CN1160955A - 用于数字通信的同步装置 - Google Patents
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Abstract
一种同步装置,包括产生预定信号的第一部分。第二部分对每一取样间隔检测接收信号与第一部分所产生预定信号之间的相关性。第三部分从第二部分对相继码元间隔中相同时间位置的取样间隔检测的相关性中,选出一种相关性。第三部分选择的相关性在按照大小顺序排列方面具有给定的顺序号。
Description
本发明涉及用于数字通信无线电接收机的同步装置。
由无线电设备进行的典型数字通信中,信息是一码元一码元发送的。为了准确地恢复所发送的信息,重要的是在发射机和接收机之间获取码元同步。通常,接收机具有使码元定时信号(码元时钟信号)与被接收的信息信号自动同步的装置。
在某些数字通信无线电系统中,发射机把给定的码型信号加到所发信号的开头部分。给定的码型信号由接收机用来获取码元同步。
接收机中典型的同步装置具有取决于一对参考码型同相信号和参考码型正交信号,以及一对接收的同相信号和接收的正交信号的相关器。一对参考码型信号和参考码型正交信号与发射机中产生的已知码型信号对应。相关器定期地计算一对参考码型同相信号和参考码型正交信号与一对接收的同相信号和接收的正交信号之间的同相相关值。相关器还定期计算一对参考码型同相信号和参考码型正交信号与一对接收的同相信号和接收的正交信号之间的正交相关值。另外,相关器定期地计算同相相关值和正交相关值的功效。典型的同步装置具有一个将每一计算的功率与一阈值功率比较的部分。码元定时信号(码元时钟信号)的相位是响应于计算功率增加到阈值功率以上时的瞬间来控制或确定的。
日本未经审查的专利申请7-250120揭示了一种同步电路,它包括一个取决于独特字信号和接收信号的相关器。该相关器定期地计算独特字信号与接收信号之间的绝对相关值。缓冲存储器内装有多个所计算的相关值。在日本专利申请7-250120的同步电路中,峰值检波器从缓冲存储器中已计算的相关值中选出第一最大相关值。峰值检波器还确定与第一最大相关值对应的时间位置。日本专利申请7-250120中包括一个在缓冲存储器中搜寻第二最大相关值的鉴定部分。如果第二最大相关值超过某一阈值,并且该阈值等于第一最大相关值乘以给定的比例系数,并且与第二最大相关值对应的时间位置超前于第一最大相关值,那么就把第二最大相关值的时间位置用作同步定时。反之,就把第一相关值的时间位置用作同步定时。
本发明的目的是提供一种改进的同步装置。
本发明的第一个方面是,提供的同步装置包含:产生一预定信号的第一装置,对每一取样间隔检测接收信号和第一装置产生的预定信号之间的相关性的第二装置,以及从多个相关性中选出一个相关性的第三装置,所述的多个相关性是第二装置分别对相继码元间隔中相同时间位置的取样间隔检测的,而且第三装置选择的相关性在按照大小顺序排列方面具有给定的顺序号。
本发明的第二个方面是,提供的同步装置包含:产生一预定信号的第一装置;对每一取样间隔检测接收信号和第一装置产生的预定信号之间的相关性的第二装置;从多个相关性中选出一个相关性的第三装置,所述的多个相关性是第二装置分别对相继码元间隔中相同时间位置的取样间隔检测的,而且,第三装置选择的相关性在按照大小顺序排列方面具有给定的顺序号;产生代表预定阈值的参考信号的第四装置;将第三装置选择的相关性与由参考信号代表的阈值进行比较的第五装置。
本发明的第三个方面是,提供的同步装置包含:产生一预定信号的第一装置;对每一取样间隔检测接收信号和第一装置产生的预定信号之间的相关性的第二装置;从多个相关性中选出一个相关性的第三装置,所述的多个相关性是第二装置分别对相继码元间隔中相同时间位置的取样间隔检测的,而且,第三装置选择的相关性在按照大小顺序排列方面具有给定的顺序号;产生代表预定阈值的参考信号的第四装置;将第三装置选择的相关性与由参考信号代表的阈值进行比较的第五装置;产生代表对每一取样间隔时间进行更新的时间的时间信号的第六装置;响应于第五装置的比较结果,对时间信号代表的时间进行校准的第七装置。
本发明的第四个方面是,提供的同步装置包含:产生一预定信号的第一装置;检测接收信号和第一装置在每一取样间隔内产生的预定信号之间的相关性的第二装置;从多个相关性中选出一个相关性的第三装置,所述的多个相关性是第二装置分别对相继码元间隔中相同时间位置的取样间隔检测的,而且,第三装置选择的相关性在按照大小顺序排列方面具有给定的顺序号;产生代表预定阈值的参考信号的第四装置;将第三装置选择的相关性与由参考信号代表的阈值进行比较的第五装置;响应于第五装置的比较结果,禁止第三装置有效运行的第六装置。
本发明的第五个方面是基于第一个方面的,并且提供的同步装置中的第三装置包含从多个相关性中选出第二最大相关性的装置,所述多个相关性是第二装置对给定的相继码元间隔数中相同时间位置的取样间隔检测的。
本发明的第六个方面是基于第一个方面的,并且提供的同步装置中的第三装置包含从除了最大相关性以外的多个相关性中选取一个相关性的装置,所述多个相关性是第二装置对给定的相继码元间隔数中相同时间位置的取样间隔检测的。
本发明的第七个方面是基于第一个方面的,并且提供的同步装置中的相继码元间隔数是预定的。
图1是按照本发明第一种实施例的同步装置方框图。
图2是一例所发送无线电信号的格式。
图3是图1所示的同步装置中定期计算的第一例相关功效的时域图。
图4是图1所示的同步装置中定期计算的第二例相关功效的时域图。
图5是图1所示的同步装置中定期计算的第三例相关功效的时域图。
图6是图1所示的同步装置中定期计算的第四例相关功效的时域图。
图7是按照本发明第二种实施例的同步装置方框图。
图8是按照本发明第三种实施例的同步装置方框图。
图9是图8所示的同步装置中定期计算的一例相关功效的时域图。
图10是按照本发明第四种实施例的同步装置方框图。
参见图1,将一对接收同相信号(接收的I信道信号)和接收正交信号(接收Q信道信号)分别馈送到模-数转换器3和4。通常,接收同相信号和接收正交信号是由解调器(未图示)从接收无线电信号中得到的。模-数转换器3和4也称作为A/D转换器3和4。具有预定高频的基本时钟脉冲信号(取样时钟信号)施加到A/D转换器3和4。接收同相信号在由基本时钟脉冲信号决定的时序处由A/D转换器3定期地变换成数字接收同相信号。接收正交信号在由基本时钟脉冲信号决定的时序处定期地由A/D转换器4变换成数字接收正交信号。
相关电路6位于A/D转换器3和4之后。相关电路6包括存储器7、相关器10、存储器11和计算器16。存储器7的输入端位于A/D转换器3和4之后。存储器7的输出端与相关器10的第一输入端相连。存储器11与相关器10的第二输入端相连。相关器10的输出端与计算器16的输入端相连。
相关电路6中的存储器7、相关器10、存储器11和计算器16接收基本时钟脉冲信号。存储器7、相关器10、存储器11和计算器16响应于基本时钟脉冲信号而动作,从而其运行的定时受基本时钟脉冲信号的控制。
通过逐个取样,将一对数字接收同相信号和数字接收正交信号从A/D转换器3和4写入存储器7。这里,“取样”按时间间隔中与用给定自然数(如2、4、8或10)除的“码元”对应。对于每一个数字接收同相信号和数字接收正交信号,存储器7具有与给定L个取样数对应的容量。因此,数字接收同相信号和数字接收正交信号中的每一个信号的“L”个相继的取样就存储在存储器7中。给定的L”个取样与一个码元对应。每次将数字接收同相信号和数字接收正交信号的每一对新的取样写入到存储器7中去时,一对老的取样就从存储器7中擦去。存储器7就象是个移位寄存器。
存储器11存储与一码元对应的一对参考同相信号和参考正交信号。存储器11中的一对参考同相信号和参考正交信号代表获取码元同步的给定码元(给定状态的码元)。存储器11中的参考同相信号和参考正交信号中的每一个被分成与存储段对应的“L”个单位取样。
相关器10对每一取样间隔执行下述处理程序。相关器10从存储器7读取数字接收同相信号和数字接收正交信号中每一信号的“L”个取样。相关器10又从存储器11读取参考同相信号和参考正交信号中每一信号的相应段的“L”个单位取样。相关器10按照下面的公式计算一对接收同相信号和接收正交信号和一对参考同相信号和参考正交信号之间同相相关性的值“combI”。
式中,“r(i)*”表示相对于复数“r(i)”的共轭复数;“sw(i)”表示一对接收同相信号和接收正交信号的取样;“r(i)”表示一对参考同相信号和参考正交信号的单位取样相应存储段;“swI(i)”表示接收同相信号的取样;“swQ(i)”表示接收正交信号的取样;“rI(i)表示参考同相信号的单位取样相应存储段;而“ro(i)”表示参考正交信号的单位取样相应存储段。相关器10按照下面的公式计算一对接收同相信号和接收正交信号与一对参考同相信号和参考正交信号之间正交相关的值“combQ”。
由相关器10将同相相关值“combI”和正交相关值“combQ”通知计算器16。对于每一个取样间隔,计算器16参照下面的等式计算同相相关值“combI”和正交相关值“combQ”的功率(power)“comb”。
计算器16输出代表计算的相关功效“comb”的数据段。
误差抑制电路18位于相关电路6之后。误差抑制电路18包括存储器19、地址控制器20和选择器23。存储器19的输入端与相关电路6中的计算器16的输出端相连。存储器19的输出端与选择器23的输入端相连。地址控制器20与存储器19相连。选择器23的输出端通向产生码元时钟信号(码元定时信号)的电路(未图示)。
误差抑制电路18中的存储器19、地址控制器20和选择器23接收基本时钟脉冲信号。存储器19、地址控制器20和选择器23响应于基本时钟脉冲信号而动作,从而其运行的定时受基本时钟脉冲信号的控制。
通过逐个取样的方式,将来自相关电路6中计算器16的输出数据存储到存储器19内。存储器19具有与给定码元数“M”(例如4个码元)对应的容量。因此,来自计算器16的“L·M”个相继输出数据段就存储在存储器19内,这里,“L”表示1码元时间间隔(一个码元间隔)中的取样数。地址控制器20将地址信号输出到存储器19内,对存储器19实施地址控制。将存储器19的地址控制设计成使来自计算器16的最新的输出数据段写到最老的数据段上。因此,每次将来自计算器16的最新输出数据段存储到存储器19内时,最老的数据段就从存储器19中擦去。同时还将存储器19的地址控制设计实施后续的处理。在将来自计算器16的最新的输出数据段存入存储器19内时,立即将给定的“M”个数据段(例如4个数据段)从存储器19读出,并馈送到选择器23。从存储器19读出的数据段包括最新的数据段、在比最新的数据段的出现时刻早1码元时间间隔的那一时刻出现的数据段、在比最新的数据段的出现时刻早2码元时间间隔的那一时刻出现的数据段以及在比最新的数据段的出现时刻早3码元时间间隔的那一时刻出现的数据段。因此,从存储器19读出的数据段对应于相继1码元时间间隔中相等的取样时间位置。这样,对每一取样间隔(每一单位取样时间间隔),将给定M个数据段(例如4个数据段)从存储器19读出,并馈送到选择器23。为了实现该阅读过程,存储器19、地址控制器20和选择器23会响应于具有比基本时钟脉冲信号的频率更高的预定频率而动作。
例如,用来自存储器19的4个输出数据段表示的计算所得相关功效表述如下。
x(iL+j),x((i-1)L+j),x((i-2)L+j),x((i-3)L+j) …(4)其中,“(iL+j)”、“((i-1)L+j)”、“((i-2)L+j)”和“((i-3)L+j)”分别表示相应计算所得的相关功效“x”的出现时刻。另外,“(iL+j)”表示对应于最新数据段的时刻。再有,“i”表示码元的序号(也称为帧),而“j”表示码元间隔中取样的序号。
选择器23从存储器接收输出数据段。对于每一取样间隔(每一单位取样时间间隔),选择器23从许多接收数据段中挑选出一个。选出的数据段具有给定的序号“N”,该序号表示接收的数据段是按照所代表的计算所得相关功效的大小排列的。例如,选择器23比较由接收数据段所表示的计算所得相关功效。随后,选择器23从代表第二最大计算所得相关功效的接收数据段中挑选出一个。选择器23也可以从代表第三或第四最大计算所得相关功效的接收数据段中挑选出一个。
通常,加在所发送无线电信号中的取同步用给定码型信号代表预定的“K”个相继给定码元,例如4个相继给定码元。通常,在给定码型信号的重复期间,计算所得相关功效在以1码元时间间隔分开的预定“K”个瞬间处,其峰值定期超出某一值。
图2给出一例发送无线电信号的格式。参见图2,发送的无线电信号代表一个10码元的序列,10个码元中包括4个相继的给定码元。10个码元依次标号为“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”和“9”。码元“2”、“3”、“4”和“5”中的每一个码元都等于给定码元。
在某些条件下,来自某一发射机的无线电信号分别通过多条具有不同长度的路径传播到某一接收机。较短的路径产生无线电信号的超前波分量,而较长的路径产生迟后波分量。一般情况下,较短的路径与直达路径相符,而无线电信号的超前波分量是无线电信号的直达波分量。无线电信号的超前波分量(直达波分量)在迟后波到达接收机之前到达接收机。通常,在沿较长路径传播的期间,无线电信号由建筑物或山峦之类的物体反射。计算的相关功效会受到这种迟后波分量的不利影响。
如果由从发射机到接收机的无线电信号所代表的当前码元与给定的码元非常相似,那么,相应计算的相关功效的峰值将到达一很大的值。
图3给出一例响应于当前1帧间隔(当前1码元间隔)“i”期间给定码型信号的接收而发生的计算所得相关功效的时域变化。图4给出一例响应于紧接超前1帧间隔(紧接超前1码元间隔)“i-1”期间给定码型信号的接收而发生的计算所得相关功效的时域变化。图5给出一例响应于第二紧接超前1帧间隔(第二紧接超前1码元间隔)“i-2”期间给定码型信号的接收而发生的计算所得相关功效的时域变化。图6给出一例响应于第三紧接超前1帧间隔(第三紧接超前1码元间隔)“i-3”期间给定码型信号的接收而发生的计算所得相关功效的时域变化。
在图3、4、5和6中,计算的相关功效在相应于1码元时间间隔内取样序号“5”的某一时刻处达到峰值。参见图3,迟后波在取样序号“5”的那一时刻产生的计算所得相关功效变化,峰值仅为一较小值。另一方面,在图4、5和6中,在取样序号“5”的那一时刻产生的计算所得相关功效变化,峰值为一很大的值。图4中,由与给定码元非常近似的发送无线电信号所表示的码元产生的计算所得相关功效,在相应于取样序号“8”处达到一很大峰值。图5中,由与给定码元非常近似的发送无线电信号所表示的码元产生的计算所得相关功效,在相应于取样序号“7”处达到一很大峰值。图6中,由与给定码元非常近似的发送无线电信号所表示的码元产生的计算所得相关功效,在相应于取样序号“2”处达到一很大峰值。
如前文所述,选择器23从与相继4个1码元的时间间隔中相等取样时间位置对应的存储器19接收4个数据段。选择器23从代表第二最大计算所得相关功效的接收数据段中选出一个数据段。图4中取样序号“8”那一时刻处的计算所得相关功效不是图3、4、5和6中取样序号“8”时刻处计算所得相关功效的第二最大值。因此,选择器23就不选图4中取样序号“8”时刻处的计算所得相关功效峰值。图5中取样序号“7”那一时刻处的计算所得相关功效不是图3、4、5和6中取样序号“7”时刻处计算所得相关功效的第二最大值。因此,选择器23就不选图5中取样序号“7”时刻处的计算所得相关功效峰值。图6中取样序号“2”那一时刻处的计算所得相关功效不是图3、4、5和6中取样序号“2”时刻处计算所得相关功效的第二最大值。因此,选择器23就不选图6中取样序号“2”时刻处的计算所得相关功效峰值。另一方面,图4、5或6中取样序号“5”那一时刻处的计算所得相关功效是图3、4、5和6中取样序号“5”时刻处计算所得相关功效中的第二最大值。因此,选择器23选择图4、5或6中取样序号“5”时刻处的计算所得相关功效峰值。这样,选择器23就接受所要求的计算所得相关功效峰值,而拒绝计算所得相关功效的虚假峰值。
判定电路可以位于误差抑制电路18中的选择器23之后。对于每一个取样间隔,判定电路接收代表计算所得相关功效(第二最大计算所得相关功效)的选择器23输出数据段。判定电路包括一比较器。对于每一取样间隔,判定电路中的比较器确定计算所得相关功效是否大于预定的阈值。当计算所得相关功效等于或小于该阈值时,判定电路输出信号“1”,作为一对接收同相信号和接收正交信号所代表的码元与一对参考同相信号和参考正交信号所代表的给定码元之间不一致的指示。另一方面,当计算所得相关功效大于该阈值时,判定电路输出信号“0”,作为一对接收同相信号和接收正交信号所代表的码元与一对参考同相信号和参考正交信号所代表的给定码元之间一致的指示。
可以将判定电路的输出信号馈送到产生码元时钟信号(码元定时信号)的信号发生器。信号发生器响应于判定电路的输出信号,控制产生的码元时钟信号的相位,使码元时钟信号与接收信号同步。
第二种实施例
图7给出本发明的第二种实施例,除了下文中将描述的附加结构以外,它与图1所示的实施例类似。图7所示的实施例包括一比较器25和一存储器26。
比较器25位于误差抑制电路18中的选择器23之后。对于每一取样间隔,此比较器接收代表计算所得相关功效(第二最大计算所得相关功效)的选择器23输出数据段。存储器26存储代表预定阈值的信号。存储器26与比较器25相连。存储器26将阈值通知比较器25。对于每一取样间隔,比较器25判定计算所得相关功效是否大于该阈值。当计算相关功效等于或小于该阈值时,比较器25输出信号“1”,作为一对接收同相信号和接收正交信号所代表的码元与一对参考同相信号和参考正交信号所代表的给定码元之间不一致的指示。另一方面,当计算所得相关功效大于该阈值时,判定电路输出信号“0”,作为一对接收同相信号和接收正交信号所代表的码元与一对参考同相信号和参考正交信号所代表的给定码元之间一致的指示。
可以将比较器25的输出信号馈送到产生码元时钟信号(码元定时信号)的信号发生器。该信号发生器响应于判定电路的输出信号,控制产生的码元时钟信号的相位,使码元时钟信号与接收信号同步。
第三种实施例
图8给出本发明的第三种实施例,除了下文中将描述的附加结构以外,它与图7所示的实施例类似。图8所示的实施例包括一接收帧控制电路(接收窗控制电路)30。
接收帧控制电路30具有计数器31、存储器32和译码器35。计数器31接收取样时钟信号(基本时钟脉冲信号),并对取样时钟信号中的每一脉冲进行计数。计数器31还接收比较器25的输出信号。存储器32存储代表1码元时间间隔中给定时刻点的信号。给定时刻点与计算所得相关功效达到峰值的那一时刻一致。例如,给定时刻点对应于取样序号“5”(见图3、4、5和6)。存储器32与计数器31相连。存储器32将1码元时间间隔内的给定时刻点通知计数器31。译码器35位于计数器31之后。
图9给出误差抑制电路18中选择器23输出信号所代表的计算所得相关功效中的时域变化例子。响应于1帧间隔(1码元间隔)期间给定码型信号的接收而出现图9所示的时域变化。
参见图9,在取样序号“5”的那一时刻,计算所得相关功效超过某一预定阈值,从而比较器25输出信号的逻辑状态改变。比较器25输出信号的变化使得可以将1码元时间间隔内给定时刻点的信号装入计数器31。这样,计数器31提供的取样脉冲计数的序号就被设置成与1码元时间间隔内的给定时刻点一致。因此,就实现了对1码元时间间隔内被测时刻点的校准。随后,响应于取样时钟信号中的每一个脉冲,计数器31的输出信号所代表的取样脉冲计数的序号就从给定时刻点的序号起改变。译码器35接收计数器31的输出信号,并将计数器31的输出信号译码成合适的用时间表示的信号。译码器35将该用时间表示的信号输出到相关电路6和误差抑制电路18。
例如,取样脉冲计数的序号的改变有一个对应于组成1码元时间间隔的单位取样时间间隔数(例如,10个单位取样时间间隔)的周期。这样,计数器31的输出信号或译码器35的输出信号代表1码元时间间隔内按取样序号“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”和“9”的顺序周期性变化的时刻点(见图3、4、5、6和9)。
第四种实施例
图10给出本发明的第四种实施例,除了下文中将描述的附加结构以外,它与图8所示的实施例类似。图10所示的实施例包括开关37。开关37从相关电路6中计算器16的输出信号和误差抑制电路18的输出信号中选出一种信号,并将选出的信号发送到比较器25。开关37响应于比较器25的输出信号。
正常情况下,开关37挑选选择器23的输出信号,并将该输出信号发送到比较器25。当选择器23的输出信号所代表的计算所得相关功效超过预定阈值时,比较器25输出信号的逻辑状态改变。比较器25输出信号的这一变化使得开关37选择计算器16的输出信号,而不是选择器23的输出信号。所以,取得码元同步以后,误差抑制电路18不影响码元同步过程。
当码元不同步,或者当通信改变成新的频道时,开关37变成再次选择选择器23的输出信号。这种情况下,误差抑制电路18再启动以有效运行。
Claims (7)
1.一种同步装置,其特征在于,它包含:
第一装置,用来产生一预定信号,
第二装置,用来对每一取样间隔检测接收信号与第一装置所产生的预定信号之间的相关性,以及
第三装置,用来从第二装置分别对相继码元间隔中相同时间位置的取样间隔检测的相关性中挑选一种相关性,其中,第三装置选择的相关性在按照大小顺序排列方面具有给定的顺序号。
2.一种同步装置,其特征在于,它包含:
第一装置,用来产生一预定信号;
第二装置,用来对每一取样间隔检测接收信号与第一装置所产生的预定信号之间的相关性;
第三装置,用来从第二装置分别对相继码元间隔中相同时间位置的取样间隔检测的相关性中挑选一种相关性,其中,第三装置选择的相关性在按照大小顺序排列方面具有给定的顺序号;
产生代表预定阈值的参考信号的第四装置;
将第三装置选择的相关性与参考信号代表的阈值进行比较的第五装置。
3.一种同步装置,其特征在于,它包含:
第一装置,用来产生一预定信号;
第二装置,用来对每一取样间隔检测接收信号与第一装置所产生的预定信号之间的相关性;
第三装置,用来从第二装置分别对相继码元间隔中相同时间位置的取样间隔检测的相关性中挑选一种相关性,其中,第三装置选择的相关性在按照大小顺序排列方面具有给定的顺序号;
产生代表预定阈值的参考信号的第四装置;
将第三装置选择的相关性与参考信号代表的阈值进行比较的第五装置;
产生代表对每一取样间隔进行更新的时间的时间信号的第六装置;
响应于第五装置比较的结果,对时间信号所代表的时间进行校准的第七装置。
4.一种同步装置,其特征在于,它包含:
第一装置,用来产生一预定信号;
第二装置,用来对每一取样间隔检测接收信号与第一装置所产生的预定信号之间的相关性;
第三装置,用来从第二装置分别对相继码元间隔中相同时间位置的取样间隔检测的在相关性中挑选一种相关性,其中,第三装置选择的相关性在按照大小顺序排列方面具有给定的顺序号;
产生代表预定阈值的参考信号的第四装置;
将第三装置选择的相关性与参考信号代表的阈值进行比较的第五装置;
响应于第五装置的比较结果,禁止第三装置有效运行的第六装置。
5.如权利要求1所述的同步装置,其特征在于,所述第三装置包含从第二装置对给定的相继码元间隔数中相同时间位置的取样间隔检测的相关性中选出第二最大相关性的装置。
6.如权利要求1所述的同步装置,其特征在于,所述第三装置包含从除去最大相关性的多个相关性中选出某一相关性的装置,并且所述相关性都是由第二装置对给定的相继码元间隔数中相同时间位置的取样间隔进行检测的。
7.如权利要求1所述的同步装置,其特征在于,所述相继码元间隔的数量是预定的。
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