專利名稱：對自相關序列的自適應定位方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數字通信系統(tǒng)中對信號中的自相關序列進行定位的方法，尤其涉及一種數字無線通信中對接收信號中的已知自相關序列進行定位的方法，本發(fā)明還涉及一種基于所述方法的定位裝置。
在已公開的專利，專利號為95190253的《用于數字通信接收機的相干檢測器和相干檢測方法》提出了應用導頻信號估算傳遞函數，應用所估算的傳遞函數進行內插相干檢測，存儲檢測結果作為偽導頻信號，對于傳遞函數再估算的方法。專利號為95121337《用于數字通訊信道的盲多路徑校正》提出采用多個信號抽頭的方法，每個抽頭響應抽頭系數和時間偏移，產生多路徑均衡的數字輸出信號。專利號為97103050《同步裝置》提出在被接收信號中增加第二已知模式。通過第一已知模式和一個第二已知模式之間的相關處理，改進接收定位。美國專利US5402450《信號時間同步(Signal timing synchronizer)》提出采用一個時間上獨立的第二相關器，幫 助確定多徑信號對自相關函數的影響，從而實現(xiàn)對信號的準確定時。以上這些所公開的定位方法都具有一定的實用性，但是都存在以下不足大多數方法都對信號的編碼和調制提出要求，比如說增加導頻信號，或者是增加第二已知模式，這只能在專用設備例如收發(fā)由同一廠家生產的設備采用的，對于按照行業(yè)標準生產的設備，設備生產者無法對標準的編碼和調制方法作修改；此外，如果采用多個信號抽頭或者是多個相關器的方法，也會增加設備的成本和復雜度。
本發(fā)明提供的技術方案是提供一種定位方法，是將接收到的序列和已知的自相關序列逐次相關得到一系列的相關值，在搜索相關值的最大值時，采用長度可變的自適應窗口進行搜索，同時根據信號特性確定表示搜索結果可靠性的閾值，在搜索過程中將搜索結果和閾值相比較，以得到最佳的搜索結果。
定位方法的步驟如下第一步使用相關器，將已知的自適應序列與接收到的序列進行相關，在序列可能處于的位置范圍內，逐次移位得到一個相關值序列，包括從前級接收信號序列，儲存；根據信號的組成和可能的傳輸偏差，確定接收信號可能的位置范圍，將已知的自適應序列與信號序列進行相關運算；在可能的位置范圍內將整個序列移位，重復第2步，直到所有可能的位置都計算出相關值。
第二步根據接收信號和傳輸信道的特點，相關峰寬度的范圍是已知的。首先將搜索窗寬度設置為初始值，包括以下步驟將搜索窗置于相關值序列的開頭，計算相關窗內相關值的模值和，記為E(0)將相關窗向后移動1個數字，重復計算模值和，直到相關窗到達序列末尾；記錄得到的E(n)序列，求出其中的最大值Em；根據事先確定的算法，判斷目前的最大值是否符合可信度門限，符合要求，輸出搜索到的自相關序列起始點，否則記錄可信度。
第三步將搜索窗寬度改變，重復第二步，如果搜索窗的各種可能取值都已嘗試過，轉第四步。
第四步選取可信度最高的搜索窗搜索結果。
第五步輸出搜索到的自相關序列起始點。
本發(fā)明提供的自相關序列的自適應定位裝置由以下幾個部分組成輸入信號儲存器，相關器，相關值序列儲存器，搜索窗控制器，相關峰搜索器；輸入信號儲存器將接收到的信號序列儲存下來，供相關器使用；相關器將已知的自適應序列與接收到的序列進行相關，在序列可能處于的位置范圍內，逐次移位得到一個相關值序列；保存這個序列于相關值序列儲存器中供相關峰搜索器使用；搜索窗控制器負責控制搜索使用的搜索窗寬度，并對使用各個寬度得到的搜索結果進行可信度判斷，同時儲存搜索結果，如果沒有一個搜索窗的可信度達到門限，就選擇一個最可信的?？刂破魍瑫r負責將搜索結果輸出；相關峰搜索器按照搜索窗控制器給出的搜索窗寬度，在相關值序列儲存器保存的相關值序列中搜索最大和次大相關峰。
實現(xiàn)本發(fā)明提供的對自相關序列的自適應定位方法及裝置，利用無線傳輸中的多徑影響的本身特點，采用自適應方法搜索自相關序列位置，實現(xiàn)信號同步；本發(fā)明方法(方法和裝置單與方法相比，不具有可比性)與現(xiàn)有方法相比，不需要對信號的編碼和調制作修改；可以有效地處理在多徑情況下尋找自相關序列位置的問題，與普通的搜索相關峰方法相比，具有定位準確，誤判可能性小的特點；采用本發(fā)明提出的方法及裝置可以使得接收裝置快速準確地和發(fā)射裝置同步，相應地也提高了接收性能，降低了誤碼率。同時本發(fā)明提出的全部裝置可以在原有接收設備基礎上實現(xiàn)，實施成本低。
圖2是本發(fā)明自相關序列的自適應定位裝置的結構框圖；圖3是存在多徑影響時相關峰展寬的示意圖；圖4是搜索窗寬度大于實際相關峰時的搜索誤差示意圖；圖5是搜索窗寬度小于實際相關峰時的搜索誤差示意圖；圖6是存在著兩個相隔較大的相關峰時的搜索誤差示意圖；圖7是自適應搜索算法的流程方框圖。
第二步根據接收信號和傳輸信道的特點，相關峰寬度的范圍是已知的。首先將搜索窗寬度設置為初始值，包括以下步驟將搜索窗置于相關值序列的開頭，計算相關窗內相關值的模值和，記為E(0)將相關窗向后移動1個數字，重復計算模值和，直到相關窗到達序列末尾；記錄得到的E(n)序列，求出其中的最大值Em；根據事先確定的算法，判斷目前的最大值是否符合可信度門限，符合要求，輸出搜索到的自相關序列起始點，否則記錄可信度。
第三步將搜索窗寬度改變，重復第二步，如果搜索窗的各種可能取值都已嘗試過，轉第四步。
第四步選取可信度最高的搜索窗搜索結果。
第五步輸出搜索到的自相關序列起始點。
如圖2所示，本發(fā)明提供的定位裝置包括輸入信號儲存器、相關器、相關值序列儲存器、搜索窗控制器和相關峰搜索器；輸入信號儲存器接收前級的信號序列并儲存，通過相關器和已知的自相關同步序列進行相關運算，得到的相關值序列存放在相關值序列儲存器中。
搜索窗控制器是整個裝置的核心，負責選擇當前合適的搜索窗寬度，下發(fā)到相關峰搜索器，由相關峰搜索器根據這個搜索窗寬度對相關值序列存儲器保存的相關值序列進行搜索。搜索結果由相關峰搜索器回送到搜索窗控制器，搜索窗控制器對搜索結果進行判別，決定下一步是否采用另一個窗口進行搜索。
如果搜索窗控制器判別某個搜索結果符合閾值要求，或者所有窗口都已嘗試過后確定了一個最佳結果。就將相應的搜索結果傳送到后級處理裝置。
為便于說明本發(fā)明提供的定位方法，本發(fā)明定義以下信號序列的表示方法需要傳輸的信號序列A0(n)，n＝0，1，2，…………N。
一個具有很好的自相關特性的序列S(m)，m＝0，1，2，…………M。
將S插入A0的第K位置，得到一個新的序列A(l)，l＝0，1，2，…………，L。L＝M+N。
A(i)＝A0(i)，當i＝0，…………，K-1。
A(i)＝S(i-K)，當i＝K，…………，K+M-1。
A(i)＝A0(i-(K+M))，當i＝K+M，…………，M+N。
A(i)為實際通過信道傳輸的序列。
接收機一側，接受到的信號序列為Y(j)，j＝0，1，2，……………J，J＝L+TAM，TAM(time advance max)是系統(tǒng)允許的接收時間差，也就是說，實際的有用序列A(l)在Y(j)中的對應位置的開始點可能是Y(0)，Y(1)，…………Y(TAM)中的一個。
引入自相關序列S就是為了解決這個問題，很明顯的，S(m)在Y(j)中的對應位置的開始點應該是Y(K)，…………，Y(K+TAM)中的一個。
利用S(m)的自相關特性，將S(m)和Y(j)中可能的各個對應序列進行相關運算，得到相關值序列X(p)，p＝0，1，2，…………，TAM。
X(0)＝S(0)*Y(K)+S(1)*Y(K+1)+…………+S(M)*Y(K+M)X(1)＝S(0)*Y(K+1)+S(1)*Y(K+2)+…………+S(M)*Y(K+M+1)X(2)＝S(0)*Y(K+2)+S(1)*Y(K+3)+…………+S(M)*Y(K+M+2)
………………………………X(TAM-1)＝S(0)*Y(K+(TAM-1))+S(1)*Y(K+1+(TAM-1))+…………+S(M)*Y(K+M+(TAM-1))X(TAM)＝S(0)*Y(K+TAM)+S(1)*Y(K+1+TAM)+…………+S(M)*Y(K+M+TAM)。
如果不考慮傳輸中的干擾，那么只需要在X(p)中選擇最大值X(TA)＝Xmax，那么TA就是S(m)的實際位置。
但是，在實際的通信環(huán)境中，存在著多徑干擾，因此X(p)不一定呈現(xiàn)很好的單峰，最大相關不是一個點，而是多個較高值組成的相關峰。如圖3所示，相關峰的寬度為6，如果簡單地選擇最大值，可能會造成最大為6的誤差。
很明顯，為了準確的在圖3所示的情況下求出TA，比較好的方法是采用連續(xù)相鄰的幾個相關值的疊加值。在下面的說明中，本發(fā)明將連續(xù)相鄰的幾個參數占的位置稱為一個“窗口”，求TA的方法改為求出模值和最大的窗口的左邊界。如圖3中所示，當窗口寬度和相關峰寬度相同時，本發(fā)明方法是相當準確的。
但是在大多數情況下，由于無線傳輸環(huán)境的情況相當復雜，很難事先確定適當的搜索窗口寬度。如果出現(xiàn)了窗口寬度和相關峰的寬度不一值得的情況，仍然可能存在誤差。
關于上述誤差，可以結合附圖
進一步來說明圖4示出了當搜索窗的寬度大于相關峰實際大小的情況；圖中相關峰的寬度是3，而采用了大小為6的搜索窗，在這種情況下，搜索結果實際上是由搜索峰周圍的噪聲大小決定的。在最壞的情況下，TA的誤差可以達到3。
圖5示出了當搜索窗的寬度小于相關峰的實際大小的情況；圖中相關峰的寬度是6，而采用了大小為3的搜索窗，在這種情況下，搜索結果實際上是由搜索峰中的各個點的大小決定的；在最壞的情況下，TA的誤差也可以達到3。
圖6示出了另外一種特殊情況，相關峰分裂為兩個部分，而且兩峰的距離相對于峰的寬度較大；具體來說，如果搜索窗的寬度是M0，而兩個相關峰的距離為Md，如果M0+Md＞TAM，就屬于這種情況，請注意在這種情況下，不可能存在一個足夠大的搜索窗(最大寬度是TAM)同時包括這兩個相關峰，在后面還會提到這一點。
一般地說，如果搜索窗的寬度為M0，實際的相關峰的寬度是M1，那么TA的誤差最大值是|M0-M1|。
要消除這個誤差，最好的方法是采用自適應的方法來確定搜索窗的寬度，這樣就必須找到一種確定某個搜索窗寬度是否適合于當前相關峰的方法。下面詳細敘述這種方法的定位原理仍然以圖4所示的情況為例，圖中所示的搜索窗可能得出的位置是TA，TA-1，TA-2，TA-3，在這幾個位置上，搜索窗都會包括整個相關峰，那么具體搜索到哪一個位置，只取決于相關峰附近的噪聲。這些噪聲和搜索峰相比，數值很小。這樣，在上述幾個位置上，搜索窗的結果應該是比較接近的，同時比起其他位置，結果則相差較大。
如圖5所示，搜索窗可能得出的位置是TA，TA+1，TA+2，TA+3；在這幾個位置上，搜索窗都會包括相關峰的一部分，那么具體搜索到哪一個位置，取決于相關峰的內部各個點的大?。煌瑯拥?，在這些位置上，搜索窗的結果是比較接近的，和其他位置相比，結果則相差較大。
通過上面的分析，可以得出一種確定當前搜索窗是否適合于當前相關峰寬度的方法。也就是將搜索窗在各個位置的累加結果加以比較，不僅僅是取出最大值，同時也確定這個最大值是否和其他的累加結果相比具有明顯的優(yōu)勢。
為了避免算法過分復雜，可以采用這樣一種方法在使用某一個搜索窗寬度進行搜索時，不僅記錄最大值Xmax，同時記錄次大值Xmax2。在搜索結束后，通過觀察Xmax是否明顯地大于Xmax2，來確定當前的搜索窗寬度是否合適。
下面結合圖7所示流程方框圖進一步說明本發(fā)明定位方法首先，搜索窗控制器將初始搜索窗口設置為1；相關峰搜索器初始化運算中間變量Xmax，Xmax2，T0，T02，K；然后使用搜索窗口，順著序列搜索最大值和次大值。
搜索結束后，最大值，次大值保存在Xmax，Xmax2中，相應的相關值位置存放在T0，T02中。
搜索窗控制器對以上結果進行判斷，滿足以下條件之一，停止搜索1、搜索窗口長度已擴大到最大值，也就是TAM；搜索窗控制器在所有的搜索結果中，選擇一個可信度最大的，將相應的T0作為結果TA輸出。
2、如果F1(Xmax，Xmax2)＞閾值，此處F1(Xmax，Xmax2)就是上面提到的判斷最大值是否和次大值相比具有明顯優(yōu)勢的函數。在一般的情況下，可以直接取F1(Xmax，Xmax2)＝|Xmax|/|Xmax2|，搜索窗控制器將滿足條件的搜索結果中T0作為最終結果T A輸出，閾值可以通過對實際系統(tǒng)的試驗獲得。
3、M0+|T0-T02|＞TAM，對應于圖6所示存在兩個相隔較大的相關峰的情況；搜索窗控制器將滿足條件的搜索結果中T0作為最終結果TA輸出。
如果以上條件都不滿足，搜索窗控制器將搜索窗口長度增加1，重新由相關峰搜索器進行搜索。
如果以上條件滿足，則搜索過程結束。
上述所需的處理步驟如果對于使用系統(tǒng)來說，不是非常重要，也可以采用簡化的方法，省略掉對第2，第3步的判斷過程。也就是說始終對所有可能的搜索窗長度進行搜索，然后在所有結果中尋找可信度最高的結果。
采用這樣的簡化方法，一方面可以使得系統(tǒng)更容易實現(xiàn)，避免了比較困難的尋找合適的閾值的工作。另一方面，也可以確保找到的搜索窗是最優(yōu)的。
采用簡化方法的缺點是如果TAM的值比較大，需要較長的時間對所有的可能值進行搜索，增加處理時間。
采用本發(fā)明所提供的方法和裝置，可以有效地在無線信道存在著多徑傳輸的情況下，準確地利用自相關序列的特性定位，從而實現(xiàn)信號同步。與現(xiàn)有技術相比，不需要特殊的編碼和調制方法，具有廣泛的適用性；同時全部裝置可以通過修改軟件或者可編程邏輯實現(xiàn)，節(jié)省了成本。
權利要求
1.一種對自相關序列的自適應定位方法，其特征在于，包括如下步驟1)使用相關器，將已知的自適應序列與接收到的序列進行相關運算，在序列可能處于的位置范圍內，逐次移位得到一個相關值序列；2)根據接收信號和傳輸信道的特點，在相關峰寬度的范圍內，將搜索窗寬度設置為初始值；3)改變搜索窗寬度，重復步驟2)，如果搜索窗的各種可能取值都已嘗試過，選取可信度最高的搜索窗搜索結果；4)輸出搜索到的自相關序列起始點。
2.根據權利要求1所述一種自相關序列的自適應定位方法，其特征在于，所述步驟1)中包括如下步驟從前級接收信號序列并儲存；根據信號的組成和可能的傳輸偏差，確定接收信號可能的位置范圍；將已知的自適應序列與信號序列進行相關運算；在可能的位置范圍內將整個序列移位，重復進行相關運算，將所有可能的位置都計算出相關值。
3.根據權利要求1所述一種自相關序列的自適應定位方法，其特征在于，所述步驟2)中包括如下步驟將搜索窗置于相關值序列的開頭；計算相關窗內相關值的模值和，記為E(0)；將相關窗向后移動1個數字，重復計量模值和，直到相關窗到達序列末尾；記錄得到的E(n)序列，求出其中的最大值Em；根據事先確定的算法，判斷目前的最大值是否符合可信度門限，如果符合要求，直接輸出搜索到的自相關序列起始點，否則記錄可信度。
4.一種自相關序列的自適應定位裝置，其特征在于，包括輸入信號儲存器、相關器、相關值序列儲存器、搜索窗控制器和相關峰搜索器；所述輸入信號儲存器將接收到的信號序列儲存下來，所述相關器將已知的自適應序列與接收到的序列進行相關，在序列可能處于的位置范圍內，逐次移位得到一個相關值序列，并保存這個序列于相關值序列儲存器中供相關峰搜索器使用，所述搜索窗控制器控制搜索窗的寬度，并對各個寬度得到的搜索結果進行可信度判斷，同時儲存搜索結果，控制器將搜索結果輸出，相關峰搜索器按照搜索窗控制器給出的搜索窗寬度，在相關值序列儲存器保存的相關值序列中搜索最大和次大相關峰。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數字通信中對接收信號中的已知自相關序列進行定位的方法及定位裝置，包括輸入信號儲存器、相關器、相關值序列儲存器、搜索窗控制器和相關峰搜索器；輸入信號儲存器將接收到的信號序列儲存下來，相關器將已知的自適應序列與接收到的序列進行相關，逐次移位得到一個相關值序列，保存這個序列于相關值序列儲存器中，搜索窗控制器控制搜索窗的寬度，進行可信度判斷并儲存搜索結果，控制器將搜索結果輸出，相關峰搜索器按照搜索窗控制器給出的搜索窗寬度，在相關值序列儲存器保存的相關值序列中搜索最大和次大相關峰；本發(fā)明能有效地處理在多徑情況下尋找自相關序列位置的問題，具有定位準確，誤判可能性小的特點。
文檔編號H04L7/00GK1430372SQ01138100
公開日2003年7月16日 申請日期2001年12月31日 優(yōu)先權日2001年12月31日
發(fā)明者張睿 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所