）接收机的采样时钟同步。SDR系统为了能提供模块性、兼容性和可重构性，通常在模拟前端采用固定采样率的A/D和D/A转换器，因此其接收机不能像传统接收机那样将误差信号反馈到模拟前端进行控制。目前大部分OFDM的时间同步方法都是通过压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）来调节采样时钟，不适合SDR接收机。其实，OFDM的采样时钟同步本质上是一个信号的异步重采样问题。对于SDR接收机来说，这个过程必须用全数字技术来完成。目前一种常用的方法是Gardner等人在文献中提出的经典方法：在异步采样条件下，通过内插方法调整位时钟误差，从而获得最佳采样时刻。Gardner方法也能应用在OFDM系统中，一般的实现方案是将实时检测到的定时误差信号，在通过环路滤波處理后，送给数控振荡器（Numerieal-Controlled Oscillator，NCO）来产生插值器的控制参数。然而，这类方案并没有考虑到载波频率偏差和多普勒效应对采样时钟造成的影响。此外，由NCO控制的插值可能会打乱重采样过程的正常节奏，原因是NCO机制产生的采样时间点由于扰动的存在，可能会提前或落后于周期性的时钟信号，从而在插值器的输出端造成采样数据增加或遗漏的问题。显然，这将破坏重采样序列的完整性，OFDM接收机的BER（Bit Error Rate）（误比特率）性能将会受到严重影响。
本文在经典Gardner环路的基础上提出了一种适合OFDM接收机的采样时钟同步的SDR接收机实现方案：误差检测环节采用一种联合迭代估计算法；误差校正环节对接收信号的数字序列进行自适应异步重采样；为了使重采样平稳进行，采用一种基于动态延迟的直接控制技术来代替传统的NCO机制。
1.采样时钟误差的检测
软件无线电环境中OFDM接收机采样时钟同步的全数字实现方案如图1所示。该方案借鉴了经典的Gardner环路结构，主要由异步重采样器、采样时钟误差检测器、环路滤波器3个部分组成。误差检测器从解调后的频域符号中提取导频，根据导频中携带的参考信号计算出时钟误差的估计量。误差量在经过环路滤波器的处理后，送给自适应异步重采样器，这个重采样器基于积分滤波单元的输出（即定时误差的估计量）对接收信号的时序进行调整，目的是对时钟同步误差造成的效应进行补偿，同时对接收信号进行降频（因为发射端通常要对基带信号进行时域过采样处理）。
采样时钟误差量的检测需利用同步误差对解调符号造成的旋转效应。对于解调之后的OFDM信号，其符号的旋转量与载波频率及采样定时误差之间满足近似的线性关系，因此可以借助最小二乘（Least Squares，Ls）算法来从接收信号中同时检测频率/时钟误差量。本文提出了一种迭代估计方法，该方法从RLS算法（Recursive Least-Squares）（递归式最小二乘算法）推导而来。利用递归式计算固有的记忆性和动态性，不仅可以维持跟踪环路的响应速度，还能提高误差检测的精度。