專利名稱：無線電通信系統(tǒng)中的強健模式檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線電通信系統(tǒng)中的強健模式檢測方法，所述無線電通信系統(tǒng)特別是DRM系統(tǒng)。根據本發(fā)明的方法，減小了強健模式檢測的計算復雜度，并且具有更好的估計性能。
背景技術：
DRM(世界數字無線電廣播，Digital Radio Mondiale)是一種新型的數字無線廣播系統(tǒng)，它是短波、中波以及長波調幅廣播頻段的唯一的通用型非專利數字無線電廣播系統(tǒng)。在同樣的覆蓋范圍條件下，DRM發(fā)射機功率比傳統(tǒng)的模擬發(fā)射機功率低6-9dB，數字廣播比模擬廣播的同鄰頻保護率低，抗多徑干擾能力強，便于移動接收；音質可以達到CD或調頻立體聲的質量；能夠提供附加數據和多媒體信息；與DAB相比，它的接收機價格更容易被廣大聽眾所接受。它的出現是30MHz以下頻段廣播復興的標志，而且目前已經成為國際標準。
DRM系統(tǒng)采用了正交頻分復用(OFDM)技術。OFDM可以看作是一種特殊的多載波技術。與單載波系統(tǒng)相比，多載波系統(tǒng)的同步更為復雜。與其它的多載波系統(tǒng)相比，DRM系統(tǒng)的短波信道傳輸環(huán)境則更為惡劣，表現在更大的時延擴展、更強的時延信號功率、更大的相對多普勒擴展和存在多普勒頻移等。因此，DRM系統(tǒng)的同步算法設計將更為復雜和具有挑戰(zhàn)性。
在DRM接收機中，同步可以被劃分為五個任務，即強健模式檢測、符號定時同步、載波頻率同步、采樣鐘同步和幀定時同步，如圖1所示。本說明書將專注于DRM系統(tǒng)的強健模式檢測技術。
DRM系統(tǒng)同步的第一個任務就是要檢測當前發(fā)射信號配置的強健模式方式。DRM系統(tǒng)具有四種強健模式方式，即模式A、B、C和D。表1列出了這四種強健模式方式的典型用途。
表1強健模式的典型用途

對應于不同的強健模式，定義了不同的OFDM參數集，如表2所示。
表2OFDM信號參數

在表2中，Ts表示OFDM符號的持續(xù)時間，Tg表示保護間隔的持續(xù)時間，Tu表示OFDM符號有用部分的持續(xù)時間，T表示基本的時間周期，等于83(1/3)μs。如果以T，作為時間單位，則對應于四種模式A、B、C和D，其保護間隔的長度依次等于32、64、64和88。同理，有用部分的長度依次等于288、256、176和112?；谏鲜鰠?，可以確定IFFT和FFT的長度。通常IFFT和FFT的長度是有用部分長度的整數倍，而4倍是一個常用的參數。在這種條件下，IFF和FFT的長度依次等于288×4＝1152、256×4＝1024、176×4＝704和112×4＝448。
從表2和上面的討論可知，每種強健模式都具有不同的OFDM參數值?；谶@個關鍵的觀察，參考文獻(A.F.Kurpiers，V.Fischer.Open-Source Implementation of a Digital Radio Mondiale(DRM)Receiver，9th International IEE Conference on HF Radio Systemsand Techniques，Bath，United Kingdom，June 2003，86-90)提出了一種強健模式檢測方法。在下面的內容中，我們將首先介紹文獻[2]的強健模式檢測方法及其存在的問題。然后針對傳統(tǒng)方法存在的問題，我們提出了一種本發(fā)明的強健模式檢測方法。
無論是傳統(tǒng)的還是本發(fā)明的強健模式檢測方法都是基于保護間隔相關的思想，并都利用保護間隔的所有信息。一個關鍵的觀察是在相關結果中存在著明顯的周期性出現的峰，峰的距離等于一個OFDM符號長度，如圖2所示。
因為我們不知道當前DRM發(fā)射信號使用的強健模式，因此我們需要四個支路同時進行相關運算，這四個支路的參數分別對應于DRM的四種強健模式。我們需要在四路相關結果中，同時尋找周期性出現的峰。如果發(fā)現在某一支路存在這種周期性出現的峰，且峰之間的距離等于一個OFDM符號長度，則這個支路對應的強健模式即被認為是當前發(fā)射信號使用的強健模式。
總之，無論是傳統(tǒng)的還是本發(fā)明的強健模式檢測方法都利用了這樣一個關鍵的觀察如果設置的OFDM參數和發(fā)射信號的參數一致，則在其相關結果中一定存在周期性出現的峰。他們之間主要的區(qū)別是他們分別采用了不同的方法去判斷在相關結果中是否存在周期性的峰。為此，他們定義了不同的相關函數和代價函數，并使用不同的檢測準則。
傳統(tǒng)強健模式檢測方法的相關函數定義為λ(θ)＝|γ(θ)|-ρΦ(θ) (1)其中，
ρ＝1 (2)γ(θ)Σk=θθ+Ng-1r(k)·r*(k-Nu)---(3)]]>Φ(θ)=12Σk=θk+Ng-1|r(k)|2+|r(k-Nu)|2---(4)]]>傳統(tǒng)強健模式檢測方法的代價函數定義為C(θ)Σθθ+LRMD-1λ(θ)cos(2πNsθ)---(5)]]>LRMD＝NRMDNs(6)其中r(k)表示采樣信號，k表示樣本序號。Nu表示OFDM符號有用部分的長度。Ng表示OFDM符號保護間隔的長度。Ns表示OFDM符號的整個長度，Ns＝Ng+Nu。這些參數的值如表3所示。NRMD表示參加強健模式檢測的OFDM符號數。例如，NRMD可以設置為5。
表3不同模式下OFDM參數設置

圖3顯示了代價函數式(5)的計算結果，真實模式為B。從圖3可以看出，嘗試模式為B的代價函數值最大，因為它即等于發(fā)射信號配置的模式。其它嘗試模式的代價函數值很小，因為它們不等于當前發(fā)射信號配置的模式。因此，傳統(tǒng)強健模式檢測方法的檢測準則是最大的代價函數所對應的強健模式即為發(fā)射信號配置的模式。
如上所述，為了檢測周期性的相關峰，傳統(tǒng)方法對相關結果乘以了一個余弦函數，如式(5)所示。因為余弦運算是一個耗時和復雜的處理，不容易被硬件實現，所以計算量大是傳統(tǒng)強健模式檢測方法的一個主要缺點。為此，我們提出了一種本發(fā)明的強健模式檢測方法去克服這個缺點。

發(fā)明內容
為了克服現有技術中的缺陷提出了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的目的是提出一種無線電通信系統(tǒng)中的強健模式檢測方法，所述無線電通信系統(tǒng)特別是DRM系統(tǒng)。根據本發(fā)明的方法，減小了強健模式檢測的計算復雜度，并且具有更好的估計性能。
為了實現上述目的，根據本發(fā)明，提出了一種無線電通信系統(tǒng)中的強健模式檢測方法，所述方法包括步驟分別設置針對多種強健模式中的任一個模式的相關參數；利用所述多種強健模式中的任一個模式的相關參數，獲取對輸入的信號采樣數據的相關函數的計算結果以獲得相關圖案；確定相關圖案中的相關峰是否為周期性的，如果相關圖案中的相關峰為周期性的，則確定所述多種強健模式中的任一個模式為當前檢測到的強健模式。
優(yōu)選地，所述無線電通信系統(tǒng)為世界數字無線電廣播系統(tǒng)。
優(yōu)選地，所述多種強健模式為符合世界數字無線電廣播標準的四種強健模式。
優(yōu)選地，所述相關參數為各強健模式下的OFDM相關參數值。
優(yōu)選地，所述強健模式檢測方法基于保護間隔信息。
優(yōu)選地，所述相關函數包括兩個輸入信號項，一個輸入信號項表示當前輸入的采樣信號，另一路輸入信號項表示延遲的輸入信號，延遲大小等于符號有用部分的長度。
優(yōu)選地，確定相關圖案中的相關峰是否為周期性的步驟包括以下子步驟計算兩個相關峰之間的距離的相對誤差；確定預定數量的連續(xù)誤差是否均小于一預定閾值；如果是，則確定相關圖案中的相關峰為周期性的。
優(yōu)選地，將所述子步驟重復執(zhí)行兩次以確保確定結果的可靠性。
優(yōu)選地，所述兩個相關峰之間的距離的相對誤差等于兩個相關峰之間的實際距離與理論距離之間的誤差，再與理論距離之間的比值。
優(yōu)選地，所述的兩個相關峰是兩個連續(xù)峰或間隔若干個符號的兩個相關峰。


通過參考以下結合附圖對所采用的優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述目的、優(yōu)點和特征將變得顯而易見，其中圖1是示出了DRM同步任務的示意圖；圖2是示出了基于保護間隔的相關結果的曲線圖；圖3是示出了傳統(tǒng)強健模式檢測方法的代價函數的曲線圖；圖4a是示出了相關函數式(7)的相關結果(嘗試模式為A)的曲線圖；圖4b是示出了相關函數式(7)的相關結果(嘗試模式為B)的曲線圖；圖4c是示出了相關函數式(7)的相關結果(嘗試模式為C)的曲線圖；圖4d是示出了相關函數式(7)的相關結果(嘗試模式為D)的曲線圖；圖5是示出了根據本發(fā)明的檢測準則的流程圖；圖6是示出了根據本發(fā)明的檢測器的原理方框圖；圖7是示出了根據本發(fā)明的強健模式檢測方法的流程圖；以及圖8是示出了本發(fā)明的強健模式檢測方法和傳統(tǒng)的檢測方法的性能比較的曲線圖。
具體實施例方式
為了克服傳統(tǒng)強健模式檢測方法運算量大，不易被硬件實現的缺點，本說明書提出了一種本發(fā)明的強健模式檢測方法，它不需要余弦運算，因此計算復雜度大大減小。
本發(fā)明的強健模式檢測方法的主要特點是采用了一種本發(fā)明的模式檢測準則。與傳統(tǒng)的強健模式檢測方法相比，本發(fā)明的檢測方法采用了不同的相關和代價函數。最主要的區(qū)別是它采用了本發(fā)明的檢測準則。
本發(fā)明的強健模式檢測方法的相關函數定義為λ(θ)＝|γ(θ)|2-ρΦ2(θ)(7)這里，在高信噪比(SNR)情況下，參數ρ設置等于1。γ(θ)和Φ(θ)分別由式(3)和(4)給出。本發(fā)明的強健模式檢測方法沒有專門的代價函數，這一點和傳統(tǒng)方法是不同的。當然，需要注意的是，本發(fā)明的相關函數并不局限于此，其可以是各種無線電通信系統(tǒng)中所采用的其他相關函數。
為了進行強健模式檢測，需要同時進行四路相關運算。每一路OFDM參數對應一種強健模式。如果某一路的OFDM參數和發(fā)射信號的一致，則在其相關結果中會出現周期性的峰。如果某一路的OFDM參數和發(fā)射信號的不一致，則在其相關結果中就不會出現周期性的峰。圖4a、4b、4c和4d是一個例子，仿真參數為模式B、信道3和10KHz帶寬。SNR為20dB。從圖4b可以看出，當嘗試模式等于真實模式B時，其相關結果將出現周期性的峰，如圖4a、4c和4d所示；當嘗試模式不等于真實模式B時，相關信號波形無規(guī)律可尋。
為了檢測相關結果中是否存在周期性的峰，我們提出了一種本發(fā)明的檢測準則。在討論本發(fā)明的檢測準則之前，我們首先給出一個重要的定義兩個連續(xù)相關峰之間距離的相對誤差εr＝|d-Ns|/Ns(8)這里，εr表示相對誤差。d表示兩個連續(xù)峰之間的實際距離。Ns表示OFDM符號的長度，包括有用部分和保護間隔。對應于不同的強健模式，Ns的值如表3所示。符號|·|表示絕對值運算。峰的定義為在一個OFDM符號長度Ns內，相關函數式(7)最大值所對應的位置即為峰的位置。在理想的傳輸情況下，如果OFDM參數設置和發(fā)射信號的模式一致，則其相關結果中任意兩個連續(xù)峰之間的距離就等于OFDM符號的長度Ns。如果OFDM參數設置和發(fā)射信號的模式不一致，則找到的峰實際上沒有任何意義，其之間的距離無規(guī)律可尋。
基于上面的討論，我們提出了一種本發(fā)明的檢測準則，去檢測相關結果中是否存在周期性的峰。這個本發(fā)明的準則如圖5所示。
如圖5所示，計算兩個相關峰之間的距離的相對誤差(步驟501)；確定預定數量(N個，可以任意設定)的連續(xù)誤差是否均小于一預定閾值th(503)；如果是，則發(fā)現相關圖案中的相關峰為周期性的(步驟505)，由此完成了模式檢測的發(fā)現階段。此時可以確定相關圖案中的相關峰為周期性的。
需要注意的是，所述的兩個相關峰是兩個連續(xù)峰或間隔若干個符號的兩個相關峰。
但是，為了確保確定的可靠性，還可以執(zhí)行步驟507、509和511(類似于步驟501、503和505)，也就是，完成了與模式檢測的發(fā)現階段類似的模式檢測的確認階段，從而保證了周期性判定的可靠性。
通過仿真，圖5中的門限值可以設置為0.05，N可以設置為5。
圖6是示出了根據本發(fā)明的檢測器的原理方框圖。這是上式(7)的相關函數的具體實現。
根據本發(fā)明的強健模式檢測方法的流程圖如圖7所示。
如圖7所示，在模式檢測開始之后(步驟701)，分別設置針對多種強健模式中的任一個模式的相關參數。例如，假定模式為A，設置相關OFDM參數(步驟703)。然后，從緩沖器中讀取信號采樣數據作為輸入(步驟705)。之后，利用模式A的相關OFDM參數，獲取對輸入的信號采樣數據的相關函數的計算結果以獲得相關圖案(步驟707)。于是，在相關圖案內找到每一個符號長度內的峰值(步驟709)。在此基礎上，確定相關圖案中的相關峰是否為周期性的(步驟711)，如果相關圖案中的相關峰為周期性的，則確定模式A為當前檢測到的強健模式。否則，則模式A并非當前檢測到的強健模式。
如圖7所示，分別對其他三種強健模式(即模式B、C和D)進行與上述模式A的檢測相類似的檢測，其過程與步驟703到711類似，在此不再贅述。由此，分別對四種強健模式進行檢測，直到找到與當前模式相匹配的強健模式為止。此時，模式檢測成功，輸出檢測到的結果(四種強健模式之一)(步驟713)。
需要說明的是，檢測相關圖案中的相關峰是否為周期性的過程可以采用圖5所示的過程。
通過計算機仿真評估了傳統(tǒng)的和本發(fā)明的強健模式檢測方法的性能。DRM系統(tǒng)有六種信道模型。這里，選擇兩種典型的信道信道3和5。仿真參數模式B、10KHz帶寬、載波頻率偏移2.45F(F為子載波間隔)、采樣鐘頻率偏移50ppm、基帶信號樣點速率48KHz。選擇檢測錯誤概率作為性能比較和衡量的標準。檢測錯誤概率定義為檢測結果不等于真實發(fā)射模式的概率。
其仿真結果如圖8所示。從圖8可以看出，與傳統(tǒng)的強健模式檢測方法相比，本發(fā)明的強健模式檢測方法具有更低的檢測錯誤概率。本說明書提出了一種本發(fā)明的適合于DRM系統(tǒng)的強健模式檢測方法。對于傳統(tǒng)的和本發(fā)明的強健模式檢測方法(1)它們的共同點是都是基于保護間隔相關的思想，并使用了整個保護間隔信息。
(2)關鍵的觀察是如果嘗試模式等于真實的發(fā)射模式，則其相關結果中會存在周期性的峰，且峰峰之間的距離等于一個OFDM符號的長度。
(3)主要的差別是它們分別采用了不同的檢測方法去判斷相關結果中是否存在周期性的峰。為此，它們定義了不同的相關函數和代價函數，并使用了不同的檢測準則。
與傳統(tǒng)的強健模式檢測方法相比，本發(fā)明的強健模式檢測方法的優(yōu)點是(1)更小的計算復雜度如前面所述，為了檢測周期性的相關峰，傳統(tǒng)的方法對相關函數進行了一個余弦運算，如式(5)所示。而從硬件實現的角度，余弦運算是個耗時且復雜的過程。為此，本說明書提出了一種本發(fā)明的強健模式檢測方法，它不需要余弦運算，因此計算復雜度大大減小。
(2)更好的估計性能如圖8仿真結果所示，本發(fā)明的強健模式檢測方法比傳統(tǒng)的方法具有更低的錯誤檢測概率，因此前者檢測性能要優(yōu)于后者。
盡管以上已經結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例示出了本發(fā)明，但是本領域的技術人員將會理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種修改、替換和改變。因此，本發(fā)明不應由上述實施例來限定，而應由所附權利要求及其等價物來限定。
權利要求
1.一種無線電通信系統(tǒng)中的強健模式檢測方法，所述方法包括步驟分別設置針對多種強健模式中的任一個模式的相關參數；利用所述多種強健模式中的任一個模式的相關參數，獲取對輸入的信號采樣數據的相關函數的計算結果以獲得相關圖案；確定相關圖案中的相關峰是否為周期性的，如果相關圖案中的相關峰為周期性的，則確定所述多種強健模式中的任一個模式為當前檢測到的強健模式。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述無線電通信系統(tǒng)為世界數字無線電廣播系統(tǒng)。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述多種強健模式為符合世界數字無線電廣播標準的四種強健模式。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于所述相關參數為各強健模式下的OFDM相關參數值。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述強健模式檢測方法基于保護間隔信息。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述相關函數包括兩個輸入信號項，一個輸入信號項表示當前輸入的采樣信號，另一路輸入信號項表示延遲的輸入信號，延遲大小等于符號有用部分的長度。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于確定相關圖案中的相關峰是否為周期性的步驟包括以下子步驟計算兩個相關峰之間的距離的相對誤差；確定預定數量的連續(xù)誤差是否均小于一預定閾值；如果是，則確定相關圖案中的相關峰為周期性的。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于將所述子步驟重復執(zhí)行兩次以確保確定結果的可靠性。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于所述兩個相關峰之間的距離的相對誤差等于兩個相關峰之間的實際距離與理論距離之間的誤差，再與理論距離之間的比值。
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于所述的兩個相關峰是兩個連續(xù)峰或間隔若干個符號的兩個相關峰。
全文摘要
根據本發(fā)明，提出了一種無線電通信系統(tǒng)中的強健模式檢測方法，所述方法包括步驟分別設置針對多種強健模式中的任一個模式的相關參數；利用所述多種強健模式中的任一個模式的相關參數，獲取對輸入的信號采樣數據的相關函數的計算結果以獲得相關圖案；確定相關圖案中的相關峰是否為周期性的，如果相關圖案中的相關峰為周期性的，則確定所述多種強健模式中的任一個模式為當前檢測到的強健模式。
文檔編號H04L27/26GK1992698SQ20051013557
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權日2005年12月29日
發(fā)明者陳晨, 魏立軍, 樸范鎮(zhèn) 申請人:北京三星通信技術研究有限公司, 三星電子株式會社