[发明专利]一种低采样率下的定时同步方法

说明书

本发明公开了一种低采样率下的定时同步方法，涉及无线通信接收机定时同步技术领域。针对现有技术方案对采样率有相对较高要求，在满足奈奎斯特无失真采样的较低采样率情况下可能引入明显失真，对于高达数GHz带宽的毫米波新兴通信存在较大挑战等问题。本发明将插值置于匹配滤波器内部，通过动态调整匹配滤波器的滤波系数来实现定时插值与匹配滤波的融合。其中，定时误差提取器、环路滤波器、NCO仍采用现在Gardner定时同步的基本结构。从实验结果可知，本发明由于将插值过程融合到匹配滤波当中，避免了插值滤波带来的失真，理论上可以工作在奈奎斯特最低采样率下，即采样率等于信号带宽；本发明避免了插值滤波带来的延时，节省了相应的乘法器资源。

技术领域

本发明属于无线通信领域接收机定时同步技术，尤其涉及一种适用于接收机低采样率情况下的定时同步方法。

背景技术

随着5G时代的到来，无线通信的应用将日益广泛，不仅涉及传统移动通信，也将在综合交通无线互联、物联网(Internet of Things,IoT)等新兴领域发挥巨大作用。由于无线通信收发基带都在数字域完成，接收机接收到信号下变频到基带之后，需要通过模数变换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)采样将信号离散化转至数字域。然而，由于ADC的非理想特性，且工作特性易受温度等外界因素影响，造成采样率与理想需求值出现一定偏差，即定时误差。

定时同步即针对采样过程中的定时误差，恢复出与接收符号同步的时钟信息。正确的时钟同步是无线通信接收端正确工作的基础，是影响系统误码率的重要因素，没有准确的定时同步算法，就不可能进行可靠的数据传输。实现定时同步的算法种类较多，可以分为模拟方式、半数字方式和全数字方式。其中，全数字方式是对ADC采样后的数字信号提取定时误差并进行补偿，过程相对简单，利于高速数字信号处理的实现且便于数字集成。

现有经典的全数字定时同步方案一般基于Gardner定时误差恢复算法实现，其根据改变重采样输入信号的方式，利用内插滤波器来实现符号最佳采样点处的采样。图1给出了现有技术方案框图，定时同步需在两倍符号率过采样条件进行工作，主要包括定时误差提取器、环路滤波器、数控振荡器(Numerically Controlled Oscillator，NCO)、插值滤波系数查找表、插值滤波器、匹配滤波器几个部分组成。

1)定时误差提取器

Gardner定时同步的关键在于定时误差提取，其在两倍符号速率过采样下执行，主要原理依据符号波形的对称性。符号波形需要借助匹配滤波的作用才能保证较高的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，因此在定时误差提取前需先将 ADC采样后的序列插值成两倍符号速率的序列，然后经过两倍符号速率下的匹配滤波，得到两倍过采样下的符号波形。通常而言，发送端的成型滤波器和接收端的匹配滤波器都为根升余弦滤波器，这样匹配滤波之后的符号波形为升余弦波形。升余弦波形在符号最佳采样时刻为峰值，而在其他符号最佳采样时刻为零值，即在理想符号速率采样下，符号间不会出现码间串扰(Inter-Symbol Interference， ISI)。

如果存在采样偏差时，仅凭符号峰值处的主采样点z(n)无法判断采样点是提前还是滞后。不过，如果借助于两倍过采样下的次采样点z(n-1/2)和z(n+1/2)，就可以判断采样偏差方向。Gardner定时误差提取计算公式为

其中，代表取实部，*为复数取共扼运算符。图2以正实数符号(最佳采样点为正实数)为例，给出了不同情况下的采样示意图。当无采样偏差时，τ(n)＝0；当采样提前时，τ(n)0；当采样滞后时，τ(n)0。由于定时误差提取对每个符号只计算一次，因此是在符号使能下工作。

2)环路滤波器