一種多體制通信時間同步算法及其FPGA實現(xiàn)

　　引 言

　　隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線通信體制呈現(xiàn)多樣化趨勢，各種通信系統(tǒng)之間互不兼容、升級能力有限等問題越來越突出。為了有效解決上述問題，清華大學(xué)無線與移動通信技術(shù)研究中心在承擔(dān)的國家863項目“軟硬件可重構(gòu)的新一代無線通信統(tǒng)一平臺研究”中，以上位機、通用硬件平臺和寬帶天線等為基礎(chǔ)，搭建一個可以兼容多種通信體制的新一代無線通信統(tǒng)一平臺，并通過運行GSM、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、WiMAX等主流2G/3G/B3G無線通信系統(tǒng)，驗證平臺的可行性。該平臺結(jié)構(gòu)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(tǒng)整體控制[1];通用硬件平臺主要完成上下變頻、數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換、同步等信號預(yù)處理功能。

　　針對需要兼容多種通信體制的新一代無線通信統(tǒng)一平臺，傳統(tǒng)的時間同步算法由于對載波頻偏過于敏感、捕獲時間長等問題[2-4]，無法滿足各種無線通信體制對時間同步算法的性能需求。文獻[5]介紹了一種基于前導(dǎo)字的快速位同步算法，但它只適用于在每個數(shù)據(jù)包前都插入前導(dǎo)字的突發(fā)通信系統(tǒng)，且一般所需較長的前導(dǎo)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(shù)字廣播電視系統(tǒng)設(shè)計，不適用于其他通信體制，而且存在算法硬件實現(xiàn)復(fù)雜、沒有考慮位同步的實現(xiàn)等問題。

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

　　適用多體制通信的時間同步算法

　　為了解決傳統(tǒng)時間同步算法不適用于多種無線通信體制且不適于硬件實現(xiàn)等問題，本文提出了一種改進的時間同步算法，如圖2所示。在改進的時間同步算法中，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)性實現(xiàn)。因此，只需要改變本地同步序列，改進后的時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，時間同步算法的工作原理如下：首先，系統(tǒng)利用本地同步序列1完成幀同步的初始檢測。當(dāng)檢測結(jié)果認為接收到數(shù)據(jù)幀時，啟動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(diào)整。其中，幀同步檢測使用改進的分段相關(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現(xiàn)。幀同步確認和位同步在幀同步檢測成功后啟動，通過本地同步序列2與接收序列的相關(guān)結(jié)果來確認幀同步檢測結(jié)果是否正確，從而減少假同步概率，并同時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。