提高定時同步調整精度的裝置及方法
2023-05-03 15:18:21 5
專利名稱：提高定時同步調整精度的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種提高定時同步調整精度的裝置及方法，尤其使一種採用閉環控制系統的提高定時同步調整精度的裝置及通過調整相位補償因子的大小、本地PN碼的相位或採樣時刻提高定時同步調整精度的方法。
背景技術：
在多載波碼分多址(MC-CDMA)系統中，為了正確解調發送端發送的自相位調製信號，需要先經過捕獲階段使本地偽隨機序列(PN碼)與接收到的偽隨機序列(PN碼)實現基本同步，通常是通過調整本地PN碼時鐘來實現基本同步的目的，定時調整的步長一般為Tc/M，也可以用Tc/2M表示，其中M為擴頻序列周期(即系統載波數)，Tc為擴頻碼片持續時間；然後經過跟蹤階段調整採樣時刻，使在捕獲階段獲得的本地PN碼與接收到的PN碼保持同步關係，並進一步減小本地PN碼與接收到的PN碼之間的同步誤差，在該階段，因為定時同步調整的精度不夠高，仍然存在很小的定時同步的殘餘誤差。假定該殘餘誤差為τk，則MC-CDMA系統接收信號中與本地PN碼相關的相關值的有用信號可以表示為Zks=dk(n)Ra(k)Rf(k)ej[k-f(M-1)k]---(1)]]>在該有用信號中，第m個子載波上的有用信號可以表示為Zk,ms=dk(n)Ra(k)ej[k-2f(m-1)k]----(2)]]>在(2)式中，dk(n)為第k個用戶發送的第n個信息；ωm＝(m-1)f是第m個子載波的中心頻率相對於載波頻率ωc的偏移(m＝1，2，...，M)，f是符號速率且f＝1/Tc，φk為解調時的初始相位差，Ra(τk)＝1-|τk|/Tc，Rf(τk)＝sin(Mπfτk)/M sin(πfτk)。殘餘誤差τk的存在，將會對隨後的解調尤其是載波同步造成負面影響，其影響通過Ra(τk)和Rf(τk)體現。由τk與Rf(τk)的關係及式(1)和式(2)可以看出，τk越大，則Rf(τk)越小，進一步會使接收信號中的相關值變得更小，造成損失也就越大。因此，要想降低損失，必須通過提高定時同步的精度以減小殘餘誤差τk的值。
現有技術中，通常是通過增加時域插值的次數或提高過採樣速率的辦法來提高定時同步的調整精度，若增加時域插值次數後，過採樣率為P，則跟蹤過程定時調整解析度可以達到Tc/MP。雖然通過這種方式在一定程度上提高了解析度，也即提高了定時同步的調整精度，但是，若採用這兩種方法，則設備投資將提高數倍，而且增加了硬體電路和算法的複雜度；另外，通過這兩種方法實現的定時調整解析度和定時同步調整精度也不高。
發明內容
本發明的目的在於針對目前提高定時同步調整精度的裝置和方法存在的缺陷和不足，提供一種提高定時同步調整精度的裝置及方法，該裝置採用一閉環控制系統控制，通過調整相位補償因子的大小、本地PN碼的相位或採樣時刻的方法提高定時同步調整精度，有效簡化了設備和算法，提高了定時同步的調整精度。
為實現上述目的，本發明提供一種提高定時同步調整精度的裝置，該提高定時同步調整精度的裝置包括順序連接的第一乘法器131、採樣點選擇模塊100、分析濾波器110、相關器120和累加器150，以及順序連接的環路濾波器190、數控振蕩器180和PN序列發生器170，所述PN序列發生器170的輸出端與所述相關器120連接，其特徵在於，該提高定時同步調整精度的裝置還包括一用於將輸入的兩個信號相乘的第二乘法器130、一用於獲得定時誤差信號的計算模塊160和一用於產生相位補償因子的旋轉因子控制器140；所述第二乘法器130的輸入端與所述相關器120的輸出端連接；所述計算模塊160的輸入端與所述第二乘法器130的輸出端連接；所述計算模塊160的輸出端與所述環路濾波器190的輸入端連接；所述數控振蕩器180的輸出端分別與所述採樣點選擇模塊100的輸入端和所述旋轉因子控制器140的輸出端連接；所述旋轉因子控制器140的輸出端與所述第二乘法器130的輸入端連接。
在上述提高定時同步調整精度的裝置中，所述第二乘法器130為一用於將同時輸入的相關值與一相位補償因子相乘的乘法器。
所述計算模塊160為一用於由所述第二乘法器130輸出的信號獲得定時誤差信號的計算模塊。
為實現上述目的，本發明提供一種基於上述提高定時同步調整精度的裝置的提高定時同步調整精度的方法，包括以下步驟步驟1.第一乘法器131將接收到的信號進行下變頻，得到一基帶信號；步驟2.採樣點選擇模塊100對所述基帶信號在準時時刻採樣，得到一準時臂採樣值；步驟3.分析濾波器110將各子載波的所述準時臂採樣值進行子載波解調得到各子載波在準時時刻的解調信號；步驟4.相關器120使所述解調信號與本地PN碼相關得到各子載波在準時時刻的相關值；步驟5.第二乘法器130將同時輸入的所述相關值與一相位補償因子相乘，得到各子載波的矢量旋轉信號；步驟6.累加器150將同時輸入的各子載波上的所述矢量旋轉信號相加，得到準時時刻的解調信號；同時，計算模塊160根據輸入的所述矢量旋轉信號獲得定時誤差信號；步驟7.環路濾波器190對的所述定時誤差信號中的噪聲進行濾除；步驟8.數控振蕩器180對濾除噪聲後的所述定時誤差信號進行分析，產生一定時調整控制信號，該定時調整控制信號包括一用於控制PN序列發生器170產生本地PN碼輸出的PN碼控制信號、一用於產生及調整各子載波的旋轉因子即相位補償因子的旋轉因子控制信號和一用於控制採樣點選擇即調整採樣時刻超前或滯後的採樣點調整信號。
步驟9.旋轉因子控制器140根據所述旋轉因子控制信號調整所述相位補償因子的大小，產生一新相位補償因子；同時，PN序列發生器170根據所述PN碼控制信號產生新本地PN碼，所述採樣點選擇模塊100根據所述採樣點調整信號不調整採樣時刻或對採樣時刻進行前調或後調以得到新準時臂採樣時刻；步驟10.以所述新準時臂採樣時刻代替原有採樣時刻，執行步驟2，分別以步驟9中產生的新準時臂採樣值、新本地PN碼和新相位補償因子代替步驟2中的準時臂採樣值、步驟4中的本地PN碼和步驟5中的相位補償因子。
在上述提高定時同步調整精度的方法中，所述步驟1中將接收到的信號進行下變頻為將接收到的四進位相移鍵控信號進行下變頻。
所述步驟8中所述數控振蕩器180對濾除噪聲後的所述定時誤差信號進行分析，產生所述定時調整控制信號的具體操作包括以下步驟步驟81.所述數控振蕩器180對所述定時誤差信號進行分析，判斷該定時誤差信號是否為正值，若為正值，執行步驟82；否則執行步驟83；步驟82.所述數控振蕩器180產生一增大相位補償因子的所述旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的所述PN碼控制信號和一不調整採樣時刻的所述採樣點調整信號，或產生一不進行相位補償的所述旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的所述PN碼控制信號和一使採樣時刻後調一個採樣時刻的所述採樣點調整信號，或產生一不進行相位補償的所述旋轉因子控制信號、一使本地PN碼相位前調一個時刻的所述PN碼控制信號和一使採樣時刻後調一個採樣時刻的所述採樣點調整信號；步驟83.所述數控振蕩器產生一減小相位補償因子的所述旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的所述PN碼控制信號和一不調整採樣時刻的所述採樣點調整信號，或產生一不進行相位補償的所述旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的所述PN碼控制信號和一使採樣時刻前調一個採樣時刻的所述採樣點調整信號，或產生一不進行相位補償的所述旋轉因子控制信號、一使本地PN碼相位後調一個時刻的所述PN碼控制信號和一使採樣時刻前調一個採樣的所述採樣點調整信號。
由上述發明內容可知，與現有技術相比，本發明通過一閉環控制系統控制相位補償因子和採樣時刻來提高定時同步的調整精度，結構和設備簡單，可達到成倍提高定時同步的調整精度的目的；另外採用一計算模塊代替傳統定時誤差檢測器中的超前臂和滯後臂產生定時誤差信號的方法，更進一步簡化了系統結構，也使本發明的算法比現有技術更簡便。
以下通過本發明的具體實施例和附圖對其做進一步說明。
圖1為本發明提高定時同步調整精度裝置實施例的結構示意圖；圖2為本發明提高定時同步調整精度方法實施例的流程圖；圖3為本發明數控振蕩器定時調整控制信號方法實施例的流程圖。
具體實施例方式
參見圖1，圖1所示為本發明提高定時同步調整精度裝置的一具體結構圖，圖中虛線框所示為一定時誤差檢測器。由圖1，該提高定時同步調整精度裝置包括順序連接的用於將MC-CDMA系統接收到的信號與一下變頻因子e-jωct相乘的第一乘法器131、用於對接收到的基帶信號在準時時刻進行採樣採樣點選擇模塊100、用於將接收到的各子載波的準時臂採樣值進行子載波解調分析濾波器110、用於使接收到的準時臂各子載波解調信號與本地PN碼相關的相關器120和用於將同時輸入的各子載波上的矢量旋轉信號Yk，ms(τk)相加累加器150，以及順序連接的用於對接收到的定時誤差信號e(τk)中的噪聲進行濾除的環路濾波器190、用於產生定時調整控制信號數控振蕩器180和用於產生本地PN碼PN序列發生器170，所述PN序列發生器170的輸出端與所述相關器120連接，其特徵在於，該提高定時同步調整精度的裝置還包括一用於使接收到的各子載波的相關值Zk，ms(τk)與一相位補償因子ejlωmTc/LMP相乘的第二乘法器130、一用於根據各子載波上的矢量旋轉信號Yk，ms(τk)獲得出一定時誤差信號的計算模塊160和一用於提供相位補償因子ejlωmTf/LMP的旋轉因子控制器140。圖中，11為接收信號，12為基帶信號，13為為準時臂採樣值，14為解調信號，15為定時誤差信號，16為旋轉因子控制信號，17為PN碼控制信號，18為採樣點調整信號。
在上述提高定時同步調整精度裝置中，第二乘法器130的輸入端與相關器120的輸出端連接，計算模塊160的輸入端與第二乘法器130的輸出端連接，計算模塊160的輸出端與環路濾波器190的輸入端連接，數控振蕩器180的輸出端分別與採樣點選擇模塊100的輸入端和旋轉因子控制器140的輸出端連接；旋轉因子控制器140的輸出端與第二乘法器130的輸入端連接。
若想要將定時同步的調整精度提高L倍，即解析度由原來精度時的δ＝Tc/MP變為δ＝Tc/LMP，則對接收信號中第m個子載波的進行相位補償的相位補償因子應為ejlm=ejlmTc/LMP,]]>其中l是一個整數，且l的取值範圍為-L＜l＜L。
參見圖2，圖2所示為本發明提高定時同步調整精度的方法的具體流程，執行以下步驟步驟1.第一乘法器131將MC-CDMA系統接收到的四進位相移鍵控信號與一下變頻因子e-jωct相乘進行頻率下變換，得到一基帶信號；步驟2.採樣點選擇模塊100對接收到的基帶信號在準時時刻進行採樣，得到一準時臂採樣值；步驟3.分析濾波器110將接收到的各子載波的準時臂採樣值進行子載波解調得到各子載波在準時時刻的解調信號；步驟4.相關器120使接收到的準時臂各子載波解調信號與本地PN碼相關得到各子載波在準時時刻的相關值Zk，ms(τk)；步驟5.第二乘法器130使同時輸入的各子載波的相關值Zk，ms(τk)與一相位補償因子ejlωmTc/LMP相乘，得到各子載波上的矢量旋轉信號Yk,ms(k)=Zk,ms(k)ejlm=dk(n)Ra(k)ej[k-2f(m-1)k],]]>其中τ′k＝τk-lTc/LMP。由此可見，經過該步驟的處理後，|τk′|＜|τk|，使由定時誤差引起的相關值的損失得到補償，這樣更有利於後續的解調尤其是載波同步過程；步驟6.累加器150將同時輸入的各子載波上的矢量旋轉信號Yk，ms(τk)相加，得到準時時刻的解調解擴信號Yks(k)=mYk,ms(k)=dk(n)Ra(k)Rf(k)ej[k-f(M-1)k];]]>同時，計算模塊160根據各子載波上的矢量旋轉信號Yk，ms(τk)獲得出一定時誤差信號e(k)=|m=1MYk,ms(k)e-jm|2-|m=1MYk,ms(k)ejm|2,]]>其中Δ為超前滯後量；步驟7.環路濾波器190對接收到的定時誤差信號e(τk)中的噪聲進行濾除；步驟8.數控振蕩器180對接收到的濾除噪聲後的定時誤差信號e(τk)進行分析，產生一定時調整控制信號，該定時調整控制信號包括一用於控制PN序列發生器170產生本地PN碼輸出的PN碼控制信號、一用於產生及調整各子載波的旋轉因子即相位補償因子的旋轉因子控制信號和一用於控制採樣點選擇即調整採樣時刻超前或滯後的採樣點調整信號。
步驟9.旋轉因子控制器140根據旋轉因子控制信號調整相位補償因子的大小，產生一新相位補償因子；同時，PN序列發生器170根據PN碼控制信號產生新本地PN碼，採樣點選擇模塊100根據採樣點調整信號得到一個新準時臂採樣時刻；步驟10.以新代替原有準時臂採樣時刻，執行步驟2，分別以步驟9中產生的新準時臂採樣值、新本地PN碼和新相位補償因子代替步驟2中的準時臂採樣值、步驟4中的本地PN碼和步驟5中的相位補償因子。
在上述提高定時同步調整精度的方法中，假設想要定時同步的精度提高4倍，即L＝4，則l的取值範圍為l∈{-3，-2，-1，0，1，2，3}，參見圖3，步驟8中數控振蕩器180對濾除噪聲後的定時誤差信號e(τk)進行分析，產生定時調整控制信號的具體操作包括以下步驟步驟801.數控振蕩器180對接收到的定時誤差信號e(τk)進行分析，判斷該定時誤差信號e(τk)是否為正值，若為正值，執行步驟802；否則執行步驟807；步驟802.數控振蕩器180判斷l的值是否等於3，若不等於3，執行步驟803；否則執行步驟804；步驟803.數控振蕩器180產生一使l的取值增加1，即增大相位補償因子的旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的PN碼控制信號和一不調整採樣時刻的採樣點調整信號；步驟804.數控振蕩器180判斷採樣點選擇模塊調整的採樣時間的累計量是否超出採樣點選擇模塊的調整控制範圍，若未超出，執行步驟805；否則，執行步驟806；步驟805.數控振蕩器180產生一使l的取值取0，即不進行相位補償的旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的PN碼控制信號和一使採樣時刻後調一個採樣時刻即後調Tc/MP時間的採樣點調整信號；步驟806.數控振蕩器180產生一使l的取值取0，即不進行相位補償的旋轉因子控制信號、一使本地PN碼相位前調Tc/M時間的PN碼控制信號和一使採樣時刻後調一個採樣時刻即後調Tc/MP時間的採樣點調整信號；步驟807.數控振蕩器180判斷l的值是否等於-3，若不等於-3，執行步驟808；否則執行步驟809；步驟808.數控振蕩器180產生一使l的取值減小1，即減小相位補償因子的旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的PN碼控制信號和一不調整採樣時刻的採樣點調整信號；步驟809.數控振蕩器180判斷採樣點選擇模塊調整的採樣時間的累計量是否超出採樣點選擇模塊的調整控制範圍，若未超出，執行步驟810；否則，執行步驟811；步驟810.數控振蕩器180產生一使l的取值取0，即不進行相位補償的旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的PN碼控制信號和一使採樣時刻後調一個採樣時刻即後調Tc/MP時間的採樣點調整信號；步驟811.數控振蕩器180產生一使l的取值取0，即不進行相位補償的旋轉因子控制信號、一使本地PN碼相位後調Tc/M時間的PN碼控制信號和一使採樣時刻前調一個採樣時刻即前調Tc/MP時間的採樣點調整信號。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。
權利要求
1.一種提高定時同步調整精度的裝置，該提高定時同步調整精度的裝置包括順序連接的第一乘法器(131)、採樣點選擇模塊(100)、分析濾波器(110)、相關器(120)和累加器(150)，以及順序連接的環路濾波器(190)、數控振蕩器(180)和PN序列發生器(170)，所述PN序列發生器(170)的輸出端與所述相關器(120)連接，其特徵在於，該提高定時同步調整精度的裝置還包括一用於將輸入的兩個信號相乘的第二乘法器(130)、一用於獲得定時誤差信號的計算模塊(160)和一用於產生相位補償因子的旋轉因子控制器(140)；所述第二乘法器(130)的輸入端與所述相關器(120)的輸出端連接；所述計算模塊(160)的輸入端與所述第二乘法器(130)的輸出端連接；所述計算模塊(160)的輸出端與所述環路濾波器(190)的輸入端連接；所述數控振蕩器(180)的輸出端分別與所述採樣點選擇模塊(100)的輸入端和所述旋轉因子控制器(140)的輸出端連接；所述旋轉因子控制器(140)的輸出端與所述第二乘法器(130)的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的提高定時同步調整精度的裝置，其特徵在於，所述第二乘法器(130)為一用於將同時輸入的相關值與一相位補償因子相乘的乘法器。
3.根據權利要求1所述的提高定時同步調整精度的裝置，其特徵在於，所述計算模塊(160)為一用於由所述第二乘法器(130)輸出的信號獲得定時誤差信號的計算模塊。
4.一種基於上述提高定時同步調整精度的裝置的提高定時同步的調整精度的方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟步驟1.第一乘法器(131)將接收到的信號與一相位因子相乘，得到一基帶信號；步驟2.採樣點選擇模塊(100)對所述基帶信號在準時時刻採樣，得到一準時臂採樣值；步驟3.分析濾波器(110)將各子載波的所述準時臂採樣值解調得到各子載波在準時時刻的解調信號；步驟4.相關器(120)使所述解調信號與本地PN碼相關得到各子載波在準時時刻的相關值；步驟5.第二乘法器(130)將同時輸入的所述相關值與一相位補償因子相乘，得到各子載波的矢量旋轉信號；步驟6.累加器(150)將同時輸入的各子載波上的所述矢量旋轉信號相加，得到準時時刻的解調信號；同時，計算模塊(160)根據輸入的所述矢量旋轉信號獲得定時誤差信號；步驟7.環路濾波器(190)對的所述定時誤差信號中的噪聲進行濾除；步驟8.數控振蕩器(180)對濾除噪聲後的所述定時誤差信號進行分析，產生一定時調整控制信號，該定時調整控制信號包括一用於控制PN序列發生器(170)產生本地PN碼輸出的PN碼控制信號、一用於產生及調整各子載波的旋轉因子即相位補償因子的旋轉因子控制信號和一用於控制採樣點選擇即調整採樣時刻超前或滯後的採樣點調整信號。步驟9.旋轉因子控制器(140)根據所述旋轉因子控制信號調整所述相位補償因子的大小，產生一新相位補償因子；同時，PN序列發生器(170)根據所述PN碼控制信號產生新本地PN碼，所述採樣點選擇模塊(100)根據所述採樣點調整信號不調整採樣時刻或對採樣時刻進行前調或後調以得到新準時臂採樣時刻；步驟10.以所述新準時臂採樣時刻代替原有採樣時刻，執行步驟2，分別以步驟9中產生的新準時臂採樣值、新本地PN碼和新相位補償因子代替步驟2中的準時臂採樣值、步驟4中的本地PN碼和步驟5中的相位補償因子。
5.根據權利要求4所述的提高定時同步調整精度的方法，其特徵在於，所述步驟1中將接收到的信號進行下變頻為將接收到的四進位相移鍵控信號進行下變頻。
6.根據權利要求4所述的提高定時同步調整精度的方法，其特徵在於，所述步驟8中所述數控振蕩器(180)對濾除噪聲後的所述定時誤差信號進行分析，產生所述定時調整控制信號的操作具體包括以下步驟步驟81.所述數控振蕩器180對所述定時誤差信號進行分析，判斷該定時誤差信號是否為正值，若為正值，執行步驟82；否則執行步驟83；步驟82.所述數控振蕩器180產生一增大相位補償因子的所述旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的所述PN碼控制信號和一不調整採樣時刻的所述採樣點調整信號，或產生一不進行相位補償的所述旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的所述PN碼控制信號和一使採樣時刻後調一個採樣時刻的所述採樣點調整信號，或產生一不進行相位補償的所述旋轉因子控制信號、一使本地PN碼相位前調一個時刻的所述PN碼控制信號和一使採樣時刻後調一個採樣時刻的所述採樣點調整信號；步驟83.所述數控振蕩器產生一減小相位補償因子的所述旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的所述PN碼控制信號和一不調整採樣時刻的所述採樣點調整信號，或產生一不進行相位補償的所述旋轉因子控制信號、一不調整本地PN碼相位的所述PN碼控制信號和一使採樣時刻前調一個採樣時刻的所述採樣點調整信號，或產生一不進行相位補償的所述旋轉因子控制信號、一使本地PN碼相位前調一個時刻的所述PN碼控制信號和一使採樣時刻後調一個採樣的所述採樣點調整信號。
全文摘要
本發明提供一種提高定時同步調整精度的裝置，包括順序連接的第一乘法器、採樣點選擇模塊、分析濾波器、相關器乘法器、計算模塊、環路濾波器、數控振蕩器和PN序列發生器，該PN序列發生器的輸出端與所述相關器連接，還包括累加器和旋轉因子控制器，所述數控振蕩器的輸出端還分別與所述採樣點選擇模塊和所述旋轉因子控制器的輸出端連接，所述旋轉因子控制器的輸出端與所述第二乘法器的輸入端連接，該裝置通過調整採樣時刻和相位補償因子的方法提高定時同步的調整的精度。本發明結構和算法簡單，採用本發明，可有效提高定時同步的調整精度並節省軟硬體資源。
文檔編號H04J13/02GK1750445SQ200510099368
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月16日 優先權日2005年9月16日
發明者羅武, 蔣偉, 申暢, 梁慶林, 項海格 申請人:北京大學