頻域定時同步方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信系統的物理層接收機中的同步技術領域，尤其是一種頻域定時同步方法和裝置。
【背景技術】
[0002]在通信系統的接收機中，尤其在基于突發包技術的通信系統的接收機中，定時同步技術扮演著至關重要的角色。定時同步技術解決的技術困難包括兩點，一點是粗同步技術捕獲過程中產生的樣本點偏差，另一點是由于采樣頻率和/或初始采樣相位的誤差或漂移導致如模數轉換器(ADC) —類的器件發生的偏離最佳采樣點而帶來的采樣偏差。粗同步技術(或稱為捕獲技術)無法保證能夠獲得十分精確的起始樣本點位置，而采樣頻率誤差或漂移和初始采樣相位誤差又是通信系統與生倶來的，所有這些定時誤差/采樣誤差只能依靠定時同步技術來解決。一些通信系統，尤其相干解調系統，對定時誤差十分敏感，甚至到了不能夠允許發生半個樣本點偏差的地步。
[0003]圖1示出一種已知的基于反饋方法的定時同步裝置。參考圖1所示，定時同步裝置10包括匹配濾波器12、插值濾波器14和定時同步模塊16。輸入的時間域樣本點信號先進入匹配濾波器12進行匹配濾波，再進入插值濾波器14進行定時修正，獲得修正后的輸出時間域樣本點信號。另外，插值濾波器14所需的定時相位估計值則來自于定時同步模塊16。
[0004]圖2示出一種已知的基于前饋方法的定時同步裝置。參考圖2所示，定時同步裝置20包括匹配濾波器22、插值濾波器24和定時同步模塊26。圖2與圖1不同之處在于圖1中定時同步模塊16的輸入是來自插值濾波器14的輸出，而圖2中定時同步模塊26的輸入是來自匹配濾波器22的輸出。
[0005]在通常情況下，上述已知的定時同步技術的性能是令人滿意的。但是，發現這一方案存在一個缺點，即易受匹配濾波器的影響，以及易受接收機系統的其它一些模塊如AGC(自動增益控制)模塊的影響。經分析，這一方案基于時間域信號，而時間域信號的幅度或相位易受上述模塊的影響而改變。當采用一體化設計時，可以在設計匹配濾波器以及接收機系統的其他模塊時兼顧定時同步性能；然而當匹配濾波器以及接收機系統的其他模塊獨立設計時，前述方案的缺點變得無法接受，嚴重的情況下，定時同步模塊16、26幾乎不能收斂，甚至收斂到錯誤的方向。
[0006]舉例來說，圖3給出了藍牙(Bluetooth)系統BDR(Basic Data Rate)模式下的一幅時間域定時同步模塊的定時相位估計值收斂圖，此時信道為AWGN信道，但無噪聲。此時的匹配濾波器不是最合適的匹配濾波器。在實際系統中，也往往很難找到最合適的匹配濾波器。從圖3可以看出，估計出的定時相位最終收斂到了 -1個樣本點，而系統預設的定時相位偏差值卻為-0.5個樣本點，可知上述定時同步技術方案收斂錯誤。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是提供一種頻域定時同步方法和裝置，其對匹配濾波器等模塊的性能較不敏感，從而具有更加穩定的表現。
[0008]本發明為解決上述技術問題而采用的技術方案是提出一種頻域定時同步方法，包括以下步驟:在定時偏差修正器對時間域樣本點信號進行定時修正，獲得修正后的輸出時間域樣本點信號；將該定時偏差修正器輸入端或輸出端的時間域樣本點信號轉換到頻率域；在頻率域進行定時同步，獲得定時相位估計值，并將該定時相位估計值提供給該定時偏差修正器。
[0009]在本發明的一實施例中，上述方法還包括:在將時間域樣本點信號輸入定時偏差修正器之前，使輸入時間域樣本點信號進入匹配濾波器進行匹配濾波。
[0010]在本發明的一實施例中，該定時偏差修正器為差值濾波器。
[0011]在本發明的一實施例中，將時間域樣本點信號轉換到頻率域的步驟包括:對輸入的時間域信號依次進行求相位操作和求導數操作，其輸出信號為頻率域信號。
[0012]在本發明的一實施例中，在頻率域進行定時同步的步驟包括:將輸入的頻率域樣本點信號進行瞬時定時誤差檢測；對獲得的瞬時定時誤差值進行環路濾波，得到定時相位值；以及對獲得的定時相位值進行適合于插值濾波器使用的變形，獲得定時相位估計值。
[0013]在本發明的一實施例中，該插值濾波器為一階線性濾波器。
[0014]在本發明的一實施例中，該插值濾波器的濾波操作為:y_out = y(m)+p_f* (y (m+l)-y (m));其中p是估計出的定時相位，p_i是p的整數部分，p_f是P的小數部分；y(k),k = 0, I, 2，…是插值濾波器輸入的時間域樣本點信號序列，y(m)和y (m+1)是利用p_i選擇合適的y(k)信號作為插值濾波器使用的進行插值的兩個相鄰的信號點，y_out為插值濾波器的輸出樣本點信號值。
[0015]在本發明的一實施例中，假設頻率域定時誤差檢測的輸入信號序列為y_f(k)，k=O, I, 2，…，則估計出的瞬時定時誤差值為:E(k) = {y_f (kT+T/2) -y_f ((k-1) T+T/2)} *y_f(kT);其中，T為符號周期，信號至少2倍上采樣。
[0016]在本發明的一實施例中，該環路濾波器的函數為:E_loop (k) = E_loop (k-1)+G*E(k);其中，E_loop代表經過環路濾波器濾波后的定時誤差值；G代表增益系數，其決定環路濾波器的環路帶寬以及收斂速度。
[0017]在本發明的一實施例中，對獲得的定時相位值進行適合于插值濾波器使用的變形的步驟包括:E_out = C-E_loop ;其中，E_out為處理后的輸出定時誤差值，C為一常數值。
[0018]本發明還提出一種頻域定時同步裝置，包括定時偏差修正器、時間域到頻率域轉換模塊和定時同步模塊。定時偏差修正器輸入時間域樣本點信號并參考定時相位估計值進行定時修正，獲得修正后的輸出時間域樣本點信號；時間域到頻率域轉換模塊將該定時偏差修正器輸入端或輸出端的時間域樣本點信號轉換到頻率域；定時同步模塊在頻率域進行定時同步，獲得定時相位估計值，并將該定時相位估計值提供給該定時偏差修正器。
[0019]本發明由于采用以上技術方案，使之與現有的在時間域定時同步的方案相比，在頻率域定時同步對匹配濾波器及自動增益控制模塊的性能不敏感。因此，本發明的定時同步方案可適應不同性能的接收機處理模塊，提高了系統的魯棒性。
【附圖說明】
[0020]為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】作詳細說明，其中:
[0021]圖1示出一種已知的基于反饋方法的定時同步裝置。
[0022]圖2示出一種已知的基于前饋方法的定時同步裝置。
[0023]圖3示出藍牙系統BDR模式下的時間域定時同步模塊的定時相位估計值收斂圖。
[0024]圖4示出本發明一實施例的基于反饋方法的定時同步裝置。
[0025]圖5示出本發明一實施例的基于前饋方法的定時同步裝置。
[0026]圖6示出本發明一實施例的時間域到頻率域轉換模塊結構。
[0027]圖7示出本發明一實施例的頻率域定時模塊結構。
[0028]圖8示出根據本發明一實例的包格式。
[0029]圖9示出根據本發明另一實例的包格式。
[0030]圖10示出根據本發明一實例的發射機處理流程。
[0031]圖11示出根據本發明一實例的接收機處理流程。
[0032]圖12示出本發明一實施例頻率域定時同步方案的定時相位估計值收斂圖。
【具體實施方式】
[0033]本發明的實施例描述定時同步裝置，它對匹配濾波器、自動增益控制模塊等模塊的性能較不敏感，從而具有更加穩定的表現。
[0034]圖4示出本發明一實施例的基于反饋方法的定時同步裝置。參考圖4所示，本實施例的定時同步裝置40包括匹配濾波器42、定時偏差估計器44、時間域到頻率域轉換模塊46和定時同步模塊48。匹配濾波器42對輸入時間域樣本點信號進行匹配濾波，經過匹配濾波的時間域樣本點信號輸出給定時偏差估計器44。定時偏差估計器44連接匹配濾波器42，且輸入經過匹配濾波的時間域樣本點信號。定時偏差估計器44會參考來自定時同步模塊48的定時相位估計值進行定時修正，從而獲得修正后的輸出時間域樣本點信號。時間域到頻率域轉換模塊46連接在匹配濾波器42的輸出端，將匹配濾波器42輸出的時間域樣本點信號轉換到頻率域。定時同步模塊48連接時間域到頻率域轉換模塊46，獲得頻率域樣本點信號并在頻率域進行定時同步。定時同步模塊48獲得定時相位估計值，并將定時相位估計值提供給定時偏差估計器44。
[0035]已知的定時同步裝置均是在時間域進行，而時間域信號的幅度或相位易受匹配濾波器和自動增益控制模塊的影響而改變。本實施例的定時同步裝置改變了一貫的做法，在頻率域進行定時同步，與在時間域定時同步相比，在頻率域定時同步對匹配濾波器及自動增益控制模塊的性能不敏感。因此，本實施例的定時同步裝置可適應不同性能的接收機處理模塊，提高了系統的魯棒性。
[0036]圖5示出本發明另一實施例的基于前饋方法的定時同步裝置。參考圖5所示，本實施例的定時同步裝置50包括匹配濾波器52、定時偏差估計器54、時間域到頻率域轉換模塊56和定時同步模塊58。匹配濾波器52對輸入時間域樣本點信號進行匹配濾波，經過匹配濾波的時間域樣本點信號輸出給定時偏差估計器54。定時偏差估計器54連接匹配濾波器52，且輸入經過匹配濾波的時間域樣本點信號。定時偏差估計器54會參考來自定時同步模塊58的定時相位估計值進行定時修正，從而獲得修正后的輸出時間域樣本點信號。時間域到頻率域轉換模塊56連接在定時偏差估計器54的輸出端，將定時偏差估計器54輸出的時間域樣本點信號轉換到頻率域。定時同步模塊58連接時間域到頻率域轉換模塊56，獲得頻率域樣本點信號并在頻率域進行定時同步。定時同步模塊58獲得定時相位估計值，并將定時相位估計值提供給定時偏差估計器54。與圖4所示前一實施例不同的是，本實施例中時間域到頻率域轉換模塊56改為從定時偏差估計器54的輸出端獲得時間域樣本點信號。
[0037]在上述實施例中使用了匹配濾波器42和52，但是本領域技術人員可以理解，匹配濾波器42、52并不是必要的器件，而是可以省略，此時輸入時間域樣本點信號可以直接輸入給定時偏差估計器44、54。
[0038]在上述實施例中，定時偏差估計器44、54例如可以是插值濾波器。
[0039]上述的兩個實施例分別描述了反饋方法和前饋方法頻率域定時同步裝置，但是可以理解，本發明的頻率域定時同步裝置還可適用于其他方法的定時方案。
[0040]將信號從時間域轉換到頻率域有許多具體實現的方法，作為示例，圖6提供了本發明一實施例的時間域到頻率域轉換模塊結構。參考圖6所示，時間域到頻率域轉換模塊46和56可包