專利名稱：在ofdm通信系統中用時域相關檢測前標的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，更特別地，本發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大量數據信號的 頻分復用，因此，子載波之間存在重疊，但頻帶受限，產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，并且通過降低數據率去除符號間干擾。隨著信 道數目的增加，總的數據率接近最大理論值。OFDM收發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信機相互交換信息(數據、語音或視頻)的方法。在第一個收發信機中，信息的第一個幀復用到一個寬頻帶 上，傳送給第二個收發信機。第二個收發信機接收和處理信息。信息釆用相移 鍵控的差分編碼。另外，經過預先選擇的時間間隔后，第一個收發信機可以再 次傳送信息。在預先選擇的時間間隔期間，第二個收發信機可以用時分雙工方 式和另外的收發信機交換信息。第二個收發信機的信號處理包括估計發送信號 的相位差和對發送信號進行預失真處理。收發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。發明內容在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。 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。在正交頻分復用(OFDM)通信系統中，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 和解釋本發明的各種原理與優點。圖l是符合本發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是本發明的流程圖示意圖。專業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，圖例中使用常規的符號來描述這些設備和方法步 驟，僅詳細說明了與本發明具體實施例相關的關鍵細節，幫助大家清晰地、充 分地理解本方案，以免對這些細節產生誤解，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屬于上述的處理、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、無線發射機、信號驅 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機實現，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。當然，這兩種 方法也可以組合使用。因此，這里描述了實現這些功能的方法和手段。更進一 步，期望普通的技術人員經過努力和許多設計選擇后，例如有效的開發時間、 當前的技術和經濟方面的考慮，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。這里的解調遵循TDS-OFDM 調制原理。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 中的信號檢測，發射機發送波形的有限集合，而接收機用信號處理技術再生發 射機發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， 作為模擬信號或數字信號(通過可選的模數轉換器20)提供給接收機10。在接收機10中，中頻信號轉換到基帶信號22。然后，根據TDS-OFDM 調制方案中LDPC的參數完成TDS-OFDM解調。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是包括了有效數據、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主要的配置參數包括(l)子載波調制方式四相移鍵控(QPSK, Quad Phase Shift Keying) 、 16正交幅度調制(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 諧器18的放大增益。調諧器提供的模擬信號12通過模數轉換器20釆樣，產 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換為基帶復數信號。模數轉換器20使用固定采樣 率。使用模塊22中的內插器完成從這個固定釆樣率到OFDM釆樣率的轉換。 時鐘恢復模塊33計算時鐘誤差，并對誤差濾波后驅動數字控制振蕩器 (NCO ， Numerically Controlled Oscillator)(圖中未示出)，NCO控制釆樣 率轉換內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 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 個步驟完成的粗調和細調。因為發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獲得的信號相關。頻率響應由時域響應經過快速傅立葉變換(FFT， Fast Fourier Transform )變換得至U 。在TDS-OFDM系統中，PN序列取代了傳統的循環前綴填充。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恢復了傳統的 OFDM符號，它使用了一個抽頭的均衡器。FFT模塊38實現了 3780點的 FFT。對基于信道頻率響應的FFT38變換數據進行信道均衡40。去旋轉后的 數據和信道狀態信息送給前向糾錯(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，由發射機 提供的準循環低密度奇偶校驗碼(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。當迭代 過程達到了規定的最大迭代次數(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，迭代過程就會結束。TDS-OFDM調制/解調制系統是基于多種調制方案(QPSK、 16QAM、 64QAM)和多種編碼碼率(0.4、 0.6和0.8)的多碼率系統，期中QPSK代表 四相移鍵控，QAM代表正交幅度調制。 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。根據不同的調制方案和編碼碼率，速率轉換模塊把BCH解碼器46的比特輸出組合為字節(byte)，同時調整字節輸出 時鐘的速率，使接收機10的MPEG包輸出在整個解調制/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。因為發射機中的數據在BCH編碼器(圖中未示出)之前已經使用偽隨機 (PN， Pseudo-Random)序列進行了隨機化，所以，由LDPC/BCH解碼器46產生的糾錯數據必須要去隨機化。PN序列的生成多項式為l + ^"+x15 ,其初始 條件為0000。解擾器48會在每個信號幀時復位到初始狀態。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 流做異或運算。下面描述數據流通過解調器不同模塊的情況。接收的RF信息16由數字地面調諧器18進行處理，調諧器選擇需要解調 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通過模數轉換器20變換到數字域。基帶信號經過釆樣率轉換器50的處理后轉換為符號。保護間隔中的PN 信息與本地產生的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。提取接收數據中的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個點的塊送到內碼LDPC解碼器42。 LDPC解碼器42和 BCH解碼器46以串聯工作方式接收精確的3780個符號，去掉36個 傳輸參數信令(TPS, Transmission Parameter Signaling)符號后，處理剩下的 3744個符號，并恢復發射的傳輸流信息。速率轉換器44調整輸出數據速率，解擾器48重建發射的碼流信息。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，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，而產生的一些混迭，接收到的PN序列可能有多個 峰值。發生在最強信號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，這讓發現預定點非常容易。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，會產生不希望的結果，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。更明確的是，第一個要求是在PN序列長度的窗口內檢查最高相關值 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。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。上面結合附圖對本發明的具體實施例進行了詳細說明，但本發明并不限制 于上述實施例，在不脫離本發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明的范圍中。好處、優點、問題的解決方 案以及可能產生好處、優點或產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
本發明涉及在以PN序列作為保護間隔的OFDM通信系統中碼捕獲方法，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 優先權日2006年10月17日
發明者蕙 劉 申請人:北京凌訊華業科技有限公司