離散多音數據機中的定時恢復和信道估算方法及系統的製作方法
2023-12-06 12:14:16 2
專利名稱：離散多音數據機中的定時恢復和信道估算方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電信領域。更為特別地，本發明涉及離散多音(DTM)系統中獲取和跟蹤接收到的DMT信號的幀邊界。
在常規離散多音(DMT)數據機中，長偽隨機(PN)序列和相關計算被用於定時探測和跟蹤。使用長序列導致了高實現複雜性，同樣也導致了與呼叫建立和數據傳輸相關的增長的額外開銷和信號處理延遲。PN序列首先被編碼成離散單音(tone)，並且接著使用反向離散傅立葉轉換將之轉換為用於傳輸的時域採樣。接收到的採樣被傅立葉轉換以再次產生PN序列，並且接著被相關測試以確定幀邊界。用於相干信號檢測的信道估算僅在信號建立期間進行並且需要單獨的PN序列。因此，後續信號檢測容易產生時鐘漂移。
需要的是與DMT數據機一起用於聯合(joint)定時恢復和信道估算的有效的技術。
本發明提供了與DMT數據機一起用於聯合定時恢復和信道估算的有效的技術。DMT數據機的時鐘恢復通過利用信道色散(dispersion)特性被簡化，並且作為結果，在呼叫建立時和數據傳輸期間減小了額外開銷和延遲時間，同時最小化誤定時(mistiming)的影響。例如，在HDSL(高速數字用戶線路)環境中，其中高度色散的雙絞銅線被用於高速數據傳輸，本發明顯著地減小了額外開銷和計算複雜性，並且因此減小建立和跟蹤DMT幀邊界所需的時間。另外，連帶進行信道估算，因此使信號檢測對採樣定時不敏感。本發明也應用於無線電傳輸，其中載波調製用於將傳輸信號頻移到指定的頻率範圍。
本發明的優點在於在離散多音數據機系統中獲取數據幀定時的方法和系統，在該數據機系統中產生具有第一預定數目的脈衝信號的探測幀。根據本發明，脈衝信號的時間間隔為2(P+1)Ts，使得1/Ts為採樣傳輸速率，P為以加到數據幀的循環詞頭(cyclic prefix)的採樣數表示的時間長度。更好地是，循環詞頭長度P的選擇使得當接收機處接收到的信號以1/Ts速率採樣時，接收機處看到的信道脈衝響應的有效跨度不超過P+1個採樣。例如，通過一組包括信息數據的離散單音的反向離散傅立葉轉換在探測幀之後產生數據幀。每個數據幀包括(在反向離散傅立葉轉換之後)循環詞頭和至少與循環詞頭採樣數目相同的數據採樣。接著，探測幀和數據幀從數位訊號轉換為用於傳輸的模擬信號。接收機採樣接收到的探測幀並且以每次使累加窗口(summationwindow)前進一個採樣的方式遍歷接收到的探測幀。採樣的探測幀通過每個累加窗口累加，同時每個累加窗口具有P+1個探測幀採樣的跨度。隨著累加窗口推進確定最大累加值，並且基於對應於最大累加值的累加窗口來確定數據幀邊界。信道脈衝響應基於P+1個接收到的對應於最大累加值的探測幀的採樣來估算，並且基於估算的信道脈衝響應來對數據進行相干檢測。
在每預定數目的數據幀之後產生同步幀，該數據幀具有第二預定數目的脈衝信號。因此，同步幀的每個脈衝信號彼此間的時間間隔為2(P+1)Ts。每個同步幀的第一脈衝信號與剛好在該同步幀之前的數據幀中的最後的數據採樣間的時間間隔為2(P+1)Ts，並且每個同步幀的最後的脈衝信號與緊跟該同步幀的數據幀的第一詞頭採樣間的時間間隔為2(P+1)Ts。再次，接收機採樣同步幀並且通過接收到的同步幀，累加窗口每次推進一個採樣。採樣的同步幀通過每個累加窗口累加，同時每個累加窗口具有P+1個同步幀採樣的跨度。隨著累加窗口推進確定最大累加值，並且基於對應於最大累加值的累加窗口來修正數據幀邊界。基於接收到的對應於最大累加值的同步幀的P+1個採樣來修正估算的信道脈衝響應，並且基於已修正的估算的信道脈衝響應來對數據進行相干檢測。
本發明在相應的附圖中通過例子來說明並且並不限於此，附圖中相同的參考數字指示類似的部分。其中
圖1顯示了示意性的電路框圖，根據本發明該電路用於產生定時探測和跟蹤的信號；圖2顯示了被傳輸信號的定時圖，根據本發明該信號用於定時探測和跟蹤；圖3顯示了示意性的電路框圖，根據本發明該電路用於獲取和跟蹤幀邊界；圖4顯示了接收到的信號的定時圖，根據本發明該信號用於定時探測和跟蹤。
本發明提供了用於在DMT系統中最佳獲取和跟蹤接收到的離散多音(DMT)信號的幀(也就是符號)邊界的低額外開銷和低複雜性的技術。此外，本發明的技術產生相干信號檢測所需要的信道脈衝響應的估算。結果，時鐘漂移導致的對定時探測和跟蹤的任何不利影響均被最小化。
本發明使用相互間隔一段合適時間的預定數目的數字脈衝，也就是，離散增量(delta)信號，它們在呼叫建立期間被傳輸。對接收機處被傳輸信號的脈衝響應的信道色散的影響的確定方法是將累加窗口沿接收到的擴展(spread)脈衝的可能時間跨度推進並與從其它累加窗口中獲得的累加相比較以確定在累加窗口內具有最大平方(squared)採樣累加的累加窗口。由標識數據幀邊界的具有最大和的累加窗口及同一累加窗口內與信道脈衝響應相近的接收到的脈衝採樣來完成聯合定時探測和信道估算。本發明提供的技術的優化是通過選擇符號邊界以使得平均信噪比最大化實現的。
根據本發明，以類似的方式進行定時跟蹤。包括間隔一段合適時間的預定數目的數字脈衝的短同步幀被插入到由每個均比同步幀長的幾個數據幀形成的超幀(superframe)中。接著，通過隨同步幀邊界內累加窗口的推進確定最大累加來提供定時跟蹤。因此，同時提供了信道估算並且信道估算用於相干檢測出現在下一超幀內的後面的數據幀。
圖1顯示了電路10的示意性框圖，根據本發明該電路用於產生定時探測和跟蹤的信號。電路10包括多音數據幀產生器11和離散脈衝產生器12，它們連接到多路調製器13的各自的輸入。以眾所周知的方式控制多路調製器13以有選擇地輸出多音數據幀產生器11產生的多音信號或者離散脈衝產生器12輸出的離散脈衝信號。多路調製器13的輸出被用於數字-模擬(D/A)轉換器14。D/A轉換器14的輸出應用於發射機15來傳輸。發射機15以眾所周知的方式將D/A轉換器14的輸出轉換為具有適合於電路10使用的環境的特性和參數的信號。
圖2顯示了被傳輸信號的定時圖，根據本發明該信號用於定時探測和跟蹤。在數據傳輸之前，在定時探測幀20內預定數目的離散脈衝I以兩倍於信道脈衝響應的有效長度被傳輸到接收機。也就是，每個脈衝I的時間間隔為2(P+1)Ts，其中1/Ts是採樣傳輸速率，P為以增加到數據幀或符號的循環詞頭的採樣數表示的時間長度。循環詞頭長度P的選擇使得如果接收到的信號也以1/Ts速率採樣，接收機處看到的信道脈衝響應有效跨度不超過P+1個採樣。具有多個數據採樣和增加的循環詞頭的數據幀21緊跟著定時探測幀。
圖3顯示了電路30的示意性框圖，根據本發明該電路用於獲取和跟蹤幀邊界。電路30包括接收被傳輸信號的接收機31。接收機31的輸出應用於模擬-數字(A/D)轉換器32的輸入。A/D轉換器32以速率1/Ts採樣接收到的信號。A/D轉換器32的採樣輸出由平方(squaring)電路33平方並且接著由累加電路34通過推進跨度為P+1個採樣的累加窗口來累加。由處理器35以眾所周知的方式確定產生最大累加的累加窗口。處理器35使用最大累加的累加窗口來確定數據幀邊界和估算信道脈衝響應。接著被估算的信道脈衝響應輸出到相干多音信號探測器(detector)36以使用該被估算的信道脈衝響應來相干檢測數據。
圖4顯示了接收到的信號的定時圖，根據本發明該信號用於定時探測和跟蹤。在接收機處，探測幀20內每個被傳輸的脈衝I成為信道的脈衝響應，只是已被噪音和幹擾所汙染。信道色散導致被傳輸的脈衝擴展到達到P+1個採樣的有效時間跨度。因此，在探測幀期間接收到的信號被定義成如被傳輸的脈衝那樣具有相同數目的被汙染的信道脈衝響應，並且每個信道脈衝後面緊跟基本為零的信號的P+1個採樣。在接收信號的數據幀21期間，任意時刻的全部信號是來源於P+1個傳輸數據採樣的P+1單個信號的重疊。
為了建立幀(符號)邊界，或等價地，為了建立由於傳輸離散脈衝而接收到的信號的有效邊界，具有P+1接收採樣的時間長度的累加窗口被用於計算包括在窗口中的採樣平方的累加。通過接收到的定時探測幀，累加窗口每次推進一個採樣使得能夠確定最大累加。引起最大累加的特定P+1採樣被作為信道脈衝響應並且被用於相干數據檢測。
精確調整的步驟能夠用於改善定時探測和跟蹤。例如，多個累加窗口能夠用於確定最大累加，在定時探測和跟蹤幀期間能夠增加採樣速率，並且在每個數據幀中能夠使用專用引導單音(dedicatedpilot tone)來校正時鐘漂移。當使用P+1個時間離散採樣的多累加窗口來累加時，能夠改善定時估算精確度。另外，在定時探測和跟蹤幀期間能夠在接收機處使用高於1/Ts的採樣速率來精確調整信道脈衝響應估算。
上面描述的本發明的定時探測過程實現了初始的定時探測。同樣的技術能夠應用於在數據傳輸期間實現定時跟蹤，如果，在每個預定數目的數據幀(符號)之後，具有預定數目的離散脈衝I的縮短的同步幀(在圖2和圖4中表示為20)被插入傳輸信號。如與探測幀一起，定時幀的每個離散脈衝I彼此時間間隔為2(P+1)Ts。另外，第一離散脈衝與先前數據幀中最後的數據採樣的時間間隔為同樣的時間量。類似地，最後的離散脈衝與下一數據幀的第一詞頭採樣的時間間隔為2(P+1)Ts。通過確定與累加窗口相關的最大累加來進行定時跟蹤，通過接收到的同步幀，該累加窗口每次推進一個採樣。如前，在同步幀期間能夠使用多累加窗口和/或增加的採樣頻率。在累加窗口中形成最大累加的接收到的採樣是一更新的信道脈衝響應，該脈衝響應能夠用於檢測同步幀和下一同步幀之間的數據符號。如果數據符號幀包括專用引導單音(dedicated pilot tone)，那麼定時修正能夠進一步引入每個數據符號。在同步幀中使用的離散脈衝的數目與定時探測幀期間所使用的數目相比能夠減少，因為已經建立初始定時。
雖然本發明與示意性的實施方式一起描述，但是應該理解的是可以進行不偏離本發明的真正精神和範圍的修改。
權利要求
1.在離散多音數據機系統中為獲取數據幀定時產生信號的方法，該方法包括步驟產生探測幀，該探測幀具有第一預定數目的脈衝信號，每個脈衝信號的時間間隔為2(P+1)Ts，其中1/Ts為採樣傳輸速率，P為以增加到數據幀的循環詞頭的採樣數表示的時間長度；並且在探測幀之後產生至少一個數據幀，每個數據幀具有其自身的循環詞頭和至少與數據幀的循環詞頭的採樣同樣數目的數據採樣。
2.根據權利要求1的方法，進一步包括傳輸探測幀和至少一個數據幀的步驟。
3.根據權利要求1的方法，其中循環詞頭長度P的選擇使得當接收機處接收到的信號以1/Ts速率採樣時，接收機處看到的信道脈衝響應有效跨度不超過P+1個採樣。
4.根據權利要求2的方法，進一步包括步驟接收探測幀；採樣接收到的探測幀；沿接收到的探測幀推進累加窗口；對每個累加窗口累加採樣的探測幀，每個累加窗口具有探測幀的P+1個採樣的跨度；並且確定具有最大累加和的累加窗口。
5.根據權利要求4的方法，其中推進累加窗口的步驟每次推進累加窗口一個採樣。
6.根據權利要求4的方法，其中接收到的探測幀以1/Ts速率採樣。
7.根據權利要求4的方法，其中接收到的探測幀以大於1/Ts的速率採樣。
8.根據權利要求4的方法，其中沿接收到的探測幀來推進累加窗口的步驟包括沿接收到的探測幀推進多個累加窗口的步驟，其中對每個累加窗口累加採樣的探測幀的步驟包括對多個累加窗口的每一個累加採樣探測幀的步驟，並且其中確定具有最大累加和的累加窗口的步驟包括從多個累加窗口確定具有最大累加和的多個累加窗口的步驟。
9.根據權利要求1的方法，進一步包括在每預定數目的數據幀之後產生同步幀的步驟，同步幀具有第二預定數目的脈衝信號，同步幀的每個脈衝信號彼此間的時間間隔為2(P+1)Ts，每個同步幀的第一脈衝信號與剛好在該同步幀之前的數據幀中的最後的數據採樣間的時間間隔為2(P+1)Ts，並且每個同步幀的最後的脈衝信號與緊跟該同步幀的數據幀的第一詞頭採樣間的時間間隔為2(P+1)Ts；並且傳輸該同步幀。
10.根據權利要求9的方法，進一步包括步驟接收同步幀；採樣接收到的同步幀；沿接收到的同步幀推進累加窗口；對每個累加窗口累加採樣的同步幀，每個累加窗口具有同步幀的P+1個採樣的跨度；並且確定具有最大累加和的用於同步幀的累加窗口。
11.根據權利要求10的方法，其中推進累加窗口的步驟每次推進累加窗口一個採樣。
12.根據權利要求9的方法，進一步包括基於具有最大累加和的用於同步幀的累加窗口，跟蹤先前確定的數據幀邊界的步驟。
13.根據權利要求12的方法，進一步包括步驟基於同步幀中對應於具有最大累加和的累加窗口的那部分所接收到的同步幀，更改所估算的信道脈衝響應的步驟；並且基於更改的信道脈衝響應，相干檢測數據的步驟。
14.在離散多音數據機系統中為獲取數據幀定時產生信號的系統，用於產生信號的該系統包括多音數據幀產生器，輸出至少一個多音數據幀，每個數據幀包括具有至少一個採樣的循環詞頭以及至少與數據幀的循環詞頭的採樣數目相同的數據採樣；離散脈衝產生器，輸出具有第一預定數目脈衝的離散脈衝信號，每個脈衝的時間間隔為2(P+1)Ts，其中1/Ts為採樣傳輸速率，P為以多音數據幀的循環詞頭的採樣數表示的時間長度；並且多路調製器，連接到多音數據幀產生器和離散脈衝產生器，多路調製器有選擇地輸出探測幀信號和緊跟著探測幀信號的數據幀信號，探測幀信號包括離散脈衝信號並且數據幀信號包括至少一個多音數據幀。
15.根據權利要求14的系統，其中循環詞頭長度P的選擇使得當接收機處接收到的信號以1/Ts速率採樣時，接收機處看到的信道脈衝響應的有效跨度不超過P+1個採樣。
16.根據權利要求14的系統，其中多路調製器進一步在每個預定數目的數據幀之後輸出同步幀，同步幀具有由離散脈衝產生器產生的第二預定數目的脈衝，同步幀的每個脈衝信號彼此間的時間間隔為2(P+1)Ts，每個同步幀的第一脈衝信號與剛好在該同步幀之前的數據幀中的最後的數據採樣間的時間間隔為2(P+1)Ts，並且每個同步幀的最後的脈衝信號與緊跟該同步幀的數據幀的第一詞頭採樣間的時間間隔為2(P+1)Ts。
全文摘要
在離散多音數據機系統中用於獲取數據幀定時的方法和系統,其中具有第一預定數目的脈衝信號的探測幀被產生。每個脈衝信號的時間間隔為2(P+1)Ts,其中1/Ts為採樣傳輸速率,P為增加到數據幀的循環詞頭的採樣中的時間長度。緊跟探測幀之後產生數據幀。每個數據幀包括循環詞頭和至少與循環詞頭的採樣數目相同的數據採樣。
文檔編號H04J11/00GK1219021SQ9812386
公開日1999年6月9日 申請日期1998年11月3日 優先權日1997年11月3日
發明者侯金夢(Jin－Meng, Ho音譯), 埃德華·L·瓦雷斯 申請人:美國電報電話公司