一种并行载波恢复方法、装置及终端设备与流程
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种并行载波恢复方法、装置及终端设备。
背景技术：
在现代数字通信系统中，对于常用的载波抑制调制技术如m元正交振幅调制(m-aryquadratureamplitudemodulation，m-qam)、m元移相键控(m-aryphase-shiftkeying，m-psk)等，一般采用相干解调以获得更好的误码性能。相干解调要求在接收端恢复相干载波，达到发送端和接收端的本振时钟同频同相，并且进行精确的补偿，这个使收发端载波完全同频同相的过程就是载波同步或者称为载波恢复。
太赫兹波(terahertz，1thz＝1012hz)泛指频率在0.1～10thz波段(对应波长为30～3000μm)范围内的电磁波，介于红外和微波之间。由于太赫兹波处在电磁波谱的特殊位置，使其自身包含丰富的光谱信息，且具有很好的光谱分辨特性，对很多介电材料与非极性液体具有良好的穿透性。因此，太赫兹波可以作为通信工具在烟雾、沙尘等恶劣环境下进行通信工作。太赫兹通信技术的性能好坏极大程度取决于通信基带链路的数据处理能力，因为只有高速的基带处理能力，才能将太赫兹频谱的优点进行充分的利用，而高速的基带处理能力前提就是具有高速的调制解调器，并通过调制解调器进行载波恢复算法。
而目前调制解调器的载波恢复算法容易出现载波偏差，载波偏差不仅会减少了信号功率，还会在同相正交分量之间引起交互干扰，导致载波恢复效果较差，从而影响调制解调器的性能，进而影响基带处理能力，最终导致太赫兹通信系统性能下降，甚至导致太赫兹通信系统无法通信。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供了一种并行载波恢复方法、系统及终端设备，以解决目前调制解调器的载波恢复算法容易出现载波偏差，影响调制解调器的性能，导致太赫兹通信系统性能下降的问题。
本发明的第一方面提供了一种并行载波恢复方法，包括：
将n路并行载波数据进行坐标变换，获取所述n路并行载波数据的极坐标数据；其中，n≥1且n为整数；
将所述极坐标数据输入鉴频鉴相器以获取各路并行载波数据的误差项；
将所述各路并行载波数据的误差项取平均值，得到并行载波数据的相位误差信号；
将所述相位误差信号输入环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，输出相位补偿后的同步载波数据。
本发明的第二方面提供了一种并行载波恢复装置，包括：
坐标变换模块，用于将n路并行载波数据进行坐标变换，获取所述n路并行载波数据的极坐标数据；其中，n≥1且n为整数；
鉴频鉴相模块，用于将所述极坐标数据输入鉴频鉴相器以获取各路并行载波数据的误差项；
误差计算模块，用于将所述各路并行载波数据的误差项取平均值，得到并行载波数据的相位误差信号；
同步模块，用于将所述相位误差信号输入环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，输出相位补偿后的同步载波数据。
本发明的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
将n路并行载波数据进行坐标变换，获取所述n路并行载波数据的极坐标数据；其中，n≥1且n为整数；
将所述极坐标数据输入鉴频鉴相器以获取各路并行载波数据的误差项；
将所述各路并行载波数据的误差项取平均值，得到并行载波数据的相位误差信号；
将所述相位误差信号输入环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，输出相位补偿后的同步载波数据。
本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
将n路并行载波数据进行坐标变换，获取所述n路并行载波数据的极坐标数据；其中，n≥1且n为整数；
将所述极坐标数据输入鉴频鉴相器以获取各路并行载波数据的误差项；
将所述各路并行载波数据的误差项取平均值，得到并行载波数据的相位误差信号；
将所述相位误差信号输入环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，输出相位补偿后的同步载波数据。
本发明提供的一种并行载波恢复方法、系统及终端设备，通过鉴频鉴相器捕获并行载波数据的频偏和相偏，并通过对多路并行载波数据的误差项取平均值以消除载波偏差，再通过环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，得到与n路并行载波数据频率一致且相位差为恒定值的同步载波数据，实现载波恢复，有效地解决了目前调制解调器的载波恢复算法容易出现载波偏差，影响调制解调器的性能，导致太赫兹通信系统性能下降的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种并行载波恢复方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施一提供的一种并行载波恢复方法的实现结构框架示意图
图3是本发明实施例二提供的对应实施例一步骤s104的实现流程示意图；
图4是本发明实施例三提供的一种并行载波恢复装置的结构示意图；
图5是本发明实施例四提供的对应实施例三中同步模块104的结构示意图；
图6是本发明实施例五提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供了一种并行载波恢复方法，应用于数字通信系统的调制解调器中，实现其载波恢复，上述并行载波恢复方法具体包括：
步骤s101：将n路并行载波数据进行坐标变换，获取所述n路并行载波数据的极坐标数据；其中，n≥1且n为整数。
在具体应用中，由于输入的n路并行载波数据是以直角坐标形式给出的，而在进行载波捕获、跟踪、滤波以及补偿等操作时是以n路并行载波数据的极坐标形式在星座图中实现的，以直观的表示信号以及信号之间的关系。因此，先将n路并行载波数据进行坐标变换，即将n路并行载波数据从直角坐标系变换到极坐标系，获取n路并行载波数据的极坐标数据。需要说明的是，星座图是指信号矢量端点的分布图。
在具体应用中，通过坐标旋转数字算法(coordinaterotationdigitalcomputer，cordic)将所述n路并行载波数据的直角坐标变换为极坐标，获取所述n路并行载波数据的极坐标数据。需要说明的是，cordic算法是通过角度旋转和移位相加实现直角坐标系和极坐标系进行转换的算法，其实现方法作为现有技术，在此不再加以赘述。
在一个实施例中，n＝8，8路并行载波数据通过cordic算法将其直角坐标变换到极坐标，以便进行后续对8路并行载波数据的载波捕获、跟踪、滤波以及补偿等操作。
步骤s102：将所述极坐标数据输入鉴频鉴相器以获取各路并行载波数据的误差项。
在具体应用中，对并行载波数据进行坐标变换后，得到并行载波数据的极坐标数据，将其输入具体鉴频鉴相功能的鉴频鉴相器中，以获取各路并行载波数据的误差项。
在具体应用中，通过鉴频鉴相器对并行载波数据进行频偏相偏估计，输出鉴相结果，并通过该鉴频鉴相器的鉴相器基于鉴相结果提取相位误差，获取到各路并行载波数据的误差项。
在具体应用中，为了增大载波恢复的频率跟踪范围，起到同步调频调相的作用，上述鉴频鉴相器通过pfd算法进行相位误差的提取，再提取相位误差后，基于相位误差获取各路并行载波数据的误差项。pfd算法通过检出载波相位的过零点，只将过零点后的pd检测值输出至环路滤波器，并且保持这个检测值到下个过零点的到来，具体为，对星座点设置一个窗口，如果信号落在窗口内，就认为该载波数据误差在零点附近，用pd算法提取相位误差，否则就保持上一次的检测值。
在一个实施例中，上述鉴频鉴相器的模型如下：
其中，ek为鉴频鉴相器输出的误差项，
在一个实施例中，为了使得上述基于pfd算法的鉴频鉴相器能够实现全相位载波同步，将现有的pfd算法的矩形窗鉴频器替换为环形窗鉴频器。需要说明的是，环形窗鉴频器可以使用现有的环形窗鉴频器来实现。
步骤s103：将所述各路并行载波数据的误差项取平均值，得到并行载波数据的相位误差信号。
在具体应用中，考虑到载波偏差的旋转补偿可以直接通过相位域减法来实现，因此采用并行数据输入的方式，再将输出的并行载波数据的误差项求取平均值，将该平均值作为鉴相结果(相位误差)，以消除载波偏差。
在具体应用中，上述将所述各路并行载波数据的误差项取平均值，得到并行载波数据的相位误差信号的模型如下：
其中，eavg为并行载波数据的相位误差，eki为第j路并行载波数据输出的误差项。
步骤s104：将所述相位误差信号输入环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，输出相位补偿后的同步载波数据。
在具体应用中，将相位误差输入环路滤波器中进行滤波后用于驱动数控振荡器工作，通过数控振荡器进行相位补偿后输出与n路并行载波数据的频率一致且相位差为恒定值的同步载波数据。
为了便于更清楚地解释本实施例提供的并行载波恢复方法，结合图2对本实施例提供的并行载波恢复方法的工作原理进行说明如下：
如图2所示，图2示出了本实施提供并行载波恢复方法的结构框图，在一个实施例中，将并行载波数据的同相(i)数据流和正交(q)数据流通过实现cordic算法的cprdic模块进行坐标转换后，得到同相(i)数据流和正交(q)数据流的极坐标，分别将同相(i)数据流和正交(q)数据流输入鉴频鉴相器(pfd)中，同相(i)数据流经过鉴频鉴相器的幅度比较器进行频偏捕获，再将捕获的频偏估计经由跟踪与保持放大器进行跟踪保持，正交(q)数据流通过加法器与数控振荡器反馈的同步载波数据进行相减后经由鉴频鉴相器的判决器进行相偏捕获，再将捕获的相偏估计经由跟踪与保持放大器进行跟踪保持，经由跟踪与保持放大器进行跟踪保持后输出8路并行载波数据的误差项，再通过8路平均计算单元计算8路并行载波数据的误差项取平均值，得到并行载波数据的相位误差信号。将并行载波数据的相位误差信号输入后续的环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，得到同步载波数据，再通过一个实现cordic算法的cprdic模块对同步载波数据进行坐标转换，得到同步载波数据的直角坐标数据，并输出同步载波数据的直角坐标数据。
在一个实施例中，上述并行载波恢复方法在步骤s101之前还包括：
步骤s105：对所述n路并行载波数据进行初始化操作，所述初始化操作包括匹配滤波、定时同步及信号均衡。
在具体应用中，对输入的载波数据进行初始化操作，通过带通滤波agc放大器进行放大后，并行加到载波恢复电路和相干数据检波器上，载波恢复电路再生了加到相干数据检波器的解调相干基准，相干数据检波器提取了同相(i)数据流和正交(q)数据流，将同相(i)数据流和正交(q)数据流经低通滤波进行匹配滤波后，送到相应的位同步插件和信号调节器(bssc)单元进行定时同步和信号均衡，该信号调节器单元通过提供串行数据和时钟输出能够恢复用于使数据流与符号时钟同步的相干符号时序。
本实施例提供的并行载波恢复方法，通过鉴频鉴相器捕获并行载波数据的频偏和相偏，并通过对多路并行载波数据的误差项取平均值以消除载波偏差，再通过环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，得到与n路并行载波数据频率一致且相位差为恒定值的同步载波数据，实现载波恢复，有效地解决了目前调制解调器的载波恢复算法容易出现载波偏差，影响调制解调器的性能，导致太赫兹通信系统性能下降的问题。
实施例二：
如图3所示，在本实施例中，实施例一中的步骤s104具体包括：
步骤s201：将所述相位误差输入环路滤波器，滤除所述相位误差的高频分量。
在具体应用中，环路滤波器是一个线性低通滤波器，用于滤除相位误差电压中的高频分量和噪声。常用的环路滤波器有rc积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比例积分滤波器。
步骤s202：将滤除高频分量后的相位误差输入数控振荡器进行相位补偿，获取与n路并行载波数据的频率一致且相位差为恒定值的同步载波数据。
在具体应用中，通过数控振荡器的低正交误差进行相位补偿，使得经过数控振荡器后输出的同步载波数据与输入的并行载波数据的频率一致，且相位差保持为恒定值。
步骤s203：对所述同步载波数据进行坐标转换，得到所述同步载波数据的直角坐标数据，并输出所述同步载波数据的直角坐标数据。
在具体应用中，通过坐标旋转数字算法(coordinaterotationdigitalcomputer，cordic)将同步载波数据的极坐标变换为直角坐标，获取同步载波数据的直角坐标数据并进行输出。需要说明的是，cordic算法是通过角度旋转和移位相加实现直角坐标系和极坐标系进行转换的算法，其实现方法作为现有技术，在此不再加以赘述。
实施例三：
如图4所示，本实施例提供一种并行载波恢复装置100，用于执行实施例一中的方法步骤，其包括坐标变换模块110、鉴频鉴相模块120、误差计算模块130以及同步模块140。
坐标变换模块110用于将n路并行载波数据进行坐标变换，获取所述n路并行载波数据的极坐标数据；其中，n≥1且n为整数。
鉴频鉴相模块120用于将所述极坐标数据输入鉴频鉴相器以获取各路并行载波数据的误差项。
误差计算模块130用于将所述各路并行载波数据的误差项取平均值，得到并行载波数据的相位误差信号。
同步模块140用于将所述相位误差信号输入环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，输出相位补偿后的同步载波数据。
在一个实施例中，上述并行载波恢复装置还包括初始化模块。
上述初始化模块用于对所述n路并行载波数据进行初始化操作，所述初始化操作包括匹配滤波、定时同步及信号均衡。
需要说明的是，本发明实施例提供的并行载波恢复装置，由于与本发明图1所示方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明图1所示方法实施例相同，具体内容可参见本发明图1所示方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
因此，本实施例提供的一种并行载波恢复装置，同样能够通过鉴频鉴相器捕获并行载波数据的频偏和相偏，并通过对多路并行载波数据的误差项取平均值以消除载波偏差，再通过环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，得到与n路并行载波数据频率一致且相位差为恒定值的同步载波数据，实现载波恢复，有效地解决了目前调制解调器的载波恢复算法容易出现载波偏差，影响调制解调器的性能，导致太赫兹通信系统性能下降的问题。
实施例四：
如图5所示，在本实施例中，实施例四中的同步模块104包括用于执行图3所对应的实施例中的方法步骤的结构，其包括滤波单元201、补偿单元202、输出单元203。
滤波单元201用于将所述相位误差输入环路滤波器，滤除所述相位误差的高频分量。
补偿单元202用于将滤除高频分量后的相位误差输入数控振荡器进行相位补偿，获取与n路并行载波数据的频率一致且相位差为恒定值的同步载波数据。
输出单元203用于对所述同步载波数据进行坐标转换，得到所述同步载波数据的直角坐标数据，并输出所述同步载波数据的直角坐标数据。
实施例五：
图6是本发明实施例五提供的终端设备的示意图。如图6所示，该实施例的终端设备6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62，例如程序。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个图片处理方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s101至s104。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述系统实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示模块101至104的功能。
示例性的，所述计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器60执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序62在所述终端设备6中的执行过程。例如，所述计算机程序62可以被坐标变换模块、鉴频鉴相模块、误差计算模块以及同步模块，各模块具体功能如下：
坐标变换模块，用于将n路并行载波数据进行坐标变换，获取所述n路并行载波数据的极坐标数据；其中，n≥1且n为整数；
鉴频鉴相模块，用于将所述极坐标数据输入鉴频鉴相器以获取各路并行载波数据的误差项；
误差计算模块，用于将所述各路并行载波数据的误差项取平均值，得到并行载波数据的相位误差信号；
同步模块，用于将所述相位误差信号输入环路滤波器和数控振荡器进行相位补偿，输出相位补偿后的同步载波数据。
所述终端设备6可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端管理服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是终端设备6的示例，并不构成对终端设备6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器60可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器61可以是所述终端设备6的内部存储单元，例如终端设备6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述终端设备6的外部存储设备，例如所述终端设备6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述终端设备6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述无线终端中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述设置为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，设置为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并设置为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或系统、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！