RU2365055C2 - Точное вхождение в синхронизм - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к передаче данных, в частности к временной привязке в системе передачи информации, использующей мультиплексирование с ортогональным частотным распределением (OFDM-системе). Технический результат - повышение точности синхронизации. В способе осуществляется синхронизация временной привязки приемника с принятым сигналом, мультиплексированным с ортогональным частотным разделением (OFDM-сигналом). Первое вхождение в синхронизм выполняется с первыми принятыми пилотными данными, мультиплексированными с временным разделением (TDM-данными), для определения грубой оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала. Второе вхождение в синхронизм выполняется со вторыми пилотными TDM-данными для определения точной оценки временной привязки для OFDM-символа принятого OFDM-сигнала. При втором вхождении в синхронизм определяется суммарная энергия дискретных значений канала по окну обнаружения и обнаруживается задний край кривой суммарной энергии. Положение окна сбора преобразования Фурье (FT) для последующих OFDM-символов настраивается соответственно информации о заднем крае. 4 н. и 34 з.п. ф-лы, 21 ил., 1 табл.

Description

По настоящей заявке на патент испрашивается приоритет по предварительной заявке №60/660,901, поданной 10 марта 2005 г. и переуступленной правопреемнику данной заявки, и настоящим прямо включена в настоящее описание путем ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится, в общем, к передаче данных, в частности к временной привязке в системе передачи информации, использующей мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM-системе).

В OFDM-системе передатчик обрабатывает данные для получения модуляционных символов и дополнительно выполняет модуляцию модуляционных символов для генерации OFDM-символов (символов, мультиплексированных с ортогональным частотным разделением). Затем передатчик формирует и передает OFDM-символы по каналу связи. OFDM-система может использовать структуру передачи, при которой данные передаются в суперкадрах, при этом каждый кадр имеет некоторую длительность. Данные разных видов (например, потоковые/пакетные данные, служебные/управляющие данные, пилотные данные и т.п.) могут пересылаться в разных частях каждого суперкадра. Каждый суперкадр может подразделяться на несколько кадров. Термин «пилотные данные» обычно относится к данным и/или передаваемым данным, которые заранее известны как передатчику, так и приемнику.

Приемник обычно нуждается в получении точной временной привязке кадров и символов для правильного восстановления данных, отправленных передатчиком. Например, приемник может нуждаться в информации о начале каждого суперкадра и кадра, чтобы правильно восстанавливать разные виды данных, передаваемых в суперкадре. Приемник часто не знает ни время, когда каждый OFDM-символ передан передатчиком, ни задержку распространения, введенную каналом связи. Тогда приемнику требовалось бы определять временную привязку каждого OFDM-символа, принятого по каналу связи, для правильного выполнения взаимно дополнительной OFDM-демодуляции для принятого OFDM-символа.

Термин синхронизация в настоящем описании относится к процессу, выполняемому приемником для получения временной привязки кадров и символов. Приемник может также выполнять другие задачи, например оценку отклонения частоты и оценку параметров канала. Синхронизация может выполняться в разные моменты времени для уточнения временной привязки и введения поправки на изменения параметров канала. Быстрое выполнение синхронизации облегчает обнаружение сигнала.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ для синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM-сигналом). На одном этапе первое вхождение в синхронизм выполняется с первыми принятыми пилотными данными, мультиплексированными с временным разделением (TDM-данными), для определения грубой оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала. Второе вхождение в синхронизм выполняется со вторыми пилотными TDM-данными для определения точной оценки временной привязки для OFDM-символа принятого OFDM-сигнала. При втором вхождении в синхронизм определяется суммарная энергия дискретных значений канала по окну обнаружения и обнаруживается задний край кривой суммарной энергии. В альтернативном варианте осуществления при втором вхождении в синхронизм можно определять какой-то один или оба из переднего и заднего краев. Положение окна сбора преобразования Фурье (FT) настраивается для последующего символа в соответствии с этапом второго входа в синхронизм.

В соответствии с одним аспектом предлагается OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом. OFDM-система содержит средство для выполнения первого вхождения в синхронизм, средство для выполнения второго вхождения в синхронизм и средство для настройки положения окна сбора DFT. Cредство для выполнения первого вхождения в синхронизм с первыми принятыми пилотными TDM-данными определяет грубую оценку временной привязки принятого OFDM-сигнала. Средство для выполнения второго вхождения в синхронизм со вторыми пилотными TDM-данными определяет точную оценку временной привязки принятого OFDM-сигнала. Средство для выполнения второго вхождения в синхронизм содержит средство для определения и средство для обнаружения. Средство для определения суммарной энергии множества дискретных значений канала внутри окна обнаружения для множества начальных положений формирует кривую суммарной энергии. Средство для обнаружения находит задний край кривой суммарной энергии. Средство для настройки положения окна сбора FT для последующего OFDM-символа выполнено соответственно выходу средства для выполнения второго вхождения в синхронизм.

В соответствии с одним аспектом предлагается способ синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом. На одном этапе первое вхождение в синхронизм выполняется для определения грубой оценки временной привязки принятого сигнала. Второе вхождение в синхронизм выполняется с пилотными TDM-данными для определения точной оценки временной привязки для символа принятого сигнала. Второе вхождение в синхронизм определяет суммарную энергию множества дискретных значений канала в пределах окна обнаружения для множества начальных положений для формирования кривой суммарной энергии. Кроме того, второе вхождение в синхронизм обнаруживает задний край кривой суммарной энергии. Определение суммарной энергии и обнаружение заднего края выполняются, по меньшей мере, частично совмещено во времени для конкретного дискретного значения канала из множества дискретных значений канала. Положение окна сбора FT настраивается для последующего символа в соответствии с выполнением этапа второго вхождения в синхронизм.

В соответствии с одним аспектом предлагается устройство связи для синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом. Устройство связи содержит процессор и память, которые связаны между собой. Процессор выполнен с возможностью выполнения, по меньшей мере, следующих этапов:

1. Выполнение первого вхождения в синхронизм с первыми принятыми пилотными данными, мультиплексированными с временным разделением (TDM-данными), для определения грубой оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала.

2. Выполнение второго вхождения в синхронизм со вторыми пилотными TDM-данными для определения точной оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала. Выполнение этапа второго вхождения в синхронизм содержит подэтапы определения суммарной энергии множества дискретных значений канала в пределах окна обнаружения для множества начальных положений, чтобы сформировать кривую суммарной энергии, и обнаружения заднего края кривой суммарной энергии.

3. Настройка положения окна сбора преобразования Фурье (FT) для последующего OFDM-символа в соответствии с выполнением этапа второго вхождения в синхронизм.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение описано в связи прилагаемыми чертежами.

Фиг.1 - блок-схема варианта осуществления базовой станции и беспроводного приемника в системе с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением (OFDM-системе).

Фиг.2A и 2B - блок-схемы вариантов осуществления структуры суперкадра для OFDM-системы.

Фиг.3 - схема варианта осуществления частотного представления пилотных данных 2, мультиплексированных с временным разделением,(пилотных TDM-данных).

Фиг.4 - блок-схема варианта осуществления процессора передаваемых (TX) данных и пилотных данных.

Фиг.5 - блок-схема варианта осуществления OFDM-модулятора.

Фиг.6 - диаграмма варианта осуществления временного представления пилотных TDM-данных 2.

Фиг.7 - блок-схема варианта осуществления блока оценивания синхронизации и параметров канала.

Фиг.8 - диаграмма вариантов осуществления временной последовательности операций, используемых для точного вхождения в синхронизм (FTA).

Фиг.9 - блок-схема варианта осуществления блока детектора временной привязки символов.

Фиг.10A-10D - диаграммы, которые показывают обработку для OFDM-символа пилотных данных 2.

Фиг.11 - схема варианта осуществления схемы передачи пилотных данных и пилотных FDM-данных.

Фиг.12 - блок-схема варианта осуществления логической схемы демодуляции символов пилотных данных.

Фиг.13 - блок-схема варианта осуществления реализации норменной операции для синхронизации временной привязки.

Фиг.14 - блок-схема варианта осуществления реализации с фиксированной запятой первой фазы обнаружения FAP в FTA.

Фиг.15 - диаграмма последовательности операций в варианте осуществления процесса с изображением трех фаз алгоритма обнаружения FAP.

Фиг.16 - блок-схема варианта осуществления этапа обновления в третьей фазе обнаружения FAP.

Фиг.17 - блок-схема варианта осуществления для инициализации отслеживания времени в режиме данных (DMTT).

Фиг.18 - блок-схема варианта осуществления OFDM-системы для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом.

Фиг.19 - блок-схема последовательности операций варианта осуществления процесса для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом.

На прилагаемых чертежах сходные компоненты и/или устройства могут быть обозначены одинаковыми позициями.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Нижеследующее описание предлагает лишь предпочтительные примерные варианты осуществления и не предполагает ограничения объема, применимости или конфигурации изобретения. Нижеследующее описание предпочтительных примерных вариантов осуществления скорее снабжает специалистов в данной области техники вспомогательным описанием для реализации предпочтительного примерного варианта осуществления изобретения. Очевидно, что в функцию и схему расположения элементов можно вносить различные изменения без выхода за пределы существа и объема изобретения, определенные в прилагаемой формуле изобретения.

В последующем описании приведены конкретные детали для обеспечения полного понимания вариантов осуществления. Однако средним специалистам в данной области техники будет очевидно, что варианты осуществления можно практически применять без данных конкретных деталей. Например, схемы могут быть представлены блок-схемами, чтобы не мешать пониманию вариантов осуществления ненужными деталями. В других примерах, широко известные схемы, процессы, алгоритмы, конструкции и методы могут быть показаны без ненужных деталей, чтобы не мешать пониманию вариантов осуществления.

Кроме того, следует отметить, что варианты осуществления можно описать в виде процесса, который изображен блок-схемой последовательности операций способа, схемой потока данных, структурной схемой или блок-схемой. Хотя блок-схема последовательности операций способа может описать операции как последовательный процесс, многие из операций могут выполняться параллельно или одновременно. Кроме того, возможна перестановка порядка операций. Процесс заканчивается, когда завершаются его операции, но может содержать дополнительные этапы, не представленные на фигуре. Процесс может соответствовать способу, функции, процедуре, стандартной подпрограмме, подпрограмме и т.п. Когда процесс соответствует функции, его окончание соответствует возврату функции к вызывной функции или основной функции.

Кроме того, как изложено в настоящем описании, термин «носитель данных» может относиться к, по меньшей мере, одному устройству хранения данных, включая постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM), магнитное RAM, запоминающее устройство на магнитных сердечниках, носители данных на магнитных дисках, оптические носители данных, устройства флэш-памяти и/или другие машиночитаемые носители для хранения информации. Термин «машиночитаемый носитель» включает в себя, но без ограничения, портативные или стационарные запоминающие устройства, оптические запоминающие устройства, беспроводные каналы и другие разнообразные среды, способные к хранению, содержанию или переносу команд и/или данных.

Кроме того, варианты осуществления могут быть реализованы аппаратными средствами, программными средствами, встроенными программами, межплатформенными программными средствами, микрокодом, языками описания аппаратных средств или любой их комбинацией. При реализации программными средствами, встроенными программами, межплатформенными программными средствами или микрокодом программный код или кодовые сегменты для выполнения необходимых задач могут храниться на машиночитаемом носителе, например носителе данных. Необходимые задачи могут выполняться процессором(рами). Кодовый сегмент или машиноисполняемые инструкции могут представлять процедуру, функцию, подпрограмму, программу, стандартную программу, стандартную подпрограмму, модуль, пакет программ, класс или любую комбинацию инструкций, структуры данных или операторы программ. Кодовый сегмент может быть связан с другим кодовым сегментом или жестко смонтированной схемой посредством обмена и/или приема информации, данных, аргументов, параметров или содержимого памяти. Информацию, аргументы, параметры, данные и т.п. можно обменивать, пересылать или передавать с помощью любого подходящего средства, включая коллективное использование памяти, обмен сообщениями, маркерную передачу данных, сетевую передачу и т.п.

Технологии синхронизации, представленные в настоящем описании, можно использовать в разнообразных системах с передачей на нескольких несущих и для передачи по нисходящей линии, а также восходящей линии. Нисходящей линией (или прямой линией) называется линия связи от базовой станции до беспроводных приемников, и восходящей линией (или обратной линией) называется линия связи от беспроводных приемников до базовых станций. Для ясности, данные методы описаны ниже для нисходящей линии в мультиплексных системах с ортогональным частотным разделением (OFDM-системах). Структура обнаружения пилотных данных хорошо подходит для вещательной системы, но может также служить для невещательных систем.

Описаны усовершенствованные способ и система для временной синхронизации после начального вхождения в синхронизм с OFDM-системой. Результат начального вхождения в синхронизм, основанного на обработке пилотных данных 1, мультиплексированных с временным разделением (пилотных TDM-данных 1), является грубой оценкой временной привязки. Грубая оценка временной привязки обеспечивает информацию о начале суперкадра и дает грубую оценку начала пилотных TDM-данных 2. При последующей оценке временной привязки с использованием структуры пилотных TDM-данных 2 приемник оценивает точную позицию начала последующих OFDM-символов. Данный этап называется точным вхождением в синхронизм (FTA). Побочным результатом данного вычисления является оценка параметров канала, который можно использовать для инициализации блока оценивания параметров канала.

В одном варианте осуществления настоящий алгоритм предназначен для успешной обработки каналов с разбросом задержек до 1024 элементарных сигналов или отсчетов. В одном варианте осуществления погрешности начальных грубых оценок временной привязки корректируются так, что грубые погрешности временной привязки корректируются в пределах от -K до +1024 - K элементарных сигналов. В другом варианте осуществления возможна коррекция погрешностей в пределах от -256 до +768 элементарных сигналов. Обработка FTA построена таким образом, что поправки временной привязки имеются в наличии к моменту, когда их требуется вносить. Другими словами, FTA завершается перед приемом следующего символа.

В одном варианте осуществления символ пилотные TDM-данные 2 содержит циклический префикс, за которым следуют две идентичные последовательности пилотных данных 2 во временной области. Приемник собирает, по меньшей мере, N_C=N/2 или 2048 отсчетов в окне отсчетов из позиции, которая определяется на основании грубой временной привязки и исходного преднамеренного сдвига, введенного для исключения сбора данных от соседних символов, где N может иметь различные значения в разных вариантах осуществления. 2048 отсчетов соответствуют циклическому сдвигу одного периода последовательности пилотных TDM-данных 2, свернутому с каналом. После L-точечного FFT (быстрого преобразования Фурье), демодуляции пилотных данных и IFFT (обратного быстрого преобразования Фурье) остается только циклический сдвиг импульсной характеристики канала.

Затем определяется начало импульсной характеристики канала в упомянутом 2048-отсчетном циклически сдвинутом изображении. Полная энергия канала содержится внутри 1024-отсчетного окна обнаружения. Если канал короче чем 1024 элементарных сигнала, то существует несколько последовательных позиций энергетического окна, которые дают максимальную энергию. В данном случае алгоритм выбирает последнюю позицию кривой суммарной энергии, поскольку такая позиция обычно соответствует первому приходящему лучу (FAP) канала. Это выполняется путем анализа выпуклой комбинации текущей суммы энергий и локальной конечной разности порядка N_D. После того как найдено местоположение FAP в 2048-отсчетной сдвинутой оценке параметров канала, указанная информация легко преобразуется во временной сдвиг, который применяется при взятии отсчетов последующих OFDM-символов.

Другим результатом упомянутого алгоритма является 1024-отсчетная оценка параметров канала во временной области. Блок для оценивания параметров канала использует три последовательные 512-отсчетные оценки параметров канала во временной области и объединяет их в ходе операции временной фильтрации для получения 1024-отсчетной оценки параметров канала, устойчивой к изменениям временной привязки. Авторы используют 1024-отсчетную «чистую» или фильтрованную оценку параметров канала, полученную во время FTA, для инициализации блока оценивания параметров канала. Это выполняется ее перестроением в 512-отсчетную версию, совместимую с блоком оценивания параметров канала. Затем эта версия применяется для получения достоверной оценки параметров канала для первого представляющего интерес символа.

Точность временной синхронизации обеспечивается ее привязкой к оценкам параметров канала и включением обеих в кривую суммарной энергии и ее первую производную при обнаружении FAP. Вместе с тем это обеспечивает устойчивость упомянутого способа к слишком большим разбросам задержек. Периодически повторяющаяся структура пилотных TDM-данных 2 создает циклические сдвиги оценок параметров канала. Существует простое взаимно однозначное соответствие между упомянутыми циклическими сдвигами и смещениями временных привязок. Структура символа пилотных TDM-данных 2 и исходные смещения, которые введены преднамеренно, делают систему более устойчивой к погрешностям грубых оценок входа в синхронизацию. И, наконец, новая архитектура операции FTA в блоке поиска временной привязки символа и ее сцепление с блоком IFFT делает упомянутую операцию эффективной в отношении использования вычислительных ресурсов и позволяет выполнить строгие требования к времени вычисления в одном варианте осуществления.

На фиг.1 показана блок-схема варианта осуществления базовой станции 110 и беспроводного приемника 150 в OFDM-системе 100. Базовая станция 110 является, по существу, неподвижной станцией и может также именоваться базовой приемопередающей системой (BTS), пунктом доступа или каким-то другим термином. Беспроводной приемник 150 может быть неподвижным или мобильным и может также именоваться абонентским терминалом, мобильной станцией или каким-либо другим термином. Беспроводной приемник 150 может также быть портативным блоком, например сотовым телефоном, ручным устройством, беспроводным модулем, персональным электронным помощником (PDA), телевизионным приемником и т.п.

В базовой станции 110 процессор 120 передаваемых данных (TX-данных) и пилотных данных получает данные разных видов (например, потоковые/пакетные данные и служебные/управляющие данные) и обрабатывает (например, кодирует, выполняет интерливинг и символьное отображение) полученные данные для генерации символов данных. Для целей настоящего описания «символ данных» представляет собой модуляционный символ для данных, «пилотный символ» представляет собой модуляционный символ для пилотных данных, и модуляционный символ представляет собой комплексную величину для точки в сигнальной группе для схемы модуляции (например, M-PSK (многократная фазовая манипуляция, M-QAM (многократная квадратурная амплитудная модуляция) и т.п.). Процессор 120 пилотных данных обрабатывает пилотные данные также для генерации пилотных символов и выдает символы данных и пилотные символы в OFDM-модулятор 130 (модулятор в OFDM-системе).

OFDM-модулятор 130 мультиплексирует символы данных и пилотные символы в соответствующих поддиапазонах и с периодами символов и дополнительно выполняет OFDM-модуляцию мультиплексированных символов для генерации OFDM-символов, как описано выше. Блок 132 передатчика (TMTR) преобразует OFDM-символы в, по меньшей мере, один аналоговый сигнал и дополнительно формирует (например, усиливает, фильтрует, повышает частоту и т.п.) аналогового(ых) сигнала(ов) для генерации модулированного сигнала. Затем базовая станция 110 передает модулированный сигнал из антенны 134 в беспроводные приемники в OFDM-системе 100.

В беспроводном приемнике 150 передаваемый сигнал из базовой станции 110 принимается антенной 152 и подается в блок 154 приемника. Блок 154 приемника предварительно формирует (например, фильтрует, усиливает, понижают частоту и т.п.) принятый сигнал и оцифровывает сформированный сигнал для получения потока входных отсчетов. OFDM-демодулятор 160 выполняет OFDM-демодуляцию входных отсчетов для получения принятых данных и пилотных символов. OFDM-демодулятор 160 выполняет также обнаружение (например, согласованную фильтрацию) из принятых символов данных с оценкой параметров канала (например, оценку частотной характеристики) для получения обнаруженных символов данных, которые являются оценками символов данных, переданных базовой станцией 110. OFDM-демодулятор 160 подает обнаруженные символы в процессор 170 принятых (RX) данных.

Блок 180 оценивания синхронизации/параметров каналов (SCEU) принимает входные отсчеты из блока 154 приемника и выполняет синхронизацию для определения временной привязки кадров и символов, как описано ниже. SCEU 180 получает также оценку параметров канала с использованием принятых пилотных символов из OFDM-демодулятора 160. SCEU 180 подает оценку временной привязки символов и параметров канала в OFDM-демодулятор 160 и может выдавать временную привязку кадров в процессор 170 RX-данных и/или контроллер 190. OFDM-демодулятор 160 использует временную привязку символов для выполнения OFDM-демодуляции и использует оценку параметров канала для выполнения обнаружения из принятых символов данных.

Процессор 170 RX-данных обрабатывает (например, выполняет обратное отображение, обратный интерливинг, декодирование и т.п. символов) обнаруженные символы данных из OFDM-демодулятора 160 и выдает декодированные данные. Процессор 170 RX-данных и/или контроллер 190 может использовать временную привязку кадров для восстановления данных различных категорий, переданных базовой станцией 110. В общем, обработка OFDM-демодулятором 160 и процессором 170 RX-данных является дополнительной по отношению к обработке OFDM-модулятором 130 и процессором 120 TX-данных и пилотных данных соответственно в базовой станции 110.

Контроллеры 140, 190 управляют обработкой в базовой станции 110 и беспроводном приемнике 150 соответственно. Контроллеры могут быть процессорами и/или конечными автоматами. Блоки 142, 192 памяти обеспечивают хранение программных кодов и данных, используемых контроллерами 140 и 190 соответственно. Блоки 142, 192 памяти могут использовать носители данных различных типов для хранения информации.

Базовая станция 110 может осуществлять прямую передачу в один приемник, многоадресную передачу в группу беспроводных приемников, вещательную передачу во все беспроводные приемники в зоне обслуживания упомянутой базовой станции или любую комбинацию вышеперечисленных передач. Например, базовая станция 110 может осуществлять вещательную передачу пилотных и служебных/управляющих данных во все беспроводные приемники в ее в зоне обслуживания. Базовая станция 110 может дополнительно осуществлять одноадресную передачу данных для конкретных абонентов в конкретные беспроводные приемники, многоадресных данных в группу беспроводных приемников и/или вещательных данных во все беспроводные приемники в различных обстоятельствах и вариантах осуществления.

На фиг.2A показан вариант осуществления структуры 200 суперкадра, которую можно использовать для OFDM-системы 100. Данные и пилотные данные могут передаваться в суперкадрах, при этом каждый суперкадр имеет заданную длительность. Суперкадр можно также называть кадром, временным интервалом или каким-либо другим термином. В настоящем варианте осуществления каждый суперкадр содержит поле 212 пилотных TDM-данных 1 для первых пилотных TDM-данных, поле 214 пилотных TDM-данных 2 для вторых пилотных TDM-данных, поле 216 служебных данных для служебных/управляющих данных и информационное поле 218 для потоковых/пакетных данных.

Четыре поля 212-218 мультиплексированы с временным разделением в каждом суперкадре так, что в любой данный момент передается только одно поле. Четыре поля организованы в порядке, показанном на фиг.2, также для облегчения синхронизации и восстановления данных. Пилотные OFDM-символы в полях 212 и 214 пилотных данных, которые передаются первыми в каждом суперкадре, можно использовать для обнаружения служебных OFDM-символов в поле 216, которое передается следующим в суперкадре. Служебную информацию, полученную из поля 216, можно затем использовать для восстановления потоковых/пакетных данных, посланных в информационном поле 218, которое передается последним в суперкадре.

В варианте осуществления поле 212 пилотных TDM-данных 1 переносит один OFDM-символ для пилотных TDM-данных 1, и поле 214 пилотных TDM-данных 2 переносит один OFDM-символ для пилотных TDM-данных 2. В общем, каждое поле может быть любой длительности, и поля могут быть организованы в любом порядке. Пилотные TDM-данные 1 и 2 передаются в вещательном режиме периодически в каждом суперкадре для облегчения выполнения синхронизации беспроводными приемниками. Поле 216 служебных данных и/или информационное поле 218 могут также содержать пилотные символы, которые мультиплексированы с частотным разделением с символами данных, как показано ниже.

OFDM-система 100 имеет общую ширину полосы частот системы BW MHz, которая разбита на N ортогональных поддиапазонов с использованием OFDM. Шаг соседних поддиапазонов составляет BW/N MHz. Из N общего количества поддиапазонов M поддиапазонов можно использовать для передачи пилотных данных и данных, где M<N, и оставшиеся N-M поддиапазонов могут быть неиспользуемыми и служить защитными поддиапазонами. В варианте осуществления OFDM-система использует OFDM-структуру с N=4096 общим количеством поддиапазонов, M=4000 используемых поддиапазонов и N-M=96 защитных поддиапазонов. В общем, в OFDM-системе можно применять любую OFDM-структуру с любыми общим количеством, количествами используемых и защитных поддиапазонов.

Пилотные TDM-данные 1 и 2 могут быть составлены для облегчения выполнения синхронизации беспроводными приемниками в системе. Беспроводной приемник может использовать пилотные TDM-данные 1 для обнаружения начала каждого суперкадра, получения грубой оценки временной привязки символов и оценки погрешности частоты. Беспроводной приемник может использовать пилотные TDM-данные 2 для получения более точной временной привязки OFDM-символов.

На фиг.2B показан другой вариант осуществления структуры 200 суперкадра, которую можно использовать для OFDM-системы 100. В этом варианте осуществления пилотные TDM-данные 1, 212, отделены от следующих за ними пилотных TDM-данных 2, 214, вставленными между ними служебными OFDM-символами 216. Количество и длительность служебных символов известно, так что синхронизация по символу 212 пилотных TDM-данных 1 позволяет оценить, где начнется символ пилотных TDM-данных 2.

Далее на фиг.3 представлен вариант осуществления пилотных TDM-данных 2, 214, в частотной области. В настоящем варианте осуществления, пилотные TDM-данные 2, 214, содержат L пилотных символов, которые передаются в L поддиапазонах. L поддиапазонов равномерно распределены по N общему количеству поддиапазонов и отстоят на равные интервалы из S поддиапазонов, где S=N/L. Например, N=4096, L=2048 и S=2. И вновь, для N, L и S можно использовать другие значения. Приведенная структура пилотных TDM-данных 2, 214, может обеспечивать точную временную привязку символов в каналах различных типов, включая неблагоприятный многолучевой канал. Беспроводные приемники 150 могут также обладать возможностью: (1) обрабатывать пилотные TDM-данные 2, 214, эффективными методами для получения временной привязки символов до поступления следующего OFDM-символа, который находится непосредственно после пилотных TDM-данных 2 в одном варианте осуществления, и (2) применять временную привязку символов к упомянутому следующему OFDM-символу, как описано ниже. L поддиапазонов пилотных TDM-данных 2 выбирают так, чтобы для пилотных TDM-данных 2, 214, генерировались упомянутые S идентичных последовательностей пилотных данных 2.

На фиг.4 показан один вариант осуществления блок-схемы варианта осуществления процессора 120 TX-данных и пилотных данных в базовой станции 110. В процессоре 120 пилотных данных процессор 410 TX-данных принимает, кодирует, выполняет интерливинг и посимвольное отображение потоковых/пакетных данных для генерации символов данных.

В варианте осуществления для генерации данных для пилотных данных 212, 214 применен генератор 420 псевдослучайных чисел (PN). Генератор 420 PN может быть реализован, например, посредством 15-отводного линейного регистра сдвига с обратными связями (LFSR), который реализует порождающий полином

g(x)=x¹⁵+x¹⁴+1. В этом случае генератор 420 PN содержит: (1) 15 элементов 422a-422o задержки, включенных последовательно, и (2) сумматор 424, включенный между элементами 422n и 422o задержки. Элемент 422o задержки обеспечивает пилотные данные, которые также подаются обратно на вход элемента 422a задержки и на один вход сумматора 424. Генератор 420 PN можно инициализировать с различными начальными состояниями пилотных данных 212, 214, например, с '011010101001110' для пилотных TDM-данных 1, '010110100011100' для пилотных TDM-данных 2 и с '010110101011101' для частотно-мультиплексированных (PDM) пилотных данных. В общем, для пилотных данных 212, 214 можно использовать любые данные. Пилотные данные можно подобрать для уменьшения разности между пиковой амплитудой и средней амплитудой OFDM-символа пилотных данных (например, для сведения к минимуму колебание между пиком и средним значением сигнала во временной области для пилотных TDM-данных). Пилотные данные для пилотных TDM-данных 2 могут генерироваться также тем же генератором PN, который служит для скремблирования данных. Беспроводные приемники располагают информацией о данных, использованных для пилотных TDM-данных 2, но не нуждаются в информации о данных, использованных для пилотных TDM-данных 1.

Блок 430 отображения битов в символы получает пилотные данные из генератора 420 PN и отображает биты пилотных данных в символы пилотных данных на основании схемы модуляции. Для пилотных данных 214, 214 можно применять одинаковые или разные схемы модуляции. В одном варианте осуществления для обоих пилотных TDM-данных 1 и 2 используют QPSK (квадратурную фазовую манипуляцию). В таком случае блок 430 отображения группирует пилотные данные в виде 2-битовых двоичных величин и далее отображает каждую 2-битовую величину в конкретный модуляционный символ пилотных данных. Каждый символ пилотных данных представляет собой комплексную величину в сигнальной группе для QPSK. Если для пилотных TDM-данных используют QPSK, то блок 430 отображения отображает 2L₁ бит пилотных данных для пилотных TDM-данных 1 в L₁ символов пилотных данных и, кроме того, отображает 2L₂ бит пилотных данных для пилотных TDM-данных 2 в L₂ символов пилотных данных. Мультиплексор (Mux) 440 получает символы данных из процессора 410 TX-данных, символы пилотных данных из блока 430 отображения и сигнал TDM_Ctrl из контроллера 140. Мультиплексор 440 выдает в OFDM-модулятор 130 символы пилотных данных для пилотных данных 212, 214 и символы данных для полей служебных данных и данных каждого суперкадра, как показано на фиг.2A и 2B.

На фиг.5 представлен один вариант осуществления блок-схемы варианта осуществления OFDM-модулятора 130 базовой станции 110. Блок 510 отображения символов в поддиапазоны получает символы данных и пилотных данных из процессора 120 TX-данных и пилотных данных и отображает эти символы в надлежащие поддиапазоны на основании сигнала Subband_Mux_Ctrl из контроллера 140. В течение каждого периода OFDM-символов блок 510 отображения выдает один символ данных или пилотных данных в каждый поддиапазон, используемый для передачи данных или пилотных данных и «нулевой символ» (который является значением нулевого сигнала) для каждого неиспользуемого поддиапазона. Символы 212, 214 пилотных TDM-данных, предназначенные для поддиапазонов, которые не используются, заменяются нулевыми символами. Для каждого периода OFDM-символов блок 510 отображения выдает N «передаваемых символов» для N общего количества поддиапазонов, причем каждый передаваемый символ может быть символом данных, символом пилотных данных или нулевым символом.

Блок 520 обратного дискретного преобразования Фурье (IDFT) получает N передаваемых символов для каждого периода OFDM-символов, преобразует N передаваемых символов во временную область посредством N-точечного IDFT и выдает «преобразованный» OFDM-символ, который содержит N отсчетов во временной области. Каждый отсчет является комплексной величиной, подлежащей передаче в течение одного периода отсчетов. Вместо N-точечного IDFT может также выполняться N-точечное обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT), если N является степенью двух, что обычно имеет место.

Параллельно-последовательный (PS) преобразователь 530 преобразует N отсчетов из параллельной форму в последовательную для каждого преобразованного символа. Затем генератор 540 циклических префиксов повторяет участок (или C отсчетов) каждого преобразованного символа для формирования OFDM-символа, который содержит N+C отсчетов. Например, циклический префикс представлен последними 512 отсчетами OFDM-символа. Циклический префикс служит для противодействия межсимвольным помехам (ISI) и интерференции между несущими (ICI), обусловленными большим разбросов задержек в канале связи. В общем, разброс задержек равен разности времен между FAP и последним приходящим лучом (LAP) в приемнике 150. Период OFDM-символа (или просто «период символа») является длительностью одного OFDM-символа и равен периодам N+C отсчетов.

На фиг.6 представлен один вариант осуществления временного представления пилотных TDM-данных 2. OFDM-символ для пилотных TDM-данных 2 (или «OFDM-символ пилотных данных 2») также состоит из преобразованного символа с длительностью N и циклического префикса с длительностью C. Преобразованный символ для пилотных TDM-данных 2 содержит S идентичных последовательностей пилотных данных 2, при этом каждая последовательность пилотных данных 2 содержит L отсчетов во временной области. Циклический префикс для пилотных TDM-данных 2 состоит из C крайних правых отсчетов преобразованного символа и вставлен перед преобразованным символом. Например, если N=4096, L=2048, S=2 и C=512, то OFDM-символ пилотных данных 2 должен содержать две полные последовательности пилотных данных 2, при этом каждая последовательность пилотных данных 2 содержит 2048 отсчетов во временной области. Циклический префикс для пилотных TDM-данных 2 должен содержать только участок последовательности пилотных данных 2.

Далее на фиг.7 представлен один вариант осуществления блок-схемы SCEU 180 в беспроводном приемнике 150. Детектор 710 суперкадров в составе SCEU 180 получает входные отсчеты из блока 154 приемника, обрабатывает входные отсчеты для обнаружения начала каждого суперкадра и выдает временную привязку суперкадра. Детектор 720 временной привязки символов получает входные отсчеты и временную привязку суперкадра, обрабатывает входные отсчеты для обнаружения начала принятых OFDM-символов и выдает временную привязку символов. Блок 712 оценивания погрешности частоты оценивает погрешность частоты в принятых OFDM-символах. Блок 730 оценивания параметров канала получает выходные данные из детектора 720 временной привязки символов и делает оценку параметров канала. Детекторы и блоки оценивания в SCEU 180 описаны ниже.

Детектор 710 суперкадров выполняет синхронизацию суперкадра посредством обнаружения пилотных TDM-данных 1 во входных отсчетах из блока 154 приемника. Детектор 710 суперкадров для представленного варианта осуществления реализован запаздывающим коррелятором, который использует периодический характер OFDM-символа пилотных данных 1 для обнаружения суперкадра.

Блок-схема на фиг.8 изображает временную последовательность 800 для одного варианта осуществления FTA. Обнаружение FAP или поиск положения канала выполняется как последняя стадия FTA. На показанном участке процесса окно отсчетов с длительностью N_C собирается в блоке 812. Затем N_C-точечное FFT выполняется на окне отсчетов в блоке 814, причем в представленном примере N_C равно 2048. FFT выполняется в виде каскада 512-точечных FFT, использующих интерлейсную последовательность 6, 4, 2 и 0. Пилотная информация демодулируется и экстраполируется из поднесущих в блоке 816 в такую же интерлейсную последовательность. N_C-точечное IFFT выполняется в блоке 818 на демодулированных пилотных данных в виде каскада 512-точечных IFFT, использующих одинаковую интерлейсную последовательность. Умножение с перемежением на интерлейсах 6, 4 и 2 начинается после окончания блока 816. Поиск FTA инициализируется в блоке 820, чтобы начать процесс поиска FAP. Вышеупомянутый конвейерный процесс дополнительно описан ниже и обеспечивает возможность ускорения точного вхождения в синхронизм.

На фиг.9 блок-схема варианта осуществления детектора 720 временной привязки символов показана для одного варианта осуществления, который выполняет временную синхронизацию на основании OFDM-символа пилотных данных 2. Буфер 912 отсчетов в составе детектора 720 временной привязки символов получает входные отсчеты из блока 154 приемника и хранит окно «отсчетов» из L входных отсчетов для OFDM-символа пилотных данных 2. Начало окна отсчетов определяется блоком 910 вычисления смещения на основании временной привязки суперкадра из детектора 710 суперкадров.

На фиг.10A показан один вариант осуществления временной диаграммы обработки для OFDM-символа пилотных данных 2. Детектор 710 суперкадров обеспечивает грубую временную привязку символа (обозначенную T_C) на основании OFDM-символа пилотных данных 1 даже несмотря на то, что пилотные данные 1 обнаруживаются в некоторый более поздний момент (обозначенную T_D). Блок 910 вычисления смещения определяет T_W для позиционирования окна 1012 отсчетов. OFDM-символ пилотных данных 2 содержит S идентичных последовательностей пилотных данных 2, каждая из которых имеет длительность L (например, две последовательности пилотных данных 2 с длительностью 2048, если N=4096 и L=2048). Окно 1012 отсчетов из N_C входных отсчетов собирается буфером 912 отсчетов для OFDM-символа пилотных данных 2, начинающегося с положения Tw.

Начало окна 1012 отсчетов задерживается начальным смещением OS_init от грубой временной привязки символа, T_C, или T_W=T_C+OS_init. Начальное смещение не обязательно должно быть особенно точным и выбирается так, чтобы гарантировать сбор одной полной последовательности пилотных данных 2 в буфере 912 отсчетов, независимо от возможных погрешностей грубой оценки временной привязки. Начальное смещение можно также выбрать достаточно малым, чтобы обработка по OFDM-символу пилотных данных 2 могла быть завершена перед поступлением следующего OFDM-символа, чтобы временную привязку символа, полученную из OFDM-символа пилотных данных 2, можно было применить к следующему OFDM-символу.

В настоящем варианте осуществления расположение границ символа отслеживается счетчиком OFDM-отсчетов. Счетчик OFDM-отсчетов принимает значение 0 в начале циклического префикса OFDM-символа и считает до значения N_OFDM-1, где N_OFDM является общей длительностью OFDM-символа, после чего счетчик возвращается к нулю. Во время обработки периодических OFDM-символов отсчеты пересылаются в процессор 914 FFT для демодуляции после того, как счетчик OFDM-отсчетов достигает значения N_CP=C. Поправки временных привязок символов, найденные блоком 920 поиска временных привязок символов, вносятся путем изменения текущего значения счетчика OFDM-отсчетов на величину, соответствующую смещению вычисленной временной привязки. После грубого вхождения в синхронизм, в момент T_D, грубую оценку расположения границы символа в приемнике получают записью величины

T_D-T_C в счетчик OFDM-отсчетов. Затем начальное смещение, OS_init, применяется на двух этапах. Сначала значение счетчика OFDM-отсчетов наращивается на K и уменьшается на длительность окна между OFDM-символами (например, 17 в настоящем варианте осуществления) в блоке 910 вычисления смещения. Постоянная величина K соответствует способности алгоритма исправлять грубые погрешности временных привязок, и в настоящем варианте осуществления K=256. Когда счетчик OFDM-отсчетов достигает счетного числа 1024 в настоящем варианте осуществления, предполагается начало периода отсчетов, T_W, и начинается окно отсчетов 1012. В других вариантах осуществления возможно использование других значений для первой и второй постоянных величин и счетного числа.

На фиг.9 блок 914 дискретного преобразования Фурье (DFT) выполняет L-точечное DFT или FFT на N_C=L входных отсчетах, собранных буфером 912 отсчетов, и обеспечивает L значений в частотной области для L принятых символов пилотных данных. Если начало окна 1012 отсчетов не совмещено с началом OFDM-символа пилотных данных 2 (т.е. T_W≠T_S ), то импульсная характеристика канала циклически сдвинута, что означает, что передний участок импульсной характеристики канала циклически переходит обратно.

OFDM-символ 214 пилотных данных 2 имеет циклический префикс 1004 и две последовательности 1008 пилотных данных 2, следующих одна за другой в настоящем варианте осуществления. В частотной области в одном варианте осуществления, символ 214 пилотных данных 2 состоит из 2000 ненулевых поднесущих или поддиапазонов QPSK, каждый из которых отделен обнуленной поднесущей, с защитными поднесущими 304, расположенными на каждом конце, как показано на фиг. 3. Нулевая вставка между двумя ненулевыми поднесущими обеспечивает, что пилотные TDM-данные 2 состоят из двух периодов из 2048 отсчетов, каждый из которых находится во временной области. На стороне приемника в окне 1012 отсчетов собираются только 2048 или N_C отсчетов пилотных TDM-данных 2.

После выполнения начального L-точечного FFT 914, для L=2048, после прохождения по каналу имеются 2000 ненулевых поднесущих и 48 защитных несущих. Ненулевые несущие модулируются информацией канала и складываются с шумами. Для восстановления информации, переданной по каналу, т.е. для оценки импульсной характеристики канала по 2048 дискретным значениям, требуется «отменить» перестановку ненулевых несущих и обнуленных несущих, которые были пропущены, (т.е. защитных несущих) перед блоком 918 L-точечного IFFT. Эта операция называется демодуляцией и экстраполяцией символа пилотных TDM-данных 2, которая выполняется в блоке 916 демодуляции пилотных данных.

На фиг.12 показан вариант осуществления логической схемы демодуляции для реализации операции демодуляции последовательности ненулевых пилотных данных в любом интерлейсе. В настоящем варианте осуществления интерлейс представляет собой подмножество N_I поднесущих, которые равномерно разнесены в исходном множестве из N поднесущих. Например, N может составлять 4096, как в настоящем варианте осуществления, и если применяются восемь интерлейсов, то каждый интерлейс I является множеством из N_I поднесущих, которые разделены семью поднесущими, которые не принадлежат к интерлейсу I. На входе в блок 916 демодуляции каждая из синфазных и квадратурных составляющих результатов замера пилотных данных дается 9 битами со знаками, тогда как после демодуляции ширина в битах остается равной 9.

Как показано на фиг.9, в настоящем варианте осуществления каждый выходной отсчет блока 914 L-точечного FFT является комплексным числом, в котором каждое из действительных и мнимых чисел является 9-разрядным числом со знаком. Устранение модуляции пилотных данных является, по существу, умножением каждой пилотной несущей на опорную величину, соответствующую поднесущей, которая предоставляется в приемнике. Эта операция выполняется четыре раза с четырьмя разными опорными последовательностями, когда четыре разных интерлейса (т.е. 6, 4, 2 и 0) собираются с выходов блока 914 FFT. Результат измерения пилотных данных в интерлейсах i (i=0,2,4,6) на несущей k (k=0,1,..499) дается значением Y_i,k, и в приемнике генерируется соответствующий опорный символ (на основании модуляции QPSK) в результате операции скремблирования, представленной выражением S_i,k=[b_2k+1 b_2k]. Устранение модуляции на пилотных поднесущих выполняется как поворот (на 0, 90, 180 или 270 градусов) с последующим умножением на (1-j). Величина поворота определяется опорным символом S_i,k. За поворотом следуют суммирование и вычитание действительной и мнимой составляющих. Таблица для поворота Y_i,k в зависимости от выходных бит [b_2k+1 b_2k] скремблера приведена ниже в таблице, которая основана на отображении бит циклическим двоичным кодом в символы группы QPSK.

Угол поворота в зависимости от выходных бит скремблера
(b 2k+1 b 2k ) (из скремблера)	Поворот (градусы)
00	0
01	90
11	180
10	270

Здесь следует отметить, что Y_i,0 в буфере i-го интерлейса начинается в ячейке 262 памяти. Следовательно, 500 результатов измерений пилотных данных получают в последовательности с началом в 262, с проходом через 511 и циклическим возвращением обратно к 0 и затем до 249. Следует отметить, что ячейки памяти с 250 до 261 соответствуют защитным несущим, и в настоящей реализации они установлены равными нулю. Интерлейсный нуль для FTA соответствует правилам для данных, т.е. пилотные данные записываются от ячейки 262 до 511, ячейка 0 (соответствующая DC (постоянного тока)) пропускается и обнуляется, тогда как ячейки от 1 до 250 заполняются. В этот момент защитные несущие хранятся в ячейках 251-261.

На фиг.10B показаны импульсная характеристика канала по L дискретным значениям, выдаваемая блоком 918 IDFT для одного варианта осуществления. Импульсная характеристика показывает циклический сдвиг в оценке параметров канала. Каждое из L дискретных значений соответствует комплексному коэффициенту передачи канала при соответствующей задержке дискретного значения. Импульсная характеристика канала может циклически сдвигаться, что означает, что концевой участок импульсной характеристики канала может циклически возвращаться назад и появляться на начальном участке выходных данных блока 918 IDFT.

Как показано на фиг.9, блок 920 поиска временных привязок символов может определять временную привязку символа посредством обнаружения энергии канала, показанной на фиг.10B. Функциональная возможность фиксированной запятой блока 920 поиска временных привязок символов разделена на две подсекции: блок для определения положения канала и блок для точной коррекции временной привязки. Такое обнаружение начала энергии канала, известного также как «первый приходящий луч» или FAP, может выполняться сдвигом окна 1016 «обнаружения» с длительностью N_W по импульсной характеристике канала, как показано на фиг.10B. Размер окна обнаружения можно определять, как описано ниже. В каждой позиции начала окна вычисляют энергию всех дискретных значений в пределах окна обнаружения, чтобы найти суммарную энергию, показанную кривой на фиг.10C.

На фиг.10C показан график суммарной энергии в разных начальных позициях окна в одном варианте осуществления. Окно обнаружения циклически сдвигается вправо так, что после того, как правый край окна обнаружения достигает последнего дискретного значения с индексом N_C, окно циклически возвращается назад к первому дискретному значению с индексом 1. Таким образом, энергия собирается для одинакового числа дискретных значений канала при каждой начальной позиции окна обнаружения.

Размер N_W окна обнаружения можно выбрать на основе расчетного разброса задержек системы. Разброс задержек в беспроводном приемнике равен временной разности между самыми ранними и самыми последними прибывающими составляющими сигнала в беспроводном приемнике. Разброс задержек системы равен самому большому разбросу задержек среди всех беспроводных приемников в системе. Если размер окна обнаружения равен или больше, чем разброс задержек системы, то окно обнаружения при правильной установке соберет всю энергию импульсной характеристики канала. В одном варианте осуществления размер N_W окна обнаружения может быть также подобран так, чтобы не превышать половины N_C (или N_W ≤ N_С/2) во избежание неоднозначности обнаружения начала импульсной характеристики канала. Следовательно, если N_C выбрано больше или равным максимальному расчетному разбросу задержек каналов, то FTA может обнаруживать временную привязку OFDM-символа без какой-либо неоднозначности, независимо от реализации канала.

На фиг.10D показан пример отрицательной производной кривой суммарной энергии. Начало импульсной характеристики канала или FAP можно обнаруживать путем (1) определения максимальной энергии из всех начальных позиций окна 1016 обнаружения, как показано на кривой суммарной энергии, представленной на фиг.10C, и (2) идентификации крайней правой начальной позиции окна 1016 обнаружения с максимальной энергией, если несколько позиций начала окна характеризуются одинаковыми или сходными максимальными энергиями. Количественный показатель можно получить из взвешенной суммы энергии дискретных значений в окне 1016 обнаружения и конечной разности с максимумом кривой суммарной энергии. Максимальное увеличение этого количественного показателя эффективно обнаруживает заднюю кромку максимального участка кривой суммарной энергии. Энергии для разных начальных позиций окна также можно усреднить или отфильтровать для получения более точной оценки начала импульсной характеристики канала в канале с шумами. В любом случае, начало импульсной характеристики канала обозначается как FAP на фиг.10D. Точные поправки временной привязки символов можно однозначно вычислить после определения начала T_B импульсной характеристики канала. Эти поправки могут быть рассчитаны так, чтобы привести положения FAP или позицию T_B на фиг.10B близко к положению нуля или любой другой требуемой позиции оценки параметров канала во время следующего OFDM-символа.

В отличающемся варианте осуществления точные поправки временных привязок могут зависеть как от положения FAP, так и от расчетного разброса задержек канала, D. Разброс задержек, D, можно определить путем обнаружения как переднего, так и заднего краев кривой суммарной энергии. Аналогично обнаружению заднего края передний край можно найти подсчетом взвешенной суммы суммарной энергии и положительной конечной разности. В отличающемся варианте осуществления блок поиска точной временной привязки сначала находит место T_M, в котором определяется максимальная суммарная энергия, и сохраняет это максимальное значение E_M. Затем анализируется кривая суммарной энергии слева и справа от T_M для нахождения позиций, в которых суммарная энергия становится меньше значения (1-b) E_M, для некоторого предварительно заданного значения b, меньшего чем единица. Иными словами, передний край и задний край кривой суммарной энергии определяются там, где суммарная энергия снижается на некоторую процентную величину (например, на 5% или 3%) от ее максимума в окне 1016 обнаружения. Процентная величина определяет диапазон около позиции максимума суммарной энергии. Вход в диапазон определяет передний край плоского участка внутри диапазона, T_L, тогда как выход из диапазона определяет задний край плоского участка внутри диапазона, T_T. Задний край совпадает с позицией первого приходящего пути, тогда как передний край равен последнему приходящему пути минус N_W. Разность между передним краем и задним краем равна N_W минус разброс задержек, D. Поэтому разброс D задержек можно вычислить как D=N_W-T_T-T_L. После вычисления D можно определить точные поправки временной привязки, чтобы содержимое канала оставалось по центру внутри области циклического префикса в оценке канале во время следующего OFDM-символа.

Как показано на фиг.10A, точная временная привязка символа указывает начало принятого OFDM-символа. Точную временную привязку T_S символа можно использовать для точного и правильного расположения окно сбора DFT для каждого последующего принятого OFDM-символа (т.е. всех последующих OFDM-символов, которые содержат данные и пилотные FDM-данные). Окно сбора DFT указывает конкретные N входных отсчетов (из N+C входных отсчетов) для сбора для каждого принятого OFDM-символа. Затем N входных отсчетов в пределах окна сбора DFT преобразуются N-точечным DFT для получения N принятых символов данных/пилотных данных для принятого OFDM-символа. Точное расположение окна сбора DFT для каждого принятого OFDM-символа помогает исключить (1) межсимвольные помехи (ISI), обусловленные предыдущим или следующим OFDM-символом, (2) снижение качества оценки параметров канала (например, неправильное расположение окна сбора DFT может привести к погрешностям оценки параметров канала), (3) погрешности процессов, которые используют в своей основе циклический префикс (например, контура отслеживания частоты и т.д.), и (4) другие вредные последствия. OFDM-символ пилотных данных 2 можно также использовать для получения более точной оценки погрешности частоты путем использования периодического характера пилотных TDM-данных 2.

Импульсную характеристику канала из блока 918 IDFT можно также использовать для вывода оценки частотной характеристики для канала связи между базовой станцией 110 и беспроводным приемником 150. Блок 922 получает L-дискретную импульсную характеристику канала, циклически сдвигает импульсную характеристику канала так, что начало импульсной характеристики канала находится в положении индекса 1, вставляет соответствующее число нулей после циклически сдвинутой импульсной характеристики канала и обеспечивает N-дискретную импульсную характеристику канала. Затем блок 924 DFT выполняет N-точечное DFT на N-дискретной импульсной характеристике канала и обеспечивает оценку частотной характеристики, которая состоит из N комплексных коэффициентов передачи канала для N общего числа поддиапазонов. OFDM-демодулятор 160 может использовать оценку частотной характеристики для обнаружения принятых символов данных в последующих OFDM-символах. В других вариантах осуществления такую начальную оценку параметров канала можно также получить некоторым другим образом.

На фиг.11 изображен вариант схемы передачи пилотных данных комбинацией пилотных TDM-данных и FDM-данных. Базовая станция 110 может передавать пилотные TDM-данные 1 и 2 в каждом суперкадре для облегчения начального входа в синхронизм беспроводных приемников. Служебными данными для пилотных TDM-данных являются два OFDM-символа, которые могут быть небольшими по сравнению с размером суперкадра. Базовая станция может также передавать пилотные FDM-данные во всех, большинстве или некоторых из остающихся OFDM-символов в каждом суперкадре. В варианте осуществления, показанном на фиг.11, пилотные FDM-данные передаются на попеременных интерлейсах, так что символы пилотных данных передаются на одном интерлейсе в четные периоды символов и на другом интерлейсе в нечетные периоды символов. Каждый интерлейс содержит достаточное число поддиапазонов для поддержки оценивания параметров канала и, возможно, сопровождения по частоте и времени беспроводными приемниками. В общем, для пилотных FDM-данных можно использовать любое число интерлейсов.

Беспроводной приемник может использовать пилотные TDM-сигналы 1 и 2 для начальной синхронизации, например синхронизации суперкадра, оценки смещения по частоте и точного вхождения в синхронизм с символом (для правильного расположения окна сбора DFT для последующих OFDM-символов). Беспроводной приемник может выполнять начальную синхронизацию, например, при первом получении доступа к базовой станции, при получении или запросе данных в первый раз или после длительного периода бездействия, при первом включении и т.д.

Беспроводной приемник может выполнять запаздывающую корреляцию последовательностей пилотных данных 1 для обнаружения присутствия OFDM-символа пилотных данных 1 и, следовательно, начало суперкадра, как описано выше. Поэтому беспроводной приемник может использовать последовательности пилотных данных 1 для оценки погрешности частоты в OFDM-символе пилотных данных 1 и для введения поправки на упомянутую погрешность частоты до приема OFDM-символа пилотных данных 2. OFDM-символ пилотных данных 1 допускает оценку большей погрешности частоты и более надежное размещение окна 1012 отсчетов для следующего OFDM-символа пилотных данных 2, чем известные способы, которые используют циклическую префиксную структуру OFDM-символов данных. Таким образом, OFDM-символ пилотных данных 1 может обеспечить улучшенную характеристику наземного радиоканала при большом разбросе задержек при многолучевом распространении.

Беспроводной приемник может использовать OFDM-символ пилотных данных 2 для получения точной временной привязки символа, чтобы более точно размещать окно сбора DFT для последующих принимаемых OFDM-символов. Окно сбора DFT является участком временного сигнала, которое собирают необходимую информацию, используемую при декодировании переданных данных конкретного OFDM-сигнала. Беспроводной приемник может также использовать OFDM-символ пилотных данных 2 для оценки параметров канала и оценки погрешности частоты. OFDM-символ пилотных данных 2 обеспечивает возможность быстрого и точного определения точной временной символов и правильного размещения окна сбора DFT.

Беспроводной приемник может использовать пилотные FDM-данные для оценки параметров канала и отслеживания времени и, возможно, отслеживания частоты. Беспроводной приемник может получать начальную оценку параметров канала на основании OFDM-символа пилотных данных 2, как описано выше. Беспроводной приемник может использовать пилотные FDM-данные для получения большего числа оценок параметров канала, в частности, если пилотные FDM-данные передаются в суперкадре, как показано на фиг.11. Беспроводной приемник может также использовать пилотные FDM-данные для коррекции контура отслеживания частоты, который может вводить поправки с учетом погрешности частоты в принятые OFDM-символы. Беспроводной приемник может дополнительно использовать пилотные FDM-данные и, следовательно, полученные оценки параметров канала для коррекции контура отслеживания частоты, который может учитывать уход временной привязки во входных отсчетах (например, из-за изменений импульсной характеристики канала в канале связи).

АЛГОРИТМ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ КАНАЛА И FAP

Выходные данные блока 918 IFFT можно рассматривать как оценку параметров канала во временной области, которая имеет длительность, равную 2048 дискретных значениям и, возможно, циклически сдвинута на величину T_B, как показано на фиг. 10B. Целью алгоритма обнаружения положения канала является определение значения упомянутого циклического сдвига T_B. Это можно обеспечить объединением суммарной энергии в пределах скользящего окна обнаружения с вычислением отрицательной разности, показанной на фиг.10D. Такой вариант алгоритма обнаружения положения канала известен также как обнаружение первого приходящего луча или FAP, поскольку описанный показатель рассчитан на достижение максимума в местоположении FAP. В других вариантах осуществления обнаружение положения канала может выполняться с использованием альтернативного алгоритма, в котором местоположения как FAP, так и LAP определяются с использованием способа процентного отношения для обнаружения краев плоской зоны, как описано выше. Для простоты, ниже приведено подробное описание только реализации алгоритма обнаружения FAP. N _C и N _W определяются как длительности окна 1012 отсчетов оценки параметров канала и скользящего окна 1016 обнаружения энергии соответственно. Чтобы исключить, в общем, неоднозначности при обнаружении FAP, настоящий вариант осуществления удовлетворяет соотношению N _W=N _С/2. В блоке 918 IPFT это обеспечивается соблюдением условия N _C=2048 и N _W=1024. Такие значения выбираются в предположении, что максимальный разброс задержек не превосходит 1024 дискретных значений (или около 185 мкс в одном варианте осуществления), суммарную энергию канала можно собрать в скользящем окне 1016 обнаружения с длительностью, равной половине длительности окна 1012 отсчетов оценки параметров канала.

В отсутствие шума максимум энергии внутри окна достигается, когда (позиция начала окна + N _W) по модулю Nc больше, чем позиция последнего дискретного значения канала, и он остается максимальным, пока позиция начала окна не переместится за FAP. Поэтому обнаружение FAP сводится просто к обнаружению заднего края плоской зоны вблизи максимума кривой суммарной энергии, показанной на фиг.10C. Это можно обеспечить объединением результата измерения суммарной энергии внутри окна обнаружения с отрицательной конечной разностью. Результат измерения энергии обозначают как E _n, и конечная отрицательная разность порядка N _D, а именно D _n, определяются выражениями

, и

, (1)

где 0≤n≤N _C-1 означает начало окна обнаружения, h(n) означает оценку параметров канала, и окно «циклически возвращается назад» в том смысле, что пределы и индексы в вышеприведенных суммах должны браться по модулю N _C. Тогда положение FAP приблизительно определяется как такой индекс n, который максимально увеличивает численную оценку. Другими словами, пусть

, и

. (2)

Тогда позиция FAP находится как

FAP=(n*-N _D )modN _C. (3)

В описанном выше алгоритме свободно регулируемыми параметрами являются α и N _D. Значения N _D и α остаются программируемыми, и разные комбинации пар (N _D, α) приводят к разным уровням значимости, которые алгоритм налагает на обнаружение слабых первых дискретных значений импульсной характеристики канала. А именно, варианты осуществления с низкими значениями N _D и высокими значениями α обычно обнаруживают FAP, которые имеют малую амплитуду. Однако большие значения N _D ведут к большему усреднению шумов при выборе решений относительно FAP. Значения, используемые в одном варианте осуществления точного входа в синхронизм, равны N _D=5 и α=0,9375.

РЕАЛИЗАЦИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ FAP

Одной особенностью реализации обнаружения FAP в режиме FTA является строгая временная последовательность вычислений, которая имеет место перед началом следующего символа. Время вычисления (например, 300-400 микросекунд в одном варианте осуществления) заканчивается перед тем, как принимается следующий OFDM-символ 216 служебных данных, как показано на фиг. 10A. По этой причине в таком варианте осуществления вычисление данных измерений начальной энергии окна по уравнению (1) объединяется с последними стадиями блока 918 FFT.

Реализация FFT и IFFT для точного вхождения в синхронизм оптимизирована для выполнения следующей строгой временной последовательности:

1. Архитектура FFT служит для обеспечения возможности вычисления первой стадии обработки FFT параллельно с поступлением данных. Один пример архитектуры FFT описан в заявке на патент США №10/775719, поданной 9 февраля 2004 г., которая, по существу, включена в настоящее описание путем отсылки. Реализацию FFT подбирают соответственно числу поддиапазонов на интерлейс (N_I). Например, если пилотные данные 2 используют N_I=512 и 4 интерлейса, то реализацию FFT подбирают в виде каскада из 4×512 FFT и 4-точечное FFT вычисляется по мере того, как получают отсчеты, без лишней задержки.

2. 512-точечное FFT вычисляется для интерлейсов в специальном порядке, оптимизированном с учетом скорости. Например, если пилотные TDM-данные 2 передаются на четных поднесущих, то FFT выполняется в следующем порядке 6, 4, 2 и 0.

3. Демодуляция пилотных данных выполняется по интерлейсам.

4. После того как демодуляция выполнена, вычисляется 2048-точечное IFFT. Эта операция выполняется в 3 этапа в настоящем варианте осуществления.

a. Интерлейсы 6, 4, 2 и 0 обрабатываются 512-точечным IFFT.

b. Умножение с перемежением применяется только для интерлейсов 6, 4 и 2. Интерлейс 0 не использует никакого умножения с перемежением. Поэтому IPFT для интерлейса 0 может происходить параллельно вычислению с перемежением для других интерлейсов, что экономит время.

c. Выполняется 4-точечное IFFT для объединения выходных результатов 512-точечных IFFT.

5. Стадия 4-точечного IFFT объединяется с инициализацией алгоритма обнаружения FAP. 4-точечное IFFT обеспечивает следующие отсчеты:

h(n), h(n + N _W /2), h(n + N _W ), h(n + 3NW/2), для 0≤n≤N _W /2-1.

Следует отметить, что для вычисления энергии в окне по уравнению (1) из позиции 0, а именно E ₀, приходится ожидать, пока не закончатся все NW/2 4-точечные IFFT. Однако в то же самое время имеется достаточно данных для вычисления

; и, следовательно, два указанных накапливающих сумматора окна можно вычислять параллельно. Кроме того, имеет место этап поправки энергии для двух накапливающих сумматоров:

, для 0≤n≤N _W -2 и

, для 0≤n≤N _W -2. (4)

Поскольку для обновления обоих накапливающих сумматоров применяется одинаковый поправочный коэффициент, вышеприведенные значения d(n) сохраняются для будущего применения. Первая фаза обнаружения FAP содержит вычисление

и значение d(n) для 0≤n≤N _W-1. Первая фаза выполняется параллельно с N _W/2 4-точечными IFFT и, следовательно, может занимать столько же времени. Вариант осуществления такого вычисления показан на фиг.14. Каждая норменная операция 1408 является одинаковой и дает 11 бит без знака. Блок-схема норменной операции 1408 показана на фиг.13.

Оценки параметров канала, полученные с использованием пилотных TDM-данных 2, могут быть «зашумленными» при сценариях с низким SNR (отношением сигнала к шуму). Иногда шум может появляться в виде искусственно вставленного информационного наполнения канала, и поправки временной привязки во время FTA могут ошибочно учитывать данное искусственное информационное наполнение при анализе оценки параметров канала. Иногда временная привязка символа, вычисленная с учетом шума, может приводить к снижению качества функционирования. В одном варианте осуществления энергии дискретных значений канала сравниваются с предварительно заданным порогом для исключения энергий дискретных значений ниже порога. После норменной операции 1408 некоторые варианты осуществления содержат блок 1404 сравнения с порогом, который исключает энергию дискретных значений. В одном варианте осуществления пороговый предел можно выбирать в K раз выше расчетной дисперсии шумов, в предположении, что входное SNR равно некоторому предварительно заданному меньшему значению P. При соответствующем подборе P и K можно настроить вероятность того, что искусственное дискретное значение будет появляться в оценке параметров канала с TDM из-за шумов при входных SNR, равных P и выше. В одном примере, K можно выбрать равным 12 и P равным -2 дБ. В любом случае такой порог остается программируемым, и при установке на нуль в блоке 1404 фактически не выполняется никакого сравнения с порогом.

По окончании первой фазы выполняется вторая фаза, на которой инициализируются значения конечной разности D _n и оценка S _n, используемые в уравнении (2).

Несколько граничных значений E _n сохраняются. Вторая фаза описана перед представлением последовательности операций. В соответствии с уравнением (1) первое значение конечной разности, которое вычисляется, представляет собой

, и для ее вычисления находят значения энергий от E ₀ до

. Приведенные значения энергий вычисляются с использованием рекурсивного уравнения (4). В ходе процесса другие величины по-прежнему вычисляются параллельно, по двум путям, смещенным на N _W; другими словами, вычисляются значения энергий от

до

и используются для инициализации

. В то же время значения энергий от E ₀ до

, а также

до

сохраняются в памяти, и эти значения будут применяться для вычисления граничных значений конечных разностей и количественных оценок. В одном варианте осуществления во второй фазе применяется следующая последовательность операций:

1) Инициализировать

=0,

=0, S*=0. Конечные разности представляют собой 14-разрядные числа со знаком при масштабировании 2⁵, и максимальная численная оценка S* является 12-разрядным числом без знака (при масштабировании

2⁴). Ввести поправку

=E ₀, и

=

, при сохранении той же точности. Сохранить E ₀ и

в памяти.

2) Для n=1; n≤2N _D-1; n++ выполнить следующее:

- Обновить значения E _n и

в соответствии с уравнением (4); после каждого суммирования/вычитания ограничивать результат до 12 бит без знака (результаты гарантированно положительны).

• Если n<N _D, обновить разности в виде

=

+E _n, и

=

+

, иначе, в виде

=

-E _n, и

=

-

; ограничить результат до 14 бит со знаком.

• Сохранить E _n и

в памяти; они применяются в конце последней фазы обнаружения FAP.

3) инициализировать два текущих буфера:

E _BUFF1=[E ₀ E ₁ …

], E _BUFF2=[

…

].

Следует отметить, что

и

не применяются для вычисления граничных значений D _n, однако в настоящем варианте осуществления они также сохраняются, что может привести к сокращению числа исключений аппаратуры. Завершение второй фазы означает инициализацию блока обнаружения FAP. Такое обнаружение происходит в третьей фазе и описано ниже.

В общем, в этот момент должны быть инициализированы следующие переменные параметры:

• Текущие буферы E _BUFF1 и E _BUFF2, каждый из 2N _D элементов.

• Наилучшая оценка S* = 0.

• Значения энергий E ₀, E ₁, …

, а также

,

, …

, сохраненные для будущего использования.

• Программируемый параметр α, используемый в уравнении (2) и инициализируемый как 5-разрядное значение без знака.

• Значения d(n), для 0≤n≤N _W-1, сохраненных в памяти.

• Кроме, инициализировать E _TEMP1=

, E _TEMP2=

, D _TEMP1=

и D _TEMP2=

.

Третью фазу алгоритма обнаружения FAP можно обобщенно представить, как показано на блок-схеме последовательности операций на фиг.15, где видно, что позиции FAP могут принимать значения в интервалах

N _D +1≤n≤N _W +N _D , и N _W +N _D +1≤n≤N _C +N _D .

Пропускаемые точки расположены на границах двух начальных положений окна, т.е. около позиции 0 и позиции N _W. Эти крайние случаи обрабатываются на этапе 1508, называемом «Обновить FAP» («Update FAP»), и зависят от сохраненных значений энергии. В одном варианте осуществления последовательность операций этапа 1508 имеет следующий вид.

Для n=1; n≤2N _D-1; n++ выполнить следующее:

1) Обновить D _TEMP1=D _TEMP1-E _BUFF1[0]+2E _BUFF1[N _D]-, и

D _TEMP2=D _TEMP2-E _BUFF2[0]+2E _BUFF2[N _D]-E _n.

2) Сдвинуть E _BUFF1 и E _BUFF2 на один элемент влево, с добавлением

и E _n справа от них соответственно.

3) S=α·E _BUFF1[N _D-1]+(1-α)·D _TEMP1; если S>S*, обновить S*=S и FAP=(n+N _W-N _D+1)modN _W.

4) S=α·E _BUFF2[N _D-1]+(1-α)·D _TEMP2; если S>S*, обновить S*=S и FAP=N _W+(n+N _W-N _D+1)modN _W.

В этот момент в ходе обработки алгоритм FTA завершил третью фазу, FAP обнаружен, и позиция FAP сохранена в переменном параметре FAP. Последняя стадия алгоритма FTA состоит в вычислении точной поправки временной привязки на основании упомянутой информации. Перед описанием этой фазы будут представлены дополнительные сведения о реализации вышеописанной третьей фазы. Для этого следует обратиться к фиг.16, где представлена реализация с фиксированной запятой характеристики этапа обновления для третьей фазы. Она поясняется совместно с блок-схемой последовательности операций, представленной на фиг.15, поскольку упомянутая блок-схема показывает последовательность операций. После вычисления оценки, S, для обеих половин характеристики канала (примечание: на фиг.16 изображена только первая половина) значения сравниваются с текущим максимальным значением S* оценки, и, при необходимости, максимальное значение оценки и позиция FAP обновляются, как описано выше. Окончательным выходным результатом алгоритма обнаружения FAP является целое число FAP, которое может принимать значения от 0 до N _C-1=2047.

Ниже следует описание того, каким образом упомянутое целочисленное значение применяется для вычисления точного смещения и как влияет на счетчик OFDM-отсчетов.

ВЫЧИСЛЕНИЕ И КОРРЕКЦИЯ ТОЧНОГО СМЕЩЕНИЯ ВРЕМЕННОЙ ПРИВЯЗКИ

Целочисленное значение, представляющее местоположение FAP, T_B, циклически сдвинутой оценки параметров канала, показанной на фиг.10C, преобразуется в точное смещение временной привязки, которая является конечным результатом алгоритма FTA. Этот этап усложняется тем, что при дискретизации символа пилотных TDM-данных 2 введена преднамеренная задержка из 1024 - K отсчетов, где K=256 в вышеописанном варианте осуществления, и тем, что грубое смещение, обеспеченное грубым входом в синхронизм, может быть больше чем ±512 отсчетов. Такой вариант осуществления алгоритма имеет следующий вид:

Если FAP>512,

offset=FAP+512-2048+17-B _OFF ;

или же

offset=FAP+512+17-B _OFF .

В данном случае, показатель 17 соответствует окну из 17 отсчетов, вставленных между двумя OFDM-символами в настоящем варианте осуществления, и понятно, что соответствующий показатель может быть разным в разных вариантах осуществления. Далее, показатель B_OFF является программируемым параметром, ответственным за вставку детерминированной задержки в распознанные границы символа или, что эквивалентно, за ввод смещения в расположение FAP для будущих OFDM-символов. Для указанного параметра обычно выбирают положительную величину, поскольку можно показать, что допущение отрицательной погрешности при оценке границы символа (называемой «запаздыванием взятия отсчета символа») приводит к менее качественному функционированию. В одном варианте осуществления значение B _OFF выбрано равным 127, но в других вариантах осуществления возможно использование других значений.

Первый вариант при обусловленных периодах времени имеет место чаще, и это предполагает, что погрешность грубого вхождения в синхронизм меньше чем ±512 отсчетов. Алгоритм FTA может, в принципе, работать с грубыми погрешностями временной привязки до ±1024 отсчетов, однако если алгоритм начального входа в синхронизм опоздал на более чем 512 отсчетов, то оставленного времени может оказаться не достаточно для вычисления точного смещения и его применения до начала первого символа в OFDM-символах 216 служебных данных, показанных на фиг. 2A и 2B.

Вычисленное выше целочисленное значение смещения применяется для ввода точной поправки временной привязки путем изменения содержимого счетчика OFDM-символов перед началом следующего OFDM-символа, как описано выше. Счетчик сбрасывается после достижения значения 4625, но обновление текущего значения в счетчике фактически изменяет точку упомянутого сброса. В одном варианте осуществления, вычисленное выше значение смещения может сначала ограничиваться до ±512 перед применением, чтобы облегчать быстрое переключение блока отслеживания частоты.

Последней стадией алгоритма FTA является использование оценки параметров канала, полученных вышеописанным путем, для инициализации временного фильтра в блоке оценки параметров канала. Такая инициализация способствует точной демодуляции следующего символа. Инициализация оценивания параметров канала описана ниже.

НАЧАЛЬНАЯ ЗАГРУЗКА ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАНАЛА

Алгоритм начальной загрузки оценивания параметров канала для блока 730 оценивания параметров канала описан ниже. Одной целью блока 730 оценивания параметров канала является обеспечение начальной точки для временного фильтра оценивания параметров канала. Временной фильтр работает с тремя последовательными оценками параметров канала, h(n-1), h(n), h(n+1), 512-отсчетной длительности, отражающими прошедшее, настоящее и будущее состояния. Все три местоположения инициализируются до одних нулей. Когда последняя стадия FTA завершается, местоположение, соответствующее настоящему, а именно h(n), инициализируется 512-дискретной оценкой параметров канала, полученной из 1024-отсчетной оценки, вычисленной выше [упомянутая импульсная характеристика обозначается далее как

]. Изменения

являются тройными:

1)

представляет собой циклически сдвинутый вариант правильно размещенной 1024-отсчетной оценки параметров канала, которая получалась бы, если бы временная привязка символа была правильной. Упомянутое смещение, FAP, вычисляется в ходе вышеописанной третьей фазы обнаружения FAP. Поэтому при начальной загрузке оценивания параметров канала будет рассматриваться оценка h ₁₀₂₄(n) параметров канала, полученная циклическим сдвигом имеющейся оценки,

. Другими словами:

h ₁₀₂₄ (n)=

, 0≤n≤N _W -1. (5)

2) h ₁₀₂₄(n) преобразуется в 512-отсчетную оценку параметров канала, которая получалась бы в течение пилотных TDM-данных 2, если бы они были заменены символом данных с 512 пилот-сигналами на интерлейсе 6. Одной из причин указанной операции является операция временной фильтрации блока 730 оценивания параметров канала. А именно, оценки параметров канала, используемые для демодуляции данных, получаются в модуле «временной фильтрации» блока оценивания параметров, который объединяет оценки, полученные с помощью пилотных FDM-данных в трех последовательных OFDM-символах в одном варианте осуществления. Для указанного блока пилотные FDM-данные разносятся в интерлейсах по последовательным OFDM-символам, как показано на фиг.11. Следует отметить, что пилотные FDM-данные в первом символе после пилотных TDM-данных 2 находятся в интерлейсе 2, поэтому соответствующие пилотные FDM-данные помещались бы в интерлейсе 6 в пилотных TDM-данных 2, если бы это был нормальный OFDM-символ. Поэтому использование пилотных TDM-данных 2 для тщательной начальной загрузки блока оценивания параметров канала позволяет ему смоделировать присутствие нормального символа вместо пилотных TDM-данных 2 и, следовательно, ускорить генерацию первой оценки параметров канала, которую можно использовать для демодуляции данных. Такое преобразование до 512 снятых отсчетов в канале обеспечивается наложением второй половины h ₁₀₂₄(n) поверх ее первой половины; другими словами, для

0≤n≤N _W /2:

. (6)

3)

, полученное из уравнения (6), масштабируется с увеличением в

раза относительно оценок параметров канала. Поэтому последний этап заключается в масштабировании оценки параметров канала умножением на соответствующий коэффициент:

. (7)

ОТСЛЕЖИВАНИЕ ВРЕМЕНИ В РЕЖИМЕ ДАННЫХ

При отслеживании времени в режиме данных (DMTT) имеет место проблема, сходная в том, что поправки временных привязок можно вносить на основании оценок параметров канала, но только в рассматриваемом случае оценки параметров канала получаются с использованием пилотных FDM-данных. Алгоритм поиска поправок временных привязок (или вышеупомянутых смещений временных привязок), основанных на оценках параметров канала, может быть довольно похожим в одном варианте осуществления). В этом случае большинство аппаратных средств, используемых для FTA, можно повторно использовать в целях DMTT.

Оценки параметров канала, основанные на пилотных TDM-данных 2 в режиме FTA, имеют большую длительность в одном варианте осуществления (например, длительность 2048 дискретных значений), чем оценки параметров канала в DMTT (например, длительностью 1024 дискретных значений). Более длительные оценки параметров канала могут способствовать устранению неоднозначностей временной привязки OFDM-символа, когда канал имеет длительность больше чем 512 дискретных значений, но короче чем 1024 дискретных значения, например. Любая характеристика канала продолжительнее чем 512 дискретных значений может потенциально создать проблему для некоторых алгоритмов DMTT, поскольку DMTT выполняется на оценках параметров канала длительностью 1024. Однако оценки параметров канала в режиме FTA, основанные на пилотных TDM-данных 2, имеют длительность, вдвое большую в одном варианте осуществления, чтобы обеспечивать возможность однозначного определения положения каналов длительностью до 1024 дискретных значений.

При передаче пилотных TDM-данных 2, по меньшей мере, в каждом суперкадре пилотные TDM-данные 2 могут периодически приниматься приемником один раз в N суперкадрах для устранения любых возможных неоднозначностей временных привязок в некоторых вариантах осуществления. N можно программировать и можно изменять с учетом разброса задержек или других факторов. Процесс FTA должен выполняться на каждом N-том суперкадре для внесения поправок в проходящий процесс DMTT.

На фиг.18 показана OFDM-система 1800 для синхронизации временной привязки приемника к принятому OFDM-сигналу. OFDM-система содержит средство 1804 для выполнения первого вхождения в синхронизм, средство 1808 для выполнения второго вхождения в синхронизм и средство 1820 для настройки положения окна сбора DFT. Средство для выполнения первого вхождения в синхронизм с первыми принятыми пилотными TDM-данными определяет грубую оценку временной привязки принятого OFDM-сигнала. Средство для выполнения второго вхождения в синхронизм со вторыми принятыми пилотными TDM-данными определяет точную оценку временной привязки принятого OFDM-сигнала. Первые пилотные TDM-данные принимаются перед вторыми пилотными TDM-данными, и точная оценка временной привязки является уточнением грубой оценки временной привязки. Средство для выполнения второго вхождения в синхронизм содержит средство 1816 для определения и средство 1812 для обнаружения. Средство для определения суммарной энергии множества дискретных значений канала внутри окна обнаружения для множества начальных положений формирует кривую суммарной энергии. Средство для обнаружения находит задний край кривой суммарной энергии. Средство для настройки положения окна сбора FT для последующего OFDM-символа выполнено соответственно выходным данным средства для выполнения второго вхождения в синхронизм.

На фиг.19 показан вариант осуществления процесса 1900 для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом. Первое вхождение в синхронизм выполняется с первыми принятыми пилотными TDM-данными для определения грубой оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала на этапе 1904. Второе вхождение в синхронизм выполняется со вторыми принятыми пилотными TDM-данными на этапе 1906 для определения точной оценки временной привязки для OFDM-символа принятого OFDM-сигнала. На этапе 1906 второго вхождения в синхронизм суммарная энергия дискретных значений канала в окне обнаружения определяется на этапе 1908 и задний край кривой суммарной энергии обнаруживается на этапе 1912. На этапе 1916 положение окна сбора FT для последующих OFDM-символов настраивается в соответствии с информацией о заднем и/или переднем краях.

Описанные здесь методы синхронизации могут быть реализованы различными средствами. Например, упомянутые методы могут быть реализованы в аппаратных средствах, программных средствах или путем их комбинации. При аппаратной реализации блоки обработки в базовой станции, применяемые для поддержки синхронизации (например, процессор 120 TX-данных и пилотных данных), могут быть реализованы, по меньшей мере, одной(им) специализированной интегральной схемой (ASIC), цифровым процессором сигналов (DSP), устройством обработки цифровых сигналов (DSPD), программируемым логическим устройством (PLD), программируемой вентильной матрицей (FPGA), процессором, контроллером, микроконтроллером, микропроцессором, другими электронными блоками, выполненными с возможностью исполнения описанных здесь функций или комбинацией перечисленных устройств. Блоки обработки в беспроводном приемнике, используемые для выполнения синхронизации (например, SCEU 180), также могут быть реализованы, по меньшей мере, одной(им) ASIC, DSP и т.д.

При программной реализации методы синхронизации могут быть реализованы модулями (например, процедурами, функциями и т.д.), которые выполняют описанные здесь функции. Программные коды могут храниться в блоке памяти (например, блоке 192 памяти, показанном на фиг.1) и исполняться процессором (например, контроллером 190). Блок памяти может быть реализован в процессоре или вне процессора.

Выше принципы изобретения описаны в связи с конкретными устройствами и способами, однако следует понимать, что настоящее описание служит только для примера и не ограничивает объем изобретения.

Claims (38)

1. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом, мультиплексированным с ортогональным частотным разделением, (OFDM-сигналом), способ содержит следующие этапы:
выполняют первое вхождение в синхронизм с первыми принятыми пилотными данными, мультиплексированными с временным разделением, (TDM-данными) для определения грубой оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала;
выполняют второе вхождение в синхронизм со вторыми пилотными TDM-данными для определения точной оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала, причем выполнение этапа второго вхождения в синхронизм содержит следующие подэтапы:
определяют суммарную энергию множества дискретных значений канала в пределах окна обнаружения для множества начальных положений, чтобы сформировать кривую суммарной энергии,
обнаруживают задний край кривой суммарной энергии и
настраивают положение окна сбора преобразования Фурье (FT) для последующего OFDM-символа в соответствии с выполнением этапа второго вхождения в синхронизм.

2. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором первые пилотные TDM-данные принимаются перед вторыми пилотными TDM-данными.

3. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором точная оценка временной привязки является уточнением грубой оценки временной привязки.

4. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором положение заднего края определяется с использованием взвешенной суммы суммарной энергии в конкретном начальном положении из множества начальных положений и отрицательной конечной разности кривой суммарной энергии в конкретном начальном положении.

5. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором подэтап обнаружения обеспечивает возможность определения первого приходящего луча (FAP).

6. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором как передний край, так и задний край плоской зоны кривой суммарной энергии обнаруживаются по плоской зоне, которую принимают как область в пределах некоторой процентной величины энергии от точки максимума кривой суммарной энергии.

7. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором, по меньшей мере, какой-то один из заднего края или переднего края кривой суммарной энергии преобразуется в поправку временной привязки.

8. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.7, в котором FAP располагается в зависимости от заднего края.

9. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором, по меньшей мере, какой-то один из заднего края или переднего края кривой суммарной энергии преобразуется в поправку временной привязки посредством установки положения профиля канала в зависимости от, по меньшей мере, какого-то одного из заднего или переднего краев.

10. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором каждое из множества дискретных значений канала соответствует комплексному коэффициенту передачи канала при соответствующей задержке дискретного значения.

11. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором этап выполнения второго вхождения в синхронизм завершается перед окончанием вторых пилотных TDM-данных.

12. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором подэтап определения и подэтап обнаружения выполняются, по меньшей мере, частично совмещено во времени для конкретного дискретного значения канала из множества дискретных значений канала.

13. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором приемник является, по меньшей мере, каким-то одним из кабельного приемника или беспроводного приемника.

14. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, содержащий также этап, заключающийся в том, что выполняют начальную загрузку оценивания параметров канала с использованием оценки параметров канала, полученной во время выполнения этапа второго вхождения в синхронизм.

15. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором выполнение этапа второго вхождения в синхронизм дополнительно содержит подэтап, заключающийся в том, что выполняют преобразование Фурье на окне сбора FT, при этом окно сбора FT имеет размер удвоенного окна обнаружения.

16. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в котором кривая суммарной энергии фильтруется, при этом исключается ложное обнаружение заднего края.

17. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.1, в которой выполнение этапа второго вхождения в синхронизм дополнительно содержит подэтап, заключающийся в том, что сравнивают с порогом каждый из множества дискретных значений канала перед подэтапом определения.

18. OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом, OFDM-система содержит:
средство для выполнения первого вхождения в синхронизм с первыми принятыми пилотными TDM-данными для определения грубой оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала;
средство для выполнения второго вхождения в синхронизм со вторыми пилотными TDM-данными для определения точной оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала, причем средство для выполнения второго вхождения в синхронизм содержит:
средство для определения суммарной энергии множества дискретных значений канала внутри окна обнаружения для множества начальных положений, чтобы формировать кривую суммарной энергии, и
средство для обнаружения заднего края кривой суммарной энергии; и
средство для настройки положения окна сбора FT для последующего OFDM-символа в соответствии с выходом из средства для выполнения второго вхождения в синхронизм.

19. OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.18, в которой первые пилотные TDM-данные принимаются перед вторыми пилотными TDM-данными.

20. OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.18, в которой точная оценка временной привязки является уточнением грубой оценки временной привязки.

21. OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.18, в которой положение заднего края определяется с использованием взвешенной суммы суммарной энергии в конкретном начальном положении из множества начальных положений и отрицательной конечной разности кривой суммарной энергии в конкретном начальном положении.

22. OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.18, в которой как передний край, так и задний край плоской зоны кривой суммарной энергии обнаруживаются по плоской зоне, которую принимают как область в пределах некоторой процентной величины энергии от точки максимума кривой суммарной энергии.

23. OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.18, в которой каждое из множества дискретных значений канала соответствует комплексному коэффициенту передачи канала при соответствующей задержке дискретного значения.

24. OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.18, в которой вторые пилотные TDM-данные содержат циклический префикс и множество идентичных последовательностей пилотных данных.

25. OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.18, в которой средство для определения и средство для обнаружения используются, по меньшей мере, частично совмещено во времени для конкретного дискретного значения канала из множества дискретных значений канала.

26. OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.18, в которой приемник является, по меньшей мере, каким-то одним из кабельного приемника или беспроводного приемника.

27. OFDM-система для синхронизации временной привязки приемника с принятым OFDM-сигналом по п.18, в которой кривая суммарной энергии фильтруется, при этом исключается ложное обнаружение заднего края.

28. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом, способ содержит следующие этапы:
выполняют первое вхождение в синхронизм для определения грубой оценки временной привязки принятого сигнала;
выполняют второе вхождение в синхронизм с пилотными TDM-данными для определения точной оценки временной привязки для символа принятого сигнала, причем выполнение этапа второго вхождения в синхронизм содержит следующие подэтапы:
определяют суммарную энергию множества дискретных значений канала в пределах окна обнаружения для множества начальных положений, чтобы сформировать кривую суммарной энергии,
обнаруживают задний край кривой суммарной энергии, и подэтап определения и подэтап обнаружения выполняются, по меньшей мере, частично совмещено во времени для конкретного дискретного значения канала из множества дискретных значений канала; и
настраивают положение окна сбора FT для последующего символа в соответствии с выполнением этапа второго вхождения в синхронизм.

29. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом по п.28, в котором точная оценка временной привязки является уточнением грубой оценки временной привязки.

30. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом по п.28, в котором положение заднего края определяется с использованием взвешенной суммы суммарной энергии в конкретном начальном положении из множества начальных положений и отрицательной конечной разности кривой суммарной энергии в конкретном начальном положении.

31. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом по п.30, в котором последующий символ является OFDM-символом, содержащим:
множество символов данных и
множество пилотных данных, мультиплексированных с частотным разделением, (FDM-данных).

32. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом по п.30, в котором как передний край, так и задний край плоской зоны кривой суммарной энергии обнаруживаются по плоской зоне, которую принимают как область в пределах некоторой процентной величины энергии от точки максимума кривой суммарной энергии.

33. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом по п.28, в котором каждое из множества дискретных значений канала соответствует комплексному коэффициенту передачи канала при соответствующей задержке дискретного значения.

34. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом по п.28, в котором приемник является, по меньшей мере, каким-то одним из кабельного приемника или беспроводного приемника.

35. Способ синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом по п.28, в котором кривая суммарной энергии фильтруется, посредством чего исключается ложное обнаружение заднего края.

36. Устройство связи для синхронизации временной привязки приемника с принятым сигналом, устройство связи содержит:
процессор, выполненный с возможностью
вызова выполнения первого вхождения в синхронизм с первыми принятыми пилотными данными, мультиплексированными с временным разделением, (TDM-данными) для определения грубой оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала;
вызова выполнения второго вхождения в синхронизм со вторыми пилотными TDM-данными для определения точной оценки временной привязки принятого OFDM-сигнала, причем этап выполнения второго вхождения в синхронизм содержит следующие подэтапы:
определяют суммарную энергию множества дискретных значений канала в пределах окна обнаружения для множества начальных положений, чтобы сформировать кривую суммарной энергии, и
обнаруживают задний край кривой суммарной энергии; и
вызова настройки положения окна сбора преобразования Фурье (FT) для последующего OFDM-символа в соответствии с выполнением этапа второго вхождения в синхронизм; и
память, связанную с процессором.

37. Устройство связи по п.36, в котором первые пилотные TDM-данные принимаются перед вторыми пилотными TDM-данными.

38. Устройство связи по п.36, в котором точная оценка временной привязки является уточнением грубой оценки временной привязки.

Images