高速并行Gardner算法设计与实现

随着空间探测任务逐步增加、空间信道频谱资源日趋紧张,传统Gardner定时同步算法已经无法满足高速数传系统高通量、高可靠性的需求。为了提高Gardner定时同步算法的吞吐率并增大可纠正误差范围,提出一种高速并行Gardner算法。为了保证插值精度同时减少乘法器消耗,设计了一种并行分段抛物线插值滤波器;为了便于并行流水线设计和最佳采样点选取,构建了计数模块和定时缓存调整模块;为了提高等价吞吐率,重构了流水线并行环路滤波器结构和并行数控振荡器结构。结果表明,该算法等价吞吐率可达1739.13 Msps,数字信号处理器资源消耗可减少44%,可纠正2×10^(-3)的定时误差。

一种改进的Gardner定时同步算法

针对定时同步算法捕获时间长、稳定性差和误码率高等问题,提出一种改进的Gardner定时同步算法。分析不同插值滤波器对定时同步的影响,并选用分段抛物线插值滤波器。对QPSK调制信号进行开环和闭环分析。仿真结果表明,与现有算法相比,改进的定时同步算法捕获时间缩短0.005 s,进入同步后的均方误差减小,当信噪比大于8 dB时,误码率明显降低。

自噪声抑制Gardner算法及位同步环路设计

位同步技术是空间激光通信和测控一体化的关键技术之一,位同步的精确与否直接影响整个系统的性能。针对空间激光通信位同步技术中基于Gardner定时误差估计算法易受系统自噪声干扰,提出了一种自噪声抑制Gardner算法,同时基于此算法提出一种位同步环路。通过对算法理论分析与环路建模仿真结果表明,在E_b/N_0大于9 dB情况下,提出自噪声抑制Gardner算法与位同步环路能够有效地降低同步过程中由于系统自噪声引起的定时抖动,并且拥有更快的位同步建立的时间。

Gardner定时同步环路自噪声消减算法研究

为了解决Gardner定时同步环路自噪声较大的问题,对现有的各种自噪声消减算法进行了归类研究,将其划分为算法修正类和波形预处理类两类,并分别进行了理论和仿真分析,得到了各类算法性能的对比结果及与性能限的差距,最后分析了各类算法的实际应用场景及未来的研究方向。

Gardner算法在OFDM采样率同步中的应用

该文将单载波中的Gardner位同步方法应用于OFDM系统中,以解决OFDM系统中的采样率同步问题。同步环路由定时误差提取、环路滤波器和插值器3部分组成。由于采样率偏差基本恒定,本文将环路滤波器用线性最小二乘拟合代替。拟合过程用递推实现以降低运算量。经过分析,最小二乘拟合可使采样率偏差的估计误差随拟合的符号数以立方律减小。但最小二乘拟合在实际中存在两个问题:首先,由于温度等因素,采样率偏差会缓慢变化,并不恒定;其次,随着时间的积累,递推中间变量总会溢出。该文给出了相应的解决方法,只需定期修正递推的中间变量,即可通过限制拟合的时间跨度并定期变换坐标系,解决了以上两个问题。

基于Gardner算法的通用位同步器设计与实现

设计并实现了一种基于Gardner算法的通用位同步器,并对Gardner算法结构进行了改进,以满足软件无线电通用解调器的要求,即对较宽速率范围的基带码元都能实现位同步。对该位同步器进行仿真、实际测试和分析,结果证明了该方法的正确性。

改进环路结构的Gardner定时恢复算法

针对经典的Gardner定时恢复算法存在同步建立时间长、同步稳定性能差等问题,提出一种改进环路结构的Gardner定时同步恢复算法。首先,该算法选用立方插值和分段抛物线插值两种插值滤波器进行插值,得到两路最佳插值序列;其次,分别计算两路插值序列对应的定时误差并求加权平均值,得到环路的定时误差;最后,以两路最佳插值序列的加权平均值作为环路输出。针对正交相移键控(QPSK)、正交幅度调制(16QAM)两种调制信号进行了仿真验证。仿真结果表明,该改进算法作用于QPSK信号时同步稳定性更好,相比作用于16QAM信号,其环路开始同步时码元的位置对应的序列数明显减小;并且该算法在信噪比为-5dB的情况下使QPSK信号星座图收敛半径为0.26左右,与类似锁频锁相(FPLL)的改进Gardner定时恢复算法相比收敛半径减小约0.08,该算法有效地缩短了同步建立的时间,提高了环路的稳定性,可广泛应用于高速解调系统。

卫星通信中基于Gardner算法的抗载波偏差法

鉴于信号载波频率偏差引起较大的误码等缺点,在Gardner改进算法(E-Gardner)的基础上提出了一种抗载波偏差的时钟误差检测算法(AC-Gardner),该算法解决了E-Gardner算法受载波频差和相差影响的问题。仿真结果表明,在Corazza信道环境下AC-Gardner算法能有效地消除载波偏差的影响,提高了整个系统的同步性能。

一种16倍采样的Gardner定时同步方法

DVB-S2X(The second generation Digital Video Broadcasting by Satellite Extensions)标准给出了高至256阶的APSK(Amplitude Phase Shift Keying)调制方式,对解调端的符号定时同步、帧同步和载波恢复都提出了更高的要求。结合DVB-S2X技术手册的建议,在经典的基于4倍符号速率采样的Gardner定时同步的基础上,提出了一种在定时同步环路前端加预滤波器并将原来的单路插值扩展到4路插值的基于16倍采样的同步方法。介绍了该方法的思想和结构并进行了仿真实验,结果表明该方法相比于经典Gardner方法有更好的误码性能,在高阶调制的情况下表现尤为突出。

Gardner算法实现基带信号位同步技术探讨

利用Gardner算法实现基带信号位同步,能比较好地解决基带信号频率与本地时钟频率不同步的问题。系统位同步环路由插值器,TED误差检测器,环路滤波器和控制器组成,利用对经本地时钟采样后的基带信号内插产生的误差信号经TED,环路滤波传送到控制器,再从NCO提取误差控制参数反馈到内插器,不仅可以计算出最佳插值位置,也可以得到具体最佳值的大小。实际验证该系统具有良好的性能,且结构简单,易于实现,适用于高速数字接收机的调制解调系统。

基于Gardner算法的抗载波偏差的一种改进算法

提出了一种用于数字通信接受端TED(Timing Error Detector)模块的算法,它是基于已被广泛使用的Gardner算法的一种改进算法,改进后的算法解决了Gardner算法受载波偏差影响的问题。发现了载波偏差对Gardner算法的影响随载波偏差的增加呈周期性变化的特性。改进的原理是根据这个特性,把载波偏差搬移到对TED模块影响最小的周期区间内,这样可以在不求出载波偏差具体值的情况下消除载波偏差对TED模块的影响。仿真表明,按照以最佳采样点附近Gardner表达式的斜率代表精确度这个标准,改进后的算法提高精确度30%～93%。

Gardner同步算法在高速GMSK信号传输中的应用

为了提高GMSK信号在高码速率传输下的同步性能,研究了Gardner算法在GMSK解调中的应用。在发射接收两端采样存在晶振漂移的情况下,Gardner算法很好地纠正了采样频偏,准确地找到最佳采样时刻的判决信息。得益于其简单的同步结构,Gardner算法使得GMSK信号可用更高的码速率传输,同时简化了硬件电路。实验结果表明,在20 Mbps码速率的GMSK信号传输中,Gardner算法很好地完成了位同步,联合维特比解调,在9.5 dB的信噪比下达到9×10^(-5)的误码率性能。

一种改进的Gardner定时恢复算法研究

为了提高基于Gardner算法的定时同步系统的性能,采用Matlab和Simulink对该算法进行建模和仿真,针对定时同步环路中能够影响环路等效带宽的环路滤波器,提出了一种在定时同步的捕获和跟踪阶段具有不同等效带宽的环路滤波器结构,从而在缩短定时捕获时间的同时提高了跟踪阶段的同步精度(即减小了定时抖动)。通过与经典Gardner定时恢复算法的对比分析,验证了该结构的有效性。

基于System Generator的Gardner算法设计与实现

采用Gardner算法,对QPSK调制解调系统中的位同步系统进行设计与实现,大大提高了系统性能和资源利用率。重点阐述采用FPGA开发环境System Generator系统设计工具进行位同步设计与实现的方法,并在Lyrtech SFFSDR DP(Lyrtech小型软件无线电开发平台)上进行硬件协同仿真与验证,同时给出了相应的仿真波形。仿真结果在软件无线电技术及应用方面有着重要的理论研究价值,在开发设计上可大幅度地缩短开发周期,节约成本。

基于改进Gardner算法的水下无线光OQPSK系统性能分析

针对水下无线光通信(UWOC)中海水信道的衰减特性和系统自噪声对调制性能的影响,提出了一种改进的Gardner定时同步算法,建立了基于偏移正交相移键控(OQPSK)调制的UWOC系统模型,仿真分析了OQPSK调制系统中水质和传输距离对误码率(BER)性能的影响规律。结果表明,与正交振幅调制(QAM)、四相相对移相键控(QDPSK)、开关键控(OOK)调制的系统相比,当系统BER达到10^(-3)时,采用OQPSK调制可分别获得2.2、4.4、6.2 dB左右的增益。与OOK调制相比,采用OQPSK调制可获得2.3~8.2 m的距离增益。在衰减较大的水下信道中,提出的Gardner算法较好地改善了OQPSK调制信号的同步性能,与传统算法相比,BER明显降低,可获得约12.5~14.2 dB左右的增益。

基于三角函数内插法的Gardner位定时同步环的FPGA实现

位定时同步是全数字接收系统中的关键组成部分,对系统性能有重要影响。Gardner定时同步环结构简单便于工程实现,三角函数内插法结构简单内插精度高。文章将三角函数内插法应用于Gardner定时同步环,降低了实现难度。

基于FPGA的LEO卫星通信大频偏时钟恢复算法设计

在卫星高速数传通信系统中,多普勒效应等因素会导致收发符号定时偏差加大,采用Gardner时钟恢复算法可以有效地消除其影响。然而现有时钟恢复算法实现结构存在着采样速率和实现复杂度较高的问题,由于实际系统中采样率和硬件资源有限,使其难以满足更高速率以及更高定时偏差容忍度的需求。基于Gardner时钟恢复算法,提出了一种新的并行实现结构,通过引入增删状态机、样值调整模块以及符号抽取模块使其能够在两倍符号率采样时实现快速符号定时计算。仿真及FPGA板级测试表明,该结构适应QPSK/8PSK/16APSK多种调制格式,能够容忍高达±400×10^(-6)的定时频率偏差,且长期测试误码率稳定。另外,在实现625 MBaud符号率的实时接收机系统时,所提出的并行实现结构相对传统结构节省了约37%的LUT资源以及一半以上的Register和DSP资源,在资源受限的实时通信系统中具有很大的应用价值。

一种改进的定时恢复方法

定时恢复是全数字接收机中的一项关键技术,以传统的Gardner定时恢复理论为基础研究了一种改进的定时恢复方法。该方法去掉环路滤波,改插值滤波器为多相滤波器,并对NCO和定时误差提取方法进行了改进。以16QAM为例对整个环路进行了仿真验证,该方法对载波相位不敏感,并且较传统Gardner插值算法简单易行。在满足准确性和速度的前提下,由于采用连续可变分数倍抽取技术,该方法在工程应用中可适用于每个符号非整数个采样点的信号的定时恢复,同时能有效避免多电平信号在采用Gardner算法估算定时误差时出现的局部抖动现象,适用于PSK、QAM信号的定时恢复。

卫星通信中定时误差检测改进算法

符号定时同步技术是卫星通信系统的关键技术之一,其准确性会直接影响整个系统的性能。鉴于Gardner算法在定时同步环路中的广泛应用及其对限带信号的局限性,在异步采样同步思想的基础上,通过对Gardner算法及其修正算法在式样抖动及定时误差方面的比较,提出了一种增强的Gardner定时误差检测算法(E-Gardner)。该算法结构简单,且能有效地减小定时误差偏差和系统自噪声。仿真结果表明,在Suzuki移动卫星信道环境下,E-Gardner算法在小滚降系数情况下对正交相移键控(quadrature phase shift keying,QPSK)调制信号的时钟捕获及误差检测的性能有明显的改善。

高速数字接收机中位同步与滤波联合实现方法

针对高速数字接收机中的位同步问题,提出了一种位同步与滤波联合实现结构.该结构利用一次快速傅里叶变换(FFT)运算将信号变换至频域,从中提取定时信息并实现定时恢复,同时完成滤波处理,极大地降低了系统的运算量,节约了硬件资源,并且能够先于载波同步稳定工作.理论分析与仿真结果表明,该结构算法复杂度低,比常用时域方法减少了约60%的运算量,能够在中等信噪比条件下(15 dB以上)准确实现位同步,适用于高速调制解调系统.