gardner环 matlab,HighSpeedLogic专题:位同步Gardner环的研究
核心提示：在數(shù)字通信中，消息是由一串連續(xù)的信號碼元傳遞的。這些碼元通常都有相同的持續(xù)時間。接收端接收這個碼元序列時，一般均需知道每個碼元的起止時刻，從而對碼元進(jìn)行判決。例如，用取樣判決器對信號進(jìn)行取樣判決時，一般均應(yīng)對準(zhǔn)每個碼元最大值的位置。因此，接收端必須要產(chǎn)生一個碼元定時脈沖序列，并且定時脈沖的重復(fù)頻率和...
1.課題背景
在數(shù)字通信中，消息是由一串連續(xù)的信號碼元傳遞的。這些碼元通常都有相同的持續(xù)時間。接收端接收這個碼元序列時，一般均需知道每個碼元的起止時刻，從而對碼元進(jìn)行判決。例如，用取樣判決器對信號進(jìn)行取樣判決時，一般均應(yīng)對準(zhǔn)每個碼元最大值的位置。因此，接收端必須要產(chǎn)生一個碼元定時脈沖序列，并且定時脈沖的重復(fù)頻率和相位(位置)要與接收碼元一致。即：接收端定時脈沖的重復(fù)頻率和發(fā)送端碼元速率相同；脈沖位置(即取樣判決時刻)對準(zhǔn)最佳取樣判決位置。我們把在接收端產(chǎn)生與接收碼元的重復(fù)頻率和相位一致的定時脈沖序列的過程稱為碼元同步或位同步、位定時，而稱這個定時脈沖序列為碼元同步脈沖或位同步脈沖。
2.課題相關(guān)理論概述
Ganrder法是一種不需要先進(jìn)行載波同步的定時誤差估計算法。這種方法是一種非判決指向方法，其基本思想是：提取出相鄰碼元最佳采樣點的幅度和極性變化信息，再加上相鄰碼元過渡點是否為零這一信息，就可以從采樣信號中提取出定時誤差。
在系統(tǒng)設(shè)計中Gardner鎖相環(huán)位于Costas載波同步鎖相環(huán)之后，主要由四部分組成：內(nèi)插器、時鐘誤差提取模塊、環(huán)路濾波器以及控制器模塊。Gardner算法的基本結(jié)構(gòu)如下所示：
相互正交的I，Q兩路信號的采樣點通過運算每個符號期間都會產(chǎn)生一個定時錯誤樣點。通過定時誤差檢測把定時錯誤序列通過環(huán)路濾波器后送給數(shù)控振蕩器，由數(shù)控振蕩器產(chǎn)生參數(shù)控制插值濾波器，最后插值濾波器進(jìn)行采樣時刻調(diào)整，從而完成整個符號同步過程。如何由接收到的采樣點產(chǎn)生定時錯誤序列，這是Gardner算法的關(guān)鍵所在，在后面的章節(jié)，我們將詳細(xì)討論Gardner環(huán)的原理。
環(huán)路的基本工作流程這里就不做敘述了，有興趣的同學(xué)可以查看相關(guān)的參考文獻(xiàn)，內(nèi)容基本雷同，下面對幾個主要模塊進(jìn)行介紹。
時鐘誤差提取模塊
Gardner算法中的每個符號需要兩個采樣點，一個為符號的最佳觀察點，一個為兩個最佳觀察點之間的采樣點。該算法使用與捕獲與跟蹤兩種模式。誤差提取模塊每個符號周期計算一次，理論計算公式為：
環(huán)路濾波器
控制器模塊
從功能方面看內(nèi)插估值控制模塊的主要完成的任務(wù)是計算小數(shù)間隔，以及產(chǎn)生再采樣時鐘Ti。從圖中可以看出，內(nèi)插估值控制模塊可以由兩部分組成：一是遞減計數(shù)NCO，二是小數(shù)間隔計算模塊。NCO采用遞減方式進(jìn)行計數(shù)是該設(shè)計的精妙之處，采用此設(shè)計方案后，只需運用一個簡單的相似三角形的方法就能巧妙的計算出小數(shù)間隔。
3.相關(guān)研究成果
Gardner環(huán)的Matlab仿真
前面我們仔細(xì)研究了Gardner環(huán)的基本工作原理，這里我們將對Gardner環(huán)進(jìn)行仿真，探討Gardner環(huán)的工作性能。在系統(tǒng)仿真前，首先要確定Gardner環(huán)的環(huán)路系數(shù)。在這里，我們?nèi)∠禂?shù)C1，C2分別為0.001，0.000001。需要對分?jǐn)?shù)間隔，環(huán)路濾波輸出，Gardner環(huán)輸出后的基帶信號星座圖以及系統(tǒng)誤碼率進(jìn)行仿真。
確定了環(huán)路濾波器的系數(shù)后，就可以開始進(jìn)行仿真了，根據(jù)前面介紹的Gardner環(huán)的基本計算流程，我們開始對在不同時偏下進(jìn)行對系統(tǒng)的仿真。
Gardner環(huán)的仿真參數(shù)如下所示：
S曲線開環(huán)仿真
當(dāng)位定時提前(定時偏移時刻為負(fù))，定時誤差信號為負(fù)值，當(dāng)位定時滯后(定時偏移時刻為正)，定時誤差信號為正值，無定時偏移時(τ=0)，定時誤差信號位于原點。由于基于GARDNER算法的定時誤差信號具有與頻率偏移無關(guān)的特性。具體仿真如下所示(這里我們設(shè)置頻偏分別為0k，4k)：
圖不同頻偏下的S曲線開環(huán)仿真圖
可見不同的頻率偏移條件下，定時誤差信號特性曲線除了幅度上有所變化外，它們的基本形狀為S形，這表明頻差對定時誤差信號的影響不大。幅度的不同是由于頻偏帶來的相位差導(dǎo)致的。所以在一般的中頻系統(tǒng)中，這類誤差是完全可以忍受的。當(dāng)然在射頻環(huán)境下，當(dāng)系統(tǒng)的相位噪聲較大的時候，S曲線可能發(fā)送變化，但是其基本形狀仍比較接近。這樣，我們可以單獨的考慮時偏因素對gardner環(huán)的影響，并可以在測試環(huán)境下使用不帶頻偏的測試信號進(jìn)行測試，從而簡化了系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜度。
Gardner閉環(huán)仿真
下面我們對不同時偏的情況進(jìn)行仿真，以下是時偏為0.0005的情況下，分?jǐn)?shù)間隔和誤差信號通過環(huán)路濾波后的仿真圖。環(huán)路輸出在0.5上下波動，基本收斂在0.5附近，分?jǐn)?shù)間隔μ，一開始分?jǐn)?shù)間隔μ是不穩(wěn)定的，但是隨著整個定時同步系統(tǒng)的工作，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，此時分?jǐn)?shù)間隔μ逐漸形成收斂三角形，其斜率變小，這是由于時偏變成了0.0005，為原來的1/2。
從上面的仿真可以看出gardner環(huán)基本能正常工作，其穩(wěn)定后，誤差信號通過環(huán)路濾波后其值穩(wěn)定在0.5左右。其不隨時偏變化，而分?jǐn)?shù)間隔μ會變?yōu)槿切?#xff0c;三角形的斜率和時偏相關(guān)，下面我們來研究在Gardner鎖定的過程中，系統(tǒng)的I,Q兩路基帶信號的星座圖的變化。
加入gardner環(huán)之后，系統(tǒng)可以有效的克服由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)晶振不同導(dǎo)致的誤碼，通過誤碼率仿真可知，加入gardner環(huán)之后，系統(tǒng)的誤碼率解決理想值，基本消除了時偏帶來的影響。
圖加Gardner環(huán)后的系統(tǒng)誤碼率曲線仿真圖
從仿真可以看到，通過Gardner環(huán)之后，其系統(tǒng)誤碼率基本接近理想值，從而說明采用此方案的正確性。
4.參考文獻(xiàn)
兩篇經(jīng)典的Gardner環(huán)外文論文：
其余中文參考文獻(xiàn)：
《基于FPGA的全數(shù)字QPSK通信系統(tǒng)的研究》
《基于FPGA的數(shù)字接收機(jī)同步技術(shù)的研究與實現(xiàn)》
《基于FPGA的數(shù)字中頻擴(kuò)頻接收機(jī)的研究與實現(xiàn)》
《全數(shù)字BPSK_QPSK接收機(jī)同步技術(shù)研究》
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的gardner环 matlab,HighSpeedLogic专题:位同步Gardner环的研究的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
