CN1357983A - 由分组传输系统中的终端利用返回信道发送的初始分组的恢复 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种终端和网络前端之间带有返回信道的TDMA类型的交互式分组传输系统。本发明提出一种恢复由连接到系统的终端发送的第一分组的方法,按照它通过沿着使用已知报头的接收分组在可变计算窗口中执行连续相关搜索发送数据。相关计算单独在最佳附加抽样上进行,同时初始抽样时刻的估计被预先实施于每个被考虑的窗口。请求:带有DVB－RCS标准的返回信道的TDMA类型分组传输系统。

Description

由分组传输系统中的终端利用 返回信道发送的初始分组的恢复
技术领域
本发明涉及一种用于TDMA类型分组传输系统的接收机，该传输系统包含至少一个适于在按照预定分配计划分配的时间间隔内发送称之为发送分组的符号分组给接收机的终端，所述发送分组包含一个有用部分和一个已知报头，该接收机包括：
  -用于相应于分配的时间间隔接收称之为接收符号的符号分组的装置，
  -用于从接收符号中产生附加抽样的附加抽样装置，以及
  -用于恢复在分配时间间隔内重现发送分组位置的所述发送分组的装置。
  本发明还涉及包含这样一个接收机的分组传输系统。
  本发明又涉及一种确定称之为发送分组的符号分组位置的接收方法，该系统包含由TDMA类型分组传输系统的终端按照预定分配计划在分配的时间间隔内发送的有用数据和已知报头，该方法包括步骤：
  -接收称之为接收分组的分组，相应于分配的时间间隔并包含称之为接收符号的符号，被发送的分组存在于其中，
  -附加抽样以从所述接收符号产生附加抽样，
  -移位以在接收分组中选择可变的计算窗口，
  -搜索最佳抽样时刻用于基于所产生的附加抽样来选择相应于包含在当前窗口中的接收符号的最佳附加抽样，以及
  -在当前窗口中所选择的附加抽样与发送分组的已知报头之间作连续相关，并且
  -决定检测计算窗口中发送分组的存在和在所分配的时间间隔内导出其位置。
本发明进一步涉及包含具有执行上述方法的指令的计算机程序，和能够传送执行该方法的这些指令的信号。
本发明发现卫星或者电缆传输且特别是以返回信道传输领域的重要应用，其中多个终端适于按照时间分割结构发送数据分组给网络前端。它尤其涉及兼容DVB-RCS(数字视频广播-通过卫星的返回信道)类型标准的系统，诸如以索引“DVB蓝皮书A54 rev.1”出版的建议以及按照ETSI(欧洲电信标准协会)建议的系统，当前在其2000年7月版本中仍为索引“草案ETSI EN 301 790V.1.2.1”的批准段。
背景技术
在交互式卫星系统中，通过使用一个向上连接或者返回信道，几个终端能够发送信号给一个且相同的接收机，称之为网络前端。按照分配及划分用在返回信道中的资源的模式，在通过不同终端发送的数据的接收机/网络前端那一级处的恢复形成了不同问题。在按照上述DVB-RCS标准的时分系统的实例中，系统中到一个新终端的入口受第一数据分组传输的影响，称之为CSC(公共信令信道)，在按照预定分配计划之目的分配的时间间隔内的向上信道中。但是，考虑可能出现在传输期间的大量时间、频率和功率误差，分组不可能恰好在最初设想的时间间隔内被发送。为避免这一分组的丢失，分配给返回信道的时间间隔具有重要的保证间隔以确保分组传输期间足够的误差容限。在接收端必需在时间间隔内重现分组的精确位置以恢复有用数据。这个第一分组的正确恢复是在终端和网络之间建立连接的所有条件当中最重要的。
发明内容
本发明的一个特别目的是当与系统网络前端的连接被建立时使得以小的计算复杂性很快恢复由终端发送的第一分组。
最后，本发明涉及如开头段落描述的接收机，其特征在于恢复装置包含：
-移位装置，用于在分配的时间间隔内选择可变的计算窗口，
-用于搜索最佳抽样时刻的装置，根据所产生的附加抽样决定相应于包含在当前计算窗口中的接收符号的最佳附加抽样，
-用于连续相关当前计算窗口中的最佳附加抽样和发送分组的已知报头的装置，以及
-决定装置，用于在一个计算窗口中检测发送分组的存在和位置，作为连续相关结果的函数。
本发明的这些及其他目的将通过非限制性实例，从参照以下描述的实施例的说明中变得明显。
附图说明
附图中：
图1是按照本发明传输系统实施例的框图，
图2是按照本发明接收机实施例的一般框图，
图3图解了本发明的一个实施例，
图4是表示按照本发明方法实施例的流程图。
实施例说明
按照本发明的传输系统通过图1中的实例被表示出来。它包含一个网络前端1和多个交互式终端2，其适于通过使用传输媒介3与网络前端收发数据。传输媒介3可以是不同种类的：电缆、无线电、卫星等等。从终端到网络前端的传输由向上传输或返回信道限定。从网络前端到终端的传输由向下传输限定。在向上传输中，网络前端1具有接收机的功能。在向下传输中，每个终端2具有接收机的功能。终端到传输媒介的接入受到，例如使用可能与FDMA频率分割(频分多址)相结合的TDMA结构(时分多址)的影响。
在时分分组传输系统中，数据分组或符号可以以按照预定分配计划分配的连续的时间间隔通过不同终端被发送到一个及相同的接收机，特别是在交互式传输系统中被称为网络前端的。由于这些分组来自不同的终端且由于它们的位置不是一直精确已知的，在通过网络前端从这些终端接收的分组中存在暂时的频率和功率电平不确定。一个特殊问题存在于由进入系统的一个终端所发送的第一分组自身。实际上，在接收端这些第一分组中的误差非常敏感，特别是在卫星传输系统中，因为终端位置没有以足够的精确度为网络前端所知。但是，需要尝试恢复第一发送分组，其为在终端与系统之间建立连接的条件。这一恢复意味着分组的位置必须在分配的时间间隔内被精确确定，其包含用于正确提高发送分组存在于该间隔内的可能性的重要保证间隔。
不同的终端具有不同的抽样时刻，因为它们的传输时钟不是同步的，并且对每个接收分组来说相应于发送分组的最佳抽样时刻也必须被确定。此外，由于这些时钟可具有一定抖动，通过一个及相同的传输终端发送的连续分组不必具有相同的最佳抽样时刻。而且，信道中的失真可能使得在到达后引起偏移。为确定接收分组的位置，网络前端或接收机(其在点到点系统中可以是另一终端)必须因此实现接收数据的附加抽样。附加抽样使用多个理论上的抽样频率的时钟以重现在发送分组的发送端使用的抽样时刻。例如，附加抽样频率可以比符号频率高16倍，其意味着16个抽样在接收符号期间必须被提取，同时这些抽样之一是最佳抽样，即它位于发送符号开始的时刻附近。
按照本发明接收机10的简化概要电路框图示于图2中。接收机包含一个本地振荡器12和一个混频器13，用于在符号频率FS以这样一种方式变换接收信号14：被变换信号的频谱集中于零加上或减去频率误差，其由用于传输的本地振荡器在载波频率不准确引起。被变换的信号随后由带阻滤波器16滤波以消除2FP附近的图象频率，这里FP为传输载波频率，以及用于系统中的其它载频。在带阻滤波器16的输出端获得的信号被附加抽样装置18以整数因子M抽样，其意为产生M个附加抽样，由被变换信号的每个符号S0到SM-1来表示。按照本发明，附加抽样在频率MXFS产生，M≥3。
附加抽样随后通过用于在期间DXTS滤波抽样的低通滤波器19被滤波，这里D是分组中的符号数且TS是一个符号的持续时间。滤波器19的输出端提供的抽样被存储于存储器20，图2中表示为RAM，从而由恢复初始分组22的装置来处理，意在重现相应于发送分组的最佳抽样时刻，以及相应于分配给终端发送数据的时间间隔在接收分组内由终端发送的分组的位置。存储在存储器20中的抽样数为DXM，这里M是每个符号的附加抽样数。它们相应于DXTS的持续时间。
用于恢复初始分组的装置22包含一个计算单元CAL和一个移位单元SELECT。计算单元CAL用于计算最佳抽样时刻和实现与已知数据报头的相关，其意在重现由终端在接收分组中相应于分配时间间隔发送的第一分组的位置。移位单元SELECT用于实现存储在存储器20中的数据的移位，其意味着选择接收数据的可变计算窗口，以使计算单元CAL能够在执行重现搜索分组报头的位置之前确定每个窗口中的最佳附加抽样。在选择器SELECT的输出端，数据具有符号频率FS。对接收机来说，频率和相位误差将被估计且接收数据将被解码。由于这些步骤独立于本发明，它们将不被详细描述。
本实施例允许这样的处理，其中单个分组由终端在被网络前端确定的分配计划所提供的每个时间间隔内发送。在其它情况下，下文将详细描述，没有或者，反之，若干分组在相同时间间隔内被发送，必须有算法中的微小修改，其并非完全修改上述原理，特别是在选择单元SELECT、存储单元RAM和计算单元CAL之间的交互电平。
用于恢复初始分组的装置22的实施例的操作参照图3和4被详细说明。图3示出一种算法的实例，其执行从表示为RB的接收分组中恢复第一发送分组的方法且相应于分配的时间间隔。这一实例表明单个分组由终端在被考虑的时间间隔内发送的理想情况。也可能有两种情况。网络前端可接收一个空的分组，即没有终端在时间间隔内发送任何数据，或者接收一个包含由至少两个终端发送的多于单个分组的分组。这些其它情况使特殊处理成为需要，其将在下面被详细描述。
按照所示实例由网络前端接收的分组包含符号数B，其一部分含有表示为阴影矩形的P个符号，代表由终端发送的分组。接收分组的其它数据(B-P个符号)对应于噪声，因为本例中单个分组已在由网络前端分配的时间间隔内被发送。这些B-P个符号特别用来确保保证间隔，其足以允许在时间间隔内由终端发送的分组位置有一定的误差容限。
按照本发明，算法被首先应用于表示为F1的第一窗口，含有分组的P+S个第一符号，且假定搜索分组有效地处于这一窗口之内。S个补充符号意在减轻用于相关的算法所固有的不确定。最佳抽样时刻的估计和最佳附加抽样的选择表示为图3中的双箭头。其被实现于所选窗口的最后数据，除了表示为正方形的S个最后符号外，因为它是发现发送分组的可能性最大的窗口侧。随后，实际的搜索状态通过将被恢复的已知分组报头与所选最佳附加抽样之间的连续相关开始。
按照本发明的第一变量，称之为门限基本变量，由水平线移位块表示的相关沿着整个窗口F1被实现，优选地从单个符号相关前进，直至到达表示为T的固定相关门限。当到达这一门限T时，搜索分组被认为找到。如果门限在窗口F1中没有到达，则选择另一窗口F2，其中新的最佳抽样时刻的计算也和第一窗口实施的相关类似，且以此类推直至恢复搜索分组，通过确认窗口间存在足够的重叠。优选地，重叠包含S个附加符号至少为相关间隔的大小，其至少对应于发送分组报头的大小。门限基本变量的可靠性大部分基于门限T的精确度，已知最佳门限紧密依赖于信噪比和接收信号的幅度。
按照本发明的另一变量，称之为最大值变量，对所有窗口实施相关且因此贯穿接收分组的长度，不论每一相关的结果如何从而最终只保存相应于存储器中搜索分组的最大值，同时相应于它所处的窗口进行附加抽样。但是，这一变量需要记住对应于所有计算窗口的最佳抽样时刻。尽管如此，最大值变量比已知方法保留了更多优点，因为相关直接作用于符号而非附加抽样。实际上，由于最佳抽样时刻已经被计算，最好的附加抽样即是已知的并且它足以导出前面已被存储的对应符号。在示意性实例中，附加抽样因子是每个符号16个附加抽样，然而最大值变量允许因子162计算数的减少。
上述情况之一，没有分组在设想的时间间隔内被发送，接收分组仅包含噪声。按照门限基本变量并且前提是门限已被参照信道中的噪声正确定义，每一相关的结果必须处于固定门限之下从而得出没有分组被发现的结论。反之，按照最大值变量，最大值将必须被获得并且分组数据将不得不被解码从而确定它不包含任何有效数据。为避免这一问题，有可能组合两种方法，即通过提供在被检测结果无效以下的最小值门限确定所有相关的最大值。
另一情况下，也已在上面描述过，若干分组在相同的时间间隔被发送给网络前端，会出现两种不同的情况。
第一种情况，分组重叠。按照一个或另一变量，第一分组的位置必须被找到且数据必须被解码以确认它们是无效的。
第二种情况，分组不相连。按照门限基本变量，指示第一分组存在的第一门限必须被首先检测。随后，为能够检测其它分组，解决方案为继续进行上述P个符号向前，即简单忽略构成被发现分组的P个符号。相同方法可因此用于间隔内的所有分组从而恢复所有分组。按照最大值变量，该方法必须以连续层应用，第一层使得检测到具有最强功率的分组并以此类推，直至具有最弱强度的分组。每个发送分组的检测之后，构成被检测分组的P个符号在随后的计算中被删除或者忽略以许可新的最大值。
图4更详细地表示如图3所述方法的优选实施例的不同步骤，理想情况下单个分组在时间间隔内被发送给接收机。不影响原理的较小修改将有必要考虑被引证的其它情况，没有或者，反之，若干分组在相同的时间间隔内被发送。该方法可通过装置中的计算机程序方便地实施，表示为图2中的参考标记22。它包括下述步骤，由图4中的方框代表：
 ·步骤40：接收包含D个符号的数据分组，
 ·步骤41：在基带中的符号频率FS变换接收信号，
 ·步骤42：在基带中附加抽样信号以获得每个符号M个抽样，M＞2，
 ·步骤43：在等于DXTS的时期内低通滤波附加抽样，这里D是分组中的符号数且TS是符号持续时间，
 ·步骤44：在存储器(RAM)中存储被滤波的附加抽样，
 ·步骤45：移位存储器中的存储数据以选择接收分组中含有P+S个符号的计算窗口(WIN)；在该方法开始期间，第一窗口优选地位于接收分组的开始(由此WIN＝F1)，
 ·步骤45a：执行测试以确定是否已到达分组末端(WIN＝end)，即当至少P+S个符号在末端之前被发现时，在此情况下，该方法以未发现搜索分组(KO)而结束，
 ·步骤46：按照任意已知的方法在处于预先选择窗口末端的数据上执行最佳抽样时刻的计算(OPT)，除了最后的S个符号外，并且选择相应于这一窗口的最佳附加抽样，
 ·步骤47：与对应于报头长度的窗口数据部分中发送的已知分组报头进行相关(CORR)并只考虑在先前步骤中确定的对应于最佳附加抽样的符号，计算开始于计算窗口的开始，
 ·步骤48：测试相关结果R，考虑到表示为T的固定确定门限；若该结果高于固定门限(R＞T)，则分组已被重现(OK)，并仅在相应于通过相关找到分组的先前所选窗口中由存储器选择附加抽样，且若不然，该方法进行到下一步骤，
 ·步骤49：通过优选地采用只多于一个新符号在后面的窗口数据中移位相关位置(CORR+1)，
 ·步骤49a：执行测试以查明是否已到达窗口末端(CORR＝end)，其中本方法进行到步骤45移位存储器的数据从而选择具有重叠于多于S个最后符号的先前窗口的另一窗口，且若不然，本方法进行到步骤47以继续贯穿窗口长度的相关，排除最后S个符号。

Claims (10)

1.一种用于TDMA类型分组传输系统的接收机，该分组传输系统包含至少一个适于在按照预定分配计划分配的时间间隔内发送称之为发送分组的符号分组给接收机(1)的终端(2)，所述发送分组包含一个有用部分和一个已知报头，该接收机包括：
  -用于相应于分配的时间间隔接收称之为接收符号的符号分组的装置(13)，
  -用于从接收符号中产生附加抽样(S0至SM-1)的附加抽样装置(18)，以及
  -用于恢复在分配时间间隔内重现发送分组位置的所述发送分组的装置(22)，包括：
  -移位装置(SELECT)，用于在分配的时间间隔内选择可变的计算窗口，
  -用于搜索最佳抽样时刻的装置(CAL)，根据所产生的附加抽样决定相应于包含在当前计算窗口中的接收符号的最佳附加抽样，
  -用于连续相关当前计算窗口中的最佳附加抽样和发送分组的已知报头的装置(CAL)，以及
  -决定装置(CAL)，用于在一个计算窗口中检测发送分组的存在和位置，作为连续相关结果的函数。
2.如权利要求1所述的接收机，其特征在于，计算窗口包含多个大于被发送分组大小的符号，符号数的差异用以减轻与相关结果有关的不确定性。
3.如权利要求2所述的接收机，其特征在于，根据位于当前窗口末端的接收符号搜索最佳抽样时刻，除了数量上对应于所述差异的最后符号。
4.如权利要求1所述的接收机，其特征在于，在每一相关之间连续相关增加至多一个符号。
5.一种TDMA类型的分组传输系统，包含至少一个发射机(2)和一个接收机(1)，发射机适于在按照预定分配计划分配的时间间隔内发送称之为发送分组的符号分组给接收机，所述发送分组包含一个有用部分和一个已知报头，该接收机包括：
  -用于相应于分配的时间间隔接收称之为接收符号的符号分组的装置(13)，
  -用于从接收符号中产生附加抽样(S0至SM-1)的附加抽样装置(18)，以及
  -用于恢复在分配时间间隔内重现发送分组位置的所述发送分组的装置(22)，包括：
  -移位装置(SELECT)，用于在分配的时间间隔内选择可变的计算窗口，
  -用于搜索最佳抽样时刻的装置(CAL)，根据所产生的附加抽样决定相应于包含在当前计算窗口中的接收符号的最佳附加抽样，
  -用于连续相关当前计算窗口中的最佳附加抽样和发送分组的已知报头的装置(CAL)，以及
  -决定装置(CAL)，用于在一个计算窗口中检测发送分组的存在和位置，作为连续相关结果的函数。
6.一种确定称之为发送分组的符号分组位置的接收方法，系统包含有用数据和已知报头，由TDMA类型分组传输系统的终端按照预定分配计划在分配的时间间隔内发送，该方法包括步骤：
  -接收(40)称之为接收分组的分组，相应于分配的时间间隔并包含称之为接收符号的符号，在被发送的分组中，
  -附加抽样(42)以从所述接收符号产生附加抽样，
  -移位以在接收分组中选择可变的计算窗口，
  -搜索最佳抽样时刻(46)以基于所产生的附加抽样来选择相应于包含在当前窗口中的接收符号的最佳附加抽样，以及
  -在当前窗口中所选择的附加抽样与发送分组的已知报头之间作连续相关(47)，并且
  -决定(48)检测计算窗口中发送分组的存在并在所分配的时间间隔内导出其位置。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，决定步骤实施每一相关结果的门限检测以导出发送分组的存在和位置。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，决定步骤实施连续相关的所有结果之间的最大值计算以导出发送分组的存在和位置。
9.一种用于接收机的计算机程序，该计算机程序包含一旦加载于接收机就使之执行如权利要求6所述方法的指令。
10.一种用于传送计算机程序的信号，该程序包含执行如权利要求6所述方法的指令。
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