CN110049545B - G比特量级宽带接收信号的同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种G比特量级宽带接收信号的同步方法，旨在提出一种耗费资源少，运算速度快，并能有效对卫星信号进行接收的方法，本发明通过下述技术方案予以实现：根据接收实际卫星信号，针对不同的调制方式形成帧头模板，然后通过符号同步模块对输入信号进行符号同步；符号同步后分两路对信号帧头进行搜索，确定帧头及导频位置；一路根据调制方式，通过载波同步模块进行载波同步，载波同步后通过均衡器解调输出同步信号；另一路通过帧头相关器分为两路，比对帧头与帧头模板确定当前帧的调制方式后，对其进行载波同步，然后通过均衡器解调输出同步信号；另一路根据导频信息位置进行载波同步，载波同步信号通过均衡器进行均衡，解调输出同步信号。

Description

G比特量级宽带接收信号的同步方法
技术领域
本发明涉及无线宽带通信领域中基于数字信号处理的同步方法，尤其是为高速无线数据传输系统提供的一种对G比特量级宽带接收信号的同步方法。
背景技术
随着人们获取信息手段的R益复杂，所关注的信息也越来越多，信息膨胀已成为信息社会发展的一个重要特征。由此对信息传输速率的要求也越来越高，从以往的几十Mbps、几百Mbps，直至目前上Gbps的数据传输系统也已得到研究应用。但随着数传速率的进一步提高，空间信道频谱资源的日趋紧张，所带来的带宽激增，传输效率低下等问题也日益突出。频谱资源在卫星通信中是有限的。为了最带限度地利用信道容量，在有限的频谱资源上高速传输信息数据，提高系统的频谱利用率，就可以使发送速率随信道容量的变化而变化，即对不同的接收环境提供不同的编码调制方式，让接收端接收到该环境下最理想最可靠的信号，因此系统可以最大限度地发送信息，实现较高的数据传输速率，提高信道频谱效率和系统容量，在信道恶化时，也可以保证卫星最低的通行能力。可变编码调制DVB-S2标准提供了适应不同的编码和调制组合方式的能力，允许对每个数据帧进行不同的一种方式及纠错级别动态更改。对不同的业务类型可以采用不同的错误保护级别分别传输，因而传输效率得以大大提高。可变编码允许在同一载波上对每个数据流加不同的调制方式及纠错级别。自适应编码调制可变编码调制技术与回传通道相结合，形成自适应编码调制。其可以针对每一用户的路径条件是传输参数得到优化，允许对每个数据帧进行不同的调制方式及纠错级别动态更改。可以根据具体的传播条件，针对具体的接收终端，提供更精确的信道保护和动态连接适应性。应用可变编码调制VCM技术对不同业务提供不同误码保护级别。可变编码调制体制(VCM)可根据卫星轨道等已知信息，程控地改变系统编码、调制方式，达到适应信道变化。在交互和点对点应用的情况下，VCM和回传信道结合实现自适应编码调制ACM，这是通过卫星或地面回传信道把每个接收终端的信道条件通知卫星上行站实现自适应编码和调制。VCM技术与反向信道相结合,可以实现闭环ACM。闭环ACM期性地将测量的信道状态和能够支持的最高效编码调制方式回传给ACM网关,其会为该终端选择最佳ACM调制器可以逐帧调整编码速率和调制方式。在相同的接收条件和信道情况下，它可提供不同的保护级和编码调制方式。这种ACM传输模式的使用也必然相应地要求接收机能够自动高效地识别出相应的调制方式和编码方式,以便能够准确进行相应的解调和译码。而编码码率识别情况较调制识别率要稍低,这也正是由于同一种调制对应的不同编码的特征序列相对长度较短引起时候识别的检测率相应会有所降低。只能够识别出调制方式,且识别率不高、复杂度较大,编码方式很难识别。在数字接收系统中，为了正确恢复出发送端的符号信息，必须做到定时同步。
超宽带(UWB)无线通信技术是与常规无线通信技术(包括窄带通信,常规扩频通信和OFDM技术)相比具有显著差异的新兴无线通信技术UWB通信系统。超宽带系统利用纳秒及亚纳秒量级的极窄脉冲实现通信，使得系统对同步错误非常敏感，其强抗多径衰落性能就来源于极窄脉冲良好的时间分辨率，致使超宽带系统尤其适合密集多径的室内短距高速通信。国际上，欧洲的OLYMPUS实验卫星系统在Ka波段使用2、4、8、16PSK的可变调制方式，提高了13.9dB的功率余量。数字UWB接收机中帧同步的主要作用是检测一个帧的开始时刻,以便接收机可以正确的解调所接收到的信号。在时域UWB通信系统中,通常采用滑动相关的方法实现帧同步,通过在帧结构中加入一个训练序列用于滑动相关,检测滑动相关的结果,当得到最大相关值时即可判定为帧同步。由于频域采样得到的是频域数字信号，时域接收信号r(t)与本地模板信号v(t)进行相关运算的频域，运算符计算得到大于等于表达式值的最小正整数。为了正确解调接收到的信号,需要进行信道估计,ADC的采样速率由基波周期Tw的倒数决定,因此每一个ADC的实际采样频率为20MHz,远远小于传统时域数字UWB接收机所要求的超高采样速率。数字UWB接收机具有信号处理算法灵活,性能优良的特点,但是对纳秒级脉冲的数字化采样,需要设计数十GHz采样速率的超高速ADC,就目前的半导体实现技术而言,这种高速率、小尺寸、低功耗的ADC是无法大规模低成本生产的,这也是数字UWB接收机设计的最大难点所在。通过分析还发现,接收机性能损失的主要来源是ADC的量化误差和滤波器个数的限制。超宽带的传输功率要受传输信号的功率谱密度限制，因而在两个方面影响调制方式的选择：第一，调制技术要求是功率效率的。第二，调制方案的选择影响了信号功率谱密度的结构，因此有可能把一些额外的限制加在传输功率上。在此之前,解决这一难题的方法是采用模拟相关器,即在模数变换之前的模拟电路中进行脉冲相关,然后再进行数字化采样,以达到降低采样速率的目标。但是,模拟脉冲相关的方法不能充分发挥数字通信技术的优势,而且还容易受到电路失配以及非理性特性的影响。时域并行ADC结构采用多个ADC对UWB信号并行采样,每个ADC在采样时间上相差一个固定的时间间隔[5],可以实现对UWB信号的高速采样,但是这种方法需要设计数量很多的ADC,并且需要对每个ADC的采样时间进行精确的控制,容易受到采样时钟抖动的影响。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术不足之处，提出一种耗费资源少，运算速度快，并能有效对卫星信号进行接收的方法，以解决带导频的可变编码调制接收同步这一矛盾。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种G比特量级宽带接收信号的同步方法，具有如下技术特征：
根据接收实际卫星信号，针对不同的调制方式形成帧头模板，然后通过符号同步模块对输入信号进行符号同步；符号同步后分两路对信号帧头进行搜索，确定帧头及导频位置；一路根据调制方式，通过载波同步模块进行载波同步，载波同步后通过均衡器解调输出同步信号；另一路通过帧头相关器分为两路，比对帧头与帧头模板确定当前帧的调制方式后，对其进行载波同步，然后通过均衡器解调输出同步信号；另一路根据导频信息位置进行载波同步，载波同步信号通过均衡器进行均衡，解调输出同步信号。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
适应性广。本发明针对不同的调制方式形成帧头模板，然后通过符号同步模块对输入信号进行符号同步；符号同步后分两路对信号帧头进行搜索，确定帧头及导频位置；只需要导频信息采用统一的调制方式，就可以由此适应更多的自适应调制方式和自适应编码方式。
耗费资源少。本发明根据调制方式，通过载波同步模块进行载波同步，载波同步后通过均衡器解调输出同步信号，只需要符号速率相同，位同步就能正常同步，因此就可以适应更多的调制方式和自适应编码方式，减少资源消耗。将其应用到高斯噪声情况下的G比特级宽带高速解调中，可以有效地降低自适应编码调制接收机的解调实现在可编程门阵列芯片(FPGA)中的资源消耗。在建立帧头模板的时候，由于不同的调制方式和编码方式的信息不一致，根据这一特性，只需要导频信息采用统一的调制方式就可以由此适应更多的自适应调制方式和自适应编码方式。
运算速度快。本发明采用比对帧头与帧头模板，确定当前帧的调制方式后，对其进行载波同步，然后通过均衡器解调输出同步信号；另一路根据导频信息位置进行载波同步，载波同步信号通过均衡器进行均衡，解调输出同步信号，只需要得到每种自适应调制和自适应编码方式插入的导频信息间隔就可以确定帧头和导频位置，只需要对导频信息进行均衡，就可以得到好的均衡后的解调信息，而不需要根据不同的调制方式进行不同的均衡计算，减少资源消耗。运算速度快，从而解决了带导频的可变编码调制接收同步这一矛盾，与DVB-S系统相比，在相同信噪比的条件下，其传输效率提高了30％到35％。
附图说明
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
图1是本发明对G比特量级宽带接收信号同步的流程框图。
具体实施方式
参阅图1。根据本发明，首先对特定的调制方式形成帧头模板；然后对输入信号进行符号同步；对符号同步后的信号进行搜索帧头，确定帧头及导频位置；然后将帧头与帧头模板进行比对，确定当前帧的调制方式；然后根据调制方式进行载波同步；最后根据导频信息位置对载波同步后的信号进行均衡得到解调输出。
根据接收实际卫星信号，针对不同的调制方式形成帧头模板，然后通过符号同步模块对输入信号进行符号同步；符号同步后分两路对信号帧头进行搜索，确定帧头及导频位置；一路根据调制方式，通过载波同步模块进行载波同步，载波同步后通过均衡器解调输出同步信号；另一路通过帧头相关器分为两路，比对帧头与帧头模板确定当前帧的调制方式后，对其进行载波同步，然后通过均衡器解调输出同步信号；另一路根据导频信息位置进行载波同步，载波同步信号通过均衡器进行均衡，解调输出同步信号。
G比特级宽带可变编码调制接收机的同步信号基于导频实现的。同步信号由设计在可编程门阵列芯片FPGA内的数字信号处理模块实现。
本发明基于导频脉冲序列，G比特级宽带可变编码调制接收机使用与导频脉冲序列相匹配的相关滤波器，通过观察相关器的输出信号，可以估计导频序列的存在，此外，相关器输出的峰值可以使G比特级宽带可变编码调制接收机与G比特级宽带可变编码调制发射机时间对齐，从而达到同步。可支持每秒G比特量级的高速传输的G比特级宽带高速数传接收机。
以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种G比特量级宽带接收信号的同步方法，具有如下技术特征：根据接收实际卫星信号，针对不同的调制方式形成帧头模板，然后通过符号同步模块对输入信号进行符号同步；符号同步后分两路对信号帧头进行搜索，确定帧头及导频位置；一路根据调制方式，通过载波同步模块进行载波同步，载波同步后通过均衡器解调输出同步信号；另一路通过帧头相关器分为两路，一路比对帧头与帧头模板确定当前帧的调制方式后，将所述调制方式发送给所述载波同步模块，以使所述载波同步模块进行载波同步，然后通过均衡器解调输出同步信号；另一路根据导频信息位置进行载波同步，载波同步信号通过均衡器进行均衡，解调输出同步信号。
2.根据权利要求1所述的G比特量级宽带接收信号的同步方法，其特征在于：G比特级宽带可变编码调制接收机的同步信号基于导频实现的。
3.根据权利要求1所述的G比特量级宽带接收信号的同步方法，其特征在于：同步信号由设计在可编程门阵列芯片FPGA内的数字信号处理模块实现。
4.根据权利要求1所述的G比特量级宽带接收信号的同步方法，其特征在于：G比特级宽带可变编码调制接收机使用与导频脉冲序列相匹配的相关滤波器，通过相关器输出信号估计导频序列。
5.根据权利要求4所述的G比特量级宽带接收信号的同步方法，其特征在于：相关器输出的峰值使G比特级宽带可变编码调制接收机与G比特级宽带可变编码调制发射机时间对齐，从而达到同步。
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