本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于數(shù)字通信系統(tǒng)中的基于滑動積分的比特位同步方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了限制被傳輸數(shù)字信號的頻譜，需要對數(shù)字信號進(jìn)行成型濾波后，再對載波進(jìn)行調(diào)制，以實現(xiàn)信號的帶限傳輸，接收端經(jīng)過相干解調(diào)、采樣判決后恢復(fù)出發(fā)射端的數(shù)字信號。由于信道傳輸延時以及收發(fā)兩端時鐘偏移，接收端采樣判決無法在最佳時刻進(jìn)行，比特位同步就是用來調(diào)整接收端的采樣時鐘與發(fā)送端時鐘同步的一種同步措施。比特位同步的方法主要有兩種：非線性變換濾波法和鎖相法。其中通過比較本地時鐘與接收數(shù)據(jù)碼元，使本地時鐘與接收數(shù)據(jù)碼元同步的絕對值型超前-遲后積分同步環(huán)法應(yīng)用最為廣泛。傳統(tǒng)的超前-遲后積分同步環(huán)法如圖1所示，通過比較超前、遲后積分值的絕對值取得檢相誤差，經(jīng)環(huán)路濾波后調(diào)整壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)生超前和遲后采樣時鐘。其不僅需要兩路積分器，還需要設(shè)計復(fù)雜的VCO電路，設(shè)計實現(xiàn)困難，資源消耗較大。如授權(quán)公告號為CN1988435B(申請?zhí)枮?00610147457.0)的中國發(fā)明專利《一種數(shù)組比特位同步方法》中即采用該類似于超前-遲后積分同步環(huán)法的方法。又如授權(quán)公告號為CN101889408B(申請?zhí)枮?00880002215.X)的中國發(fā)明專利《一種改進(jìn)的位同步數(shù)字化的方法》，其中公開的位同步數(shù)字化的方法，其對信號的處理過程及計算過程相對復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種計算簡單、易于實現(xiàn)、資源消耗較小且適用于多種通信調(diào)制模式的基于滑動積分的比特位同步方法。本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種結(jié)構(gòu)簡單，計算快速準(zhǔn)確的基于滑動積分的比特位同步系統(tǒng)。本發(fā)明解決上述第一個問題所采用的技術(shù)方案為：一種基于滑動積分的比特位同步方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟一、根據(jù)本地參考時鐘，以Fs的采樣頻率對波特率為Fd的比特位信號進(jìn)行采樣并量化，以獲取比特位數(shù)據(jù)，依次做連續(xù)k個采樣點對應(yīng)獲取的比特位數(shù)據(jù)的滑動積分，從而獲取比特位數(shù)據(jù)的滑動積分序列，其中k＝Fs/Fd，對比特位信號的采樣周期t＝1/Fs；步驟二、隨機(jī)取滑動積分值序列中一個積分值為超前積分值；步驟三、獲取超前積分值后延時T個采樣周期計算獲取最佳積分值，延時2T個采樣周期計算獲取遲后積分值，其中步驟四、比較超前積分值絕對值和遲后積分值絕對值的大??；如果超前積分值絕對值等于遲后積分值絕對值，則執(zhí)行步驟五；如果超前積分值絕對值大于遲后積分值絕對值，則執(zhí)行步驟六；如果超前積分值絕對值小于遲后積分值絕對值，則執(zhí)行步驟七；步驟五：在滑動積分序列中相對于當(dāng)次超前積分值獲取的采樣時間位置，延時k個采樣周期對應(yīng)獲取的下一個滑動積分值作為超前積分值；步驟六、在滑動積分序列中相對于當(dāng)前超前積分值獲取的采樣時間位置，延時k-1個采樣周期對應(yīng)獲取的下一個滑動積分值作為超前積分值；步驟七、在滑動積分序列中相對于當(dāng)次超前積分值獲取的采樣時間位置，延時k+1個采樣周期對應(yīng)獲取的下一個滑動積分值作為超前積分值；步驟八、返回步驟三，直至最佳積分值點穩(wěn)定在一個比特位信號中的一個固定采樣點位置，最終實現(xiàn)比特位同步。本發(fā)明解決上述第二個問題所采用的技術(shù)方案為：一種基于滑動積分的比特位同步系統(tǒng)，其特征在于：包括：采樣量化模塊，根據(jù)本地參考時鐘對比特位信號波形進(jìn)行采樣并量化，從而獲取比特位數(shù)據(jù)；滑動積分模塊，與所述采樣量化模塊相連接，用于對比特位數(shù)據(jù)實現(xiàn)滑動積分處理，從而獲取比特位數(shù)據(jù)的滑動積分?jǐn)?shù)據(jù)序列；積分鎖存模塊，與所述滑動積分模塊相連接，根據(jù)使能信號用于存儲比特位數(shù)據(jù)的超前積分值、最佳積分值和遲后積分值；環(huán)路濾波模塊，與所述積分鎖存模塊相連接，用于對超前積分值和遲后積分值進(jìn)行比較運(yùn)算，并獲取調(diào)整數(shù)據(jù)；鎖存周期調(diào)整模塊，分別與所述積分鎖存模塊和所述環(huán)路濾波模塊相連接，根據(jù)調(diào)整數(shù)據(jù)調(diào)整積分鎖存模塊的使能信號。優(yōu)選地，所述滑動積分模塊包括：數(shù)據(jù)緩存單元，與所述采樣量化模塊相連接，用于存儲采樣量化的比特位數(shù)據(jù)；循環(huán)累加單元，分別與所述采樣量化模塊和所述數(shù)據(jù)緩存單元相連接，用于實現(xiàn)比特位數(shù)據(jù)的滑動積分；優(yōu)選地，所述積分鎖存模塊包括：第一使能信號延遲單元，與所述鎖存周期調(diào)整模塊相連接，將鎖存周期調(diào)整模塊獲取的使能信號作為超前積分值使能信號，同時根據(jù)使能信號獲取最佳積分值使能信號和遲后積分值使能信號；數(shù)據(jù)鎖存單元，分別與循環(huán)累加單元和和第一使能信號延遲單元相連接，獲取與循環(huán)累加單元中傳送的比特位數(shù)據(jù)滑動積分序列，并根據(jù)自第一使能信號延遲單元中獲取的超前積分值使能信號鎖存超前積分值，獲取的最佳積分值使能信號鎖存最佳積分值，獲取的遲后積分值使能信號鎖存遲后積分值。優(yōu)選地，所述環(huán)路濾波模塊包括：絕對值比較單元，與所述數(shù)據(jù)鎖存單元相連接，用于比較超前積分值絕對值和遲后積分值絕對值的大小；第二使能信號延遲單元，分別與所述絕對值比較單元和所述鎖存周期調(diào)整模塊相連接，根據(jù)鎖存周期調(diào)整模塊輸出的使能信號獲取絕對值比較單元的數(shù)據(jù)有效使能信號；雙向濾波單元，與所述絕對值比較單元相連接，根據(jù)絕對值比較單元的比較結(jié)果調(diào)整雙向濾波器單元參數(shù)。優(yōu)選地，所述鎖存周期調(diào)整模塊包括：使能信號調(diào)整單元，與所述雙向濾波單元相連接，根據(jù)雙向濾波器單元參數(shù)調(diào)整使能信號周期；使能信號生成單元，分別與所述使能信號調(diào)整單元、第一使能信號延遲單元、第二使能信號延遲單元相連接，根據(jù)使能信號調(diào)整單元調(diào)整后的使能信號周期，生成使能信號。方便地，所述數(shù)據(jù)緩存單元為一個FIFO，所述FIFO的深度為k。為了完成循環(huán)累加單元對比特位數(shù)據(jù)的滑動積分計算，所述循環(huán)累加單元包括三個數(shù)據(jù)輸入端，其中，第一個數(shù)據(jù)輸入端與所述數(shù)據(jù)緩存單元的輸出端相連接，第二個數(shù)據(jù)輸入端與所述采樣量化模塊的輸出端相連接，第三個數(shù)據(jù)輸入端與循環(huán)累加單元的數(shù)據(jù)輸出端相連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：該基于滑動積分的比特位同步方法計算簡單、計算量小，易于實現(xiàn)、資源消耗較小，同時適用于移頻鍵控(FSK)、最小移頻鍵控(MSK)、高斯最小移頻鍵控(GMSK)等多種通信調(diào)制模式。同時基于滑動積分的比特位同步系統(tǒng)配合其方法使用，整體架構(gòu)簡單，計算快速準(zhǔn)確，能夠有效的實現(xiàn)比特位同步。附圖說明圖1為傳統(tǒng)絕對值型超前-遲后積分環(huán)位同步方法的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實施例中基于滑動積分的比特位同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本實施例中比特位信號波形和比特位數(shù)據(jù)滑動積分波形示意圖。圖4為本實施例中基于滑動積分的比特位同步方法的流程圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖2所示，本實施例中的基于滑動積分的比特位同步系統(tǒng)，包括采樣量化模塊1、滑動積分模塊2、積分鎖存模塊3、環(huán)路濾波模塊4、鎖存周期調(diào)整模塊5。其中，采樣量化模塊1，根據(jù)本地參考時鐘對比特位信號波形進(jìn)行采樣并量化，從而獲取比特位數(shù)據(jù)，本實施例中采樣頻率為Fs，則相應(yīng)的采樣周期t＝1/Fs，比特位信號的波特率為Fd。滑動積分模塊2，與采樣量化模塊1相連接，用于對比特位數(shù)據(jù)實現(xiàn)滑動積分處理，從而獲取比特位數(shù)據(jù)的滑動積分?jǐn)?shù)據(jù)序列。該滑動積分模塊2包括數(shù)據(jù)緩存單元21和循環(huán)累加單元22。其中，數(shù)據(jù)緩存單元21，與采樣量化模塊1相連接，用于存儲當(dāng)比特位信號量化后的比特位數(shù)據(jù)。本實施例中的數(shù)據(jù)緩存單元21為一個FIFO，該FIFO的深度為k，其中k＝Fs/Fd。則FIFO中僅能存儲k個數(shù)據(jù)，F(xiàn)IFO根據(jù)其先進(jìn)先出原則存儲最新的k個采樣點獲取的比特位數(shù)據(jù)，而將當(dāng)前采樣點前的第k個采樣點對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出到循環(huán)累加單元22。循環(huán)累加單元22，分別與采樣量化模塊1和數(shù)據(jù)緩存單元21相連接，用于做k個采樣點對應(yīng)的比特位數(shù)據(jù)的滑動積分。該循環(huán)累加單元22包括三個數(shù)據(jù)輸入端，其中，第一個數(shù)據(jù)輸入端與數(shù)據(jù)緩存單元21的輸出端相連接，第二個數(shù)據(jù)輸入端與采樣量化模塊1的輸出端相連接，第三個數(shù)據(jù)輸入端與循環(huán)累加單元22的數(shù)據(jù)輸出端相連接。該循環(huán)累加單元22在累加計算時，將循環(huán)累加單元22的數(shù)據(jù)輸出端輸出的累加計算結(jié)果與采樣量化模塊1的輸出端傳送的最新采樣量化的比特位數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，同時減去FIFO中送出的比特位數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前的比特位積分值。即當(dāng)前的比特位積分值為當(dāng)前采樣點前k個采樣點獲取的比特位數(shù)據(jù)和加上當(dāng)前采樣點的比特位數(shù)據(jù)，再減去當(dāng)前采樣點前的第k個采樣點對應(yīng)獲取的比特位數(shù)據(jù)。積分鎖存模塊3，與滑動積分模塊2相連接，根據(jù)使能信號用于存儲比特位數(shù)據(jù)的超前積分值、最佳積分值和遲后積分值。該積分鎖存模塊3包括第一使能信號延遲單元31和數(shù)據(jù)鎖存單元32。其中，第一使能信號延遲單元31，與所述鎖存周期調(diào)整模塊5相連接，將鎖存周期調(diào)整模塊5獲取的使能信號作為超前積分值使能信號，同時根據(jù)使能信號獲取最佳積分值使能信號和遲后積分值使能信號；本實施例中，根據(jù)使能信號延時k/4個采樣周期獲取最佳積分值使能信號，延時k/2個采樣周期得到遲后積分值使能信號。數(shù)據(jù)鎖存單元32，分別與循環(huán)累加單元22和和第一使能信號延遲單元31相連接，獲取與循環(huán)累加單元22中傳送的比特位數(shù)據(jù)滑動積分序列，并根據(jù)自第一使能信號延遲單元31中獲取的超前積分值使能信號鎖存超前積分值，獲取的最佳積分值使能信號鎖存最佳積分值，獲取的遲后積分值使能信號鎖存遲后積分值。環(huán)路濾波模塊4，與所述積分鎖存模塊3相連接，用于對超前積分值和遲后積分值進(jìn)行比較運(yùn)算，并調(diào)整雙向濾單元波參數(shù)。該環(huán)路濾波模塊4包括絕對值比較單元42、第二使能信號延遲單元41和雙向濾波單元43。其中，絕對值比較單元42，與數(shù)據(jù)鎖存單元32相連接，用于比較超前積分值絕對值和遲后積分值絕對值的大小。第二使能信號延遲單元41，分別與所述絕對值比較單元42和所述鎖存周期調(diào)整模塊5相連接，根據(jù)鎖存周期調(diào)整模塊5輸出的使能信號獲取絕對值比較單元42的數(shù)據(jù)有效使能信號；本實施例中根據(jù)使能信號延時k/2+1個采樣周期獲取絕對值比較單元42的數(shù)據(jù)有效使能信號。雙向濾波單元43，與絕對值比較單元42相連接，根據(jù)絕對值比較單元42的比較結(jié)果調(diào)整雙向濾波器單元參數(shù)。鎖存周期調(diào)整模塊5，分別與積分鎖存模塊3和環(huán)路濾波模塊4相連接，根據(jù)調(diào)整數(shù)據(jù)調(diào)整積分鎖存模塊3的使能信號。該鎖存周期調(diào)整模塊5包括使能信號調(diào)整單元51和使能信號生成單元52。其中，使能信號調(diào)整單元51，與雙向濾波單元43相連接，根據(jù)雙向濾波器單元參數(shù)調(diào)整使能信號周期。使能信號生成單元52，分別與使能信號調(diào)整單元51、第一使能信號延遲單元31、第二使能信號延遲單元41相連接，根據(jù)使能信號調(diào)整單元51調(diào)整后的使能信號周期，生成使能信號。本實施例中，雙向濾波單元43中輸出的雙向濾波單元43參數(shù)N作為使能信號中的采樣時間位置指針參數(shù)，用于指示計算超前積分值相對應(yīng)的采樣時間位置。同時，根據(jù)雙向濾波單元43中輸出的雙向濾波單元43參數(shù)N調(diào)整使能信號的周期，從而形成使能信號的周期參數(shù)L，最終在使能信號生成單元52中生成一個具有位置信息N和周期信息L的使能信號。該使能信號在本實施例中作為超前積分值使能信號。其中N＝[N0,N1,...,Ni,Ni+1,...]，i為自然數(shù)，Ni表示第i個完整的波特位信號對應(yīng)的滑動積分序列中的采樣時間位置指針參數(shù)。如圖3和圖4所示，利用前述的基于滑動積分的比特位同步系統(tǒng)實現(xiàn)的比特位同步方法，包括如下步驟：步驟一、采樣量化模塊1根據(jù)本地參考時鐘，以Fs的采樣頻率對波特率為Fd的比特位信號進(jìn)行采樣并對其進(jìn)行量化，從而不斷的獲取比特位數(shù)據(jù)；將獲取的比特位數(shù)據(jù)分別送入到數(shù)據(jù)緩存單元21和循環(huán)累加單元22中，并在循環(huán)累加單元22中依次做連續(xù)k個采樣點對應(yīng)獲取的比特位數(shù)據(jù)的滑動積分，從而獲取比特位數(shù)據(jù)的滑動積分序列，比特位數(shù)據(jù)的滑動積分序列再被傳送到數(shù)據(jù)鎖存單元32中。步驟二、隨機(jī)取滑動積分值序列中一個積分值為超前積分值。本實施例中，預(yù)設(shè)雙向濾波單元43參數(shù)初始值N0＝k/8，即自采樣開始，k/8個采樣周期內(nèi)計算的積分值作為超前積分值。預(yù)設(shè)使能信號的周期參數(shù)初始值L0＝k，即初始階段使能信號時周期為k個采樣周期，使能信號電平保持一個采樣周期。步驟三、根據(jù)使能信號，在積分鎖存模塊3中獲取超前積分值、最佳積分值和遲后積分值；對于初始狀態(tài)而言，自獲取超前積分值后延時k/4個采樣周期計算獲取最佳積分值，即自采樣開始，3k/8個采樣周期內(nèi)計算的積分值作為最佳積分值；自獲取超前積分值后延時k/2個采樣周期計算獲取遲后積分值，即自采樣開始，5k/8個采樣周期內(nèi)計算的積分值作為最佳積分值。步驟四、根據(jù)第二使能信號延遲單元41中輸出的數(shù)據(jù)有效使能信號，在絕對值比較單元42中分別對數(shù)據(jù)鎖存單元32中輸出的超前積分值和延后積分值進(jìn)行絕對值運(yùn)算，從而獲取超前積分值絕對值C1和遲后積分值絕對值C2，并比較C1和C2的大?。蝗绻胺e分值絕對值C1等于遲后積分值絕對值C2，則執(zhí)行步驟五；如果超前積分值絕對值C1大于遲后積分值絕對值C2，則執(zhí)行步驟六；如果超前積分值絕對值C1小于遲后積分值絕對值C2，則執(zhí)行步驟七；步驟五、雙向濾波單元43中的雙向濾波單元43參數(shù)不進(jìn)行調(diào)整，即Ni+1＝Ni，其中i為自然數(shù)，即在滑動積分序列中相對于當(dāng)次超前積分值獲取的采樣時間位置，延時k個采樣周期對應(yīng)獲取的下一個滑動積分值作為超前積分值。步驟六、雙向濾波單元43中的雙向濾波單元43參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，Ni+1＝Ni-1，其中i為自然數(shù)，即在滑動積分序列中相對于當(dāng)次超前積分值獲取的采樣時間位置，延時k-1個采樣周期對應(yīng)獲取的下一個滑動積分值作為超前積分值。步驟七、雙向濾波單元43中的雙向濾波單元43參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，Ni+1＝Ni+1，其中i為自然數(shù)，即在滑動積分序列中相對于當(dāng)次超前積分值獲取的采樣時間位置，延時k+1個采樣周期對應(yīng)獲取的下一個滑動積分值作為超前積分值。在步驟五、步驟六和步驟七中，如果N＝0，則調(diào)整使能信號周期參數(shù)L＝k-1，即表示使能信號周期調(diào)整為k-1個采樣周期，同時雙向濾波參數(shù)N復(fù)位為初始值，即Ni+1＝N0，最終在使能信號生成單元52中生成使能信號；如果Ni+1＝2N0，則調(diào)整使能信號周期參數(shù)L＝k+1，即表示使能信號周期調(diào)整為k+1個采樣周期，同時雙向濾波參數(shù)N復(fù)位為初始值，即Ni+1＝N0，最終在使能信號生成單元52中生成使能信號；如果0<Ni+1＝2N0，則使能信號周期參數(shù)保持初始值，即L＝k，同時雙向濾波參數(shù)N不做調(diào)整，最終在使能信號生成單元52中生成使能信號。步驟八、返回步驟三，直至最佳積分值點穩(wěn)定在一個比特位信號中的一個固定采樣點位置，最終實現(xiàn)比特位同步。