CN102422635A - 存在频率偏移情况下dvb-t/h传输的鲁棒感测 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于检测具有频率偏移的DVB（数字视频广播）传输的存在的方法和系统。该方法包括：在选定的信道中接收RF（射频）信号（901）；根据经接收的RF信号创建样本（902）；估计所述样本的频率偏移（903）；利用经估计的频率偏移校正所述样本（904）；将经校正的样本与参考信号相关（905）；以及将相关结果与阈值进行比较（906）。频率偏移估计包括：选取一组作为在所有符号中在固定子载波位置上传输的、提升的连续导频的三个或更多导频（1001）；将经接收的样本转换到频域（1002）；确定经转换的样本中最大值的位置，这些最大值相应于在所述组中的导频（1003）；以及将经确定的位置与在所述组中预期的导频位置进行比较（1004）。

Description

存在频率偏移情况下DVB-T/H传输的鲁棒感测

本申请要求2009年5月14日提交的美国临时申请No. 61/178,257的权益。

本发明总体涉及认知无线电（CR）网络中的设备，更特别地，涉及感测数字视频广播（DVB）传输的方法和系统。

被一些管理组织采用的新的频谱策略设想在指定给许可操作的频段中未许可辅设备的操作。辅设备仅在频段是空闲时或不被主设备使用时才可操作。这暗示着当主设备开始传输时辅设备不得不空出频段，以便最小化辅设备对主设备可能引起的干扰量。辅设备由于它们感测环境从而适应的能力，也被称为认知无线电（CR）。

分配用于电视广播的许可操作的UHF（超高频）频段是允许CR设备操作的理想候选者。在美国，为了避免对或来自邻近市场和/或传输的广播的干扰，只有一些TV频段可在任意给定的地理位置使用。结果，剩余的TV频段大部分未被使用，因此可被用于其他目的（例如家庭网络等）。其他管理域（regulatory domain）也具有类似的TV信道的分配。

为了避免对数字电视（DTV）接收造成有害的干扰，CR设备应当感测用于主传输的信道，之后这些CR设备可使用该特定信道。管理组织规定了对低至-114dBm的信号强度的DTV信号的可靠检测。该需求要求CR设备实现鲁棒感测算法以检测DTV信号的存在。最近已提出了用于鲁棒检测DVB-T/H（数字视频广播—陆地/手持）信号的感测算法。基于时域互相关的感测算法提供在假设完美载波同步的各种信道条件下对DVB-T和DVB-H传输的可靠检测。然而，在存在载波频率偏移的情况下该算法的性能显著地降级。本发明提供一种估计和校正频率偏移的算法，以便在不同信道和操作条件下实现鲁棒检测。所提出的方法可被配置为与不同的传输模式一起使用。

在本发明的一个示例实施例中，提供了一种用于检测具有频率偏移的DVB传输的存在的方法。该方法包括：在选定的信道中接收RF（射频）信号；根据经接收的RF信号创建样本；估计样本的频率偏移；利用经估计的频率偏移来校正样本；将经校正的样本与参考信号相关；以及将相关结果与阈值进行比较。频率偏移估计包括：选取一组作为在所有符号中在固定子载波位置上传输的、提升的（boosted）连续导频的三个或更多导频；将经接收的样本转换到频域；确定在经转换的样本中最大值的位置，这些最大值相应于在所述组中的导频；以及将经确定的位置与在所述组中预期的导频位置进行比较。

在本发明的另一个示例实施例中，提供了一种用于检测DVB传输存在的系统。该系统包括：用于接收RF信号的RF前端模块；用于根据经接收的RF信号创建样本的采样模块；用于估计经接收信号的频率偏移的频率偏移估计器；用于校正样本频率的频率偏移校正模块；用于将经校正的样本与参考信号相关的相关器；和用于比较相关结果和阈值的阈值检测模块。该系统可进一步包括累加器和平均模块以对在多块样本上或多组导频上的结果取平均，以及用于存储来自经接收的RF信号的样本的存储模块。

本发明的另一个示例实施例提供了一种用于检测DVB传输存在的方法。该方法包括：在选定的信道中接收RF信号；根据经接收的RF信号创建样本；选取一组作为在所有符号中在固定子载波位置上传输的、提升的连续导频的三个或更多导频；将样本转换到频域；识别在经转换的样本中最大值的位置；以及确定经识别的最大值是否相应于在所述组中的导频。

被认为是本发明的主题在本说明书完结时在权利要求中特别地被指出并清楚地要求保护。根据以下结合附图的详细描述，本发明的前述和其它特征和优点将清晰。

图1图释了具有循环前缀（CP）的OFDM符号。

图2图释了DVB-T OFDM符号中离散导频子载波的位置。

图3图释了对于-5dB的SNR、有和没有频率偏移的2K、1/32模式，导频上的互相关（无数据平滑）。

图4图释了对于2K、1/32模式，SNR=-10dB且N_FFO=2K，示出有和没有频率偏移的3个连续导频位置的P(k)的曲线图。

图5图释了频率偏移估计器的框图。

图6图释了在无（上）和有（下）频率偏移估计和校正的情况下在-5dB的SNR的AWGN信道中存在频率偏移的互相关器输出。

图7图释了在存在2.1kHz的频率偏移、以及60ms和100ms感测时间的情况下AWGN信道中DVB-T感测算法的性能。

图8图释了包括频率偏移估计和校正的DVB-T传感器的框图。

图9图释了用于检测DVB信号的存在的过程。

图10图释了用于估计频率偏移的过程。

重要的是，注意由本发明公开的实施例仅是在此的创新教导的许多有益使用的示例。总的来说，在本申请的说明书中做出的陈述不必然地限制各种要求保护的发明的任意一个。并且，一些陈述可应用于一些发明特征，但不应用于其它的发明特征。总的来说，除非指出，否则单数元件可以是复数，并且反之亦然，而不失一般性。在附图中，在若干视图中相似的附图标记涉及相似的部分。

DVB-T传输规范概要

陆地数字视频广播（DVB-T）已由欧洲电信标准协会（ETSI）标准化用于数字TV的陆地广播。DVB-T标准使用正交频分复用（OFDM）调制方案，并提供选项来根据广播公司的要求适应性修改编码和调制参数。DVB-T规范提供两种操作模式：‘2K模式’和‘8K模式’。另外，DVB-H增强提供‘4K模式’。这些模式基于用来生成传输的信号的FFT（快速傅里叶变换）大小得以定义。用于这些模式的每一种的一些参数在表1中列出：

参数	8K模式	2K模式
			载波数K	6817	1705
载波数Kmin的值	0	0
			载波数Kmax的值	6816	1704
持续时间TU	896μs	224μs
			载波间距1/TU	1116Hz	4464Hz
载波Kmin和Kmax之间的间距（K-1）/TU	7.61MHz	7.61MHz

表1-8K和2K模式的DVB-T参数。

DVB-T传输信号被组织在帧中。每个帧由68个OFDM符号构成，并且四个这样的帧组成一个超帧。如图1所示，OFDM符号由两部分构成：有用符号周期102和保护间隔101。有用符号的一部分在保护间隔101（被称为循环前缀（CP））中得以传输，并且该特征被用于最小化符号间干扰。DVB-T规范为保护间隔提供了1/4、1/8、1/16或1/32的符号周期的选择。

除了CP外，DVB-T标准还提供以下参考信号来帮助信号的同步、解调和解码。

●  连续导频——这些参考信号被放置在固定的子载波位置，并且它们的位置不随符号而改变。在‘2K模式’中有45个连续导频，在‘8K模式’中有177个连续导频。

●  离散导频——这些参考信号被平均地（每第12个子载波一个）分布在OFDM符号中。这些导频的位置在每个OFDM符号上偏移3个子载波，因此导频图案如图2所示那样每4个OFDM符号重复。离散导频被用来推导信道估计，假设信道是准静态的。

●  TPS导频——这些传输参数信令（Transmission Parameter Signaling，TPS）参考信号被用来携带传输参数。对于‘2K模式’17个子载波固定组和对于‘8K模式’68个子载波固定组被指定为TPS导频子载波。在OFDM符号中的所有TPS导频子载波携带相同的信息。

连续导频和离散导频比其它子载波以更高的功率等级（~2.5dB）来传输。

频率偏移估计和检测

图3比较了对于具有-5dB的SNR的2K、1/32模式DVB-T信号，在有频率偏移302和无频率偏移301的情况下基于互相关器的检测器的性能。从图3可以观察到存在频率偏移时基于互相关的检测器的性能显著地受损。

使用自相关替代互相关将最小化性能损失，但是该方法对于低SNR（信噪比）运行得不是很好。估计频率偏移、然后在互相关前校正它将最小化性能损失，同时还对低SNR鲁棒地执行。

本发明的某些实施例提供甚至对低SNR值也执行相当好的频率偏移估计器。该估计器利用了以下事实：DVB-T信号包括在所有符号中在固定子载波位置传输的提升的连续导频。

在一个示例实施例中，频率上被紧密隔开的三个（或更多）连续导频的组被识别。例如，在2K模式的情况下，这些组可以是{1101,1107,1110}、{1137,1140,1146}。这些子载波的跨度典型地为50kHz左右。中心频率                                                

可通过取子载波位置的均值并将其乘以子载波间隔来确定。中心频率

可取

和＋

之间的值，其中

表示信道带宽。在无线电通信中，中频（IF）通常被认为是在发送或接收时作为中间步骤载波频率向其变换的频率。

以下是偏移估计过程的说明性而非限制性的示例。

假设IF信号位于并且采样率是，该估计步骤为：

（1）按额定频率偏移

将信号下变换至DC，其中

。因此，如果

是低IF的实、带通信号，则是经下变换的复信号。

（2）使用例如带宽50kHz的复低通滤波器滤波经下变换的信号

。

（3）从

到50kHz向下采样经滤波的信号以形成信号。

（4）取经向下采样的信号

的N_FFO（例如2048）点FFT以形成

。这导致50×10³/N_FFO的面元（bin）间距。

（5）对多个FFT块上平方的FFT输出取平均以提供估计的可靠性：

，其中k=1到N_FFO。参数N由感测时间确定。FFT大小和块数目可由用户定义并且将取决于感测时间。图4示出了在有频率偏移401和无频率偏移402的情况下、对-10dB的SNR使用N_FFO=2K且N=8的P(k)的曲线图。

（6）确定P(k)中3个最大峰值（相应于连续导频的数目）的位置，并比较它和预期的连续导频位置值。在该度量中的差（与面元间距相乘）将给出频率偏移的估计。

使用三个（或更多）导频子载波确保甚至在存在多路径损害时也可获得良好的估计。另外，可针对另一组连续导频重复上述过程，然后频率偏移估计可从组合度量导出。

该估计然后被应用于经接收的信号，然后处理继续进行数据平滑和互相关。

在另一个示例实施例中，使用以上采样技术和数据转换和处理，主传输的存在可根据在DVB传输中相应于导频的参考信号的这些峰值（如在图4中显示的这些）的存在来推断。在处理模块中，从峰值幅度或经计算和预期的位置之间的相对差或这两者的组合导出的度量可被用于检测既有信号的存在。

图5示出了频率偏移估计器的简化框图表示，包括：用于接收RF输入的RF前端模块501；将经接收的RF信号转换为数字信号的模数转换器（ADC）502；按额定频率偏移将该信号下变换到DC的到DC的变换模块（Shift to DC module）503；具有无限脉冲响应（IIR）以滤波该信号到优选的带宽的低通滤波器（LPF）504；向下采样经滤波的信号至优选的带宽的采样器505；变换该信号的FFT模块506；在感测时间上对多个FFT块上的FFT输出取平均的累加器和平均模块507；以及根据参考位置计算频率差的计算模块508。

所提出的方法可通过识别适当的连续导频组并使用适当的子载波间距确定

而扩展至8K传输模式。

图6比较了在AWGN信道中针对-5dB的SNR，在存在频率偏移的情况下具有频率偏移估计和校正602和无频率估计和校正601时的互相关器（有数据平滑）的输出。频率偏移估计器的性能可进一步通过增加要被取平均的块数目（导致增加的感测时间）来提高。在AWGN信道中针对两个不同感测时间、在具有2.1kHz频率偏移的情况下所提出的DVB-T传感器的性能在图7中示出。可从曲线701和702看出，使用100ms的感测时间比60ms的感测时间提供更好的性能。以下模拟参数得以使用：

●  传输模式——2K、1/32

●  每个SNR的游程数（number of runs）——1000，

●  平滑因子L——8（~60ms感测时间）

●  虚警概率（P_FA）——<0.01

●  信道：AWGN。

鲁棒检测DVB-T信号的系统

图8示出了在一个示例实施例中完整DVB-T传感器的框图。它包括RF前端801、ADC模块802和用于频率偏移估计的模块804（如图5所示）和校正模块803。经校正的输出被存储在缓存805中。累加/平均模块806和相关器808在数据平滑后实现互相关。输入到存储器807的信号‘序列 ID’确定即将被用于相关的参考序列。相关器808的输出通过阈值检测模块809与阈值相比较。如果该检测器受到感测时间的限制，则频率偏移估计/校正和互相关可通过使用存储器模块807存储ADC模块802后的数据在相同的数据样本组上执行。

图9示出了根据示例实施例检测DVB存在的过程。该过程包括：在选定的信道中接收RF（射频）信号901；根据经接收的RF信号创建样本902；估计该样本的频率偏移903；利用经估计的频率偏移校正样本904；将经校正的样本与参考信号相关905；以及比较相关结果和阈值906。基于比较的结果，DVB的存在可得以确定。图10示出了频率偏移估计的细节。该估计包括：选取一组作为在所有符号中在固定子载波位置处传输的、提升的连续导频的三个或更多导频1001；将经接收的样本转换到频域1002；确定经转换的样本中最大值的位置，这些最大值相应于所述组中的导频1003；以及比较经确定的位置和在所述组中预期的导频位置1004。

在本公开中描述的技术可被用于认知无线电和其他系统，这些系统依赖于用于检测DVB-T/H信号或包括定义的导频图案的其他OFDM信号的检测和避免技术。

前述详细描述已阐述了本发明可采取的许多形式中的一些。其意图是，前述详细描述应当被理解为本发明可采取的选取形式的说明，而不是对本发明定义的限制。只有包括所有等同物的权利要求旨在限定本发明的范围。

更优选地，本发明的原理被实现为硬件、固件和软件的任意组合。并且，软件优选地被实现为实际包含在程序存储单元或计算机可读存储介质上的应用程序，所述程序存储单元或计算机可读存储介质由若干部件或由某些设备和/或设备的组合构成。该应用程序可上载到包括任意适当结构的机器并由其执行。优选地，该机器被实现在具有诸如一个或多个中央处理单元（“CPU”）、存储器和输入/输出接口之类的硬件的计算机平台上。该计算机平台还可包括操作系统和微指令代码。在此描述的各种过程和功能可以是部分微指令代码或部分应用程序，或它们的任意组合，它们可由CPU执行，无论这样的计算机或处理器是否明确地示出。此外，各种其他外围单元可与计算机平台相连接，例如附加数据存储单元和打印单元。

Claims (15)

1.一种用于检测DVB（数字视频广播）传输的存在的方法，包括：

在选定的信道中接收RF（射频）信号（901）；

根据经接收的RF信号创建样本（902）；

估计所述样本的频率偏移（903）；

利用经估计的频率偏移来校正所述样本（904）；

将经校正的样本和参考信号相关（905）；以及

比较相关结果和阈值（906）。

2.权利要求1的方法，其中估计所述样本的所述频率偏移包括：

选取一组作为在所有符号中在固定子载波位置上传输的、提升的连续导频的三个或更多导频（1001）；

将经接收的样本转换到频域（1002）；

确定经转换的样本中最大值的位置，这些最大值相应于在所述组中的导频（1003）；以及

比较经确定的位置和在所述组中预期的导频位置（1004）。

3.权利要求2的方法，其中根据经接收的RF信号创建样本包括：

按额定频率偏移下变换所述信号；

将经下变换的信号滤波到大约所述组中的导频的频率跨度的带宽；以及

向下采样经滤波的信号。

4.权利要求2的方法，其中确定在经转换的样本中最大值的位置包括根据多个样本块上的平均值识别所述最大值。

5.权利要求2的方法，进一步包括将估计结果与另一组三个或更多导频相结合。

6.权利要求1的方法，其中所述参考信号根据导频生成，并被存储在存储器中。

7.一种用于检测DVB（数字视频广播）传输的存在的方法，包括：

在选定的信道中接收RF（射频）信号；

根据经接收的RF信号创建样本；

选取一组作为在所有符号中在固定子载波位置上传输的、提升的连续导频的三个或更多导频；

将所述样本转换到频域；

识别在经转换的样本中最大值的位置；以及

确定经识别的最大值是否相应于在所述组中的所述导频。

8.权利要求7的方法，其中根据经接收的RF信号创建所述样本包括：

按额定频率偏移下变换所述信号；

将经下变换的信号滤波到大约在所述组中所述导频的频率跨度的带宽；以及

向下采样经滤波的信号。

9.一种用于检测DVB（数字视频广播）传输的存在的系统，包括：

RF（射频）前端模块（801），用于接收RF信号；

采样模块（802），用于根据经接收的RF信号创建样本；

频率偏移估计器（804），用于估计所述样本的频率偏移；

频率偏移校正模块（803），用于校正所述样本的频率；

相关器（808），用于将经校正的样本和参考信号相关；和

阈值检测模块（809），用于比较相关结果和阈值。

10.权利要求9的系统，其中所述频率偏移估计器被配置为：

选取一组三个或更多导频；

将经接收的样本转换到频域；

确定在经转换的样本中最大值的位置，这些最大值相应于在所述组中的所述导频；以及

比较经确定的位置和在所述组中预期的导频位置。

11.权利要求10的系统，其中所述采样模块（802）进一步被配置为：

按额定频率偏移下变换所述信号（503）；

将经下变换的信号滤波到大约在所述组中的导频的频率跨度的带宽（504）；以及

向下采样经滤波的信号（505）。

12.权利要求10的系统，进一步包括累加器和平均模块（806）以对多个导频组上或多个样本块上的结果取平均。

13.权利要求9的系统，进一步包括用于存储根据导频生成的参考信号的存储器模块（807）。

14.一种用于检测DVB（数字视频广播）传输的存在的系统，包括：

RF（射频）前端模块（801），用于接收RF信号；

采样模块（802），用于根据经接收的RF信号创建样本；和

处理模块，用于将所述样本转换到频域，识别在经转换的样本中最大值的位置，并确定经识别的最大值是否相应于作为在所有符号中在固定子载波位置上传输的、提升的连续导频的三个或更多导频的选定组。

15.权利要求14的系统，其中所述采样模块（802）进一步被配置为：

按额定频率偏移下变换所述信号；

将经下变换的信号滤波到大约在所述组中所述导频的频率跨度的带宽；以及

向下采样经滤波的信号。

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