一种任意过采样倍率下的全数字单载波符号定时同步方法，属于通信信号处理领域。将接收到的信号采样点，进行DFT变换至频域；通过频域逐点相乘对信号进行匹配滤波处理；然后运用Godard方法对信号的符号定时偏差进行估计，估计结果经过环路滤波器后驱动一个数控振荡器；通过数控振荡器的相位累积、溢出确定采样点的滑动以及定时偏差的频域补偿，根据过采样率计算出频域混叠区域及IDFT的长度，并通过IDFT将信号采样点转化至时域，得到恢复后的符号，实现任意过采样倍率下的全数字单载波符号定时同步，适应任意倍的过采样率。本发明专利技术适用于通信信号处理领域，用于扩大单载波系统的适用范围。围。围。
【技术实现步骤摘要】
一种任意过采样倍率下的全数字单载波符号定时同步方法
[0001]本专利技术涉及一种用于单载波信号的全数字符号定时同步方法，特别涉及一种任意过采样倍率下的全数字单载波符号定时同步方法，属于通信信号处理领域。
技术介绍
[0002]单载波通信是通信系统中最重要的一种传输模式，MPSK、MAPSK、QAM等信号被广泛应用于单载波系统中。在高速率大带宽应用场景下，由于其较简便的映射/解映射方法、较好的功率效率，以及单载波系统对载波频偏及相位噪声较强的适应能力，MPSK、MAPSK及QAM等调制方式在宽带单载波系统中被广泛应用。
[0003]不同于相对应的正交频分复用(OFDM)系统，单载波系统虽然对载波频偏以及相位噪声容忍能力更强，但其对符号定时同步的精度要求也远大于OFDM系统，尤其在高阶调制如16/64QAM等情况下，微小的符号定时偏差会带来极大的误码率恶化。此外，在大带宽场景下，由于现有的模数转换(A/D)及数模转换(D/A)器件的性能限制，在高达若干GHz甚至数十GHz的宽带信号，只能采用零中频的接收机架构，以便较低的过采样率也能够完整采集模拟信号，但对应的就是其过采样率不能保证为符号速率的整数倍关系，使得许多经典的符号定时同步方法失效。
[0004]常用的性能较好的单载波符号定时偏差估计方法主要有Godard算法、Gardner算法、O&M算法等，对应的补偿方法有基于拉格朗日内插的Farrow内插法、三角内插法以及频域补偿后转换为时域抽取的方法。这些补偿方法都要求工作在2倍及以上过采样率下，因此在零中频架构下的低过采样系统中无法正常运行。
技术实现思路
[0005]针对现有单载波系统中过采样率适用范围有限的问题，本专利技术的主要目的提供一种任意过采样倍率下的全数字单载波符号定时同步方法，利用离散傅里叶变换DFT将信号转换至频域，在频域进行符号定时偏差估计并利用频域相位特性进行补偿，再利用DFT的长度任意性以及频域预混叠方法，实现频域上的抽取过程，最后通过离散傅里叶反变换IDFT将频域信号转换至时域，完成符号定时同步。本专利技术能够避免传统方法复杂的内插处理，并能够适应任意有理数倍过采样关系，在低过采样率下尤其适用。全数字架构便于FPGA实现，能够完全与前端射频模块解耦，并适应任意形式任意过采样倍率的接收机架构，能够扩大单载波系统的适用范围。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0007]本专利技术公开的一种任意过采样倍率下的全数字单载波符号定时同步方法，针对接收到的信号采样点，将其进行DFT变换至频域，通过频域逐点相乘对信号进行匹配滤波处理；在匹配滤波之后，运用Godard方法对信号的符号定时偏差进行估计；估计结果经过环路滤波器后驱动一个数控振荡器(NCO)；通过NCO的相位累积、溢出确定采样点的滑动以及定时偏差的频域补偿，根据过采样率计算出频域混叠区域及IDFT的长度，并通过IDFT将信号
采样点转化至时域，得到恢复后的符号。由于DFT和IDFT的长度是任意设置的，因此能够适应任意倍的过采样率。所有运算都在数字信号域进行，故能够实现任意过采样倍率下的全数字单载波符号定时同步，扩大单载波系统的适用范围。
[0008]本专利技术公开的一种任意过采样倍率下的全数字单载波符号定时同步方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1：通过模数转换器(ADC)对接收信号进行采样，并正交变频至零频，得到正交零频信号。ADC的过采样率为N/M倍符号速率，其中N＞M。将数据存入存储器中，后续存储器中的数据将根据输出偏控制信号进行采样数据的选择批量输出。
[0010]步骤2：对接收信号进行DFT变换，变换长度为N的整数倍，即N
×
L，L为正整数，得到对应的频域信号，则步骤1中的存储器输出数据长度为N
×
L。
[0011]进行N
×
L点DFT变换后得到的频域信号为X(k)，k＝0,1,
…
,NL
‑
1，发射端成形滤波的滚降因子为α，则有效信号为
[0012][0013]在频域对有效信号进行匹配滤波处理，匹配滤波在时域上为卷积形式，在频域则为逐点相乘形式。匹配滤波的频域表达为G(k)，与X
s
(k)的逐点相乘后得到滤波后的频域信号
[0014]Y(k)＝X
s
(k)G(k)
[0015]其中k＝0,1,
…
,NL
‑
1。
[0016]步骤3：对步骤2中经过匹配滤波后的频域信号Y(k)进行定时偏差补偿，待补偿的定时偏差为
[0017]采用频域逐点相乘的方法，经过修正后的频域信号为
[0018][0019]步骤4：对步骤3中经过定时偏差校正后的频域信号进行定时偏差估计。
[0020]步骤4.1：首先对进行循环移位，得到
[0021][0022]这里||
·
||
NL
表示NL点的循环移位。
[0023]步骤4.2：对与的共轭进行逐点相乘，得到
[0024][0025]这里Z(k)的所有分量都包含了定时同步偏差值。
[0026]步骤4.3：为获得最大信噪比，对Z(k)的所有分量求和并取相位，得到符号定时偏差估计
[0027][0028]式中为求复数相位，得到的取值范围为[
‑
π，π)。
[0029]步骤4.4：为了后续处理方便，对进行归一化处理，得到
[0030][0031]这里的取值范围为[
‑
0.5,0.5)，表示符号定时偏差估计值对于一个符号持续时间的相对值。
[0032]步骤5：将步骤4得到的归一化符号定时偏差送入二阶环路滤波器，通过环路滤波器能够减轻符号定时偏差估计中噪声的影响。
[0033]步骤6：环路输出结果驱动NCO，并判断NCO是否存在正向溢出、负向溢出或无溢出，并根据溢出与否以及溢出方向确定前端存储器输出数据的偏移。同时NCO的残余量将作为定时同步偏差补偿量。
[0034]步骤6.1：环路滤波结果为则NCO的累积值为
[0035][0036]步骤6.2：在完成一次累积后，对当前NCO值进行判断，其门限为
[0037][0038]步骤6.3：存储器偏移控制索引量O(i)，满足
[0039][0040]O(i)的取值决定下一次从存储器取数时，对应的数据块是额外超前1个采样点即O(i)＝
‑
1或额外滞后1个采样点即O(i)＝1)还是不进行额外的偏移处理即O(i)＝0。
[0041]步骤6.4：计算完O(i)后，对NCO进行溢出更新：
[0042][0043]则得到溢出更新后的NCO(i)，将作为在步骤3中进行补偿。
[0044]步骤7：将步骤3中的信号进行频域混叠处理。的长度为NL，经过混叠后的信号S(n)长度为ML。混叠过程满足
[本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种任意过采样倍率下的全数字单载波符号定时同步方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：通过模数转换器(ADC)对接收信号进行采样，并正交变频至零频，得到正交零频信号；ADC的过采样率为N/M倍符号速率，其中N＞M；将数据存入存储器中，后续存储器的数据将根据输出偏控制信号进行采样数据的选择批量输出；步骤2：对接收信号进行DFT变换，变换长度为N的整数倍，即N
×
L，L为正整数，得到对应的频域信号，则步骤1中的存储器输出数据长度为N
×
L，在频域进行匹配滤波；步骤3：对步骤2中经过匹配滤波后的频域信号Y(k)进行定时偏差补偿，待补偿的定时偏差为采用频域逐点相乘的方法，经过修正后的频域信号为步骤4：对步骤3中经过定时偏差校正后的频域信号进行定时偏差估计；步骤5：将步骤4得到的归一化符号定时偏差送入二阶环路滤波器，通过环路滤波器能够减轻符号定时偏差估计中噪声的影响；步骤6：环路输出结果驱动NCO，并判断NCO是否存在正向溢出、负向溢出或无溢出，并根据溢出与否以及溢出方向确定前端存储器输出数据的偏移；同时NCO的残余量将作为定时同步偏差补偿量；步骤7：将步骤3中的信号进行频域混叠处理；的长度为NL，经过混叠后的信号S(n)长度为ML；混叠过程满足步骤8：对S(n)进行长度为ML的IDFT：s(n)＝IDFT(S(n))
ML
s(n)为最终恢复的符号；步骤9：回到步骤1，根据步骤6中得到的O(i)后，对第i+1次存储器输出数据位置进行控制，循环迭代，能够持续得到恢复的符号；由于过程中的N、M能够任意选择，因此上述步骤能够适应任意过采样倍率下的信号，扩大单载波系统的适用范围。2.如权利要求1所述的一种任意过采样倍率下的全数字单载波符号定时同步方法，其特征在于：步骤2的实现方法为，进行N
×
L点DFT变换后得到的频域信号为X(k)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王诗力，杨凯，杨建宁，罗根，宋睿昊，王浩然，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。