全数字接收机中定时同步算法和实现

全数字接收机码元同步算法的VLSI实现探究专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。

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ＶＩＤＥＯＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＮｏ．６２００６（ＳｕｍＮｏ．２８８）文章编号：１００２－８６９２（２００６）０６－００３１－０３ＡＴＳＣ全数字接收机的符号定时同步方法刘才勇１，２，竺海安２，赵峰１（１．上海交通大学微电子学院，上海２０００３０；２．上海广电集团中央研究院，上海２００２３３）【摘要】描述了以８－ＡＳＫ作为调制方式的ＡＴＳＣ全数字接收机解调中定时同步问题的解决方法：通过采用基于Ｆａｒｒｏｗ结构的ｓｉｎｃ（）响应ＦＩＲ，Ｇａｒｄｎｅｒ算法的定时误差检测方法，实现了符号同步。

Ｍａｔｌａｂ仿真表明，Ｇａｒｄｎｅｒ算法适用于ＡＴＳＣ接收机的符号同步设计。

【关键词】ＡＴＳＣ数字接收机；Ｇａｒｄｎｅｒ算法；定时同步【中图分类号】ＴＮ９４８．５【文献标识码】ＢＡＳｙｍｂｏｌＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｆＡＴＳＣＤｉｇｉｔａｌＲｅｃｅｉｖｅｒＬＩＵＣａｉ－ｙｏｎｇ１，２，ＺＨＵＨａｉ－ａｎ２，ＺＨＡＯＦｅｎｇ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３０，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｃａｄｅｍｅｏｆＳＶＡＣｅｎｔｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３３，Ｃｈｉｎａ）【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＴｈｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒｗｉｔｈＳｉｎｃｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅｂａｓｅｄｏｎＦａｒｒｏｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｉｍｉｎｇｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｉｎＡＴＳＣｒｅｃｅｉｖｅｒ．ＡｎｄＧａｒｄｎｅｒＴｉｍｉｎｇｅｒｒｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｉｓｕｓｅｄｔｏｇｅｔｔｉｍｉｎｇｅｒｒｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ＡＴＳＣｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｅｉｖｅｒ；Ｇａｒｄｎｅｒａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ；ｔｉｍｉｎｇｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ・电路设计・１引言目前大规模应用的地面数字电视广播有ＡＴＳＣ和ＤＶＢ－Ｔ两种模式。

OFDM系统中定时同步算法的研究OFDM（正交频分复用）是一种多载波调制技术，广泛应用于无线通信系统中。

由于OFDM系统中涉及到多个子载波，因此需要进行定时同步以确保接收端能够正确识别和解调接收到的数据。

在OFDM系统中，定时同步的主要目标是实现正确的符号定时，即将接收到的信号与发送的信号进行正确对齐，以便解码接收到的数据。

在接收端，定时同步算法通常由两个主要部分组成：粗定时同步和细定时同步。

粗定时同步是指通过估计信号的起始位置来找到粗略的接收时刻，以便后续的细定时同步。

常用的粗定时同步算法包括自相关算法和能量自相关算法。

自相关算法基于接收信号的自相关特性进行定时同步。

该算法通过计算接收信号的自相关函数的峰值位置来确定接收的起始位置。

自相关函数是通过将接收信号与其自身进行卷积得到，因此其峰值位置对应于信号的起始位置。

该算法的优点是计算简单，但对信号的前导序列和信道噪声比较敏感。

能量自相关算法则是基于接收信号的能量特性进行定时同步。

该算法计算接收信号的能量在不同偏移量下的累积，然后选择能量最大的位置作为接收的起始位置。

能量自相关算法的优点是对信号的前导序列和信道噪声影响较小，但对多径干扰比较敏感。

细定时同步是在粗定时同步的基础上进一步细化接收时刻的算法。

其主要目标是使接收信号与发送信号的符号对齐，以便进行数据解调。

常用的细定时同步算法包括最大似然算法和闭环算法。

最大似然算法是通过计算接收信号的每个子载波的符号能量与发送信号的符号能量之间的差异，选择能量差异最小的位置作为细定时同步的位置。

最大似然算法的优点是对信道衰落环境和多径干扰适应性较好，但计算量较大。

闭环算法是基于估计信道的特性进行定时同步。

该算法首先通过信道估计算法估计接收信号的信道响应，然后根据估计的信道响应调整接收时刻，使接收信号与发送信号符号对齐。

闭环算法的优点是对信道衰落环境和多径干扰适应性很好，但对信道估计的准确性要求较高。

总结起来，OFDM系统中的定时同步算法主要包括粗定时同步和细定时同步两部分。

1.1位同步算法在软件无线电接收机中，要正确的恢复出发送端所携带的信号，接收端必须知道每个码元的起止时刻，以便在每个码元的中间时刻进行周期性的采样判决恢复出二进制信号[43]。

信号在传播过程中的延时一般是未知的，而且由于传输过程中噪声、多径效应等影响，造成接收到的信号与本地时钟信号不同步，这就需要位同步算法，恢复出与接收码元同频同相的时钟信号。

正确的同步时钟是接收端正确判断的基础，也是影响系统误码率的重要因素；没有准确的位同步算法，就不可能进行可靠的数据传输，位同步性能的好坏直接影响整个通信系统的性能[44]。

实现位同步算法的种类很多，按照处理方式的不同可分为模拟方式、半数字方式和全数字方式如图3-10所示。

a)b)c)图3-10 位同步算法模型Fig.3-10 Bit Synchronous Algorithm Model图3-10(a)模型为全模拟位同步实现技术，通过在模拟域计算出输入信号的位同步定时控制信号去控制本地时钟，对信号进行同步采样。

图3-10(b)模型为半模拟同步模型，该模型的主要思想是通过将采样后的信号经过一系列的数字化处理，提取出输入信号与本地时钟的偏差值，通过这个偏差来改变本地时钟的相位达到位同步。

(a)(b)两种方式都需要适时改变本地时钟的相位，不利于高速数字信号的实现且集成化程度较低。

图3-10(c)为全数字方式的位同步是目前比较常用方法，全数字方式的位同步算法十分适用于软件无线电的实现。

该方法通过一个固定的本地时钟对输入的模拟信号进行采样，将采样后的信号经过全数字化的处理实现同步；采用此种方法，实现简单，且便于数字化实现，对本地时钟的要求大大降低。

本次设计主要分析了基于内插方式的Gardner 定时恢复算法。

1.1.1 Gardner 定时恢复算法原理Gardner 定时恢复算法是基于内插的位同步方式，全数字方式的位同步算法模型中，固定的本地采样时钟不能保证能在信号的极值点处实现采样，所以需要通过改变重采样时钟或输入信号来实现极值处采样[45-46]。

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirementfor the Degree of Master of EngineeringResearch and Implementation of Parallel Timing recovery for Digital ReceiversCandidate : Zhu HuiMajor :Electronics & Communication Engineering Supervisor: Lecturer Lu FangHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074, P. R. ChinaMay, 2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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保密□，在_____年解密后适用本授权书。

本论文属于不保密□。

（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要随着信息时代的到来，信息传输速率越来越高，甚至超过1Gbps，这样要求硬件处理数据的速度也越来越高。

但由于硬件速度的限制，串行数字信号处理结构已经不能满足高速通信的要求，所以设计并行的结构是有必要的。

一种全数字接收机的定时同步r与载波大频偏估计方法设计与实现邱文静【摘要】文章根据实际需求采用了先校正频偏然后再进行定时同步的方法.其中,频率估计采用了分段FFT相位差法,该方法不需要位定时辅助,可以对大频偏进行估计;定时同步采用了便于工程实现的Gardner定时同步环,插值器选用了结构简单插值精度高的三角函数内插法.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2017(000)014【总页数】3页(P69-70,96)【关键词】频率估计;定时同步;三角函数内插法【作者】邱文静【作者单位】南京熊猫汉达科技有限公司,江苏南京 210014【正文语种】中文全数字接收机必须解决3个载波频率误差估计、符号定时误差估计和载波相位误差估计。

频率误差估计又分为大频偏条件下的估计和小频偏条件下的估计。

小频偏一般指频率误差小于0.1倍符号速率，而大频偏则指的是频率误差远超过0.1倍符号速率。

当前主流的位定时同步算法对信号的频偏有严格的要求，频偏超过0.1倍符号速率时定时同步性能迅速恶化。

这就要求数字接收机需要先进行大频偏误差估计，使得残留频差值小于0.1倍符号速率，然后再进行位定时同步。

本文根据实际需求，设计了一种适用于PSK调制方式的通用位定时同步与载波大频偏估计的方法。

其中的频偏估计采用的是一种利用分段DFT频谱的相位差的方法，可以采用快速傅氏变换（Fast Fourier Transformation，FFT），运算速度快，特别适合于实时信号处理；位定时同步部分采用了适合于FPGA实现的、结构简单、内插精度高的三角函数内插算法的Gardner位同步环。

该方法已经进行了MATLAB仿真、Modelsim仿真，并完成了FPGA实现，应用到了实际系统中。

将不携带调制信息的载波信号进行采样，采样率为fs，选取连续两段，每段采样点数都为N，得到两个离散序列。

第一段为x1(n)=acos(2πnf0/fs+θ0)，第二段为x2(n)=acos(2πnf0/fs+θ1)，其中a为原始信号幅度，f0为载波频率，θ0和θ1为两端信号的初始相位。

数字卫星电视接收定时同步的设计与实现数字卫星电视引进了数字通信技术和图像编码术，在世界范围内的竞争已进入白热化阶段。

本文详细阐述了数字卫星电视的相关概念，并针对数字卫星电视接收定时同步设计方法进行分析，笔者结合具体案例，总结了数字卫星电视接收定时同步的实际应用。

标签：数字卫星电视定时同步电路原理随着社会经济的发展，我国电视广播事业也得到了一定程度的发展和进步，国家有关部门逐渐加大了对数字广播电视的重视和投入，数字卫星电视作为数字广播电视中的重要组成部分，受到越来越多人的青睐。

但就我国数字卫星电视的应用现状来看，还存在或多或少的问题，无法满足受众的多样化需求，制约了数字电视广播技术的发展和进步。

在这一严峻形势下，深入对数字卫星电视接收定时同步的设计与实现进行探讨成为社会各界人士争相关注的重要课题。

一、数字卫星电视的相关概念数字卫星电视并非是指单一的“数字电视机”，而是借助声音、数字信号广播图像等媒介的一种电视系统，其充分采用数字信号完成电视信号的产生、获取、处理、输送、接收、储存等步骤。

数字卫星电视作为一种重要的转播媒介，承载各类视频业务、综合业务、信息传输等各项功能，在广大人民群众日常生活中不可或缺的重要作用。

二、数字卫星电视接收定时同步设计分析1.定时恢复设计为了实现数字卫星通信系统中各项信息的定时恢复发送功能，须定期对解调器输出进行抽样，确保各符号间隔抽样一次，且分别在信息发送端和接收端用同一始终进行采样。

由于接收机可能出现传播延迟的情况，为确保同步抽样的顺利进行，应在信号接收或导出时进行定时，即为定时恢复。

数字卫星电视同步接收的关键即为传输时间的问题，旨在将发送端帧、字、码元等的起点时间零误差的传输至接收端，其对可靠性的要求较高.2.接收定时同步设计原理针对多电平信号多于过门限点执行定时信息的提取，而对于二进制信号来说，通常从过零点开始提取。

后者通常要先经由非线性转换成为归零信号，进而生成同步分量，而对同步分量进行提纯位时，采用窄带滤波器则为滤波法，使用锁相环则为锁相法。