一種多體制通信時(shí)間同步算法及其FPGA實(shí)現

　　引 言

　　隨著(zhù)通信技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)通信體制呈現多樣化趨勢，各種通信系統之間互不兼容、升級能力有限等問(wèn)題越來(lái)越突出。為了有效解決上述問(wèn)題，清華大學(xué)無(wú)線(xiàn)與移動(dòng)通信技術(shù)研究中心在承擔的國家863項目“軟硬件可重構的新一代無(wú)線(xiàn)通信統一平臺研究”中，以上位機、通用硬件平臺和寬帶天線(xiàn)等為基礎，搭建一個(gè)可以兼容多種通信體制的新一代無(wú)線(xiàn)通信統一平臺，并通過(guò)運行GSM、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、WiMAX等主流2G/3G/B3G無(wú)線(xiàn)通信系統，驗證平臺的可行性。該平臺結構如圖1所示。其中，上位機提供人機界面，并完成基帶信號處理和系統整體控制[1];通用硬件平臺主要完成上下變頻、數模模數轉換、同步等信號預處理功能。

　　針對需要兼容多種通信體制的新一代無(wú)線(xiàn)通信統一平臺，傳統的時(shí)間同步算法由于對載波頻偏過(guò)于敏感、捕獲時(shí)間長(cháng)等問(wèn)題[2-4]，無(wú)法滿(mǎn)足各種無(wú)線(xiàn)通信體制對時(shí)間同步算法的性能需求。文獻[5]介紹了一種基于前導字的快速位同步算法，但它只適用于在每個(gè)數據包前都插入前導字的突發(fā)通信系統，且一般所需較長(cháng)的前導字。文獻[6]介紹了一種可以減輕載波頻偏影響的幀同步算法，但它針對中國數字廣播電視系統設計，不適用于其他通信體制，而且存在算法硬件實(shí)現復雜、沒(méi)有考慮位同步的實(shí)現等問(wèn)題。

　　為了解決上述問(wèn)題，本文提出了一種基于同步序列的時(shí)間同步算法，只需要修改本地同步序列就可以應用于不同的通信系統。其中，幀同步分成檢測和確認兩個(gè)步驟，并通過(guò)采用改進(jìn)的分段相關(guān)法解決幀同步對載波頻偏過(guò)于敏感以及硬件實(shí)現復雜度高等問(wèn)題;而位同步同樣利用同步序列實(shí)現，與幀同步同時(shí)完成，從而解決位同步算法收斂速度慢的問(wèn)題，使算法滿(mǎn)足各種主流無(wú)線(xiàn)通信體制對時(shí)間同步算法的性能需求。

　　適用多體制通信的時(shí)間同步算法

　　為了解決傳統時(shí)間同步算法不適用于多種無(wú)線(xiàn)通信體制且不適于硬件實(shí)現等問(wèn)題，本文提出了一種改進(jìn)的時(shí)間同步算法，如圖2所示。在改進(jìn)的時(shí)間同步算法中，本地同步序列分成和兩段，從而使幀同步和位同步都可以利用接收序列與本地同步序列的相關(guān)性實(shí)現。因此，只需要改變本地同步序列，改進(jìn)后的時(shí)間同步算法就可以適用于不同的通信體制。

　　在本地同步序列及其劃分方式確定后，時(shí)間同步算法的工作原理如下：首先，系統利用本地同步序列1完成幀同步的初始檢測。當檢測結果認為接收到數據幀時(shí)，啟動(dòng)幀同步確認和位同步等模塊，利用本地同步序列2完成幀同步確認和位同步調整。其中，幀同步檢測使用改進(jìn)的分段相關(guān)法，可以有效提高幀檢測算法對載波頻偏的容忍度，降低幀同步的漏同步概率，并使算法便于硬件實(shí)現。幀同步確認和位同步在幀同步檢測成功后啟動(dòng)，通過(guò)本地同步序列2與接收序列的相關(guān)結果來(lái)確認幀同步檢測結果是否正確，從而減少假同步概率，并同時(shí)利用接收序列與本地同步序列2之間的相關(guān)性完成位同步處理，大大加快了位同步的收斂速度。