[发明专利]一种用于太赫兹通信的位定时同步实现方法

说明书

本发明公开的一种用于太赫兹通信的位定时同步实现方法，属于通信信号处理领域。本发明发送端在基带信号频谱第一个零点处插入低功率单音导频，通过DAC转换为模拟信号后与本振信号混频至太赫兹频段发送；接收端利用载波同步方法复制太赫兹载波与接收的信号进行第一次模拟混频，实现载波剥离后与本振信号进行第二次模拟正交混频，低通滤波器得到滤除高频后的I,Q两路信号，通过低采样率ADC进行采样，将采样后的数字信号合成复数信号进行快速傅里叶变换，通过观察复数信号谱峰，得到频率偏移量和相位偏移量的估计值，通过估计值对高速ADC采样时钟的频率和相位进行补偿，实现位定时同步。本发明能够降低信号处理运算量，降低硬件电路设计与实现的复杂度。

技术领域

本发明涉及一种用于太赫兹通信的位定时同步实现方法，属于通信信号处理领域。

背景技术

太赫兹(THz)波是电磁频率在0.1～10THz(波长在30μm～3mm)之间的电磁波波段，介于微波与远红外光之间，位置处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，是最后一个尚未完全认知和利用的频段。太赫兹通信则是使用太赫兹波作为信息载体进行的通信，集成了微波通信与光通信的优点，同时相比较两种现有通信手段，太赫兹通信表现出一些特有的优良性质，首先，太赫兹的频段比微波通信要高出1～4个数量级，这也就意味着它可以承载更大的信息量，轻松解决目前战场信息传输受制于带宽的问题，传输速率可达数十Gbps能满足大数据传输速率的通信要求。其次，太赫兹波束更窄,具有极高的方向性、更好的保密性、较强抗干扰和云雾及伪装物穿透能力，可以在大风、沙尘以及浓烟等恶劣的战场环境下以极高的带宽进行定向、高保密甚至明码军事通信。因此，太赫兹空间通信是未来空间通信的主要技术途径。

在太赫兹无线通信中，由于相对运动产生的多普勒效应和收发端时钟存在的固定偏差，信号发送端与接收端存在着频率偏移和相位偏差，影响了信号的正常传输。为了消除频率偏移和相位偏差对信号传输造成的影响，使收发端的时钟信号同频同相，接收端须从收到的码流中提取发送端的时钟信号进行数字信号处理进而控制接收端时钟实现位同步，以保证接收端能正确地接收和判决发送端送来的每一个码元。由于太赫兹通信的信息速率高达数十Gbps，根据奈奎斯特采样定律，如果要进行数字信号处理，需采样率为数十GHz的模数转换器ADC对其进行采样。而高速模数转换器ADC和大带宽滤波器的实现复杂度高，硬件开销过大，难以在工程应用中实现，所以合理的降低采样率，在低速率、低带宽下处理太赫兹信号是目前亟待解决的问题。

1993年Floyd M.Gardner(“Interpolator in Digital Modems-Part Ⅰ:Fundamentals”,IEEE Transaction On Communications,1993,41(3):501-507)用插值法给出了数字调制解调器的时间调整基本原理，介绍了基于数控振荡器(NCO)的控制方法，并对插值器的信号处理特征进行了概述，提出了Gardner算法。Gardner算法能较好地解决基带信号频率与本地时钟频率不同步的问题。1993年Lars Erup和Floyd M.Gardner(“Interpolator in Digital Modems-PartⅡ:Implementation and Performance”,IEEETransaction On Communications,1993,41(6):998-1008)研究了基于多项式滤波器的使用方法，提出了farrow插值滤波器的结构，并对其性能进较为详细的分析。

现有技术中太赫兹通信中的位定时同步实现方法存在下述缺陷：实现过程较为复杂，且对于传输速率高达数十Gbps的太赫兹通信系统位定时同步算法的实现存在计算量过大、资源消耗严重等特点，不适用于高速太赫兹通信系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明公开的一种用于太赫兹通信的位定时同步实现方法：在太赫兹通信中通过频域插入单音导频来实现位定时同步；由于导频信号带宽相对于数据信号带宽较小，故能够用低速模数转换器对基带信号采样，转换为低速数字信号进行处理，降低信号处理运算量，从而降低硬件电路设计与实现的复杂度。