专利名称：一种数字通信系统中的联合滤波与定时同步实现方法
技术领域：
本发明涉及数字通信中的调制解调技术领域，尤其是涉及一种数字通信中的联合滤波与定时同步实现方法。
背景技术：
随着新的卫星业务的增长和需要处理海量信息的新型高分辨率遥感器的发展，新型地球观测卫星、数据中继卫星、空间通信网络节点卫星及新一代通信卫星等所要达到的数据传输速率越来越高，需要实时处理及传输几百Mbps甚至几(ibps及以上的高速海量数据。为此，各国的航天研究机构纷纷开展600Mbps以上的空间高速数据传输技术的研究。例如，美国地球之眼公司研制的GeoEye-I遥感卫星，其采集的图像数据可以实时下传给地面站，数据传输速率为740Mbps。美国数字地球公司研制的下一代WorldView-I遥感卫星，其实时图像数据传输速率达800Mbps。法国正在研制的光学遥感卫星Pleiades (昴宿星)，其星载光学相机的下行图像数据传输速率将达620Mbps。通信卫星方面，日本研制的吉比特级通信卫星——“超高速因特网卫星”(WINDS)，速率可达1.2(ibpS。美国空军的宽带全球卫星通信卫星(WGQ系统，它是美国国防卫星通信系统-3(DSCS-;3)的后继卫星，能够提供 4. 875GHz的瞬时转换带宽，依靠地面终端、数据速率和调制方案，系统能够为作战用户提供从1. 2Gbps到超过3. 6Gbps的通信容量。在如此之高的信息传输速率下，解调器的设计与研制将变得非常困难。若采用模拟解调方案，由于载波频率很高，模拟器件的指标很难达到要求；而采用数字解调方案，则可以充分利用数字信号处理技术，来实现滤波、同步等算法，并可以对系统进行灵活的配置。因此对于高速通信系统，采用数字解调方案更合适。在高速通信系统中，传输符号速率高达几百兆，在进行模数(AD)采样时，采样率满足奈奎斯特采样定理，一般为符号速率的2 4倍，这已经远高于常用数字处理器的工作时钟频率，因此在接收端需要对经AD采样后的数据进行多路并行处理。在高速数字解调器中，滤波是运算量最大的环节，因此高速解调器设计的主要任务就是以低的复杂度实现数字滤波器的并行结构设计。现有技术中数字滤波器的并行实现结构主要有两种时域并行结构和频域并行结构。时域并行结构基于多相滤波器，将滤波器的时域系数分成若干组，构成数字块滤波器，从而完成并行滤波运算，当滤波器的系数为常数时，采用经典符号数(Canonic Signed-Digital, CSD)方法分解，将乘法运算用加法来实现，以减少算法的复杂度。但这种结构的计算复杂度非常大，与并行的路数成正比。频域并行结构则利用FFT(快速傅里叶变换)来实现线性卷积运算，因而可以减少运算量，降低硬件实现时所用的资源。但与时域并行结构相比，该结构并不能减少输出的并行路数，当传输符号速率很高时，实现复杂度还是很大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种数字通信中的联合滤波与定时同步实现方法，以减少滤波器的输出并行路数，降低实现时的复杂度，提高传输速率。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种数字通信中的联合滤波与定时同步的实现方法，包括下述具体步骤(1)、选择快速傅里叶变换的长度若滤波器的长度为L，输入数据的并行路数为M，则将快速傅里叶变换的长度N取为大于或等于L+M-1且为2的整数次幂；O)、频域滤波按照重叠保留法对输入数据进行分组，各个分组先经快速傅里叶变换变换到频域，再在频域与滤波器的频域系数相乘，完成频域滤波；(3)、频域定时误差补偿根据定时误差检测模块检测出的定时误差，对滤波后的频域数据进行相位旋转， 在频域完成定时误差补偿，再对完成补偿的数据做快速傅里叶逆变换变换到时域，输出的时域数据中即包含最佳采样时刻的值；(4)、定时误差计算及滤波与定时同步后数据输出将快速傅里叶逆变换之后的时域数据送入定时误差计算模块，该模块采用 Gardner算法，将定时误差计算模块的输出反馈回频域，完成频域定时误差补偿，由于快速傅里叶变换之后的时域数据中包含最佳采样点的值，将其输出，该数据即是完成滤波与定时同步后的输出数据。所述步骤O)的实现方法如下(21)对于采用模拟正交下变频的系统，直接对采样信号进行分段处理，对于中频直接采样的系统，先对采样信号进行数字下变频，本地数控振荡器的频率取为= (2k+l) fs/4，fs为AD采样率，选择k使得最接近中频载波频率f。，若AD采样后的信号为a (η)， 则数字下变频后的信号χ (η)为X (n) = a (η) exp (-j2 π nf^f,) = a (η) exp [-j π η (2k+l) /2](22)对输入数据进行分段，每一段数据中包含N个数据，其中前L-I个数据是前一段的后L-I个数据，后Ν-L+l个数据是新输入的数据，当调整使得定时误差的小数因子 > 0.5时，则将S减1，且将输入数据分段时的采样点往后移一个点，当调整使得S < -0.5时， 则将^加1，且将输入数据分段时的采样点往前移一个点；(23)对分段后的数据做快速傅里叶变换，得到对应的频域数据，快速傅里叶变换中与常系数的复乘运算用加法来实现；(24)对于采用模拟正交下变频的系统，在滤波器的L个系数Ill后补0至N点，并对其做快速傅里叶变换，得到滤波器的频域系数，对于采用中频直接采样的系统，需要先对滤波器的系数h进行如下处理h‘ ！ = hxexp [j2 π 1 (^f1) /fs] 0 彡 1 < L然后再在h' i后补0至N点，并对其做快速傅里叶变换，得到滤波器的频域系数；(25)将频域数据与滤波器的频域系数对应相乘，得到频域滤波后的数据。所述步骤(3)的实现方法如下(31)根据定时误差检测模块给出的小数部分定时误差，对频域滤波后的数据进行相位旋转，在频域对定时误差进行纠正，具体方法为
权利要求
1.一种数字通信系统中的联合滤波与定时同步实现方法，其特征在于，包括下述具体步骤(1)、选择快速傅里叶变换的长度若滤波器的长度为L，输入数据的并行路数为M，则将快速傅里叶变换的长度N取为大于或等于L+M-1且为2的整数次幂；O)、频域滤波按照重叠保留法对输入数据进行分组，各个分组先经快速傅里叶变换变换到频域，再在频域与滤波器的频域系数相乘，完成频域滤波；(3)、频域定时误差补偿根据定时误差检测模块检测出的定时误差，对滤波后的频域数据进行相位旋转，在频域完成定时误差补偿，再对完成补偿的数据做快速傅里叶逆变换变换到时域，输出的时域数据中即包含最佳采样时刻的值；(4)、定时误差计算及滤波与定时同步后数据输出将快速傅里叶逆变换之后的时域数据送入定时误差计算模块，该模块采用Gardner算法，将定时误差计算模块的输出反馈回频域，完成频域定时误差补偿，由于快速傅里叶变换之后的时域数据中包含最佳采样点的值，将其输出，该数据即是完成滤波与定时同步后的输出数据。
2.根据权利要求1所述的数字通信系统中的联合滤波与定时同步实现方法，其特征在于，所述步骤( 包括下述步骤(21)、对于采用模拟正交下变频的系统，直接对采样信号进行分段处理，对于中频直接采样的系统，先对采样信号进行数字下变频，本地数控振荡器的频率取为= (2k+l)fs/4, fs为AD采样率，选择k使得最接近中频载波频率f。，若AD采样后的信号为a (η)，则数字下变频后的信号χ (η)为χ (n) = a (η) exp (-j2 η Xif1/fs) = a (n) exp [-j η η (2k+l) /2](22)、对输入数据进行分段，每一段数据中包含N个数据，其中前L-I个数据是前一段的后L-I个数据，后Ν-L+l个数据是新输入的数据，当调整使得定时误差的小数因子^ > 0.5 时，则将S减1，且将输入数据分段时的采样点往后移一个点，当调整使得S < -0.5时，则将S 加1，且将输入数据分段时的采样点往前移一个点；(23)、对分段后的数据做快速傅里叶变换，得到对应的频域数据，快速傅里叶变换中与常系数的复乘运算用加法来实现；(24)、对于采用模拟正交下变频的系统，在滤波器的L个系数Ill后补0至N点，并对其做快速傅里叶变换，得到滤波器的频域系数，对于采用中频直接采样的系统，需要先对滤波器的系数Ii1进行如下处理h' ！ = hxexp[j2 π 1 (fc·^)/f J 0 ^ 1 < L然后再在h' i后补0至N点，并对其做快速傅里叶变换，得到滤波器的频域系数；(25)、将频域数据与滤波器的频域系数对应相乘，得到频域滤波后的数据。
3.根据权利要求1所述的数字通信系统中的联合滤波与定时同步实现方法，其特征在于，所述步骤C3)包括下述步骤(31)、根据定时误差检测模块给出的小数部分定时误差，对频域滤波后的数据进行相位旋转，在频域对定时误差进行纠正，具体方法为
4.根据权利要求1所述的数字通信系统中的联合滤波与定时同步实现方法，其特征在 于，所述步骤(4)包括下述步骤(41)对于AD采样率为2倍符号速率的模拟正交下变频系统，经快速傅里叶逆变换得 到的时域数据zk(i)中，只有序号为L-I彡k < N的数据为有效滤波后的输出数据，对于AD 采样率为4倍符号速率的中频直接采样系统，时域数据^(1)中只有序号为(L-l)/2<k < N/2的数据为有效滤波后的输出数据；(42)对于采用模拟正交下变频的系统，将各段k(i)按照段号的先后顺序拼接起 来，即为完整的经过滤波后的数据(n)，对于采用中频直接采样方式的系统，z' (n)的 数据中还存在残留频差，其值为f。-fi，需要根据下式对其去除z" (n) = z' (n)exp[-j2Jin(fc-f1)/fs]上式中fs = 2fb，fb为符号速率；(43)将z'k(i)分成N-L+1路并行输出至定时误差检测模块，完成定时误差估计，首 先计算定时误差u (2n) = z ‘ !(2n+l) [z' x (2n+2) -z' JaOl+z' Q(2n+1) [z' Q(2n+2)-z' Q(2n)] 上式中iK2n)表示2nTs(Ts为采样周期，Ts = Tb/2，Tb为符号周期)时刻定时误差的 值；Jn)表示z' (n)(对于中频直接采样方式为z“ (n))同相路信号的值，即其实部； z' Q(n)表示(n)正交路信号的值，即其虚部，将(n)以P个符号为一段进行划分， 第i(i = 1,2, A)段内iK2n)的平均值为
全文摘要
本发明公开了一种数字通信系统中的联合滤波与定时同步实现方法，包括下述具体步骤1、根据需要的并行路数，选择FFT的长度；2、频域滤波；3、频域定时误差补偿；4、定时误差计算以及滤波与定时同步后数据输出。本发明采用了一种联合滤波与定时同步的实现方法，将滤波器与定时同步结合，减少了滤波器的同步输出路数，大大减少了实现时的运算量，降低了实现时的复杂度，使系统能够满足高速数字通信的要求。
文档编号H04L25/03GK102355443SQ201110237959
公开日2012年2月15日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者刘策伦, 罗常青 申请人:广州海格通信集团股份有限公司