CN101611606A - 接收到的数字信号的符号同步方法以及利用该方法的数字信号接收器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接收数字信号的符号同步方法以及一种数字信号接收设备。该方法包括步骤：将收到的数字信号与将其延迟一符号后的信号相关联，从而获得最强路径和其他路径相结合作用的第一关联结果；从第一关联结果中基本上去除最强路径的作用，从而获得显示出最快路径的作用的第二关联结果；搜索最快路径的最大关联值及其位置，从而确定开始FFT处理的符号同步定时。该数字信号接收设备的特征在于具有一符号定时探测单元，用通过基本上去除最强路径的作用的方法来确定最快路径的符号同步定时。

Description

接收到的数字信号的符号同步方法以及利用该方法的数字信号接收器

技术领域

本发明涉及数字信号接收技术，尤其涉及一种对接收到的数字信号进行符号同步的方法以及利用该方法的数字信号接收设备。

背景技术

同步是数字信号接收系统的一个重要课题，它包括正交频分复用(OFDM)系统中的符号定时同步，频率同步以及取样时钟同步。因符号定时确定快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，简称FFT)的安插位置，所以该位置的恰当选择对所有后续快速傅立叶变换(postFFT)算法的运行起到主要影响。因此，期望对获得的数据尽早取得较好的定时。

在现有的一些系统中，例如正交频分复用(OFDM)系统，所收到的信号帧结构一般如图1所示，其中有效符号由保护间隔(GuardInterval)隔开，每一个保护间隔是有效符号的尾端部分的拷贝。由于在快速傅立叶变换前没有可用的导频，因而通过循环的保护间隔来估算符号定时。

习惯上，符号定时的确定是通过计算收到的信号与将其延迟一个符号后的信号之间的关联值，测出该关联值的峰值而获得定时，用该定时来作为开始对收到的信号进行FFT处理的提示。

传统的估算算法是搜索与定时位置相对应的最大关联峰值。这些算法的基本原理是移位自相关。因为循环前缀，即保护间隔，是有效符号尾部的拷贝，所以他们的关联具有一大的关联峰值。一种传统的搜索关联峰值的方法可通过下面的等式来表示：

n_ε＝argmax(Λ_r(n_r))

${\mathrm{\Λ}}_r\left(n_r\right)=\left|\underset{n=n_r}{\overset{n_r+N_g-1}{\mathrm{\Σ}}}(r_{l,n}\·r_{l,n+N})\right|---\left(1\right)$

其中r_l，n是收到的第l个符号的第n个取样，r_l，n+N是其N延迟取样，n_r是搜索的开始位置，N_g是保护间隔的长度，n_ε是估算的符号定时位置，Λ_r(n_r)是收到的信号在时间n_r的似然函数。

该方法在AWGN，ETSI-Rayleigh/Ricean，ETSI-Ricean以及一些适度分散的信道中有效。但是在长路径信道，比如单频网络(SFN)信道，尤其是双路径信号信道中，它的第一到达路径往往不是最强的一个路径、而最强路径却远离第一路径，其信道延迟甚至超过一个保护间隔，运用传统的估算方法效果很小。由于它只能估算平均峰值或最大峰值的位置，其结果是接收器的符号定时误差很大。如果使用传统方法，第一路径会被忽视，而产生码间干扰(Inter-SymbolInterference简称ISI)。因此期望搜索到第一路径，以避免码间干扰(ISI)，并且令信道估算模块可以“看到”所有信道脉冲响应(ChannelImpulse Response简称CIR)。

为了尽早取得较好的定时，许多研究关注于如何测到最快的定时。在强的SFN信道中可以通过应用双关联方法来实现同步，该双关联方法会找到信道脉冲响应的中间点。其结果是，第一有用路径仍将被放弃。如果两个路径之间的距离达到保护间隔的长度或者甚至更长，误差将会更大。另外，双关联方法比单关联需要更多的存储资源。

欧洲专利申请EP1005204揭示了一种减少符号同步误差的方法，通过在一预设时间内，在一定时探测步骤中选择探测出的定时中最快定时，来解决上述提到的问题。参考图2和图3，在这个发明的一个具体实施例中，提供了一种具有最快定时探测单元的数字信号接收装置。图2显示了该数字信号接收装置的部分结构，其中，接收到的信号由A/D转换器101转换为数字信号，然后在延迟器102中延迟一个符号，乘法器103计算接收到的信号和将其延迟一个符号后的信号之间的关联值，整数器104对计算出的关联值取整，减法器105和判断器106对接收到的信号的每一帧探测关联峰值做出判断。对于从判断器106输出的关联峰值，最快定时探测单元107对接收到复数个帧的每一个的峰值进行比较，并输出最快符号同步定时作为开始进行FFT处理的定时。图3显示了最快定时探测单元107的部分传统结构，其中，计数器201在接收到信号的每一帧的探测到峰值的时间点暂停(suspend)其计数操作，开关202将每一帧计数的数值切换并输出给各个存储器203，比较器204计算存储的数值并输出最小数值作为最快同步定时。

如上所述，这一发明意在提供一种数字信号接收设备，提高获得符号同步的准确性，在多径环境下减小误差概率。然而，它的方法仍然很复杂，因此需要很高的存储资源用于计算。

因此，期望提出一种数字信号接收符号同步的改进方法，克服现有技术的缺点。

发明内容

本发明提供一种对数字信号接收进行符号同步的改进方法以及利用该方法的一种数字信号接收设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种在多径环境下，对接收到的数字信号进行符号同步方法，其中，该方法包括步骤：将收到的数字信号与将其延迟一个符号后的数字信号进行关联，从而获得第一关联结果，该结果为最强路径和其他路径相结合作用的结果；搜索该第一关联结果的最大关联值以及该最大关联值的位置；其特征在于：从前述步骤的第一关联结果中基本上去除该最强路径的作用，从而获得显示出最快路径的作用的第二关联结果；在去除步骤之后，搜索对应于所述最快路径的作用的最大关联值以及其位置；通过重复以上步骤来确定探测到的最快路径的符号同步定时。

根据本发明的另一方面，提供了一种在多径环境下接收数字信号的数字信号接收设备，包括一关联单元，用于将收到的数字信号与将其延迟一个符号后的数字信号进行关联，其特征在于：该设备包括一符号定时探测单元，通过基本上去除最强路径的作用来确定最快路径的符号同步定时；一傅立叶变换单元，利用被确定的最快路径的符号同步定时对接收到的信号进行傅立叶变换处理。其中，该符号定时探测单元包括一第一比较器，用于搜索最大关联值及其位置；一减法器，用于基本上去除最强路径的作用；一第二比较器，用于在去除最强路径的作用后，搜索最大关联值及其位置，从而决定最快路径的符号同步定时。

由于去除了最强路径的影响，该最快路径可以用一种简单有效的算法来探测到，其优势是，以这个最快路径的定时用于多径环境下的符号同步，从而减少了符号同步的误差，并避免了码间干扰。

附图说明

图1是表现数字信号接收设备中关联值计算结果的示意图；

图2是描述传统数字信号接收设备的部分结构的示意框图；

图3是图2所示的传统数字信号接收设备中最快定时探测单元的部分结构示意框图；

图4是双路径环境下获得的一个关联结果的示例图；

图5是图4的关联结果的简化图，描述了在去除最强路径的作用后计算关联值的原理；

图6是描述本发明的符号同步方法的详细步骤的流程图；以及

图7是描述本发明的数字信号接收设备实施例的部分结构的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种改进的对数字信号接收进行符号同步的方法以及利用该方法的数字信号接收设备。本发明的宗旨是利用最快符号同步定时来开始进行FFT处理，其特征在于采取去除最强路径的作用的方式。现将参考附图对本发明的具体实施例进行描述。

考虑到单信道模式包括两个路径，其第一个到达的路径可能不是最强的路径，本发明的主要思想是去除最强路径的作用，并利用一个阈值作为估算标准。参考附图4，显示了基于DVB-T系统帧结构(2k模型)的接收到的信号与将其延迟一个符号后的信号的关联值的例子的示意图。其中，信道延迟为[0 60]us，相对信道功率为[-5 0]dB，最大多普勒频率为50Hz。在图4中，有两个主峰，第一个主峰来自于-5dB路径，第二个主峰来自于0dB路径。从图形轮廓上很难分辨出两个关联值峰值间的距离。对应于最快路径的第一峰值，即第一个到达的路径淹入了最大峰值的上升阶段，这个最大峰值归于第一个到达的路径和第二个最强路径的共同作用。因此，通过去除最大峰值对第一峰值的作用来确定第一峰值的位置。

根据本发明，最大峰值对第一峰值的影响可以用类似线性变化的方法来估算。关联的结果正如三角形曲线，三角形曲线的最高处为关联峰值，即最大关联值，被认为是最强路径的作用或是所有路径的共同作用。图5是图4所示的关联值的简化图，描述了它的计算原理，其中X轴表示搜索位置的指引，y标签代表其对应的最大关联值；a假设为第二路径即最强路径的位置，b是最强路径对应的最大关联值，G是最强路径的分布长度，通常其长度等于保护间隔。现在我们得出下面结果：

$y\left(n_r\right)=>\begin{array}{cc}\frac{G-(a-n_r)}{G}\&CenterDot;b,& a-G<n_r<a\\ 0,& \mathrm{others}\end{array}---\left(2\right)$

因为只考虑最大峰前面的位置，因此n_r一定小于a。这样，第一个到达路径的关联值可以通过去除最强到达路径的作用来计算：

Λ_r′(n_r)＝Λ_r(n_r)-y(n_r)    (3)

其中，Λ_r′(n_r)是来自第一个到达路径的估算关联值，Λ_r(n_r)是来自第一个到达路径和最强路径的关联值。

下一步是在去除最强路径的作用后，搜索最大关联值，如果探测到的Λ_r′(n_r(max))超过预设的阈值，即成功地确认它为最快符号同步定时的第一路径的位置。

应注意的是：从方程式(1)的关联结果观察到的最大峰值，如图4所示，是两个路径的共同作用，特别是当两个路径彼此很靠近时，也就是说，最大值M是两个路径共同影响的结果，b等于或小于最大关联值M。因此，b等于最大关联值M的正值，即b＝μ*M，其中M是最大关联值，比率μ是等于或小于1的值，其初始值为1。如果第一路径没有估算成功，将比率μ减小一点，即μ_next＝μ_current-w，其中w是一个常数，例如w＝0.05。然而该比率值不会无限制减小。如果比率值达到一预设的标准，估算仍不成功，将停止搜索，将最强路径视为第一路径。

本发明的主要估算过程参考图6来说明。在步骤401中，如前面所述，通过方程式(1)计算收到的信号与其延迟一符号的信号之间的关联结果。在步骤402中，用任一传统算法来搜索最大关联的峰值。在步骤403中，根据方程(3)：

Λ_r′(n_r)＝Λ_r(n_r)-y(n_r)

通过去除最强到达路径的作用来计算第一到达路径的第二关联结果。

之后，在步骤404中，再次搜索没有最强路径作用的最大关联值，从而找到一个符号持续时间内的Λ_r′(n_r′(max))的峰值，并记录其对应最快到达路径的位置n_r′(max)。在步骤406中，比较搜索结果与预设阈值，以确定探测结果是否可靠且有效，并确定对应最快路径的峰值的位置。如果Λ_r′(n_r′(max))超过预设阈值，估算得到关联值将被成功确定，因为对应于最快路径的位置，并且成功确定的次数增加1。如果成功次数达到一预设值，如步骤407所示，最后确定的位置的输出值为所有n_r′(max)的平均结果，从而完成定时搜索步骤，否则进行步骤402。如果Λ_r′(n_r′(max))小于预设的阈值，也就是说步骤404的搜索失败，比率μ将减少，即μ_next＝μ_current-w，w＝0.05，然后返回步骤402。

参考图7显示的根据本发明的数字信号接收设备300的部分结构，该设备300包括一延迟器301，一第一乘法器302，一最快定时探测单元303以及一FFT单元304，其中最快定时探测单元303包括一第一比较器305，一第二乘法器306，一减法器307，一第二比较器308以及一平均区段309。延迟器301将接收到的信号延迟一个符号。第一乘法器302执行收到的数字信号和由延迟器301将其延迟一个符号的数字信号之间的复数相乘步骤，从而输出收到的信号和其延迟一符号的信号的第一关联值结果，参考图4。为了确定开始FFT处理的最快符号定时，最快定时探测单元303执行最早达到路径的估算。在最快定时探测单元303中，第一比较器305运行任一可能的搜索最大峰的传统方法的计算并输出结果。根据第二比较器308的估算结果，第二乘法器306重新计算最强路径的最大关联值。减法器307去除最强路径对第一路径的作用。去除最强路径的作用之后，由第二比较器308搜索最大关联值，如最大关联值小于预设的阈值就发送一标记给第二乘法器306。最后，将第二比较器308输出的结果放在平均区段309中计算平均值，然后输出给FFT单元304。

本发明并不仅限于上述实施例，而可能存在各种不脱离本发明的保护范围的变化和修改。

Claims (10)

1、在多径环境中接收数字信号的符号同步方法，包括：

步骤1：将收到的数字信号与将其延迟一符号后的信号相关联，从而获得最强路径和其他路径相结合作用的第一关联结果；

步骤2：搜索该第一关联结果的最大关联值及其位置；

其特征在于：

步骤3：从前述步骤得到的第一关联结果中基本上去除最强路径的作用，从而获得显示出最快路径的作用的第二关联结果；

步骤4：在去除步骤之后，搜索对应于所述最快路径作用的最大关联值及其位置；

步骤5：通过重复步骤2至步骤4，确定探测到的最快路径的符号同步定时。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤3中，该最强路径的关联值等于该第一关联结果的最大关联值的一个比值。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在步骤4中，通过比较估算得出的关联值与预设的阈值来搜索第二关联结果的最大关联值及其位置，如果估算得出的关联值大于预设的阈值，则确定最快路径位置一次，否则返回步骤2。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于：每次当估算得出的关联值没有预设的阈值大而不能被确定为最快路径位置时，减小该比值一个数值。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：如果该比值达到预设的标准，而没有估算出最快路径，则停止搜索步骤，将最强路径确定为最快路径。

6、根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于：在步骤5中，如果确定最快路径的次数达到一预设值，则将所有估算出的最快路径位置的平均结果确定为符号同步定时。

7、在多径环境下接收数字信号的数字接收设备，包括一关联单元，用于将收到的数字信号与将其延迟一符号后的信号进行关联，其特征在于：该设备包括

一符号定时探测单元303，通过基本上去除最强路径的作用来确定最快路径的符号同步定时；

一傅立叶变换单元，利用确定的最快路径的符号同步定时来对接收到的信号进行傅立叶变换处理。

8、根据权利要求7所述的数字信号接收设备，其特征在于：该符号定时探测单元303包括：

一第一比较器305，用于搜索最大关联值及其位置；

一减法器307，用于基本上去除最强路径的作用；

一第二比较器308，用于在去除最强路径的作用后，搜索最大关联值及其位置，从而确定最快路径的符号同步定时。

9、根据权利要求8所述的数字信号接收设备，其特征在于：符号定时探测单元303进一步包括：

一平均区段，用于计算所有估算出的最快路径位置的平均结果。

10、根据权利要求8或9所述的数字信号接收设备，其特征在于：符号定时探测单元303进一步包括：

一乘法器306，响应于最快路径的估算结果，重新计算最强路径的最大关联值。

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