CN101034970A - 一种阈值自适应选择的同步信号检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阈值可以自适应选取的同步信号检测方法和装置。该方法中用于同步的帧前导信号由至少一个时域符号加上它的循环前缀组成。接收机产生一个相同的时域符号与之相关，利用得到相关值序列来完成同步信号检测。其特征在于：(1)发射机按特定的帧前导码格式发射数据；(2)在一定的时间窗口内，由相关值序列的最大值导出同步阈值；(3)根据同步阈值来确定相关值序列下一个相关峰的位置，从而完成同步信号检测过程。采用该方法得到的相关峰阈值能自动适应不同多径信道以及不同输入信号能量的情况，提高了在各种复杂条件下的同步信号检测正确率。

Description

一种阈值自适应选择的同步信号检测方法和装置

技术领域：

一种阈值自适应选择的同步信号检测方法和装置，它属于数字通信技术领域，涉及在分组数字通信过程中实现同步信号检测的方法和装置。

背景技术：

在分组数字通信领域中，特别是在无线分组数字通信系统中，发射机依照特定的帧格式间断地发送数据包。比如在IEEE802.16-2004标准的OFDM模式，以及IEEE802.11a标准，HiperLAN2标准中，对发射分组数据格式都做了类似的规定(参见附图1)。在发射数据之前加上固定的前导信号，用于同步，信道估计，频偏校正等处理。

接收机在检测到分组数据包后，开始同步信号检测的过程。同步信号检测的通常方法是在接收机端采用一个相同的时域符号与接收基带信号做互相关，根据得到的互相关序列的峰值来完成同步信号检测。该方法的主要缺点在于，互相关序列的峰值检测阈值是固定的，或者需要复杂的检测过程来判定阈值而后确定同步位置。如果无线电信号通过多径信道传输，特别是通过非视距(NLOS)多径信道以及室内多径信道等复杂信道传输情况下，信道各径能量平均，且主径常常不在第一径上。这样，若采用相关峰最大值同步的方法，将会使得同步信号检测的位置偏后，损失部分信号能量，并造成较严重的符号间干扰(ISI)；若采用固定阈值检测的方法，在基带信号通过接收机的AGC模块完成能量归一化后，由于峰值大小常常发生变化，阈值检测的出错率大大增加。在附图2与附图3中，分别表示IEEE802.16-2004标准OFDM模式的下行链路帧前导码，在理想信道以及多径信道下，接收信号能量归一化后，相关值序列的输出。从图中可以看出，相关峰值的大小与多径信道冲击响应直接相关，相关值序列的峰值差异很大。如果采用恒定阈值的方法，阈值选择困难，容易导致同步失败。

为此我们采用一种阈值自适应选取的方法，在不同的多径信道下都能很好的取得相关峰的位置，取得很好的同步效果。

发明内容：

为了解决在多径信道情况下，同步阈值选取困难及同步不准确的问题，本发明采用一种自适应阈值获取的方法，阈值的大小直接来源于接收到的基带信号。同步装置可以从当前接收信号中提取出阈值信息，以适应不同的信号大小以及不同的信道条件。该方法提高了各种复杂条件下的同步信号检测成功率。

本发明提供了一种阈值可以自适应选取的同步信号检测方法，该方法包括下列步骤：

●发送的帧格式中，用于同步的帧前导码由至少一个时域符号加上它的循环前缀组成

●在分组检测成功后，接收机采用相同的时域符号与接收到的基带信号做互相关，得到相关值序列

●在分组检测成功的同时启动计数器工作，获取时间窗口的位置

●在一定的时间窗口内，由其中相关值的最大值导出同步阈值

●根据产生的阈值来确定相关序列下一个相关峰的位置，从而完成同步信号检测过程

上述步骤中的循环前缀是指该时域符号的最后一部分的复制，并置于该时域符号之前。时间窗口的位置由相关值序列中，由循环前缀引起的相关峰值在相关值序列中的位置确定，窗口大小近似为一个时域符号的大小，受窗口计数器控制。所采用的时域符号具有良好的相关特性，比如伪随机序列，或如IEEE802.11a标准中采用的前导符号，或者IEEE802.16标准OFDM模式中采用的前导符号。

由本发明设计出的一种阈值可自适应选取的同步信号检测装置，该装置包含有下列模块：分组检测器，相关器，窗口位置计数器，阈值估计器，同步位置判决器。分组检测器的作用是检测接收到的基带信号中出现了数据分组以及获知其近似的起始位置，可通过能量检测或相关检测等方式实现。相关器的作用是利用本地的时域符号与接收到的基带信号做互相关，输出相关值序列。窗口位置计数器的作用是，计数特定的时间长度，以获取阈值估计所用到的时间窗口。阈值估计器的作用是，在时间窗口内求得相关值序列的最大值，由其导出同步阈值。阈值大小可以取为窗口内最大值的正比例关系或取为最大值加上一个恒定数值等方法。同步位置判决器的作用是，根据同步阈值，在后续相关值序列中确定同步信号检测的位置。

本发明的最大优点在于，通过同接收到的信号中提取同步阈值的方法，很好地处理了在不同信道条件以及不同AGC增益控制水平下相关峰大小变化与阈值固定引起的帧同步失效的技术问题。从该技术的实现效果看，对几类SUI信道下SNR低至0dB时同步信号检测成功率都在99％以上。这个结果已大大超出了普通方法的同步性能。

附图说明：

附图1是IEEE802.11a标准与IEEE802.16-2004标准OFDM模式下行链路帧前导码格式，(a)为802.11a的前导码结构，(b)为802.16-2004标准OFDM模式下行链路的前导码结构。

附图2是IEEE802.16-2004标准OFDM模式下行链路帧前导码，在加性高斯白噪声(AWGN)信道下，接收信号能量归一化后，相关值序列的输出。

附图3是IEEE802.16OFDM模式下行链路帧前导码，在多径信道下，接收信号能量归一化后，相关值序列的输出。

附图4是本发明的结构框图。

附图5是具体实例同步过程的示意图。

具体实施方式：

基于本发明的内容，应用于IEEE 802.16协议OFDM模式下的下行链路同步信号检测过程，给出具体实施步骤。

基站发出的下行链路帧前导码，格式如附图1(b)所示，CP长度为1/4的OFDM符号长度，即CP长度为64个采样点，OFDM符号长度为256个采样点。

终端接收机同步信号检测过程依附图4与附图5叙述如下：

1.接收机同样以每个OFDM符号加CP共320个采样点的采样速率接收基带复信号。分组检测器(10)检测成功后启动相关器(20)以及窗口位置计数器(30)工作。

2.相关器采用前导码中后一个OFDM符号的128点时域符号，与输入的基带信号做互相关。相关器(20)输出相关值序列给阈值估计器(40)以及同步位置判决器(50)。

3.窗口位置计数器(30)控制阈值估计器(40)的工作窗口大小为128个采样点对应时间，起始位置大约在相关值序列的第200点附近开始，参见附图5。阈值估计器(40)计算出窗口内相关值的最大值为1.04。由最大值乘以系数α(α的值根据循环前缀的宽度调整，一般介于1到3之间，在这里取为1)得到同步阈值，大小为1.04。

4.同步位置判决器根据从相关器(20)得到的相关值序列以及阈值估计器(40)送来的同步阈值，在窗口位置计数器(30)的控制下从相关值序列的第328点附近开始寻找第一个大于同步阈值的相关值，在相关值序列的第385点处，确定其为确切的同步位置。

这里描述的模块以及单元既可以采用硬件实现，也可以采用软件实现，或软硬件的组合方式来实现。本发明技术方法并不局限于上述实施例，本领域内普通技术人员应理解的是可在本发明范围内做各种形式和细节上的改变。即本发明可用于符合IEEE 802.11a标准、IEEE802.16标准OFDM模式系统以及其他采用类似前导符号的系统。

Claims (10)

1.本发明提供了一种阈值可以自适应选取的同步信号检测方法，该方法包括下列步骤：

●发送的帧格式中，用于同步的帧前导码由至少一个时域符号加上它的循环前缀组成

●在分组检测成功后接收机采用相同的时域符号与接收到的基带信号做互相关，得到相关值序列

●同时启动窗口计数器工作，获取时间窗口的位置

●在一定的时间窗口内，由其中相关值的最大值导出同步阈值

●根据产生的阈值来确定相关序列下一个相关峰的位置，从而完成同步信号检测过程

2.如权利要求1所述，其特征在于，循环前缀是指该时域符号的最后一部分的复制，并置于该时域符号之前。

3.如权利要求1所述，其特征在于，时间窗口的位置根据相关值序列中循环前缀导致的相关峰位置确定，窗口大小近似为一个时域符号长度。

4.如权利要求1所述，其特征在于，所采用的时域符号具有良好的相关特性。

5.本发明涉及一种阈值可自适应选取的同步信号检测装置，该装置具有下列模块：分组检测器，相关器，窗口位置计数器，阈值估计器，同步位置判决器。

6.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述分组检测器的作用是检测接收的基带信号中出现了数据分组以及获知其近似的起始位置。

7.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述相关器的作用是利用本地的时域符号与接收到的基带信号做互相关，输出相关值序列。

8.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述窗口位置计数器的作用是，计数特定的时间长度，以获取阈值估计所用到的时间窗口。

9.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述阈值估计器的作用是，在时间窗口内求得相关值序列的最大值，由其导出同步阈值。

10.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述同步位置判决器的作用是，根据同步阈值，在后续相关值序列中确定分组信号同步的位置。

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