一種閾值自適應選擇的同步信號檢測方法和裝置的製作方法

2023-06-11 08:48:21

專利名稱：一種閾值自適應選擇的同步信號檢測方法和裝置的製作方法
技術領域：
一種閾值自適應選擇的同步信號檢測方法和裝置，它屬於數字通信技術領域，涉及在分組數字通信過程中實現同步信號檢測的方法和裝置。
背景技術：
在分組數字通信領域中，特別是在無線分組數字通信系統中，發射機依照特定的幀格式間斷地發送數據包。比如在IEEE802.16-2004標準的OFDM模式，以及IEEE802.11a標準，HiperLAN2標準中，對發射分組數據格式都做了類似的規定(參見附圖1)。在發射數據之前加上固定的前導信號，用於同步，信道估計，頻偏校正等處理。
接收機在檢測到分組數據包後，開始同步信號檢測的過程。同步信號檢測的通常方法是在接收機端採用一個相同的時域符號與接收基帶信號做互相關，根據得到的互相關序列的峰值來完成同步信號檢測。該方法的主要缺點在於，互相關序列的峰值檢測閾值是固定的，或者需要複雜的檢測過程來判定閾值而後確定同步位置。如果無線電信號通過多徑信道傳輸，特別是通過非視距(NLOS)多徑信道以及室內多徑信道等複雜信道傳輸情況下，信道各徑能量平均，且主徑常常不在第一徑上。這樣，若採用相關峰最大值同步的方法，將會使得同步信號檢測的位置偏後，損失部分信號能量，並造成較嚴重的符號間幹擾(ISI)；若採用固定閾值檢測的方法，在基帶信號通過接收機的AGC模塊完成能量歸一化後，由於峰值大小常常發生變化，閾值檢測的出錯率大大增加。在附圖2與附圖3中，分別表示IEEE802.16-2004標準OFDM模式的下行鏈路幀前導碼，在理想信道以及多徑信道下，接收信號能量歸一化後，相關值序列的輸出。從圖中可以看出，相關峰值的大小與多徑信道衝擊響應直接相關，相關值序列的峰值差異很大。如果採用恆定閾值的方法，閾值選擇困難，容易導致同步失敗。
為此我們採用一種閾值自適應選取的方法，在不同的多徑信道下都能很好的取得相關峰的位置，取得很好的同步效果。

發明內容
為了解決在多徑信道情況下，同步閾值選取困難及同步不準確的問題，本發明採用一種自適應閾值獲取的方法，閾值的大小直接來源於接收到的基帶信號。同步裝置可以從當前接收信號中提取出閾值信息，以適應不同的信號大小以及不同的信道條件。該方法提高了各種複雜條件下的同步信號檢測成功率。
本發明提供了一種閾值可以自適應選取的同步信號檢測方法，該方法包括下列步驟●發送的幀格式中，用於同步的幀前導碼由至少一個時域符號加上它的循環前綴組成●在分組檢測成功後，接收機採用相同的時域符號與接收到的基帶信號做互相關，得到相關值序列●在分組檢測成功的同時啟動計數器工作，獲取時間窗口的位置●在一定的時間窗口內，由其中相關值的最大值導出同步閾值●根據產生的閾值來確定相關序列下一個相關峰的位置，從而完成同步信號檢測過程上述步驟中的循環前綴是指該時域符號的最後一部分的複製，並置於該時域符號之前。時間窗口的位置由相關值序列中，由循環前綴引起的相關峰值在相關值序列中的位置確定，窗口大小近似為一個時域符號的大小，受窗口計數器控制。所採用的時域符號具有良好的相關特性，比如偽隨機序列，或如IEEE802.11a標準中採用的前導符號，或者IEEE802.16標準OFDM模式中採用的前導符號。
由本發明設計出的一種閾值可自適應選取的同步信號檢測裝置，該裝置包含有下列模塊分組檢測器，相關器，窗口位置計數器，閾值估計器，同步位置判決器。分組檢測器的作用是檢測接收到的基帶信號中出現了數據分組以及獲知其近似的起始位置，可通過能量檢測或相關檢測等方式實現。相關器的作用是利用本地的時域符號與接收到的基帶信號做互相關，輸出相關值序列。窗口位置計數器的作用是，計數特定的時間長度，以獲取閾值估計所用到的時間窗口。閾值估計器的作用是，在時間窗口內求得相關值序列的最大值，由其導出同步閾值。閾值大小可以取為窗口內最大值的正比例關係或取為最大值加上一個恆定數值等方法。同步位置判決器的作用是，根據同步閾值，在後續相關值序列中確定同步信號檢測的位置。
本發明的最大優點在於，通過同接收到的信號中提取同步閾值的方法，很好地處理了在不同信道條件以及不同AGC增益控制水平下相關峰大小變化與閾值固定引起的幀同步失效的技術問題。從該技術的實現效果看，對幾類SUI信道下SNR低至0dB時同步信號檢測成功率都在99％以上。這個結果已大大超出了普通方法的同步性能。


附圖1是IEEE802.11a標準與IEEE802.16-2004標準OFDM模式下行鏈路幀前導碼格式，(a)為802.11a的前導碼結構，(b)為802.16-2004標準OFDM模式下行鏈路的前導碼結構。
附圖2是IEEE802.16-2004標準OFDM模式下行鏈路幀前導碼，在加性高斯白噪聲(AWGN)信道下，接收信號能量歸一化後，相關值序列的輸出。
附圖3是IEEE802.16OFDM模式下行鏈路幀前導碼，在多徑信道下，接收信號能量歸一化後，相關值序列的輸出。
附圖4是本發明的結構框圖。
附圖5是具體實例同步過程的示意圖。
具體實施例方式基於本發明的內容，應用於IEEE 802.16協議OFDM模式下的下行鏈路同步信號檢測過程，給出具體實施步驟。
基站發出的下行鏈路幀前導碼，格式如附圖1(b)所示，CP長度為1/4的OFDM符號長度，即CP長度為64個採樣點，OFDM符號長度為256個採樣點。
終端接收機同步信號檢測過程依附圖4與附圖5敘述如下1.接收機同樣以每個OFDM符號加CP共320個採樣點的採樣速率接收基帶覆信號。分組檢測器(10)檢測成功後啟動相關器(20)以及窗口位置計數器(30)工作。
2.相關器採用前導碼中後一個OFDM符號的128點時域符號，與輸入的基帶信號做互相關。相關器(20)輸出相關值序列給閾值估計器(40)以及同步位置判決器(50)。
3.窗口位置計數器(30)控制閾值估計器(40)的工作窗口大小為128個採樣點對應時間，起始位置大約在相關值序列的第200點附近開始，參見附圖5。閾值估計器(40)計算出窗口內相關值的最大值為1.04。由最大值乘以係數α(α的值根據循環前綴的寬度調整，一般介於1到3之間，在這裡取為1)得到同步閾值，大小為1.04。
4.同步位置判決器根據從相關器(20)得到的相關值序列以及閾值估計器(40)送來的同步閾值，在窗口位置計數器(30)的控制下從相關值序列的第328點附近開始尋找第一個大於同步閾值的相關值，在相關值序列的第385點處，確定其為確切的同步位置。
這裡描述的模塊以及單元既可以採用硬體實現，也可以採用軟體實現，或軟硬體的組合方式來實現。本發明技術方法並不局限於上述實施例，本領域內普通技術人員應理解的是可在本發明範圍內做各種形式和細節上的改變。即本發明可用於符合IEEE 802.11a標準、IEEE802.16標準OFDM模式系統以及其他採用類似前導符號的系統。
權利要求
1.本發明提供了一種閾值可以自適應選取的同步信號檢測方法，該方法包括下列步驟●發送的幀格式中，用於同步的幀前導碼由至少一個時域符號加上它的循環前綴組成●在分組檢測成功後接收機採用相同的時域符號與接收到的基帶信號做互相關，得到相關值序列●同時啟動窗口計數器工作，獲取時間窗口的位置●在一定的時間窗口內，由其中相關值的最大值導出同步閾值●根據產生的閾值來確定相關序列下一個相關峰的位置，從而完成同步信號檢測過程
2.如權利要求1所述，其特徵在於，循環前綴是指該時域符號的最後一部分的複製，並置於該時域符號之前。
3.如權利要求1所述，其特徵在於，時間窗口的位置根據相關值序列中循環前綴導致的相關峰位置確定，窗口大小近似為一個時域符號長度。
4.如權利要求1所述，其特徵在於，所採用的時域符號具有良好的相關特性。
5.本發明涉及一種閾值可自適應選取的同步信號檢測裝置，該裝置具有下列模塊分組檢測器，相關器，窗口位置計數器，閾值估計器，同步位置判決器。
6.如權利要求5所述裝置，其特徵在於，所述分組檢測器的作用是檢測接收的基帶信號中出現了數據分組以及獲知其近似的起始位置。
7.如權利要求5所述裝置，其特徵在於，所述相關器的作用是利用本地的時域符號與接收到的基帶信號做互相關，輸出相關值序列。
8.如權利要求5所述裝置，其特徵在於，所述窗口位置計數器的作用是，計數特定的時間長度，以獲取閾值估計所用到的時間窗口。
9.如權利要求5所述裝置，其特徵在於，所述閾值估計器的作用是，在時間窗口內求得相關值序列的最大值，由其導出同步閾值。
10.如權利要求5所述裝置，其特徵在於，所述同步位置判決器的作用是，根據同步閾值，在後續相關值序列中確定分組信號同步的位置。
全文摘要
本發明提供了一種閾值可以自適應選取的同步信號檢測方法和裝置。該方法中用於同步的幀前導信號由至少一個時域符號加上它的循環前綴組成。接收機產生一個相同的時域符號與之相關，利用得到相關值序列來完成同步信號檢測。其特徵在於(1)發射機按特定的幀前導碼格式發射數據；(2)在一定的時間窗口內，由相關值序列的最大值導出同步閾值；(3)根據同步閾值來確定相關值序列下一個相關峰的位置，從而完成同步信號檢測過程。採用該方法得到的相關峰閾值能自動適應不同多徑信道以及不同輸入信號能量的情況，提高了在各種複雜條件下的同步信號檢測正確率。
文檔編號H04L7/00GK101034970SQ200610056779
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月8日 優先權日2006年3月8日
發明者滕煒亮, 劉立國 申請人:北京中電華大電子設計有限責任公司