一种串行高效通信时域O&M定时同步方法与流程

本发明涉及太赫兹毫米波通信领域，具体涉及一种通信位同步的串行高效时域o&m定时同步方法。

背景技术：

1、在软件无线电的领域里，信号经过信道时由于传输时延的存在以及收发端时钟偏移，都会造成接收到的信号产生偏差。信号接收端经过采样下变频处理后的数据是一串码元序列，只有调整接收端采样时钟使其与接收码元频率相位一致，才能在接收符号的最佳采样时刻对其进行采样判决。

2、位同步按有无数据辅助可分为数据辅助和非数据辅助两大类，后者不需要额外的辅助序列，相比于数据辅助的方法其频谱利用率更高，在工程中应用更广泛。非数据辅助位同步算法里比较有代表性的是gardner算法和o&m算法。o&m算法是oerderm和meyr h在1988年提出的利用平方律非线性变换对定时误差进行估计的一种算法。

3、但是，传统的o&m定时同步算法不满足高速率大带宽数据传输要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种串行高效通信时域o&m定时同步方法，可以从运算架构上压缩硬件逻辑资源的使用，在保证超高速调制速率传输的同时降低资源消耗，缩短定时同步时间。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种串行高效通信时域o&m定时同步方法，包括以下步骤：

4、步骤1，对信号进行采样，完成采样后数据的帧同步，对帧同步后的复数序列进行定时同步处理，得到复数定时同步序列；

5、步骤2，对复数定时同步序列进行i、q两路串行输入定时处理，每路均以二进制符号形式按位相乘并累计求和，得到平方值，然后将i、q两路得到的结果求和，得到接收信号模方；

6、步骤3，将信号包络值分别送入i、q两路，每路信号分别与相应的旋转因子wni和wnq相乘并求和，完成dft运算；

7、步骤4，利用信号dft运算后的实部和虚部，进行定时误差估计，计算出频域相位偏移量，即定时误差估计结果；

8、步骤5，依据定时误差估计结果进行环路滤波平滑，计算出定时同步时域延迟，对应到滤波器抽头位置用于后续处理；

9、步骤6，不同定时误差估计结果对应的滤波器系数存储在rom中，将步骤5输出的滤波器抽头位置作为rom索引地址，动态控制rom输出滤波器系数；

10、步骤7，将rom输出的滤波器系数输入到多相滤波器模块，完成采样信号定时误差补偿。

11、进一步地，步骤1的具体方式为，使用与fpga基带板卡相连的模数转换模块对信号进行采样，采样后的信号在基带板卡里完成帧同步，输出结果中包括从接收采样数据中提取出的导频序列，将该序列用于定时误差估计。

12、进一步地，步骤3的dft运算中，采用满足奈奎斯特采样定理的采样速率，信号为复数形式，dft运算表示为：

13、

14、其中，xk为接收信号模方；xm为xk的傅里叶变换，k为样本序号，l为符号累积长度，m为样本段号；i、q路的傅里叶变换旋转因子分别表示为wni＝im[e-j2kπ/n]和wnq＝re[e-j2kπ/n]；n为dft点数。

15、进一步地，步骤4中，xm的实部对应采样点模方与旋转因子wni的乘积，xm的虚部对应采样点模方与旋转因子wnq的乘积，符号累积长度为l，i、q两路分别进行串行处理；xm的实部、虚部分别表示为：

16、

17、

18、其中，re[xm]和im[xm]分别表示xm的实部和虚部，ik和qk分别为接收样本信号的实部和虚部；

19、dft运算由其接收信号的实部、虚部信号运算结果表示，l个符号的定时误差估计值为

20、

21、其中，误差估计值为ε的无偏估计。

22、进一步地，步骤5中，用于定时误差补偿的滤波器系数抽头位置的计算方式为

23、

24、其中，为定时误差估计值，fus为根生余弦滤波器符号上采样倍数。

25、进一步地，步骤7的具体方式为，将滤波器系数与信号样点在时域上进行卷积，滤波器采用多相结构设计，利用多相滤波器抽取和插值倍数的不同实现信号定时误差补偿，同时完成数据速率转换。

26、本发明的有益效果为：

27、1、在吉赫兹超大带宽、超高速调制解调系统下，传统的平方律定时同步算法不再适用。本发明采用iq路并行和符号非整数倍采样设计，在硬件采样速率受限下，既满足传输速率要求，又避免了符号运算点数过多的问题；开环的定时结构，相对于闭环结构具有定时同步时间短，算法实现简单等优点。

28、2、本发明解决了adc无法在符号最佳采样时刻采样的问题，提升了接收信号的信噪比。相比于现有算法，具有控制信号反馈的结构势必会增加同步所需时间，收敛速度变慢，不适用于突发信号的解调。本发明仅需提取部分接收数据的导频序列用于定时同步算法处理，满足了高速通信的实时性和高效性；iq路分别采用串行处理架构，在满足传输速率的同时也降低了硬件内部逻辑资源的使用，保证算法性能稳定。此外，本发明提出了一种新的误差校正方式，根据定时误差估计值和滤波器上采样倍数估计滤波器系数抽头位置，并在时域进行定时误差估计补偿，同时也省去了dft和idft模块，有效减少了硬件资源的占用，缩短了定时同步算法所需时间。

技术特征：

1.一种串行高效通信时域o&m定时同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种串行高效通信时域o&m定时同步方法，其特征在于，步骤1的具体方式为，使用与fpga基带板卡相连的模数转换模块对信号进行采样，采样后的信号在基带板卡里完成帧同步，输出结果中包括从接收采样数据中提取出的导频序列，将该序列用于定时误差估计。

3.根据权利要求2所述的一种串行高效通信时域o&m定时同步方法，其特征在于，步骤3的dft运算中，采用满足奈奎斯特采样定理的采样速率，信号为复数形式，dft运算表示为：

4.根据权利要求3所述的一种串行高效通信时域o&m定时同步方法，其特征在于，步骤4中，xm的实部对应采样点模方与旋转因子wni的乘积，xm的虚部对应采样点模方与旋转因子wnq的乘积，符号累积长度为l，i、q两路分别进行串行处理；xm的实部、虚部分别表示为：

5.根据权利要求4所述的一种串行高效通信时域o&m定时同步方法，其特征在于，步骤5中，用于定时误差补偿的滤波器系数抽头位置的计算方式为

6.根据权利要求5所述的一种串行高效通信时域o&m定时同步方法，其特征在于，步骤7的具体方式为，将滤波器系数与信号样点在时域上进行卷积，滤波器采用多相结构设计，利用多相滤波器抽取和插值倍数的不同实现信号定时误差补偿，同时完成数据速率转换。

技术总结
本发明公开了一种串行高效通信时域O&M定时同步方法，属于太赫兹毫米波高速通信领域。本方法使用ADC完成信号采样，数据捕获后提取复数序列到定时同步模块进行处理；计算该导频序列模方即包络幅值，将该结果分别送入IQ两路完成DFT运算；利用DFT运算后的实部和虚部，计算得到定时误差估计值；依据定时误差计算结果求出滤波器抽头位置，用来索引多相滤波器系数，多相滤波器在时域完成定时误差补偿和信号数据速率转换。本发明采用开环IQ两路并行和符号非整数倍采样设计，IQ各路串行处理样本数据，并在时域上进行定时误差补偿，避免DFT和IDFT运算的同时进一步降低了硬件资源的占用。

技术研发人员：王皓月,张金波,刘丽哲,乔健,巩乃成,张延洞,宋祥宇,张豪
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11