一种串行高效通信时域O&M定时同步方法技术

本发明专利技术公开了一种串行高效通信时域O&M定时同步方法，属于太赫兹毫米波高速通信领域。本方法使用ADC完成信号采样，数据捕获后提取复数序列到定时同步模块进行处理；计算该导频序列模方即包络幅值，将该结果分别送入IQ两路完成DFT运算；利用DFT运算后的实部和虚部，计算得到定时误差估计值；依据定时误差计算结果求出滤波器抽头位置，用来索引多相滤波器系数，多相滤波器在时域完成定时误差补偿和信号数据速率转换。本发明专利技术采用开环IQ两路并行和符号非整数倍采样设计，IQ各路串行处理样本数据，并在时域上进行定时误差补偿，避免DFT和IDFT运算的同时进一步降低了硬件资源的占用。IDFT运算的同时进一步降低了硬件资源的占用。IDFT运算的同时进一步降低了硬件资源的占用。

【技术实现步骤摘要】
一种串行高效通信时域O＆M定时同步方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹毫米波通信领域，具体涉及一种通信位同步的串行高效时域O&M定时同步方法。

技术介绍

[0002]在软件无线电的领域里，信号经过信道时由于传输时延的存在以及收发端时钟偏移，都会造成接收到的信号产生偏差。信号接收端经过采样下变频处理后的数据是一串码元序列，只有调整接收端采样时钟使其与接收码元频率相位一致，才能在接收符号的最佳采样时刻对其进行采样判决。
[0003]位同步按有无数据辅助可分为数据辅助和非数据辅助两大类，后者不需要额外的辅助序列，相比于数据辅助的方法其频谱利用率更高，在工程中应用更广泛。非数据辅助位同步算法里比较有代表性的是Gardner算法和O&M算法。O&M算法是OerderM和Meyr H在1988年提出的利用平方律非线性变换对定时误差进行估计的一种算法。
[0004]但是，传统的O&M定时同步算法不满足高速率大带宽数据传输要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种串行高效通信时域O&M定时同步方法，可以从运算架构上压缩硬件逻辑资源的使用，在保证超高速调制速率传输的同时降低资源消耗，缩短定时同步时间。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种串行高效通信时域O&M定时同步方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，对信号进行采样，完成采样后数据的帧同步，对帧同步后的复数序列进行定时同步处理，得到复数定时同步序列；
[0009]步骤2，对复数定时同步序列进行I、Q两路串行输入定时处理，每路均以二进制符号形式按位相乘并累计求和，得到平方值，然后将I、Q两路得到的结果求和，得到接收信号模方；
[0010]步骤3，将信号包络值分别送入I、Q两路，每路信号分别与相应的旋转因子W
nI
和W
nq
相乘并求和，完成DFT运算；
[0011]步骤4，利用信号DFT运算后的实部和虚部，进行定时误差估计，计算出频域相位偏移量，即定时误差估计结果；
[0012]步骤5，依据定时误差估计结果进行环路滤波平滑，计算出定时同步时域延迟，对应到滤波器抽头位置用于后续处理；
[0013]步骤6，不同定时误差估计结果对应的滤波器系数存储在ROM中，将步骤5输出的滤波器抽头位置作为ROM索引地址，动态控制ROM输出滤波器系数；
[0014]步骤7，将ROM输出的滤波器系数输入到多相滤波器模块，完成采样信号定时误差补偿。
[0015]进一步地，步骤1的具体方式为，使用与FPGA基带板卡相连的模数转换模块对信号进行采样，采样后的信号在基带板卡里完成帧同步，输出结果中包括从接收采样数据中提取出的导频序列，将该序列用于定时误差估计。
[0016]进一步地，步骤3的DFT运算中，采用满足奈奎斯特采样定理的采样速率，信号为复数形式，DFT运算表示为：
[0017][0018]其中，x
k
为接收信号模方；X
m
为x
k
的傅里叶变换，k为样本序号，L为符号累积长度，m为样本段号；I、Q路的傅里叶变换旋转因子分别表示为W
nI
＝Im[e
‑
j2kπ/N
]和W
nq
＝Re[e
‑
j2kπ/N
]；N为DFT点数。
[0019]进一步地，步骤4中，X
m
的实部对应采样点模方与旋转因子W
nI
的乘积，X
m
的虚部对应采样点模方与旋转因子W
nq
的乘积，符号累积长度为L，I、Q两路分别进行串行处理；X
m
的实部、虚部分别表示为：
[0020][0021][0022]其中，Re[X
m
]和Im[X
m
]分别表示X
m
的实部和虚部，I
k
和Q
k
分别为接收样本信号的实部和虚部；
[0023]DFT运算由其接收信号的实部、虚部信号运算结果表示，L个符号的定时误差估计值为
[0024][0025]其中，误差估计值为ε的无偏估计。
[0026]进一步地，步骤5中，用于定时误差补偿的滤波器系数抽头位置的计算方式为
[0027][0028]其中，为定时误差估计值，f
us
为根生余弦滤波器符号上采样倍数。
[0029]进一步地，步骤7的具体方式为，将滤波器系数与信号样点在时域上进行卷积，滤波器采用多相结构设计，利用多相滤波器抽取和插值倍数的不同实现信号定时误差补偿，同时完成数据速率转换。
[0030]本专利技术的有益效果为：
[0031]1、在吉赫兹超大带宽、超高速调制解调系统下，传统的平方律定时同步算法不再适用。本专利技术采用IQ路并行和符号非整数倍采样设计，在硬件采样速率受限下，既满足传输速率要求，又避免了符号运算点数过多的问题；开环的定时结构，相对于闭环结构具有定时同步时间短，算法实现简单等优点。
[0032]2、本专利技术解决了ADC无法在符号最佳采样时刻采样的问题，提升了接收信号的信噪比。相比于现有算法，具有控制信号反馈的结构势必会增加同步所需时间，收敛速度变慢，不适用于突发信号的解调。本专利技术仅需提取部分接收数据的导频序列用于定时同步算
法处理，满足了高速通信的实时性和高效性；IQ路分别采用串行处理架构，在满足传输速率的同时也降低了硬件内部逻辑资源的使用，保证算法性能稳定。此外，本专利技术提出了一种新的误差校正方式，根据定时误差估计值和滤波器上采样倍数估计滤波器系数抽头位置，并在时域进行定时误差估计补偿，同时也省去了DFT和IDFT模块，有效减少了硬件资源的占用，缩短了定时同步算法所需时间。
附图说明
[0033]图1是本专利技术方法的流程图。
[0034]图2是本专利技术方法的原理示意图。
[0035]图3是本专利技术处理过程中的输入信号模方频谱图。
[0036]图4是本专利技术处理前后导频序列QPSK调制星座点对比图。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例子，并且参照附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0038]一种串行高效通信时域O&M定时同步方法，本方法使用ADC完成信号采样，数据捕获后提取复数序列到定时同步模块进行处理；计算该导频序列模方即包络幅值，将该结果分别送入IQ两路完成DFT运算；利用DFT运算后的实部和虚部，计算得到定时误差估计值；依据定时误差计算结果求出滤波器抽头位置，用来索引多相滤波器系数，多相滤波器在时域完成定时误差补偿和信号数据速率转换。
[0039]具体来说，本方法包括以下步骤：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串行高效通信时域O&M定时同步方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对信号进行采样，完成采样后数据的帧同步，对帧同步后的复数序列进行定时同步处理，得到复数定时同步序列；步骤2，对复数定时同步序列进行I、Q两路串行输入定时处理，每路均以二进制符号形式按位相乘并累计求和，得到平方值，然后将I、Q两路得到的结果求和，得到接收信号模方；步骤3，将信号包络值分别送入I、Q两路，每路信号分别与相应的旋转因子W
nI
和W
nq
相乘并求和，完成DFT运算；步骤4，利用信号DFT运算后的实部和虚部，进行定时误差估计，计算出频域相位偏移量，即定时误差估计结果；步骤5，依据定时误差估计结果进行环路滤波平滑，计算出定时同步时域延迟，对应到滤波器抽头位置用于后续处理；步骤6，不同定时误差估计结果对应的滤波器系数存储在ROM中，将步骤5输出的滤波器抽头位置作为ROM索引地址，动态控制ROM输出滤波器系数；步骤7，将ROM输出的滤波器系数输入到多相滤波器模块，完成采样信号定时误差补偿。2.根据权利要求1所述的一种串行高效通信时域O&M定时同步方法，其特征在于，步骤1的具体方式为，使用与FPGA基带板卡相连的模数转换模块对信号进行采样，采样后的信号在基带板卡里完成帧同步，输出结果中包括从接收采样数据中提取出的导频序列，将该序列用于定时误差估计。3.根据权利要求2所述的一种串行高效通信时域O&M定时同步方法，其特征在于，步骤3的DFT运算中，采用满足奈奎斯特采样定理的采样速率，信号为复数形式，DFT运算表示为：其中，x
k
为接收信号模方；X
m
为x
k
的傅里叶变换，k为样本序号，L为符号累积长度，m为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王皓月，张金波，刘丽哲，乔健，巩乃成，张延洞，宋祥宇，张豪，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：