[发明专利]一种用于高速数字通信系统的位同步与滤波联合实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高速数字通信系统的位同步与滤波联合实现方法， 属于数字通信中的调制解调技术领域。

背景技术

在高速数字通信系统中，为了保证接收机所获得的信号相位不会因收发两 端时钟不同步而产生漂移，正确恢复发送的二进制码元序列，需要高效、精准 的位同步方法。然而，多数位同步方法往往具有较高的复杂度，且越是高性能 的方法运算量越大，进而限制了通信系统的工作速率，难以应用于高速场合， 这是通信系统中有效性与可靠性的矛盾体现。因此，需要寻找一种兼顾高效和 精确两项指标的位同步方法，应用于高速数字通信系统。

现有的诸多位同步技术通常包括时域和频域两大类。时域实现方法可以准 确估计出定时误差，实现效率高，采样率要求低，便于提取定时误差信息，但 在进行定时误差纠正时通常需要附加闭环反馈、环路滤波器、NCO和可控插值 滤波器等需要高运算量的数字处理环节，导致同步耗时较长。此外，相比于频 域方法，所有常见的时域定时同步单元，均相对独立于系统其他工作模块，不 利于资源和数据复用，在一定程度上限制了系统的规模和工作速率，难以应用 于对传输速率有较高要求的场合。频域位同步方法可以利用接收信号的频率响 应函数精确计算定时误差，但需要获得数据经滤波后完整的时域输出结果及其 频率响应函数，这就使得同步模块只能等待所有数据全部输出后，才能开始提 取定时信息，导致数据不能实时解调输出。同时，现有的系统并未能有效利用 资源，实现快速傅里叶变换(FFT)部分的数据和模块重用，致使系统工作效率较 低。

滤波器在通信系统中也是必不可少的功能模块之一，常用的功能包括选频 和成形两项，且在发射端和接收端均有使用。在数字通信系统中，通常采用FIR 滤波器完成相应的功能。由于使用了数字信号处理技术，滤波器所需要的运算 量也是相当庞大的。

由于位同步单元与滤波器都是需要大运算量的数字功能模块，现有解调系 统所使用的串行级联工作模式无疑耗时长久且存在较大的资源浪费，这正是系 统的最大不足之处。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有频域位同步技术不能实时解调输出、时域位 同步技术不利于资源和数据复用的问题，提出一种适用于高速数字通信系统的 位同步与滤波联合实现方法。

用于高速数字通信系统的位同步与滤波联合实现方法的设计思想为：通过 位同步模块与滤波器复用FFT单元及其输出数据的方式，即用一次FFT运算完 成接收端滤波和位同步两步操作，并辅以与上述方法匹配的数据分段方案，实 现高效、实时的数据输出，做到将位同步模块融入解调系统的滤波模块中，达 到大幅降低解调系统运算量，节省硬件资源的效果。

本发明所述的方法涉及滤波器和位同步模块的结构设计，故需要在发射机 和接收机两个部分完成相应的处理，且两部分的处理分别独立进行。

本发明所述方法在发射机部分的主要操作是对数据进行分段滤波处理，采 用一种无重叠分段法，其基本流程如图1所示。无重叠分段滤波的基本思想是 将一串很长的数据流分为若干段，分别利用FFT计算各段与滤波器系数的圆周 卷积，依次得到输出结果，然后将各段顺序相接，中间的拖尾数据没有任何的 重叠，串行送入后续单元。具体步骤如下：

步骤1.将待传输的二进制数据x(n)作P倍插零，P为任意偶数，然后每L 点切分为一段，最后一段数据不足L点的可补0，得到x₁，x₂，...x_m共m段数据。

步骤2.选择FIR滤波器，设其阶数为M，M为任意奇数，时域系数为h(n)， 频域系数为H(K)，且收、发两端所用的滤波器完全一致。令N＝L+2(M-1)且N 为2的整数次幂，分别计算步骤1所得m段数据x₁，x₂，...x_m的N点FFT得到 X₁(K)，X₂(K)，...，X_m(K)，并与滤波器的频域系数H(K)相乘得

X₁′(K)＝X₁(K)H(K)

X₂′(K)＝X₂(K)H(K)

                              (1)

……