[发明专利]一种数字通信系统中的联合滤波与定时同步实现方法

说明书

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Gbps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-1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-1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1.2Gbps。美国空军的宽带全球卫星通信卫星(WGS)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；

(2)、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(2)的实现方法如下：