ATSC接收机中的段场同步联合检测
1、引言
ATSC标准是美国大联盟（GA）于1995年通过审核而成的HDTV标准[1]，这几年已经发展到了第五代的全数字接收机，在抗多径方面取得了不小的成就。在多径情况下，加上采样偏的影响，前人提出的段同步检测[2]已经不能正常工作，迫切需要一种更加稳定的段同步检测方法。另外，多径和采样偏还同时干扰着场同步，如果存在多条和主径幅度相差不多的多径，选择哪一条径作为主径对均衡器的性能起着至关重要的影响。在这个时候必须同时考虑段场同步，选择最佳的主径的位置。
GA的ATSC标准的数据帧结构如图1所示。每一帧有奇偶两场，每场有313段，每段828个符号，每段以4个符号长的段同步开始。图1中所示的段场同步的位置可以检测出来，为定时恢复和均衡器的工作提供参考。这些冗余数据在多径情况下受到强烈的干扰，段同步由于只有4个符号，更容易影响。如何减小多径以及采样偏产生的影响，始终正确而稳定的提供段场同步信号，并且始终保持段场同步对齐，正是本文所要讨论的。
图1 ATSC VSB数据帧格式
本文所提出的方法在存在段帧同步信号的场合都适用，笔者在ATSC标准中的8-VSB的情况下得到的结论具有一般性。
2、段场同步检测原理
段场同步都是依靠其符号的相关特性来检测的。图2是8-VSB场同步信号的组成。对场同步检测起作用的有PN511序列和第二个PN63序列。通过计算PN511序列的相关值来确定其位置。第二个PN63用来确定奇偶场。
图2 8-VSB场同步的格式
段同步字在8-VSB信号中的图样为[+5，-5，-5，+5]，噪声和多径的干扰使同步字发生变化，直接检测序列几乎是不可能的。利用其周期性，通过迭加的方法可以形成大的相关峰来实现检测。相关值的累加值存放在一个长度为832的移位寄存器中，新计算的相关值加上寄存器移出的值返回到寄存器的末尾，形成了一个积分环路。由于数据的随机特性，寄存器的中对应载荷数据的部分的均值为0。而对应段同步的部分，由于始终有正的相关值与之累加，峰值逐渐变大，通过一个简单的峰值检测器，就可以得到段同步的位置。
图3就是基于上述原理的段同步检测器，输入的是一倍符号率数据，为了防止寄存器的溢出，设置了门限值，如果检测到峰值超过了这个门限值，多路选择器就选择除2的支路，从这时开始的一个段长的时间内，移位寄存器的输出值都除以2，等经过了832个符号的时间，多路选择器重新回到了直通的支路。
图3 通过迭加来检测段同步
在段场同步计算相关值的时候，为了简化算法，舍弃乘法电路，使用加法电路来实现，效果是相同的。通常为了增加段同步检测的可靠性，还需要在段同步检测之后增加一个置信度计数器[3，4]。置信度计数器是个状态转移系统，如图4所示。SO为初态，S1～S2为捕获态，S6～S8为失步态，S3～S5为同步态。可以通过增加置信度计数器的状态的个数来达到使段同步稳定输出的目的。在多径情况下，即使增加了置信度计数器的状态个数，还是会频繁出现无法锁定的现象，下文对其将详细讨论。
图4 置信度计数器
3、多径及采样偏对段场同步检测的影响
PN511的相关峰是十分陡峭的，但是采样偏会影响相关峰。采样偏是收发时钟不一致引起的，在此特指采样时刻不同，图5表明了不含多径情况下，采样时刻的错误带来了两个相同幅度的相关峰。这两个相关峰到底取哪一个作为场同步的位置，必须结合段同步来判断。
