專利名稱：正交頻分復用幀同步的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及正交頻分復用(OFDM)調(diào)制。詳細地說，涉及例如傅里葉變換解調(diào)中使用的代表OFDM符號邊界的同步脈沖的產(chǎn)生。
OFDM系統(tǒng)是眾所周知的。各種技術(shù)已經(jīng)用于OFDM接收機的同步。這些技術(shù)中有一些要發(fā)送專門的同步信號。其他技術(shù)則依賴于標準OFDM信號，其中整個符號包括“有用部分”和“保護空格”。保護空格有時又稱為保護間隔、循環(huán)擴展或循環(huán)前綴。
保護空格放在符號有用部分的前面，是有用部分結(jié)尾數(shù)據(jù)的重復。(這相當于在有用部分之后具有保護空格，包含與有用部分開始處相同的數(shù)據(jù))。
依賴于保護空格中重復數(shù)據(jù)的同步技術(shù)，一般是通過進行由符號有用部分長度隔開的多個復數(shù)樣值之間的互相關(guān)來工作的。這產(chǎn)生一種用于接收信號的傅里葉變換的定時脈沖。該脈沖的定時是這樣的，使得傅里葉變換的窗口只包含來自單個符號的數(shù)據(jù)。
若該定時不正確，就會出現(xiàn)符號間干擾(ISI)。但是使用保護空格就允許脈沖定時有一定量的變化，而同時仍能避免ISI。保護空格應比通過不同路徑接收的信號中各種延遲的預期的最長的擴展區(qū)長。保護空格與信號的有用部分相比相對較??；一般保護空格可以包含Nu/32，Nu/16，Nu/8或Nu/4個樣值，其中Nu是符號的有用部分的樣值個數(shù)。
最好提供一種比較簡單和成本較低的同步技術(shù)，并且最好提供一種能夠產(chǎn)生更精確結(jié)果的同步技術(shù)。
在后附的權(quán)利要求書中提出了本發(fā)明的各個方面。
按照另一個方面，傅里葉變換解調(diào)器用的同步脈沖的產(chǎn)生方法是取OFDM符號復數(shù)樣值的絕對值，計算由信號的有用部分的長度隔開的絕對值之間的差，以及隨著算出差值顯著增大的時刻而產(chǎn)生同步脈沖。
本發(fā)明還擴展到產(chǎn)生這種同步脈沖用的設備，以及利用這種技術(shù)接收OFDM信號的方法和設備。
利用本發(fā)明的方法，當那些復數(shù)值相等時，復數(shù)值的絕對值之間的差將是非常小的。每當用保護空格中的樣值去減符號有用部分中的對應值時，這種差值總是很小的。當該值不再是小的時候，這表示符號的結(jié)束，而這一點可以用來使FFT(快速傅里葉變換)解調(diào)器窗口與OFDM符號對齊。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，例如，由于本機振蕩器略微漂移，OFDM符號的復數(shù)樣值在單個符號周期內(nèi)可能經(jīng)受不同的相位旋轉(zhuǎn)。于是，盡管在名義上，保護空格中的數(shù)據(jù)應與符號的有用部分中的一部分數(shù)據(jù)對應，但由信號衍生的實際復數(shù)值卻會由于這種相位旋轉(zhuǎn)而可能不同。但是，通過取復數(shù)樣值的絕對值，這樣的差異顯著縮小。此外，由于系統(tǒng)是處理實數(shù)值而不是復數(shù)值的，所以數(shù)據(jù)存儲需求減小。還可以避免與乘法器相關(guān)的復雜性和誤差。這種配置還能產(chǎn)生比那些依賴于對互相關(guān)器的輸出進行積分的系統(tǒng)更高的準確度和比依賴于鎖相環(huán)(PLL)的先有技術(shù)系統(tǒng)更好的采集時間。
最好在幾個符號期間對差值進行積分。這最好利用無限脈沖響應濾波器來實現(xiàn)。
現(xiàn)將參照附圖舉例說明體現(xiàn)所述配置的裝置，附圖中

圖1是OFDM接收機的方框圖；圖2代表OFDM信號；圖3簡要地舉例說明按照本發(fā)明的接收機的傅里葉變換同步器電路中進行的處理；圖4是圖3同步電路中絕對差值信號的典型蹤跡；圖5是同步電路上升沿檢測器的典型輸出。
參照圖1，OFDM接收機2包括天線4，它接收信號，將其送到下變頻器6，后者把射頻(RF)信號轉(zhuǎn)換成中頻(IF)信號。然后再由中頻至基帶轉(zhuǎn)換器8將所述信號轉(zhuǎn)換成基帶信號。這在其輸出端產(chǎn)生每一個發(fā)射的OFDM符號的復數(shù)樣值。這些復數(shù)樣值由模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器10數(shù)字化，并被送到快速傅里葉變換(FFT)電路14。FFT電路14把樣值從時間域轉(zhuǎn)換成頻率域，并且輸出端上的符號數(shù)據(jù)被提供給信道估計器和相關(guān)器16以及解碼器17。若有必要，來自A/D轉(zhuǎn)換器的復數(shù)樣值和/或來自信道估計器和相關(guān)器16的信號還可以輸送到頻率同步電路18，后者用來控制下變頻器6和中頻至基帶轉(zhuǎn)換器8使用的本機振蕩器頻率；但是，也可以在不需要這樣的反饋的情況下實現(xiàn)接收機。
還把復數(shù)樣值輸送到符號同步電路20，它產(chǎn)生供快速傅里葉變換(FFT)電路14用的同步脈沖。FFT電路14需要用同步脈沖來使每一次變換都與OFDM符號起點對齊。
至今描述的電路都是先有技術(shù)已知的。本發(fā)明的目的是提供一種在符號同步電路12中使用的新穎的和有創(chuàng)造性的技術(shù)。
參照圖2，假定OFDM符號包括Nu+Ng個樣值，代表信號有用部分U中的Nu個樣值，其前面是保護空格G中的Ng個樣值。保護空格G中的Ng個樣值包含與符號的有用部分U最后的Ng個樣值相同的數(shù)據(jù)(對于其中一個符號，用斜線表示)。
圖3是表示由電路20執(zhí)行的功能的示意的方框圖。
來自中頻至基帶轉(zhuǎn)換器8的復數(shù)樣值由絕對值轉(zhuǎn)換器21轉(zhuǎn)換成絕對值。這些輸出值提供給減法器22和延遲電路24，后者對該值延遲一個與OFDM符號的有用部分U的長度相當?shù)臄?shù)量。因而，延遲電路24把絕對值延遲相當于Nu個樣值的周期。減法器22把從絕對值轉(zhuǎn)換器21接收的未延遲的值減去延遲后的絕對值。所得差值由第二絕對值轉(zhuǎn)換器26轉(zhuǎn)換成絕對值。因而，在有用部分U中所包含的最后Ng個樣值呈現(xiàn)在絕對值轉(zhuǎn)換器21的輸入端期間，該絕對值轉(zhuǎn)換器26的輸出基本上為0，因為這時減法器將在其正輸入端接收這些樣值，而在負輸入端接收從保護空格G產(chǎn)生的數(shù)值相等的樣值。在其他時間，如果有的話，絕對值轉(zhuǎn)換器26的輸出將采用由相繼的符號中的數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性確定的值，但在實際上這將基本上是隨機的。
因此，絕對值轉(zhuǎn)換器26的輸出包括相繼的絕對差值，每一個都與OFDM符號相應的樣值有關(guān)。然后將這些差值送到積分電路28，后者用來在若干個符號期間對每一個絕對差值進行積分。
這是通過在乘法器30中把每一個差值乘以系數(shù)G1而達到的，乘法器的輸出被送到求和電路32的正輸入端。求和電路的輸出被送到由先入先出(FIFO)存儲器34形成的延遲電路，后者用來使它的每一個輸入信號延遲一個與整個OFDM符號對應的時間，亦即Nu+Ng個樣值。延遲電路34的輸出被送到加法電路32的正輸入端，還送到另一個乘法器36，后者把該輸出信號乘以G2。這個結(jié)果被送到加法電路32的負輸入端。
這樣安排的結(jié)果是，加法器的輸出包括相繼的樣值S(n，m)，其中n代表OFDM符號內(nèi)樣值的個數(shù)，而m代表樣值，而且其中S(n，m)=G1(V(n，m))+(1-G2)S(n，m-1)而其中V(n，m)代表符號m的樣值位置n的絕對值。
積分電路28的典型輸出示于圖4。應該指出，存在幾個其中的輸出基本上為0的彼此隔開的時間間隔，對應于有用部分U最后Ng個符號出現(xiàn)在絕對值轉(zhuǎn)換器21輸入端的時間間隔。這些時間間隔由其間有相當數(shù)量的隨機數(shù)據(jù)的時間間隔隔開。這兩種類型的時間間隔之間的區(qū)別通過在若干個符號周期內(nèi)進行積分而得到增強。
加法電路32的輸出被送到上升沿檢測器38，后者的典型輸出示于圖5。該輸出送到峰值檢測器40，后者檢測每一個與保護空格在延遲電路34的輸出端上的出現(xiàn)對應的周期的下降沿。峰值檢測器40精確地每個OFDM幀一次地輸出一個邏輯高的信號，用作表示OFDM符號FFT窗口終結(jié)的同步脈沖。
在最佳實施例中，延遲電路34包括多個安排成FIFO陣列的存儲元件或寄存器。不是取出加法器32的輸出用于實時處理，而是可以處理延遲電路34中的寄存器的內(nèi)容，以便確定與OFDM符號的結(jié)尾對應的寄存器(因而和樣值對應)。
不論采用那種配置，邊沿檢測和峰值檢測都可以或者利用硬件或者利用軟件來實現(xiàn)。上升沿檢測器38可以用FIR濾波器實現(xiàn)，后者可以具有可變的系數(shù)，這些系數(shù)在開關(guān)接通之后改變，或者重新調(diào)諧，以便加速信號的鎖定。例如，可以把FIR濾波器配置成從最后的樣值的值減去前n個樣值的值。當絕對值之間的差不再為零時，這將僅僅在符號的結(jié)尾處給出一個相當大的正值。數(shù)值n不僅可以在采集信號時改變，而且例如和多路徑干擾的危險有關(guān)；當有顯著的多路徑干擾時，在絕對值之間的差按理想本應為零的所述周期的起始部分將會有噪聲，故n采取較小的值是適當?shù)摹?br> 已經(jīng)針對OFDM接收機描述了本發(fā)明，其中同步脈沖用來定義在其間進行快速傅里葉變換的樣值窗口。但是，本發(fā)明在需要有一個代表符號邊界的脈沖的其他情況下也是有用的，例如在不進行完全快速傅里葉變換解調(diào)的中繼器中這樣的脈沖是有價值的。
這里描述的功能元件既可以用專用的硬件實現(xiàn)，又可以用軟件實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1．一種產(chǎn)生代表OFDM信號中的符號邊界的同步脈沖的方法，所述信號包括由保護空格隔開的各個有用符號周期，每一個保護空格中的數(shù)據(jù)與相應有用周期中的一部分數(shù)據(jù)對應，所述方法包括以下步驟求出由對應于有用符號周期的時間間隔隔開的OFDM信號的各樣值的絕對值之間的差值，并響應所述差值的顯著變化產(chǎn)生同步脈沖。
2．權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述差值代表在多個符號周期期間獲得的積分值。
3．權(quán)利要求2的方法，其特征在于無限脈沖響應濾波器用來產(chǎn)生所述積分值。
4．以前權(quán)利要求中任何一個的方法，其特征在于包括邊沿檢測器，用來檢測所述差值的顯著變化。
5．權(quán)利要求4的方法，其特征在于所述邊沿檢測器包括濾波器。
6．權(quán)利要求5的方法，其特征在于所述濾波器具有可變系數(shù)。
7．權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于所述濾波器是有限脈沖響應濾波器。
8．一種基本上參照附圖如上所述的同步脈沖產(chǎn)生方法。
9．一種用來產(chǎn)生同步脈沖的設備，所述設備配置成按照以上任何一個權(quán)利要求的方法工作。
10．一種接收OFDM信號的方法，它包括對所述信號進行解調(diào)，以便產(chǎn)生所發(fā)送的OFDM符號的復數(shù)樣值；以及對所述復數(shù)樣值進行傅里葉變換，所述方法還包括利用由權(quán)利要求1-8中任何一個的方法產(chǎn)生的同步脈沖令傅里葉變換窗口與OFDM符號同步的步驟。
11．一種安排成按照權(quán)利要求10的方法工作的OFDM接收機。
12．一種基本上參照附圖如上所述的OFDM接收機。
全文摘要
OFDM符號的FFT解調(diào)是利用幀同步脈沖實現(xiàn)的,所述幀同步脈沖的產(chǎn)生方法是:求出OFDM符號的相繼的復數(shù)樣值的絕對值,計算這樣的數(shù)值和與之相隔代表OFDM符號有用部分的時間間隔的另一個數(shù)值之間的差值,在多個符號的時間間隔內(nèi)對該差值進行積分,并確定代表其中積分差值顯著變化的點的樣值位置。
文檔編號H04L7/00GK1286544SQ00126480
公開日2001年3月7日 申請日期2000年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月27日
發(fā)明者S·鄧肯 申請人:三菱電機株式會社