CN104982016B

CN104982016B - 粗略定时方法和系统

Info

Publication number: CN104982016B
Application number: CN201380072582.8A
Authority: CN
Inventors: 裴文江; 郝金光; 王开; 张青山
Original assignee: Crown Audio Inc
Current assignee: Crown Audio Inc
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2019-07-12
Anticipated expiration: 2033-04-01
Also published as: EP2982088B1; US20160028576A1; EP2982088A4; US9787517B2; WO2014161135A1; EP2982088A1; CN104982016A

Abstract

提供了一种用于通信系统的粗略定时方法。所述粗略定时方法可以包括：使用基于自相关的定时度量函数计算所接收的信号样本的定时度量值；基于先前的定时度量值来计算平均定时度量值；以及基于所述定时度量值和所述平均定时度量值来确定是否存在有数据帧。

Description

粗略定时方法和系统

技术领域

本申请大体上涉及用于通信系统、更具体地是用于OFDM通信系统的粗略定时。

背景技术

IEEE 802.11p协议(又称车载环境中的无线接入(Wireless Access inVehicular Environment，WAVE))是IEEE 802.11的已获批准的修正案。它是对IEEE 802.11的扩展，并且适应智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)中的对应应用。

类似其它802.11体系成员，802.11p的帧同步主要是取决于短和长的训练序列。一个此类训练序列实例如图1所示。在这个实例中，存在10个短的训练序列t₁～t₁₀以及2个长的训练序列T₁～T₂，并且总训练时间为32μs。

在一些常规方法中，帧同步被分成为粗略定时过程和精细定时过程。在粗略定时过程中，数据帧的位置使用第一预设阈值以及基于所接收的信号的自相关的第一定时度量函数来近似定位。在精细定时过程中，第一路径中传送的数据帧的位置使用第二预设阈值以及基于所接收的信号与已知训练序列间的互相关的第二定时度量函数来定位。数据帧指包含某些训练序列以及有效载荷的数据包。

在此类方法中，基于互相关的第二定时度量函数仅在检测到数据帧时才使用。由于基于自相关的计算具有低复杂性以及相对低精确性，并且基于互相关的计算具有相对高复杂性以及高精确性，因此，通过如此组合即可实现在相对低计算复杂性下相对高精确性。

以S&C算法为例，说明一种常规粗略定时方法。

定时度量函数可如公式(1)定义，

其中d表示沿时间轴的位置。

P(d)可如公式(2)定义，

其中r(n)表示所接收的信号，并且N表示短训练序列的长度。

R(d)可如公式(3)定义。，

阈值C_th可以预设。如果存在大于C_th的预先确定数目的连续的定时度量值，这就表明存在有数据帧，并且粗略定时结束。如果M₁(d)≤C_th，这就表明不存在数据帧，并且粗略定时继续。如何找出数据帧的实例如图2所示。

然而，信号信道的相关参数可能如因不同类型衰减改变。因此，在某些情况下，预设阈值可能造成错误。例如，在一些情况下，预设阈值可能过低，并且噪声可能被错误地识别为数据帧。在一些情况下，预设阈值可能过高，并且帧的开始部分可能缺失。因此，需要更稳健的粗略定时方法以及系统。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种用于通信系统的粗略定时方法。所述粗略定时方法可以包括：计算所接收的信号样本的基于自相关的定时度量值；基于所接收的信号样本的先前的定时度量值计算平均定时度量值；以及基于所述定时度量值和所述平均定时度量值来确定是否存在有数据帧。

在一些实施例中，所述方法可进一步包括：如果存在大于对应平均定时度量值的Q个连续定时度量值，那么确定存在有数据帧，其中Q是预先确定的正整数。在一些实施例中，Q可为足够大的，但不过大，使得数据帧不可能缺失并且噪声不可能错误地被识别为数据帧。在一些实施例中，所述方法可进一步包括：确定数据帧基本上起始于对应于大于对应平均定时度量值的Q个连续定时度量值的第一个值的信号样本。

在一些实施例中，对于所接受的信号样本而言，对应平均定时度量值可为针对信号样本来计算的平均定时度量值。在一些实施例中，对于所接受的信号样本而言，对应平均定时度量值可为针对当前信号样本以及当前信号样本前的信号样本来计算的平均定时度量值中的最大的值。

在一些实施例中，所述方法可进一步包括：如果在具有预先确定长度L的时间窗中，存在大于对应平均定时度量值的Q个定时度量值，那么确定存在有数据帧，其中L大于Q。在一些实施例中，所述方法可进一步包括：确定数据帧起始于对应于时间窗的结束的信号样本。

在一些实施例中，所述定时度量值可根据公式(1)计算：

其中d代表时间轴上的位置，

其中P(d)可如公式(2)定义：

其中r(n)表示所接收的信号，并且N为预先确定的正整数，

并且其中R(d)可如公式(3)定义：

N可为任何合适的正整数。例如，N可为4、5、6、7、8、9、10、16、32等等。在一些实施例中，N可设定为短训练序列的长度。

在一些实施例中，平均定时度量值可基于M个连续的先前定时度量值计算，其中M是预先确定的正整数。

在一些实施例中，所述平均定时度量值可根据公式(4)计算：

M可为任何合适的正整数。例如，M可为2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20等等。在一些实施例中，M可设定为短训练序列的长度的一半。

以上公式可以许多方式修改，并且并不旨在以任何方式来进行限制。例如，公式(4)可修改成公式(5)：

在一些实施例中，通信系统是正交频分多路复用通信(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)系统。

在一个实施例中，提供了一种用于通信系统的粗略定时系统。所述粗略定时系统可以包括：定时度量值计算设备，所述定时度量值计算设备用于计算所接收的信号样本的基于自相关的定时度量值；平均定时度量值计算设备，所述平均定时度量值计算设备用于基于所接收的信号样本的先前的定时度量值计算平均定时度量值；以及数据帧检测设备，所述数据帧检测设备用于基于所述定时度量值和所述平均定时度量值来确定是否存在有数据帧。

在一些实施例中，如果存在大于对应平均定时度量值的Q个连续定时度量值，那么所述数据帧检测设备确定存在有数据帧，其中Q是预先确定的正整数。在一些实施例中，所述数据帧检测设备可进一步确定数据帧基本上起始于对应于Q个连续定时度量值的第一个值的信号样本。

在一些实施例中，如果在具有预先确定长度L的时间窗中，存在大于对应平均定时度量值的Q个定时度量值，那么所述数据帧检测设备确定存在有数据帧，其中L大于Q。在一些实施例中，所述数据帧检测设备可进一步确定数据帧基本上起始于对应于时间窗的结束的信号样本。

在一些实施例中，所述粗略定时系统可进一步包括用于对大于对应平均定时度量值的定时度量值进行计数的计数器。

在一个实施例中，提供了一种用于通信系统的粗略定时系统。所述粗略定时系统可以包括：用于基于自相关来计算所接收的信号样本的定时度量值的装置；用于基于先前的定时度量值计算所接收的信号样本的平均定时度量值的装置；以及用于基于所述定时度量值和所述平均定时度量值来确定是否存在有数据帧的装置。

在一个实施例中，提供一种包含计算机程序在其中的计算机可读介质。当所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器可被指示来：基于自相关来计算所接收的信号样本的定时度量值；基于先前的定时度量值计算所接收的信号样本的平均定时度量值；以及基于所述定时度量值和所述平均定时度量值来确定是否存在有数据帧。

附图说明

本发明的前述和其它特征将结合附图来从以下描述和所附权利要求书更完全地清楚。应当理解，这些附图仅仅描绘根据本发明的若干个实施例，并且因此不被认为是对本发明范围的限制，将会通过使用附图对本发明进行更确切且更详细地描述。

图1示出802.11协议的完整训练序列的实例。

图2示出如何通过常规方法检测数据帧的实例。

图3示出根据本申请的一实施例的粗略定时系统的示意性方框图。

图4示出根据本申请的一实施例的粗略定时系统的示意性流程图。

图5示出在实验中常规方法及本申请的方法的差错率图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考附图，附图形成以下详细描述的一部分。在附图中，类似符号通常标识类似部件，除非上下文另外地指明。详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施例不意味着限制性的。在不背离在此所呈现的主题的精神或范围的情况下，可利用其它实施例，并可做出其它改变。将容易地理解，如本文中大体描述并在附图中示出的本发明的方面可以各种各样的不同的配置进行布置、替换、组合以及设计，所有这些都明确地构想并形成为本发明的部分。

图3示出通信系统中的粗略定时系统100的示意性方框图。所述系统100包括：信号接收设备101，用于接收信号样本；定时度量值计算设备103，用于计算信号接收设备101所接收的信号样本的基于自相关的定时度量值；平均定时度量值计算设备105，用于基于先前的定时度量值计算所接收的信号样本的平均定时度量值；以及数据帧检测设备107，用于基于定时度量值计算设备103计算的定时度量值和平均定时度量值计算设备105计算的平均定时度量值来确定是否存在有数据帧。

图4示出用于通信系统的粗略定时方法200的示意性流程图。

在201中，接收信号样本。信号样本可通过对所接收的信号进行采样获得。在数字信号处理中，信号样本用于表示信号。根据本申请的一实施例，信号样本是由信号接收设备101获得。随后，信号接收设备101将所接收的信号样本发送至定时度量值计算设备103。

在203中，计算所接收的信号样本的基于自相关的定时度量值。根据本申请的一实施例，定时度量值计算设备103计算每个信号样本的定时度量值。基于自相关的定时度量值可根据公式(1)计算：

其中d代表时间轴上的位置，

其中P(d)可如公式(2)定义：

其中r(n)表示所接收的信号，并且N为预先确定的正整数，

并且其中R(d)可如公式(3)定义：

N可为任何合适数字。例如，N可为6、8、10、12、14等等。另外，存在计算定时度量值的不同方式，并且本申请的范围并不限于上述方法。

当定时度量值被计算时，定时度量值计算设备103将所计算的定时度量值发送至平均定时度量值计算设备105和数据帧检测设备107两者。

在205中，基于先前的定时度量值来计算平均定时度量值。根据本申请的一实施例，平均定时度量值计算设备105在接收到定时度量值时，基于所接收的信号样本的先前的定时度量值计算对应平均定时度量值。

在一些实施例中，平均定时度量值可基于与当前的定时度量值相邻的M个先前的连续定时度量值计算。平均定时度量值计算设备105可不计算前M个信号样本的平均定时度量值。

在一些实施例中，平均定时度量值可根据公式(4)计算：

其中M可为任何合适的正整数。例如，M可为2、3、4、5、6、8、10、20、30等等。在一些实施例中，M可以等于短训练序列的长度。

在207中，确定是否存在大于对应平均定时度量值的Q个连续定时度量值。根据本申请的一实施例，数据帧检测设备107从定时度量值计算设备103接收定时度量值，并且从平均定时度量值计算设备105接收平均定时度量值。随后，数据帧检测设备107将当前的定时度量值与到当前的平均定时度量值为止曾计算的最大平均定时度量值进行比较。如果当前的定时度量值大于曾计算的最大平均定时度量值，那么计数增加1；如果并非如此，重置计数为0。如果计数达到Q，进入209；如果并非如此进入201。

在209处，确定存在起始于对应于Q个连续定时度量值的第一个值的信号样本的数据帧。根据本申请的一实施例，如果存在大于对应平均定时度量值的Q个连续定时度量值，那么数据帧检测设备107确定存在起始于对应于Q个连续定时度量值的第一个值的信号样本的数据帧。

在211中，结束粗略定时。

根据本申请的一实施例，可以限定具有预先确定长度L的时间窗，并且如果在该时间窗中，存在大于对应平均定时度量值的Q个定时度量值，那么数据帧检测设备107确定存在起始于对应于时间窗结束的信号样本的数据帧。例如，可以限定具有长度L的时间窗。信号样本在被信号接收设备101接收时进入时间窗中，并且会被新的信号样本挤出该时间窗。Q小于L，例如，其可为L-1、L-2、L-3、L-4等等。据信，这可使得方法容许某些差错，并且粗略定时的差错率可进一步降低。

实例

在以下条件下进行实验。

延迟值的向量(ns)：[0 100 200 300 400 500 600 700]；

分接功率向量(dB)：[0 -11.2 -19 -21.9 -25.3 -24.4 -28.0 -26.1]；

多普勒频：1kHz

常规方法阈值：0.5、0.6以及0.7；

SNR范围：-1dB～20dB

在实验中，Q设为140，这意味着，当存在大于对应平均定时度量值的140个连续定时度量值时，定时度量到达“平坦区域”，并且存在起始于对应于大于对应平均定时度量值的140个连续定时度量值的第一个值的信号样本的数据帧。

如下进行实验。

(1)变量被初始化：d＝2，α＝-1，计数＝0，并且β＝0，

其中d代表沿时间轴的位置，α代表自适应迭代阈值，计数代表大于自适应迭代阈值的连续定时度量值的数目，并且β代表最大平均定时度量值。

(2)基于所接收的符号的自相关来计算定时度量值，

其中

并且

如果(d≥16)

{转至(3)；}

否则

{d＝d+1；转至(2)；}

(3)根据等式(8)计算平均定时度量值：

如果(α＝-1)

{α＝M_avg；β＝M_avg；}

否则

{

如果(M_avg>β)

{β＝M_avg}

}

转至(4)；

(4)计算α和定时度量值M₁(d)：

如果(M₁(d)>α)

{

计数＝计数+1；

如果(计数>140){粗略估算完成；}

}

否则

{

计数＝0

α＝β；

}

d＝d+1；

转至(2)。

图5示出在以上条件下所获得的常规方法及本申请的方法的差错率图。线301表示常规方法的差错率，其中阈值为0.5，线303表示常规方法的差错率，其中阈值为0.6，线305表示常规方法的差错率，其中阈值为0.7，并且线307表示本申请的方法的差错率。

可从图5看出，在以上条件下，当SNR大于2dB时，本申请方法的执行要比常规方法更佳。据信，如果使用容错机制，那么就可改进在小于2dB的SNR下本申请方法的执行。例如，可以预先确定具有长度L的时间窗，其中L大于Q，只要在该时间窗中，存在大于对应平均定时度量值的Q个定时度量值，那么确定存在有数据帧。在此实施例中，可不要求Q个定时度量值是连续的，由此可以改进方法的容错性，并且可以减小数据帧因低容错性而缺失的机会。

系统各个方面的软件实施与硬件实施之间存在很少区别；硬件或软件的时间通常是代表成本对效益的权衡的设计选择。例如，如果实施人员确定速度和准确性是最重要的，那么实施人员可以选择主要为硬件和/或固件的车辆；如果灵活性最重要，那么实施人员可以选择主要为软件的实施方式；或者，可替代地，实施人员可以选择硬件、软件和/或固件的一些组合。

虽然本文已公开了各种方面和实施例，但是本领域的技术人员也将清楚其它方面和实施例。本文所公开的各种方面和实施例出于说明目的，而不旨在进行限制，其中本发明的真实范围和精神由所附权利要求书来指示。

Claims

1.一种粗略定时方法，其特征在于，包括：

计算当前接收的信号样本的基于自相关的定时度量值；

基于先前接收的信号样本的基于自相关的定时度量值计算先前接收的信号样本的平均定时度量值；

比较所述定时度量值和所述平均定时度量值；以及

若Q个连续接收到的信号样本对应的Q个定时度量值都大于对应的平均定时度量值，那么确定存在有数据帧，其中Q是预先确定的正整数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：若Q个连续接收到的信号样本对应的Q个定时度量值都大于对应的平均定时度量值，那么确定所述数据帧起始于对应于所述Q个连续定时度量值的第一个值的信号样本。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对应的平均定时度量值是针对当前信号样本和先前信号样本计算的平均定时度量值中的最大的值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定时度量值是根据公式(1)计算：

其中d代表时间轴上的位置，

其中P(d)如公式(2)定义：

其中r(n)表示所接收的信号，并且N为预先确定的正整数，

并且其中R(d)如公式(3)定义：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，平均定时度量值是基于M个连续的先前定时度量值来计算的，其中M是预先确定的正整数。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，平均定时度量值是根据公式(4)计算：

7.一种粗略定时系统，其特征在于，包括：

定时度量值计算设备，所述定时度量值计算设备用于计算当前接收的信号样本的基于自相关的定时度量值；

平均定时度量值计算设备，所述平均定时度量值计算设备用于基于先前接收的信号样本的基于自相关的定时度量值来计算先前平均定时度量值；以及

数据帧检测设备，所述数据帧检测设备用于：若Q个连续接收到的信号样本对应的Q个定时度量值都大于对应的平均定时度量值，确定存在有数据帧，其中Q是预先确定的正整数。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，若Q个连续接收到的信号样本对应的Q个定时度量值都大于对应的平均定时度量值，那么所述数据帧检测设备进一步确定所述数据帧起始于对应于所述Q个连续定时度量值的第一个值的信号样本。

9.一种粗略定时系统，其特征在于，包括：

用于基于自相关来计算当前接收的信号样本的定时度量值的装置；

用于基于先前接收的信号样本的基于自相关的定时度量值计算先前接收的信号样本的平均定时度量值的装置；以及

基于判断Q个连续接收到的信号样本对应的Q个定时度量值都大于对应的平均定时度量值，来确定存在有数据帧的装置，其中Q是预先确定的正整数。