專利名稱:在ofdm通信系統(tǒng)中用時域相關檢測前標的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及通信技術領域,更特別地,本發(fā)明涉及在時域同步正交頻分復 用 (TDS-OFDM, Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)接收機中用時域相關檢測前標。
背景技術:
正交頻分復用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是已 公開的技術。授予Chang等人的、美國專利號為3,488,445的專利描述了一個 正交頻分復用的設備和方法,它在大量相互正交的載波上實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)信號的 頻分復用,因此,子載波之間存在重疊,但頻帶受限,產(chǎn)生的頻譜不存在信道 間干擾(ICI , Interchannel Interference )和符號間干擾(ISI , Intersymbol Interference)。每個信道的窄帶濾波器幅頻特性和相頻特性由它們各自的對稱 性所規(guī)定。為每個信號提供相同的抵抗信道噪聲的保護能力,仿佛每個信道中 的信號通過不相關的媒介傳輸,并且通過降低數(shù)據(jù)率去除符號間干擾。隨著信 道數(shù)目的增加,總的數(shù)據(jù)率接近最大理論值。OFDM收發(fā)信機是已公開的技術。授予Fattouche等人的、美國專利號為 5,282,222的專利描述了 一種允許多個無線收發(fā)信機相互交換信息(數(shù)據(jù)、語音或視頻)的方法。在第一個收發(fā)信機中,信息的第一個幀復用到一個寬頻帶 上,傳送給第二個收發(fā)信機。第二個收發(fā)信機接收和處理信息。信息釆用相移 鍵控的差分編碼。另外,經(jīng)過預先選擇的時間間隔后,第一個收發(fā)信機可以再 次傳送信息。在預先選擇的時間間隔期間,第二個收發(fā)信機可以用時分雙工方 式和另外的收發(fā)信機交換信息。第二個收發(fā)信機的信號處理包括估計發(fā)送信號 的相位差和對發(fā)送信號進行預失真處理。收發(fā)信機包括一個用于信息編碼的編 碼器、用于把信息復用到寬帶語音信道上的寬帶頻分復用器,和用于復用信息 上變換的本地振蕩器。設備包括一個處理器,它對復用信息進行傅立葉變換, 把信息變換到時間域進行傳輸。在OFDM中采用偽噪聲(PN, Pseudo-Noise)作為保護間隔(GI , Guard Interval)是已公開的技術。授予楊林等人的、美國專利號為7,072,289的專利 描述了在信號傳輸信道中存在時延的情況下, 一種估計傳輸信號幀開始和/或 結(jié)束定時的方法。每個信號幀都有一個偽隨機(PN) m序列,其中PN序列滿 足選擇的正交性和非相關(closures relation)。接收到的信號和PN序列進行 巻積,并從接收信號中減去PN序列,從而確定接收信號中PN序列的開始和/ 或結(jié)束。PN序列用于定時恢復、載波恢復、信道傳輸特性估計、接收信號幀 同步,以及代替OFDM的保護間隔。在正交頻分復用(OFDM)內(nèi)容中,需要精確地測定接收的PN序列的包 絡,從而使接收端運行。然而因為一些干擾,如多徑影響,必須要精確地測定 接收的PN序列的包絡,因此,希望有一種碼捕獲方法或系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容在OFDM接收機中,提供了 一個克服多徑影響的碼捕獲方法和系統(tǒng)。 在OFDM接收機中,用接收到的PN序列作為保護間隔,提供了一個克服多徑影響的碼捕獲方法和系統(tǒng)。在正交頻分復用(OFDM)通信系統(tǒng)中,用PN作為保護間隔,碼捕獲方法和裝置包括用相關測定主峰的前標;用前標作為新幀的起點。附圖中的參考數(shù)字指相同或功能相似的基本單元,附圖和下面的詳細描述一起構(gòu)成了一個整體,成為說明書的要素,并用于進一步圖示各種具體實施例 和解釋本發(fā)明的各種原理與優(yōu)點。圖l是符合本發(fā)明實施例的接收機示意圖;圖2是接收到的PN峰值圖的 一部分; 圖3是本發(fā)明的流程圖示意圖。專業(yè)人士需要的是將圖中的基本單元簡單明了地表示出來,是否按比例描 繪并不是必要的。例如,為了更好地幫助理解本發(fā)明的具體實施例,圖中某些 基本單元的尺寸大小相對于其它單元可能被夸大。
具體實施方式
在詳細描述本發(fā)明實施例之前,應當注意,本實施例存在于方法步驟和裝置部件的組合之中,它涉及到在OFDM接收機中利用時域相關克服多徑效應 所帶來的不準確性。相應地,圖例中使用常規(guī)的符號來描述這些設備和方法步 驟,僅詳細說明了與本發(fā)明具體實施例相關的關鍵細節(jié),幫助大家清晰地、充 分地理解本方案,以免對這些細節(jié)產(chǎn)生誤解,使本領域的普通技術人員容易明 白,并從中收益。在本說明書中,相關的術語,例如第一和第二、頂部和底部,以及相似的 術語,可能會單獨使用,以區(qū)別不同的實體或處理,并不表示必須需要或暗示 這些實體或處理之間的關系或順序。術語"包括"、"由.....組成",或是任 何與之相關的其他變形,意指包含非排它的結(jié)果。所以,由一系列基本單元組 成的處理、方法、文章或裝置不僅僅包含那些已經(jīng)指明了的基本單元,也可能 包含其它的基本單元,雖然這些單元沒有明確列在或?qū)儆谏鲜龅奶幚?、方法?文章或裝置。被"包括"所引述的基本單元,在沒有更多限制的情況下,不排 除在由基本單元構(gòu)成的處理、方法、文字或裝置中存在另外相同的基本單元。這里所描述的本發(fā)明的具體實施例由一個或多個通常的處理器和唯一的存 儲程序指令構(gòu)成,程序指令控制一個或多個處理器,配合一定的非處理器電 路,去實現(xiàn)某些、大部分或全部的所述的利用時域相關克服多徑效應等帶來的 不準確性。非處理器電路可能包括但不限于無線接收機、無線發(fā)射機、信號驅(qū) 動器、時鐘電路、電源電路和用戶輸入設備。同樣的,這些功能可以解釋為完 成上述利用時域相關克服多徑效應等帶來的不準確性的方法步驟。作為替換選 擇,某些或所有功能可以用沒有儲存程序指令的狀態(tài)機實現(xiàn),或者使用一個或多個專用集成電路(ASIC, Application Specific Integrated Circuit),在這些ASIC中一個功能或一些功能的某種組合作為定制邏輯來實現(xiàn)。當然,這兩種 方法也可以組合使用。因此,這里描述了實現(xiàn)這些功能的方法和手段。更進一 步,期望普通的技術人員經(jīng)過努力和許多設計選擇后,例如有效的開發(fā)時間、 當前的技術和經(jīng)濟方面的考慮,在這里所揭示的概念和原理指導下,能夠容 易通過最少的實驗得到所述的軟件指令、程序和集成電路(IC, Integrated Circuit)。參看
圖1,描述了以TDS-OFDM為基礎的低密度奇偶校驗(LDPC, Low Density Parity Check)系統(tǒng)接收機10。換句話說,圖1是以框圖來說明基于 TDS-OFDM的LDPC接收機10的功能模塊圖。這里的解調(diào)遵循TDS-OFDM 調(diào)制原理。誤碼糾錯機制基于LDPC。接收機10的首要目的是在有噪聲系統(tǒng) 中的信號檢測,發(fā)射機發(fā)送波形的有限集合,而接收機用信號處理技術再生發(fā) 射機發(fā)送的離散信號的有限集合。圖1中的方框圖闡述了接收機10的信號及關鍵的處理步驟。這里假設接 收機10的輸入信號12是下變換的數(shù)字信號,輸出信號14是運動圖像專家組 標準(MPEG-2)格式的傳送流。更具體地說,射頻(RF, Radio Frequency) 調(diào)諧器18接收RF輸入信號16,并且將其下變換到低中頻或零中頻信號12, 作為模擬信號或數(shù)字信號(通過可選的模數(shù)轉(zhuǎn)換器20)提供給接收機10。在接收機10中,中頻信號轉(zhuǎn)換到基帶信號22。然后,根據(jù)TDS-OFDM 調(diào)制方案中LDPC的參數(shù)完成TDS-OFDM解調(diào)。信道估計24和相關模塊26 的輸出送到時域解交織器28,然后送到前向糾錯模塊。接收機IO的輸出信號 14是包括了有效數(shù)據(jù)、同步信號、時鐘信號的并行或串行MPEG-2傳送流。 接收機10的配置參數(shù)可以自動探測或者自動編程控制或者手動設置。接收機 10主要的配置參數(shù)包括(l)子載波調(diào)制方式四相移鍵控(QPSK, Quad Phase Shift Keying) 、 16正交幅度調(diào)制(QAM , Quadrature Amplitude Modulation)和64QAM; (2)前向糾錯碼率0.4、 0,6和0.8; (3)保護間 隔420或945個符號;(4)時域解交織模式0、 240或720個符號;(5) 控制幀探測;和(6)信道帶寬6、 7或8MHz。下面描述接收機10中各功能塊。自動增益控制(AGC, Automatic Gain Control)模塊30將輸入的數(shù)字化 信號強度與參考進行比較,把得到的差值進行濾波,濾波器值32用于控制調(diào) 諧器18的放大增益。調(diào)諧器提供的模擬信號12通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器20釆樣,產(chǎn) 生的信號中心頻率位于更低的中頻IF上。例如,使用30.4 MHz釆樣頻率對 36MHz中頻信號釆樣,得到的信號的中心頻率是5.6MHz。中頻到基帶模塊22 把這個更低的中頻信號轉(zhuǎn)換為基帶復數(shù)信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換器20使用固定采樣 率。使用模塊22中的內(nèi)插器完成從這個固定釆樣率到OFDM釆樣率的轉(zhuǎn)換。 時鐘恢復模塊33計算時鐘誤差,并對誤差濾波后驅(qū)動數(shù)字控制振蕩器 (NCO , Numerically Controlled Oscillator)(圖中未示出),NCO控制釆樣 率轉(zhuǎn)換內(nèi)插器中的釆樣定時校正。輸入信號12可能有頻率偏移。自動頻率控制模塊34計算頻率偏移,并調(diào) 整中頻到基帶的參考中頻頻率。為了提高捕獲范圍和跟蹤性能,頻率控制由兩 個步驟完成的粗調(diào)和細調(diào)。因為發(fā)射信號是由平方根升余弦濾波器成形,所 以接收信號要進行相同的處理。眾所周知,在TDS-OFDM系統(tǒng)中離散傅立葉 逆變換(IDFT, Inverse Discrete Fourier Transform)符號之前包括一個PN序列。通過把本地產(chǎn)生的PN序列和輸入信號做相關運算,很容易找到相關峰 (由此就可以確定幀頭)及頻率偏置和時間誤差等同步信息。信道時域響應基于已經(jīng)獲得的信號相關。頻率響應由時域響應經(jīng)過快速傅立葉變換(FFT, Fast Fourier Transform )變換得至U 。在TDS-OFDM系統(tǒng)中,PN序列取代了傳統(tǒng)的循環(huán)前綴填充。這樣就需要 刪除PN序列,并恢復被信道擴展的OFDM符號。模塊36恢復了傳統(tǒng)的 OFDM符號,它使用了一個抽頭的均衡器。FFT模塊38實現(xiàn)了 3780點的 FFT。對基于信道頻率響應的FFT38變換數(shù)據(jù)進行信道均衡40。去旋轉(zhuǎn)后的 數(shù)據(jù)和信道狀態(tài)信息送給前向糾錯(FEC, Forward Error Correction),做進 一步處理。在TDS-OFDM接收機10中,時域解交織器28用于提高對脈沖噪聲的抵 抗性。時域解交織器28是卷積解交織器,它需要B*(B-l)*M/2大小的存儲 器,這里B是交織寬度,M是交織深度。對于TDS-OFDM接收機10的具體 實施例,有兩種時域解交織模式模式1, B=52, M=240;模式2, B=52, M=720。對于解碼來說,LDPC解碼器42是軟判決迭代解碼器,例如,由發(fā)射機 提供的準循環(huán)低密度奇偶校驗碼(QC-LDPC, Quasi-Cyclic Low Density Parity Check)(圖中未示出)。LDPC解碼器42配置為3種不同的QC-LDPC碼率 (即碼率0.4、碼率0.6和碼率0.8),三種碼率共享相同的硬件電路。當?shù)?過程達到了規(guī)定的最大迭代次數(shù)(完迭代)時,或當在錯誤檢測和錯誤糾正處 理中沒有了誤碼(部分迭代)時,迭代過程就會結(jié)束。TDS-OFDM調(diào)制/解調(diào)制系統(tǒng)是基于多種調(diào)制方案(QPSK、 16QAM、 64QAM)和多種編碼碼率(0.4、 0.6和0.8)的多碼率系統(tǒng),期中QPSK代表 四相移鍵控,QAM代表正交幅度調(diào)制。 博斯-喬赫里-霍克文黑姆碼(BCH, Bose, Chaudhuri & Hocquenghem Type ofCode)解碼器46是按比特輸出。根據(jù)不同的調(diào)制方案和編碼碼率,速率轉(zhuǎn)換模塊把BCH解碼器46的比特輸出組合為字節(jié)(byte),同時調(diào)整字節(jié)輸出 時鐘的速率,使接收機10的MPEG包輸出在整個解調(diào)制/解碼過程中保持均勻 的分配。BCH解碼器46用來進行BCH (762, 752)碼解碼。此BCH碼是BCH (1023, 1013)碼的截短二進制BCH碼,其生成多項式為x10+x3+l。因為發(fā)射機中的數(shù)據(jù)在BCH編碼器(圖中未示出)之前已經(jīng)使用偽隨機 (PN, Pseudo-Random)序列進行了隨機化,所以,由LDPC/BCH解碼器46產(chǎn)生的糾錯數(shù)據(jù)必須要去隨機化。PN序列的生成多項式為l + ^"+x15 ,其初始 條件為100101010000000。解擾器48會在每個信號幀時復位到初始狀態(tài)。另 外,解擾器48會一直自由運行,直到下一次復位。最低的8位要和輸入字節(jié) 流做異或運算。下面描述數(shù)據(jù)流通過解調(diào)器不同模塊的情況。接收的RF信息16由數(shù)字地面調(diào)諧器18進行處理,調(diào)諧器選擇需要解調(diào) 信號的帶寬及頻率,并把信號16下變換到基帶或低中頻信號。然后下變換得 到的信息12通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器20變換到數(shù)字域?;鶐盘柦?jīng)過釆樣率轉(zhuǎn)換器50的處理后轉(zhuǎn)換為符號。保護間隔中的PN 信息與本地產(chǎn)生的PN序列作相關運算,得到時域沖擊響應。時域沖擊響應的 FFT變換提供了信道響應的估計。相關器26還用于時鐘恢復33、頻率估計和 接收信號的校正。提取接收數(shù)據(jù)中的OFDM符號,并通過3780點的FFT變換 38,得到了頻域里的符號信息。使用前面所得到的信道估計信息,對OFDM 符號進行均衡處理,然后送到FEC解碼器。在FEC解碼器部分,時域解交織模塊28實現(xiàn)了傳輸符號序列的去卷積交 織,接著把這"80個點的塊送到內(nèi)碼LDPC解碼器42。 LDPC解碼器42和 BCH解碼器46以串聯(lián)工作方式接收精確的3780個符號,去掉36個 傳輸參數(shù)信令(TPS, Transmission Parameter Signaling)符號后,處理剩下的 3744個符號,并恢復發(fā)射的傳輸流信息。速率轉(zhuǎn)換器44調(diào)整輸出數(shù)據(jù)速率,解擾器48重建發(fā)射的碼流信息。連接到接收機10的外部存儲器52為這部分預先設定的功能或需求提供了存儲空間。參照圖2,描述了圖1中碼捕獲或者相關模塊。在時域同步正交頻分復用 (TDS-OFDM)接收機中,波形60通過時域相關來檢測前標(Precursor)。在 理想狀態(tài),信道相關值62展示了僅僅單個的時域峰值64。然而由于干擾,例 如無線傳輸中的多徑效應,而產(chǎn)生的一些混迭,接收到的PN序列可能有多個 峰值。發(fā)生在最強信號62之前的多徑信號66有相應的各自峰值,包括在主要 的峰值之前比較弱的峰值68。通過舉例, 一旦找到PN序列的大體邊界,就可 以進行過釆樣相關運算。計算輸入信號和本地PN序列的時域相關,從而確定 PN序列的預定點。正如想象的,如果信道是理想的,相關值只有一個最強的 峰值,這讓發(fā)現(xiàn)預定點非常容易。然而,如果多徑效應存在,相關值會有很多 峰值,可以預見會有一些強的峰值和弱的峰值。忽略強峰值之前的相對弱峰 值,會產(chǎn)生不希望的結(jié)果,例如不能精確反映估計的信道特性。因此,為了減 輕或者消除這些不期望的后果,需要測定最強的峰值64并定義為主峰值64。 主峰值64之前的弱峰值68定義為前標(Precursor) 66。換句話說,前標66 在最強的信號62之前出現(xiàn)。更明確的是,第一個要求是在PN序列長度的窗口內(nèi)檢查最高相關值 Th ,接著用k* Th作為閾值去搜索其它的相關值(這里k<l, k值由路徑功率決 定。例如,我們想找的路徑功率比主徑低20dB ( -20dB),那么k設置為 0.1)。當相關值超過(k*Th)時,把這一點的值記入存儲器,并用作在PN序列 長度的窗口中主峰之前的第一個峰。這一點被用作新幀的起點。參照圖3,描述了前標峰測定的流程圖70。提供了一個預先確定的相關值 T"步驟72)。提供了一個路徑因子值k(步驟74)。相乘獲得閾值l^Th。從新的 點得到新的相關值x(步驟76),做出判決,得到一個新的相關值x (步驟78)。 進行比較判斷(步驟80),如果x> k*Th ,那么x點用作新的幀起始(步驟82)。換句話說,否則流程圖70回到步驟78,得到新的相關值y,進行新的檢 測,直到找到前標。正如看見的,因為PN序列固有特性,相關值決定了大概的峰值位置(可 以參考授予楊林等人的、美國專利號為7,072,289的專利)。應當注意,本發(fā)明 所使用的PN序列,公開于美國專利號為7,072,289、授予楊林等人的專利,涉 及的申請在此合并為一體,作為參考。應該注意到,在實驗中,主峰值64和前標68的差值設定為0到20dB。換句 話說,前標68應該低于主峰值64,但差值在O到20dB范圍內(nèi)。就是說,如果 前標68太低,比如低于-20dB,它就可能被忽略。在一個以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中, 一種碼捕獲的方 法和裝置包括了用相關確定主峰值之前的前標,用前標作為新幀的起點。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細說明,但本發(fā)明并不限制 于上述實施例,在不脫離本發(fā)明的權利要求的精神和范圍情況下,本領域的普 通技術人員可作出各種修改或改變。因此,本說明書和框圖是說明性而非限制 性的,同時,所有修改都包含在本發(fā)明的范圍中。好處、優(yōu)點、問題的解決方 案以及可能產(chǎn)生好處、優(yōu)點或產(chǎn)生解決方案或者變得更明確的解決方案的任何 基本單元,都不會作為任何或全部權利要求中重要的、必需的或者本質(zhì)的特性 或原理來加以解釋。后面的權利要求,包括本申請未定期間的任何改正以及與 頒布的那些權利要求的所有的等同權利,單獨地定義了本發(fā)明。
權利要求
1. 一種在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中碼捕獲方法,其特征在于,包括以下步驟1)用相關確定主峰的前標;2)用前標作為新幀的起點。
2. 如權利要求l所述的在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中碼 捕獲方法,其特征在于,進一步包括測定接收到的PN序列的大致邊界。
3. 如權利要求l所述的在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中碼 捕獲方法,其特征在于,進一步包括確定一個閾值。
4. 如權利要求l所述的在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中碼 捕獲方法,其特征在于,其中在時域進行過釆樣。
5. —種在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中碼捕獲裝置,其 特征在于,包括碼捕獲方法,包括以下步驟1) 用相關確定主峰的前標;2) 用前標作為新幀的起點。
6. 如權利要求5所述的在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中碼 捕獲裝置,其特征在于,進一步包括測定接收到的PN序列的大致邊界。
7. 如權利要求5所述的在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中碼 捕獲裝置,其特征在于,進一步包括確定一個閾值。
8. 如權利要求5所述的在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中碼 捕獲裝置,其特征在于,其中在時域進行過釆樣。
9. 一種在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中的接收機,其特 征在于,包括碼捕獲方法,包括以下步驟 1)用相關確定主峰的前標;2)用前標作為新幀的起點。
10. 如權利要求9所述的在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中 碼捕獲裝置,其特征在于,進一步包括測定接收到的PN序列的大致邊界。
11. 如權利要求9所述的在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中 碼捕獲裝置,其特征在于,進一步包括確定一個閾值。
12. 如權利要求9所述的在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中碼捕獲裝置,其特征在于,其中在時域進行過釆樣。
全文摘要
本發(fā)明涉及在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統(tǒng)中碼捕獲方法,屬于通信技術領域。該碼捕獲方法包括以下步驟用相關確定主峰的前標;用前標作為新幀的起點。
文檔編號H04J11/00GK101237248SQ20071013000
公開日2008年8月6日 申請日期2007年7月23日 優(yōu)先權日2006年10月17日
發(fā)明者蕙 劉 申請人:北京凌訊華業(yè)科技有限公司