數據通信系統的物理層載波同步系統及方法
2023-05-01 12:17:36 1
專利名稱：：數據通信系統的物理層載波同步系統及方法數據通信系統的物理層載波同步系統及方法
技術領域：
：本發明涉及數據通信系統，尤其涉及數據通信系統的物理層載波同步系糹充及方法。背景4支術DMR(DigitalMobileRadio數字無線對講機)無線通信標準是歐洲通信標準協會最新推出的一種數字集群標準，目前國內尚沒有相應的產品出現。對於任何一種無線通信產品，載波同步的實現一直都是一個關鍵難點，DMR產品也是如此，尤其標準中對某些參數的規定，更加大了研發難度。載波同步的目的就是消除接收信號載波與本振產生載波的相差，主要是通過各種算法消除接收信號中的調製信息並產生與本振信號的相位誤差函數，從而達到控制本振的目的。目前的載波同步算法主要有M方環、Costas(同相正交)環以及建立在維特比算法上的同步方案，其中M方環與Costas環算法的本質是一樣的。從本質上看，M方環、Costas環算法在解決星座圖上相點固定且數目少於8的時候都是比較理想的同步解決方案，對於CPFSK(連續相位頻移鍵控)調製，當調製指數為0.25、0.5或為1的時候，採用這兩種同步算法都可以解決。尤其對於調製指數為0.5的CPFSK即MSK(最小頻移鍵控)調製信號，國內外都有較多的同步解決方案。而對於DMR信號，其星座圖上的相位點有200個，顯然不能採用這兩種同步方案。建立在維特比算法上的同步方案，主要是指極大似然估計同步。該算法的思想是首先列出所有可能的相位點，然後在一定時間內與接收信號相關，選擬目關值最大的一路。以DMR信號為例，每個符號時刻的相位點有200個，一般相關時間選為6個符號時間，則整個同步結構含有的相位點為68200,即同時進行68200個相關運算。所以，採用該方案解決DMR同步過於複雜，對數位化實現及調試都是相當困難的。
發明內容本發明所要解決的技術問題在於，提供一種數據通信系統的物理層載波同步系統及方法，解決現有的鏈路幀同步方法的增加系統的邏輯複雜度或佔用大量內部存儲器資源的問題。本發明所採用的技術方案為提供一一種數據通信系統的物理層載波同步方法，所述方法包括以下步驟a在一定時間內產生至少2個本振頻點；b以產生的至少2個本振頻點與從外部輸入的待同步信號進行混頻；c對混頻之後的至少2個頻點進行處理後選擇一個頻點作為基頻，以基頻為基礎重新產生新的至少2個頻點，回到步驟1。更具體地，所述步驟c具體包括以下步驟Cl對輸入的混頻信號進行複數相乘；C2將複數相乘之後的信息進行累加求均值；C3累加求均值之後的至少2個頻點中選擇輸出值最大的頻點作為基頻；C4以基頻為J^出重新產生至少2個頻點；C5在重新產生的至少2個頻點上相乘反饋參數，完成栽波同步。更具體地，所述至少2個頻點中輸出值最大的頻點為絕對值最靠近零值的頻點。更具體地，所述步驟c4中以基頻為&出，分別加減小頻差產生至少2個頻點。更具體地，所述本振頻點為3個時有最好的載波同步效果。本發明還提供一種數據通信系統的物理層栽波同步系統，包括頻率發生器及混頻器，所述系統還包括同步函數模塊，所述頻率發生器接收同步函數模塊在上一周期同步處理中在一定時間內產生的至少2個本振頻點進行處理產生栽波信號後傳輸給混頻器，所述混頻器將所述頻率發生器輸出的本振頻點與從外部輸入的待同步信號進行混頻後傳輸給所述同步函數模塊，所述同步函數模塊在所述至少2個頻點進行處理後選擇一個頻點作為基頻，以基頻為基礎重新產生新的至少2個頻點輸出至所述頻率發生器。更具體地，所述同步函數模塊包括單頻點發生模塊、複數相乘模塊、累加求均值模塊及比較選擇模塊，所述單頻點發生;^莫塊產生調製頻點傳輸到所述複數相乘模塊進行複數相乘，所述複數相乘模塊將進行複數相乘後傳輸給所述累加求均值模塊進行累加均值產生至少2個頻點，並將所述至少2個頻點傳輸給所述比較選擇模塊進行比較選擇產生基頻。更具體地，所述系統還包括栽波控制參數發生模塊、栽波控制參數增益模塊及乘法器，所述載波控制參數發生模塊以所述基頻為基點分別加減小頻差產生至少2個頻點後傳輸給乘法器，所述乘法器在至少2個頻點上相乘載波控制參數增益模塊產生的小頻差對應的跳變值後輸出至所述頻率發生器。更具體地，所述栽波控制參數增益模塊為可調函數，在所述載波控制參數增益模塊中設置小頻差對應的跳變值。本發明與現有技術相比，有益效果在於本發明的數據通信系統的物理層栽波同步方法同步函數進行載波同步處理產生至少2個頻點，並在所述至少2個頻點中選擇一個頻點做為基頻，以基頻為&出，重新產生新的至少2個頻點輸出，實現載波同步，解決了現有的載波同步方法增加系統的邏輯複雜度或佔用大量內部存儲器資源的問題。圖1為本發明的數據通信系統的物理層載波同步系統示意圖圖2為本發明的單頻點發生模塊結構示意圖。圖3為本發明的複數相乘模塊結構示意圖。圖4為本發明的累加求均值模塊結構示意圖。圖5為本發明的數據通信系統的物理層載波同步方法示意圖。具體實施方式請參閱圖1，本發明的數據通信系統的物理層載波同步系統包括同步函數模塊、頻率發生器及混頻器。所述頻率發生器將同步函數模塊產生的三個頻點轉化成本振頻點傳輸給混頻器，所述混頻器將從外部輸入的待同步信號與本振信號進行混頻後傳輸給同步函數模塊進行載波同步處理。所述同步函數模塊包括時序控制模塊、單頻點發生模塊、複數相乘模塊、累加求均值模塊、比較選擇模塊、載波控制參數發生模塊、載波控制參數增益模塊及乘法器。所述時序控制模塊與所述載波控制參數發生模塊連接，保證三個頻點產生的周期是相同的，並產生下個載波同步循環開始的時刻。所述時序控制模塊均與所述頻點發生模塊、複數相乘模塊、累加求均值模塊、比較選擇模塊、載波控制參數發生模塊及乘法器連接。所述混頻器將從外部輸入的待同步信號與本地頻率發生器產生的載波信號混頻，並經濾波去除載波後產生混頻信號，傳輸到同步函數模塊的複數相乘模塊，開始載波同步處理。所述複數相乘才莫塊(如圖3所示)接收所述混頻器傳輸的混頻信號，與單頻點發生模塊產生的調製頻點進行複數相乘，進行複數運算。所述複數相乘^f莫塊的管腳定義如下表1所示:tableseeoriginaldocumentpage7tableseeoriginaldocumentpage8表1複數相乘模塊管腳定義所迷單頻點發生模塊(如圖2所示)產生DMR標準規定的4個調製頻點中的一個(可以是任意一個)傳輸到所述複數相乘模塊進行複數相乘。如果是其他的4FSK通信系統，可以是其中任意一個頻點。如果是CPFSK調製系統，可以是其調製指數在符號周期內的相位信息。在DMR通信系統中調製頻點e為頻點等於1.944KHz時的複數表示。單頻點發生模塊的管腳定義如下表2所示信號名稱信號方向信號描述tableseeoriginaldocumentpage8表2單頻點發生模塊管腳定義同步函數才莫塊的輸入信號，即混頻器產生的混頻信號的I，Q兩路表示為複數形式。所述輸入信號與與單頻點發生模塊傳輸地調製頻點進行複數相乘，而在FPGA實現時，首先要將複數換算成I，Q兩路相乘的普通數學表達式，即=(cos—o+w0+mv/)+_/sin(w0+mv/))(cos^cz)+7sin(w力)=cos(w0+w0+mv/)cos(w/)—sin(w0+mv/)sin(wcf)+XsinK+we+wwcf)cos(w/)+cos(w0+wwc/)sin(w/))其中COS(W0++脂力為I路輸入數據流；formulaseeoriginaldocumentpage9為q路輸入數據流；e^'為頻點等於1.944KHz時的複數表示。e與上述的複數形式的lq兩路進行複數相乘，消除複數，從而消除調製信息。所述複數相乘模塊將複數運算後的信息傳輸給累加求均值模塊進行累加求均值。所述累加求均值;f莫塊(如圖4所示)將進行累加求均值後的信息傳輸給所述比較選擇模塊進行比較選擇。所述累加求均值模塊的管腳定義如表3所示tableseeoriginaldocumentpage9表3累加求均值模塊管腳定義所述比較選擇模塊選擇最大值相對應的頻點，即最靠近零值的頻點輸出給所述載波控制參M生模塊。所述栽波控制參數發生模塊以比較選擇模塊比較選擇後的輸入參數為基點，在時序模塊的控制下等間隔分別加減小頻差A產生3個新的頻點。所述載波控制參數發生模塊小頻差A為常數模塊。假設，此時比較選擇模塊為N，則載波控制參數發生模塊等間隔產生N+A，N，N-A三個頻點。所述載波控制參數發生模塊將產生的三個新的頻點傳輸給乘法器進行乘法運算。所述乘法器與載波控制參數增益模塊連接，將載波控制參數增益模塊傳輸的a值對應的跳變值與三個新的頻點進行相乘。所述載波控制參數增益模塊為一可調參數。所述載波控制參數增益模塊設置反饋參數，即每單位的A值對應多大頻點的跳變。所述與A值對應的跳變值可以手動調節，並將其跳變值傳輸給乘法器。其中，A值對應的跳變越小，同步後栽波偏差越小，信號質量也就高，但相應的同步時間要長。所述乘法器將進行相乘之後的三個頻點傳輸給頻率發生器進行處理，產生本振頻點。請參閱圖5，本發明的數據通信系統的物理層載波同步方法包括以下步驟步驟l:等周期產生3個本振頻點；步驟2:以產生的3個本振頻點與從外部輸入的待同步信號進行混頻；步驟3:將混頻之後的頻點進行載波同步處理，重新產生3個頻點，回到步驟l。經過同步函數處理等周期產生的3個本振頻點傳輸到VCO進行處理產生載波信號後傳輸給混頻器，所述混頻器將從外部輸入的待同步信號與本地VCO產生的載波信號混頻，並經濾波去除載波後經過複數相乘，累加求均值產生3個頻點。所述同步函數4莫塊的載波同步方法包括以下步驟a對輸入的混頻信號進行複數相乘；對輸入信號i,q兩路的複數形式為基礎進行處理，將複數換算成i，q兩路相乘的普通數學表達式，即=(cos—o十"w^_/sin(w0+、+mv力)(cos(v力+jsin(w力)=cos(>v0+w0+mvc0cos(wc0—sin(w。+w0+mvc0sin(wc/)其中cos(w。+Wff+脂力為i路輸入數據流；sin(w。+We+，0為q路輸入數據流；e為頻點等於1.944khz時的複數表示。b將複數相乘之後的信息進行累加求均值；通過載波同步算法，在一定符號周期內累加，並求均值。c累加求均值之後的三個頻點中選擇輸出值最大的頻點作為基頻；將所述三個頻點中分別通過同步函數選取輸出值最大的頻點，即，以最靠近零值的頻點作為基頻，重新設定基礎載波y。，d以基頻為基礎重新產生3個頻點；以基礎載波/。為基礎，分別加減小頻差A產生3個頻點。假設本地載波為/。=6，分別加減小頻差A，產生本振為/。=6，/;=<+△，/2=^-A三個頻點，直到載波偏差控制在A^內。e在重新產生的3個頻點上相乘反饋^:，完成載波同步。所述乘法器將載波控制參數增益模塊傳輸的與小頻差A值對應的跳變值與三個新的頻點進行相乘。本發明的數據通信系統的物理層載波同步過程中，等周期產生的本振頻點可以為2個或3個以上的本振頻點。但，如產生2個頻點，同步時間較長；如產生大於3個的本振頻點，造成資源佔用較大，所得結果沒有3個本振頻點好。產生3個本振頻點的時候效果最好。另，產生本振頻點的時間，不一定是等周期，不等周期也可以實現。本發明的數據通信系統的物理層載波同步方法不僅適用於DMR通信系統，也適用於4FSK，CPFSK通信系統。權利要求1.一種數據通信系統的物理層載波同步方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟a在一定時間內產生至少2個本振頻點；b以產生的至少2個本振頻點與從外部輸入的待同步信號進行混頻；c對混頻之後的3至少2個頻點進行處理後選擇一個頻點作為基頻，以基頻為基礎重新產生新的3至少2個頻點，回到步驟a。2、如權利要求1所述的數據通信系統的物理層載波同步方法，其特徵在於，所述步驟c具體包括以下步驟Cl對輸入的混頻信號進行複數相乘；C2將複數相乘之後的信息進行累加求均值；C3累加求均值之後的至少2個頻點中選擇輸出值最大的頻點作為基頻；C4以基頻為基礎重新產生至少2個頻點；C5在重新產生的至少2個頻點上相乘反饋參數，完成栽波同步。3、如權利要求2所述的數據通信系統的物理層栽波同步方法，其特徵在於，所述至少2個頻點中輸出值最大的頻點為絕對值最靠近零值的頻點。4、如權利要求2所述的數據通信系統的物理層載波同步方法，其特徵在於，所述步驟c4中以基頻為基礎，分別加減小頻差產生至少2個頻點。5、如權利要求1所述的數據通信系統的物理層載波同步方法，其特徵在於，所述本振頻點為3個時有最好的載波同步效果。6、一種數據通信系統的物理層載波同步系統，包括頻率發生器及混頻器，其特徵在於，所述系統還包括同步函數;^莫塊，所述頻率發生器接收同步函數模塊在上一周期同步處理中在一定時間內產生的至少2個本振頻點進行處理產生載波信號後傳輸給混頻器，所述混頻器將所述頻率發生器輸出的本振頻點與從外部輸入的待同步信號進行混頻後傳輸給所述同步函數模塊，所述同步函數模塊在所述至少2個頻點進行處理後選擇一個頻點作為基頻，以基頻為基礎重新產生新的至少2個頻點輸出至所述頻率發生器。7、如權利要求6所述的數據通信系統的物理層載波同步系統，其特徵在於，所述同步函數模塊包括單頻點發生模塊、複數相乘模塊、累加求均值模塊及比較選擇模塊，所述單頻點發生模塊產生調製頻點傳輸到所述複數相乘模塊進行複數相乘，所述複數相乘模塊將進行複數相乘後傳輸給所述累加求均值模塊進行累加均值產生至少2個頻點，並將所述至少2個頻點傳輸給所述比較選擇模塊進行比較選擇產生基頻。8、如權利要求7所述的數據通信系統的物理層載波同步系統，其特徵在於，所述系統還包括載波控制參數發生模塊、載波控制參數增益模塊及乘法器，所述載波控制參數發生模塊以所述基頻為基點分別加減小頻差產生至少2個頻點後傳輸給乘法器，所述乘法器在至少2個頻點上相乘載波控制參數增益^^莫塊產生的小頻差對應的跳變值後輸出至所述頻率發生器。9、如權利要求6所述的數據通信系統的物理層載波同步系統，其特徵在於，所述載波控制參數增益模塊為可調函數，在所述載波控制參數增益模塊中設置小頻差對應的跳變值。全文摘要本發明公開了一種數據通信系統的物理層載波同步系統及方法，所述方法包括以下步驟a在一定時間內內產生至少2個本振頻點；b以產生的至少2個本振頻點與從外部輸入的待同步信號進行混頻；c對混頻之後的至少2個頻點進行載波同步處理後選擇一個頻點作為基頻，以基頻為基礎重新產生新的至少2個頻點，回到步驟a。本發明的數據通信系統的物理層載波同步方法通過接收混頻器傳輸的混頻信號後，進行處理產生至少2個頻點，並在所述至少2個頻點中選擇一個頻點作為基頻，重新產生新的至少2個頻點輸出，實現載波同步，解決了現有的載波同步方法增加系統的邏輯複雜度或佔用大量內部存儲器資源的問題。文檔編號H04L27/00GK101212435SQ20061006467公開日2008年7月2日申請日期2006年12月29日優先權日2006年12月29日發明者超馬申請人:深圳市好易通科技有限公司