CN101682593A - 相干初始捕获 - Google Patents

Abstract

捕获模块包括：相干相关器，配置为接收具有导频信号的传输，并且将所接收传输与所述导频信号的本地副本进行相关以产生第一输出；延迟相关器，配置为延迟所述第一输出，并且将所述第一输出与所延迟的第一输出进行相关以产生第二输出；以及，检测器，配置为根据所述第二输出来检测所述传输中的所述导频信号。

Description

相干初始捕获

根据35U.S.C.119要求优先权

本专利申请要求于2007年3月5日提交的、名称为“COHERENTINITIAL ACQUISITION”的临时申请60/893,105的优先权，所述临时申请被转让给本申请的受让人，因此通过参考其全部内容将其明确地并入本文。

技术领域

本公开一般地涉及电信，更具体而言，涉及导频信号的相干初始捕获。

背景技术

正交频分复用(OFDM)是一种多载波调制技术，其有效地将整个系统带宽分为大量的子载波。在精确的频率处分隔这些子载波以提供正交性。可以通过调整每个子载波的相位、振幅或两者来将内容调制到子载波上。可以使用任何适当的现有的调制方案，诸如：相移键控(QPSK)或者正交振幅调制(QAM)等，然而也可以使用其它调制方案。

在OFDM系统中，一般地在超帧中广播内容。超帧一般包括使用(N+K)个子载波进行OFDM调制的多个符号，其中，将内容调制到N个子载波上，并且将循环前缀调制到K个子载波上。超帧中的第一个OFDM符号是导频信号。导频信号是使用伪随机(PN)数来生成的，该PN数在OFDM符号中重复多次。可以使用导频的这种时域周期性结构来检测OFDM超帧的开始，以及校正发射机频率和本地接收机频率之间的初始频偏。

迄今为止，使用非相干捕获处理来处理导频信号以检测超帧的开始以及校正初始频偏。非相干捕获是用于将接收信号的延迟形式与接收信号自身进行相关计算的处理。相关器的输出在导频信号期间由于导频信号的周期性而具有高数值。然而，这种方法缺乏良好地将信号和音调干扰(toneinterference)区分开的能力。此外，对初始频偏的估计会受到存在的音调干扰的显著影响。

因此，本领域中存在对当前在OFDM系统中用于帧同步和初始频偏估计的处理进行改进的需要，该改进还可适用于使用周期性导频信号的其它电信系统。

发明内容

在本公开的一个方案中，捕获模块包括：相干相关器，配置为接收具有导频信号的传输，并且将所接收传输与所述导频信号的本地副本进行相关以产生第一输出；延迟相关器，配置为延迟所述第一输出，并且将所述第一输出与所延迟的第一输出进行相关以产生第二输出；以及，检测器，配置为根据所述第二输出来检测所述传输中的所述导频信号。

在本公开的另一个方案中，捕获模块包括：用于接收具有导频信号的传输的模块；用于将所接收传输与所述导频信号的本地副本进行相关以产生第一输出的模块；用于延迟所述第一输出的模块；用于将所述第一输出与所延迟的第一输出进行相关以产生第二输出的模块；以及，用于根据所述第二输出来检测所述传输中的所述导频信号的模块。

在本公开的另一个方案中，用于电信的方法包括：接收具有导频信号的传输；将所接收传输与所述导频信号的本地副本进行相关以产生第一输出；延迟所述第一输出；将所述第一输出与所延迟的第一输出进行相关以产生第二输出；以及，根据所述第二输出来检测所述传输中的所述导频信号。

在本公开的另一个方案中，机器可读介质包括可以由移动服务供应商的处理系统执行的指令，所述指令包括代码，所述代码用于：接收具有导频信号的传输；将所接收传输与所述导频信号的本地副本进行相关以产生第一输出；延迟所述第一输出；将所述第一输出与所延迟的第一输出进行相关以产生第二输出；以及，根据所述第二输出来检测所述传输中的所述导频信号。

应当理解，根据下面的详细描述，本领域的技术人员将清楚本发明的其它实施例，其中，以示例方式来示出和描述了本发明的各种实施例。将会认识到，本发明可以实现为其它的和不同的实施例，并且其各种细节可以以各种其它方式进行修改，而不会偏离本发明的精神和范围。因此，应当将附图和详细描述作为说明性的而非限制性的。

附图说明

图1是无线电信系统中的发射机和接收机的高级框图；

图2是示出了超帧的数据结构的实例的示意图；

图3是示出了接收机中的捕获模块的实例的概念性示意图；

图4是示出了存在导频信号时不具有噪声或音调干扰的单路径信道中的延迟的相关器输出的幅值的时序图；

图5是示出了捕获模块中的状态机的功能的状态图；以及

图6是接收机中的处理系统的功能框图。

具体实施方式

下文中结合附图阐述的详细描述旨在作为本发明各种配置的说明，其不旨在表示能实现本发明的仅有的配置。详细描述包括特定的细节，以提供对本发明的彻底理解。然而，本领域的技术人员清楚，可以在不具有这些特定细节的情况下实施本发明。在一些实例中，为了避免使本发明的概念不清楚，将公知的结构和组件以框图的形式示出。

本公开中描述的概念可以用于各种无线电信系统，包括蜂窝式系统、广播系统、无线局域网(WLAN)等。将以使用OFDM技术的电信系统为背景来对多个概念进行描述，但是这些概念可以同样地适用于其它技术，包括：码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)以及其它用于支持无线电信系统中的空中接口的适当的技术。使用OFDM的电信系统的实例是高通的仅前向链路(FLO)系统，FLO系统是向移动用户提供实时的内容流和其它数据服务的高质量广播系统。其它的实例包括超移动宽带(UMB)和IEEE 802.11。UMB是第三代合作伙伴计划2(3GPP2)作为CDMA2000标准家族的一部分而颁布的空中接口标准，以及IEEE802.11指代IEEE 802.11委员会开发的用于短距通信的一组无线局域网(WLAN)标准。提供这些实例是用于说明的目的而非旨在以任何方式对本文所述的这些概念的适用性进行限制。

图1是无线电信系统100中的发射机102和接收机104的高级框图。发射机102可以是基站的一部分，接收机104可以是移动用户台的一部分。相反地，发射机102可以是移动用户台的一部分，接收机104可以是基站的一部分。基站可以是蜂窝式网络中的固定站收发机、网络(mesh)网络或者自组(ad-hoc)网络中的接入点、广播网络中的发射机等。移动用户台可以是移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、无线调制解调器、寻呼机、摄像机、游戏终端、数字音频播放器、或者任何其它适当的视频、音频或数据设备。

转到发射机102，其中，发射(TX)数据和导频处理器106处理(例如，编码、交织和符号映射)业务数据并且生成数据符号。TX数据和导频处理器106还产生导频符号。在本文中，数据符号是指数据的调制符号，导频符号是指导频的调制符号，以及，调制符号是指信号星座图中的点的复数值(例如，用于PSK或QAM)。OFDM调制器108将从TX数据和导频处理器106输出的数据和导频符号分组为各包含N个时域符号的块。然后，OFDM调制器108将每个块转换为OFDM符号，其中，将时域符号调制到N个子载波上，以及将循环前缀调制到K个子载波上。模拟前端(AFE)110处理(例如，转换到模拟、放大、滤波和上变频)OFDM符号并且生成调制信号，该调制信号经由天线112进行发送。

转向接收机104，天线114用于从发射机102接收调制信号并且将其提供到AFE 116。AFE 116处理(例如，滤波、放大和下变频)该调制信号以获取基带信号，并且进一步将该信号数字化以获取基带信号的数字采样。将数字采样提供到OFDM解调器118，以从每个超帧的OFDM符号的子载波中恢复时域数据符号。将所恢复的数据符号提供给接收(RX)数据处理器122，该数据处理器处理(例如，符号解映射、解交织和解码)数据符号以恢复发射的数据。

捕获模块124负责检测每个超帧的开始以及校正初始频偏。在目前为止所描述的配置中，调制到每个超帧的第一个OFDM符号的N个子载波上的导频符号块用于此目的。由于这个导频符号块是超帧中的两个时分复用导频中的第一个，所以常常将该导频符号块称为时分复用导频符号1(TDM导频1)。为了说明的清楚以及普遍适用的目的，此后将超帧中的第一个OFDM符号称为“导频信号”。如本公开的背景技术部分所讨论的，导频信号是使用在OFDM符号中重复多次的伪随机(PN)数来生成的。AFE 116将导频信号提供给捕获模块124以在频域中进行处理。可选地，导频信号可以在被提供到捕获模块124之前先经过OFDM解调器118以在时域中进行处理。

图2是示出了超帧的数据结构的实例的示意图。在时域中，超帧200包括导频信号202、开销信息204和数据符号206。导频信号202被承载在超帧的第一个OFDM符号之中，并且包含重复L次的P个采样。将导频信号202示出为在频域中具有N个子载波，其中，每M个子载波中仅有一个是非零值。在无线电信系统的一个实例中，P＝128、L＝36、N＝4096以及M＝32。

图3是示出了捕获模块的实例的概念性示意图。在该实例中，取决于接收机的特定配置，可以在频域或时域使用相干捕获处理。在相干捕获处理中，接收机104(见图1)推理地或先验地已知导频信号，并且因此，可以通过使用本地生成的该导频信号的副本进行相关计算来确定所接收的导频信号的时序。这一点可以通过相干相关器302来实现，相干相关器302采用在时间上有128个接收采样的滑动窗，并且将其与本地生成的副本进行比较。当出现导频信号时，相干相关器302将呈现出多个高能量峰值。

延迟相关器304用于处理来自于相干相关器302的输出。延迟相关器304包括采样缓冲器306和乘法器308，采样缓冲器306存储从相干相关器302输出的最近的P个采样输出。采样缓冲器306和乘法器308一起工作以将来自于相干相关器302的N个采样输出与其延迟形式进行相关。

图4是示出了存在导频信号时不具有噪声或音调干扰的单路径信道中的延迟的相关器输出的幅值的时序图。在该实例中，由于相干和延迟的相关处理需要2N个采样周期，所以具有从延迟相关器输出的L-2个高能量峰值。然而，由于噪声、音调干扰、不理想的带有频偏的相干相关、量化失真以及其它各种因素，实际的延迟相关器输出不会这样规则。

返回图3，通过将所有小于特定阈值的非零采样都置为零，阈值滤波器312可以用于滤除来自延迟相关器304的噪声输出采样。状态机314可以用于对来自于延迟相关器302的输出进行进一步处理以进行导频信号检测。

图5是示出了状态机的功能的状态图。在该实例中，状态机包括五个状态。参考图1、图3和图5，当接收机104空闲时，状态机314处于状态0。当接收机104从发射机102请求服务时，状态机314转换到状态1。

在状态1中，状态机314从空闲状态苏醒，并且监视阈值滤波器312的输出中的高能量峰值(例如，非零采样)。当状态机314检测到高能量峰值时，其转换到状态2。

在状态2中，状态机314累积来自于阈值滤波器312的N个采样。在N个采样周期结束时，状态机314转换到状态3。

在状态3中，状态机314将所累积的采样的幅值与阈值进行比较。如果超过了阈值，则状态机314声明“命中”，否则，状态机314声明“错过”。响应于命中，状态机314转换回状态2，以开始累积从阈值滤波器312输出的接下来N个采样。状态机314声明错过时，需要进行进一步处理以确定下一个状态。

下一个状态将取决于从状态1转换到状态2以来状态机314所声明的先前命中和错过的数量。如果先前的命中数量超过命中阈值，则捕获模块124很可能已经成功地检测到导频信号并且将转换到状态4。命中阈值一般地应设置为接近于L-2的数值。举例而言，在理想环境中，包括重复36次的128个采样的导频信号应当产生34次命中。然而，由于噪声和音调干扰可能会造成2个高能量峰值错过，状态机314可以配置为如果接收到32次命中则检测到导频信号存在。

另一方面，如果先前的命中数量没有超出命中阈值，则状态机314确定先前的错过数量是否超出错过阈值。如果先前的错过数超过错过阈值，则从状态1到状态2的转换很可能是由噪声和音调干扰造成的，并且因此，状态机314转换回状态1以继续搜索导频信号。相反地，如果错过数量小于错过阈值，则当前的错过可能是由于伴随导频信号的噪声和音调干扰的结果，并且因此，状态机314转换回状态2，以开始累积来自于阈值滤波器312的接下来N个采样。举例而言，状态机314可以配置为在处理导频信号时在声明错误警报之前允许最多3次错过。

在状态4中，状态机314声明导频信号存在。一旦发生这种情况，捕获模块124将时序信息发送到OFDM解调器118，以进行帧同步。AFC 316使用命中的累积采样的相位值来计算和校正发射机102的时钟和本地接收机104的时钟之间的初始频偏。

捕获模块124可以使用软件、硬件或其组合来实现。举例而言，捕获模块124可以使用处理系统来实现。处理系统可以是专用于实现捕获模块124的系统。可选地，处理系统可以实现先前结合图1所描述的接收机的多个功能。举例而言，除了捕获模块124，处理系统还可以用于实现OFDM解调器118、RX数据处理器122和/或其任意部分。

处理系统可以包括一个或多个处理器。处理器可以是通用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、逻辑电路、分立的硬件组件、或者可以对信息执行运算或其它操作的任意其它适当的实体。

处理系统还可以包括一个或多个机器可读介质，用于提供数据存储和/或支持软件应用。软件应当宽泛地理解为表示指令、程序、代码或任意其它电子媒体内容，无论将其称之为软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其它。机器可读介质可以包括与处理器相集成的存储器，例如，与ASIC结合的情况。机器可读介质还可以包括在处理器外部的存储器，诸如：随机访问存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、DVD或者任意其它适当的存储设备。此外，机器可读介质可以包括对数据信号进行编码的传输线路或载波。本领域的技术人员将认识到实现该处理系统的所描述功能的最好方式。

图6是示出了处理系统执行的用于实现捕获模块的各种功能的实例的框图。在该实例中，捕获模块包括：模块602，用于接收具有导频信号的传输；模块604，用于将所接收传输与所述导频信号的本地副本进行相关以产生第一输出；模块606，用于延迟所述第一输出；模块608，用于将所述第一输出与所延迟的第一输出进行相关以产生第二输出；以及，模块610，用于根据所述第二输出来检测所述传输中的所述导频信号。

本领域的技术人员会理解：可以由电子硬件、计算机软件或其组合来实现本文描述的多个说明性方框、模块、单元、组件、方法和算法。为了说明硬件和软件的可互换性，上文已经一般地以其功能性的方式描述了多个说明性方框、模块、元件、组件、方法和算法。将这些功能性作为硬件还是作为软件来实现取决于特定的应用以及整个系统的设计要求。本领域的技术人员将针对每个特定应用来以多种方式实现所述的功能。

应当理解，所公开的处理中的步骤的特定顺序或层级是示例性方法的说明。根据设计偏好，应当理解，可以对处理中多个步骤的特定顺序或层级进行重新排列。所附的方法权利要求以示范性顺序示出了多个步骤的元素，并且不旨在局限于所示的特定顺序或层级。

提供本说明以使本领域的技术人员可以实现本文所述的各种方案。本领域的技术人员将清楚对这些方案的各种更改，并且可以将本文定义的一般原理应用到其它方案。因此，权利要求不旨在局限于本文所示的方案，而是与权利要求相符的完整范围相一致，其中，除非明确地说明，对单数形式的元件的指代不旨在表示“一个且仅有一个”，而是表示“一个或多个”。除非明确说明，否则，术语“一些”指代一个或多个。阳性代词(例如，他的)包括阴性代词和中性代词(例如，她的和它的)，反之亦然。本领域的技术人员已知的或者将会知晓的本公开所述的多个方案的元素的所有结构和功能等价物明确地并入本文，并且旨在为权利要求所包含。此外，无论权利要求中是否显式地进行了引用，本文公开的任何内容都不旨在奉献于公共领域。除非使用短语“用于...的模块”明确地叙述权利要求中的元素，或者在方法权利要求的情况下使用短语“用于...的步骤”叙述元素，任何权利要求的元素都不应根据35U.S.C§112的第六段的规定进行理解。

Claims (25)

1、一种捕获模块，包括：

相干相关器，配置为接收具有导频信号的传输，并且对所接收的传输和所述导频信号的本地副本进行相关，以产生第一输出；

延迟相关器，配置为延迟所述第一输出，并且对所述第一输出和所延迟的第一输出进行相关，以产生第二输出；以及

检测器，配置为根据所述第二输出来检测所述传输中的所述导频信号。

2、如权利要求1所述的捕获模块，还包括：

阈值滤波器，配置为对所述第二输出进行滤波，并且将经滤波的第二输出提供到所述检测器以进行导频信号检测。

3、如权利要求1所述的捕获模块，其中，所述检测器还配置为：根据所述第二输出来生成所接收的传输的时序信息。

4、如权利要求1所述的捕获模块，其中，所述传输包括含有所述导频信号的超帧，以及其中，所述检测器还配置为根据所述第二输出来得到所述超帧的时序。

5、如权利要求1所述的捕获模块，其中，所述检测器还配置为：根据所述第二输出来得到所述传输的频偏。

6、如权利要求1所述的捕获模块，其中，所述检测器包括状态机。

7、如权利要求6所述的捕获模块，其中，所述导频信号包括周期序列，以及其中，所述延迟相关器还配置为产生所述导频信号中每个周期的峰值，以及其中，所述状态机还配置为当由于噪声或干扰导致一个或多个所述峰值错过时检测所述导频信号。

8、如权利要求6所述的捕获模块，其中，所述导频信号包括周期序列，以及其中，所述延迟相关器还配置为产生所述导频信号中每个周期的峰值，以及其中，所述状态机还配置为检测由于噪声和干扰导致的一个或多个峰值并且不会响应于该检测而声明导频信号。

9、如权利要求1所述的捕获模块，其中，所述相干相关器包括频域相关器，以及所述延迟相关器包括时域相关器。

10、一种捕获模块，包括：

用于接收具有导频信号的传输的模块；

用于对所接收的传输和所述导频信号的本地副本进行相关，以产生第一输出的模块；

用于延迟所述第一输出的模块；

用于对所述第一输出和所延迟的第一输出进行相关，以产生第二输出的模块；以及

用于根据所述第二输出来检测所述传输中的所述导频信号的模块。

11、如权利要求10所述的捕获模块，还包括：

阈值滤波模块，用于对所述第二输出进行阈值滤波，并且将经滤波的输出提供给所述用于检测所述导频信号的模块以进行导频信号检测。

12、如权利要求10所述的捕获模块，其中，所述用于检测所述导频信号的模块包括：用于根据所述第二输出来生成所接收的传输的时序信息的模块。

13、如权利要求10所述的捕获模块，其中，所述传输包括含有所述导频信号的超帧，以及其中，所述用于检测所述导频信号的模块包括用于根据所述第二输出来得到所述超帧的时序的模块。

14、如权利要求10所述的捕获模块，其中，所述用于检测所述导频信号的模块包括：用于根据所述第二输出来得到所述传输的频偏的模块。

15、如权利要求14所述的捕获模块，其中，所述导频信号包括周期序列，以及其中，所述用于将所述第一输出和所延迟的第一输出进行相关的模块包括用于产生所述导频信号中每个周期的峰值的模块，以及其中，所述用于检测所述导频的模块还配置为当由于噪声或干扰导致一个或多个所述峰值错过时检测所述导频信号的存在。

16、如权利要求10所述的捕获模块，其中，所述导频信号包括周期序列，以及其中，所述用于将所述第一输出和所延迟的第一输出进行相关的模块包括用于产生所述导频信号中每个所述周期的峰值的模块，以及其中，所述用于检测所述导频信号的模块包括用于检测由于噪声和干扰导致的一个或多个峰值并且不响应于该检测来声明导频信号的模块。

17、如权利要求10所述的捕获模块，其中，所述用于将所接收传输与所述导频信号的本地副本进行相关的模块包括频域相干相关器，以及所述用于将所述第一输出与所延迟的第一输出进行相关的模块包括时域延迟相关器。

18、一种用于电信的方法，包括：

接收具有导频信号的传输；

对所接收的传输和所述导频信号的本地副本进行相关，以产生第一输出；

延迟所述第一输出；

对所述第一输出和所延迟的第一输出进行相关，以产生第二输出；以及

根据所述第二输出来检测所述传输中的所述导频信号。

19、如权利要求18所述的方法，还包括：对所述第二输出进行阈值滤波，以及其中，所述导频信号的所述检测是根据经滤波的第二输出而得到的。

20、如权利要求18所述的方法，其中，所述导频信号的所述检测包括：根据所述第二输出来生成所接收的传输的时序信息。

21、如权利要求18所述的方法，其中，所述传输包括含有所述导频信号的超帧，以及其中，所述导频信号的所述检测包括根据所述第二输出来得到所述超帧的时序。

22、如权利要求18所述的方法，其中，所述导频信号的所述检测包括：根据所述第二输出来得到所述传输的频偏。

23、如权利要求18所述的方法，其中，所述导频信号包括周期序列，以及其中，对所述第一输出和所延迟的第一输出进行的所述相关产生所述导频信号中每个周期的峰值，以及其中，当由于噪声或干扰导致一个或多个所述峰值错过时对所述导频信号进行检测。

24、如权利要求18所述的方法，其中，所述导频信号包括周期序列，以及其中，对所述第一输出和所延迟的第一输出进行的所述相关产生所述导频信号中每个周期的峰值，所述方法还包括：响应于由于噪声和干扰导致的一个或多个峰值而不声明导频信号。

25、一种机器可读介质，包括可以由移动服务供应商中的处理系统来执行的指令，所述指令包括代码，所述代码用于：

接收具有导频信号的传输；

对所接收的传输和所述导频信号的本地副本进行相关，以产生第一输出；

延迟所述第一输出；

对所述第一输出和所延迟的第一输出进行相关，以产生第二输出；以及

根据所述第二输出来检测所述传输中的所述导频信号。

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