《電子技術(shù)應用》
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突發(fā)通信快速定時恢復設(shè)計與實現(xiàn)
電子技術(shù)應用
李超
中國西南電子技術(shù)研究所
摘要： 采用反饋結(jié)構(gòu)定時恢復的數(shù)字接收機環(huán)路鎖定時間存在不確定性，無法滿足突發(fā)通信快速同步的需求。為快速獲取定時誤差，同時兼顧實現(xiàn)的復雜度和資源，提出了一種2倍采樣下前饋結(jié)構(gòu)的定時恢復方法。首先，根據(jù)同步段檢測的相關(guān)峰值，利用拋物線估計得到定時誤差；然后，通過四點分段拋物線插值將采樣數(shù)據(jù)進行重構(gòu)，恢復出定時同步的數(shù)據(jù)；最后，采用現(xiàn)場可編程門陣列硬件平臺對該方法進行了實現(xiàn)及驗證。實驗結(jié)果表明，該方法計算量小、實現(xiàn)復雜度低，誤碼率在10-5時較理想采樣仿真性能只損失0.05 dB，實現(xiàn)性能損失在0.2 dB以內(nèi)。
中圖分類號：TN911 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246114
中文引用格式： 李超. 突發(fā)通信快速定時恢復設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 電子技術(shù)應用，2025，51(6)：59-64.
英文引用格式： Li Chao. Design and implementation of fast timing recovery for burst communication[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(6)：59-64.
Design and implementation of fast timing recovery for burst communication
Li Chao
Southwest China Institute of Electronic Technology
Abstract： The loop lock time of the digital receiver with feedback structure timing recovery is uncertain, which cannot meet the demand for fast synchronization in burst communication. In order to obtain timing error rapidly, taking into account the complexity and resources of implementation, a timing recovery method based on 2 times sampling feedforward structure is proposed. Firstly, according to the correlation peak detected by the synchronization segment, the timing error is obtained by using parabolic estimation. Then, the sampled data is reconstructed through four points piecewise parabolic interpolator to recover the data of timing synchronization. Finally, the method is implemented and verified by field programmable gate array(FPGA) hardware platform. The experimental results show that the proposed method has less computation and low implementation complexity. When the bit error rate is 10-5, the simulation performance loss is 0.05 dB and the realization performance loss is less than 0.2dB compared with ideal timing.
Key words : timing error estimation；parabolic interpolation；feedforward structure；burst communication

引言

在深空通信、衛(wèi)星通信以及軍事通信等無線通信系統(tǒng)中，突發(fā)通信因其良好的保密性、抗干擾能力和抗截獲能力而得到廣泛應用[1]。定時恢復是突發(fā)通信的關(guān)鍵技術(shù)，直接影響接收機的性能。定時恢復從實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上主要分為前饋結(jié)構(gòu)和反饋結(jié)構(gòu)兩種，以Gardner算法為代表的反饋結(jié)構(gòu)定時恢復方法已得到了大量的研究和改進[2-4]。但反饋結(jié)構(gòu)的定時恢復因受信號相位變化等影響，導致環(huán)路鎖定時間存在不確定性，無法滿足突發(fā)通信快速定時同步的需求。前饋結(jié)構(gòu)的定時恢復是正向開環(huán)結(jié)構(gòu)，能快速獲取定時誤差，更適合突發(fā)通信。

前饋定時恢復主要包括定時誤差估計和數(shù)據(jù)插值兩部分，定時誤差估計算法可分為數(shù)據(jù)輔助和非數(shù)據(jù)輔助兩類。非數(shù)據(jù)輔助類在信息流中無需加入前導序列，不增加幀開銷，從而受到學者青睞[5-7]。但非數(shù)據(jù)輔助類算法在成型系數(shù)較小時“自噪聲”嚴重，使得估計性能較差[8]，同時其計算復雜度高，不利于實現(xiàn)。因此，基于數(shù)據(jù)輔助類的定時誤差估計算法受到越來越多的關(guān)注。文獻[9] 提出了一種針對QPSK調(diào)制的定時和載波相位捕獲聯(lián)合估計算法，利用插入的前導碼在接收端提取出信號的定時和相位信息，但該方法8倍采樣在實現(xiàn)中會消耗較多存儲資源，同時前導碼的引入會增加系統(tǒng)帶寬開銷。文獻[10]提出了一種數(shù)據(jù)輔助的前向位定時估計算法，該方法根據(jù)4倍采樣下同步段檢測相關(guān)曲線主瓣中的4點相關(guān)峰值，采用三角函數(shù)估計算法得到定時誤差，具有較好的估計性能。在此基礎(chǔ)上，文獻[11]討論了2倍采樣下的基于PN碼的數(shù)據(jù)輔助前向定時估計算法。

突發(fā)通信一般通過在數(shù)據(jù)段前插入同步段來保證接收信號的正確捕獲[12]。本文在不增加額外幀開銷的情況下，利用突發(fā)通信同步段的相關(guān)特性，提出了一種2倍采樣下前饋結(jié)構(gòu)的快速定時恢復方法。通過對比分析線性估計、拋物線估計和三角函數(shù)估計3種定時誤差估計算法的性能，選用運算復雜度低且性能佳的拋物線估計算法估算定時誤差。然后將定時誤差運用到四點分段拋物線數(shù)據(jù)插值中，實現(xiàn)對2倍采樣數(shù)據(jù)的插值，最終得到定時恢復數(shù)據(jù)。選擇BPSK（同步段）+QPSK（數(shù)據(jù)段）調(diào)制和1/3Turbo編碼，對所提方法接收性能進行了仿真驗證，并且在現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）中進行了實現(xiàn)。


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作者信息：

李超

（中國西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036）


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