CN101039303B - 模式及保护间隔的检测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种模式(mode)及保护间隔(GI)的检测方法及系统。接收至少一正交频分多路复用(OFDM)符号(symbol)，其包含一长度为N_g的保护间隔(GI)，及一长度为N_u的有用部分。OFDM符号的长度(N_u)可以为多个模式之一，且其保护间隔长度比值(N_g/N_u)可以为多个长度比值之一。以其中一个(例如最小的)保护间隔长度比值为基础，根据OFDM符号的相关性(correlation)或统计参数的最大值，以检测出模式。再者，针对所有保护间隔长度比值，根据OFDM符号的相关性的最大值，以检测出保护间隔长度比值。

Description

模式及保护间隔的检测方法、装置及系统 

技术领域

本发明涉及一种模式及保护间隔的检测方法及系统，特别是涉及一种应用于正交频分多路复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)中的模式/保护间隔检测方法及系统。 

背景技术

正交频分多路复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种频分多路复用且使用多个载波的通信技术，近年来被普遍应用于各种数字通信系统中，例如数字影像传播系统(Digital VideoBroadcasting，DVB)，其规格是由欧洲通信传播联盟(European BroadcastingUnion)、欧洲电子技术正规化委员会(ComitéEuropéen de NormalisationELECtrotechnique)、与欧洲电信标准组织(European TelecommunicationsStandards Institute)所组成的联合技术委员会(Joint Technical Committee)所制订。在OFDM系统中，根据数据所进行的快速傅里叶变换(FFT)大小(size)，会有多种模式(mode)。此外，为了避免符码间干扰(inter-symbolinterference，ISI)，需要插入保护间隔(guard interval，GI)于数据之间。为了减少保护间隔所带来的效率降低，发射端通常会视通信环境而变换保护间隔的长度。为了让接收端得知所接收数据的保护间隔长度，发射端又必须使用导频符号(pilot symbol)来告知接收端，此会增加系统的复杂度及降低系统速度。有些OFDM规格因无使用导频符号，因此需要使用其它方法来得知模式及保护间隔。 

于是提出一些OFDM系统以改善上述的缺点。然而，有些传统OFDM系统是无法完全检测出数据模式及保护间隔，有些则是检测错误率偏高。有鉴于此，亟需提出一种方法及系统，其不但可以完全自动检测出数据模式及保护间隔，且错误率可大幅降低。 

发明内容

有鉴于上述发明背景中所述的缺点，本发明的目的之一是提出一种模式及保护间隔的检测方法、系统及装置，用以自动检测出数据模式及保护间隔，且错误率可大幅降低。 

本发明的另一目的是提出一种正交频分多路复用技术系统中查询范围(search range)的新划分架构。 

根据上述的目的，本发明提供了一种模式及保护间隔的检测方法，包含：接收至少一正交频分多路复用符号，该正交频分多路复用符号包含一长度为N_g的保护间隔，及一长度为N_u的有用部分，该正交频分多路复用符号的有用部分长度N_u为多个模式之一，且其保护间隔长度比值N_g/N_u为多个长度比值之一；进行一模式检测步骤，以其中一个该保护间隔长度比值为基础，根据该正交频分多路复用符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的模式；进行一保护间隔长度比值检测步骤，针对所有保护间隔长度比值，根据该正交频分多路复用符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的保护间隔长度比值；将二个该正交频分多路复用符号的同步时序残差的绝对值与一时序错误容忍度常数作比较；以及如果该同步时序残差的绝对值不小于该时序错误容忍度常数，则判定该保护间隔长度比值为无效，并重复进行该模式检测步骤与该保护间隔长度比值检测步骤其中之一；否则为有效，并结束检测，其中所述同步时序残差为不同的保护间隔长度查询的相位差的绝对值对正交频分多路复用符号的长度取模。 

根据上述的目的，本发明还提供了一种模式及保护间隔的检测系统，包含：一接收器，其包含：一符号接收装置，用以接收正交频分多路复用符号，该正交频分多路复用符号包含一长度为N_g的保护间隔，及一长度为N_u的有用部分，其中该正交频分多路复用符号的有用部分长度N_u为多个模式之一，且其保护间隔长度比值N_g/N_u为多个长度比值之一；以及一检测器，用以检测该正交频分多路复用符号的模式及保护间隔，该检测器执行以下步骤：进行一模式检测步骤，以其中一个该保护间隔长度比值为基础，根据该OFDM符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的模式；进行一保护间隔长度比值检测步骤，针对所有保护间隔长度比值，根据该OFDM符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的保护间隔长度比值；将二个该正交频分多路复用符号的同步时序残差的绝对值与一时序错误容忍度常数作比较；以及如果该同步时序残差的绝对值不小于该时序错误 容忍度常数，则判定该保护间隔长度比值为无效，并重复进行该模式检测步骤与该保护间隔长度比值检测步骤其中之一；否则为有效，并结束检测，其中所述同步时序残差为不同的保护间隔长度查询的相位差的绝对值对正交频分多路复用符号的长度取模。 

根据上述的目的，本发明还提供了一种检测装置，用以检测一正交频分多路复用符号的模式及保护间隔，该正交频分多路复用符号包含一长度为N_g的保护间隔，及一长度为N_u的有用部分，该正交频分多路复用符号的有用部分长度N_u为多个模式之一，且其保护间隔长度比值N_g/N_u为多个长度比值之一，该检测装置包含：一模式检测装置，以其中一个该保护间隔长度比值为基础，根据该OFDM符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的模式；一保护间隔检测装置，针对所有保护间隔长度比值，根据该正交频分多路复用符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的保护间隔长度比值；以及一保护间隔检测有效性评估装置，用以将二个该正交频分多路复用符号的同步时序残差的绝对值与一时序错误容忍度常数作比较；如果该同步时序残差的绝对值不小于该时序错误容忍度常数，则判定该保护间隔长度比值为无效，并进入该模式检测装置与该保护间隔检测装置其中之一；否则为有效，并结束检测，其中所述同步时序残差为不同的保护间隔长度查询的相位差的绝对值对正交频分多路复用符号的长度取模。 

根据本发明实施例，于模式检测步骤之后，还包含一模式检测有效性评估步骤-将模式检测步骤中所得到的统计参数与一临界值比较；如果为无效，则重复进行模式检测步骤，如果为有效，则进行保护间隔长度比值检测步骤。另外根据本发明实施例，于保护间隔长度比值检测步骤之后，还包含一保护间隔长度比值检测有效性评估步骤-将二个OFDM符号的时序残差(timing deviation)与一错误容忍度常数(timing error tolerance constant)作比较；如果时序残差不小于错误容忍度常数，则判定保护间隔长度比值为无效，并重复进行该模式检测步骤，否则为有效，并结束检测。 

本发明实施例之一提供一种检测装置，用以检测一正交频分多路复用(OFDM)符号的模式及保护间隔。该检测装置包含一模式检测装置及一保护间隔检测装置。模式检测装置以其中一个保护间隔长度比值为基础，根据OFDM符号的相关性的最大值，以检测出OFDM符号的模式。保护间隔检测装置针对所有保护间隔长度比值，根据OFDM符号的相关性的最大值，以检测出OFDM符号的保护间隔长度比值。 

附图说明

图1显示根据本发明实施例之一的通信系统。 

图2的示意图显示一个OFDM符号。 

图3A的流程图显示本发明实施例之一的模式与保护间隔检测方法。 

图3B显示图3A中模式检测步骤的详细流程。 

图3C显示图3A中模式检测有效性评估步骤的详细流程。 

图3D显示图3A中保护间隔检测步骤的详细流程。 

图3E显示图3A中保护间隔检测有效性评估步骤的详细流程。 

图4显示传统OFDM系统的查询范围的划分。 

图5显示根据本发明实施例的新相关性架构的查询范围划分，其两个查询范围互为相邻的情形。 

图6显示根据本发明实施例的新相关性架构的查询范围划分，其两个查询范围互为不相邻的情形。 

具体实施方式

图1显示根据本发明实施例之一的通信系统，其使用正交频分多路复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，以下简称OFDM)于手持数字影像传播系统(Digital Video Broadcasting-Handheld，以下简称DVB-H)。本实施例虽以DVB-H为例，然而本发明也可以适用于其它现有的OFDM规格或DVB规格(例如地面数字影像传播系统(Digital VideoBroadcasting-Terrestrial，简称DVB-T))，其它已有的或未来的DVB规格，或者与DVB类似的通信规格。为了使以下的说明清晰起见，图1仅显示出发射器10及接收器12中与本发明有直接关连的部分；此外，发射器10或接收器12内各功能方块的处理顺序并不限定于附图所显示的。发射器10及接收器12之间的通信通道可以是有线或无线，也可以是位于系统内部或外部的信道。 

如图1所示，数据于发射器10中先经反向快速傅里叶变换(IFFT)101，再由OFDM 103分成多个频道及使用多个载波；接着，于各个OFDM符号(symbol)之间插入保护间隔(guard interval，简称GI)105；经过数字转模拟(DAC)107后将数据传送出去。在本实施例中，保护间隔的格式为一种循环前置符元(cyclic prefix，CP)，亦即取前一OFDM符号之后面部分来当作保护间隔；然而，其它的循环延伸符元(cyclic extension)，例如循环后置符元(cyclic suffix)，或者其它的保护间隔格式也都可以适用。于图1的 接收器12中，接收到的数据先经由混波器(mixer)120及振荡器121予以降频，并经过滤波器123筛选所要的频段；经由模拟转数字(ADC)125后，以符号接收装置127接收OFDM符号，再由检测器129来检测出所接收数据的组态(configuration)，其检测方法将于下面作详细说明。在检测到所接收数据的组态之后，接收器12再进行快速傅里叶变换等的其它运算，以还原发射器10所发送的数据。 

图2的示意图显示出一个长度为N_s的OFDM符号。此OFDM符号是由保护间隔及有用部分(useful part)所组成，长度分别为N_g及N_u。在DVB-H规格中，根据所使用快速傅里叶变换的大小(size)不同，共分为三种模式(mode)-2K、4K、8K；另外，根据所使用保护间隔与有用部分的长度比值(亦即N_g/N_-u)，分为四种GI长度-1/4、1/8、1/16、1/32。因此，这三种模式与四种GI长度总共形成了十二种组态。在未使用导频符号(pilotsymbol)或从其它通信手段获得组态的信息时，接收器12于进行同步前，需要利用循环前置符元来得出相关性(correlation)，其表示式如下： 

$V\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+\mathrm{Ng}-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u)---\left(1\right)$

其中，y(n)为经过滤波器123及模拟转数字125处理后的接收数据；n＝-∞，...，-1，0，1，..，+∞；θ为上述相关性运算的起始位置(starting position)。数学符号*代表复数共轭(complex conjugate)运算。 

该起始位置θ于OFDM符号的周期范围内移动时，当θ＝θ₀时，上述的相关性(correlation)的值会达到最大，如下式所示： 

${\mathrm{\θ}}_0=\arg \underset{\mathrm{\θ}}{\max }\left|V\left(\mathrm{\θ}\right)\right|---\left(2\right)$

θ移动范围的一般表示式可以写为[n₀，n₀+N_s-1]，而统计参数ρ可以从下式得出： 

$S\left({\mathrm{\θ}}_0\right)=0.5.\underset{n={\mathrm{\θ}}_0}{\overset{{\mathrm{\θ}}_0+N_g-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left|y\left(n\right)\right|}^2+{\left|y(n+N_u)\right|}^2)---\left(3\right)$

$\mathrm{\ρ}=\frac{\left|V\left({\mathrm{\θ}}_0\right)\right|}{S\left({\mathrm{\θ}}_0\right)}---\left(4\right)$

统计参数ρ与信号噪声比值(SNR)互有关连，其间的关系可表示为ρ＝SNR/(SNR+1)。藉由上述可得知，对于每一种组态，相对应的循环前置符元相关性的移动范围各有不同；也就是说，移动范围决定于快速傅里叶变换大小及GI长度(N_g)。以下表一列出各种组态的最小移动范围： 

表一 

根据上述原理，本发明实施例之一提出一种模式与保护间隔的检测方法，其流程如图3A所示。在此检测方法中，主要包含有二阶段：第一阶段为模式检测(30)，第二阶段为保护间隔检测(34)。在本实施例中，于第一阶段的模式检测(30)之后，评估该模式检测结果是否有效(valid)(32)；如果无效则重复进行模式检测(30)，如果有效则接下去进行保护间隔检测(34)。在本实施例中，于第二阶段的保护间隔检测(34)之后，评估该保护间隔检测结果是否有效(36)；如果无效则重复进行模式检测(30)，如果有效则结束整个检测。在另一实施例中(未图式)，如果该保护间隔检测结果被评估为无效，则重复进行保护间隔检测(34)。图3A所示各个步骤的细节将于下面结合图3B至图3E作详细说明。图3A至图3E所示的内容可以使用现有的或将来的技术或工具来施行，也可以使用硬件或/及软件来实现；由于这些施行技术是本领域技术人员所熟知的，因此不赘述于本说明书内。 

模式检测(30) 

如图3B所示，首先定义一模式检测变量(mode detection variable)m(i)并进行相关性运算(步骤301)如下： 

$m\left(i\right)=\frac{1}{N_g\left(i\right)}\underset{\mathrm{\θ}\∈{\mathrm{\Ω}}_i}{\max }\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+N_g\left(i\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u\left(i\right))---\left(5\right)$

其中，i＝0，1，2分别对应至2K，4K，8K模式；亦即，当i＝0，1，2时，N_u(i)＝2048，4196，8192。在此步骤中，我们选择最小的保护间隔长度(亦即N_u(i)/32)，因此当i＝0，1，2时，N_g(i)＝N_u(i)/32＝64，128，256。Ω_i＝{n₀，n₀+1，...，n₀+N_u(i)+N_u(i)/4-1}于i＝0，1，2分别代表三个模式的运算移动范围，如表二所示。一般来说，若令n₀＝0，则代表位于缓冲器内的第一个数据。 

表二 

模式i	移动范围Ωi	移动范围大小
			2K(i＝0)  4K(i＝1)  8K(i＝2)	{n0，n0+1，...，n0+2048+204g/4-1}  {n0，n0+1，...，n0+4196+4196/4-1}  {n0，n0+1，...，n0+8192+8192/4-1}	2048.(5/4)  4196.(5/4)  8192.(5/4)

上述三个模式下的移动范围Ω_i的长度将会有不同—其最大的长度(亦即8192+8192/4或8192.(5/4))是最小长度(亦即2048+2048/4或2048.(5/4))的四倍。为了善用所接收到的数据，以加快处理速度及减少储存空间，可以在8K模式的移动范围Ω₂＝{n₀，n₀+1，...，n₀+8192+8192/4-1}内进行多次的查询(search)或称为次查询(sub-search)(步骤302)。例如，在此移动范围Ω₂ 内可以进行四次2K模式的次查询，可表示为Ω₀(l)＝{n_l，n_l+1，...，n_l+2048+2048/4-1}，l＝0，1，2，3。同样道理，在此移动范围Ω₂内可以进行二次4K模式的次查询，可表示为Ω₁(l)＝{n_l，n_l+1，...，n_l+4096+4096/4-1}，l＝0，1。 

由于8K模式的移动范围大小为8192+8192/4，当其它模式在此移动范围内进行各个次查询时，模式检测变量的相关性运算可以表示为如下的式子： 

$m(i,l)=\underset{\mathrm{\θ}\∈{\mathrm{\Ω}}_i\left(l\right)}{\max }\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+N_g\left(i\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u\left(i\right))---\left(6\right)$

亦即，于2K模式下(亦即i＝0)，l＝0，1，2，3，其移动范围为Ω_i(l)＝{n_l，n_l+1，...，n_l+N_u(i)+N_u(i)/4-1}，其中n_l＝n₀+l.(2048+2048/4)，l＝0，1，2，3。 

于4K模式下(亦即i＝1)，l＝0，1，其移动范围为Ω_i(l)＝{n_l，n_l+1，...，n_l+N_u(i)+N_u(i)/4-1}，其中n_l＝n₀+l.(4096+4096/4)，l＝0，1。 

于8K模式下(亦即i＝2)，l＝0，其移动范围为Ω_i(l)＝{n_l，n_l+1，...，n_l+N_u(i)+N_u(i)/4-1}，其中n_l＝n₀+l.(8192+8192/4)，l＝0。 

为了得到一正确且稳固的检测结果，这些具有较小长度的多个次查询结果通常会加以结合如下(步骤303)： 

$M\left(i\right)=\underset{l=0}{\overset{L\left(i\right)}{C}}\left(m(i,l)\right)---\left(7\right)$

其中，L(i)＝3，1，0分别对应至i＝0，1，2；

为一种结合(combination)函数，其可以依以下或其它形式来实施： 

$C_0\left(m(i,l)\right)=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{\left|m(i,l)\right|}^2}---\left(8\right)$

或 

$C_1\left(m(i,l)\right)=\sqrt{{\left|\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}m(i,l)\right|}^2}---\left(9\right)$

上述的查询总长度为8192+8192/4。如果我们进行两倍长度(亦即2*(8192+8192/4))或多倍长度的查询(步骤304)，则对应至2K，4K，8K的L(i)即为 

L(i)＝7，3，1其中i＝0，1，2          (10) 

根据上述，当相关性的值为最大时，即可得到模式检测的结果(步骤305)，以数学式表示为： 

$m_0=\arg \underset{i}{\max }M\left(i\right)---\left(11\right)$

除了上述的作法(步骤301-305)外，模式检测也可以使用统计参数的方式来进行。统计参数的计算为相关性运算实施方法的其中一种。在本实施例中，统计参数ρ的计算(步骤306)如下所示： 

${\mathrm{\θ}}_0(i,l)=\underset{\mathrm{\θ}}{\arg }\underset{\mathrm{\θ}\∈{\mathrm{\Ω}}_i\left(l\right)}{\max }\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+N_g\left(i\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u\left(i\right))---\left(12\right)$

$s(i,l)=0.5.\underset{n={\mathrm{\θ}}_0(i.l)}{\overset{{\mathrm{\θ}}_0(i,l)+N_g\left(i\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left|y\left(n\right)\right|}^2+{\left|y(n+N_u\left(i\right))\right|}^2)---\left(13\right)$

$S\left(i\right)=\underset{l=0}{\overset{L\left(i\right)}{\mathrm{\Σ}}}s(i,l)---\left(14\right)$

$\mathrm{\ρ}\left(i\right)=\frac{M\left(i\right)}{S\left(i\right)}---\left(15\right)$

因此，当统计参数ρ的值为最大时，即可得到模式检测的结果，以数学式表示为： 

$m_0=\arg \underset{i}{\max }\mathrm{\ρ}\left(i\right)---\left(16\right)$

如果进行两倍长度(亦即2*(8192+8192/4))的查询，则两次检测的表示式类似于式(7)，表示如下： 

$M(i,t)=\underset{l=t\·(L\left(i\right)+1)}{\overset{2t\·L\left(i\right)+1}{C}}\left(m(i,l)\right)---\left(7a\right)$

其中，t＝0，1分别代表每一次的检测；L(i)＝3，1，0分别对应至模式i＝0，1，2。 

若以相关性M(i，t)的最大值作为模式检测的结果，则其数学式类似于式(11)，表示如下： 

$m_0\left(t\right)=\arg \underset{i}{\max }M(i,t)---\left(11a\right)$

如果进行两倍(或多倍)长度的查询(步骤307)，以最大统计参数ρ的值作为模式检测的结果(步骤308)，其数学式类似于式(16)，如下： 

$m_0\left(t\right)=\arg \underset{i}{\max }\mathrm{\ρ}(i,t)---\left(16a\right)$

上述二倍长度检测所得到的各个数值，将可以用于以下模式检测有效性评估步骤当中，用以更正模式检测的错误。 

模式检测有效性评估(32) 

首先，针对统计参数ρ设定一统计参数临界值ρ_m，则模式检测的是否有效可以依以下条件来决定： 

如果ρ(m₀)＞ρ_m，则该模式检测为有效； 

否则，该模式检测为无效 

如图3C所示的流程图，如果是进行两个次查询，则首先判断每一个次查询结果是否都相同(步骤321)。如果为是，则继续判断每一个次查询的统计参数ρ是否都大于临界值ρ_m(步骤322)；如果为是，则判定为有效；其它情形则判定为无效。上述的判断方法可以表示为： 

如果m₀(0)＝＝m₀(1)&&ρ(m₀(0))＞ρ_m&&ρ(m₀(1))＞ρ_m，则该模式检测为有效； 

否则，该模式检测为无效 

也可以简化表示成如下： 

如果m₀(0)＝＝m₀(1)&&ρ(m₀)＞ρ_m，则该模式检测为有效； 

否则，该模式检测为无效 

其中，当m₀(0)＝＝m₀(1)时，ρ(m)为两次模式检测结果的合并。 

针对图3A所示的前一步骤(30)所得到的不同模式检测结果，可以选择不同的统计参数临界值ρ_m。在本实施例中，所选定的不同统计参数临界值ρ_m，由小至大依序对应于8K模式、4K模式、2K模式。然而，其它的大小顺序也可适用。 

保护间隔检测(34) 

于进行了图3A所示的模式检测(30)且通过了模式检测有效性评估(32)后，接下来即进行保护间隔检测(34)，其详细流程如图3D所示。由于GI长度为N_u/32的相关性的各种检测结果数值(例如m₀、ρ(m₀)、θ₀(m₀，l))已于先前步骤中计算过，因此可以沿用先前的计算结果。接下来，进行其它GI长度的相关性计算(步骤341)。所有各种GI长度的相关性可以表示如下： 

$g(i,l)=\underset{\mathrm{\θ}\∈{\mathrm{\Ω}}_{m_0}\left(l\right)}{\max }\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+N_g\left(j\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u\left(m_0\right))---\left(17\right)$

其中，j＝0，1，2，3分别对应至保护间隔比值(GI ratio)为1/4，1/8，1/16，1/32；当j＝0，1，2，3时，保护间隔长度N_g(j)＝N_u(m₀)/4，N_u(m₀)/8，N_u(m₀)/16，N_u(m₀)/32。 

${\mathrm{\θ}}_0(j,l)=\underset{\mathrm{\θ}}{\arg }\underset{\mathrm{\θ}\∈{\mathrm{\Ω}}_{m_0}\left(l\right)}{\max }\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+N_g\left(j\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u\left(m_0\right))---\left(18A\right)$

$s(j,l)=0.5.\underset{n={\mathrm{\θ}}_g(j,l)}{\overset{{\mathrm{\θ}}_g(j,l)+N_g\left(j\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left|y\left(n\right)\right|}^2+{\left|y(n+N_u\left(m_0\right))\right|}^2)---\left(18B\right)$

若进行较短长度的多个次查询(步骤342)，则其结果通常会加以结合(步骤343)如下： 

$G\left(j\right)=\underset{l=0}{\overset{L\left(m_0\right)}{C}}\left(g(j,l)\right)---\left(19A\right)$

$S\left(j\right)=\underset{l=0}{\overset{L\left(m_0\right)}{\mathrm{\Σ}}}s(j,l)---\left(19B\right)$

对于各种GI长度j＝0，1，2，3，得到统计参数ρ_g(j)(步骤344)为： 

${\mathrm{\ρ}}_g\left(j\right)=\frac{G\left(j\right)}{S\left(j\right)}---\left(20\right)$

接下来，以下述方法来检测GI长度。首先，定义一保护间隔结果比值(guard decision ratio)常数R_g为0.5＜R_g≤1；此常数可根据有效检测比值(detection ratio)与结果正确比值(decision correct ratio)的模拟数值而取舍得到一较佳值。其中，有效检测比值是指所有检测当中的有效比例，而结果正确比值是指所有有效检测当中的正确检测比例。 

根据保护间隔结果比值常数R₂以及一统计参考值ρ_r来决定出保护间隔的结果g₀(步骤345)。首先，以ρ_g(3)或者ρ_g(j)(其中j＝0，1，2，3)的最大值来作为参考值ρ_r；亦即，ρ_r＝ρ_g(3)或者  ${\mathrm{\ρ}}_r=\underset{j}{\max }{\mathrm{\ρ}}_g\left(j\right).$ 藉此，保护间隔的结果g₀可以藉由下面的运算得到： 

g₀＝0； 

for(j＝0；j＜3；j++) 

{ 

  if(ρ_g(j)＜R_g.ρ_r) 

  g₀＝j+1； 

} 

运用前述相同的原则，如果进行二倍长度的查询，则可以将结果予以结合，以得到更可靠的结果。 

保护间隔检测有效性评估(36) 

OFDM符号长度N_s(g₀，m₀)＝N_g0(m₀)+N_u(m₀)可以从模式检测结果及保护间隔检测结果来得到。如果我们进行两倍长度(亦即2*(8192+8192/4))的查询，则对于所有模式都可以得到至少两个同步位置。这些同步位置之间的关可以用来评估保护间隔检测的有效性，如下所述。 

如图3E流程图所示，首先，定义一时序错误容忍度常数(timing errortolerance constant)为TimingErrTol(步骤361)，其为大于零的整数；此常数可根据有效检测比值与结果正确比值的模拟数值而取舍得到一较佳值。针对步骤(30)所得到的不同模式检测结果，可以选择不同的时序错误容忍度常数TimingErrTol。在本实施例中，所选定的不同TimingErrTol，由大至小依序对应至8K模式、4K模式、2K模式。然而，其它的大小顺序也可适用。 

接下来于步骤362决定介于两次(8192+8192/4)查询之间的同步时序残差(synchronization timing deviation)τ，其决定方法如下所示： 

τ(l′，l′)＝|θ_g(g₀，l)-θ_g(g₀，l′)|％N_s(g₀，m₀)； 

if(τ(l，l′)＞N_s(g₀，m₀)/2) 

τ(l，l′)＝τ(l，l′)-N_s(g₀，m₀) 

其中，数学符号％代表模数(modulus)运算。 

于步骤363，比较同步时序残差τ的绝对值是否小于时序错误容忍度常数TimingErrTol；如果为是，则判定为有效，否则为无效。上述的判断方法可以表示为： 

如果|τ(l，l′)|＜TimingErrTol，则该保护间隔检测为有效； 

否则，该检测为无效 

其中，l及l’代表不同的(8192+8192/4)查询。 

对于2K模式(亦即m₀＝0)，l可以为0，1，2，3，分别代表在查询范围(8192+8192/4)内的四个次查询；同样的，l’可以为0，1，2，3，分别代表在另一个查询范围(8192+8192/4)内的四个次查询。 

对于4K模式(亦即m₀＝1)，l可以为0，1，分别代表在查询范围(8192+8192/4)内的二个次查询；同样的，l’可以为0，1，分别代表在另一个查询范围(8192+8192/4)内的二个次查询。 

对于8K模式(亦即m₀＝2)，l仅可为0，代表在查询范围(8192+8192/4)内的一个查询；同样的，l’仅可为0，代表在另一个查询范围(8192+8192/4)内的一个查询。 

上述对于时序错误(timing error)的要求，可根据有效检测比值与错误检测能力之间的取舍，而可适用于配对的同步位置，或者适用于部分的同步位置。 

根据上述本发明实施例，我们可以设计出一个新的相关性运算架构。首先，先来看传统OFDM系统中两个(8192+8192/4)长度查询的查询范围的划分，如图4所示。对于2K、4K、8K模式(亦即i＝0，1，2)，传统架构分别划分为4、2、1个次查询范围。在传统系统中，模式检测阶段的数据数量(亦即，(2048＜＜i)/32)会因为模式不同而不同；保护间隔检测阶段的数据数量为(2048＜＜i)/(4*(1＜＜j)，其中j＝0，1，2分别对应至1/4，1/8，1/16的保护间隔长度。上述的数学符号＜＜表示二进制左移位运算(shift)；例如，当i＝1则2048＜＜i即成为4096，当i＝2则2048＜＜i即成为8192。 

图5显示根据本发明实施例的新相关性运算架构。在此架构中，对于每一种模式，都是将(8192+8192/4)长度划分为四个次查询范围，但是这些次查询范围则和传统的形成作法不同。 

对于2K模式(mode 2K)，亦即i＝0，其次查询范围(l＝0，1，2，3)如下所示： 

Ω_i(l＝0)＝{0，1，...，N_u(i)5/4-1} 

Ω_i(l＝1)＝{N_u(i).5/4，N_u(i).5/4+1，...，2N_u(i).5/4-1} 

Ω_i(l＝2)＝{2N_u(i).5/4，2N_u(i).5/4+1，...，3N_u(i).5/4-1} 

Ω_i(l＝3)＝{3N_u(i).5/4，3N_u(i).5/4+1，...，4N_u(i).5/4-1} 

对于4K模式(mode 4K)，亦即i＝1，其次查询范围(l＝0，1，2，3)如下所示： 

Ω_i(l＝0)＝{0，2，...，N_u(i)5/4-2} 

Ω_i(l＝1)＝{1，3，...，N_u(i).5/4-1} 

Ω_i(l＝2)＝{2N_u(i).5/4，2N_u(i).5/4+2，...，2N_u(i).5/4-2} 

Ω_i(l＝3)＝{2N_u(i).5/4，2N_u(i).5/4+3，...，2N_u(i).5/4-1} 

对于8K模式(mode 8K)，亦即i＝2，其次查询范围(l＝0，1，2，3)如下所示： 

Ω_i(l＝0)＝{0，4，...，N_u(i)5/4-4} 

Ω_i(l＝1)＝{1，5，...，N_u(i).5/4-3} 

Ω_i(l＝2)＝{2，6，...，N_u(i).5/4-2} 

Ω_i(l＝3)＝{3，7，...，N_u(i).5/4-1} 

第二个(8192+8192/4)长度查询的次查询范围的划分也是依上述相同原理来划分。图6显示当两个(8192+8192/4)查询范围互为不相邻的情形；此种方式的查询所得到的检测结果将会更为正确。 

上述本发明实施例所提出的模式及保护间隔检测方法及系统，可用以自动检测出数据模式及保护间隔，且错误率也将较传统方法来得低。另外，本发明实施例还提出于一种OFDM系统中查询范围的新划分架构。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明的权利要求的范围内。 

Claims (11)

1.一种模式及保护间隔的检测方法，包含：

接收至少一正交频分多路复用符号，该正交频分多路复用符号包含一长度为N_g的保护间隔，及一长度为N_u的有用部分，该正交频分多路复用符号的有用部分长度N_u为多个模式之一，且其保护间隔长度比值N_g/N_u为多个长度比值之一；

进行一模式检测步骤，以其中一个该保护间隔长度比值为基础，根据该正交频分多路复用符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的模式；

进行一保护间隔长度比值检测步骤，针对所有保护间隔长度比值，根据该正交频分多路复用符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的保护间隔长度比值；

将二个该正交频分多路复用符号的同步时序残差的绝对值与一时序错误容忍度常数作比较；以及

如果该同步时序残差的绝对值不小于该时序错误容忍度常数，则判定该保护间隔长度比值为无效，并重复进行该模式检测步骤与该保护间隔长度比值检测步骤其中之一；否则为有效，并结束检测，

其中所述同步时序残差为不同的保护间隔长度查询的相位差的绝对值对正交频分多路复用符号的长度取模。

2.如权利要求1所述模式及保护间隔的检测方法，其中上述的相关性为一统计参数，于该模式检测步骤之后，还包含：

将该模式检测步骤中所得到的统计参数与一临界值比较，以评估该模式检测是否有效；以及

如果为无效，则重复进行该模式检测步骤，如果为有效，则进行该保护间隔长度比值检测步骤。

3.如权利要求1所述模式及保护间隔的检测方法，其中上述的模式检测步骤包含：

进行该正交频分多路复用符号的相关性运算；

对于每一模式，于最大N_u模式移动范围内进行多个次查询；

对于每一模式，结合该多个次查询的结果；以及

根据最大的该结合结果，判定为模式检测结果。

4.如权利要求1所述模式及保护间隔的检测方法，其中上述的模式检测步骤包含：

定义一模式检测变量m(i)如下

$m\left(i\right)=\frac{1}{N_g\left(i\right)}\underset{\mathrm{\θ}\∈{\mathrm{\Ω}}_i}{\max }\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+N_g\left(i\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u\left(i\right))$

其中，y为接收的正交频分多路复用符号；i＝0，1，2分别对应至2K，4K，8K模式；保护间隔长度比值为1/4，1/8，1/16或1/32；

于8K模式的移动范围内进行多个2K模式或4K模式的次查询，因而该模式检测变量表示如下

$m(i,l)=\underset{\mathrm{\θ}\∈{\mathrm{\Ω}}_i\left(l\right)}{\max }\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+N_g\left(i\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u\left(i\right))$

其中，l代表次查询的次序；Ω_i(l)表示i模式的第l个次查询；以及

进行下列结合判定步骤和重复检测步骤其中之一：

结合判定步骤还包含：

将多个次查询结果予以结合如下

$M\left(i\right)=\underset{l=0}{\overset{L\left(i\right)}{C}}\left(m(i,l)\right)$

其中，L(i)＝3，1，0分别对应至i＝0，1，2；

为一种结合函数；以及

当该相关性M(i)值为最大时，即可得到模式检测的结果；以及

重复检测步骤还包含：

重复进行上述的模式检测步骤，则两次的检测表示如下

$M(i,t)=\underset{l=t\·(L\left(t\right)+1)}{\overset{2t\·L\left(i\right)+1}{C}}\left(m(i,l)\right)$

其中，t＝0，1分别代表每一次的检测；L(i)＝3，1，0分别对应至模式i＝0，1，2；及

当该M(i，t)值为最大时，即可得到模式检测的结果。

5.如权利要求1所述模式及保护间隔的检测方法，其中上述的相关性为一统计参数，其中上述的模式检测步骤包含：

根据以下式子求得统计参数ρ

${\mathrm{\θ}}_0(i,l)=\underset{\mathrm{\θ}}{\arg }\underset{\mathrm{\θ}\∈{\mathrm{\Ω}}_i\left(l\right)}{\max }\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+N_g\left(i\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u\left(i\right))$

$s(i,l)=0.5.\underset{n={\mathrm{\θ}}_0(i,l)}{\overset{{\mathrm{\θ}}_0(i,l)+N_g\left(i\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left|y\left(n\right)\right|}^2+{\left|y(n+N_u\left(i\right))\right|}^2)$

$S\left(i\right)=\underset{l=0}{\overset{L\left(i\right)}{\mathrm{\Σ}}}s(i,l)$

$\mathrm{\ρ}\left(i\right)=\frac{M\left(i\right)}{S\left(i\right)}$

其中，y为接收的正交频分多路复用符号；i＝0，1，2分别对应至2K，4K，8K模式；保护间隔长度比值为1/4，1/8，1/16或1/32；l代表次查询的次序；Ω_i(l)表示i模式的第l个次查询；以及

当该统计参数ρ值为最大时，即可得到模式检测的结果。

6.如权利要求1所述模式及保护间隔的检测方法，其中上述的相关性为一统计参数，其中上述的保护间隔长度比值检测步骤包含：

求得各种保护间隔长度的相关性如下

$g(j,l)=\underset{\mathrm{\θ}\∈{\mathrm{\Ω}}_{m_0}\left(l\right)}{\max }\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+N_g\left(j\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u\left(m_0\right))$

其中，j＝0，1，2，3分别对应至保护间隔长度比值为1/4，1/8，1/16，1/32；当j＝0，1，2，3时，N_g(j)＝N_u(m₀)/4，N_u(m₀)/8，N_u(m₀)/16，N_u(m₀)/32；l代表次查询的次序；Ω_m0(l)表示m0模式的第l个次查询；

根据以下式子得到统计参数ρ_g(j)

${\mathrm{\θ}}_0(j,l)=\underset{\mathrm{\θ}}{\arg }\underset{\mathrm{\θ}\∈{\mathrm{\Ω}}_{m_0}\left(l\right)}{\max }\underset{n=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+N_g\left(j\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{*}\left(n\right)y(n+N_u\left(m_0\right))$

$s(j,l)=0.5.\underset{n={\mathrm{\θ}}_g(j,l)}{\overset{{\mathrm{\θ}}_g(j,l)+N_g\left(j\right)-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left|y\left(n\right)\right|}^2+{\left|y(n+N_u\left(m_0\right))\right|}^2)$

其中，

为一种结合函数；

$S\left(j\right)=\underset{l=0}{\overset{L\left(m_0\right)}{\mathrm{\Σ}}}s(j,l)$

${\mathrm{\ρ}}_g\left(j\right)=\frac{G\left(j\right)}{S\left(j\right)}$

定义一保护间隔结果比值(guard decision ratio)常数R_g为0.5＜R_g≤1；

定义参考值ρ_r为ρ_g(3)或者ρ_g(j)的最大值，其中j＝0，1，2，3；

以下列运算得到保护间隔长度比值的检测结果g₀

g₀＝0；

for(j＝0；j＜3；j++)

{

   if(ρ_g(j)＜R_g.ρ_r)

        g₀＝j+1；

}。

7.如权利要求1所述模式及保护间隔的检测方法，还包含：

对于上述每一模式，依下列原则划分其次查询范围如下：

对于2K模式，i＝0，其次查询范围l＝0，1，2，3如下所示：

Ω_i(l＝0)＝{0，1，...，N_u(i)5/4-1}

Ω_i(l＝1)＝{N_u(i).5/4，N_u(i).5/4+1，...，2N_u(i).5/4-1}

Ω_i(l＝2)＝{2N_u(i).5/4，2N_u(i).5/4+1，...，3N_u(i).5/4-1}

Ω_i(l＝3)＝{3N_u(i).5/4，3N_u(i).5/4+1，...，4N_u(i).5/4-1}

对于4K模式，i＝1，其次查询范围l＝0，1，2，3如下所示：

Ω_i(l＝0)＝{0，2，...，N_u(i)5/4-2}

Ω_i(l＝1)＝{1，3，...，N_u(i).5/4-1}

Ω_i(l＝2)＝{2N_u(i).5/4，2N_u(i).5/4+2，...，2N_u(i).5/4-2}

Ω_i(l＝3)＝{2N_u(i).5/4，2N_u(i).5/4+3，...，2N_u(i).5/4-1}

对于8K模式，i＝2，其次查询范围l＝0，1，2，3如下所示：

Ω_i(l＝0)＝{0，4，...，N_u(i)5/4-4}

Ω_i(l＝1)＝{1，5，...，N_u(i).5/4-3}

Ω_i(l＝2)＝{2，6，...，N_u(i).5/4-2}

Ω_i(l＝3)＝{3，7，...，N_u(i).5/4-1}。

8.一种模式及保护间隔的检测系统，包含：

一接收器，其包含：

一符号接收装置，用以接收正交频分多路复用符号，该正交频分多路复用符号包含一长度为N_g的保护间隔，及一长度为N_u的有用部分，其中该正交频分多路复用符号的有用部分长度N_u为多个模式之一，且其保护间隔长度比值N_g/N_u为多个长度比值之一；以及

一检测器，用以检测该正交频分多路复用符号的模式及保护间隔，该检测器执行以下步骤：

进行一模式检测步骤，以其中一个该保护间隔长度比值为基础，根据该OFDM符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的模式；

进行一保护间隔长度比值检测步骤，针对所有保护间隔长度比值，根据该OFDM符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的保护间隔长度比值；

将二个该正交频分多路复用符号的同步时序残差的绝对值与一时序错误容忍度常数作比较；以及

如果该同步时序残差的绝对值不小于该时序错误容忍度常数，则判定该保护间隔长度比值为无效，并重复进行该模式检测步骤与该保护间隔长度比值检测步骤其中之一；否则为有效，并结束检测，

其中所述同步时序残差为不同的保护间隔长度查询的相位差的绝对值对正交频分多路复用符号的长度取模。

9.一种检测装置，用以检测一正交频分多路复用符号的模式及保护间隔，该正交频分多路复用符号包含一长度为N_g的保护间隔，及一长度为N_u的有用部分，该正交频分多路复用符号的有用部分长度N_u为多个模式之一，且其保护间隔长度比值N_g/N_u为多个长度比值之一，该检测装置包含：

一模式检测装置，以其中一个该保护间隔长度比值为基础，根据该OFDM符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的模式；

一保护间隔检测装置，针对所有保护间隔长度比值，根据该正交频分多路复用符号的相关性的最大值，以检测出该正交频分多路复用符号的保护间隔长度比值；以及

一保护间隔检测有效性评估装置，用以将二个该正交频分多路复用符号的同步时序残差的绝对值与一时序错误容忍度常数作比较；如果该同步时序残差的绝对值不小于该时序错误容忍度常数，则判定该保护间隔长度比值为无效，并进入该模式检测装置与该保护间隔检测装置其中之一；否则为有效，并结束检测，

其中所述同步时序残差为不同的保护间隔长度查询的相位差的绝对值对正交频分多路复用符号的长度取模。

10.如权利要求9所述的检测装置，其中上述的相关性为一统计参数，于该模式检测装置与该保护间隔检测装置之间，还包含：

一模式检测有效性评估装置，用以将该模式检测装置所得到的统计参数与一临界值比较，以评估该模式检测是否有效；如果为无效，则进入该模式检测装置，如果为有效，则进入该保护间隔检测装置。

11.如权利要求9所述的检测装置，其中上述的模式检测装置执行以下步骤：

进行该正交频分多路复用符号的相关性运算；

对于每一模式，于最大Nu模式移动范围内进行多个次查询；

对于每一模式，结合该多个次查询的结果；以及

根据最大的该结合结果，判定为模式检测结果。

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