基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法及装置与流程

本发明涉及通信信号处理技术领域，特别涉及一种基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法及装置。

背景技术：

相关技术，在通信的数字接收机中，因接收机的采样时钟与发送端时钟相互独立，而为了在准确的抽样判决时刻输出解调码元，需利用定时同步算法估计出与发送码元周期一致的时钟，从而得到信号的最佳采样时刻值，因此定时同步是通信数字接收机最关键技术之一。

典型的定时同步方法有：早迟门、m&m、gardner等，然而典型的这几种定时同步算法都采用了反馈式跟踪环路结构，导致复杂度较高；同时这几种典型的定时同步算法需要依赖并消耗一定数量的有效信号来估计采样时间偏差，这使得这些算法在信息帧较少的突发通信应用中受到限制；当然有些应用中对此给出了一些解决方法，例如对发送信号扩频，在接收端对信号进行相关峰检测；或者在有效信号前端增加导频序列，然后进行辅助定时同步；再或者设计信号格式为子帧组合，关联子帧之间延迟关系预测采样时间偏差；以上解决方法固然可以完成突发通信过程的定时同步，但会带来新的问题如处理延时过大、带宽利用率过低、信息帧过长、系统复杂度过高等。

相关技术中，包括以下几种方法：(1)一种基于插值滤波的定时同步方法，可在低倍采样的条件下通过插值滤波和反馈控制得到高精度的定时同步信号，但采用了复杂的反馈控制环路，且需要依赖足够多的有效信号才能完成定时同步，实现复杂度高，不利于突发通信。(2)一种卫星通信突发定时同步系统，此方法可以准确定位出较少独特码突发的最佳采样位置，但需采用两级定时同步单元且包含两级缓存单元缓存突发信号，系统复杂度高且消耗系统内存和资源较大。(3)一种并行无数据辅助的gardner定时同步方法，适用于无线突发通信系统，但需要先将接收到的数据存储到ram或fifo中，消耗系统资源较大，且采用了闭环跟踪环路式的方法，处理延时大，系统复杂度高。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法，该方法实现原理结构简单，系统资源消耗低，定时同步处理延时小，定时同步性能高，通用性强就，简单易实现。

本发明的另一个目的在于提出一种基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法，包括以下步骤：检测信号的双边沿，其中，所述双边沿包括上升沿和下降沿；根据系统采样率、信号带宽和信号调制方式确定每个码元周期的采样点数；通过双边沿进行触发、计数器计数、比较器比较、计数器复位和判决最佳抽样点实现对接收信号的定时同步处理。

本发明实施例的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法，实现原理结构简单，不需要复杂的闭环跟踪、内插滤波等，系统实现复杂度低；系统资源消耗低，采用最基本的逻辑器件，如计数器、寄存器、比较器、加法器、与或非等就能完全实现；定时同步处理延时小，单个码元周期内输出最佳采样点；定时同步性能高，在码元周期内的采样点数达到一定数量时，定时同步输出的解调码元误码率接近理论值；通用性强，可以实现一定范围内任意码元速率信号的定时同步过程，而且不依赖于有效信号长度，在不增加其他开销的前提下能在突发通信中完成高可靠性的通信过程，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据系统采样率、信号带宽和信号调制方式确定每个码元周期的采样点数，进一步包括：如果相邻两个边沿之间的采样点数接近码元周期内的采样点数，则所述两个边沿的最中间的采样点为最佳采样点；如果所述相邻两个边沿之间的采样点数大于所述码元周期内的采样点数，且超出数量大于预设值，则所述两个边沿之间存在多个最佳采样点，根据所述最佳采样点靠近码元周期内中心点的原则，通过检测所述双边沿并与码所述元周期内采样点数比较，完成最佳采样点的抽取和判决。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：对所述双边沿的信号进行毛刺滤除。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对接收信号的定时同步处理，进一步包括：通过滤除部分毛刺后的上升沿和下降沿触发所述计数器计数；在计数到码元宽度的二分之一时，输出一个采样点，并等待下一个上升沿或下降沿、或所述计数器计数到码元周期内采样点数n时，将所述计数器复位后重新计数，直至提取出的采样点为信号的最佳抽样判决点，完成定时同步处理。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：当所述码元周期与实际码元周期存在偏差时，或发送码元在多个码元周期不发生跳变时，对相邻多个已完成的抽样判决点计算其间隔，并获取平均间隔；根据所述平均间隔预测获取预测抽样点，同时根据边沿检测得到边沿检测抽样点，并通过比较预测抽样点和边沿检测抽样点重新确定下一个抽样点的准确位置。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理装置，包括：检测模块，用于检测信号的双边沿，其中，所述双边沿包括上升沿和下降沿；确定模块，用于根据系统采样率、信号带宽和信号调制方式确定每个码元周期的采样点数；处理模块，用于通过双边沿进行触发、计数器计数、比较器比较、计数器复位和判决最佳抽样点实现对接收信号的定时同步处理。

本发明实施例的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理装置，实现原理结构简单，不需要复杂的闭环跟踪、内插滤波等，系统实现复杂度低；系统资源消耗低，采用最基本的逻辑器件，如计数器、寄存器、比较器、加法器、与或非等就能完全实现；定时同步处理延时小，单个码元周期内输出最佳采样点；定时同步性能高，在码元周期内的采样点数达到一定数量时，定时同步输出的解调码元误码率接近理论值；通用性强，可以实现一定范围内任意码元速率信号的定时同步过程，而且不依赖于有效信号长度，在不增加其他开销的前提下能在突发通信中完成高可靠性的通信过程，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所确定模块进一步用于在相邻两个边沿之间的采样点数接近码元周期内的采样点数时，所述两个边沿的最中间的采样点为最佳采样点，并在所述相邻两个边沿之间的采样点数大于所述码元周期内的采样点数，且超出数量大于预设值时，所述两个边沿之间存在多个最佳采样点，根据所述最佳采样点靠近码元周期内中心点的原则，通过检测所述双边沿并与码所述元周期内采样点数比较，完成最佳采样点的抽取和判决。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：滤除模块，用于对所述双边沿的信号进行毛刺滤除。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述处理模块进一步用于通过滤除部分毛刺后的上升沿和下降沿触发所述计数器计数，在计数到码元宽度的二分之一时，输出一个采样点，并等待下一个上升沿或下降沿、或所述计数器计数到码元周期内采样点数n时，将所述计数器复位后重新计数，直至提取出的采样点为信号的最佳抽样判决点，完成定时同步处理。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：计算模块，用于当所述码元周期与实际码元周期存在偏差时，或发送码元在多个码元周期不发生跳变时，对相邻多个已完成的抽样判决点计算其间隔，并获取平均间隔；比较模块，用于根据所述平均间隔预测获取预测抽样点，同时根据边沿检测得到边沿检测抽样点，并通过比较预测抽样点和边沿检测抽样点重新确定下一个抽样点的准确位置。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的进入定时同步的基带信号波形图；

图3为根据本发明一个实施例的检测信号的上升沿和下降沿的示意图；

图4为根据本发明一个实施例的通过滤波滤除毛刺前后波形图；

图5为根据本发明一个实施例的统计相邻抽样判决点平均间隔图；

图6为根据本发明一个实施例的信号处理流程图；

图7为根据本发明一个实施例的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法。

图1是本发明一个实施例的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法的流程图。

如图1所示，该基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法包括以下步骤：

在步骤s101中，检测信号的双边沿，其中，双边沿包括上升沿和下降沿。

在步骤s102中，根据系统采样率、信号带宽和信号调制方式确定每个码元周期的采样点数。

可以理解的是，本发明实施例根据系统采样率、信号带宽、信号调制方式等确定每个码元周期的采样点数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据系统采样率、信号带宽和信号调制方式确定每个码元周期的采样点数，进一步包括：如果相邻两个边沿之间的采样点数接近码元周期内的采样点数，则两个边沿的最中间的采样点为最佳采样点；如果相邻两个边沿之间的采样点数大于码元周期内的采样点数，且超出数量大于预设值，则两个边沿之间存在多个最佳采样点，根据最佳采样点靠近码元周期内中心点的原则，通过检测双边沿并与码元周期内采样点数比较，完成最佳采样点的抽取和判决。

具体而言，由通信系统原理可知，发送端发出的码元信号经过信道传输，到达接收端经过载波剥离后得到的基带信号具有升余弦特性，载波剥离后的基带信号即进入定时同步前的基带信号，其波形图如图2所示，在任一采样时刻只携带“0”或“1”两种信息。

首先根据系统采样率、信号调制方式、信号带宽等信息计算出码元周期内的采样点数，然后根据进入定时同步的基带信号特性，检测其上升沿和下降沿，若相邻两个边沿之间的采样点数接近码元周期内的采样点数，则此两个边沿最中间的采样点为最佳采样点；若相邻两个边沿之间的采样点数远远大于码元周期内的采样点数，则此两个边沿之间会存在多个最佳采样点，根据最佳采样点靠近码元周期内中心点的原则，通过检测双边沿并与码元周期内采样点数比较，完成最佳采样点的抽取和判决。

进一步地，在本发明的定时同步过程中，根据系统采样率、接收的信号样式、信号带宽等已知信息，计算出每个码元周期及周期内采样点数n，理想情况下，位于码元周期内的中间采样点，即第n/2个采样点，为信号最佳采样点，且每一个码元周期输出一个最佳采样点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的方法还包括：对双边沿的信号进行毛刺滤除。

可以理解的是，在实际通信过程中，由于噪声和干扰的存在，会对定时同步的准确性有一定的影响，例如，根据通信接收机接收的信号波形，检测出信号的上升沿和下降沿如图3所示，由于噪声和干扰的存在，使得信号的上升沿和下降沿之间会出现毛刺或者出现不需要的边沿。为了快速且准确的实现定时同步，本发明在实施过程中采用一种平滑滤波方法，可以滤除双边沿信号中的部分毛刺，滤波前后对比如图4所示。然后根据系统采样率、信号带宽、接收的信号样式等确定每个码元周期对应的采样点数n。

在步骤s103中，通过双边沿进行触发、计数器计数、比较器比较、计数器复位和判决最佳抽样点实现对接收信号的定时同步处理。

可以理解的是，本发明实施例通过双边沿进行触发、计数器计数、比较器比较、计数器复位、判决最佳抽样点等方法，实现对接收信号的定时同步处理。

进一步地，在本发明的一个实施例中，对接收信号的定时同步处理，进一步包括：通过滤除部分毛刺后的上升沿和下降沿触发计数器计数；在计数到码元宽度的二分之一时，输出一个采样点，并等待下一个上升沿或下降沿、或计数器计数到码元周期内采样点数n时，将计数器复位后重新计数，直至提取出的采样点为信号的最佳抽样判决点，完成定时同步处理。

可以理解的是，最后通过滤除部分毛刺后的上升沿和下降沿，去触发计数器计数，若计数到码元宽度的二分之一即n/2时，输出一个采样点；等待下一个上升沿或下降沿、或计数器计数到码元周期内采样点数n时将计数器复位后重新计数，如此依次提取出的采样点为信号的最佳抽样判决点，信号便完成定时同步处理。本发明实施例算法实现的一个重要原则是尽可能通过边沿检测、计数器控制等将最佳采样点控制在码元周期内的中间采样点附近。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的方法还包括：当码元周期与实际码元周期存在偏差时，或发送码元在多个码元周期不发生跳变时，对相邻多个已完成的抽样判决点计算其间隔，并获取平均间隔；根据平均间隔预测获取预测抽样点，同时根据边沿检测得到边沿检测抽样点，并通过比较预测抽样点和边沿检测抽样点重新确定下一个抽样点的准确位置。

可以理解的是，在本算法实现过程中，当根据信号体制及系统采样时钟计算的码元周期与实际码元周期存在一定偏差时，或发送码元在多个码元周期不发生跳变时，需对相邻几个已完成的抽样判决点计算其间隔，如图5所示，对其间隔进行统计求出平均间隔δt，如对相邻4个抽样判决点的间隔求平均，如下式所示：

则可以根据平均间隔预测出下一个抽样点的位置如下：

t′5＝4+δt(2)

同时根据边沿检测得到的下一个抽样点的位置t5″，然后通过比较预测抽样点t5′和边沿检测抽样点t5″，重新确定下一个抽样点的准确位置t5，从而可以减小无效边沿以及码元周期偏差所带来的对抽样判决的影响，从而提高定时同步性能。

在本发明的一个具体实施例中，如图6所示，包括以下步骤：

(1)当系统采样率大于信号带宽3倍时，则认为是一个过采样处理系统。然后可根据系统采样率、信号带宽、信号样式等已知信息，计算码元周期内的采样点数n。

(2)从接收到有效信号开始，检测信号的上升沿和下降沿。

(3)若发现检测的上升沿和下降沿之间出现不需要的边沿或毛刺，则需通过一个平滑滤波器对边沿之间的毛刺进行部分滤除。

(4)对滤除毛刺后的上升沿和下降沿信号，输入至寄存器，触发计数器开始计数，遵循计数器计数、触发及复位、比较器比较等规则，输出最佳抽样判决点。

(5)通过记录实际抽样判决输出的采样点，若实际抽样判决输出的码元周期与预算的码元周期之间存在偏差，则统计相邻的几个抽样判决点之间的平均间隔，从而预测出下一个抽样判决点的位置，同时也通过边沿检测机制计算下一个抽样判决点的位置，对这两个位置进行比较从而输出准确有效的下一个抽样判决点。

进一步地，本发明实施例具有以下优点：

(1)通过记录实际抽样判决输出的采样点，若实际抽样判决输出的码元周期与预算的码元周期之间存在偏差，则统计相邻的几个抽样判决点之间的平均间隔，从而预测出下一个抽样判决点的位置，同时也通过边沿检测机制计算下一个抽样判决点的位置，对这两个位置进行比较从而输出准确有效的下一个抽样判决点。

(2)从接收到有效信号开始，对信号进行上升沿和下降沿的检测，通过增加滤波器对边沿之间无效的毛刺进行部分滤除，以消除部分噪声和突发干扰对定时同步的影响。

(3)记录输出的抽样判决点，并比较实际输出码元周期与预算的码元周期是否一致，若存在偏差则通过统计相邻抽样判决点之间的平均间隔，预测下一个抽样判决点位置，并与边沿检测输出的下一个抽样判决定位置进行比较，从而输出准确的下一个抽样判决点，同样可以消除无效边沿的定时同步的干扰，提升定时同步性能。

(4)从接收信号到定时同步输出最佳采样点所需的延时低，除去硬件处理延时外，在单个码元周期内便能输出最佳采样点，不必消耗有效信号进行采样偏差的估计，所以特别适用于突发通信。

根据本发明实施例提出的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法，实现原理结构简单，不需要复杂的闭环跟踪、内插滤波等，系统实现复杂度低；系统资源消耗低，采用最基本的逻辑器件，如计数器、寄存器、比较器、加法器、与或非等就能完全实现；定时同步处理延时小，单个码元周期内输出最佳采样点；定时同步性能高，在码元周期内的采样点数达到一定数量时，定时同步输出的解调码元误码率接近理论值；通用性强，可以实现一定范围内任意码元速率信号的定时同步过程，而且不依赖于有效信号长度，在不增加其他开销的前提下能在突发通信中完成高可靠性的通信过程，简单易实现。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理装置。

图7是本发明一个实施例的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理装置的结构示意图。

如图7所示，该基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理装置10包括：检测模块100、确定模块200和处理模块300。

其中，检测模块100用于检测信号的双边沿，其中，双边沿包括上升沿和下降沿。确定模块200用于根据系统采样率、信号带宽和信号调制方式确定每个码元周期的采样点数。处理模块300用于通过双边沿进行触发、计数器计数、比较器比较、计数器复位和判决最佳抽样点实现对接收信号的定时同步处理。本发明实施例的装置10实现原理结构简单，系统资源消耗低，定时同步处理延时小，定时同步性能高，通用性强就，简单易实现。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所确定模块200进一步用于在相邻两个边沿之间的采样点数接近码元周期内的采样点数时，两个边沿的最中间的采样点为最佳采样点，并在相邻两个边沿之间的采样点数大于码元周期内的采样点数，且超出数量大于预设值时，两个边沿之间存在多个最佳采样点，根据最佳采样点靠近码元周期内中心点的原则，通过检测双边沿并与码元周期内采样点数比较，完成最佳采样点的抽取和判决。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10还包括：滤除模块。其中，滤除模块用于对双边沿的信号进行毛刺滤除。

进一步地，在本发明的一个实施例中，处理模块300进一步用于通过滤除部分毛刺后的上升沿和下降沿触发计数器计数，在计数到码元宽度的二分之一时，输出一个采样点，并等待下一个上升沿或下降沿、或计数器计数到码元周期内采样点数n时，将计数器复位后重新计数，直至提取出的采样点为信号的最佳抽样判决点，完成定时同步处理。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10还包括：计算模块。计算模块用于当码元周期与实际码元周期存在偏差时，或发送码元在多个码元周期不发生跳变时，对相邻多个已完成的抽样判决点计算其间隔，并获取平均间隔；比较模块，用于根据平均间隔预测获取预测抽样点，同时根据边沿检测得到边沿检测抽样点，并通过比较预测抽样点和边沿检测抽样点重新确定下一个抽样点的准确位置。

需要说明的是，前述对基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的基于双边沿检测的低复杂度定时同步处理装置，实现原理结构简单，不需要复杂的闭环跟踪、内插滤波等，系统实现复杂度低；系统资源消耗低，采用最基本的逻辑器件，如计数器、寄存器、比较器、加法器、与或非等就能完全实现；定时同步处理延时小，单个码元周期内输出最佳采样点；定时同步性能高，在码元周期内的采样点数达到一定数量时，定时同步输出的解调码元误码率接近理论值；通用性强，可以实现一定范围内任意码元速率信号的定时同步过程，而且不依赖于有效信号长度，在不增加其他开销的前提下能在突发通信中完成高可靠性的通信过程，简单易实现。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。