[發(fā)明專利]一種低采樣率下的定時(shí)同步方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911302690.5
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111194077B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昌明;羅喜伶;曾杰;金晨
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)杭州創(chuàng)新研究院
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04L7/00;H04L7/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明公開了一種低采樣率下的定時(shí)同步方法，涉及無線通信接收機(jī)定時(shí)同步技術(shù)領(lǐng)域。針對現(xiàn)有技術(shù)方案對采樣率有相對較高要求，在滿足奈奎斯特?zé)o失真采樣的較低采樣率情況下可能引入明顯失真，對于高達(dá)數(shù)GHz帶寬的毫米波新興通信存在較大挑戰(zhàn)等問題。本發(fā)明將插值置于匹配濾波器內(nèi)部，通過動態(tài)調(diào)整匹配濾波器的濾波系數(shù)來實(shí)現(xiàn)定時(shí)插值與匹配濾波的融合。其中，定時(shí)誤差提取器、環(huán)路濾波器、NCO仍采用現(xiàn)在Gardner定時(shí)同步的基本結(jié)構(gòu)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本發(fā)明由于將插值過程融合到匹配濾波當(dāng)中，避免了插值濾波帶來的失真，理論上可以工作在奈奎斯特最低采樣率下，即采樣率等于信號帶寬；本發(fā)明避免了插值濾波帶來的延時(shí)，節(jié)省了相應(yīng)的乘法器資源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域接收機(jī)定時(shí)同步技術(shù)，尤其涉及一種適用于接收機(jī)低采樣率情況下的定時(shí)同步方法。

背景技術(shù)

隨著5G時(shí)代的到來，無線通信的應(yīng)用將日益廣泛，不僅涉及傳統(tǒng)移動通信，也將在綜合交通無線互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)等新興領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。由于無線通信收發(fā)基帶都在數(shù)字域完成，接收機(jī)接收到信號下變頻到基帶之后，需要通過模數(shù)變換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)采樣將信號離散化轉(zhuǎn)至數(shù)字域。然而，由于ADC的非理想特性，且工作特性易受溫度等外界因素影響，造成采樣率與理想需求值出現(xiàn)一定偏差，即定時(shí)誤差。

定時(shí)同步即針對采樣過程中的定時(shí)誤差，恢復(fù)出與接收符號同步的時(shí)鐘信息。正確的時(shí)鐘同步是無線通信接收端正確工作的基礎(chǔ)，是影響系統(tǒng)誤碼率的重要因素，沒有準(zhǔn)確的定時(shí)同步算法，就不可能進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)定時(shí)同步的算法種類較多，可以分為模擬方式、半數(shù)字方式和全數(shù)字方式。其中，全數(shù)字方式是對ADC采樣后的數(shù)字信號提取定時(shí)誤差并進(jìn)行補(bǔ)償，過程相對簡單，利于高速數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)且便于數(shù)字集成。

現(xiàn)有經(jīng)典的全數(shù)字定時(shí)同步方案一般基于Gardner定時(shí)誤差恢復(fù)算法實(shí)現(xiàn)，其根據(jù)改變重采樣輸入信號的方式，利用內(nèi)插濾波器來實(shí)現(xiàn)符號最佳采樣點(diǎn)處的采樣。圖1給出了現(xiàn)有技術(shù)方案框圖，定時(shí)同步需在兩倍符號率過采樣條件進(jìn)行工作，主要包括定時(shí)誤差提取器、環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩器(Numerically Controlled Oscillator，NCO)、插值濾波系數(shù)查找表、插值濾波器、匹配濾波器幾個(gè)部分組成。

1)定時(shí)誤差提取器

Gardner定時(shí)同步的關(guān)鍵在于定時(shí)誤差提取，其在兩倍符號速率過采樣下執(zhí)行，主要原理依據(jù)符號波形的對稱性。符號波形需要借助匹配濾波的作用才能保證較高的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，因此在定時(shí)誤差提取前需先將 ADC采樣后的序列插值成兩倍符號速率的序列，然后經(jīng)過兩倍符號速率下的匹配濾波，得到兩倍過采樣下的符號波形。通常而言，發(fā)送端的成型濾波器和接收端的匹配濾波器都為根升余弦濾波器，這樣匹配濾波之后的符號波形為升余弦波形。升余弦波形在符號最佳采樣時(shí)刻為峰值，而在其他符號最佳采樣時(shí)刻為零值，即在理想符號速率采樣下，符號間不會出現(xiàn)碼間串?dāng)_(Inter-Symbol Interference， ISI)。

如果存在采樣偏差時(shí)，僅憑符號峰值處的主采樣點(diǎn)z(n)無法判斷采樣點(diǎn)是提前還是滯后。不過，如果借助于兩倍過采樣下的次采樣點(diǎn)z(n-1/2)和z(n+1/2)，就可以判斷采樣偏差方向。Gardner定時(shí)誤差提取計(jì)算公式為

其中，代表取實(shí)部，*為復(fù)數(shù)取共扼運(yùn)算符。圖2以正實(shí)數(shù)符號(最佳采樣點(diǎn)為正實(shí)數(shù))為例，給出了不同情況下的采樣示意圖。當(dāng)無采樣偏差時(shí)，τ(n)＝0；當(dāng)采樣提前時(shí)，τ(n)0；當(dāng)采樣滯后時(shí)，τ(n)0。由于定時(shí)誤差提取對每個(gè)符號只計(jì)算一次，因此是在符號使能下工作。

2)環(huán)路濾波器