[發明專利]基于Gardner算法的變符號速率定時恢復方法及系統

有效

• 申請號: 202011349977.6
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN113162713B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 羅義軍;吳澤琨;李勁;于天堯;黃偉;覃語豪;胡忠錢
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04L27/26
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提出一種基于Gardner算法的變符號速率定時恢復方法，基于定時恢復系統實現變符號速率定時恢復，在定時恢復系統中設置內插估值器，對信號接收機收到的中頻信號進行下變頻與濾波處理，得到基帶I,Q信號；利用內插估值器產生的抽樣判決條件，對基帶I,Q信號進行內插；在內插估值器產生的峰值時刻與過渡值時刻觸發下，使用Gardner算法模塊得到定時誤差；將定時誤差進行環路濾波，利用內插估值器更新抽樣判決條件和內插估值器產生的峰值時刻與過渡值時刻。本發明在傳統Gardner定時誤差檢測基礎上進行改進，解決通信中的接收端符號速率和采樣速率不匹配的問題，實現在采樣速率不變的情況下，對任意符號速率的信號均可獲取準確采樣時鐘的定時恢復。

技術領域

本發明屬于信號解調技術領域，特別涉及一種基于Gardner誤差檢驗算法改進，在任意符號速率情況下可獲取準確采樣時鐘的定時恢復方案。

背景技術

現代通信早已全面進入數字時代，數字通信系統發展迅猛，數字通信系統是指利用數字信號來傳輸信息的系統。數字通信系統一般的模型為信源發送信息，經由編碼器，后由調制器將發射信號頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸的帶通信號，通過信道發射出去，然后在接收端需要解調器對調制信號進行解調，然后經過譯碼器到達需要接收信息的信宿部分。

定時恢復是根據數字時隙的周期性，從收到的數字信號中導出周期性定時信號的過程，其目的是產生和符號率相匹配的本地時鐘，獲得最佳采樣點。定時同步一般有兩種方法，一種是外同步方法，外同步方法是由發送端發送專門的同步信息(即導頻)，然后接收端把導頻提取出來作為同步信號。該方法應用范圍較窄，而且需要付出一定的頻帶和信號功率，從經濟、抗干擾性等方面考慮都不理想；另一種方法是自同步方法，自同步方法的優點在于它不需要估計發送和接收信號間的相對延遲，并克服了外同步方法中的缺點，不占用額外的發射功率和信道帶寬，采用數字信號處理的方式，從接收到的數據信號中提取時鐘信號。另一方面，自同步方法將全部的發送功率和傳輸頻帶都分配給數據傳輸，提高了系統利用率，所以一般情況下自同步方法都是通信系統設計的首選。在實際的應用場景中由于發射端和接收端所使用的晶振頻率不能保證完全相同，以及移動臺移動過程中引起的多普勒效應，都有可能會造成發射端和接收端之間的載波頻率偏移。

Gardner算法是一種經典的定時誤差檢測算法，其只需要以兩倍的符號速率采樣，即每個符號2個采樣點提取定時誤差信息。Gardner算法易于實施，且不受載波相位影響，在符號定時恢復中廣泛采用。但是在數字通信中，符號速率與采樣速率不可能每次都是整數倍的關系，并且在實際的工作系統中，采樣速率往往是不易改變的，但是符號速率卻是經常變化的，傳統的Gardner定時誤差檢測算法難以滿足需求。

本發明以Gardner算法為基礎，利用Gardner算法產生的定時誤差對定時脈沖進行調整并輸出正確值，以QPSK為例，說明實現可變符號速率的Gardner定時恢復改進算法。但該發明并不僅限于QPSK解調的應用，而是可用于其他相關ASK，PSK，BSK的數字解調的定時同步過程中。

發明內容

本發明的目的在于在傳統的Gardner定時誤差檢測基礎上，實現可變符號速率的Gardner定時恢復改進方案。

為了實現上述目的，本發明提出一種基于Gardner算法的變符號速率定時恢復方法，基于定時恢復系統實現變符號速率定時恢復，所述定時恢復系統中包含有依次連接的信號接收機、立方插值器、Gardner定時誤差檢測模塊和環路濾波器，在定時恢復系統中設置內插估值器，執行包括以下步驟，

步驟1、對信號接收機收到的中頻信號進行下變頻與濾波處理，得到基帶I,Q信號；

步驟2、利用內插估值器產生的抽樣判決條件，對基帶I,Q信號進行內插，得到內插后的基帶I,Q信號；

步驟3、基于步驟2所得內插后的基帶I,Q信號，在內插估值器產生的峰值時刻與過渡值時刻觸發下，使用Gardner算法模塊得到定時誤差；