專利名稱：Dmb-t系統中的pn相位恢復的制作方法
DMB-T系統中的PN相位恢復
背景技術：
時域同步OFDM(TDS-OFDM)是中國地面廣播的DMB-T規范的一種基本物理層方案， 其中，如圖2所示地使用復用幀結構。該幀結構對于DMB-T接收機中的時間同步很重要。信號幀是復用幀結構的基本單元。如圖3所示，信號幀包括兩個時域信號部分，即 幀頭和幀體。幀頭和幀體具有相同的基帶符號數據率(7. 56Msym/sec)。在信號幀頭中，為 了同步和信道估計而發送PN序列。同時，PN幀頭還代替傳統的循環前綴(CP)，充當后面的 OFDM幀體的保護時間間隔。長度為Lpn的PN報頭包括三個部分長度為Npn個符號的PN序列的全周期、長度為 Lpre的PN前同步碼以及長度為Lp。st的PN后同步碼。在規范中用不同的參數組合定義了三 種類型的信號幀選項。在類型2中，在每個幀中使用PN序列的相同段，這使得PN相位同步比在不同信號 幀中發送不同PN序列的類型1和3更容易。信號幀中所使用的PN序列在幀之間改變。對于采樣頻率和采樣時間相位的同步 而言，并且對于信道估計而言，必須知道每個幀中所使用的PN序列。此外，在整個接收過程 中必須保持PN序列相位同步。如在此所述的，PN相位恢復(PPR)的目的是在給定采樣自 多個信號幀頭中的接收數據的情況下，識別第f個信號幀的索引f。在AWGN信道中，如果在當前信號幀中，在時間、處存在相關信號的峰值，并且在 下一個信號幀中，可在時間t2處發現相關結果的另一峰值，則這兩個峰值之間的距離是幀 索引的函數，從而能夠確定信號幀的索引。然而，接收機可以不必總是工作在AWGN信道中。無線電信道可能經歷嚴重的衰落 以及強干擾。在TDS-OFDM中，尤其是在多徑信道的長度較長時，不利的是，OFDM幀體部分 可能與幀頭部分發生干擾。由于可能的強噪聲和干擾，并不總是容易正確地確定相關峰值。 由于PN相位在幀之間改變，所以傳統的在多個連續信號幀內平均或累加相關結果以抑制 噪聲和干擾變得不可能。采樣頻率誤差使得兩個峰值之間的時間差的測量更加困難。如果采用低成本晶 體，則可能存在較大的采樣頻率誤差。在數字處理接收機中，將使用接收信號的采樣來進行 上述相關。大的采樣頻率誤差將增大PN相位恢復的難度，因為在根據基于采樣數據的分析 來確定幀頭中，大的采樣頻率誤差將引起不確定性。為了盡早地獲得關于信號幀索引的正確信息，需要盡快捕獲PN相位。然而，在接 收機開始工作的階段，接收機幾乎不了解無線電信道。因此，快速且魯棒地捕獲PN相位，尤 其是在惡劣的無線環境中，是一種挑戰。

發明內容
描述了 PN相位恢復(PPR)方法和設備，用于在諸如DMB-T之類的系統中獲取PN序 列相位同步，其中魯棒地估計連續信號幀中基本PN序列的位置的時間偏移量。通過計算復 雜度較低的投票機制，基于在連續信號幀中測量的多個時間偏移量，來進行對信號幀索引的精確判定。按照這種方式，DMB-T接收機可以更加魯棒，并且即使是在信噪比極低的環境 中或者在存在大的采樣頻率誤差的情況下，也可以快速地在PN序列相位上與發射機同步。在參考附圖，閱讀并理解下面的示范性實施例的詳細說明的情況下，可理解其它 特征和優點，下面給出對附圖的簡要說明


圖1是其中可以使用本發明的DMB-T接收機的圖。圖2示出了 DMB-T的復用幀結構的圖。圖3示出了信號幀的結構的圖。圖4示出了超幀中的信號幀的PN相位偏移量的圖。圖5是時間偏移量估計器的方框圖。圖6示出了用于獲得關于信號幀索引的信息的星座圖。圖7是PN相位恢復模塊的方框圖。
具體實施例方式下面對本發明進行更詳細的描述。本領域的技術人員將認識到，下面的詳細說明 僅僅是示意性的，而絕不意味著限制。本發明的其它實施例對于受益于本公開的本領域技 術人員而言是顯而易見的。現在詳細地參考附圖中所示的本發明實施例。在全部附圖和下 面的詳細說明中，使用相同的附圖標記來指示相同或相似的部件。圖1示出了 DTV接收機的一般結構。信號由RF模塊(未示出)接收，并在ADC 105中被采樣。將采樣信號107施加給數字前端109，數字前端109響應于來自同步塊111 的信息110而執行同步。該同步塊執行計算，以使能例如PN相位恢復111a、載波偏移量恢 復111b、符號偏移量恢復111c、以及采樣頻率恢復llld。將數字前端109的輸出信號113 施加給同步塊111以及信道估計和均衡塊115，信道估計和均衡塊分別通過線路117和119 從同步塊111接收信號以及將信號提供給同步塊111。將信道估計和均衡模塊的輸出信號 121施加給解碼器123，解碼器123進行解碼并輸出接收信息125。本發明主要關注于PN相位恢復(111a)。參照圖2和圖3，在中國地面廣播的DMB-T規范中，在超幀中有F個信號幀。PN(f， i)，i = 0，1，. . .，Lpn-I是用于超幀的第f個信號幀中的PN序列。在規范中用不同參數組合定義了三種類型的信號幀選項。表1列出了三種類型的 參數。表1 三種類型信號幀頭的參數 在類型2中，在每個幀中使用PN序列的相同段，這使得PN相位同步比在不同信號 幀中發送不同PN序列的類型1和3更加容易。本發明關注于類型1和3的PN相位恢復。 類型1和3是類似的；將以類型1 (ΡΝ420)為例進行演示。可以將第f個信號幀中所使用的PN序列定義為PN(f，i)，i = 0，1，. . .，Lpn-I。在 PN 420序列中，Lpn = 420。根據DMB-T規范，對于PN420序列，所使用的PN序列來自m序 列，并且對于超幀的每個信號幀，在LFSR PN發生器中具有特定的初始相位。可以在LFSR 中以初始相位“10110000”(二進制數)產生第0個信號幀中的PN序列PN (0，i)。F個信 號幀中所使用的不同PN序列具有某些內在聯系。可以將基本PN序列P。(i)定義為滿足P0(i) = PN(0, i+82) i = 0，1，· · ·，N—1(1)其中N是m序列的周期。對于PN420，N = 255。可以將在不同信號幀中所使用的 所有PN序列當作基本PN序列Ptl⑴的衍生物。對于DMB-T規范中所列出的超幀中的信號 幀，根據對LFSR的初始相位的分析，第f個信號幀中所使用的長度為420的PN序列可如下 式產生PN(f，i) = P。([i-0(f)-82]modN)，i = 0，1，...，Lpn-I (2)其中0(f)是針對第f個信號幀的可變PN相位偏移量。可以使用下式來計算0(f)
(3)圖4 不出了 0(f)。信號幀中所使用的PN序列將在不同幀之間改變。對于采樣頻率和采樣時間相位 的同步而言，并且對于信道估計而言，必須知道每個幀中所使用的PN序列。此外，在整個接 收過程中必須保持PN序列相位同步。如在此所述的，PN相位恢復(PPR)的目的是在給定 采樣自多個信號幀頭的接收數據的情況下，識別第f個信號幀的索引f。在連續時域中，第f個信號幀頭附近的接收信號如下給出 (4) 其中g(t)是組合的等效信道的脈沖響應，包括發射機和接收機處的SRRC脈沖整 形濾波器的效應和無線電信道的效應。脈沖響應g(t)如下給出
°(/) = int -2- ·(_1)/ ’ f = 0,1,... ,F-I
其中RC(t)是升余弦濾波器的脈沖響應函數，SRRC(t)是平方根升余弦濾波器的
厶-1
脈沖響應函數，
是信道脈沖響應函數，以及η (t)是AWGN噪聲。
/=0接收機計算接收數據采樣和本地基本PN序列PtlG)之間的相關。在連續時域中， 該相關是 其中R0(t) = Σ R0(k) δ (t-kTs)。R0(k)是 P0(k)的自相關函數，并僅在 k = 0 時 具有非常大的值。在AWGN信道中，在時間、處存在相關信號的峰值，ti = (82+0 (f) +fLF) Ts+ Δ 0(7)其中Δ。是恒定時間參考點。在下一信號幀中，可在、=(82+0(f+l) + (f+l)LF) I^Aci處發現相關結果的另一峰值。這兩個峰值之間的距離是幀索引的函數，從而能夠確 定信號幀的索引。然而，如上所述，接收機可以不必總是工作在AWGN信道中。無線電信道可能經歷 嚴重的衰落以及強干擾。在TDS-OFDM中，尤其是在多徑信道的長度較長時，不利的是，OFDM 幀體部分可能與幀頭部分發生干擾。由于可能的強噪聲和干擾，并不總是容易正確地確定 相關的峰值。由于PN相位在幀之間改變，所以傳統的在多個連續信號幀內平均或累加相關 結果以抑制噪聲和干擾變得不可能。此外，采樣頻率誤差使得兩個峰值之間的時間差的測量更加困難。如果采用低成 本的晶體，則可能存在較大的采樣頻率誤差。在數字處理接收機中，將使用接收信號的采樣 來進行上述相關R (t)。如果忽略有限PN長度的效應，則這種數字相關的結果R(k)與對連續時間信號 R(t)進行采樣一樣R(k) = R(kTs+ ε )(8)其中ε是數據采樣時移，并且ε = ε 0+f. Δ. Ts包括兩部分初始采樣參考點ε C1
和由于采樣頻率誤差而導致的累積的采樣時間誤差。如果采樣頻率誤差是妒=(fs’
是采樣頻率，fs是與發射機對齊的規定的采樣頻率)，則在一個信號幀中所累積的采樣時間 誤差是LF*df*Ts。Lf是以Ts為單位的信號幀的長度；在PN420類型的信號中，Lf = 4200。大的采樣頻率誤差將增加PN相位恢復的難度，因為在根據基于采樣數據的分析 來確定幀頭中，大的采樣頻率誤差將引起不確定性。為了盡早地獲得關于信號幀索引的正確信息，需要盡快捕獲PN相位。然而，在接 收機開始工作的階段，接收機幾乎不了解無線電信道。因此，快速且魯棒地捕獲PN相位，尤 其是在惡劣的無線環境中，是一種挑戰。在示例性實施例中，使用兩個主要模塊來實現PN相位恢復。一個模塊執行對兩個 連續信號幀中基本PN序列的時間偏移量估計(TOE)。另一個模塊是判定信號幀索引的判定 模塊。1.基本PN序列的時間偏移量的測量
通過找到兩個連續信號幀的報頭部分的相關來進行對基本PN序列的時間偏移量 的測量，這表示如下 其中φ表示相關運算符。在一些數學變換之后，有
RRf (t) = Ro(I) 凡(0 g{t) g{t) (10) 其中凡(0 盡(0大致是脈沖形狀的波，u(t)是噪聲項。無論是何種無線信道、信 號路徑或多徑，量g⑴=及在t = ο處具有最強峰值。如上所述，在處理數字采樣時，必須考慮由于采樣頻率誤差而導致的一個信號幀 中所累積的采樣時間誤差，而這是接收機在該階段所不知道的。可以將其表示為Tf = Δ -Ts0可以在如下位置附近的采樣信號的相關中找到強峰值 其中e是測量誤差。值tf指示了兩個連續信號幀中的相同PN段之間的距離，也 可以指示信號幀的索引。圖5示出了用于執行時間偏移量估計的時間偏移量估計器(TOE) 500的方框圖。將 接收信號采樣501施加給第一相關塊503、緩沖器505和第二相關塊507。用于產生基本PN 序列Ptl的發生器502與相關塊503相連，以便在接收信號采樣501和基本PN序列Ptl之間 執行相關。該相關操作的結果確定了峰值相關時間t1;并確定將在隨后的相關操作中使用 存儲在緩沖器505中的接收信號采樣的哪個部分。相關塊503與緩沖器505相連，以便執 行該選擇。接收信號采樣的所選部分由延遲單元509延遲一個信號幀。然后相關塊507執 行另一相關，這次是在當前幀的接收信號采樣和前一幀的接收信號采樣的所選部分之間進 行。該相關操作的結果確定了峰值相關時間t2。然后，時間偏移量計算塊511按照差 來計算時間偏移量tf。時間偏移量估計器(TOE)實現了在每一幀中重復的一系列步驟，其概述如下。計算第f個信號幀頭與基本PN序列PJi)中的信號之間的相關 其中N是基本PN序列的周期。(對于PN420，N = 255)搜索顯著的相關峰值。 將R1⑴存儲在S⑴中，S (i) = R1⑴設置空路徑集合Φ。如果有的話，找到具有最大能量的路徑，其大于Rmax · thi;(例如閾值仇=0. 5) 「00781ι* = argmax{|5(0|}如果沒有路徑大于Rmax · thi，則前進到(g)令S(i*) =0，S(i*±l) =0，S(i*±2N) = 0，S (i*士2N± 1) =0在這個步驟中，如果在結果的中間部分中搜索特定路徑，則強制其相關部分歸零以避免不必要的冗余。將索引Γ的結果與強制歸零的以下結果進行相關Γ+/-1， i*+/-l+/"2N, i*+/"2No將{Τ}添加到路徑集合Φ，轉到步驟(d)對集合φ中的元素進行揀選，得到U1, i2,...., iL}存儲覆蓋長度為L。= [2N+Gfi1)]Ts的數據段，其中該段的記錄的開始時間點是 在第n+1個信號幀中，計算D(k)與+ 之間的相關，即 找到相關峰值的整數位置 并記錄該段的峰值時間點 其中C。是用于時間檢測器的校準的常數。(cQ = 0.387)計算時間偏移量 2.確定超幀中的信號幀的索引定義序列Q (f)，令Q (f) = 0 (f+1) -0 (f)。根據(3)，在某些操作之后 基于(7)，理論上兩個連續信號幀中的PN序列的時間偏移量是tf= [Q(f)] Ts+LFTs+Tf+e。因為Q(f)是一對一映射函數，如果可以忽略Tf、e，則利用已測量的、可以 確定信號幀的索引f。然而，接收機可能經歷強噪聲和干擾。同時，也可能存在采樣頻率誤 差，在時間測量中引入大的值τ 0因此，僅能夠根據多個連續信號幀中多次測量來進行精 確且魯棒的確定。假定在連續Μ+1個信號幀中測量了 M個時間偏移量tf+m，其中m = 0，1，2，. . .，M_1。 在該索引檢測問題中存在F個假定。如果使用傳統的最小距離方法，則/=argmin|^[//+m-Qif+ m)-LfTs^( 12)由于來自噪聲和干擾的誤差e和由于采樣頻率誤差而導致的誤差τ f不是與AWGN 噪聲類似的噪聲，所以最小距離檢測不一定是最佳的檢測方法。此外，由于過多的假設，使 得最小距離檢測的計算量并不小。因此描述一種備選的檢測方法。為了清楚地例證該方法，考慮四個連續信號幀的 情況。在前三個連續信號幀內，可以測量兩個時間偏移量，即Tf = tf"LFTs = [Q (f) ] Ts+ τ 0+e0 如果在1+1和Tf中沒有噪聲或誤差，則對于每個信號幀f，存在唯一的對(Tf+1，Tf)。 因此將連續信號幀的兩個時間偏移量放入一對中，然后使用該對來確定信號幀的索引f。為 了例證，在圖6中，在二維平面中繪制了該對。對于信息“f”而言，對(Tf+1，Tf)類似于星座 圖點。將對(Tf+1，Tf)示為星號，并且其旁的數字是信號幀的索引。例如，以索引為“0”的信 號幀開始，該對是(_1，2)。換言之，信號幀0和信號幀1之間的時間偏移量是-1，信號幀1 和信號幀2之間的時間偏移量是2。當來到索引為“1”的信號幀時，該對是(2，-3)。這表 示信號幀1和信號幀2之間的時間偏移量是2，并且信號幀2和信號幀3之間的時間偏移 量是-3。圖6僅繪制了星座圖點的一小部分。其它點未示出。發現星座圖點對稱地分布在 線“y = -x”的兩側。從測量結果中導出的變量0有助于確定目標星座圖點位于哪個區域(與線“y =
χ”平行)。由于采樣頻率的短期穩定性質，所以可以假設^ τ10因此，對于￡>；，可以避
免采樣頻率誤差的大部分影響。因此，對區域的確定更加魯棒。基于對區域的確定，可以確 定兩個候選的星座圖點，即S(1) = If1(I)^2(I)I0對于接下來的三個信號幀，可獲得類似結果。Tf+1 = tf+1"LFTs = [Q (f+1) ] Ts+ τ ^e1Tf+2 = tf+2-LFTs = [Q (f+2) ] Ts+ τ 2+e2可以判定另外兩個候選，S(2) = If1 (2)-l,f2(2)-l}0S(I)和S(2)之間存在交迭。因此，最終判定是f*= {S(l)} Π {S(2)}當然，在PN相位的檢測過程中可以包括更多個測量的時間偏移量，以實現魯棒的 檢測。包括的測量時間偏移量越多，則最終檢測的置信度越高。圖7示出了 PN相位恢復(PPR)模塊的方框圖。將來自時間偏移量估計器500的
連續時間偏移量估計施加給連續的延遲單元701、703、705.....70χ。提供相應數目的分割
器(slicer) 711、713、715.....71χ。每個分割器接收延遲了一個信號幀的時間偏移量估計
的不同對，并將這些對映射到圖6的星座圖上。將分隔器的輸出施加至投票器721，以產生 最終的時間偏移量估計f*。 在pra模塊中所執行的步驟概述如下在連續M個信號幀內，測量M-I個時間偏移量Tf+0j Tf+工，· · ·，Tf+M—2將S設置為空集。在分割器中從m = 0至m = M-2，循環a)、b)、c)，計算Γ =Tf+m+1_Tf+m/: = int[^·]
4V = 4K+1
如果(V> 0)則 In1 = (V-I)/4，n2 = 2*叫+1}否貝丨J In1 = —1* (V+3)/4，n2 = 2*nJB1 = (n2-l-m+F)mod F 并且 a2 = (F-l-n2-l_m+F)mod F將Ia1, a2}添加到集合S中在集合S中找到最常出現的元素f。如果出現次數ρ超過預定閾值pTH，則可以認 為完成了 PN相位恢復。否則，將繼續檢測過程，包括更多個信號幀和更多個測量到的時間 偏移量。除了魯棒的性能之外，上述方法計算復雜度較低。盡管詳細描述了本發明的實施例，但是應該理解，在不背離所附權利要求所限定 的本發明的精神和范圍的前提下，可以進行各種改變、替換和變化。
權利要求
一種對傳輸信號中使用PN序列族中的第一PN序列進行編碼的幀的信號部分與該傳輸信號中使用PN序列族中的第二相關PN序列進行編碼的后繼幀的信號部分之間的公共PN段的時間偏移量進行估計的方法，第一PN序列和第二PN序列都包含所述公共PN段，所述時間偏移量由傳輸信號用以傳達關于傳輸信號的信息，所述方法包括執行PN序列族的PN序列特性與對應于傳輸信號的接收信號之間的第一相關；分析第一相關的結果；存儲基于第一相關的結果而選擇一部分接收信號；執行在所述后續幀期間的接收信號與所存儲的一部分接收信號之間的第二相關；基于第二相關的相關峰值來估計時間偏移量；以及使用時間偏移量來獲得關于傳輸信號的信息的指示。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述信息是信號幀索引。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，基于從第一相關獲得的顯著相關峰值的時間，來 選擇所存儲的一部分接收信號。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，在確定從第一相關獲得的顯著相關峰值時，抑制 循環重復。
5.根據權利要求1所述的方法，包括使用多個時間偏移量值來獲得關于傳輸信號的 信息的指示。
6.根據權利要求5所述的方法，包括形成根據緊密相鄰的信號幀而估計的時間偏移量值的對； 對于每對時間偏移量值，確定多個可能的信息值；以及 選擇出現頻率最大的可能信息值。
7.一種使用多個時間偏移量值來獲得關于傳輸信號的信息的指示的方法，所述時間偏 移量值是如下系統中的時間偏移量值在該系統中，使用PN序列族中的第一PN序列來對傳 輸信號的幀的信號部分進行編碼，并使用PN序列族中的第二相關PN序列來對該傳輸信號 的后繼幀的信號部分進行編碼，第一 PN序列和第二 PN序列都包含公共PN段，所述幀的信 號部分與所述后繼幀的信號部分之間的公共PN段的時間偏移量由傳輸信號用以傳達關于 傳輸信號的信息，所述方法包括形成根據緊密相鄰的信號幀而估計的時間偏移量值的對； 對于每對時間偏移量值，確定多個可能的信息值；以及 選擇出現頻率最大的可能信息值。
8.根據權利要求7所述的方法，包括將時間偏移量值的對映射到散布圖內的區域；以及 根據所述區域來確定多個可能的信息值。
9.一種對傳輸信號中使用PN序列族中的第一 PN序列進行編碼的幀的信號部分與該 傳輸信號中使用PN序列族中的第二相關PN序列進行編碼的后繼幀的信號部分之間的公共 PN段的時間偏移量進行估計的設備，第一 PN序列和第二 PN序列都包含公共PN段，所述時 間偏移量由傳輸信號用以傳達關于傳輸信號的信息，所述設備包括用于執行PN序列族的PN序列特性與對應于傳輸信號的接收信號之間的第一相關的裝置；用于分析第一相關的結果的裝置；用于存儲基于第一相關的結果而選擇的一部分接收信號的裝置； 用于執行在所述后續幀期間的接收信號與所存儲的一部分接收信號之間的第二相關 的裝置；用于基于第二相關的相關峰值來估計時間偏移量的裝置；以及 用于使用時間偏移量來獲得關于傳輸信號的信息的指示的裝置。
10.根據權利要求9所述的設備，其中，所述信息是信號幀索引。
11.根據權利要求9所述的設備，其中，基于從第一相關獲得的顯著相關峰值的時間， 來選擇所存儲的一部分接收信號。
12.根據權利要求9所述的設備，其中，在確定從第一相關獲得的顯著相關峰值時，抑 制循環重復。
13.根據權利要求9所述的設備，其中，使用多個時間偏移量值 13.根據權利要求9所述的設備，其中，使用多個時間偏移量值來獲得關于傳輸信號的 信息的指示。
14.根據權利要求13所述的設備，包括用于形成根據緊密相鄰的信號幀而估計的時間偏移量值的對的裝置； 用于對于每對時間偏移量值，確定多個可能的信息值的裝置；以及 用于選擇出現頻率最大的可能信息值的裝置。
15.一種使用多個時間偏移量值來獲得關于傳輸信號的信息的指示的設備，所述時間 偏移量值是如下系統中的時間偏移量值在該系統中，使用PN序列族中的第一PN序列對傳 輸信號的幀的信號部分進行編碼，并使用PN序列族中的第二相關PN序列對傳輸信號的后 繼幀的信號部分進行編碼，第一 PN序列和第二 PN序列都包含公共PN段，所述幀的信號部 分與所述后繼幀的信號部分之間的公共PN段的時間偏移量由傳輸信號用以傳達關于傳輸 信號的信息，所述設備包括用于形成根據緊密相鄰的信號幀而估計的時間偏移量值的對的裝置； 用于對于每對時間偏移量值，確定多個可能的信息值的裝置；以及 用于選擇出現頻率最大的可能信息值的裝置。
16.根據權利要求16所述的設備，其中，所述用于確定多個可能信息值的裝置包括 用于將時間偏移量值的對映射到散布圖內的區域的裝置；以及用于根據所述區域來確定多個可能的信息值的裝置。
全文摘要
使用一種PN相位恢復(PPR)方法來獲取諸如DMB-T之類的系統中的PN序列相位同步。魯棒地估計連續信號幀中基本PN序列位置的時間偏移量。通過具有適中計算復雜度的投票機制，基于在連續信號幀中測量的多個時間偏移量，來進行信號幀索引的精確判定。
文檔編號H04B1/707GK101874392SQ200880117823
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月26日 優先權日2007年11月30日
發明者龔明 申請人:Nxp股份有限公司