BRPI0720832A2

BRPI0720832A2 - mÉtodo para sincronizaÇço de sÍmbolos de sinais digitais recebidos e receptor de sinais digitais utilizando o mesmo mÉtodo

Info

Publication number: BRPI0720832A2
Application number: BRPI0720832-4A
Authority: BR
Inventors: Gang Liu; Li Zou
Original assignee: Thomson Licensing
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2013-01-29
Also published as: WO2008089592A1; JP2010517337A; KR101350086B1; CN101611606A; CN101611606B; EP2122962B1; JP5174038B2; EP2122962A1; US20100061478A1; US9106498B2; EP2122962A4; KR20100014322A

Abstract

MÉTODO PARA SINCRONIZAÇçO DE SÍMBOLOS DE SINAIS DIGITAIS RECEBIDOS E RECEPTADOR DE SINAIS DIGITAIS UTILIZANDO O MESMO MÉTODO. Trata-se de um método para sincronização de símbolos digitais recebidos e um aparelho de recepção de sinais digitais. O método compreende as etapas de correlacionar o sinal digital recebido com o sinal recebido retardado por um símbolo de modo a obter um primeiro resultado de correlação como um esforço combinado de um caminho mais forte e outros caminhos; remover substancialmente o efeito do caminho mais forte do primeiro resultado de correlação de modo a obter um segundo resultado de correlação de modo a obter um segundo resultado de correlação que exibe a contribuição de um caminho mais rápido; pesquisar um valor máximo de correlação e sua posição do caminho mais rápido de modo a determinar a temporização de sincronização de símbolos para iniciar o processamento da FFT. O aparelho de recepção de sinais digitais é caracterizado por uma unidade de detecção de temporização de símbolos para determinar a temporização de sincronização de símbolos do caminho mais rápido pela remoção substancial do efeito de um caminho mais rápido pela remoção substancial do efeito de um caminho mais forte.

Description

"MÉTODO PARA SINCRONIZAÇÃO DE SÍMBOLOS DE SINAIS DIGITAIS RECEBIDOS E RECEPTOR DE SINAIS DIGITAIS UTILIZANDO O MESMO MÉTODO"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere à tecnologia de recepção de sinais digitais, e mais particularmente, a um método para sincronização de símbolos de sinais digitais recebidos, e a um aparelho receptor de sinais digitais usando o mesmo método.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A sincronização é um tema crucial nos sistemas de recepção de sinais digitais, que incluem temporização dos símbolos, sincronização de freqüência e sincronização de relógios de amostra no sistema OFDM. Para a temporização de símbolos que determina o local de colocação da Transformada Rápida de Fourier (FFT), a seleção correta desse local tem grande impacto sobre o desempenho de todos os algoritmos pós-FFT. Portanto, é desejável obter boa temporização antecipadamente na aquisição.

Em alguns sistemas atuais, por exemplo, o sistema de Multiplexação por Divisão de Freqüência Ortogonal (OFDM), o sinal recebido geralmente tem a mesma estrutura de quadro que a ilustrada na Fig. 1, em que os símbolos efetivos são separados por intervalos de guarda (Gl), cada um dos quais é uma cópia de uma parte final do símbolo efetivo. Uma vez que não há um piloto que possa ser usado antes da transformada rápida de Fourier (FFT), a temporização de símbolos será estimada pelos intervalos de guarda cíclicos.

Convencionalmente, a determinação da temporização de símbolos serve para calcular o valor de correlação do sinal recebido com o sinal recebido retardado por um símbolo, detectar o pico do valor de correlação e obter a temporização, que é usada como a indicação para início do processamento da FFT para o sinal recebido.

O algoritmo de estimação convenciona! consiste em buscar o pico máximo de correlação, que é correspondente à posição de temporização. O princípio básico desses algoritmos é o de desviar a auto-correlação. Uma vez que o prefixo cíclico, isto é, o intervalo de guarda, é uma cópia de uma parte final do símbolo efetivo, sua correlação tem um grande valor de pico de correlação. Um método convencional para busca do pico de correlação pode ser representado na seguinte equação:

nE = argmax(Ar(/?,.))

ΛΓ (Ό =I Σθ/,/w)! (1}

n=n,

em que rtn é a n-ésima amostra recebida do 12 símbolo, ηιΠ+Ν é seu retardo de N amostras, nr é a posição inicial da busca, Ng é a duração do intervalo de guarda, n8 é a

A (η )

posição de temporização de símbolos estimada, e Λ ,;éa função de probabilidade do sinal recebido no tempo nr.

Este método é válido sob a AWGN, ETSI-Rayleigh/Ricean, ETSI-Ricean e alguns canais moderadamente dispersivos. No entanto, em canais de caminho longo, tal como o canal da Rede de Transmissão em Freqüência Única (SFN), especialmente em canais de duplo caminho cujo primeiro caminho de chegada não é o mais forte e o caminho mais forte está bem distante do primeiro caminho, mesmo com seu retardo de canal por um intervalo de guarda, o algoritmo de estimação convencional é de pouca ajuda. Ele estima apenas a posição do pico médio ou pico máximo, e como resultado, o erro de temporização de símbolos do receptor é muito grande. Caso se utilize o método convencional, o primeiro caminho será ignorado, e a Interferência Intersimbólica (ISI) será gerada. Portanto, é desejável buscar o primeiro caminho de modo a evitar a ISI e fazer o módulo de estimação de canal "enxergar" toda a Resposta ao Impulso de Canal (CIR).

Há muitos estudos focados em como detectar a temporização mais rápida a fim de obter boa temporização o mais rápido possível. A sincronização no canal SFN forte pode ser alcançada usando um método de correlação dupla que irá encontrar o ponto intermediário da resposta ao impulso do canal. Como resultado, o primeiro caminho útil ainda é descartado. Se a distância dos dois caminhos atingir o intervalo de guarda ou ainda mais, o erro será maior. Além do mais, o método de correlação dupla precisa de mais recursos de memória do que a correlação única.

O pedido de patente EP EP1005204 revela um método de redução de erros de sincronização de símbolo voltado para solucionar o problema mencionado acima mediante a escolha de uma temporização mais rápida dentre as temporizações detectadas em uma etapa de detecção de temporização durante um tempo predeterminado. Com referência às Figs. 2 e 3, em uma concretização da presente invenção, um aparelho de recepção de sinais digitais com uma seção de detecção da temporização mais rápida é proporcionado. A Fíg. 2 mostra uma parte da configuração do aparelho de recepção de sinais digitais, em que o sinal recebido é convertido no sinal digital no conversor A/D 101, e então retardado por um símbolo no retardador 102, um multiplicador 103 calcula o valor de correlação do sinal recebido com o sinal recebido retardado por um símbolo, um integrador 104 integra o valor de correlação calculado, um subtraidor 105 e um tomador de decisão 106 executa uma decisão para detectar o pico do valor de correlação para cada quadro do sinal recebido. Em relação aos picos dos valores de correlação gerados pelo tomador de decisão 106, uma seção de detecção de temporização mais rápida 107 compara os picos para cada um de uma multiplicidade de quadros recebidos e emite a temporização de sincronização de símbolos mais rápida como a temporização de início do processamento da FFT. A Fig. 3 mostra uma parte da configuração convencional da seção de detecção de temporização mais rápida 107, em que um contador 201 suspende a operação de contagem no a temporização de pico detectado para cada quadro do sinal recebido, um comutador 202 comuta o valor numérico contado para quadro para saída à respectiva memória 203, e um comparador calcula o valor numérico armazenado e emite o menor valor numérico como a temporização de sincronização de símbolos mais rápida.

Como descrito acima, a presente invenção tem por objetivo um aparelho de recepção de sinais digitais que melhora a precisão para a aquisição da sincronização de símbolos e reduz a possibilidade de erros sob um ambiente com múltiplos caminhos. No entanto, sua metodologia é complicada, gerando grande necessidade de recursos de memória para o cálculo.

Portanto, é desejável desenvolver um método aperfeiçoado para sincronização de símbolos da recepção de sinais digitais, que supere as desvantagens das técnicas anteriores.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção propõe um método de sincronização de símbolos aperfeiçoado para recepção de sinais digitais e um aparelho de recepção de sinais digitais que utiliza este método.

De acordo com um aspecto da presente invenção, propõe-se um método para

sincronização de símbolos de sinais digitais recebidos em um ambiente de múltiplos caminhos, em que o método compreende as etapas de correlacionar o sinal digital recebido com o sinal recebido retardado por um símbolo de modo a obter um primeiro resultado de correlação como um efeito combinado de um caminho mais forte e outros caminhos; pesquisar o valor máximo de correlação e sua posição do primeiro resultado de correlação; caracterizado por remover substancialmente o efeito do caminho mais forte do primeiro resultado de correlação da etapa anterior de modo a obter um segundo resultado de correlação que apresente a contribuição de um caminho mais rápido; pesquisar um valor máximo de correlação e sua posição correspondendo à contribuição de caminho mais rápido após a etapa de remoção; determinar a temporização de sincronização de símbolos do caminho mais rápido detectado por meio da repetição das etapas anteriores.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, um aparelho de recepção de sinais digitais para recepção de sinais digitais em um ambiente de múltiplos caminhos, incluindo uma unidade de correlação para correlacionar o sinal digital recebido com o sinal recebido retardado por um símbolo, caracterizado por compreender uma unidade de detecção de temporização de símbolos, a qual determina a temporização de sincronização de símbolos de um caminho mais rápido mediante a remoção substancial do efeito de um caminho mais forte, e uma unidade de transformada de Fourier para realizar o processamento da transformada de Fourier no sinal recebido usando a temporização de sincronização de símbolos determinada do caminho mais rápido. Sendo que a unidade de detecção de temporização de símbolos compreende um primeiro comparador para pesquisar um valor máximo de correlação e sua posição; um subtraidor para remover substancialmente o efeito do caminho mais forte; e um segundo comparador para pesquisar um valor máximo de correlação e sua posição após o efeito do caminho mais forte ser removido, de modo a determinar a temporização de sincronização de símbolos do caminho mais rápido.

Uma vez que a perturbação do caminho mais forte é removida, o caminho mais

rápido pode ser detectado de maneira eficiente em um algoritmo simples, de forma vantajosa, a temporização da trajetória mais rápida é usada na sincronização de símbolos sob o ambiente de múltiplos caminhos, portanto, o erro de temporização de símbolos do receptor é reduzido, e a Interferência Intersimbólica (ISI) será evitada. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Fig. 1 é um diagrama esquemático ilustrando um resultado de cálculo do valor de correlação em um aparelho de recepção de sinais digitais;

A Fig. 2 é um diagrama de blocos esquemático ilustrando uma parte da configuração de um aparelho de recepção de sinais digitais convencional; A Fig. 3 é um diagrama de blocos esquemático ilustrando uma parte da

configuração de uma seção de deteçcão de temporização mais rápida no aparelho de recepção de sinais digitais convencional como mostra a Fig. 2;

A Fig. 4 é um diagrama exemplificativo ilustrando um resultado de correlação obtido em um ambiente de dois caminhos; A Fig. 5 é um diagrama simplificado do resultado de correlação da Fig. 4, ilustrando

a teoria de calcular a correlação com o efeito do caminho mais forte removido;

A Fig. 6 é um fluxograma ilustrando processos detalhados do método de sincronização de símbolos de acordo com a presente invenção; e

A Fig. 7 é um diagrama esquemático ilustrando uma parte da configuração de uma concretização do aparelho de recepção de sinais digitais de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS A presente invenção propõe um método de sincronização de símbolos aperfeiçoado para recepção de sinais digitais e um aparelho de recepção de sinais digitais que utiliza este método. A idéia central da invenção consiste em usar a temporização de sincronização de símbolos mais rápida para iniciar o processamento da FFT, caracterizando-se pela maneira de remover o efeito do caminho mais forte. As concretizações da presente invenção serão agora descritas com referência aos desenhos em anexo.

Considerando um modelo de canal que compreende dois caminhos e o primeiro caminho de chegada pode não ser o mais forte, a idéia central da invenção é remover o efeito do caminho mais forte, e usar um limiar como um padrão de estimação. Com referência à Fig. 4, um diagrama exemplificativo do valor de correlação do sinal recebido e do sinal recebido retardado por um símbolo baseado na estrutura de quadros do sistema DVB-T (modo 2k) é apresentado. Quando o retardo de canal for [0 60] us, a potência relativa do canal é de [-5 0] dB, a freqüência Máxima de Doppler é 50 Hz. Na Fig. 4, há dois picos principais, sendo que o primeiro parte do caminho -5 dB, e o segundo do caminho 0 dB. É difícil distinguir a distância dos dois picos de correlação deste perfil. O primeiro pico correspondendo ao caminho mais rápido, isto é, o primeiro pico de chegada, é submerso no período de subida do pico máximo, que é a contribuição tanto do primeiro caminho de chegada quanto do segundo caminho mais forte. Portanto, a posição do primeiro pico pode ser determinada removendo o efeito do pico máximo até primeiro pico. De acordo com a invenção, o efeito do pico máximo para o primeiro pico pode ser

estimado de forma similar à variedade linear. O resultado da correlação é simplesmente como uma curva triangular, e o topo da curva triangular é o pico de correlação, isto é, o valor máximo de correlação, que é considerado a contribuição do caminho mais forte ou a contribuição comum de todos os caminhos. A Fig. 5 é um diagrama simplificado da correlação da Fig. 4, ilustrando a teoria de cálculo, em que o eixo geométrico χ é o índice da posição de pesquisa, e o rótulo y é o valor de correlação máximo correspondente; supõe-se que a seja a posição do segundo caminho, isto é, o caminho mais forte, e b seja o valor de correlação máximo correspondente do caminho mais forte, G é o comprimento de distribuição do caminho mais forte, e em geral, é o tamanho do intervalo de guarda. Agora, temos o seguinte resultado:

25

O5 Outros

Uma vez que apenas a posição antes do pico máximo é considerada, nr deve ser menor do que a. Em seguida, o valor de correlação para o primeiro caminho de chegada pode ser calculado removendo o efeito do caminho de chegada mais forte:

V(»r) = - (3 J

em que ^,'("v) q 0 Valor de correlação estimado resultante do primeiro caminho de

chegada, e é o valor de correlação resultante do primeiro caminho de chegada e do

caminho mais forte.

A próxima etapa consiste em pesquisar o valor de correlação máximo após o efeito

do caminho mais forte ser removido, se o Ai-XiirCmax)) estiver acima de um limiar predefinído, a posição do primeiro caminho é determinada com êxito como a temporização de sincronização de símbolos mais rápida.

Deve-se notar que o pico máximo que pode ser observado no resultado de correlação da equação 1, como citado na Fig. 4, é uma contribuição comum dos dois caminhos, especialmente quando os dois caminhos estão muito próximos um do outro, isto é, o valor máximo M é efeito dos dois caminhos, b é igual ou menor do que o valor de correlação máximo M. Portanto, b é igual a um valor direito do valor máximo de correlação M, isto é, ό=μ*Μ, em que M é o valor máximo de correlação, a razão μ é um valor sendo igual ou menor do que 1, e seu valor inicial é 1. Se o primeiro caminho não for estimado com êxito, o valor de razão μ diminui um pouco, isto é, μ5βςυίηΐβ=μ3ΐυ3ΐ^, onde w é uma constante, por exemplo, w = 0,05. No entanto, o valor de razão não será diminuído sem nenhuma limitação. Se o valor de razão atingir um valor predefinido, e a estimação ainda não for bem sucedida, o processo de pesquisa será interrompido e o caminho mais forte será considerado o primeiro caminho.

Os principais procedimentos de estimação da presente invenção são ilustrados de

A Cn )

acordo com a Fig. 6. Na Etapa 401, um primeiro resultado de correlação r ' para o sinal recebido com o sinal recebido retardado por um símbolo é calculado primeiro através da equação (1) como apresentado anteriormente. Na Etapa 402, o pico de correlação máximo é pesquisado em qualquer tipo de algoritmo convencional. Em seguida, na Etapa 403, um segundo resultado de correlação para o primeiro caminho de chegada é calculado removendo o efeito do caminho de chegada mais forte de acordo com a equação (3): Λ,'(ηΓ)-Λ,(»Γ) -?(«,)

Em seguida, na Etapa 404, o valor máximo de correlação sem o efeito do caminho mais forte é pesquisado novamente, de modo a encontrar o valor de pico de A,'(n, (max)) pela duração de um símbolo, e gravar sua posição nr'(max), que corresponde ao caminho de chegada mais rápido. Na Etapa 405, o resultado da pesquisa é comparado com um limiar predefinido para determinar se o resultado detectado é confiável e válido, e determinar a posição do pico correspondendo ao caminho mais rápido.

Se o ^f ^r (max)) estiver acima do limiar predefinido, então o valor de correlação

estimado é determinado com êxito, uma vez que corresponde a uma posição do caminho mais rápido, e o tempo de sucesso da determinação irá aumentar em um. Se os tempos de sucesso atingirem um valor predefinido, a saída da posição final determinada é o resultado

médio de todos "f (max^ como na etapa 407, logo, o procedimento de pesquisa de

temporização está completo, senão, vai para a Etapa 402. Se o A1ZOrr (max)) estiver abaixo do limiar predefinido, isto é, a pesquisa da Etapa 404 falhou, então a razão será diminuída, isto é, Pseguinte=Matuai-W, por exemplo, w = 0,05, e então retorna à Etapa 402.

Com referência à Fig. 7, uma parte da configuração do aparelho de recepção de sinais digitais 300 de acordo com a invenção compreende um retardador 301, um primeiro multiplicador 302, uma unidade de detecção de temporização mais rápida 303 e uma unidade FFT 304, em que a unidade de detecção de temporização mais rápida 303 inclui um primeiro comparador 305，um segundo multiplicador 306，um subtraidor 307，um segundo comparador 308, e uma segao de calculo de media 309. O retardador 301 re tarda ο sinal recebido em um simbolo. O primeiro multiplicador 302 executa processamento de multiplicagao complexo entre ο sinal recebido e ο sinal recebido retardado por um simbolo no retardador 301 de modo a gerar um primeiro resultado de valor de correlagao para ο sinal recebido e ο sinal recebido retardado por um simbolo, com referenda a Fig. 4. A unidade de detec^ao de temporizagao mais rapida 303 efetua a estimagao do caminho de chegada mais rapido de modo a determinar a temporizagao de simbolos mais rapida para iniciar ο processamento da FFT. Na unidade de detecgao de temporizagao mais rapida 303, ο primeiro comparador 305 executa um calculo para pesquisar ο pico maximo por qualquer metodo convencional possivel e emitir ο resultado. O segundo multiplicador 306 serve para recalcular ο valor de correlagao maximo do caminho mais forte em resposta ao resultado de estimagao do segundo comparador 308. O subtraidor 307 remove ο efeito do caminho mais forte para ο primeiro caminho.〇 segundo comparador 308 pesquisa ο valor de correla?ao maximo apos remover ο efeito do caminho mais forte, e envia um sinalizador ao segundo multiplicador 306 no caso de ο valor de correlagao maximo ser menor do que um Iimiar predefinida. Finalmente, a saida do segundo comparador 308 tera sua media calculada na segao de calculo de media 309 e emitida ao circuit。FFT 304.

A presente invengao nao se Iimita as concretiza^Ses descritas acima, sendo

possiveis diversas variagoes e modificagdes sem divergir do ambito da presente irtvengao.

Claims

1. Metodo para sincronizagao de simbolos de sinais digitals recebidos em um ambiente de mCiltiplos caminhos, compreendendo: -etapa 1: correlacionar ο sinal digital recebido com ο sinal recebido retardado por um simbolo de modo a obter um primeiro resultado de correlagao como um esforgo combinado de um caminho mais forte e outros caminhos; -etapa 2: pesquisar um valor maximo de correlagao e sua posiijao do primeiro resultado de correlagao; CARACTERIZADO pela -etapa 3: remover substancialmente ο efeito do caminho mais forte do primeiro resultado de correla9ao da etapa anterior de modo a obter um segundo resultado de correlagao que exibe a contribuigao de um caminho mais rapido; -etapa 4: pesquisar um valor maximo de correlagao e sua posigao correspondendo a contribuigao do caminho mais rapido apos a etapa de remogao; -etapa 5: determinar a temporizagao de sincronizagao de simbolos do caminho mais rapido detectado por meio da repetigao da etapa 2 a etapa 4.

2. Metodo1 de acordo com a reivindicagao 1，CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa 3，ο valor de correlagao do caminho mais forte e igual a uma razao do valor de correlagao maximo do primeiro resultado de correlagao.

3. Metodo1 de acordo com a reivindica^ao 1 ou 2，CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa 4，ο valor de correlagao maximo e sua posi^ao do segundo resultado de correlagao sao pesquisados comparando ο valor de correlagao estimado com um Iimiar predefinido, e se um valor de correlagao estimado for maior do que um Iimiar predefinido, um caminho de posigao e determinado uma vez，senao, retorna a etapa 2.

4. Metodo, de acordo com a reivindicagao 3，CARACTERIZADO pelo fato de que ο valor de razao e reduzido por um valor uma vez tod a vez que a posigao do caminho mais rapido nao for determinada quando ο valor de correlagao estimado nao for maior do que ο Iimiar predefinido.

5. Metodo1 de acordo com a reivindicagao 4, CARACTERIZADO pelo fato de que ο valor de razao atinge um nivel predefinido，e nenhum caminho mais rapido e estimado, ο processo de pesquisa e interrompido e ο caminho mais forte e determinado como ο caminho mais rapido.

6. Metodo, de acordo com qualquer uma das reivindicagdes 1 a 3， CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa 5, ο resultado medio de toda a posigao estimada do caminho mais rapido e determinado como a temporizagao de sincronizagao de simbolos, caso os tempos de determinado do caminho mais rapido atinjam um valor predefinido.

7. Aparelho de recepgao de sinais digitals para recepgao de sinais digitals em um ambiente de mijltiplos caminhos, incluindo uma unidade de correlagao para correlacionar ο sinal digital recebido com ο sinal recebido retardado por um simbolo, CARACTERIZADO por compreender uma unidade de detecgao de temporizagao de simbolos 303, a qual determina a temporizagao de sincronizagao de simbolos de um caminho mais rapido mediante a remo9§o substancial do efeito de um caminho mais forte, e uma unidade de transformada de Fourier para realizar ο processamento da transformada de Fourier no sinal recebido usando a temporizagao de sincroniza9§o de simbolos determinada do caminho mais rapido.

8. Aparelho de recepgao de sinais digitals, de acordo com a reiviridicagao 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de detecgao de temporizagao de simbolos 303 compreende um primeiro comparador 305 para pesquisar um valor maximo de correlagao e sua posigao; um subtraidor 307 para remover substancialmente ο efeito do caminho mais forte; e e um segundo comparador 308 para pesquisar um valor maximo de correlagao e sua posigao apos ο efeito do caminho mais forte ser removido, de modo a determinar a temporizagao de sincronizagao de simbolos do caminho mais rapido.

9. Aparelho de recepgao de sinais digitals, de acordo com a reivindica^ao 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de detecgao de temporizagao de simbolos 303 adicionalmente compreende uma segao de calculo de media para calcular ο resulted ο medio de tod a a posigao estimada do caminho mais rapido.

10. Aparelho de recepgao de sinais digitals, de acordo com a reivindicagao 8 ou 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de detecgao de temporizagao de simbolos 303 adicionalmente compreende um multiplicador 306 para recalcular ο valor de correlagao maximo do caminho mais forte em resposta ao resultado de estimagao do caminho mais rapido.