[发明专利]一种基于Gardner算法的高速零中频IQ延时补偿系统

说明书

本发明公开了一种基于Gardner算法的高速零中频IQ延时补偿系统，包括变速率插值滤波器、匹配滤波器、IQ延时误差提取模块、一阶环路滤波器、定时同步误差提取模块、二阶环路滤波器和数字振荡器；本发明可适用于窄带信号、宽带信号、超宽带信号的接收，符号速率范围宽，应用范围广；IQ延时校正精度可达到1/2048个符号延时，对于符号率为1Gsps的信号，IQ延时估计精度为0.5ps；IQ延时校正精度高，校正效率高。

技术领域

本发明涉及接收机信号补偿术领域，特别涉及一种基于Gardner算法的高速零中频IQ延时补偿系统。

背景技术

常用的通信接收机有数字中频接收机和零中频接收机两种。在数字中频接收机中，射频前端完成射频信号的滤波、放大的处理，再变频到中频信号，中频信号经过模拟带通滤波器后进入A/D转换器进行采样，送入FPGA进行数字正交下变频还原出正交I/Q基带信号，最后进行解调和译码的工作。在零中频接收机中，射频前端完成射频信号的滤波、放大的处理，然后进行模拟正交下变频得到正交I/Q基带信号，基带信号经过模拟低通滤波器后进入A/D转换器进行采样，送入FPGA进行解调和译码的工作。

零中频接收机相对于数字中频接收机有如下优点：

(1)零中频接收机中省去了模拟中频处理单元，有效降低收发器件的成本和面积；

(2)零中频接收机采用低通滤波器来完成滤波处理，相比较数字中频接收机的带通滤波器，低通滤波器更容易设计与实现，特别是对于500M符号率以上的超宽带接收；

(3)零中频接收机对于A/D采样率的要求可以大大降低，在大幅减少基带数字信号处理量的同时，可规避高性能高速A/D器件无法购买的问题。

对于激光通信，单波束传输速率达到10Gbps，符号率达到2Gsps,零中频接收机是相对较优的解决方案。但零中频接收机有自身特有的技术难题需要解决，如本振泄露、直流偏置、IQ不匹配等问题。其中I/Q不匹配包括相位不匹配、增益不匹配、延时不匹配。对于本振泄露、直流偏置、IQ相位不匹配、IQ增益不匹配的补偿算法已进行广泛的研究，但对于IQ延时不匹配的补偿算法研究较少。目前对于模拟器件，延时精度可保证在1ns，对于10M符号率的信号，符号间隔为100ns，IQ延时的影响可忽略；对于2G符号率的信号，符号间隔为0.5ns，IQ延时影响会导致接收机无法工作。

对于超高速零中频接收机，IQ正交信号经过不同的模拟器件会引入IQ延时不匹配，如何补偿IQ延时不匹配，这是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于Gardner算法的高速零中频IQ延时补偿系统，包括变速率插值滤波器、匹配滤波器、IQ延时误差提取模块、一阶环路滤波器、定时同步误差提取模块、二阶环路滤波器和数字振荡器；变速率插值滤波器输出端与匹配滤波器输入端连接，匹配滤波器输出端分别与IQ延时误差提取模块输入端和定时同步误差提取模块输入端连接，IQ延时误差提取模块输出端与一阶环路滤波器输入端连接，一阶环路滤波器输出端与变速率插值滤波器输入端连接，定时同步误差提取模块输出端与二阶环路滤波器输入端连接，二阶环路滤波器输出端与数字振荡器输入端连接，数字振荡器输出端与变速率插值滤波器输入端连接；

变速率插值滤波器采用多相滤波结构，用于变速率抽取恢复符号和IQ延时校正。

匹配滤波器采用根升余弦滤波器，用于对插值后的信号进行低通滤波，并和发送端的成型滤波器合成升余弦滤波器。

IQ延时误差提取模块采用自适应更新算法提取IQ两路的延时差。

一阶环路滤波器用于对IQ延时误差提取模块提取的IQ两路的延时差信号进行平滑。

定时同步误差提取模块采用Gardner算法对信号采样误差提取。