GMSK全数字解调器的位同步技术(3)
模拟域与数字域完全分离，如图 1.2（c），这对设备的大规模生产和调试带来了
很大的方便，同时也对全数字接收机的设计理论和方法带来了挑战。 全数字接收机实现的重点是全数字解调器的设计，关键在于位定时偏差和载
波相位误差的消除，以及全数字接收机的插值滤波问题，这些在传统的接收机是
不存在的。传统的接收机利用符号同步的锁相环，根据符号时钟误差信号以前向
或后向的方式控制压控振荡器相位的调整，直至锁相环稳定最后锁定在最佳采样
点，直接得到最佳采样点的值。但在全数字接收机中，由于 A/D 采样的时钟是
固定的，接收机的采样速率是发送的符号速率是相互独立的，最佳采样点的值不
能通过直接采样得到。当抽样时钟与数据码元不同步时，需要在非同步的采样数
据之间进行插值，来获得同步的信号样值。在全数字接收机中，通过定时误差估
值控制的内插滤波器对得到的样本值进行插值运算，从而得到信号在最佳采样时
刻的近似值。内插滤波器对全数字接收机的性能有重大影响。 1.3 全数字接收机的发展概况
全数字接收机的发展共经历了以下几个阶段：
① 20 世纪 80 年代初，人们对模拟通信系统如调频、单边带调制、短波调幅
等信号的全数字接收机问题做了初步研究，虽然那时概念还不十分明确，但已经
提出了“全数字（all-digital）”这一术语[2-3]。
② 20 世纪 80 年代中后期，德国的 Heinrich Meyr 等人研究了数字通信系统
的全数字接收问题[4]
，当时他们设计并实现了一个 8PSK 的全数字接收机系统，
该系统最有价值的思想是在接收机中用了一个固定频率的自由振荡器对基带信
号进行异步采样，同时采用最大似然算法对接收信号的载波和时钟相位误差进行
直接并行的估计和校正。无疑，Meyr 等人提出的数字调制信号的全数字接收机
在理论和实践上都具有开创性。当然，Meyr 等人主要强调了直接估计的思想，
对于异步采样给接收机带来的重要影响并没有进行深入的分析，而且今天看来
Meyr 的全数字接收机显得过于庞大和复杂，没有太多的实用价值，但是全数字
接收机的研究工作却沿着 Meyr 等人的思路发展起来。此后，在较长的一段时间
内，全数字接收机的体系结构并没有获得突破，仍然采用或模仿了经典的以 PLL
为基础的递归反馈式的接收机体系结构，人们所提出的载波和时钟相位误差估计
算法往往也是以这种结构作为讨论的前提。因此，异步采样带来的影响仍然没有
引起足够的重视。
③ 直到 1993 年前后，F. M. Gardner 和 J. Armstrong 等学者，详细分析了
接收端时钟与发送端的符号时钟是不相关的，必须采用内插的方法，利用信号样
值对最佳采样点进行估值，才能够获得与发送端一致的传输码流[5-7]
。也就是说，
必须通过内插在信号样值上实现位时钟调整，以及最优采样点的估值。显然，
Gardner 等人的研究工作瞄准了全数字接收机发展中的另一个关键问题：采用插
值滤波器实现符号时钟调整。利用插值来估计信号最佳样值点的主要目的在于减
小信号的采样速率，从而提高可实现性。插值滤波器的设计和控制成了全数字接
收机实现的一个关键问题。此后，许多学者对该问题进行了研究，取得了许多重
要的成果[8]
。需要指出，Gardner 等人用一个以 NCO 为中心的反馈环路来控制
内插估值过程，那么为了获得所必须的内插精度，将要求很高的 NCO 工作时钟。
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