EA002611B1

EA002611B1 - Структура кадра и синхронизация частоты для систем с множеством несущих

Info

Publication number: EA002611B1
Application number: EA200001064A
Authority: EA
Inventors: Эрнст Эберляйн; Сабах Бадри; Штефан Липп; Штефан Буххольц; Альберт Хойбергер; Хайнц Герхойзер
Original assignee: Фраунхофер-Гезелльшафт Цур Фердерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.Ф.
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2002-06-27
Also published as: AP2000001940A0; SA98190439A; ES2169911T3; US6993084B1; JP2002511709A; EP1072135B1; ZA983644B; WO1999053665A8; KR100377255B1; DE69802970T2; CA2328174A1; DK1072135T3; KR20010042706A; AU7216298A; EP1072135A1; TW412901B; BR9815807A; AU749912B2; EA200001064A1; JP3449984B2

Abstract

Способ выработки сигнала со структурой кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, причем способ включает выполнение амплитудной модуляции битовой последовательности так, что огибающая амплитудно-модулированной битовой последовательности определяет опорную комбинацию опорного символа, и введение амплитудно-модулированной битовой последовательности в сигнал в качестве опорного символа. Способ синхронизации кадра сигнала с такой структурой кадра включает этапы, при которых принимают сигнал, преобразуют с понижением частоты принятый сигнал, выполняют амплитудную демодуляцию сигнала, преобразованного с понижением частоты для формирования огибающей, осуществляют корреляцию огибающей с предварительно определенной опорной комбинацией для обнаружения сигнальной опорной комбинации опорного символа в сигнале, и выполняют синхронизацию кадра на основе обнаружения сигнальной опорной комбинации.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для выработки сигнала со структурой кадра, в которой каждый кадр структуры кадра состоит из полезных символов, защитного интервала, связанного с каждым полезным символом, и одного опорного символа. Кроме того, настоящее изобретение относится к способам и устройству для кадровой синхронизации сигналов, имеющих вышеописанную структуру.

Настоящее изобретение можно использовать, в частности, в системе передачи с модуляцией множества несущих (ММН), использующей мультиплексирование на основе ортогонального частотного разделения каналов (МОЧР) для цифровой передачи.

Предпосылки изобретения

В системе передачи с ММН с использованием ОЧУ двоичную информацию представляют в виде комплексного спектра, то есть, определенного числа комплексных символов поднесущей в частотной области. В модуляторе поток битов представляют в виде последовательности спектров. Сигнал ММН во временной области получают из этой последовательности спектров с использованием обратного (быстрого) преобразования Фурье (ОБПФ).

В случае передачи этого, описанного выше, сигнала ММН через канал с многолучевым распространением с памятью из-за многолучевой дисперсии возникает межсимвольная интерференция (МСИ). Чтобы избежать МСИ между расположенными рядом по времени символами ММН добавляют защитный интервал фиксированной длины. Защитный интервал выбирают в качестве циклического префикса. Это означает, что последнюю часть символа ММН во временной области размещают перед символом для получения периодического расширения. Если фиксированная длина выбранного защитного интервала больше, чем максимальная задержка при многолучевом распространении волны, то МСИ не происходит.

В приемнике информация, содержащаяся в частотной и временной области (ММН), должна восстанавливаться из сигнала ММН во временной области. Это выполняют в два этапа. Во первых, располагают оптимальным способом окно БПФ, таким образом удаляя защитный интервал перед каждым символом ММН во временной области. Во вторых, выполняют преобразование Фурье последовательности полезных временных выборок, полученных таким образом.

В результате восстанавливают последовательность спектральных символов. Каждый из символов содержит определенное число символов поднесущей, несущих информацию. Информационные биты восстанавливаются с использованием обратного процесса, который выполняется в модуляторе.

При выполнении вышеописанного способа в приемнике возникает следующая проблема. Точное положение защитного интервала и, следовательно, положение первоначальных полезных частей символов ММН во временной области обычно неизвестно. Выделение защитного интервала и последующие преобразования БПФ полученной в результате полезной части временного сигнала невозможны без дополнительной информации. Для того чтобы получить эту дополнительную информацию, известную последовательность (с одной несущей) в виде опорного символа (во временной области) вводят во временной сигнал. При известности положений опорных символов в принятом сигнале, становятся известными точные положения защитных интервалов и, таким образом, временные выборки, несущие требуемую информацию.

Периодическая вставка опорного символа приводит в результате к определенной структуре кадра сигнала ММН. Эта структура кадра сигнала ММН показана на фиг. 1. Один кадр сигнала ММН состоит из множества символов 10 ММН. Каждый символ 10 ММН формируется с помощью полезного символа 12 и связанного с ним защитного интервала 14. Как показано на фиг. 1, каждый кадр содержит один опорный символ 16.

Для последующей демодуляции ММН в приемнике необходима синхронизация кадра, частоты, фазы и защитного интервала. Следовательно, первой и наиболее важной задачей обработки сигналов в основной полосе частот в приемнике является нахождение и синхронизация опорного символа.

Предшествующий уровень техники

Большинство известных способов для синхронизации кадра были разработаны для передачи на одной несущей по каналу с аддитивным белым Гауссовым шумом (АБГШ). Эти известные способы основаны на корреляции и не применимы без существенных изменений для передачи по многолучевым каналам с замиранием и большими уходами частоты и/или для систем передачи ММН, в которых используется, например, мультиплексирование на основе ортогонального частотного разделения каналов (МОЧР).

Для систем передачи ММН были разработаны конкретные способы синхронизации кадра.

В работе ХУагпсг, XV. Э.. Ьеиид С.: ΘΕΌΜ/ΡΜ Егаше Зупсйгош/абоп ίοτ МоЫ1е Ваάίο Эа1а Сошшишсайои, ΙΕΕΕ Ттапя. Ои УеЫси1аг Тесйио1оду, νοί. УТ - 42, Лидия! 1993, рр. 302-313 описан метод вставки опорных символов в виде тональных сигналов параллельно с данными в символ ММН. Опорные символы занимают несколько несущих сигнала ММН. В приемнике несущие синхронизации выделяются в частотной области после осуществления БПФ (быстрого преобразования Фурье) с использова3 нием корреляционного обнаружителя. При наличии больших уходов частоты, этот алгоритм становится очень сложным, так как в этом случае необходимо иметь несколько параллельных корреляторов.

В другом известном способе вводят периодический опорный символ в модулированный сигнал ММН. Этот опорный символ является последовательностью НАПА (нулевой автокорреляции при постоянной амплитуде) (см., например, С1а55сп. Р., Меуг, Η. : 8упсНго1ЮаНоп а1догййш8 Гог ап ОРЭТ кук!еш Гог шоЫ1е сошшишсайоп, ίη СоФетипд йт Сойетипд Еит ОнеИе, Капа1 ипй иЬептадипд: ГТС-РасНЬепсЫ 130, рр. 105 - 114, МипсНеп, ОсйЬет 1994, ГТ6РасНЬепсЫ 130, УОЕ-Ует1ад, Вет1ш ОГГепЬасН; ЬашЬгейе, и., НотйшаппкЬоЕГ, 1., Меуг, Η.: ТесНпк.|иек Гог Ргаше 8упсй^οп^ζаί^οп оп Ипкпо^п Егес.|иепсу 8е1есИуе СНаппеП Ргос. УеЫс. ТесНпо1оду СопГегепсе, 1997; ЗсНпнйк Т.М., Сох, Э.С.: Ьо^-ОуегНеай, Ьоте-Сошр1ехйу [Витк!] 8упсНгогЮаНоп Гог ОРЭМ Тгап8ш1881оп, Ргос. ГЕЕЕ Гп!. СопГ. оп Сошшип., 1996). В таких системах процессоры приемника производят поиск периодической повторяемости. Для этих алгоритмов грубая синхронизация частоты должна быть достигнута перед или, по меньшей мере, одновременно с синхронизацией кадра.

В работе Уап йе Веек, 1, 8апйе11, М., Гкакккоп, М, Вог|еккоп, Р.: Ьо^-Сошр1ех Ргаше 8упсНгогЮаНоп ш ОРЭМ 8ук!ешк, Ргос. оГ (Не Г СИРС, 1995 предложен способ, позволяющий избежать вставки дополнительных опорных символов или несущих пилот-сигнала и использовать вместо этого периодичность сигнала ММН, которая свойственна защитному интервалу и связанному с ним циклическому расширению. Этот способ подходит только для медленно изменяющихся каналов с замиранием и для малых уходов частоты.

В патенте И8-А-5191576 описан способ рассеяния цифровых данных, выполненный исключительно для приема сигналов мобильными приемниками, которые перемещаются в городской среде. В этом способе заголовок каждого кадра широковещательного сигнала со структурой кадра имеет первый пустой символ синхронизации и второй немодулированный вобулированный сигнал, образующий двухкаскадную аналоговую систему синхронизации. Восстановление сигнала синхронизации реализуется аналоговым способом без предварительного выделения тактового сигнала на двоичном уровне.

В патенте ЕР 0631406 А описаны сигналы данных, например, сигналы МОЧР, а также способы и устройство для распределения упомянутых сигналов. Сигналы МОЧР содержат последовательность символов, причем каждый символ имеет полезную часть и защитный интервал. Два символа сигнала МОЧР служат в качестве символов синхронизации. Один из двух симво лов является нулевым символом, тогда как другой символ является символом синхронизации, который формируется с помощью немодулированного мультиплексирования несущих частот, имеющих постоянную огибающую. Помимо двух символов, которые используются в качестве символов синхронизации, в патенте ЕР 0631406 А предложен способ модуляции контрольной частоты сигнала данных с помощью опорного сигнала, который несет информацию о синхронизации. Этот опорный сигнал, модулированный на контрольной частоте сигнала данных, может использоваться демодулятором МАВЬК..

В заявке АО 98/00946 А описана система для хранения и синхронизации частоты сигналов МОЧР. Обучающие символы МОЧР используются для получения полной синхронизации менее чем за два кадра данных. Обучающие символы МОЧР размещаются в сигнале МОЧР, предпочтительно, по меньшей мере, один раз в каждом кадре. Первый обучающий символ МОЧР формируется путем модуляции поднесущих МОЧР с четными номерами, тогда как поднесущие МОЧР с нечетными номерами подавляются. Таким образом, согласно заявке АО 98/00946 А, первый обучающий символ МОЧР формируется путем модуляции несущих с четными номерами этого символа с помощью первой предварительно определенной псевдошумовой (ПШ)-последовательности.

В работе Мооке: А (есНшсще Гог ойНодопа1 Ггесщепсу й1У1кюп шиШр1ехшд Ггесщепсу оГГке! соттесйоп, ГЕЕЕ ТВА№АСПО№ О\ СОММиМСАТГО№, Уо. 42, Νθ. 10, ОсйЬет 1994, р.р. 2908 - 2914 описаны способы коррекции уходов частоты в цифровой связи с МОЧР. Способы включают в себя повторение символа данных и сравнение фаз каждой несущей между последующими символами. Сдвиг по фазе каждой несущей между повторяющимися символами обусловлен уходом частоты, так как значения фазы модуляции не изменяются в повторяющихся символах.

В работе Ке11ег; Ηηπζο: ОйНодопа1 Егесщепсу й1У18юп шиШр1ех купсНгснйаЕоп (есНшсщек Гог \\1ге1екк 1оса1 агеа пе^откк, ГЕЕЕ ΓΝΤЕΒNАΤIОNА^ 8УМРО8ГИМ ОN РАШ/МАЕ, ПМБООК. АМ) МОВГЬЕ РАЭ1О СОММЕ N1САТЮЖ, ОсйЬет 15, 1996, р.р. 963 - 967) описаны способы обнаружения частоты, слежения за частотой, синхронизации символа и синхронизации кадра. Для синхронизации кадра предложено использовать опорный символ, который состоит из повторяющихся копий синхрокомбинации псевдослучайных выборок. Синхронизация кадра достигается с использованием автокорреляционных методов для периодических синхросегментов, причем для предложенных алгоритмов синхронизации не требуется априорное знание последовательностей синхронизации.

Способы синхронизации кадра, используемые в настоящее время, требуют либо предварительной синхронизации частоты, либо становятся очень сложными в случае, когда сигнал в приемнике искажается вследствие значительного ухода частоты.

Если в приемнике имеется уход частоты, который обычно проявляется при включении приемника, когда цепь синхронизации частоты еще не замкнута, то будут возникать проблемы. При выполнении простой корреляции на выходе коррелятора будет только шум, то есть максимум невозможно найти, если уход частоты превышает определенный предел. Величина ухода частоты зависит от длины (времени) выполнения корреляционной обработки, то есть, чем время больше, тем меньше становится допустимый уход частоты. В общем, уход частоты увеличивает сложность реализации.

Уходы частоты возникают после включения питания или позже из-за девиации частоты генераторов, которые используются для преобразования с понижением частоты в основную полосу частот. Типовые значения точности для частоты несинхронизированного гетеродина составляют +50-10^-6 от значения несущей частоты. При несущей частоте в δ-диапазоне (например, 2,34 ГГц) максимальная девиация частоты гетеродина составляет около 100 кГц (117,25 кГц). Девиация этой величины предъявляет высокие требования к вышеописанным способам.

В случае канала с ухудшенной вследствие многолучевости передачей сигнала, способ корреляции приводит к получению нескольких корреляционных максимумов в дополнение к явно выраженному максимуму для канала АБГШ. Чтобы обработать это количество максимумов, необходимо выбрать наилучшее по возможности положение заголовка кадра, то есть опорный символ. В каналах с многолучевым распространением способы синхронизации кадра, основанные на корреляционной обработке, нельзя использовать без существенных изменений. Кроме того, нельзя использовать демодулированные данные из системы ММН, так как демодуляция основывается на знании положения защитного интервала и полезной части символа ММН.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в создании способа устройства для формирования сигнала со структурой кадра, которые позволяют выполнить синхронизацию кадра, после того как сигналы переданы, даже в случае ухода несущей частоты или в случае передачи через канал многолучевого распространения с замиранием.

Другая задача настоящего изобретения заключается в создании способа и устройства для синхронизации кадра сигнала со структурой кадра, даже в случае ухода несущей частоты.

Согласно первому аспекту, настоящее изобретение предусматривает способ формирования сигнала со структурой кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, при этом способ включает этапы, при которых выполняют амплитудную модуляцию битовой последовательности, причем огибающая амплитудно-модулированной битовой последовательности определяет опорную комбинацию опорного символа, и вводят амплитудномодулированную битовую последовательность в сигнал в качестве опорного символа.

Согласно второму аспекту, настоящее изобретение предусматривает способ формирования сигнала с модуляцией множества несущих со структурой кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, при этом способ включает этапы при которых получают поток битов, отображают биты потока битов на несущие для получения последовательности спектров, выполняют обратное преобразование Фурье для получения символов с модуляцией множества несущих, осуществляют привязку защитного интервала к каждому символу с модуляцией множества несущих, формируют опорный символ путем амплитудной модуляции битовой последовательности, причем огибающая амплитудно-модулированной битовой последовательности определяет опорную комбинацию опорного символа, осуществляют привязку опорного символа к предварительно определенному числу символов с модуляцией множества несущих и связанными защитными интервалами для определения кадра и вводят амплитудно-модулированную битовую последовательность в сигнал в качестве опорного символа.

Согласно третьему аспекту, настоящее изобретение предусматривает способ синхронизации кадра сигнала, имеющего структуру кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, при этом способ включает этапы, при которых принимают сигнал, преобразуют с понижением частоты принятый сигнал, выполняют амплитудную демодуляцию сигнала, преобразованного с понижением частоты, для формирования огибающей, осуществляют корреляцию огибающей с предварительно определенной опорной характеристикой для обнаружения сигнальной опорной комбинации опорного символа в сигнале, и выполняют синхронизацию кадра на основе обнаружения сигнальной опорной комбинации.

Согласно четвертому аспекту, настоящее изобретение предусматривает способ синхронизации кадра сигнала с модуляцией множества несущих со структурой кадра, причем кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, при этом способ включает этапы, при которых принимают сигнал с множеством модулированных несущих, преобразуют с понижением частоты принятый сигнал с модуляцией множества несущих, выполняют амплитудную демодуляцию сигнала с модуляцией множества несущих, преобразованного с понижением частоты, для формирования огибающей, осуществляют корреляцию огибающей с предварительно определенной опорной комбинацией для обнаружения сигнальной опорной комбинации опорного символа в сигнале с модуляцией множества несущих, выполняют синхронизацию кадра на основе обнаружения опорного образца сигнала, выделяют опорный символ и, по меньшей мере, один защитный интервал из принятого сигнала с модуляцией множества несущих, преобразованного с понижением частоты на основе синхронизации кадра, выполняют преобразование Фурье для получения последовательности спектров, по меньшей мере, из одного полезного символа и осуществляют обратное отображение последовательности спектров для получения потока битов.

Согласно пятому аспекту, настоящее изобретение предусматривает устройство для формирования сигнала со структурой кадра, причем кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, причем устройство содержит амплитудный модулятор для выполнения амплитудной модуляции битовой последовательности, причем огибающая амплитудномодулированной битовой последовательности определяет опорную комбинацию опорного символа, и средство для введения амплитудномодулированной битовой последовательности в сигнал в качестве опорного символа.

Согласно шестому аспекту, настоящее изобретение предусматривает устройство для формирования сигнала с модуляцией множества несущих со структурой кадра, причем кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, при этом устройство содержит средство для получения потока битов, средство для отображения битов потока битов на несущие для получения последовательности спектров, средство для выполнения обратного преобразования Фурье для получения символов с модуляцией множества несущих, средство для привязки защитного интервала к каждому символу с модуляцией множества несущих, средство для формирования опорного символа с помощью амплитудного модулятора для амплитудной модуляции битовой последовательности, причем огибающая амплитудномодулированной битовой последовательности определяет опорную комбинацию опорного символа, средство для привязки опорного символа к предварительно определенному числу символов с модуляцией множества несущих и связанными защитными интервалами для определения кадра и средство для введения амплитудномодулированной битовой последовательности в сигнал в качестве опорного сигнала.

Согласно седьмому аспекту, настоящее изобретение предусматривает устройство для синхронизации кадра сигнала со структурой кадра, причем кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, при этом устройство содержит средство для приема сигнала, преобразователь для преобразования с понижением частоты принятого сигнала, амплитудный демодулятор для выполнения амплитудной демодуляции сигнала, преобразованного с понижением частоты, для формирования огибающей, коррелятор для корреляции огибающей с предварительно определенной опорной комбинацией для обнаружения сигнальной опорной комбинации опорного символа в сигнале и средство для выполнения синхронизации кадра на основе обнаружения сигнальной опорной комбинации.

Согласно восьмому аспекту, настоящее изобретение предусматривает устройство для синхронизации кадра сигнала с модуляцией множества несущих со структурой кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, при этом устройство содержит приемник для приема сигнала с модуляцией множества несущих, преобразователь для преобразования с понижением частоты принятого сигнала с модуляцией множества несущих, амплитудный демодулятор для амплитудной демодуляции сигнала с модуляцией множества несущих, преобразованного с понижением частоты для формирования огибающей, коррелятор для корреляции огибающей с предварительно определенной опорной комбинацией для обнаружения сигнальной опорной комбинации опорного символа в сигнале с модуляцией множества несущих, средство для выполнения синхронизации кадра на основе обнаружения сигнальной опорной комбинации, средство для выделения опорного символа и, по меньшей мере, одного защитного интервала из принятого сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты на основе синхронизации кадра для формирования, по меньшей мере, одного полезного символа, средство для выполнения преобразования Фурье для получения последовательности спектров, по меньшей мере, одного полезного символа и средство для обратного отображения последовательности спектров для получения потока битов.

Настоящее изобретение предусматривает новую структуру опорного символа наряду со способом определения положения опорного символа и, таким образом, начала кадра в сигнале со структурой кадра, которая показана, например, на фиг. 1.

Изобретение относится к способу нахождения заголовков кадров, независимо от другой информации о синхронизации, и, таким образом, корректного позиционирования окон БПФ. Это предусматривает выделение защитного интервала. Способ основан на обнаружении известного опорного символа заголовка кадра в принятом сигнале, например, в цифровой комплексной основной полосе частот. Синхронизация нового кадра будет выполняться как первая задача синхронизации.

Синхронизация с опорным символом, то есть, с заголовком кадра, является первым этапом инициирования радиоприема. Для выполнения этого структурируют опорный символ. Информация, которая содержится в опорном символе, должна быть поэтому независима от других параметров синхронизации, например, от ухода частоты. По этой причине, согласно настоящему изобретению, вид выбираемого опорного символа представляет собой амплитудно-модулированную последовательность (АМ последовательность) в комплексной основной полосе частот. Таким образом, информацией, которая содержится в опорном символе, яв ляется только информация, содержащаяся в амплитуде, но не в фазе. Следует отметить, что фазовая информация будет искажена из-за возможного ухода частоты. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения АМ информацию получают из битовой последовательности со специальными свойствами. Информационную последовательность выбирают таким способом, чтобы легко и надежно найти ее во временной области. Выбирают битовую последовательность с хорошими автокорреляционными свойствами. Хорошие автокорреляционные свойства означают резко выраженный корреляционный максимум в корреляционном сигнале, который должен быть по возможности белым.

Псевдослучайная битовая последовательность (ПСБП), имеющая хорошие автокорреляционные свойства, удовлетворяет вышеуказанным требованиям.

Использование огибающей сигнала для переноса информации о битах обеспечивает дополнительную гибкость. Во-первых, необходимо установить, какие значения огибающей должны соответствовать двоичным значениям 0 и 1. Параметрами являются средняя амплитуда и степень модуляции. При этом необходимо уделить внимание выбору средней амплитуды опорного символа (характеристики), идентичной средней амплитуде оставшейся части кадра. Это обеспечивается нормировкой амплитуды, т.е. автоматической регулировкой усиления (АРУ), которая выполняется в приемнике. Можно также выбрать среднюю амплитуду опорного символа выше, чем средняя амплитуда сигнала, но при этом обеспечить, чтобы постоянная времени АРУ (1/чувствительность) была выбрана достаточно высокой, чтобы гарантировать, что мощный (усиленный) сигнал опорного символа не влияет на сигнал управления АРУ и, таким образом, не ослабляет сигнал, следующий за опорным символом.

Еще одна степень свободы может характеризоваться степенью ά модуляции. Этот параметр отвечает за плотность информации модулирующего сигнала шой(1), сформированного из двоичной последовательности Ып(1) следующим образом: шой(1) = Βΐπ(ΐ/ά). Эту степень модуляции можно выбрать в качестве свободного параметра, заданного как целое или действительное значение по отношению к частоте дискретизации. Целесообразно выбрать степень ά модуляции в качестве целого значения вследствие дискретных значений двоичной последовательности

а = 1:	тоа(т) = Ып (т)
а = 2:	тоа (т) = Ып(т/2)	для	четных	гл
	= Ып_1пЬ(т/2)	для	нечетных ш
а = 3:	тоа(т) = Ып(т/3)	для	ш = 0,	+3, +6, +9,
	Ып_1пР (т/3)	для	других	значений

Значения Ып_1п1(ш/й) сигнала вычисляют из двоичной последовательности Ьш(ш) путем идеальной интерполяции (между дискретными целочисленными значениями т) с множителем б. Эта операция подобна разложению в ряд идеальной частоты дискретизации (с интерполяцией κίη(χ)/χ), но при этом частота дискретизации сохраняется, и только меньше битов двоичной последовательности Ьт(т) соответствуют полученной в результате интерполированной последовательности тоб(т). Этот параметр т показывает дискретное время.

При увеличении т, модулирующий сигнал тоб(1) растягивается во времени по отношению к основной двоичной последовательности, что приводит в результате к сжатию полосы пропускания полученного в результате АМ спектра по отношению к основной двоичной последовательности. Растяжение во времени в два раза приводит в результате к сжатию полосы пропускания в два раза. Помимо сжатия полосы пропускания, другим преимуществом более высокой степени б модуляции является упрощение способа поиска в приемнике благодаря тому факту, что только каждая б-ая выборка имеет соответствующее двоичное значение. Выбор множителя б = 1 не является предпочтительным, поскольку такой выбор будет приводить к эффекту наложения из-за нарушения теоремы о дискретном представлении. По этой причине в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения б выбрано равным 2.

Выбор длины и частоты повторения опорного символа, с одной стороны, определяется свойствами канала, например, временем когерентности канала. С другой стороны, выбор зависит от требований, предъявляемых к приемнику, к которым относятся среднее время для первоначальной синхронизации и среднее время для повторной синхронизации после потери синхронизации вследствие замирания канала.

В приемнике на первом этапе после преобразования с понижением частоты сигнала необходимо выполнить амплитудную демодуляцию сигнала, преобразованного с понижением частоты, для формирования огибающей, то есть для определения амплитуды сигнала. Эту огибающую коррелируют с опорной комбинацией для обнаружения сигнальной опорной комбинации опорного символа. В случае канала АБГШ результатом этой корреляции будет сигнал типа белый шум с нулевым средним значением и с четко выраженным (положительным) максимумом. В случае канала многолучевого распространения несколько максимумов будут присутствовать в сигнале корреляции, полученном с помощью этой операции корреляции. В первом случае местоположение опорного символа определяется на основании максимума сигнала, тогда как в последнем случае выполняется процедура взвешивания для нахождения максимума, соответствующего местоположению опорного символа.

Таким образом, в настоящем изобретении показано, как найти опорный символ с использованием простого способа обнаружения.

Кроме того, настоящее изобретение можно применить для систем с одной несущей или с множеством несущих. Настоящее изобретение можно использовать, в частности, в системах модуляции множества несущих, в которых используется мультиплексирование на основе ортогонального частотного разделения каналов (МОЧР), например, в области цифрового радиовещания. Способы синхронизации, согласно настоящему изобретению, являются независимыми от других этапов синхронизации. Поскольку информация, необходимая для синхронизации, содержится в огибающей преамбулы, то есть, в опорном символе, опорный символ не зависит от возможных уходов частоты. Таким образом можно обеспечить корректное хронирование дискретизации с пониженной частотой и корректное позиционирование окна БПФ. Опорный символ, согласно настоящему изобретению, можно обнаружить даже в случае, если цепь синхронизации частоты еще не замкнута, или даже в случае ухода несущей частоты. Способ синхронизации кадра, согласно настоящему изобретению, предпочтительно выполняют предварительно и без информации с других этапов синхронизации.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения иллюстрируется со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

фиг. 1 - схематичное представление сигнала со структурой кадра;

фиг. 2 -блок-схема системы ММН, в которой может использоваться настоящее изобретение;

фиг. 3 - блок-схема системы синхронизации частоты и кадра в приемнике сигнала ММН;

фиг. 4 - схема устройства для синхронизации кадра и фиг. 5 - импульсная характеристика типового канала одночастотной сети в 8-диапазоне.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Хотя настоящее изобретение поясняется в основном со ссылками на систему ММН, очевидно, что настоящее изобретение можно использовать совместно с другими типами передачи сигналов, которые основаны на других видах модуляции.

На фиг. 2 представлена блок-схема системы ММН, на примере которой будет подробно описано настоящее изобретение. Позицией 100 обозначен передатчик сигнала ММН, который, по существу, соответствует передатчику сигнала ММН предшествующего уровня техники, за исключением вида опорного символа, который добавляют в каждый кадр сигнала ММН (см., например, ^1Шат Υ. Ζου, Υίναη \Уи. СОТОМ:

ΑΝ ΟνΕΚνίΕ^, ΙΙΕΕ Тгапкасбопк оп Вгоабсакбпд, νοί. 41, Νο. 1, Магсй 1995).

Источник 102 данных обеспечивает подачу последовательного потока 104 битов в передатчик сигнала ММН. Входной последовательный поток 104 битов подается в блок 106 отображения битов на несущую, который вырабатывает последовательность спектров 108 из входного последовательного потока 104 битов. Обратное быстрое преобразование 110 Фурье (БПФ) последовательности спектра выполняют для того, чтобы получить сигнал 112 ММН во временной области. Сигнал ММН во временной области образует полезный символ ММН временного сигнала ММН. Для того, чтобы избежать межсимвольную интерференцию (МСИ), вызванную искажением при многолучевом распространении сигнала, предусмотрен блок 114 введения защитного интервала фиксированной длины между расположенными рядом во времени символами ММН. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, последняя часть полезного символа ММН используется в качестве защитного интервала, который размещается перед полезным символом. Полученный в результате символ ММН показан позицией 115 на фиг. 2 и соответствует символу 10 ММН, изображенному на фиг. 1.

Для получения окончательной структуры кадра, показанной на фиг. 1, предусмотрен блок 116 для добавления опорного символа для каждого предварительно определенного числа символов ММН.

Согласно настоящему изобретению, опорный символ является амплитудно-модулированной битовой последовательностью. Таким образом, амплитудная модуляция битовой последовательности выполняется так, чтобы огибающая амплитудно-модулированной битовой последовательности определяла опорную комбинацию опорного символа. Эту опорную комбинацию, определяемую с помощью огибающей амплитудно-модулированной битовой последовательности, необходимо обнаруживать при приеме сигнала ММН в приемнике сигнала ММН. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, псевдослучайная битовая последовательность, имеющая хорошие автокорреляционные свойства, используется в качестве битовой последовательности для амплитудной модуляции.

Выбор длины и частоты повторения опорного символа зависит от свойств канала, через который передается сигнал ММН, например, время когерентности канала. Кроме того, частота повторения и длина опорного символа, другими словами, число полезных символов в каждом кадре, зависит от требований, предъявляемых к приемнику, к которым относятся среднее время для первоначальной синхронизации и среднее время для повторной синхронизации после потери синхронизации из-за замирания канала.

Полученный в результате сигнал ММН, имеющий структуру, показанную позицией 118 на фиг. 7, подается в ВЧ каскад 120 передатчика. Грубо говоря, в ВЧ каскаде 120 передатчика выполняется цифроаналоговое преобразование и преобразование с повышением частоты сигнала ММН. После этого сигнал ММН передается через канал 122.

Ниже, со ссылкой на фиг. 2, приведено краткое описание режима работы приемника 130 сигнала ММН. Сигнал ММН поступает в ВЧ каскад 132 приемника. В ВЧ каскаде 132 приемника сигнал ММН преобразуется с понижением частоты и, кроме того, выполняется аналого-цифровое преобразование сигнала, преобразованного с понижением частоты. Сигнал ММН, преобразованный с понижением частоты, подается в блок 134 синхронизации кадра. Блок 134 синхронизации кадра определяет местоположение опорного символа в символе ММН. На основании определения, выдаваемого блоком 134 синхронизации кадра, блок 136 выделения опорного символа выделяет информацию о кадрировании, то есть опорный символ, из символа ММН, поступающего из ВЧ каскада 132 приемника. После выделения опорного символа, сигнал ММН подается в блок 138 удаления защитного интервала. Режим работы блока 134 синхронизации кадра, который представляет собой настоящее изобретение, будет подробно описан ниже со ссылками на фиг. 3 и 4.

Результатом обработки сигнала, выполненной в приемнике сигнала ММН, являются полезные символы ММН.

Полезные символы ММН, которые поступают из блока 138 удаления защитного интервала, подаются в блок 140 быстрого преобразования Фурье для получения последовательности спектров из полезных символов. После этого последовательность спектра поступает в устройство 142 отображения несущей на биты, в котором повторно восстанавливается последовательный поток битов. Этот последовательный поток битов подается в приемник 144 данных.

Ниже, со ссылками на фиг. 3 и 4, подробно описан режим работы блока синхронизации кадра. На фиг. 3 изображена другая схема высокого уровня устройства для синхронизации кадров сигнала ММН. В ВЧ каскаде 150 приемника входящий сигнал ММН преобразуется с понижением частоты. На фиг. 3 аналого-цифровой преобразователь 152 показан отдельно от ВЧ каскада 150 приемника. Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 152 подается в блок 154 синхронизации кадра. Этот блок 154 синхронизации кадра выполняет синхронизацию кадра, согласно настоящему изобретению, которое будет подробно описано ниже со ссылками на фиг. 4. В зависимости от синхронизации кадра блока 154 синхронизации кадра, де15 модулятор 156 сигнала ММН демодулирует сигнал ММН для получения демодулированного последовательного потока битов.

Как показано на фиг. 3, опорный символ, согласно настоящему изобретению, можно также использовать для грубой синхронизации частоты сигнала ММН. Блок 154 синхронизации кадра также служит в качестве блока грубой синхронизации частоты для определения грубого ухода частоты от несущей частоты, который вызван, например, разностью частот между гетеродином передатчика и гетеродином приемника. Определенный уход частоты используется для выполнения грубой коррекции частоты в точке 158.

На фиг. 4 изображена подробная схема синхронизации кадра, согласно настоящему изобретению. Сигнал ММН, который передается через канал 122, принимается в ВЧ каскаде 132 приемника. Сигнал ММН, преобразованный с понижением частоты, дискретизируется в ВЧ каскаде 132 приемника, и в предпочтительном варианте осуществления подается в схему быстродействующей автоматической регулировки усиления (постоянная времени < длительность символа ММН) для устранения быстрых флуктуаций канала (время когерентности канала ~ длительность символа ММН). Схема быстродействующей АРУ 162 используется в дополнение к обычной схеме медленной АРУ в сигнальном канале в случае передачи по многолучевому каналу с длинной импульсной характеристикой канала и избирательным замиранием частоты. Быстродействующая АРУ настраивает диапазон средних амплитуд сигнала на известную среднюю амплитуду опорного символа. Таким образом, обработанный символ подается в блок 164 определения амплитуды.

В блоке 164 определения амплитуды можно использовать простой способ а1рйа_шах+ Ье1а_т1И- для вычисления амплитуды сигнала (см., например, Ра1асйе1§ А.:1)8Р-тР Коийпе Сошри1е§ Мадпйибе, ΡιΙη, Ос1оЬег 26, 1989; А4аш§ ^.Т. апб ВгаШеу, I.: Мадпйибе Арргохшайопз Гог М1сгоргосе§§ог 1тр1ешеп1а!юп, ΙΕΕΕ М!сго, Уо1. 3, Но. 5, Ос1оЬег 1983).

Выходной сигнал блока 164 определения амплитуды подается в коррелятор 166. В корреляторе 166 вычисляется взаимная корреляция между амплитудным сигналом на выходе блока 164 определения амплитуды и информацией об известной идеальной амплитуде. Информация об известной идеальной амплитуде запоминается в корреляторе. В обоих случаях, как для амплитуды, так и для информации об известной идеальной амплитуде, их амплитуды симметричны относительно нулевой отметки для их средней амплитуды.

В идеальном случае АБГШ результатом будет сигнал типа белый шум с нулевым средним значением и с явно выраженным положительным максимумом. В этом идеальном случае АБГШ положение одного максимума оценивается в блоке 172 оценки положения максимума. На основании этой оценки, опорный символ и защитные интервалы выделяются из сигнала ММН в объединенном блоке 136/138 выделения опорного символа/защитных интервалов. Хотя эти блоки показаны на фиг. 4 в виде объединенного блока 136/138, ясно, что можно предусмотреть отдельные блоки. Сигнал ММН передается из ВЧ каскада 150 в блок 136/138 выделения опорного символа/защитных интервалов через фильтр 174 нижних частот.

В случае расширения сигнала во времени, которое встречается в каналах многолучевого распространения, в выходном сигнале коррелятора появляется несколько максимумов, соответствующих числу кластеров в импульсной характеристике канала. Схематичное представление трех таких кластеров, расположенных во временном окне с максимумом приблизительно 60 микросекунд, показан на фиг. 5. Из нескольких максимумов, появление которых вызвано временным расширением сигнала, которое имеет место в канале многолучевого распространения, самый лучший максимум должен быть выбран в качестве положения заголовка кадра, то есть опорного символа. Поэтому между коррелятором 166 и блоком 172 оценки положения максимума предусмотрены блок 168 порогового значения и блок 170 взвешивания. Блок 168 порогового значения служит для удаления максимумов, которые имеют амплитуду ниже предварительно определенного порога. Блок 164 взвешивания обеспечивает выполнение процедуры взвешивания по оставшимся максимумам для определения максимума, соответствующего опорному символу. Ниже приведено описание примера процедуры взвешивания, которая выполняется в блоке 170 взвешивания.

Первый значительный максимум рассматривается в качестве самого лучшего максимума. Затем обрабатывается выходной сигнал коррелятора, полученный из первого обнаруженного максимума, с максимальной длиной импульсной характеристики канала, и для сигнала применяют функцию взвешивания амплитуды. Так как действительная длина импульсной характеристики канала неизвестна, необходимо напомнить следующее. В процессе проектирования системы необходимо исследовать длину импульсной характеристики канала. В системе ММН защитный интервал будет равен или больше, чем максимальный ожидаемый импульсный отклик канала. По этой причине, часть (интервал с выборками 1_Ι, причем 1_Ι соответствует максимальному ожидаемому импульсному отклику сигнала, то есть длине защитного интервала) корреляционного выходного сигнала, начиная с первого максимума,

Ι_ω(η) = г(к₀ + η), 0<η<1ι-1, (1) где к₀ - положение первого максимума, которое проверяется для нахождения наилучшего положения начала кадра. Вышеупомянутая часть сигнала взвешивается с помощью функции вес дБ ^п

РК(и) = 10 ¹⁰(2)

Положение (п_тах) максимума на интервале полученного в результате сигнала вес _дБ ^п

1к0.взвешенный(п)= [г(к₀+п) Ψ(η)] = [г(к₀+п)10^_Т]

0<п<1₍-1(3) выбирают в качестве наилучшего положения начала кадра.

г(к) обозначает выходной сигнал коррелятора (166) в период времени к. Сигнал присутствует с тактовой частотой, которая определяется путем умножения множителя дискретизации с повышенной частотой (передискретизации) на частоту символа поднесущей. Параметр к обозначает дискретное время в эталонных тактовых импульсах. В этом сигнале образуется окно с помощью информации, которая поступает из порогового устройства 168. Интервал, имеющий длину со значениями 1_Ь выделяется из сигнала г(к). Первым значением, записываемым в интервал, является значение начала корреляции в момент времени ко, при котором выходное значение г(ко) превышает пороговое значение порогового устройства 168 в первый момент времени. Интервал со стробированным сигналом обозначается как 1(к₀). Параметр п обозначает относительное время, то есть положение, для значения внутри интервала.

В описанной операции взвешивания корреляционные максимумы, появляющиеся первыми, являются наиболее вероятными для выбора их в качестве правильного положения начала кадра. Максимум, появившийся позже, будет выбираться только как положение начала кадра, если значение максимума значительно больше, чем у максимума, появившегося раньше. Эта операция применяется особенно для сигнала ММН, так как в этом случае лучше обнаружить начальные положения кадра на несколько выборок положения раньше, чем позже. Позиционирование начала кадра на несколько выборок раньше приводит к позиционированию окна БПФ на несколько битов в защитном интервале, это содержит информацию о том же самом символе ММН и поэтому оказывает незначительное влияние. Если положение начала кадра обнаруживается на несколько выборок позже, то окно БПФ включает в себя некоторые выборки следующего защитного интервала. Это приводит к более заметному ухудшению, так как следующий защитный интервал содержит информацию о следующем символе ММН (возникает МСИ).

Необходимо знать, что первый заметный корреляционный максимум после включения питания приемника необязательно соответствует первому кластеру импульсной характеристики канала (ИХК). Возможно, что он будет соответствовать последнему кластеру (смотри фиг.

5). По этой причине во время включения питания следует ожидать начала второго кадра перед началом демодуляции.

Ясно, что можно использовать способы определения амплитуды, которые отличаются от описанного способа а1рЕа_тах+ Ье1а_тЬ-. Ради упрощения, можно свести вычисления амплитуды к обнаружению того, находится ли амплитуда тока выше или ниже средней амплитуды. Выходной сигнал тогда состоит из последовательности -1/+1, которая будет коррелированной с известной битовой последовательностью, представленной также в значениях -1/+1. Эту операцию корреляции можно легко выполнить с помощью простой интегральной схемы (ИС).

Кроме того, можно выполнить и передискретизацию сигнала, принятого в ВЧ каскаде. Например, принятый сигнал можно выразить с использованием двукратной передискретизации.

Этот передискретизированный сигнал передается в схему быстродействующей АРУ для удаления быстрых флуктуаций канала перед вычислением амплитуды сигнала. Информация об амплитуде будет жестко квантоваться. Значения, превышающие среднюю амплитуду (средняя амплитуда равна 1), будут выражены в виде +1, а значения, меньше средней амплитуды, будут выражены в виде -1. Этот сигнал -1/+1 поступает в коррелятор, который выполняет операцию взаимной корреляции между квантованным сигналом и сохраненными значениями идеальной амплитуды опорного символа:

атр_§1о(к) = 2*Ьт(к/4), если к = 2 (коэффициент передискретизации)* 2 (коэффициент интерполяции)* 1, 2, 3...92 (92 для 184 опорного символа и коэффициента интерполяции 2) атр_§1о(к) = 0, для других значений, к < 2 (коэффициент передискретизации)* (коэффициент интерполяции)* 92 (первая часть атр_§1о=[000-100010001000-1 0.....]).

При помощи этого алгоритма достигается корреляционный максимум, равный 92.

Максимумы, присутствующие в выходном сигнале коррелятора, снова соответствуют различным положениям начала кадра из-за различных кластеров многолучевого распространения. В этом сигнале с различными максимумами необходимо выбрать наилучшее положение начала кадра. Это выполняют на следующих этапах. Выходной сигнал коррелятора подается для порогового обнаружения. Если сигнал в первый момент времени превышает порог (порог, равный 50, может применяться на практике), то инициируется алгоритм поиска наилучшего положения. Выходной сигнал коррелятора на интервале, следующем за значением, превысившим порог, будет взвешиваться с помощью функции взвешивания (смотри выше). Положение полученного в результате максимума во взвешенном сигнале будут выбирать в качестве наилучшего положения начала кадра. При наличии знания о наилучшем положении начала кадра будет выполняться выделение защитного интервала и после этого демодуляция сигнала ММН.

Некоторые дополнительные этапы могут обеспечить увеличение точности синхронизации кадра. Эти способы обсуждаются ниже.

Постпроцессорную обработку решения о начале кадра выполняют для того, чтобы а) увеличить надежность синхронизации кадра; Ь) гарантировать, что положение начала кадра не игнорируется; и с) оптимизировать положение начала кадра в случае изменения положений кластера ИХК.

Используется информация о других положениях начала кадра. Известно, что перед каждым кадром происходит вставка опорного символа в сигнал. Если положение обнаруженного в текущий момент времени начала кадра изменилось значительно по отношению к последнему обнаруженному началу кадра, то возможна демодуляция двух кадров в общем и полностью независимо друг от друга. Можно также буфферизовать последний кадр сигнала и выполнить требуемый сдвиг положения начала кадра постепенно с помощью символов ММН кадра. Это приводит в результате к интерполяционному позиционированию одиночных символов ММН, которое включает в себя одновременное асинхронное выделение защитного интервала для различных символов ММН.

Такое интерполяционное позиционирование окна БПФ также возможно в случае, если отсутствует одно положение начала кадра, то есть, начало кадра не обнаружено. Если отсутствует одно положение начала кадра, то выделение защитного интервала можно выполнить в кадре тем же самым способом, как и раньше, без значительного ухудшения характеристик. Это происходит обычно только вследствие медленного изменения положений кластера ИХК, но только в случае, если интенсивность сигнала достаточно велика. Остановка демодуляции и ожидание следующего обнаруженного положения начала кадра также возможно, но не жела тельно из-за длительного прерывания.

Ниже приведен пример опорного символа со 184 выборками (символами поднесущей), который формирует устройство, соответствующее изобретению, для выработки сигнала со структурой кадра.

Выбранная за основу двоичная последовательность длинной 92 имеет вид

Модулированная двоичная последовательность имеет вид:

1_д = [0,5 1,5 1,5 0,5 1,5 1,5 0,5 1,5 0,5 1,5 1,5 0,5 1,5 0,5

1,5	0,5	0,5	0,5	1,5	1,5	1,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
0,5	1,5	1,5	0,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	0,5	0,5	0,5	1,5	1,5
1,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	1,5	1,5	1,5	0,5	1,5	1,5
1,5	0,5	0,5	1,5	1,5	0, 5	1,5	1,5	1,5	0,5	1,5	1,5	0,5	1,5
0,5	1,5	0,5	1,5	1,5	0,5	1,5	1,5	0,5	1,5	0,5	1,5	0,5	0,5
0,5	0,5	1,5	0,5	1,5	1,5	0,5]

Эта модулированная двоичная последовательность ΐ_ς интерполируется для получения интерполируемой последовательности ΐ_ς_ΐπΐ:

ί_ς_ίηΐ = [0,5000

0,8571

1,5000

0,8108

1,5000

0,9997

0,5000

0,4999

0,5000

0,8965

1,5000

0,4226

1,5000

0,4931

0,5000

0,8965

1,5000

1,7454

1,5000

1,7917

0,5000

1,7917

1,5000

0,8176

0,5000

1,0065

0,0637]

1,0635 1,5000

1,5000 1,7917

1,0392 0,5000

0,5000 1,0460

1,1424 0,5000

1,5000 1,5769

0,3899 0,5000

0,5000 0,4931

0,9603 1,5000

1,5000 1,6422

1,6096 1,5000

0,5000 0,9997

1,0065 0,5000

0,5000 0,4931

1,0065 1,5000

0,5000 0,8965

1,0392 0,5000

1,5000 0,8571

1,6028 1,5000

1,5000 0,8108

1,9929 1,5000

1,5000 0,8571

0,8571 0,5000

0,5000 1,0065

0,5788 0,5000

0,8312 1,5000

1,7195 1,5000

1,5000 0,8108

0,8108 1,5000

1,5000 0,9997

0,3831 0,5000

1,5000 1,5769

0,5325 0,5000

0,5000 0,5322

1,7522 1,5000

1,5000 1,4669

0,9929 0,5000

1,5000 1,5769

0,3899 0,5000

0,5000 0,5325

1,5701 1,5000

1,5000 1,6096

0,2867 0,5000

0,5000 0,9033

0,9033 0,5000

0,5000 1,0460

1,0460 0,5000

0,5000 0,8571

0,8571 1,5000

1,5000 1,1424

0,3436 0,5000

1,7263 1,5000

0,8706 0,5000

0,5000 1,0392

1,7984 1,5000

0,5000 0,9603

0,4293 0,5000

1,5000 1,0065

0,4931 0,5000

0,5000 0,3967

0,8571 0,5000

1,5000 1,4737

0,4226 0,5000

1,5000 1,5769

0,5325 0,5000

0,5000 0,3899

1,6096 1,5000

1,5000 1,5633

0,9929 1,5000

1,5000 1,6028

0,8503 1,5000

1,5000 0,9929

0,8108 1,5000

1,5000 1,7849

1,7917 1,5000

0,5000 0,3436

1,1424 1,5000

1,0635 0,5000 ашр_1п! = ΐ_ς_ΐπΐ + ΐ*ΐ_ς_ΐπΐ ашр_т! - опорный символ, который перио дически вводится в сигнал после введения за щитного интервала.

Как видно из приведенного выше определения, настоящее изобретение предусматривает способы и устройства для выработки сигнала со структурой кадра, и способы и устройство для синхронизации кадра при приеме таких сигналов, которые превосходят по своим характеристикам системы, известные из предшествующего уровня техники. Алгоритм синхронизации кадра, согласно настоящему изобретению, предусматривает свойства, показанные в таблице по сравнению с известными процедурами синхронизации кадра. В таблице показано сравнение между системой, согласно настоящему изобретению, использующей АМ последовательность в качестве опорного символа и системами, известными из предшествующего уровня техники (одна несущая и Еигека 147 ММН).

	Одна несущая (например, КФМ подобная ^8)	Еигека 147 ММН	ММН с АМ последовательностью
Уход несущей допустим	Нет	Да	Да
Постоянная мощность, которая достигается на	Да	Нет	Да

входе Кх
Возможна грубая оценка ухода частоты	Нет	Нет	Да
Возможна грубая оценка канала (оценка кластера)	Да	Нет	Да

Как видно из таблицы, различные задачи и параметры синхронизации можно получить с использованием синхронизации кадра с помощью АМ последовательности, согласно настоящему изобретению. Процедура Еигека 147 и ММН синхронизации кадра соответствует процедуре, описанной в патенте И8-А-5191576.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ формирования сигнала, со структурой кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, включающий этапы, при которых выполняют амплитудную модуляцию битовой последовательности, причем огибающая амплитудно-модулированной битовой последовательности определяет опорную комбинацию опорного символа, и осуществляют введение амплитудномодулированной битовой последовательности в сигнал в качестве опорного символа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал является сигналом, мультиплексированным с ортогональным частотным разделением каналов.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплитудную модуляцию выполняют так, чтобы средняя амплитуда опорного символа, по существу, соответствовала средней амплитуде остального сигнала.
4. Способ формирования сигнала с модуляцией множества несущих со структурой кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, при этом способ включает этапы, при которых получают поток битов, отображают биты потока битов на несущие для получения последовательности спектров, выполняют обратное преобразование Фурье для получения символов с модуляцией множества несущих, осуществляют привязку защитного интервала с каждым символом с модуляцией множества несущих, формируют опорный символ путем выполнения амплитудной модуляции битовой последовательности, причем огибающая амплитудномодулированной битовой последовательности определяет опорную комбинацию опорного символа, осуществляют привязку опорного символа к предварительно определенному числу символов с модуляцией множества несущих и связанным защитным интервалам для определения кадра и осуществляют введение амплитудномодулированной битовой последовательности в сигнал в качестве опорного символа.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что сигнал с модуляцией множества несущих является сигналом, мультиплексированным с ортогональным частотным разделением каналов.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что амплитудную модуляцию выполняют так, чтобы средняя амплитуда опорного символа, по существу, соответствовала средней амплитуде остального сигнала с модуляцией множества несущих.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что битовая последовательность является псевдослучайной битовой последовательностью, имеющей хорошие автокорреляционные характеристики.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что число полезных символов в каждом кадре определяют в зависимости от свойств канала, через который передается сигнал или сигнал с модуляцией множества несущих.
9. Способ синхронизации кадра сигнала со структурой кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, причем способ включает этапы, при которых принимают сигнал, преобразуют с понижением частоты принятый сигнал, выполняют амплитудную демодуляцию сигнала, преобразованного с понижением частоты для формирования огибающей, осуществляют корреляцию огибающей с предварительно определенной опорной комбинацией для обнаружения сигнальной опорной комбинации опорного символа в упомянутом сигнале, выполняют синхронизацию кадра на основе обнаружения сигнальной опорной комбинации.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что дополнительно включает этап выполнения быстродействующей автоматической регулировки усиления принятого сигнала, преобразованного с понижением частоты, перед этапом выполнения амплитудной демодуляции.
11. Способ по п.9, отличающийся тем, что этап выполнения амплитудной демодуляции включает вычисление амплитуды сигнала с использованием способа а1р11а_т,_|х Ье1а_т|||-.
12. Способ по п.9, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы дискретизации соответствующих амплитуд принятых сигналов, преобразованных с понижением частоты, и сравнения дискретизированных амплитуд с предварительно определенным порогом для формирования битовой последовательности для выполнения амплитудной демодуляции.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что этап дискретизации соответствующих амплитуд принятого сигнала, преобразованного с понижением частоты, дополнительно включает этап выполнения передискретизации принятого сигнала, преобразованного с понижением частоты.
14. Способ по п.9, отличающийся тем, что дополнительно включает этап применения результата синхронизации кадра для кадра в упомянутом сигнале, по меньшей мере, к одному последующему кадру в упомянутом сигнале.
15. Способ синхронизации кадра сигнала с модуляцией множества несущих со структурой кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом и опорный символ, при этом способ включает этапы, при которых принимают сигнал с модуляцией множества несущих, преобразуют с понижением частоты принятый сигнал с модуляцией множества несущих, выполняют амплитудную демодуляцию сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты для формирования огибающей, осуществляют корреляцию огибающей с предварительно определенной опорной комбинацией для обнаружения сигнальной опорной комбинации опорного символа в сигнале с модуляцией множества несущих, выполняют синхронизацию кадра на основе обнаружения сигнальной опорной комбинации, выделяют опорный символ и, по меньшей мере, один защитный интервал из принятого сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты на основе синхронизации кадра, выполняют преобразование Фурье для получения последовательности спектров, по меньшей мере, из одного опорного символа, производят обратное отображение упомянутой последовательности спектров для получения потока битов.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что дополнительно включает выполнение быстродействующей автоматической регулировки усиления принятого сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты перед этапом выполнения амплитудной демодуляции.
17. Способ по п.15, отличающийся тем, что этап выполнения амплитудной демодуляции включает вычисление амплитуды сигнала с модуляцией множества несущих с использованием способа а1рйа_тах+ Ье1а_тт-.
18. Способ по п.15, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы дискретизации соответствующих амплитуд принятого сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты и сравнения дискретизированных амплитуд с предварительно определенным порогом для формирования битовой последовательности для выполнения амплитудной демодуляции.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что этап дискретизации соответствующих амплитуд принятого сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты дополнительно включает этап выполнения передискретизации принятого сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты.
20. Способ по п.15, отличающийся тем, что дополнительно включает этап применения результата синхронизации кадра для кадра в упомянутом сигнале, по меньшей мере, к одному последующему кадру в сигнале с модуляцией множества несущих.
21. Способ по п.9, отличающийся тем, что дополнительно включает обнаружение местоположения сигнальной опорной комбинации на основе наличия максимума сигнала корреляции при корреляции огибающей с предварительно определенной комбинацией.
22. Способ по п.21, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы, при которых осуществляют взвешивание множества максимумов сигнала корреляции так, чтобы максимум, появляющийся первым, взвешивался сильнее, чем максимум, появляющийся следующим, и определяют местоположение сигнальной опорной комбинации на основе наибольшего из взвешенных максимумов.
23. Способ по п.22, отличающийся тем, что дополнительно включает этап, при котором блокируют этап выполнения синхронизации кадра в течение предварительно определенного периода времени после включения приемника, выполняющего упомянутый способ синхронизации кадра.
24. Устройство для формирования сигнала со структурой кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, содержащее амплитудный модулятор для выполнения амплитудной модуляции битовой последовательности, причем огибающая амплитудномодулированной битовой последовательности определяет опорную комбинацию опорного символа, и средство для введения амплитудномодулированной битовой последовательности в сигнал в качестве опорного символа.
25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что сигнал является сигналом, мультиплексированным на основе ортогонального частотного разделения каналов.
26. Устройство по п.24, отличающееся тем, что средняя амплитуда опорного символа, по существу, соответствует средней амплитуде остального сигнала.
27. Устройство для формирования сигнала с модуляцией множества несущих со структурой кадра, причем каждый кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, содержащее средство для получения потока битов, средство для отображения битов потока битов на несущие для получения последовательности спектров, средство для выполнения обратного преобразования Фурье для получения символов с модуляцией множества несущих, средство для привязки защитного интервала к каждому символу с модуляцией множества несущих, средство для выработки опорного символа, содержащее амплитудный модулятор для выполнения амплитудной модуляции битовой последовательности, причем огибающая амплитудномодулированной битовой последовательности определяет опорную комбинацию опорного символа, средство для привязки опорного символа к предварительно определенному числу символов с модуляцией множества несущих и связанным защитным интервалом для определения упомянутого кадра и средство для введения амплитудномодулированной битовой последовательности в сигнал в качестве опорного символа.
28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что сигнал с модуляцией множества несущих является сигналом, мультиплексированным на основе ортогонального частотного разделения каналов.
29. Устройство по п.26, отличающееся тем, что средство для формирования опорного символа выполняет амплитудную модуляцию так, что средняя амплитуда опорного символа, по существу, соответствует средней амплитуде остальной части сигнала с модуляцией множества несущих.
30. Устройство по п.24, отличающееся тем, что средство для формирования опорного символа формирует псевдослучайную битовую последовательность, имеющую хорошие автокорреляционные характеристики, в качестве битовой последовательности.
31. Устройство по п.24, отличающееся тем, что содержит средство для определения числа полезных символов в каждом кадре в зависимости от свойств канала, через который передается сигнал или сигнал с модуляцией множества несущих.
32. Устройство для синхронизации кадра сигнала со структурой кадра, причем кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, при этом устройство содержит средство для приема сигнала, преобразователь с понижением частоты для преобразования с понижением частоты принятого сигнала, амплитудный демодулятор для выполнения амплитудной демодуляции сигнала, преобразованного с понижением частоты, для формирования огибающей, коррелятор для корреляции огибающей с предварительно определенной опорной комбинацией для формирования сигнальной опорной комбинации опорного символа в упомянутом сигнале и средство для выполнения синхронизации кадра на основе обнаружения сигнальной опорной комбинации.
33. Устройство по п.32, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для выполнения быстродействующей автоматической регулировки усиления принятого сигнала, преобразованного с понижением частоты, перед поступлением в амплитудный демодулятор.
34. Устройство по п.32, отличающееся тем, что амплитудный демодулятор содержит средство для вычисления амплитуды сигнала с использованием способа а1рйа_тах+ Ьс1а_т|||-.
35. Устройство по п.32, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для дискретизации соответствующих амплитуд принятого сигнала, преобразованного с понижением частоты, причем амплитудный демодулятор содержит средство для сравнения дискретизированных амплитуд с предварительно определенным порогом для формирования битовой последовательности.
36. Устройство по п.35, отличающееся тем, что средство для дискретизации содержит средство для передискретизации принятого сигнала, преобразованного с понижением частоты.
37. Устройство по п.32, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для применения результата синхронизации кадра для кадра в упомянутом сигнале, по меньшей мере, к последующему кадру в упомянутом сигнале.
38. Устройство для синхронизации кадра сигнала с модуляцией множества несущих со структурой кадра, причем кадр структуры кадра содержит, по меньшей мере, один полезный символ, защитный интервал, связанный, по меньшей мере, с одним полезным символом, и опорный символ, при этом устройство содержит приемник для приема сигнала с модуляцией множества несущих, преобразователь с понижением частоты для преобразования с понижением частоты принятого сигнала с модуляцией множества несущих, амплитудный демодулятор для выполнения амплитудной демодуляции сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты для формирования огибающей, коррелятор для корреляции огибающей с предварительно определенной опорной комбинацией для обнаружения сигнальной опорной комбинации опорного символа в сигнале с модуляцией множества несущих, средство для выполнения синхронизации кадра на основе обнаружения сигнальной опорной комбинации, средство для выделения опорного символа и, по меньшей мере, одного защитного интервала из принятого сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты на основе синхронизации кадра формирования, по меньшей мере, одного полезного символа, средство для выполнения преобразования Фурье для получения последовательности спектров, по меньшей мере, из одного полезного символа и средство для обратного отображения последовательности спектра для получения потока битов.
39. Устройство по п.38, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для выполнения быстродействующей автоматической регулировки усиления принятого сигнала с модуляцией множества несущих, преобразованного с понижением частоты, перед подачей в амплитудный демодулятор.
40. Устройство по п.38, отличающееся тем, что амплитудный демодулятор содержит средство для вычисления амплитуды сигнала с модуляцией множества несущих с использованием способа а1рйа_тах+ Ье1а_т£_п-.
41. Устройство по п.38, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для дискретизации соответствующих амплитуд принятого сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты, причем амплитудный демодулятор содержит средство для сравнения дискретизированных амплитуд с пред-

Фиг. 1 варительно определенным порогом для формирования битовой последовательности.
42. Устройство по п.41, отличающееся тем, что средство для дискретизации содержит средство для передискретизации принятого сигнала с модуляцией множества несущих и преобразованного с понижением частоты.
43. Устройство по п.38, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для применения результата синхронизации кадра для кадра в сигнале с модуляцией множества несущих, по меньшей мере, к одному последующему кадру в сигнале с модуляцией множества несущих.
44. Устройство по п.32, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для обнаружения местоположения сигнальной опорной комбинации на основе наличия максимума сигнала корреляции на выходе коррелятора.
45. Устройство по п.44, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для взвешивания множества максимумов сигнала корреляции так, что максимум, который появляется первым, взвешивается сильнее, чем максимум, появляющийся следующим, средство для обнаружения местоположения сигнальной опорной комбинации на основе наибольшего из взвешенных максимумов.
46. Устройство по п.45, отличающееся тем, что дополнительно включает средство для блокировки средства для выполнения синхронизации кадра в течение предварительно определенного периода времени после включения приемника, содержащего устройство для синхронизации кадра.