CN1719821A - 用于数字音频/数字多媒体广播接收机的同步方法和设备 - Google Patents

用于数字音频/数字多媒体广播接收机的同步方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种用于DAB/DMB接收机的同步设备和方法。同步设备包括：时间同步器，用于接收OFDM调制数字数据信号以检测帧的起始点和该帧FFT的起始点；细载波频率误差补偿器输出基于帧的起始点补偿数字数据信号的细载波频率误差的补偿信号；FFT单元，基于FFT的起始点，对接收到的数字信号执行FFT，以将接收到的数字信号解调成频域中的信号；粗载波频率误差补偿器，用于接收FFT单元的输出以测量接收到的数字信号的粗载波频率误差，从而输出补偿信号；和运算器，用于将接收到的数字数据信号与由细载波频率误差补偿器和粗载波频率误差补偿器的补偿信号相加得到的补偿信号相乘，以补偿载波频率误差，从而将补偿结果发送到FFT单元。

Description

用于数字音频/数字多媒体广播接收机的同步方法和设备
                        技术领域
本发明涉及一种数字音频广播(DAB)/数字多媒体广播(DMB)同步设备和方法，更具体地说，涉及一种用于DAB/DMB接收机的同步设备和方法，通过该同步设备和方法补偿了在DAB/DMB接收机中的解调的时间同步和频率误差。
                        背景技术
目前使用的地面数字无线电广播系统是欧洲、美国和日本类型，采用正交频分复用(OFDM)方法。欧洲的数字音频广播(DAB)，也就是EUREKA-147，是采用对地面多径衰落强壮的编码正交频分复用(COFDM)的数字调制方法。基于欧洲的DAB，韩国数字多媒体广播(DMB)提供了压缩盘(CD)水平的声音质量、不同类型的数据业务和高质量的移动接收。
图1是表示在时域中OFDM数字数据帧的结构的示图。参考图1，OFDM码元位于空码元之后，第一个OFDM码元是时域相位参考码元a(T-PRS)。有效的数据码元b位于T-PRS a之后。空符号和T-PRS a组成数字数据帧的同步信道。上面的每一个码元包括时域OFDM子载波信号d和保护间隔(GI)c。时域OFDM子载波信号d的最后部分e被插入到GIc中以克服发生在同步信道中的重影的干扰。
T-PRS a是发射机和接收机知道的已知数据，并为下一个OFDM码元的差分调制提供相位参考。T-PRS a也被用来检测帧和码元的时间同步。
一般地，在典型的同步方法中执行下面的过程，其中，该典型的同步方法在常规的DAB/DMB接收机中被执行。首先，帧的起始点被粗略地检测。其次，粗载波恢复(CCR)或码元定时恢复(STR)被执行，然后细载波恢复(FCR)被执行，其中，CCR用由快速傅立叶变换(FFT)解调的信号(通常是PRS)补偿粗载波频率误差，STR检测FFT的准确的起始点，FCR补偿细载波频率误差。
载波频率误差主要是因为发射机和接收机的振荡器的不准确而产生的。载波频率误差包括粗载波频率误差和细载波频率误差。在频域，粗载波频率误差以子载波间隔移动信号，这导致位于不同的频率位置的不同的子载波和后续解调误差。细载波误差以小数倍的子载波间隔移动信号，这导致载波间干扰(ICI)和后续解调误差。为了防止这些误差，在OFDM系统的FFT之前需要载波频率误差恢复(或去除)。
通常，粗略地检测帧的起始点，使用FFT解调T-PRS，然后使用PRS执行同步。因为起始点仅仅是粗略估计，所以在解调信号中出现例如ISI和相移等问题。当由于细载波频率误差引起的ICI附加出现时，使用解调的T-PRS的CCR和FCR的准确性降低，这影响系统的稳定性。另外，需要用于防止这些的额外装置，因而系统变得庞大且复杂。
                            发明内容
因此，本发明总的发明构思在于解决上面提到的和/或其它问题，本发明总的发明构思的一方面提供了一种用于DAB/DMB接收机的同步设备和方法，通过该同步设备和方法，所有的可补偿的同步误差可在通过FFT的解调前被补偿，以去除由通过FFT的解调导致的问题，从而提供稳定的解调且不恶化性能。
根据本发明的一方面，提供了一种用于数字音频广播/数字多媒体广播接收机的同步方法，包括：接收正交频分复用调制的数字数据以检测帧的起始点；输出第一补偿信号，该第一补偿信号基于帧的起始点补偿数字数据的子载波频率间隔的小数的载波频率误差；检测帧的快速傅立叶变换的起始点；从通过对数字数据执行快速傅立叶变换来得到的信号测量载波频率误差以输出第二补偿信号，其中，该载波频率误差是数字数据的子载波频率间隔的整数倍；和将接收到的数字数据乘以补偿信号以补偿载波频率误差，其中，该补偿信号是通过将第一个和第二个补偿信号相加得到的。检测快速傅立叶变换起始点的步骤可得到在接收到的数字数据帧的时域相位参考码元和本地时域相位参考码元之间的相关值，如果这两个时域相位参考码元被确定为匹配，则基于该接收到的数字数据帧的时域相位参考码元的起始点，可找到该帧的起始点。
可得到在接收到的数字数据帧的时域相位参考码元和本地时域相位参考码元之间的相关值，以检测快速傅立叶变换的起始点。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于数字音频广播/数字多媒体广播接收机的同步设备，包括：时间同步器，用于接收正交频分复用调制的数字数据以检测帧的起始点和该帧的快速傅立叶变换的起始点；细载波频率误差补偿器，用于输出补偿信号，其中，该补偿信号基于由时间同步器同步的该帧的起始点来补偿数字数据的子载波频率间隔的小数的载波频率误差；快速傅立叶变换单元，基于由时间同步器检测到的快速傅立叶变换的起始点，对接收到的数字数据执行快速傅立叶变换以将接收到的数字数据解调成频域的信号；整数倍频率误差补偿器，用于接收快速傅立叶变换单元的输出，以测量载波频率误差从而输出补偿信号，其中，该载波频率误差是接收到的数字数据的子载波频率间隔的整数倍；和运算器，用于将补偿信号乘以接收到的数字数据以补偿载波频率误差，从而将补偿结果传送到快速傅立叶变换单元，其中，补偿信号是由细载波频率误差补偿器的补偿信号加上整数倍频率误差补偿器的补偿信号得到的。
时间同步器可获得在接收到的数字数据帧的时域相位参考码元和本地时域相位参考码元之间的相关值，如果这两个时域相位参考码元被确定为匹配，则基于接收到的数字数据帧的时域相位参考码元的起始点，可找到该帧的起始点。
时间同步器可以获得在接收到的数字数据帧的时域相位参考码元和本地时域相位参考码元之间的相关值，以检测快速傅立叶变换的起始点。
                            附图说明
参考附图描述本发明的某些实施例，本发明的上面各方面和特点将会更清楚，其中：
图1是表示在时域内使用OFDM方法的数字数据帧的结构的示图；
图2是包括根据本发明实施例的DAB/DMB接收机的同步设备的解调器的方框图；和
图3是根据本发明实施例的DAB/DMB接收器的同步方法的流程图。
                          具体实施方式
将参考附图更详细地描述本发明的某些实施例。
在下面的描述中，相同元件即使在不同的图中也使用相同的附图标号。在描述中定义的对象，例如详细的结构和元件只是为全面了解本发明提供帮助。因此，很明显，没有那些定义的对象，本发明也能被实现。同样，公知的功能或结构没有被详细地描述，是因为不必要的详细描述会模糊本发明。
图2是包括根据本发明实施例的DAB/DMB接收机的同步设备的解调器的方框图。参考图2，同步设备200与FFT单元201连接。
FFT单元201是接收和解调OFDM调制的数字信号的电路。FFT单元201对被发射机执行逆FFT(IFFT)然后被发送到时域的在时域中的信号执行FFT，以改变成频域的信号以便解调OFDM码元。
同步设备200被包括在DAB/DMB接收机中，并接收OFDM调制的数字广播数据以补偿在时间同步和载波同步中的误差。OFDM调制的数字广播数据可具有如图1所示的数字数据帧。
由同步设备200接收到的OFDM调制的数字广播数据具有如图1所示的数字数据帧，通过模数转换器(ADC)(未显示)被转换成数字数据，并通过同相/正交相位(I/Q)被分成实部和虚部。
同步设备200包括：时间同步器203、细载波频率误差补偿器205、粗载波频率误差补偿器207和运算器209。
和现有技术不同，在时域，时间同步器203检测接收到的数字数据帧的准确起始点和检测将被执行的FFT的准确起始点。
时间同步器203获得同步设备200已知的已知数据T-PRS的相关以检测数字数据帧的准确同步。
时间同步器203将接收到的数字数据帧的T-PRS与在时间同步器203中预设的本地T-PRS的复共轭相乘，并在T-PRS间隔累加相乘结果以获得相关。时间同步器203检测累加值的峰值出现的部分以通过本地T-PRS检测数字数据帧的准确起始点。换句话说，当接收到的T-PRS与本地T-PRS匹配时，接收到的T-PRS的起始点被认为是准确的起始点。
时间同步器203可获得T-PRS的有效数据d的一半的相关。另一方面，如果时间同步器203仅用T-PRS的每个样本的符号而不是每个样本的值以获取相关，那么时间同步器能检测到峰值。
时间同步器203执行STR，通过STR，FFT的准确起始点被检测到。时间同步器203再次执行获取在本地T-PRS和接收到的数字数据帧的T-PRS之间的相关以获取峰值的过程。时间同步器203也通过预设的OFDM码元的间隔估计作为FFT的准确起始点的每一个码元的有效数据间隔。因此，时间同步器203通过估计而使码元而非帧的时间同步。
时间同步器203将帧的准确起始点发送到细载波频率误差补偿器205和FFT单元201。
细载波频率误差补偿器205和粗载波频率误差补偿器207一起补偿接收到的数字信号的载波频率误差。细载波频率误差补偿器205补偿子载波频率间隔的小数的载波频率误差，粗载波频率误差补偿器207补偿粗载波频率误差。
细载波频率误差补偿器205基于由时间同步器203检测到的帧的准确起始点使用OFDM码元的GI或通过FFT解调的PRS补偿子载波频率间隔的小数的载波频率误差。如图2所示的同步设备200使用GI。
细载波频率误差补偿器205获得图1所示的GIc和作为有效数据间隔的时域OFDM信号d的最后一部分e之间的相关值并测量该相关值的相位。细载波频率误差补偿器205输出根据测量的相位补偿载波频率误差的补偿值。补偿值的输出可使用本发明领域的普通技术人员已知的方法被执行。
整数倍频率误差补偿器207基于由FFT单元201解调的信号补偿粗载波频率误差。
整数倍频率误差补偿器207检测频域的导频(pilot)的位置以测量相对于参考位置的导频的偏离度。这是子载波频率间隔的粗载波。在OFDM调制的数字信号中，T-PRS用作导频。
粗载波频率误差补偿器207以一个子载波频率为单位将本地PRS移动到解调的频域的PRS以获得相关值，从而测量获得最大值的点和参考点之间的差作为粗载波频率误差。粗载波频率误差补偿器207输出补偿测量的载波频率误差的补偿值。
运算器209包括加法器211和乘法器213。
加法器211将从细载波频率误差补偿器205和粗载波频率误差补偿器207输出的补偿值相加，乘法器213将接收到的数字信号和加法器211的加法结果相乘。结果，失真的载波频率误差被补偿。
图3是根据本发明实施例的用于DAB/DMB接收机的同步方法的流程图。现在将参考图1到图3描述DAB/DMB接收机的同步设备200的同步方法。
时间同步器203检测在时域接收到的数字数据帧的准确起始点。因此，可防止基于接收到的数字数据帧的不准确的起始点在FFT中发生的问题。
时间同步器203将接收到的数字数据帧的T-PRS乘以本地T-PRS的复共轭，并累加乘法结果，从而得到相关。在操作S301中，时间同步器203检测累加值的峰值出现的部分，以通过本地T-PRS获得接收到的数字数据帧的准确起始点。
在操作S303中，细载波频率误差补偿器205输出基于由时间同步器203检测到的接收到的数字数据帧的准确起始点使用OFDM码元的GI或通过FFT解调的PRS来补偿子载波频率间隔的小数的载波频率误差的补偿信号。
在操作S305中，时间同步器203获得本地T-PRS和接收到的数字数据帧的T-PRS之间的相关值，并获得相关值的峰值以测量将要执行FFT的准确起始点，以便补偿FFT的起始点。
在操作S307中，基于由时间同步器203检测到的FFT的准确起始点，FFT单元201执行FFT，以将接收到的数字信号解调成在频域中的信号。由FFT单元201通过FFT解调的信号被传送到粗载波频率误差补偿器207。
FFT单元201的输出反馈给整数倍频率误差补偿器207，从而补偿粗载波频率误差。在操作S309中，粗载波频率误差补偿器207以一个子载波频率为单位将通过FFT解调的频域中的本地PRS移动到解调的帧的PRS以获得相关值，从而测量获得最大值的点和参考点之间的差作为粗载波频率误差。粗载波频率误差补偿器207输出用于补偿测量的载波频率误差的补偿信号。
从细载波频率误差补偿器205和粗载波频率误差补偿器207输出的补偿信号通过加法器211相加，然后通过乘法器213和接收到的数字数据相乘。在操作S311中，补偿载波频率误差以实现发射机(未显示)和包括本发明的同步设备200的接收机(未显示)之间的频率同步，以便FFT单元201执行准确的解调。
DAB/DMB接收机的同步设备的同步方法通过这样的过程被执行。
如上所述，在根据本发明的用于DAB/DMB接收机的同步设备和方法中，可使用准确的帧同步和准确的FFT的起始点执行FFT。因此，不发生码元间干扰(ISI)。同样，由于FFT起始点的变动所导致的相位滚动也不会发生。另外，可在FFT之前执行FCR。因此，子载波频率间隔的小数的载波频率误差不影响粗载波恢复(CCR)。此外，在时域中可补偿许多同步误差。因此，整个同步过程的稳定性可得到保证。
前述的实施例和优点仅仅是示例性的，不应被解释为限定本发明。本教导很容易被应用到其他类型的设备上。同样，本发明实施例的描述是说明性的，不应限定权利要求的范围，许多的替换、修改和变换对于本领域的技术人员将是清楚的。

Claims (6)

1、一种用于数字音频广播/数字多媒体广播接收机的同步方法，包括：
接收正交频分复用调制的数字数据以检测帧的起始点；
输出第一补偿信号，该第一补偿信号基于帧的起始点补偿数字数据的细载波频率误差；
检测帧的快速傅立叶变换的起始点；
从通过对数字数据执行快速傅立叶变换得到的信号中测量数字数据的粗载波频率误差以输出第二补偿信号；和
将接收到的数字数据乘以补偿信号以补偿载波频率误差，其中，该补偿信号是通过第一和第二补偿信号相加得到的。
2、根据权利要求1所述的同步方法，其中，检测快速傅立叶变换起始点的步骤得到接收到的数字数据帧的时域相位参考码元和本地时域相位参考码元之间的相关值，如果这两个时域相位参考码元被确定为匹配，那么基于该接收到的数字数据帧的时域相位参考码元来找到该帧的起始点。
3、根据权利要求1所述的同步方法，其中，得到在接收到的数字数据帧的时域相位参考码元和本地时域相位参考码元之间的相关值，以检测快速傅立叶变换的起始点。
4、一种用于数字音频广播/数字多媒体广播接收机的同步设备，包括：
时间同步器，用于接收正交频分复用调制的数字数据以检测帧的起始点和该帧的快速傅立叶变换的起始点；
细载波频率误差补偿器，输出基于帧的起始点补偿数字数据的子载波频率间隔的小数载波频率误差的补偿信号；
快速傅立叶变换单元，基于快速傅立叶变换的起始点对接收到的数字数据执行快速傅立叶变换，以将接收到的数字数据解调成频域的信号；
粗载波频率误差补偿器，用于接收快速傅立叶变换单元的输出以测量接收到的数字数据的粗载波频率误差，从而输出补偿信号；和
运算器，用于将接收到的数字数据乘以补偿信号以补偿载波频率误差，从而将补偿结果发送到快速傅立叶变换单元，其中，该补偿信号是由细载波频率误差补偿器和粗载波频率误差补偿器的补偿信号相加得到的。
5、根据权利要求4所述的同步设备，其中，时间同步器获得在接收到的数字数据帧的时域相位参考码元和本地时域相位参考码元之间的相关值，如果这两个时域相位参考码元被确定为匹配，那么基于该接收到的数字数据帧的时域相位参考码元的起始点来找到该帧的起始点。
6、根据权利要求4所述的同步设备，其中，时间同步器获得在接收到的数字数据帧的时域相位参考码元和本地时域相位参考码元之间的相关值，以检测快速傅立叶变换的起始点。
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