專利名稱：基于低密度奇偶校驗譯碼軟判決信息的迭代定時同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到較低信噪比(SNR)情況下的基于低密度奇 偶校驗(LDPC)譯碼軟判決信息(SDM)的迭代定時同步方法與裝置。
背景技術(shù)：
在數(shù)字通信領(lǐng)域中，接收機因系統(tǒng)熱噪聲、傳輸時延、收發(fā)端頻率源偏差、通信接收 機晶振頻率漂移、載波同步后的殘留偏差等因素影響，不能實現(xiàn)接收碼元符號的最佳定時 采樣判決。這將導(dǎo)致系統(tǒng)通信性能降低甚至失效。針對該問題，接收機通?？刹捎枚〞r同 步方法來解決。目前，實用的通信接收機定時同步方法主要有基于最小均方誤差的有數(shù)據(jù)輔助定時同 步，利用信號自身統(tǒng)計特性的無數(shù)據(jù)輔助定時同步及結(jié)合信道碼的迭代定時同步等三類方 '法。其中，采用有數(shù)據(jù)輔助定時同步已有實用方法，如Miller&Miiller定時誤差檢測方法， 見文獻(xiàn)K. Miller and M. Miiller， "Timing Recovery for Digital Synchronous Data Receivers", IEEE Trans, on Com., 1976, 24: 516-531。但該方法有以下不足使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)多占用傳輸帶 寬，不適于單點對多點通信的廣播通信等缺陷。所以，也有人提出利用信號自身統(tǒng)計特性 的無數(shù)據(jù)輔助定時同步方法，如Gardner早遲門定時同步方法，見文獻(xiàn)F. M. Gardner, "A BPSK/QPSK Timing Error Detector for Sampled Receivers", IEEE Trans, on Com. 1986, 34(5): 423-429。但該方法在較低SNR等情況下性能較差。另外，以上兩類傳統(tǒng)定時同步方法的綜 合性描述著作，可見文獻(xiàn)Umberto Mengali et.al., "Synchronization techniques for digital receivers", hew York: Plenum Press, 1997。這兩類方法都忽視了數(shù)字通信系統(tǒng)一般都采用信 道碼的事實。同時，因估計誤差受參數(shù)估計理論中Cramer-Rao下界的約束，在較低SNR情 ^L下定時估計的可靠性都較差。而且，這些方法捕獲過程都較慢，影響了它們在較低SNR 情況下的實用性。第三類結(jié)合信道碼的迭代定時同步方法主要是采用信道譯碼的中間結(jié)果 來涵行定時誤差估計的定時同步方法。根據(jù)最新研究，可由所采用的信道編碼的不同，分 為格型譯碼輔助迭代定時同步和分組譯碼輔助迭代定時同步兩類方法格型譯碼輔助迭代，al同歩方法采用搜索最可能滿足該信道編碼格型譯碼約束條件的幸存路徑，來判斷最佳l]i時同步采樣點。該方法可見文獻(xiàn)John R. Barry, et.al. "Iterative Timing Recovery",正EE Sigjal Processing Magazine, 2004, 89-102。該方法主要存在計算復(fù)雜度過高和存儲量過大等 l奇^^而分組譯碼輔助迭代定時同步方法主要利用分組碼(如LDPC碼)的迭代譯碼過程中軟 判決譯碼中間結(jié)果滿足LDPC校驗方程約束數(shù)量的多少程度來判決最佳采樣點，即對接收 信號高倍插值采樣，并將譯碼結(jié)果滿足校驗方程約束數(shù)量最多的采樣點作為最佳定時采樣點，來實現(xiàn)定時同步。該方法可見文獻(xiàn)Dong-U Lee, et.al., "Joint LDPC Decoding and Timing Recovery Using Code Constraint Feedback", IEEE Com. Letters, 2006, 10(3): 189-191 。該方法
的復(fù)雜性有所降低，但其迭代計算次數(shù)還是較大，性能較差，限制了它的實用性。總之， 在較低SNR情況下，現(xiàn)有迭代定時同步方法性能較好。但因其算法復(fù)雜及計算量大等缺陷， 目前尚未見有效的實用方法。
另外，在很多情況下，定時同步處理至少以兩種階段或操作模式進(jìn)行工作:(a)捕獲階 段；(b)跟蹤階段。在定時同步的捕獲階段，定時同步模塊采用搜索、最大似然估計等方法 來粗估計定時誤差并進(jìn)行初步矯正。在定時捕獲之后，定時同步處理進(jìn)入跟蹤階段，用最 大似然反饋環(huán)等方法使定時采樣點穩(wěn)定的保持于準(zhǔn)確定時采樣點的某個小范圍內(nèi)，以減少 定時同步誤差。
在本發(fā)明中，需要用到插值、匹配濾波、相關(guān).、LDPC迭代譯碼、單純形極小值搜索、 Miller&Miiller定時誤差檢測和數(shù)字環(huán)路濾波等現(xiàn)有技術(shù)，這些技術(shù)分別描述如下
插值方法
插值方法是數(shù)值計算中常見的方法，它能根據(jù)己知若干樣本點及其函數(shù)值，'來估計未 知樣本點的函數(shù)值。插值方法主要包括線性分段插值，Lagrange插值，牛頓插值，樣條插 值等方法。其中，線性分段插值方法性能較差，但計算量少，適用于硬件資源有限的應(yīng)用 場合。其他插值方法性能較好，但計算量較大，更適用于理論分析的應(yīng)用場合。
匹配濾波方法
在數(shù)字通信中，為了使采樣信號滿足奈奎斯特采樣定理而不產(chǎn)生碼間干擾，在通信發(fā) 送,和接收端需要分別采用對稱的均方根升余弦(SRRC)成型及匹配濾波處理。實現(xiàn)該方法 的ri波器參數(shù)主要是滾降系數(shù)。另外，在具體實施過程中，可通過數(shù)字化處理，均勻取以 中心為基準(zhǔn)對稱的若干離散點，并忽略離中心點較遠(yuǎn)處函數(shù)值較小點，作為該濾波器的抽 頭系數(shù)。
相關(guān)主、要是通過特定的運算來求解未知數(shù)據(jù)與已知數(shù)據(jù)的相似程度，如兩者越相似， f尋到的相關(guān)結(jié)果越大。相關(guān)的特定計算過程如下如已知數(shù)據(jù)長為L(L為自然數(shù))，每次逐 赤號的從未知的數(shù)據(jù)中取連續(xù)長度為L的數(shù)據(jù)，且按順序?qū)⒃摂?shù)據(jù)中每個數(shù)據(jù)分別與已知 余#中對應(yīng)序號的數(shù)據(jù)相乘，然后將這L個相乘結(jié)果相加，得到相關(guān)結(jié)果。
LDPC的迭代譯碼方法
;LDPC的迭代譯碼方法可用迭代的方式以低計算復(fù)雜度實現(xiàn)LDPC碼的譯碼。該方法 ^i體實現(xiàn)最常用的是和積譯碼算法。它的詳細(xì)描述可見文獻(xiàn)MacKay D. J., "Good Error-Correcting Codes Based on Very Sparse Matrices", IEEE Trans. On Inform. Theory. 1999， 45(i5): 399-431。該算法包括以下內(nèi)容
LDPC譯碼算法先定義變量如下"c,)為變量節(jié)點f的先驗信息，即對數(shù)似然比； 丄( W)表示第Jt次迭代中，從校驗節(jié)點y到變量節(jié)點/的外信息；丄(^W)表示第ik次迭代中，從變量節(jié)點/到校驗節(jié)點y的外信息；丄(2/")為第/fc次迭代后變量節(jié)點/的后驗信息； C(/)表示和變量節(jié)點/相連的校驗節(jié)點的集合；及(y')表示和校驗節(jié)點y相連的變量節(jié)點的崔A 朱O o具體的LDPC譯碼算法可以分為以下三個步驟 首先，LDPC譯碼的初始化A^/o))"(c,), = 0 (2)"^")三"C三0，當(dāng)變量節(jié)點/與校驗節(jié)點y不相連 (3) 其中，ij為自然數(shù)，表示節(jié)點序號；；c,為發(fā)送比特，^為接收符號；如接收系統(tǒng)采用BPSK調(diào)制，其映射為"o"4"+r，'T'i~>"-r;其他調(diào)制方式也可通過解調(diào)、解映射及并串變換的方式轉(zhuǎn)成這種映射結(jié)構(gòu)；信道為加性高斯白噪聲(AWGN)信道，AWGN ^差為CT2; log(q)為自然對數(shù)函數(shù)；戶(1,=+1|;/,)為當(dāng)前收到信號乂，則《=+1的概率，尸(、=+1|>;,) 的定義也類似。其次，LDPC碼的迭代譯碼迭代譯碼可包括兩個部分，變量節(jié)點的更新計算和校驗 節(jié)點的更新計算，在本發(fā)明中設(shè)定固定的迭代次數(shù)K次(K為自然數(shù)，可選為20~30)，然 后判決輸出。變量節(jié)點的運算(對所有的變量節(jié)點i):丄 ))=丄")+ S 〖4)其中，Z(q)為累加求和函數(shù)；其下標(biāo)y'ec(/)"'表示所求知的項的標(biāo)號y'為除去j外 的所有屬于集合cw的值。校驗節(jié)點的運算(對所有的校驗節(jié)點j):丄(r/))-tan!Tr 、 J"! tanh("0/2)(5)其中，yt^l; tanh(Q)為雙曲正切函數(shù)；n 為對括號內(nèi)的項進(jìn)行相乘運算的乘積函數(shù)； 為了簡化處理以方便數(shù)字集成電路實現(xiàn)，可分別定義以下公式(6)(7),-log411 (8) e —l其中，w'gw(q)為符號函數(shù)；iq為絕對值函數(shù)。則以上公式(5)也可以表示為最后，LDPC譯碼后驗信息的計算和符號硬判決計算分別如下:<formula>formula see original document page 9</formula>其中，公式(ll)中得到的A即為對應(yīng)序號i的最終譯碼后的碼字。另外，如設(shè)該LDPC 碼的校驗矩陣為二維RxN的矩陣(N,R為自然數(shù)，分別表示為LDPC碼的碼長和校驗方程的 個數(shù)，且有IKN)，這樣就有N個硬判決譯碼結(jié)果。最后，可定義該N個硬判決譯碼結(jié)果中 前(N-R)個硬判決譯碼結(jié)果(這部分對應(yīng)于編碼前的信息比特)和全部N個硬判決譯碼結(jié)果 (這部分包括編碼前的信息碼元和相應(yīng)的LDPC校驗碼元)分別作為LDPC信息碼元和LDPC 碼字。-單純形極小值搜索方法單純形極小值搜索方法是Nelder和Mead提出并經(jīng)后人改進(jìn)的極小值搜索算法。該方法 可用于求解多維函數(shù)的極值，且其具有無需求導(dǎo)運算，算法簡單魯棒，適合變元數(shù)不多及 函數(shù)值不連續(xù)的方程求極值等優(yōu)勢，適用于無導(dǎo)數(shù)可用時極小值搜索算法的求解。該方法 的具體描述及基本原理可見文獻(xiàn)Jeffrey C. L.， et.al., "Convergence Properties of the Nelder-Mead Simplex Method in Low Dimensions", SIAM Journal of Optimization, 1998， 9(1):112-147。該方法主要通過參數(shù)初始化、反射、擴展、壓縮等步驟，每次迭代運算時， 將初始輸入的M+1個數(shù)據(jù)點及函數(shù)值的一組參數(shù)進(jìn)行更新，直到更新后的數(shù)據(jù)點及函數(shù)值 滿足設(shè)定的誤差條件或迭代次數(shù)達(dá)到設(shè)定的次數(shù)。最后，將最后更新的數(shù)據(jù)點作為該方法 所求的極小值。Miller&Mimer定時誤差檢測方法Miller&Mtmer定時誤差檢測方法主要通過數(shù)據(jù)輔助來獲得定時誤差的最大似然估計， 并用該定時誤差的估計來實現(xiàn)定時同步的方法。該方法的具體描述及基本原理可見文獻(xiàn) K. Mueller and M. Mtiller, "Timing Recovery for Digital Synchronous Data Receivers", IEEE Trans, on COM.， 1976,24:516-531。該方法得到的定時誤差與接收信號及期望信號之間的關(guān) 系如下<formula>formula see original document page 9</formula>其中，k為自然數(shù)，表示采樣序號或迭代計算的次數(shù)；^是第k次迭代計算時的誤差估計； ^和《分別是序號為k的接收信號值及其期望的準(zhǔn)確參考值。<formula>formula see original document page 9</formula>環(huán)路濾波方法環(huán)路濾波方法通常用于鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的電路中，其作用為濾除誤差信號中的高頻成分及 噪聲，并控制環(huán)路誤差的校正速度和精度。它可用一階數(shù)字濾波器實現(xiàn)誤差信號在進(jìn)入 該數(shù)字環(huán)路濾波器后，分為兩路 一路直接乘以系數(shù)G,;另外一路經(jīng)過積分器積分后，再 乘以系數(shù)G2。之后，將這兩路信號相加，作為數(shù)字環(huán)路濾波器的輸出。其中，G,和G2為實 數(shù)；為了使該環(huán)路濾波方法穩(wěn)定，需要合理選擇參數(shù)G,和G2，使該數(shù)字濾波器傳輸函數(shù)的極點在單位圓內(nèi)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服已有定時同步技術(shù)的不足，提出基于LDPC譯碼軟判決信息 (SDM)的迭代定時同步方法及其裝置。本發(fā)明的方法具有能在極低SNR情況下工作，提高 接收信號的誤碼性能，實現(xiàn)復(fù)雜度較低，計算量較少等優(yōu)點。而且，本發(fā)明的裝置還能以 全并行或部分并行實現(xiàn)，以克服因硬件速度限制而不能實現(xiàn)高速同步的問題。所以，本發(fā) 明非常適用于較低SNR情況下采用大規(guī)模集成電路(VLSI)方式實現(xiàn)的定時同步。本發(fā)明的基于LDPC譯碼軟判決信息(SDM)的迭代定時同步方法，其特征在于，包括 以下步驟1) 將系統(tǒng)接收端收到的數(shù)據(jù)分別經(jīng)M倍符號頻率采樣、用插值方法進(jìn)行插值和均方 根升余弦(SRRC)匹配濾波得到濾波后數(shù)據(jù)；其中，M為自然數(shù)(可取為4等偶數(shù)，匹配濾 波所用的SRRC濾波器的滾降系數(shù)可根據(jù)工程實際取值為0.3-0.8);在首次執(zhí)行插值處理 時，不進(jìn)行插值(否則，用步驟4)反饋的插值位置進(jìn)行插值)；2) 對步驟l)所述濾波后數(shù)據(jù)分別進(jìn)行兩路輸出第1路數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC碼幀同步相關(guān) 檢測方法處理，得到LDPC碼數(shù)據(jù)幀起始位置序號和幀同步檢測成功信號；第2路數(shù)據(jù)則 以相關(guān)檢測方法得到的LDPC碼數(shù)據(jù)幀起始位置序號為濾波后新數(shù)據(jù)的起始序號，將濾波 后新數(shù)據(jù)進(jìn)行1:M的串并變換，得到M路數(shù)據(jù)，且每路各N+L個數(shù)據(jù)；其中，N、 L都 為自然數(shù)，分別表示LDPC碼的幀長和LDPC碼同步頭的長度；3) 在接收到所述幀同步檢測成功信號后，進(jìn)行迭代定時控制方法處理如為初次處理，則輸出定時捕獲控制信號，轉(zhuǎn)步驟4);否則轉(zhuǎn)步驟6);4) 在接收到所述定時捕獲控制信號后，對步驟2)所述M路數(shù)據(jù)用迭代定時捕獲方法 處理，得到插值位置和定時捕獲輸出數(shù)據(jù)，將得到的插值位置反饋到步驟1)，用于接收端 新接收數(shù)據(jù)的插值；5) 將所述定時捕獲輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行K次LDPC迭代譯碼，得到N個LDPC碼字和(N-R) 個LDPC信息碼元；其中，K為自然數(shù)(可選為20 30); R為自然數(shù)，表示LDPC碼校驗方 程的數(shù)量(即LDPC碼的校驗矩陣為R行N列的矩陣)，且有IKN;6) 將所得的N個LDPC碼字進(jìn)行迭代定時控制方法處理，得到定時捕獲控制信號、 定時跟蹤控制信號或最終LDPC譯碼輸出控制信號；若得到定時捕獲控制信號，設(shè)置定時狀態(tài)為捕獲狀態(tài)，則轉(zhuǎn)步驟4);若得到定時跟蹤控制信號，設(shè)置定時狀態(tài)為跟蹤狀態(tài)，則轉(zhuǎn)步驟7);若得到最終LDPC譯碼輸出控制信號，將所述的LDPC信息碼元，作為系統(tǒng)最 終的LDPC譯碼輸出數(shù)據(jù)，并輸出，并轉(zhuǎn)步驟9);7) 將步驟2)所得的M路數(shù)據(jù)和N個LDPC碼字，進(jìn)行迭代定時跟蹤方法處理，得到 定時跟蹤輸出數(shù)據(jù)；8) 將步驟7)所述定時跟蹤輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行K次LDPC迭代譯碼，得到N個LDPC碼字 和LDPC信息碼元，并轉(zhuǎn)(6);9) 接收端將接收到的新輸入數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)步驟1)，直到接收端接收數(shù)據(jù)完畢。 本發(fā)明采用上述方法的定時同步裝置，其特征在于，用于實現(xiàn)基于LDPC譯碼軟判決信息的迭代定時同步；該裝置具體包括以下模塊數(shù)據(jù)接收處理模塊；LDPC碼幀同步相 關(guān)檢測模塊；迭代定時捕獲模塊；迭代定時控制模塊；迭代定時跟蹤模塊；LDPC譯碼模 塊。該裝置的連接關(guān)系為數(shù)據(jù)接收處理模塊的采樣數(shù)據(jù)接收端作為整個系統(tǒng)的輸入端； 數(shù)據(jù)接收處理模塊的匹配濾波輸出端連接到LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊的數(shù)據(jù)輸入端； 數(shù)據(jù)接收處理模塊中M路第一數(shù)據(jù)輸出端連接到迭代定時跟蹤模塊中的插值數(shù)桐輸入端； 數(shù)據(jù)接收處理模塊的M路第二數(shù)據(jù)輸出端連接到迭代定時捕獲模塊中的第一數(shù)據(jù)輸入端；數(shù)據(jù)接收處理模塊的M路數(shù)據(jù)第三組輸出端共(M+l)個輸出端連接到迭代定時捕獲模塊 的第二組數(shù)據(jù)輸入端的(M+l)個輸入端；LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊的數(shù)據(jù)輸出端連接 到數(shù)據(jù)接收處理模塊的匹配濾波輸入端；LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊的控制信號輸出端 連接到迭代定時控制模塊的控制輸入端；迭代定時捕獲模塊的數(shù)據(jù)輸出端連接到LDPC譯 碼模塊的第二數(shù)據(jù)輸入端；迭代定時捕獲模塊的插值輸出端連接到數(shù)據(jù)接收處理模塊的插 值輸入端；迭代定時跟蹤模塊的數(shù)據(jù)輸出端連接到LDPC譯碼模塊的第一數(shù)據(jù)輸入端； LDPC譯碼模塊的第一碼字輸出端連接到迭代定時跟蹤模塊的碼字?jǐn)?shù)據(jù)輸入端；LDPC譯 碼模塊的第二碼字輸出端連接到迭代定時控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端；LDPC譯碼模塊的信息 碼元輸出端作為系統(tǒng)的輸出端；迭代定時控制模塊的定時捕獲控制輸出端連接到迭代定時 捕獲模塊的控制輸入端；迭代定時控制模塊的定時跟蹤控制輸出端連接到迭代定時跟蹤模 塊的控制輸入端；迭代定時控制模塊的最終輸出控制輸出端連接到LDPC譯碼模塊的控制 輸入端；迭代定時控制模塊的數(shù)據(jù)選擇控制輸出端連接到LDPC譯碼模塊的數(shù)據(jù)選擇控制 輸入端；其中，M為自然數(shù)，取4等偶數(shù)；'所述的LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊，具體包括1:M路串并變換器；M個相關(guān)模塊; 最大值判斷器；比較器。該模塊的接口及內(nèi)部各器件的連接關(guān)系為1:M路串并變換器的 數(shù)據(jù)輸入端作為該模塊的數(shù)據(jù)輸入端；比較器的數(shù)據(jù)輸出端作為該模塊的數(shù)據(jù)輸出端；比 較器的控制信號輸出端作為該模塊的控制信號輸出端；1:M路串并變換器的M個輸出端分 別連接到M個相關(guān)模塊的輸入端；M個相關(guān)模塊的輸出端連接到最大值判斷器的M個輸 入端；最大值判斷器的輸出端連接到比較器的輸入端；其中，相關(guān)模塊用于輸入數(shù)據(jù)與本 地已知數(shù)據(jù)序列的相關(guān)計算，得到相關(guān)計算結(jié)果。所述的迭代定時捕獲模塊，具體包括第二組插值器，共包括(M+1)個插值器；(M+l) 個LDPC譯碼軟判決信息(SDM)計算器；二維聯(lián)合定時誤差和頻偏計算器；插值位置計算 器；第三插值器。該模塊的接口及內(nèi)部各器件的連接關(guān)系為該模塊有l(wèi)個控制該模塊工 作的控制輸入端；第三插值器的數(shù)據(jù)輸入端作為該迭代定時捕獲模塊的第一數(shù)據(jù)輸入端； 第二組插值器的(M+1)數(shù)據(jù)輸入端作為該模塊的第二組數(shù)據(jù)輸入端的(M+l)個輸入端；插 值位置計算器的輸出端作為該模塊的插值輸出端；第三插值器的數(shù)據(jù)輸出端作為該模塊的 數(shù)據(jù)輸出端；第二組插值器的(M+1)數(shù)據(jù)輸出端連接到(M+1)個LDPC譯碼SDM計算模塊 的輸入端；(M+l)個LDPC譯碼SDM計算模塊的輸出端連接到二維聯(lián)合定時誤差與頻偏估 計器的(M+1)數(shù)據(jù)輸入端；二維聯(lián)合定時誤差與頻偏估計器的輸出端連接到插值位置計算 器的輸入端；插值位置計算器的第一插值位置輸出端連接到第三插值器的插值位置輸入 端；插值位置計算器的插值位置第二組輸出端的(M+1)個輸出端連接到第二組插值器的 (M+l)個插值位置輸入端。所述的LDPC譯碼SDM計算模塊，包括LDPC譯碼后驗信息計算器；取絕對值計 算器；累加器；取反器。該模塊的接口及內(nèi)部各器件的連接關(guān)系為LDPC譯碼后驗信息 計算器的輸入端作為該模塊的輸入端；取反處理器的輸出端作為該模塊的輸出端；LDPC 譯碼后驗信息計算器的輸出端連接到取絕對值計算器的輸入端；取絕對值計算器的輸出端 連接到累加器的輸入端；累加器的輸出端連接到取反器的輸入端。所述的迭代定時控制模塊，具體包括首次接收判斷器；1:N路串并變換器；矩陣與 向量乘法模塊；存儲器；累加器；比較器；比較及迭代次數(shù)判斷器。該模塊的接口及內(nèi)部 各器件的連接關(guān)系為首次接收判斷器的輸入端作為該模塊的控制輸入端；1:N路串并變 換器的數(shù)據(jù)輸入端作為該模塊的數(shù)據(jù)輸入端；比較器的判決結(jié)果為"否"的輸出端及首次接 收判斷器的判決結(jié)果為"是"的輸出端作為該模塊的定時捕獲控制輸出端；比較及迭代次數(shù) 判斷器的判決結(jié)果為"否"的輸出端作為該模塊的定時跟蹤控制輸出端；比較及迭代次數(shù)判 斷器的判決結(jié)果為"是"的輸出端作為該模塊的最終輸出控制的輸出端。首次接收判斷器的 判決結(jié)果為"否"的輸出端作為該模塊的控制輸入端；1:N路串并變換器的N個輸出端連接 到矩陣與向量乘法模塊的N個向量輸入端；存儲器中LDPC碼校驗矩陣H的非零數(shù)據(jù)分 別作為矩陣與向量乘法模塊的矩陣數(shù)據(jù)輸入端；矩陣與向量乘法模塊的R個向量輸出端連 接到累加器的輸入端；累加器的輸出端連接到比較器的輸入端；比較器的判決結(jié)果為"否" 的輸出端連接到比較及迭代次數(shù)判斷器的輸入端；其中，R， N為自然數(shù)，分別表示LDPC 碼校驗方程的數(shù)量及LDPC碼的碼長，LDPC碼的校驗矩陣H為R行N列的矩陣，且有 R<N;矩陣與向量乘法模塊執(zhí)行二進(jìn)制數(shù)據(jù)模-2域的R行N列的矩陣與N維向量相乘運 算，得到R維向量的輸出。本發(fā)明的特點及效果數(shù)字通信系統(tǒng)因受系統(tǒng)熱噪聲、傳輸時延和收發(fā)端頻率源偏差等因素影響，而使接收 的碼元符號速率與各種定時控制不能協(xié)同工作，就會導(dǎo)致通信系統(tǒng)性能降低甚至通信失 效。而本發(fā)明可在很大程度上糾正因以上定時不準(zhǔn)因素而引起的定時同步不準(zhǔn)確問題，大大改善數(shù)字通信系統(tǒng)中信號接收的誤碼性能。根據(jù)仿真表明在數(shù)字通信系統(tǒng)采用二進(jìn)制 移相鍵控(BPSK)調(diào)制的情況下，采用本發(fā)明的方法，LDPC編碼系統(tǒng)在較大定時誤差情況 下獲得的性能與理想同步情況下的編碼系統(tǒng)的性能偏差在0.2犯以下，滿足工程應(yīng)用中的 定時同步要求。同時，該方法還能有效的工作在使傳統(tǒng)定時同步方法失效的低SNR情況。 所以，該發(fā)明可作為較低信噪比(SNR)情況下有效可靠的定時同步方案，非常適用于深空、 衛(wèi)星通信及磁記錄系統(tǒng)等應(yīng)用場合。


本發(fā)明最好參考以下詳細(xì)描述和圖解本發(fā)明的附圖來理解，在這些附圖中 圖1為采用迭代定時同步的典型數(shù)字通信系統(tǒng)的基帶等效模型圖； 圖2為圖1中系統(tǒng)在無加性高斯白噪聲(AWGN)的理想情況下接收信號的波形及定時 誤差的示意圖；圖3為本發(fā)明的基于LDPC譯碼SDM的迭代定時同步裝置的實施例結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收處理模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明的LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明的迭代定時捕獲模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明的LDPC譯碼SDM計算模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖；圖8為本發(fā)明的迭代定時跟蹤模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖；圖9為本發(fā)明的數(shù)字環(huán)路濾波器的實施例結(jié)構(gòu)圖；圖IO為本發(fā)明的定時誤差檢測模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖；圖11為本發(fā)明的LDPC譯碼模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖；圖12為本發(fā)明的迭代定時控制模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖；圖13為本發(fā)明的實施例中采用1/2碼率LDPC碼(1944， 972)的BPSK通信系統(tǒng)進(jìn)行 基于LDPC碼SDM的迭代定時同步的仿真誤碼性能圖。
具體實施方式
本發(fā)明的方法及裝置結(jié)合附圖實施例詳細(xì)描述如下數(shù)字通信系統(tǒng)因受系統(tǒng)熱噪聲、傳輸時延和收發(fā)端頻率源偏差等因素影響，會因定時 控制不準(zhǔn)確而導(dǎo)致通信性能降低甚至失效，通?？刹捎枚〞r同步來解決該問題。為了提高定時同步的有效和可靠性，特別是考慮低SNR等情況，本發(fā)明采用基于LDPC譯碼的迭 代定時同步方法。該方法的具體實施如下1)將系統(tǒng)接收端收到的數(shù)據(jù)分別經(jīng)M倍符號頻率采樣、用插值方法進(jìn)行插值和均方 根升余弦(SRRC)匹配濾波得到濾波后數(shù)據(jù)；其中，M為自然數(shù)(可取為4等偶數(shù)，匹配濾 波所用的SRRC濾波器的滾降系數(shù)可根據(jù)工程實際取值為0.3-0.8);在首次執(zhí)行插值處理 時，不進(jìn)行插值；否則，用步驟4)反饋的插值位置進(jìn)行插值；2) 對步驟l)所述濾波后數(shù)據(jù)分別進(jìn)行兩路輸出第1路數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC碼幀同步相關(guān) 檢測方法處理，得到LDPC碼數(shù)據(jù)幀起始位置序號和幀同步檢測成功信號；第2路數(shù)據(jù)則 以相關(guān)檢測方法得到的LDPC碼數(shù)據(jù)幀起始位置序號為濾波后新數(shù)據(jù)的起始序號，將濾波 后新數(shù)據(jù)進(jìn)行1:M的串并變換，得到M路數(shù)據(jù)，且每路各N+L個數(shù)據(jù)；其中，N、 L都 為自然數(shù)，分別表示LDPC碼的幀長和LDPC碼同步頭的長度；3) 在接收到所述幀同步檢測成功信號后，進(jìn)行迭代定時控制方法處理:如為初次處理，則輸出定時捕獲控制信號，轉(zhuǎn)步驟4);否則轉(zhuǎn)步驟6);4) 在接收到所述定時捕獲控制信號后，對步驟2)所述M路數(shù)據(jù)用迭代定時捕獲方法 處理，得到插值位置和定時捕獲輸出數(shù)據(jù)，將得到的插值位置反饋到步驟1)，用于接收端 新接收數(shù)據(jù)的插值；5) 將所述定時捕獲輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行K次LDPC迭代譯碼，得到N個LDPC碼字和(N-R) 個LDPC信息碼元；其中，K為自然數(shù)(可選為20 30); R為自然數(shù)，表示LDPC碼校驗方 程的數(shù)量(即LDPC碼的校驗矩陣為R行N列的矩陣)，且有R<N;6) 將0f得的N個LDPC碼字進(jìn)行迭代定時控制方法處理，得到定時捕獲控制信號、 定時跟蹤控制信號或最終LDPC譯碼輸出控制信號；若得到定時捕獲控制信號，設(shè)置定時 狀態(tài)為捕獲狀態(tài)，則轉(zhuǎn)步驟4);若得到定時跟蹤控制信號，設(shè)置定時狀態(tài)為跟蹤狀態(tài)，則 轉(zhuǎn)步驟7);若得到最終LDPC譯碼輸出控制信號，將所述的LDPC信息碼元，作為系統(tǒng)最 終的LDPC譯碼輸出數(shù)據(jù)，將其輸出，并轉(zhuǎn)步驟9);7) 將步驟2)所得的M路數(shù)據(jù)和N個LDPC碼字，進(jìn)行迭代定時跟蹤方法處理，得到 定時跟蹤輸出數(shù)據(jù)；8) 將步驟7)所述定時跟蹤輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行K次LDPC迭代譯碼，得到N個LDPC碼字 和LDPC信息碼元，并轉(zhuǎn)(6);9) 接收端將接收到的新輸入數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)步驟l)，直到接收端接收數(shù)據(jù)完畢。 所述(2)中的LDPC碼幀同步相關(guān)檢測方法，用于LDPC碼幀同步相關(guān)檢測，得到LDPC碼數(shù)據(jù)幀起始位置序號和幀同步檢測成功信號；其特征在于，具體包括以下步驟(21) 將輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行1:M串并變換為M路數(shù)據(jù)；(22) 將(21)所得的M路數(shù)據(jù)分別與本地已知L長LDPC碼幀同步頭數(shù)據(jù)(L為自然數(shù)， 表示序列長度)進(jìn)行相關(guān)，得到M個相關(guān)值和對應(yīng)的數(shù)據(jù)序號；(23) 將(22)所得M個相關(guān)值進(jìn)行比較，得到最大的相關(guān)值和該相關(guān)值對應(yīng)的輸入數(shù)據(jù) 序號；(24) 將(23)所得最大相關(guān)值與給定相關(guān)門限V相比較若該最大相關(guān)值大于V，則得 到LDPC碼幀同步檢測成功信號；同時，將該最大相關(guān)值所對應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)序號作為得到 的LDPC碼數(shù)據(jù)幀起始位置序號；其中，V為常數(shù)，取為(0.6 0.8)xL;在該方法中，主要利用了成型信號的特性。由附圖2可知，如暫不考慮AWGN的影 響，當(dāng)實際采樣點與最佳采樣點的誤差在符號周期T的12.5n/。以內(nèi)時，實際接收信號幅度與最佳接收信號的幅度差異在10%以內(nèi)，從而在相關(guān)處理時，易產(chǎn)生較大的相關(guān)結(jié)果。但 當(dāng)定時采樣的誤差在其他范圍時，實際幅度與最佳幅度的差異就比較大，就不易產(chǎn)生較大 的相關(guān)結(jié)果。另外，當(dāng)定時頻偏比較小時(如定時頻偏^2000ppm)，它對短數(shù)據(jù)序列(序列長 度128SL5256)的相關(guān)檢測影響不大。所以，可利用這兩點，兼顧計算量和存儲量的要求， 采用M倍(M可選為4)上采樣數(shù)據(jù)來分別檢測當(dāng)前所接收的M路數(shù)據(jù)是否存在LDPC碼的 幀同步頭。所述(4)中的迭代定時捕獲方法，用于定時捕獲處理，得到插值位置和定時捕獲輸出數(shù) 據(jù)。其特征在于，包括以下步驟(41) 根據(jù)預(yù)設(shè)的初始定時誤差搜索范圍中的初始定時誤差和頻偏，分別計算得到M 路輸入數(shù)據(jù)的M+1組插值位置；其中，初始定時誤差搜索范圍中的初始定時誤差和頻偏的 取值如下定時誤差范圍選擇[-T/2，T/2]，且T為符號周期；定時頻偏范圍(可根據(jù)工程實際 情況)選擇[-2000ppm,2000ppm]范圍，其中，ppm表示百萬分之一；插值位置的計算采用以 下方法第n個插值數(shù)據(jù)的插值位置-初始定時誤差+nx初始定時頻偏+n/M;(42) 將(41)所得M+l組插值位置分別對接收到的M路數(shù)據(jù)用插值方法進(jìn)行插值，得 到M+1路數(shù)據(jù)，且該數(shù)據(jù)每路各N個；(43) 將產(chǎn)生的M+1路數(shù)據(jù)，且該數(shù)據(jù)每路各N個；對每路分別進(jìn)行LDPC譯碼SDM 計算方法進(jìn)行處理，得到M+l個LDPC譯碼SDM;(44) 將(43)所得的M+l個LDPC譯碼SDM及對應(yīng)的(41)所述的初始定時誤差和頻偏， 用二維聯(lián)合定時誤差與頻偏估計方法進(jìn)行處理，得到定時誤差與頻偏；(45) 用(44)所得的定時誤差與頻偏，計算得到插值位置；其中，插值位置的計算采用 以下方法第n個插值數(shù)據(jù)的插值位置-定時誤差+nx定時頻偏+n/M;(46) 根據(jù)(45)所得的插值位置對所述的M路數(shù)據(jù)用插值方法進(jìn)行插值，得到定時捕獲 輸出數(shù)據(jù)；所述步驟(43)中的LDPC譯碼SDM計算方法，其特征在于，包括以下步驟(431) 對(43)所述的輸入長為N的數(shù)據(jù)，進(jìn)行迭代譯碼處理，得到N個LDPC譯碼后 驗信息；其中，迭代次數(shù)選3 5次；(432) 將(431)所得的N個LDPC譯碼的后驗信息分別取絕對值，并把所得結(jié)果累加起 來，得到累加和； (433) 將(432)所得的累加和取反，得到LDPC譯碼SDM;所述(44)中的二維聯(lián)合定時誤差與頻偏估計方法，其特征在于，具體包括以下步驟(441) 將所述的M+l個LDPC譯碼SDM及對應(yīng)的定時誤差和頻偏用單純形極小值搜 索方法進(jìn)行處理，計算得到定時誤差和頻偏；(442) 根據(jù)預(yù)設(shè)的定時誤差和頻偏及設(shè)定的迭代次數(shù)(5 10次)，對所得的定時誤差和 頻偏及已進(jìn)行的迭代次數(shù)進(jìn)行判斷若所得定時誤差和頻偏滿足預(yù)設(shè)的定時誤差和頻偏要 求已進(jìn)行的迭代次數(shù)大于設(shè)定的迭代次數(shù)，則得到該方法最終輸出的定時誤差和頻偏；否其中，預(yù)設(shè)的誤差和頻偏條件如下M+l組定時誤差及頻偏序列中，最小和最大定時誤差及頻偏之間分別小于0.05T及O.Olx頻偏搜索區(qū)長度，且T為符號周期；(443) 用(441)所得的定時誤差和頻偏，計算插值位置；其中，插值位置的計算采用以 下方法第n個插值數(shù)據(jù)的插值位置-定時誤差+nx定時頻偏+n/M;(444) 用(443)所得的插值位置，對所述的M路數(shù)據(jù)用插值方法進(jìn)行插值，得到插值后 數(shù)據(jù)；(445) 用(444)所得的插值后數(shù)據(jù)用LDPC譯碼SDM計算方法處理，得到LDPC譯碼 S薩；(446) 用(445)所得的LDPC譯碼SDM與(441)所述的定時誤差和頻偏用單純形極小值 搜索方法處理，得到更新后的定時誤差和頻偏；同時，將更新后的定時誤差和頻偏及對應(yīng) 的LDPC譯碼SDM的組合，根據(jù)單純形極小值搜索方法，取代原M+l個組合中性能最差 的LDPC譯碼所對應(yīng)的組合，并轉(zhuǎn)(441);其中，每個組合包括定時誤差和頻偏及相應(yīng)的 LDPC譯碼SDM。其中，該LDPC譯碼SDM的計算及最優(yōu)搜索的方法詳細(xì)描述如下 首先，本發(fā)明定義了一個LDPC譯碼SDM函數(shù)的代價函數(shù)^(r,U來判斷是否得到 最佳的定時采樣點。這個代價函數(shù)^(T,/p，)表示如下-z(13)其中，r為定時誤差估計，單位為秒；力，為定時頻偏估計，且單位為百萬分之一的 赫茲；"C,k，/p，)為在給定r和力^前提下的變量節(jié)點Z'的先驗信息，即對數(shù)似然比；丄(。,Wlr，/，)為在給定r和/^前提下第先次迭代中，從校驗節(jié)點/到變量節(jié)點/的外信 息；丄(c,l2",/p，)和丄(。,Wlr,/p")的具體迭代計算可以見背景技術(shù)中LDPC的譯碼部分及 公式(1) 公式(10)。求和符號上標(biāo)Len為計算SDM所需要的少量計算次數(shù)，且計算次數(shù)可 選為3~5次。則對應(yīng)的最佳定時誤差估計r。p,與定時頻偏估計/p，，。p,可聯(lián)合求解以下優(yōu)化方 程(14)來得到[V, / , ] = Mg min {—， /鉀)} " 4、k 庁" re-r/2,7721 尸 (14) /爐，其中，argmin(/(;c》表示計算使函數(shù)/(;c)的值達(dá)到最小時自變量x的值，且/(;c)是與 x有關(guān)的函數(shù)Z定時誤差估計T的取值范圍為[-T/2,T/2]，且T為符號采樣周期，單位為秒； 定時頻偏估計/p，的頻率搜索范圍為可能存在的定時頻偏范圍， 一般可根據(jù)工程實際設(shè)置 該區(qū)間為[-2000 ppm ， 2000 ppm]。最后，對優(yōu)化方程(14)的計算可以采用背景技術(shù)中所描述的單純形極小值搜索算法來 具體實施通過以上初始'的搜索范圍定時誤差估計r和定時頻偏估計/p^，用單純形極小 值搜索算法搜索得到最佳的定時誤差估計r。p,與定時頻偏估計/，，。p,。所述步驟6)中的迭代定時控制方法，其特征在于，具體包括以下步驟(61) 若為首次接收到由所述的幀同步檢測成功信號，則輸出定時捕獲控制信號；否則， 轉(zhuǎn)(62);(62) 將所述的LDPC碼字的N個數(shù)據(jù)構(gòu)成的向量與LDPC碼的校驗矩陣的轉(zhuǎn)置在模-2 域中相乘，得到一個R長向量；其中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)在模-2域中的運算過程和普通運算相同， 只是將最后的結(jié)果除以2取余數(shù)，并將該余數(shù)作為運算結(jié)果；(63) 將(62)所得的R長向量中的每個元素累加，得到累加和；(64) 將(63)所得的累加和與給定的判斷門限Q1進(jìn)行比較若累加和大于門限Q1，則 輸出定時捕獲控制信號；若累加和小于判斷門限Q1，將該累加和與給定的判斷門限Q2進(jìn) 行比較若該累加和小于判斷門限Q2或定時跟蹤方法的迭代次數(shù)等于設(shè)定的迭代次數(shù)Z, 則輸出最終LDPC譯碼輸出控制信號；否則，輸出定時跟蹤控制信號。其中，Ql， Q2為 實數(shù)，分別設(shè)為0.05R和0.01R; Z為自然數(shù)，設(shè)為5~10。所述步驟7)中的迭代定時跟蹤方法，其特征在于，具體包括以下步驟(71) 對所述(75)反饋的定時誤差，用以下公式計算插值位置第n個插值數(shù)據(jù)的插值位置=定時誤差+11/^1;其中，首次執(zhí)行該步驟時，無定時誤差反饋，可設(shè)定時誤差為0;(72) 用(71)所得的插值位置對所述的M路數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到插值后的N個數(shù)據(jù)， 若(72)的執(zhí)行次數(shù)小于設(shè)定的迭代次數(shù)5~7次，則轉(zhuǎn)(73)，否則將得到插值后的N個數(shù)據(jù) 作為定時跟蹤輸出數(shù)據(jù)；(73) 將(72)所述的插值后數(shù)據(jù)和所述的N個LDPC碼字用Miller&M仙er定時誤差檢 測方法進(jìn)行計算，得到定時誤差估計；(74) 將(73)所述的定時誤差估計通過數(shù)字環(huán)路濾波處理，轉(zhuǎn)(71)。 所述各步驟中的插值方法，其特征在于，具體包括以下步驟(11) 對于所需插值的數(shù)據(jù)中的第n個數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)對應(yīng)的插值位置取整，得到一個 整數(shù)Zn;(12) 將該第n個數(shù)據(jù)的插值位置減去所述整數(shù)Zn,得到小數(shù)Qn;(13) 取所述M路數(shù)據(jù)中序號為Zn的M個并行數(shù)據(jù)，再增加一個序號為Zn+1的M 個并行數(shù)據(jù)中的第一個數(shù)據(jù)，共同組成M+1個樣本數(shù)據(jù)(對于原串行輸入數(shù)據(jù)，則為序號 從Zn*M+l開始的M+l個數(shù)據(jù))作為插值樣^:的函數(shù)值；(14) 采用線性分段插值等插值方法，以Qn作為所需插值的點，以樣本點序列 (0,1/M,…,U及(13)所得M+l個按次序的樣本數(shù)據(jù)值作為插值樣本序列，進(jìn)行插值計算， 得到插值結(jié)果。以下結(jié)合

，對本發(fā)明的裝置實施例進(jìn)行詳細(xì)說明圖l是采用迭代定時同步的典型數(shù)字通信系統(tǒng)的基帶等效模型圖。該模型的實現(xiàn)過程 如下首先，接收數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)代信道譯碼得到譯碼后數(shù)據(jù)；其次，將該譯碼后數(shù)據(jù)進(jìn)行碼 字映射，如將{，0，、 ，1，}數(shù)據(jù)分別映射為{，1'、 ，-1，}數(shù)據(jù)，得到映射后數(shù)據(jù)；再次，將該映射后數(shù)據(jù)進(jìn)行成型濾波，得到成型濾波后數(shù)據(jù)；之后，將濾波后數(shù)據(jù)通過加性高斯白噪聲 (AWGN)信道，使發(fā)送的數(shù)據(jù)增加了噪聲；然后，將接收信號經(jīng)過匹配濾波處理，得到匹 配濾波后數(shù)據(jù)；之后，將匹配濾波后數(shù)據(jù)迸行迭代定時同步處理，得到最終的系統(tǒng)輸出數(shù) 據(jù)。其中，迭代定時同步主要是將該過程接收的數(shù)據(jù)，經(jīng)過抽樣軟判后，進(jìn)行現(xiàn)代信道譯 碼，再將譯碼結(jié)果反饋給定時同步過程，再將定時同步結(jié)果反饋給抽樣軟判處理，形成一 個迭代處理過程。該過程能充分利用定時同步與迭代譯碼的處理信息，使該系統(tǒng)在低SNR 情況下也能獲得滿意的定時同步效果；圖2是假設(shè)在無AWGN噪聲的理想情況下接收信號的波形及定時誤差示意圖；在本 發(fā)明中，由于通信系統(tǒng)發(fā)射和接收端都采用了對稱的均方根升余弦(SRRC)成型及匹配濾波 器，所以在該情況下，接收信號的波形類似升余弦波形結(jié)構(gòu)。另外，該圖也表示了因定時 不準(zhǔn)而造成的實際信號采樣點與最佳采樣點的偏差，如q。這將導(dǎo)致通信系統(tǒng)性能下降。 所以，數(shù)字通信系統(tǒng)需要高效的定時同步方法來恢復(fù)最佳定時采樣點。同時，定時誤差的 搜索范圍一般可取為[-T/2,T/2]。其中，T為符號周期；圖3為本發(fā)明的基于LDPC譯碼SDM的迭代定時同步裝置的實施例結(jié)構(gòu)圖。該裝置具體包括以下模塊數(shù)據(jù)接收處理模塊l; LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊2;迭代定時捕獲模塊3;迭代定時控制模塊4;迭代定時跟蹤模塊5; LDPC譯碼模塊6。該裝置中各器件的連接關(guān)系及工作過程如下首先，將系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)接收處理模塊中分別經(jīng)采樣器的M倍符號頻率采樣、數(shù)據(jù)緩存器的緩存數(shù)據(jù)，插值器1的插值和SRRC匹配濾波器的匹配濾波得到 濾波后的數(shù)據(jù)；其中，M為自然數(shù)，可取為4等偶數(shù)；在首次執(zhí)行插值處理時，不進(jìn)行插值；否則，用迭代定時捕獲模塊反饋的插值位置進(jìn)行插值。其次，對所得的濾波后數(shù)據(jù)分別進(jìn)行兩路輸出第一路數(shù)據(jù)用LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊進(jìn)行LDPC碼幀同步相關(guān)檢測處 理，得到LDPC碼數(shù)據(jù)幀的起始位置序號和幀同步檢測成功信號；第二路數(shù)據(jù)則以第l路得 到的起始位置序號為濾波后新數(shù)據(jù)的起始序號，將其經(jīng)過1:M串并變換器，得到M路數(shù)據(jù)， 并保存在數(shù)據(jù)接收處理模塊中的M路數(shù)據(jù)緩存器。再次，在接收到上述幀同步檢測成功信 號后，用迭代定時控制模塊進(jìn)行迭代定時控制處理，輸出定時捕獲控制信號。之后，在接 收到定時捕獲控制信號有效后，對所述M路數(shù)據(jù)緩存器中的M路數(shù)據(jù)用迭代定時捕獲模塊 進(jìn)行迭代定時捕獲處理，得到插值位置和定時捕獲輸出數(shù)據(jù)。然后，將定時捕獲輸出數(shù)據(jù) 用LDPC譯碼模塊中的LDPC譯碼器進(jìn)行LDPC譯碼，得到LDPC碼字。之后，將得到的LDPC 碼字用迭代定時控制模塊進(jìn)行定時同步狀態(tài)的判斷與切換處理，得到以下信號定時捕獲 控制信號、定時跟蹤控制信號、數(shù)據(jù)選擇控制信號和最終LDPC譯碼輸出控制信號；然后，根據(jù)這些控制信號，分別進(jìn)行以下處理若定時捕獲控制信號有效，轉(zhuǎn)上述迭代定時捕獲 模塊進(jìn)行迭代定時捕獲處理；若定時跟蹤控制信號有效，用迭代定時跟蹤模塊進(jìn)行迭代定 時跟蹤的處理；若最終LDPC譯碼輸出控制信號有效，控制上述LDPC譯碼器，將所得的 LDPC信息碼元數(shù)據(jù)，作為系統(tǒng)最終的LDPC譯碼輸出數(shù)據(jù)并輸出。之后，繼續(xù)用迭代定時 捕獲模塊進(jìn)行定時狀態(tài)的判斷與切換和最終數(shù)據(jù)的輸出控制處理，直到數(shù)據(jù)接收結(jié)束。其中，用數(shù)據(jù)選擇控制信號控制LDPC譯碼模塊中的數(shù)據(jù)選擇器，選擇相應(yīng)的定時跟蹤輸出 數(shù)據(jù)或定時跟蹤輸出數(shù)據(jù)輸入到該數(shù)據(jù)選擇器。另外，這四個模塊可用圖4 圖12的具體圖 解來分別詳細(xì)說明。其中，在該圖中，普通線條表示串行一路數(shù)據(jù)，而標(biāo)有""^""的線 條表示多路數(shù)據(jù)，且該說明對以下各圖也適用。圖4為本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收處理模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖。該模塊具體包括以下器件M倍符號頻率采樣器；數(shù)據(jù)緩存器；插值器l;匹配濾波器；M路數(shù)據(jù)緩存器。該裝置中各器件 的連接關(guān)系及工作過程如下首先，將系統(tǒng)接收端收到的數(shù)據(jù)分別經(jīng)采樣器的M倍符號頻 率采樣處理，得到M倍采樣后的輸入數(shù)據(jù)；其次，將該M倍采樣后的輸入數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù) 緩存器中，用于后續(xù)處理的數(shù)據(jù)緩存；再次，將該數(shù)據(jù)緩存器中的數(shù)據(jù)輸出，并用插值器 l進(jìn)行插值處理，得到插值后數(shù)據(jù)；其中，首次插值處理時，可不進(jìn)行插值處理；否則， 按外部輸入的插值位置，用現(xiàn)有的線形分段插值等方法對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理；之后， 將該插值后的數(shù)據(jù)用SRRC匹配濾波器進(jìn)行匹配濾波，得到濾波后數(shù)據(jù)，并將該濾波數(shù)據(jù) 輸出，用于相關(guān)檢測；最后，根據(jù)相關(guān)檢測獲得的LDPC數(shù)據(jù)幀起始數(shù)據(jù)序號，.以該序號 對應(yīng)的數(shù)據(jù)為起始數(shù)據(jù)，將該濾波后數(shù)據(jù)保存在M路數(shù)據(jù)緩存器中，用于后續(xù)處理。圖5為本發(fā)明的LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖。該模塊具體包括以下器件1:M路串并變換器；M個相關(guān)模塊；最大值判斷器；比較器。該裝置中各器件的連接關(guān)系及工作過程如下首先，將外部輸入的數(shù)據(jù)，輸入到1:M路串并變換器，輸出M 路數(shù)據(jù)。其次，將該M路數(shù)據(jù)分別輸入到M個相關(guān)模塊得到M個相關(guān)計算結(jié)果；再次， 將這M個相關(guān)計算結(jié)果用最大值判斷器判斷最大值，并得到該最大相關(guān)計算結(jié)果對應(yīng)的輸 入數(shù)據(jù)序列中第一個數(shù)據(jù)的序號n。其中，n為自然數(shù)，表示數(shù)據(jù)序號。最后，將該最大 值在比較器中判斷是否比相關(guān)門限V大若該最大值比相關(guān)門限V大，則輸出LDPC碼 的起始位置序號n和幀同步檢測成功信號。相關(guān)模塊具體包括以下器件移位寄存器；L 個乘法器；存儲器；累加器。該模塊主要用L長的移位寄存器移位寄存輸入數(shù)據(jù)。在移位 寄存器中的L個數(shù)據(jù)分別用L個乘法器與本地數(shù)據(jù)中對應(yīng)序號的數(shù)據(jù)相乘，并把該L個相 乘結(jié)果用累加器累加，得到相關(guān)結(jié)果，實現(xiàn)背景技術(shù)中的相關(guān)運算功能。其中，L為自然 數(shù)，表示為相關(guān)運算的長度。(此處用于LDPC同步頭的相關(guān)運算，根據(jù)同步頭長度，可選 為128-256等數(shù))圖6為本發(fā)明的迭代定時捕獲模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖。該模塊具體包括以下器件插值 器2(1) 2(M+1); LDPC譯碼軟判決信息(SDM)計算模塊1~(M+1); 二維聯(lián)合定時誤差和頻偏計算器；插值位置計算器；插值器3。該裝置中各器件的連接關(guān)系及工作過程如下該 過程如下首先，用插值位置計算器計算預(yù)設(shè)的定時誤差搜索范圍中的初始定時誤差和頻 偏，得到M路輸入數(shù)據(jù)的M+1組插值位置。其中，定時誤差和頻偏搜索范圍如下定時誤差估計范圍[-T/2,T/2]，且T為符號周期；定時頻偏估計范圍可根據(jù)實際的定時頻偏誤差 范圍選[-2000ppm,2000ppm]等范圍；初始的定時誤差和頻偏可在上述搜索范圍內(nèi)取M+l個均勻分布點(如可選擇M個點均勻分布在矩形搜索區(qū)的周長上，剩下一個點設(shè)置在矩形搜 索區(qū)的中心位置)；第n個插值位置的計算如下定時誤差+nx定時頻偏+n/M; n為自然數(shù)， 為相應(yīng)數(shù)據(jù)的序號。其次，將這些插值位置用插值器2(1) 2(M+1)分別對保存于M路數(shù)據(jù) 緩存器的M路數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到(M+1)組插值數(shù)據(jù)；再次，將該(M+1)組插值數(shù)據(jù)分別 輸入到LDPC譯碼SDM計算模塊1~(M+1)，輸出(M+1)個LDPC譯碼SDM。之后，將這 些LDPC譯碼SDM輸入到二維聯(lián)合定時誤差與頻偏估計器(LDPC譯碼SDM對應(yīng)的初始 定時誤差和頻偏已預(yù)先保存于該器件內(nèi))，經(jīng)過多次迭代后，得到定時誤差與頻偏。另外， 在該模塊中，二維聯(lián)合定時誤差與頻偏估計器可以用背景技術(shù)中單純形極小值搜索方法實 現(xiàn)，且該器件工作過程中會產(chǎn)生需要更新的定時誤差和頻偏及相應(yīng)的LDPC譯碼SDM。這 部分的實現(xiàn)可通過時分復(fù)用的方式(不同時間使用同一個器件，不同時間的使用效果相互之 間不影響)，將二維聯(lián)合定時誤差與頻偏估計器輸出的臨時的定時誤差和頻偏通過插值位置 計算器計算插值位置，并將該插值位置和上述M路輸入數(shù)據(jù)輸入到LDPC譯碼軟判決信息 (SDM)計算模塊(M+1)計算需要更新的LDPC譯碼SDM，最后將需要更新的定時誤差和頻 偏及相應(yīng)的LDPC譯碼SDM —起再用二維聯(lián)合定時誤差和頻偏計算器計算新的定時誤差 和頻偏，實現(xiàn)二維聯(lián)合定時誤差和頻偏計算器的迭代處理；其中，LDPC譯碼SDM計算模 塊可由圖7來詳細(xì)描述。圖7為本發(fā)明的LDPC譯碼SDM計算模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖。該模塊具體包括以下器件LDPC譯碼后驗信息計算模塊；取絕對值計算器；累加器B;取反器。該裝置中各器件的連接關(guān)系及工作過程如下首先，將輸入的數(shù)據(jù)通過LDPC譯碼后驗信息計算模塊計 算得到N路LDPC譯碼后驗信息數(shù)據(jù)；其次，將該N路LDPC譯碼后驗信息數(shù)據(jù)通過取 絕對值計算器分別取絕對值，得到N路絕對值輸出數(shù)據(jù)；再次，將該N路絕對值輸出數(shù) 據(jù)通過累加器B累加，得到累加和；最后，將該累加和取反，得到LDPC譯碼SDM。其 中，LDPC譯碼后驗信息計算模塊中的LDPC譯碼后驗信息計算計算可由背景技術(shù)中公式 (l)-公式(ll)來描述。圖8為本發(fā)明的迭代定時跟蹤模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖。該模塊具體包括以下器件插值器4;延遲器；定時誤差檢測器；數(shù)字環(huán)路濾波器。該裝置中各器件的連接關(guān)系及工作過 程如下首先，該模塊將該模塊自身反饋的定時誤差(首次處理設(shè)為O)，對輸入的M路數(shù) 據(jù)用插值器4進(jìn)行插值(插值位置定時誤差+n/M)，得到插值后數(shù)據(jù)；其次，接收到該插值后數(shù)據(jù)對應(yīng)的LDPC碼字(該LDPC碼字為該插值后數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC譯碼得到的)；再次， 將該插值后數(shù)據(jù)和LDPC碼字輸入到采用Miller&Mttller算法的定時誤差檢測器，得到定 時誤差估計。最后，將該定時誤差估計通過數(shù)字環(huán)路濾波器得到定時誤差，并將該輸出定 時誤差再次進(jìn)行插值等以上過程的迭代處理，直到迭代次數(shù)達(dá)到5~10次后，將該所得的 插值后的數(shù)據(jù)作為該模塊最后輸出的定時跟蹤輸出數(shù)據(jù)，并將其輸出。另外，在該模塊中， 數(shù)字環(huán)路濾波器可由圖9來詳細(xì)描述；定時誤差檢測器可由圖IO來詳細(xì)描述。圖9為本發(fā)明的數(shù)字環(huán)路濾波器的實施例結(jié)構(gòu)圖。該模塊具體包括以下器件積分器； 增益器G1;增益器G2;加法器。該裝置中各器件的連接關(guān)系及工作過程如下誤差信號 進(jìn)入該數(shù)字環(huán)路濾波器后，分為兩路第一路數(shù)據(jù)通過增益器Gi乘以了系數(shù)G"第二路經(jīng)過積分器積分后，再通過乘增益器G2乘以了系數(shù)G2。之后，將這兩路處理結(jié)果相加，作為數(shù)字環(huán)路濾波器的輸出。為了使數(shù)字環(huán)路濾波器穩(wěn)定，需要使該數(shù)字濾波器的傳輸函數(shù)的極點在單位圓內(nèi)。在本發(fā)明實施例中，可取G!和G2分別為1/4和1/64，能使該濾波 器穩(wěn)定有效的工作。圖10為本發(fā)明的定時誤差檢測模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖。該模塊具體包括以下器件單 位延遲器；乘法器；減法器。該過程主要采用背景技術(shù)中Miller&Mttller定時誤差檢測方 法中公式(12)實現(xiàn)定時誤差檢測。該裝置中各器件的連接關(guān)系及工作過程如下首先，輸 入數(shù)據(jù)與LDPC碼字分別與對方通過單位延遲器進(jìn)行單位延遲后的數(shù)據(jù)用乘法器相乘得到 兩個數(shù)據(jù)。其次，將這兩個數(shù)據(jù)通過減法器進(jìn)行減法運算，得到公式(12)所描述的定時誤 差估計。圖11為本發(fā)明的LDPC譯碼模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖。該模塊具體包括以下器件數(shù)據(jù)選擇器；LDPC譯碼器。該裝置中各器件的連接關(guān)系及工作過程如下根據(jù)數(shù)據(jù)選擇控制信號控制數(shù)據(jù)選擇器中的輸入數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)經(jīng)過LDPC譯碼器進(jìn)行譯碼，得到LDPC 碼字和LDPC信息碼元。LDPC譯碼器中執(zhí)行的LDPC譯碼過程可以由背景技術(shù)中公式(l)-公式(12)來描述。圖12為本發(fā)明的迭代定時控制模塊的實施例結(jié)構(gòu)圖。該模塊具體包括以下器件1:N 路串并變換器；存儲器；矩陣與向量乘法模塊；累加器；比較器；比較及迭代次數(shù)判斷器。 該裝置中各器件的連接關(guān)系及工作過程如下它在接收到LDPC碼幀同步檢測成功信號有 效后，立刻用定時捕獲控制信號控制迭代定時捕獲模塊開始工作。不然進(jìn)行以下處理首 先，將迭代定時跟蹤模塊輸出的LDPC碼字的數(shù)據(jù)用1 :N路串并變換器得到每次N個數(shù)據(jù)。 其次，將該N個數(shù)據(jù)與存儲器中的LDPC校驗矩陣H的數(shù)據(jù)一起輸入到矩陣與向量乘法 模塊進(jìn)行矩陣與向量相乘的處理，得到R維向量。再次，將這R維向量的每個元素用累加 器累加，得到累加和。最后，將累加和輸入到比較器，將該累加和與比較器中設(shè)定的判斷 門限Q1(可設(shè)為0.05R)進(jìn)行比較若該累加和大于Q1，則輸出定時捕獲控制信號，控制迭 代定時捕獲模塊開始定時捕獲處理；否則，將該累加和輸入到比較及迭代次數(shù)判斷器，將 該累加和與比較及迭代次數(shù)判斷器中設(shè)定的判斷門限Q2(可設(shè)為O.OIR)進(jìn)行比較若該累 加小于Q2或定時跟蹤的迭代次數(shù)等于Z次(Z為自然數(shù)，可選為5~10),則輸出LDPC最 終數(shù)據(jù)輸出控制信號，控制LDPC譯碼器模塊，輸出整個系統(tǒng)最終的LDPC信息碼元；否 則，輸出定時跟蹤控制信號，控制迭代定時跟蹤模塊開始定時跟蹤處理。其中，R， N為 自然數(shù)，分別表示LDPC碼校驗方程的數(shù)量及LDPC碼的碼長(LDPC碼的校驗矩陣H為R 行N列的矩陣)，且有IKN;矩陣與向量乘法模塊執(zhí)行二進(jìn)制數(shù)據(jù)模-2域的R行N列的矩 陣與N維向量相乘運算，得到R維向量的輸出；其中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)模-2域中的運算和普通 運算相同，只是將最后的結(jié)果除以2取余數(shù)，并將該余數(shù)作為運算結(jié)果；另外，矩陣與向 量乘法模塊可由乘法器和異或器按上述運算規(guī)則構(gòu)成，且為了減少計算量，可將值為"0" 的矩陣元素不參與運算。圖13為本發(fā)明的實施例中采用1/2碼率LDPC碼(1944， 972)的BPSK通信系統(tǒng)進(jìn)行 基于LDPC碼SDM的迭代定時同步的仿真誤碼性能圖。在該圖中實線、虛線分別表示誤碼率和誤幀率。曲線"-"表示理想無定時誤差時的誤碼曲線；"一o—"表示在固定定時誤差為士0.5T時得到的誤碼曲線；曲線"一x—"表示在定時頻偏為士2000ppm時，采用本 發(fā)明方法仿真得到的誤碼曲線；"一 + —"表示在固定定時誤差與頻偏分別為i0.5T及 ±2000 ppm時得到的誤碼性能曲線。該仿真的系統(tǒng)模型如圖I所示。仿真的條件如下預(yù) 設(shè)定時誤差為定時誤差士0.5T;定時頻偏±2000卯m;定時誤差士0.5T及定時頻偏±2000 ppm;發(fā)送端所發(fā)送偽隨機數(shù)產(chǎn)生的BPSK調(diào)制信號；采用l/4采樣、25抽頭長度和滾降 系數(shù)為0.3的SRRC成型與匹配濾波器。LDPC碼采用正EE802.11n標(biāo)準(zhǔn)草案中1/2碼率的 (1944,972)LDPC碼，且在譯碼過程中進(jìn)行20次迭代；LDPC譯碼采用置信傳播譯碼，并 用本發(fā)明戶萬述的方法進(jìn)行定時誤差與頻偏估計。定時搜索路數(shù)采用5路搜索。仿真結(jié)束條 件為出現(xiàn)錯誤的LDPC數(shù)據(jù)幀數(shù)量超過1萬幀或總的仿真所用LDPC數(shù)據(jù)幀的數(shù)量超過80 萬幀。仿真結(jié)果顯示，采用該方法，在預(yù)設(shè)定時誤差情況下，所得誤碼曲線相距理論曲線 值不超過0.2(18。且在較低SNR(Eb/N^ldB)情況下，該方法所得誤碼曲線相距理論曲線值 不超過O.ldB。所以，該方法可獲得較好的定時同步，并適用于較低SNR情況下的定時同 步等場合。
權(quán)利要求
1.一種基于低密度奇偶校驗譯碼軟判決信息的迭代定時同步方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1)將系統(tǒng)接收端收到的數(shù)據(jù)分別經(jīng)M倍符號頻率采樣、用插值方法進(jìn)行插值和均方根升余弦匹配濾波得到濾波后數(shù)據(jù)；其中，M為自然數(shù)；在首次執(zhí)行插值處理時，不進(jìn)行插值；2)對步驟1)所述濾波后數(shù)據(jù)分別進(jìn)行兩路輸出第1路數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC碼幀同步相關(guān)檢測方法處理，得到LDPC碼數(shù)據(jù)幀起始位置序號和幀同步檢測成功信號；第2路數(shù)據(jù)則以相關(guān)檢測方法得到的LDPC碼數(shù)據(jù)幀起始位置序號為濾波后新數(shù)據(jù)的起始序號，將濾波后新數(shù)據(jù)進(jìn)行1:M的串并變換，得到M路數(shù)據(jù)，且每路各N+L個數(shù)據(jù)；其中，N、L均為自然數(shù)，分別表示LDPC碼的幀長和LDPC碼同步頭的長度；3)在接收到所述幀同步檢測成功信號后，進(jìn)行迭代定時控制方法處理如為初次處理，則輸出定時捕獲控制信號，轉(zhuǎn)步驟4)；否則轉(zhuǎn)步驟6)；4)在接收到所述定時捕獲控制信號后，對步驟2)所述M路數(shù)據(jù)用迭代定時捕獲方法處理，得到插值位置和定時捕獲輸出數(shù)據(jù)，將得到的插值位置反饋到步驟1)，用于接收端新接收數(shù)據(jù)的插值；5)將所述定時捕獲輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行K次LDPC迭代譯碼，得到N個LDPC碼字和(N-R)個LDPC信息碼元；其中，K為自然數(shù)；R為自然數(shù)，表示LDPC碼校驗方程的數(shù)量，且有R＜N；6)將所得的N個LDPC碼字進(jìn)行迭代定時控制方法處理，得到定時捕獲控制信號、定時跟蹤控制信號或最終LDPC譯碼輸出控制信號；若得到定時捕獲控制信號，設(shè)置定時狀態(tài)為捕獲狀態(tài)，則轉(zhuǎn)步驟4)；若得到定時跟蹤控制信號，設(shè)置定時狀態(tài)為跟蹤狀態(tài)，則轉(zhuǎn)步驟7)；若得到最終LDPC譯碼輸出控制信號，將所述的LDPC信息碼元，作為系統(tǒng)最終的LDPC譯碼輸出數(shù)據(jù)，并輸出，并轉(zhuǎn)步驟9)；7)將步驟2)所得的M路數(shù)據(jù)和N個LDPC碼字，進(jìn)行迭代定時跟蹤方法處理，得到定時跟蹤輸出數(shù)據(jù)；8)將步驟7)所述定時跟蹤輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行K次LDPC迭代譯碼，得到N個LDPC碼字和LDPC信息碼元，并轉(zhuǎn)(6)；9)接收端將接收到的新輸入數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)步驟1)，直到接收端接收數(shù)據(jù)完畢。
2、 如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，所述步驟2)中的LDPC碼幀同步相關(guān)檢測 方法，具體包括以下步驟(21) 將輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行1:M串并變換為M路數(shù)據(jù)；(22) 將(21)所得的M路數(shù)據(jù)分別與本地已知L長LDPC碼幀同步頭數(shù)據(jù)，得到M個 相關(guān)值和對應(yīng)的數(shù)據(jù)序號，其中L為自然數(shù)，表示序列長度進(jìn)行相關(guān)；(23) 將(22)所得M個相關(guān)值進(jìn)行比較，得到最大的相關(guān)值和該相關(guān)值對應(yīng)的輸入數(shù)據(jù) 序號；(24) 將(23)所得最大相關(guān)值與給定相關(guān)門限V相比較若該最大相關(guān)值大于V，貝幌 到LDPC碼幀同步檢測成功信號；同時，將該最大相關(guān)值所對應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)序號作為得到 的LDPC碼數(shù)據(jù)幀起始位置序號；其中，V為常數(shù)。
3、 如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，所述步驟4)中的迭代定時捕獲方法，具體 包括以下步驟(41) 根據(jù)預(yù)設(shè)的初始定時誤差搜索范圍中的初始定時誤差和頻偏，分別計算得到M 路輸入數(shù)據(jù)的M+l組插值位置，且該每路數(shù)據(jù)為N個；其中，初始定時誤差搜索范圍中的初始定時誤差和頻偏的取值如下定時誤差范圍選擇[-T/2，T/2]，且T為符號周期；定時頻偏范圍選擇[-2000ppm,2000ppm]范圍，其中，ppm表示百萬分之一；插值位置的計算采 用以下方法第n個插值數(shù)據(jù)的插值位置=初始定時誤差+11><初始定時頻偏+自；(42) 將(41)所得M+l組插值位置分別對接收到的M路數(shù)據(jù)用插值方法進(jìn)行插值，得 到M+1路數(shù)據(jù)；(43) 將產(chǎn)生的M+1路數(shù)據(jù)；對每路分別進(jìn)行LDPC譯碼SDM計算方法進(jìn)行處理，得 到M+l個LDPC譯碼SDM;(44) 將(43)所得的M+l個LDPC譯碼SDM及對應(yīng)的(41)所述的初始定時誤差和頻偏， 用二維聯(lián)合定時誤差與頻偏估計方法進(jìn)行處理，得到定時誤差與頻偏；(45) 用(44)所得的定時誤差與頻偏，計算得到插值位置；其中，插值位置的計算采用 以下方法第n個插值數(shù)據(jù)的插值位置-定時誤差+nx定時頻偏+n/M;(46) 根據(jù)(45)所得的插值位置對所述的M路數(shù)據(jù)用插值方法進(jìn)行插值，得到定時捕獲 輸出數(shù)據(jù)。
4、 如權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，所述步驟(43)中的LDPC譯碼SDM計算方 法，具體包括以下步驟(431) 對(43)所述的輸入長為N的數(shù)據(jù)，進(jìn)行迭代譯碼處理，得到N個LDPC譯碼后 驗信息；(432) 將(431)所得的N個LDPC譯碼的后驗信息分別取絕對值，并把所得結(jié)果累加起 來，得到累加和；(433) 將(432)所得的累加和取反，得到LDPC譯碼SDM。
5、 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟6)中的迭代定時控制方法，具體 包括以下步驟(61) 若為首次接收到由所述的幀同步檢測成功信號，則輸出定時捕獲控制信號；否則， 轉(zhuǎn)(62);(62) 將所述的LDPC碼字的N個數(shù)據(jù)構(gòu)成的向量與LDPC碼的校驗矩陣的轉(zhuǎn)置在模-2 域中相乘，得到一個R長向量；(63) 將(62)所得的R長向量中的每個元素累加，得到累加和；(64) 將(63)所得的累加和與給定的判斷門限Q1進(jìn)行比較若累加和大于門限Q1，則 輸出定時捕獲控制信號；若累加和小于判斷門限Q1，將該累加和與給定的判斷門限Q2進(jìn) 行比較若該累加和小于判斷門限Q2或定時跟蹤方法的迭代次數(shù)等于設(shè)定的迭代次數(shù)Z， 則輸出最終LDPC譯碼輸出控制信號；否則，輸出定時跟蹤控制信號。其中，Ql， Q2為 實數(shù)；Z為自然數(shù)。
6、 采用如權(quán)利要求1所述方法的基于低密度奇偶校驗譯碼軟判決信息的迭代定時同 步裝置，其特征在于，該裝置具體包括以下模塊數(shù)據(jù)接收處理模塊；LDPC碼幀同步相 關(guān)檢測模塊；迭代定時捕獲模塊；迭代定時控制模塊；迭代定時跟蹤模塊；LDPC譯碼模 塊。該裝置的連接關(guān)系為數(shù)據(jù)接收處理模塊的釆樣數(shù)據(jù)接收端作為整個系統(tǒng)的輸入端； 數(shù)據(jù)接收處理模塊的匹配濾波輸出端連接到LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊的數(shù)據(jù)輸入端； 數(shù)據(jù)接收處理模塊中M路第一數(shù)據(jù)輸出端連接到迭代定時跟蹤模塊中的插值數(shù)據(jù)輸入端； 數(shù)據(jù)接收處理模塊的M路第二數(shù)據(jù)輸出端連接到迭代定時捕獲模塊中的第一數(shù)據(jù)輸入端； 數(shù)據(jù)接收處理模塊的M路數(shù)據(jù)第三組輸出端共(M+l)個輸出端連接到迭代定時捕獲模塊的第二組數(shù)據(jù)輸入端的(M+l)個輸入端；LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊的數(shù)據(jù)輸出端連接 到數(shù)據(jù)接收處理模塊的匹配濾波輸入端；LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊的控制信號輸出端 連接到迭代定時控制模塊的控制輸入端；迭代定時捕獲模塊的數(shù)據(jù)輸出端連接到LDPC譯 碼模塊的第二數(shù)據(jù)輸入端；迭代定時捕獲模塊的插值輸出端連接到數(shù)據(jù)接收處理模塊的插 值輸入端；迭代定時跟蹤模塊的數(shù)據(jù)輸出端連接到LDPC譯碼模塊的第一數(shù)據(jù)輸入端； LDPC譯碼模塊的第一碼字輸出端連接到迭代定時跟蹤模塊的碼字?jǐn)?shù)據(jù)輸入端；LDPC譯 碼模塊的第二碼字輸出端連接到迭代定時控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端；LDPC譯碼模塊的信息 碼元輸出端作為系統(tǒng)的輸出端；迭代定時控制模塊的定時捕獲控制輸出端連接到迭代定時 捕獲模塊的控制輸入端；迭代定時控制模塊的定時跟蹤控制輸出端連接到迭代定時跟蹤模 塊的控制輸入端；迭代定時控制模塊的最終輸出控制輸出端連接到LDPC譯碼模塊的控制 輸入端；迭代定時控制模塊的數(shù)據(jù)選擇控制輸出端連接到LDPC譯碼模塊的數(shù)據(jù)選擇控制 輸入端；其中，M為自然數(shù)。
7、 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的LDPC碼幀同步相關(guān)檢測模塊， 具體包括1:M路串并變換器；M個相關(guān)模塊；最大值判斷器；比較器。該模塊的接口及 內(nèi)部各器件的連接關(guān)系為1:M路串并變換器的數(shù)據(jù)輸入端作為該模塊的數(shù)據(jù)輸入端；比 較器的數(shù)據(jù)輸出端作為該模塊的數(shù)據(jù)輸出端；比較器的控制信號輸出端作為該模塊的控制 信號輸出端；1:M路串并變換器的M個輸出端分別連接到M個相關(guān)模塊的輸入端；M個 相關(guān)模塊的輸出端連接到最大值判斷器的M個輸入端；最大值判斷器的輸出端連接到比較 器的輸入端；其中，相關(guān)模塊用于輸入數(shù)據(jù)與本地己知數(shù)據(jù)序列的相關(guān)計算，得到相關(guān)計 算結(jié)果。
8、 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的迭代定時捕獲模塊，具體包括第二組插值器，共包括(M+1)個插值器；(M+1)個LDPC譯碼軟判決信息(SDM)計算器；二 維聯(lián)合定時誤差和頻偏計算器；插值位置計算器；第三插值器。該模塊的接口及內(nèi)部各器 件的連接關(guān)系為該模塊有1個控制該模塊工作的控制輸入端；第三插值器的數(shù)據(jù)輸入端 作為該迭代定時捕獲模塊的第一數(shù)據(jù)輸入端；第二組插值器的(M+1)數(shù)據(jù)輸入端作為該模 塊的第二組數(shù)據(jù)輸入端的(M+l)個輸入端；插值位置計算器的輸出端作為該模塊的插值輸 出端；第三插值器的數(shù)據(jù)輸出端作為該模塊的數(shù)據(jù)輸出端；第二組插值器的(M+1)數(shù)據(jù)輸 出端連接到(M+1)個LDPC譯碼SDM計算模塊的輸入端；(M+l)個LDPC譯碼SDM計算 模塊的輸出端連接到二維聯(lián)合定時誤差與頻偏估計器的(M+1)數(shù)據(jù)輸入端；二維聯(lián)合定時 誤差與頻偏估計器的輸出端連接到插值位置計算器的輸入端；插值位置計算器的第一插值 位置輸出端連接到第三插值器的插值位置輸入端；插值位置計算器的插值位置第二組輸出 端的(M+1)個輸出端連接到第二組插值器的(M+1)個插值位置輸入端。
9、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述的LDPC譯碼SDM計算模i央，包括 LDPC譯碼后驗信息計算器；取絕對值計算器；累加器；取反器。該模塊的接口及內(nèi)部各 器件的連接關(guān)系為LDPC譯碼后驗信息計算器的輸入端作為該模塊的輸入端；'取反處理 器的輸出端作為該模塊的輸出端；LDPC譯碼后驗信息計算器的輸出端連接到取絕對值計 算器的輸入端；取絕對值計算器的輸出端連接到累加器的輸入端；累加器的輸出端連接到 取反器的輸入端。
10、 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的迭代定時控制模塊，具體包括 首次接收判斷器；1:N路串并變換器；矩陣與向量乘法模塊；存儲器；累加器；比較器； 比較及迭代次數(shù)判斷器。該模塊的接口及內(nèi)部各器件的連接關(guān)系為首次接收判斷器的輸 入端作為該模塊的控制輸入端；1:N路串并變換器的數(shù)據(jù)輸入端作為該模塊的數(shù)據(jù)輸入端； 比較器的判決結(jié)果為"否"的輸出端及首次接收判斷器的判決結(jié)果為"是"的輸出端作為該模 塊的定時捕獲控制輸出端；比較及迭代次數(shù)判斷器的判決結(jié)果為"否"的輸出端作為該模塊 的定時跟蹤控制輸出端；比較及迭代次數(shù)判斷器的判決結(jié)果為"是"的輸出端作為該模塊的 最終輸出控制的輸出端。首次接收判斷器的判決結(jié)果為"否"的輸出端作為該模塊的控制輸 入端；1:N路串并變換器的N個輸出端連接到矩陣與向量乘法模塊的N個向量輸入端；存儲器中LDPC碼校驗矩陣H的非零數(shù)據(jù)分別作為矩陣與向量乘法模塊的矩陣數(shù)據(jù)輸入端； 矩陣與向量乘法模塊的R個向量輸出端連接到累加器的輸入端；累加器的輸出端連接到比較器的輸入端；比較器的判決結(jié)果為"否"的輸出端連接到比較及迭代次數(shù)判斷器的輸入端； 其中，R， N為自然數(shù)，分別表示LDPC碼校驗方程的數(shù)量及LDPC碼的碼長，LDPC碼 的校驗矩陣H為R行N列的矩陣，且有IKN;矩陣與向量乘法模塊執(zhí)行二進(jìn)制數(shù)據(jù)模-2 域的R行N列的矩陣與N維向量相乘運算，得到R維向量的輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于低密度奇偶校驗(LDPC)譯碼軟判決信息(SDM)的迭代定時同步方法與裝置，屬于數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于利用LDPC譯碼中的SDM來實現(xiàn)定時同步。該發(fā)明的內(nèi)容如下首先，將系統(tǒng)接收的信號經(jīng)數(shù)據(jù)接收處理模塊1的高倍采樣，插值和匹配濾波后，用LDPC碼幀同步檢測模塊獲得LDPC碼幀起始序號并觸發(fā)同步處理。其次，它用迭代定時捕獲模塊2實現(xiàn)迭代定時捕獲。之后，它用迭代定時跟蹤模塊3實現(xiàn)迭代定時跟蹤。最后，它用迭代定時控制模塊4判斷及切換定時捕獲與跟蹤，并控制LDPC譯碼模塊輸出系統(tǒng)最終的譯碼數(shù)據(jù)。該發(fā)明可應(yīng)用于在較低信噪比(SNR)及高速數(shù)字通信情況下的定時同步，且特別適用于較低SNR情況下衛(wèi)星、深空通信及高速磁記錄系統(tǒng)等應(yīng)用場合。
文檔編號H04L7/02GK101217355SQ20081005588
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者包建榮, 詹亞鋒, 邢騰飛, 陸建華 申請人:清華大學(xué)