[發(fā)明專利]一種用于無線傳輸系統(tǒng)的定時(shí)和載波恢復(fù)裝置及恢復(fù)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910231497.7
• 申請(qǐng)日: 2009-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN101753289A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫健;王鳳菊;袁東風(fēng);賈會(huì)超;岑楠;劉朝娜;徐超;王恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L7/033
• 分類號(hào): H04L7/033;H04L25/03;H04L1/06
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于無線傳輸系統(tǒng)的定時(shí)和載波恢復(fù)裝置及恢復(fù)方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中無線通信手段越來越受到人們的重視。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)通信的信道容量，頻譜利用率、可靠性和實(shí)時(shí)性提出了越來越高的要求，利用MIMO信道可以成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高，同時(shí)提高了信道的可靠性，降低誤碼率。因此MIMO系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)成為近年來人們研究的熱點(diǎn)。

MIMO相關(guān)技術(shù)的測(cè)試驗(yàn)證以往都只是在仿真的信道環(huán)境下進(jìn)行，嚴(yán)重影響了算法驗(yàn)證的準(zhǔn)確性。一種MIMO實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)解決了該問題，提供一種MIMO無線實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)真實(shí)環(huán)境測(cè)試平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱MIMO實(shí)時(shí)平臺(tái))，該平臺(tái)的發(fā)送接收經(jīng)歷一個(gè)完整的從星座映射、脈沖成形、上變頻、調(diào)制、RF到解調(diào)、定時(shí)和載波恢復(fù)、星座逆映射、判決的傳輸過程，并通過真實(shí)的無線信道傳輸，恢復(fù)的信號(hào)能夠更加準(zhǔn)確的檢驗(yàn)MIMO系統(tǒng)算法的性能。并可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行音視頻信號(hào)的傳輸，使之同時(shí)具有了實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)的價(jià)值。MIMO實(shí)時(shí)平臺(tái)為研究在真實(shí)無線信道環(huán)境下多輸入多輸出通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)問題，搭建一套開放式、階段性、系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)平臺(tái)，集數(shù)字基帶軟件實(shí)現(xiàn)、模擬前端電路和MIMO天線陣列于一體，實(shí)現(xiàn)“算法設(shè)計(jì)→性能驗(yàn)證→系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)”的全方位服務(wù)。

在MIMO實(shí)時(shí)平臺(tái)的搭建過程中，接收端的同步和載波恢復(fù)方法是必不可少的。目前，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，任何消息都是通過一連串碼元序列傳送的，所以接收時(shí)必須知道每個(gè)碼元的起止時(shí)刻，以便在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻進(jìn)行判決。這就需要進(jìn)行位同步。位同步是指在接收端的基帶信號(hào)中提取碼元定時(shí)的過程。位同步是正確取樣判決的基礎(chǔ)，位同步點(diǎn)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)的性能有很大影響。所提取的位同步信息頻率等于碼速率的定時(shí)脈沖，相位根據(jù)判決時(shí)信號(hào)的波形確定，可能在碼元中間也可能在碼元的終止時(shí)刻或其他時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)方法有插入導(dǎo)頻法和直接法。

在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于相干解調(diào)與非相干解調(diào)相比具有更好的功率效率，因此得到廣泛的應(yīng)用。而相干解調(diào)就需要進(jìn)行載波恢復(fù)，大量的文獻(xiàn)研究了用模擬或數(shù)字的方法進(jìn)行載波恢復(fù)，但真正應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種用于無線傳輸系統(tǒng)的定時(shí)和載波恢復(fù)裝置及恢復(fù)方法。

一種用于無線傳輸系統(tǒng)的定時(shí)和載波恢復(fù)裝置，包括無線傳輸系統(tǒng)的接收裝置、計(jì)算機(jī)和開發(fā)板，無線傳輸系統(tǒng)的接收裝置與開發(fā)板和計(jì)算機(jī)連接，開發(fā)板是Sundance公司的帶有FPGA芯片、通過軟件寫入程序的電路板。

一種用于無線傳輸系統(tǒng)的定時(shí)和載波恢復(fù)方法，用System?generater軟件搭建模塊，自動(dòng)生成Verilog語言的程序，將該程序?qū)懭腴_發(fā)板的FPGA芯片中；定時(shí)和載波恢復(fù)方法包括如下步驟：

1)無線傳輸系統(tǒng)接收機(jī)接收數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過32倍下采樣，獲得在4倍符號(hào)速率下的采樣值；

2)內(nèi)插濾波器對(duì)步驟1)得到的采樣值進(jìn)行插值運(yùn)算，得到接收數(shù)據(jù)信號(hào)的近似值；在初始狀態(tài)下尚未得到定時(shí)誤差時(shí)，利用初始化后的內(nèi)插控制信號(hào)控制內(nèi)插濾波器；在環(huán)路運(yùn)行一個(gè)周期后，得到接收數(shù)據(jù)信號(hào)的定時(shí)誤差；

3)環(huán)路濾波器對(duì)步驟2)得到的定時(shí)誤差進(jìn)行低通濾波；

4)低通濾波后的定時(shí)誤差，經(jīng)過時(shí)鐘控制單元，得到采樣時(shí)鐘控制信號(hào)和內(nèi)插控制信號(hào)；用內(nèi)插控制信號(hào)控制步驟2)中的內(nèi)插濾波器；

5)無線傳輸系統(tǒng)的接收機(jī)在步驟4)得到的采樣時(shí)鐘控制信號(hào)的控制下進(jìn)行頻偏恢復(fù)，得到消除了定時(shí)誤差和頻偏的最佳接收采樣信號(hào)；

6)步驟1)至5)循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的位定時(shí)誤差的恢復(fù)和頻偏的恢復(fù)。

所述步驟1中，無線實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)發(fā)送機(jī)符號(hào)速率為T，接收機(jī)進(jìn)行32倍下采樣，得到的信號(hào)時(shí)鐘周期為T_s，設(shè)采樣速率和符號(hào)速率的比值是M_s∶M_s＝T_s/T。該方法中選擇M_s＝4。

所述步驟2中，初始狀態(tài)下還沒有得到定時(shí)誤差，利用初始化后的內(nèi)插控制信號(hào)控制內(nèi)插濾波器，在環(huán)路運(yùn)行一個(gè)周期后就會(huì)得到定時(shí)誤差，就利用定時(shí)誤差得到的內(nèi)插控制信號(hào)控制內(nèi)插濾波器對(duì)采樣值進(jìn)行內(nèi)插運(yùn)算，調(diào)整采樣時(shí)刻使其更接近最佳采樣點(diǎn)。設(shè)采樣點(diǎn)估計(jì)值為z(mT+εT)。利用采樣點(diǎn)估計(jì)值z(mì)(mT+εT)估計(jì)定時(shí)誤差，具體步驟如下：