[發明專利]一種數字通信數傳系統的位同步方法

在審

• 申請號: 202111163233.X
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113765649A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 陳華
• 申請（專利權）人: 陜西長嶺電子科技有限責任公司
• 主分類號: H04L7/00
• 分類號: H04L7/00;H04L7/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種數字通信數傳系統的位同步方法，主要解決現有方法中同步建立時間長、占用資源多的問題。其方案是：選一個偽隨機序列對送入發送端的數據信息進行白噪化；取接收端基帶信號的符號位，再檢測該符號位的沿跳變；設計2個模10計數器，作為一主一輔；在初始狀態時兩個計數器均保持復位狀態；在沿跳變時主/輔計數器乒乓切換身份工作，主計數器循環計數產生位同步時鐘信號，輔計數器復位并保持復位狀態；抽樣判決器始終用主計數器產生的位同步時鐘信號對接收端的基帶信號符號位進行抽樣判決，恢復數據信息。本發明在一個碼元時間內可實現位同步，獲取位同步時鐘信號實時性強，減少了硬件資源占用，可用于通信數傳、電子導航。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，特別涉及一種位同步方法，可用于數字通信數傳、電子導航。

背景技術

在數字通信數傳系統中，發送端按碼元速率依次發送數據，接收端的位同步功能模塊產生一個重復頻率與碼元速率相同、相位與最佳抽樣時刻一致的位同步時鐘信號，最佳抽樣時刻處于每個碼元的中心點，是眼圖的最大值，此刻進行抽樣判決可避免數據誤碼，實現對數據的正確采樣及恢復，位同步即是捕獲并跟蹤碼元的最佳抽樣時刻。

數據碼元序列是不歸零的隨機二進制信號，它自身不含同步信息。現有實現位同步的方法有插入導頻法和直接提取法。

插入導頻法，是發送端在基帶信號頻譜的零點處插入所需的位定時導頻信號。這種方法建立同步的時間快，但占用了通信系統的頻率資源和功率資源，且易被監聽截獲。

直接提取法，是在發送端不專門插入導頻信號，而直接從接收的基帶信號中提取位同步信號，它包括濾波法、最大平均功率法、數字內插值法、數字鎖相環法；其中的數字鎖相環法性價比最優故而最為常用，例如Gardner算法，這種方法雖然節省了通信系統占用的頻率資源和功率資源，但又存在以下兩方面的問題：

一.建立同步的時間較長

在接收基帶信號時，為在準確判決時刻對接收碼元進行判決，必須得知接收碼元的準確起止時刻。發送端的時鐘對接收端的信號采樣,因接收端與發送端存在相位差，Gardner算法的鎖相環路采用“超前-滯后”算法，對這個相位差進行多個周期地不斷調整，使位同步時鐘信號與最佳抽樣時刻不斷接近，才能建立同步，導致建立同步時間長。

實際應用中的多普勒頻移會導致碼元位寬τ產生變化：當多普勒頻移為正時，則接收信號的頻率高于本地載波頻率，碼元位寬的實際值τ'變窄；當多普勒頻移為負時，則接收信號的頻率低于本地載波頻率，碼元位寬的實際值τ'變寬。當數據中連續的碼元數目k越多時，比如數據出現連續碼元“0”或連續碼元“1”，則收發兩端的頻率偏差持續累積，連續碼元長度實際值kτ'與理論值kτ的偏差越大，使得接收端位同步時鐘信號的相位也隨之偏離了最佳抽樣時刻：當kτ'-kτ＜0時，位同步時鐘信號的相位持續超前于最佳抽樣時刻；當kτ'-kτ＞0時，位同步時鐘信號的相位持續滯后于最佳抽樣時刻，在接收端位同步時鐘信號與最佳抽樣時刻之間形成相位誤差。若連續碼元的數目較多，這種相位誤差在不斷累積后容易造成鎖相環路失鎖失步，這是該環路固有的不穩定因素，且在失步后需重新建立同步，因而耗時長。

二.計算量大，硬件資源多且容易誤碼

數字鎖相環是一種反饋環路，主要包括濾波器、定時誤差檢測器、數控振蕩器NCO模塊，必然會使用乘法加法的數學運算以及多級寄存器，運算量較大、處理時延較長、耗硬件資源多。且在接收端位同步時鐘信號與最佳抽樣時刻之間的相位誤差不斷累積到超出半個碼元位寬時，對基帶信號進行抽樣判決時將會分別出現多采樣或者漏采樣的問題，導致解調數據誤碼。

以上兩方面的不足將導致在數據傳輸速率較高、帶寬較大時，不能快速有效地提取位同步信號以解調數據碼元。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種數字通信數傳系統位同步的方法，以降低誤碼率，減少同步建立時間，快速有效地提取位同步信號以解調數據碼元。