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高阶QAM定时同步的FPGA设计实现
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更新于2023-05-26
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在基于软件无线电数字接收机技术的研究中,定时同步是一项关键技术。文中设计的定时同步结构采用了基于Farrow结构的内插滤波器,同时以改进的Gardner定时误差计算方法提取采样相位误差,该方法对载波相位不敏感,可先独立于载波同步单独使用,适用于高阶QAM信号的定时同步。以128 QAM为例,对整个系统进行了仿真验证,并且在FPGA平台上实现了该算法,收到良好的效果,具有很好的通用性和可移植性。
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高阶高阶QAM定时同步的定时同步的FPGA设计实现设计实现
在基于软件无线电数字接收机技术的研究中,定时同步是一项关键技术。文中设计的定时同步结构采用了基于
Farrow结构的内插滤波器,同时以改进的Gardner定时误差计算方法提取采样相位误差,该方法对载波相位不敏
感,可先独立于载波同步单独使用,适用于高阶QAM信号的定时同步。以128 QAM为例,对整个系统进行了仿
真验证,并且在FPGA平台上实现了该算法,收到良好的效果,具有很好的通用性和可移植性。
目前,基于软件无线电的数字接收机,其
QAM调制方式特别是
1 定时同步结构设计定时同步结构设计
1.1 算法结构算法结构
定时同步结构如图1所示。该结构是基于Gardner算法[2]而设计的,包括用来进行符号采样的内插滤波器、定时误差检测
器、环路滤波器、插值控制器。其中,内插滤波器从输入的非同步被测基带I/Q采样信号中恢复出发送的符号,而定时恢复环
路用来控制内插滤波器的插值相位。定时误差检测器提取出当前采样相位误差,将其送入环路滤波器滤波后控制NCO的振荡
频率。当被测信号等效采样无相偏时,环路进入稳定状态,此时NCO的振荡频率就等于实际被测信号的码率或码率的整数倍
[3]。下面只对定时同步的关键结构进行阐述。
1.2 插值滤波器插值滤波器
插值滤波器是符号定时同步的核心部分。高阶QAM对插值精度的要求非常高,传统的内插滤波器如线性内插、3次立方内
插、带参数的4点分段拟合内插等已不能满足要求。插值滤波器的设计关键是插值函数的设计,由于多项式内插函数能够用
Farrow结构实现,运算量较低,所以插值函数最好能够用多项式拟合实现。参考文献[4]给出了一种基于多项式插值滤波器的
设计方法。这种多项式内插滤波器通过在通带和阻带上设置需要的幅度和加权系数,结合最优化算法和具体要求的频带特性,
可以实现频域上的任意频响。
1.3 定时误差提取定时误差提取
传统Gardner算法是针对BPSK/QPSK调制信号提出的,不适用于高阶QAM这种多电平信号,必须对传统Gardner算法进行改
进。改进Gardner算法的思路是改变其只对零点检测有效性的缺点,将中间值y((n-1/2)T+t)归零化即可[5]。改进的定时误差提取
公式为:



















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