[发明专利]一种基于精准环路滤波的并行定时同步方法

权利要求书

1.一种基于精准环路滤波的并行定时同步方法，其特征在于按如下步骤执行：

一，并行处理定时同步插值步骤；

二，并行处理定时误差检测步骤；

三，并行处理环路滤波步骤；

四，并行处理插值控制步骤；

步骤一，所述并行处理定时同步插值步骤具体如下：

步骤1.1，设外界输入的在时间与数值上均连续的模拟信号作为接收信号，设为y(t)；将y(t)以较小固定时间间隔划分，并将不同时刻对应幅度值量化为不同整数值，设经量化后形成在时间上连续、在数值上离散的数字信号序列为y(n)，且对y(n)做OFDM调制；由反馈移位寄存器产生PN序列，并代替循环前缀，作为OFDM信号的保护间隔，形成OFDM帧信号y₁(n)，且y(n)与y₁(n)同表示数字信号；

步骤1.2，将步骤1.1中的帧信号y₁(n)分配至N₁条并行路，N₁为自然数，且大于等于2；以不同的固定间隔对帧信号y₁(n)与信道分别采样，并经步骤1.2.1和1.2.2，完成插值过程，经环路滤波过程后，输出内插点附近的采样点值y(k)，y(k-1/2)和y(k-1)；其中，k表示符号数，y(k)与y(k-1)分别为第k个和第(k-1)个符号采样点值，y(k-1/2)为第k个采样点值和第(k-1)个采样点值之间中间位置的样值；

步骤1.2.1，在发送端，设采样周期为T_s，且T_s为实数；信道以固定间隔T_s采样，采样率大于信号最高频率的2倍；在第m个采样时刻mT_s，可得信道样值序列x(mT_s)，且m为整数；信道样值x(mT_s)经由模拟/数字混合速率转换处理，转换成加权模拟脉冲序列，序列经连续模拟插值处理过程，输出为：

y(n)＝∑_mx(mT_s)h_I(n-mT_s) (1)

其中，∑表示累加，且针对所有的m对应的x(mT_s)h_I(n-mT_s)乘积项累加；h_I(n)为理想的插值滤波冲激响应，表达式为：

h_I(n)＝sinc(n/T_s)＝sin(πn/T_s)/πn/T_s (2)

其中，sinc是理想插值滤波函数；

h_I(n)的频率响应为理想矩形窗，计算式为：

步骤1.2.2，将y₁(n)分为两路数字信号y_I(n)和y_Q(n)，且分别表示同向与正交分量，并在第k个采样时刻，y₁(n)以间隔T_i采样，得y₁(kT_i)，且k为自然数，在此刻表示为第k个采样间隔；由式(1)可得y₁(kT_i)表达式：

y₁(kT_i)＝∑_mx(mT_s)h_I(kT_i-mT_s) (4)

其中，T_i为实数，并与本地接收机符号最佳判决间隔时间T同步，且T为实数，表示信号码元周期；由T_i实现两路信号的判决，且T_i作为插值输出后的再采样间隔，非固定不变，自动随数控振荡器控制输出调整，保持与符号最佳判决时刻同步；

定义插值滤波索引式为：

i＝INT(kT_i/T_s)-m (5)

其中，INT(z)表示不超过z的最大整数；

定义一个输入采样基本指针m_k和一个分数间隔u_k分别为：

m_k＝INT(kT_i/T_s) (6)

u_k＝kT_i/T_s-m (7)

其中，u_k为实数，0≤u_k≤1，表示定时内插误差；

由式(5)～(7)则可得：

m＝m_k-i (8)

kT_i-mT_s＝(i+u_k)T_s (9)

由式(8)～(9)推导可得，采样点的间隔与输入采样点的间隔关系为：

kT_i＝(m_k+u_k)T_s (10)

由式(2)～(10)推导可知，数字插值基本方程表示为：

采用拉格朗日插值算法，将离散样点转换为连续时域波形，对应N点多项式为：

其中：

∏表示累积，针对所有的i对应的乘积项的累积，C_i为插值滤波系数；i，j，I₁，I₂均为自然数；

设I₁＝-N/2，I₂＝N/2-1；并将t归一化为t＝(i+u_k)T_s，则由式(11)～(13)可得：

C_i(u_k)＝h_I[(i+u_k)T_s] (14)

当N为偶数时，插值滤波系数C_i可由范得蒙行列式求得，其计算式如下：

其中，Λ表示(-N₁)^γ，且γ为整数，1γN；

对等式(15)两边变形，即对范得蒙行列式求逆，则可得相应插值滤波系数矩阵为：

当N为奇数时，约束条件如下：

1)系统响应具有线性相位特性；

2)在样点处没有插值误差；

3)直流分量与u_k无关；

由式(12)～(14)可得基本样点数为4的三次多项式，系数为：

其中，λ可取0.5等0～1之间的实数，表示滚降系数；

步骤1.3由步骤1.2.2所定义的内插基点位置m_k与分数间隔u_k，可确定内插点m₀，且m₀为实数；经间隔T_i重采样插值，得样值y₁(kT_i)；最后，经数据滤波后，输出内插点附近的三个采样点值：y(k)，y(k-1)与y(k-1/2)。