軟件接收機(jī)中同步技術(shù)研究的中期報(bào)告

軟件接收機(jī)中同步技術(shù)研究的中期報(bào)告引言：軟件無(wú)線電技術(shù)（Software-definedradio,SDR）已經(jīng)成為了無(wú)線通信領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，它的基本思路就是用軟件來(lái)取代固定現(xiàn)場(chǎng)硬件，從而實(shí)現(xiàn)多模式、多頻段、多協(xié)議的無(wú)線通信。然而，與固定硬件相比，SDR的復(fù)雜性更高，需要考慮的因素也更多。其中，同步技術(shù)作為一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，對(duì)SDR系統(tǒng)的性能和效果有著重要的影響。本文是軟件接收機(jī)中同步技術(shù)研究的中期報(bào)告。本文先簡(jiǎn)要介紹了SDR的基本原理和同步技術(shù)的基本概念，然后重點(diǎn)探討了目前主流的三種同步技術(shù)：基于導(dǎo)頻的同步技術(shù)、基于時(shí)序的同步技術(shù)以及基于協(xié)作的同步技術(shù)。最后，總結(jié)了目前研究中存在的問(wèn)題，并提出了未來(lái)的研究方向。一、SDR的基本原理SDR的核心思想是通過(guò)更改軟件中的參數(shù)，將無(wú)線電接收機(jī)的功能從固定的實(shí)體硬件中拆分出來(lái)，并在更高層次上管理應(yīng)用。SDR接收機(jī)主要由以下三個(gè)部分組成：前端、中間件和后端。前端包括天線、控制邏輯、低噪放大器、混頻器和過(guò)濾器等的硬件組件。前端的主要功能是將無(wú)線電信號(hào)降頻和放大，以便后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理。中間件是一段軟件代碼，它對(duì)前端抽象出一些API，從而使上層的軟件能夠與前端進(jìn)行交互。在中間件中，主要有以下處理環(huán)節(jié)：（1）模擬到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；（2）數(shù)字信號(hào)處理：信號(hào)濾波、頻譜分析、同步等；（3）數(shù)據(jù)輸出：通過(guò)數(shù)據(jù)接口輸出處理后的數(shù)據(jù)。后端由計(jì)算機(jī)組成，它承擔(dān)了大量的計(jì)算任務(wù)，包括對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理、協(xié)議分析、應(yīng)用處理等。后端需要根據(jù)應(yīng)用需要，對(duì)SDR進(jìn)行配置，包括頻率、波特率、調(diào)制方式等。二、同步技術(shù)的基本概念在數(shù)字通信領(lǐng)域中，同步技術(shù)的作用就是保證接收端能夠準(zhǔn)確地解調(diào)出信號(hào)中的信息，使其達(dá)到正確的采樣位置，以便后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理。同步技術(shù)主要從時(shí)間、頻率和相位三個(gè)方面來(lái)考慮?；跁r(shí)間的同步技術(shù)主要涉及導(dǎo)頻的檢測(cè)和計(jì)算。通過(guò)導(dǎo)頻的檢測(cè)，可以確定信號(hào)的時(shí)間偏移量和幅度，從而使接收端保持與發(fā)射端的時(shí)間同步。基于載波頻率的同步技術(shù)則需要考慮信號(hào)的頻率偏移，通過(guò)對(duì)同步方案的設(shè)計(jì)，可以使接收端與發(fā)射端的頻率相同?；谙辔坏耐郊夹g(shù)則需要確定接收端的相位偏移量，從而實(shí)現(xiàn)相位同步。三、同步技術(shù)研究目前，同步技術(shù)的研究主要集中在以下三個(gè)方向上：（1）基于導(dǎo)頻的同步技術(shù)在數(shù)字通信中，導(dǎo)頻是一種固定周期的同步序列，用于檢測(cè)信道中的時(shí)間偏移量?；趯?dǎo)頻的同步技術(shù)主要包括：SynchronizedChannelEstimation（SCE）、MaximumLikelihoodSequenceEstimation（MLSE）和迭代最小二乘的方法。SCE技術(shù)基于導(dǎo)頻序列的自相關(guān)函數(shù)，對(duì)信道的頻率響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，因此該方法對(duì)信噪比較低的信號(hào)效果較好；MLSE技術(shù)通過(guò)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼器迭代運(yùn)算，以達(dá)到同步的目的；迭代最小二乘的方法是近年來(lái)的一種新的方法，它通過(guò)對(duì)濾波器系數(shù)的迭代求解，來(lái)穩(wěn)定接收信號(hào)的同步效果。（2）基于時(shí)序的同步技術(shù)時(shí)序同步技術(shù)的主要目的是消除接收端的采樣率誤差。常見(jiàn)的同步技術(shù)有：前綴采樣率插值（Pre-SamplesInterpolation，PSI）、話術(shù)插值（FractionallySpacedTimingRecovery，F(xiàn)STR）和高斯卷積表面同步（Gaussian-MatchedFilter，GMF）。這些方法都是通過(guò)優(yōu)化接收端的采樣時(shí)序，來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。（3）基于協(xié)作的同步技術(shù)協(xié)作同步技術(shù)是一種通過(guò)多個(gè)接收機(jī)之間的信息交流，來(lái)提高同步精度的技術(shù)方法。這種技術(shù)可以大大降低對(duì)導(dǎo)頻的需求，從而提高系統(tǒng)的魯棒性。常用的協(xié)作同步技術(shù)有：分布式正交調(diào)制信號(hào)的同步（DistributedSynchronizationofOrthogonalModulatedSignals，DSOMS）、基于信號(hào)擬合的協(xié)作方法和基于反饋機(jī)制的方法等。四、問(wèn)題與展望在SDR的同步技術(shù)研究中，還存在一些問(wèn)題需要解決。例如，如何在低信噪比的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高精度同步；如何平衡同步精度和系統(tǒng)誤差；如何提高同步過(guò)程的效率等。未來(lái)的研究也需要從以下幾個(gè)方向展開(kāi)：首先，需要進(jìn)一步探索基于協(xié)作的同步技術(shù)，以提高系統(tǒng)的魯棒性。其次，需要改進(jìn)現(xiàn)有同步技術(shù)的算法，提高同步精度和效率。最后，需要將同步技術(shù)與信道估計(jì)、信號(hào)檢測(cè)等技術(shù)結(jié)合起來(lái)研究，從而構(gòu)建完整的SDR系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)：[1]劉濤等.軟件定義無(wú)線電研究現(xiàn)狀與展望[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015,44(05):1-8.[2]MuradAA.AreviewofSynchronizationtechniquesforsoftwaredefinedradios[J].JournalofEmergingTrends