分組無線通信系統同步方法及其裝置的製作方法
2023-05-20 10:12:36 2
專利名稱：分組無線通信系統同步方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數字通信技術，更具體地是指分組無線通信系統的同步方法及其裝置，它採用導頻同步信號來實現同步的方法及裝置，適用於各種分組無線通信系統，能提高系統的整體性能。
背景技術：
分組無線通信系統最早始於上世紀的70年代，在ALOHA系統中利用無線媒體傳送數據。近些年來，計算機通信以及網際網路技術，無線通信技術有了飛速發展和廣泛應用；而這種橫跨計算機通信和無線通信兩大領域的分組無線通信技術是現今數字通信領域一種非常重要的技術，也被認為是未來的發展方向。其典型應用有無線區域網(IEEE 802.11系列標準，ETSI Hiperlan2標準)，寬帶無線接入(IEEE 802.16)等等。
在分組無線通信系統中，當有用戶數據(一個分組)到來時，系統才轉入數據的接收和處理過程。這就是所謂的突發(Burst)通信。所以，系統通常處於突發檢測(Busrt Detection)狀態中。並且，一旦檢測到突發需要接受數據時，系統必須立即取得同步，以保證數據接收的進行。
另外，無線電傳播過程中總會遇到各種障礙物，從而形成多徑傳播，接收到的信號是由不同傳播時延和強度的多條路徑信號而合成的信號。當數據速率高，符號周期短時，多徑傳播嚴重時會產生碼間幹擾。這時，一般採用強壯性調製技術(如正交頻分復用，OFDM)、分集接收、信道均衡等方法來對抗碼間幹擾。精確地估計信道的多徑效應，才能保證系統的抗多徑措施能有效地發揮。
分組無線通信系統中，通常在每個突發前面加上一段導頻信號(Preamble)，用作同步信號。在接收端，採用匹配濾波器則可以檢測到時間同步。然而，由於噪聲的影響，同步檢測會出現下列兩種誤檢測，1)虛警在沒有信號的時刻檢測出同步信號；2)漏檢在有信號的時刻沒有檢測出同步信號。同時，由於自動增益控制還沒有完全鎖定或自動增益控制的誤差，使得接收信號電平不穩定。這會影響到同步檢測性能。
另外，如何準確地估計多徑信號的功率和時延，輸出到符號解調部更好地解調信號也是一個待解決的問題。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提出一種快速同步方法，並且在多徑信道下能準確地估計出多徑響應；以及其實現裝置。
本方法在不大量增加系統負擔的情況下，能提高系統的整體性能。
為實現上述目的，本發明首先將基帶信號進行模數轉換，並輸入到匹配濾波器。此匹配濾波器還利用一些簡單的計算得到一個參考信號，作為峰值檢測的比較門限，以提高檢測性能。
被檢測出的峰值信號，送入到多徑響應生成器，得到高精度的多徑響應。根據符號解調器的需要，輸出相應的信道信息，例如，正交頻分復用解調的最佳同步時間，以保證符號解調器的性能。
本發明的詳細內容如下所述。
首先，接收天線接收到的信號經過射頻處理後，轉換成基帶信號。基帶信號通過模數轉換器，將接收到的模擬信號轉換為數位訊號，以實現數位訊號處理。
基帶數位訊號被送入到匹配濾波器。此匹配濾波器包括兩部分處理。1)峰值匹配濾波將(已知的)發送導頻符號作為本地符號，對輸入信號進行匹配濾波。當輸入信號的相位與本地符號的相位一致時，匹配濾波器的輸出得到峰值；否則，輸出信號為噪聲。2)參考信號形成預先求解(或搜索)出與導頻符號準正交的符號，作為本地符號進行匹配濾波，輸出信號則為參考信號。按照本發明，以最大互相關的最小化為準則，求解(或搜索)參考信號濾波的本地符號。
參考信號進行適當的增益調整，作為峰值檢測的比較門限。當峰值匹配濾波的輸出超過這個門限時，則認為同步時刻到來，其峰值是信道響應的強度。由於多徑信道的作用，可能會檢測到多個同步時刻和多個峰值，即所謂多徑信道響應。
被檢測出的同步時刻去控制信道響應生成器。在隨後到來的多個重複導頻符號期間，檢測出的峰值進行符號間的平均，以去除各種噪聲和幹擾的影響，得到高精度的信道響應估計。另外，符號間平均的途中，峰值平均信號也被送入同步驗證，以儘早確認同步的真實性。
估計出的多徑信道響應輸出到一個最佳同步時間生成器，為符號解調找出最佳的同步時間。
本發明在傳統匹配濾波器同步電路的基礎上，加上一個簡單的參考信號電路，得到峰值檢測的比較門限，可提高同步檢測性能，特別是在自動增益控制還沒有完全進入鎖定狀態或自動增益控制的誤差較大的情況下。
按照本發明，在整個導頻信號區間(重複的多個導頻符號)，進行足夠的峰值平均，得到精確的多徑信道響應。根據這些信息，提取出符號解調器所需的參數(例如，正交頻分復用的FFT區間)，提高符號解調的性能。
四
附圖1是實施形態中所涉及到的OFDM接收系統框圖附圖2是同步模塊結構示意圖附圖3是符號解調最佳同步時間(正交頻分復用FFT開始時間)五具體實施例方式以下參考附圖，以無線區域網IEEE 802.11a系統為實施例，對本發明進行進一步描述。
圖1是本發明用於IEEE 802.11a標準OFDM接收系統的框圖。
參考附圖1從天線將收到的信號經過射頻處理後，通過模數轉換模塊將模擬信號轉換出數位訊號。接下來是時間同步檢測。首先，接收信號送入匹配濾波器來形成相關峰值，並進一步與由參考信號得到的門限相比較，檢測出峰值。然後利用檢測出的同步時間和峰值送入信道響應生成器進行符號間平均，產生精確的多徑信道響應。當整個導頻信號完了時，最佳同步時間生成器根據多徑信道響應生成器產生的多徑信道響應，得到一個最佳的同步時間，供給符號解調器。
另一方面，模數轉換後的數位訊號進入符號解調器，進行正交頻分復用解調(FFT變換)、信道均衡和BPSK/QSPK/QAM解調。最後送入信道解碼，得到用戶數據。
參考附圖2從模數轉換模塊來的信號送入匹配濾波器。有已知的導頻符號C0，C1，…，CM-1(其周期為M)作為本地符號，對輸入信號進行匹配濾波。當發送信號與本地信號的相位一致時，匹配濾波器輸出峰值。
同時，預先求解(或搜索)出與導頻符號準正交的符號Cr0，Cr1，…，CrM-1，作為本地符號進行匹配濾波，輸出信號作為參考信號。準正交符號與導頻符號在任何相位的互相關值，都會影響到檢測性能。本發明中，準正交符號與導頻符號互相關函數最大值最小化作為選擇的準正交的符號Cr0，Cr1，…，CrM-1的標準。這裡，準正交符號採用二進位符號，採用搜索的方法，就可得到最優的二進位符號，使檢測性能得到優化。準正交符號採用二進位符號的另一個優點是簡化了電路的實現。這樣不需要大量的乘法器，只需一個多輸入的加/減法器，便可以得到參考信號。參考信號乘以一個適當的係數K，作為比較門限送入峰值檢測。高於門限的時刻，就是同步深刻。由於參考信號很好地跟蹤了接收信號電平的變化，即使在接收信號電平不定時，峰值檢測器也能保證穩定的檢測性能。
根據時間同步信號，峰值選擇模塊讓峰值信號進入多徑響應生成器。在多徑響應生成器，多個峰值信號放入各個存儲單元。隨著多個重複導頻符號的進入，峰值信號進行符號間的累加(符號間的平均)，直至導頻信號信號完了。
符號平均後的峰值信號，在每次平均後送入同步驗證電路。如果沒有任何一個峰值信號大於比較門限，則表明這次檢測是虛警，同步系統需要回到初始狀態，重新進行峰值檢測。這樣可以儘快地解除虛警，減少系統因同步電路的誤檢測而導致丟失分組數據的概率。
IEEE 802.11a標準的正交頻分復用(OFDM)系統中，在每個4微秒的OFDM符號的前頭，加入了0.8微秒的保護間隔(Guard IntervalGI)，以消除由於多徑信道帶來的符號間幹擾(Inter Symbol InterferenceISI)和載波間幹擾(Inter Carrier InterferenceICI)。有關這方面的詳細敘述可參見「OFDM for Wireless Multimedia Communications」，Richard VanNee and Ramjee Prasad，Artech House 2000。
確定一個最佳的FFT間隔(即最佳的FFT同步時刻)，才能最大限度地消除ISI和ICI。參考附圖3本發明的最佳同步時間的計算如圖3所示。首先，判斷多徑響應間的最大遲延是否大於(保護間隔Tg-餘量Δ)。
1)肯定情況下累計(Tg-Δ)間隔的多徑信號功率；由於最大時延大於(Tg-Δ)，則必定有多個相互有重疊的累計間隔。從這些間隔中，選擇出累計功率最大的一個間隔。最後，最佳同步時間(FFT的同步時刻)為，選擇出的累計間隔的起始時間+Tg-Δ/2；2)否定的情況下多徑信號的最早起始時間+Tg-Δ/2。
權利要求
1.一種分組無線通信系統的同步方法及其裝置，包括射頻處理器、A/D轉換器、解調器，其特徵在於接收天線收到信號經射頻處理後，轉換成基帶信號，基帶信號通過A/D轉換器，轉換成數位訊號，並輸入到匹配濾波器、經簡單計算得到一個參考信號，作為峰值檢測的比較門限，被檢測到的峰值信號，送到多徑響應生成器，得到高精度的多徑響應同步時間，然後送到符號解調器，與A/D轉換器的數位訊號進行正交頻分復用解調，最後進入信號解碼，得到用戶數據。
2.根據權利要求1所述的一種分組無線通信系統的同步方法及其裝置，其特徵在於所述的參考信號預先求解(或搜索)出與導頻符號準正交的符號Cr0，Cr1，…，CrM-1，作為本地符號進行匹配濾波，輸出信號作為參考信號。
3.根據權利要求1或2所述的一種分組無線通信系統的同步方法及其裝置，其特徵在於所述的參考信號是在一個周期內的匹配濾波器的所有輸出中，去除最大的L個相關值，並對餘下的相關值進行平均而得到參考信號。
4.根據權利要求1所述的一種分組無線通信系統的同步方法及其裝置，其特徵在於所述的多徑響應生成器是利用導頻信號中重複的導頻符號，對信道多徑響應進行符號間的平均，精確地估計多徑響應。
5.根據權利要求1或4所述的一種分組無線通信系統的同步方法及其裝置，其特徵在於所述的多徑響應，在每次多徑響應符號平均後，利用平均後的峰值，進行同步驗證，以儘早地發現虛警。
6.根據權利要求1所述的一種分組無線通信系統的同步方法及其裝置，其特徵在於所述的高精度地多徑響應同步時間，首先判斷多徑響應間的最大遲延是否大於(保護間隔Tg-餘量Δ)1)肯定情況下累計(Tg-Δ)間隔的多徑信號功率；由於最大時延大於(Tg-Δ)，則必定有多個相互有重疊的累計間隔。從這些間隔中，選擇出累計功率最大的一個間隔。最後，最佳同步時間(FFT的同步時刻)為，選擇出的累計間隔的起始時間+Tg-Δ/2；2)否定的情況下多徑信號的最早起始時間+Tg-Δ/2。
全文摘要
本發明涉及一種數字通信技術，更具體地是指分組無線通信系統的同步方法及其裝置，它是基於接收天線收到信號經射頻處理後，轉換成基帶信號，基帶信號通過A/D轉換器，轉換成數位訊號，並輸入到匹配濾波器、經簡單計算得到一個參考信號，作為峰值檢測的比較門限，被檢測到的峰值信號，送到多徑響應生成器，得到高精度的多徑響應同步時間，然後送到符號解調器，與A/D轉換器的數位訊號進行正交頻分復用解調，最後進入信號解碼，得到用戶數據。適用於各種分組無線通信系統，能提高系統的整體性能。
文檔編號H04B17/00GK1540910SQ0311661
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月24日 優先權日2003年4月24日
發明者龍必起 申請人:上海明波通信技術有限公司