專利名稱：Ofdm幀同步方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于OFDM同步的方法、系統(tǒng)和計算機程序，更具體地說，涉及 OFDM幀同步。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)將高數(shù)據(jù)速率輸入的數(shù)據(jù)流細分為一定數(shù)量的數(shù)據(jù)速率降 低的并行子流，其中對每個子流進行調(diào)制并在分開的正交子載波上同時進行發(fā)射。參考圖 1，OFDM發(fā)射器10包括符號映射器16，所述符號映射器16組合輸入串行數(shù)據(jù)14以形成符 號。通過離散傅立葉逆變換(DFT) 18用基帶子載波調(diào)制所述符號，然后對其序列化以形成 臨時OFDM符號。由從臨時OFDM符號的尾端選擇的幾個采樣構(gòu)成循環(huán)前綴。該循環(huán)前綴連 接到對應(yīng)的臨時OFDM符號的始端。所述循環(huán)前綴和臨時OFDM符號共同形成OFDM符號，其 中循環(huán)前綴形成該OFDM符號的始端，臨時OFDM符號形成剩余部分。隨后，OFDM符號傳輸 至數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)20，在其中轉(zhuǎn)換成模擬形式。發(fā)射第一 OFDM符號之前，發(fā)射器10發(fā)射被稱為前導(dǎo)碼的特殊信號，以用于同步目 的。因此，OFDM幀包括前導(dǎo)碼信號及緊接其后的多個OFDM符號。收到OFDM幀后，OFDM接 收器M以逆序執(zhí)行OFDM發(fā)射器10的逆操作。然而，在能采用任意接收器算法之前，接收 器對的系統(tǒng)時鐘必須與發(fā)射器10的同步。符號定時指的是用于確定各個OFDM符號開始和 結(jié)束的精確時刻的處理操作。該時刻用于定位接收器的DFT窗口(即，用于計算每個接收 OFDM符號的DFT的采樣組)，從而解調(diào)該接收OFDM符號的子載波。而上層OFDM協(xié)議(例 如，OFDM介質(zhì)訪問控制(MAC)策略)對OFDM符號的開始提供一些粗略指引，不提供其確切 指示。另外，只有接收的OFDM符號已經(jīng)預(yù)先同步和解碼，才能操作接收器中的MAC協(xié)議；因 為MAC層的同步機制更側(cè)重于跟蹤參考時鐘信號的波動。傳統(tǒng)同步方法依賴于對前導(dǎo)碼的檢測。參考圖2，前導(dǎo)碼包括只用在前導(dǎo)碼信號 中的短OFDM符號(或前導(dǎo)碼符號)30。具體而言，前導(dǎo)碼只包括從短快速傅立葉逆變換 (IFFT)的輸出獲得的一組采樣；而不包括循環(huán)前綴。前導(dǎo)碼符號通常比用在其余OFDM幀 中的OFDM符號短。短前導(dǎo)碼符號的使用使發(fā)射前導(dǎo)碼的開銷(對整體發(fā)射效率)最小化； 而且能夠簡化前導(dǎo)碼的實施。符號同步的問題能被分為兩個步驟，即-定時同步，包含確定發(fā)射的前導(dǎo)碼符號與接收器DFT窗口之間的時移(shift)； 和-幀同步，包含確定接收的OFDM信號的有效載荷(或前導(dǎo)碼中最后一個符號)的 開始點。可通過時域中的信號相關(guān)(Τ·M. Schmidl and D. C. Cox, IEEE Trans. On Commun.， 1997(45),1613-1621)或頻域中的相位相關(guān)(即，接收器的DFT操作之后)獲得定時同步。 相位相關(guān)包含確定訓(xùn)練DFT和來自互相關(guān)峰的前導(dǎo)碼符號之間的相移。相移可通過角旋轉(zhuǎn) 表示，其中角度的大小提供相移范圍的指示。當存在較強窄帶一帶間干擾時相位相關(guān)提供 更好的性能。具體而言，因為前導(dǎo)碼符號在定時同步過程中保持相同，即使對于具有較低取值(負的)信噪比(SNR)的信號，取平均數(shù)個符號允許DFT窗口被對齊。一旦獲得定時同 步，則假定接收器的DFT窗口與各個前導(dǎo)碼符號對齊。幀同步連續(xù)相關(guān)連續(xù)的前導(dǎo)碼符號以檢測最后的前導(dǎo)碼符號，其中通常取反 (sign inverted)至少一個最后的前導(dǎo)碼符號。相關(guān)的形成可在時域中(即，DFT之前)或 頻域中(即，DFT之后)執(zhí)行。相關(guān)處理是基于觀察，即如果兩個連續(xù)的前導(dǎo)碼符號一摸一 樣，則獲得最大相關(guān)值。然而，如果符號是異號的，則獲得最小相關(guān)值。因此，使用中，檢查相 關(guān)的輸出以找出其中的突變。然而，當信號被噪聲高度損壞而導(dǎo)致信噪比(SNR)為負值時， 不能在這種方式下處理前導(dǎo)碼符號，因為被取反符號的位置已丟失(K. Shi, E. Serpedin, IEEE Trans. On Commun.，2004，3(4)，1271—1284)。通過IEEE802. 11 a/Hyper-LAN-11 標準(IEEE802. Ila “第 11 部分無線局域網(wǎng) (LAN)介質(zhì)訪問控制(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范5GHz頻帶中的高速物理層”，1999年7月， 以及ETSI DTS/BRAN 030003-1，“寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)(BRAN) ；HYPERLAN類型2功能規(guī)范。第 1部分-物理(PHY)層”，1999年6月)，重復(fù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)包含在前導(dǎo)碼中。更具體地說，這些 標準采用后接兩個長符號(L)的一系列短符號(S)形成諸如[S S S S S S S S L L]的前 導(dǎo)碼。無線局域網(wǎng)(WLAN) (IEEE802. Ila)定義短符號為短FFT的輸出(即具有比數(shù)據(jù)符號 所使用的FFT更少數(shù)量的點)，但是不包括循環(huán)前綴。類似地，定義長符號為與數(shù)據(jù)符號上 所用的相同的FFT的輸出，但是不包括循環(huán)前綴。依據(jù)該標準長符號和短符號都是固定的。長符號和短符號用于精細時間/頻率同步和信道估計。更具體地說，短符號用于 定時對齊，長符號用于幀同步。然而，HiperLAN的設(shè)計是在正SNR的信號狀態(tài)下工作；而且 很難將這個方法用于與低SNR值的信號同步，因為同步的可靠性被高度惡化(即，存在很高 的幾率不能正確同步)。類似地，HomePlug-AV系統(tǒng)(家庭插電電力線聯(lián)盟，“HomePlugAV 基線規(guī)范” 1. 1版，2007年5月)采用[S S S S S S S S-S S]形式的前導(dǎo)碼。這種情況中，通過在前導(dǎo)碼中尋找負的符號獲得幀同步。然而，已經(jīng)設(shè)計這些方法 是在正SNR的信號狀態(tài)下工作；而且很難用于與低SNR值的信號同步。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明提供了 OFDM幀同步的方法，包括如下步驟(a)接收發(fā)射的包含前導(dǎo)碼的OFDM幀，所述前導(dǎo)碼包括預(yù)定數(shù)量的前導(dǎo)碼符號， 所述前導(dǎo)碼符號用以形成已知前導(dǎo)碼碼字；(b)將所述接收幀中的連續(xù)符號對互相關(guān)(cross-correlating)，以生成互相關(guān) 輸出(cross-correlation output)；(c)從多個預(yù)定的碼字中選擇與從所述互相關(guān)輸出中選擇的數(shù)量互相關(guān)值最接近 地匹配的碼字；(d)將所選碼字與所述前導(dǎo)碼碼字相比較；(e)在所選碼字與所述前導(dǎo)碼碼字相匹配的情況下，決定已經(jīng)獲得同步；和(f)在所選碼字與所述前導(dǎo)碼碼字不匹配的情況下，執(zhí)行以下步驟-獲取額外符號；所述額夕卜符號與前一接收符號(immediately preceding received symbol) 互相關(guān)，以生成進一步互相關(guān)值；
-將所述進一步互相關(guān)值連接于所述互相關(guān)輸出；-從所述互相關(guān)輸出中刪除相反的(opposing)互相關(guān)值；和-重復(fù)步驟(C)到⑴直到達到預(yù)定的停止標準。本發(fā)明的有益效果當前在信道編碼中使用糾錯碼來減少數(shù)據(jù)通信中的誤碼率。與之不同地，本發(fā)明 對同步使用糾錯碼。具體而言，本發(fā)明使用糾錯碼來補償接收的同步模式(pattern)中的錯誤。本發(fā)明的一個具體的優(yōu)勢方面是在用于同步的前導(dǎo)碼中使用短符號。具體而言， 有可能在前導(dǎo)碼中使用較長的符號(會使較低SNR的信號更具魯棒性(robust))，盡管如 此，這個方法具有一些不足之處。具體而言，較長的前導(dǎo)碼信號的生成在通信系統(tǒng)的整體發(fā) 射效率上增加了同步處理的開銷。另外，定時同步變得相當?shù)馗訌?fù)雜。類似地，使用取平 均能獲得更加簡單的定時同步和使較低SNR信號具有魯棒性(robustness)，盡管如此，取 平均不能用于幀同步(因為當取平均提高了 SNR時，會丟失執(zhí)行幀同步所需的定時參考)。相比而言，本發(fā)明能夠在使用較短的符號的情況下，使較低SNR值下的幀同步具 有魯棒性。另外，本發(fā)明在不使用符號取平均的情況下可能提高幀同步的可靠性。具體而 言，本發(fā)明對幀同步利用糾錯碼。


以下參考附圖對本發(fā)明的實施例進行描述，附圖中圖1是OFDM發(fā)射器與OFDM接收器通信的框圖；圖2是OFDM流中前導(dǎo)碼的框圖；圖3是優(yōu)選實施例的系統(tǒng)的框圖；和圖4是優(yōu)選實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式與一些現(xiàn)有技術(shù)方法的共同點是，優(yōu)選實施例通過將接收的前導(dǎo)碼中的連續(xù)符號 相關(guān)聯(lián)來執(zhí)行幀同步。然而，優(yōu)選實施例然后將得到的互相關(guān)值轉(zhuǎn)換成二進制序列。更具 體地說，優(yōu)選實施例將最大相關(guān)值轉(zhuǎn)換成值“1”，并將最小相關(guān)值轉(zhuǎn)換成值“-1”。如以上所 討論的，當OFDM信號被噪聲損壞時，互相關(guān)輸出可以是最大值和最小值之間的任意值。這 種情況中，用于確定是將給定互相關(guān)值轉(zhuǎn)換成二進制“ 1，，還是二進制“0”的閾值設(shè)置在最 大值和最小值之間的中點處。作為選擇，還可定義兩個閾值，使得一些值接近0的數(shù)字不會 被分配比特位(該情況中，比特值對于解碼器是未知的)。而且，系統(tǒng)可使用軟解碼處理，該 軟解碼處理使用互相關(guān)輸出值本身作為解碼器的輸入。與以上處理并行(并支持以上處理)，優(yōu)選實施例在前導(dǎo)碼中嵌入預(yù)定的糾錯碼。 具體而言，優(yōu)選實施例用一組前導(dǎo)碼符號構(gòu)成的編碼前導(dǎo)碼替代傳統(tǒng)OFDM幀的前導(dǎo)碼，定 義所述前導(dǎo)碼符號的正負號(sign)使得從以上所描述的處理(將互相關(guān)處理的輸出轉(zhuǎn)換 成二進制形式)中得到的二進制序列是糾錯碼的碼字。在接收信號噪聲很強的情況中，相 關(guān)處理的輸出被高度惡化；并且從中獲得的二進制序列被損壞。然而，正交發(fā)射的前導(dǎo)碼中 已知糾錯碼所包含的內(nèi)容使得被損壞的比特位能夠得以檢測和糾正。另外，一旦接收了完整的糾錯碼，則獲得幀同步。更具體地說，優(yōu)選實施例采用分為兩部分的前導(dǎo)碼。第一部分包括多個具有相同 正負號的的短符號(即，[S S S S S... S])。前導(dǎo)碼的第二部分包括預(yù)定數(shù)量(N)的短符 號，其正負號通過比特位序列[a(0)a(l).. .a (N-I)]確定，其中a(i)可以為+1或_1。換句 話說，碼字的第二部分包括符號[a(0) · S a(l) · Sa (2) · S. . .a (N-I) · S]。使用以下機制建立比特位序列a(i)從給定糾錯碼的一組碼字選擇長度為N的碼字，其中所選碼字的比特位表示為 [13(0)1^1)...1^)]，給定比特位13(土)能取值+1 或-I ；設(shè)置前導(dǎo)碼第二部分中的第一符號a(0)以匹配所選碼字中的第一比特位(即，設(shè) Sa(O) =b(0))；和依據(jù)遞歸表達式a (i) =b(i)*a(i_l)，i = 1，2，. . . N_1，設(shè)置符號a (i)的剩余部 分。因此，有效設(shè)置前導(dǎo)碼第二部分中的短符號的正負號，使得連續(xù)短符號對的重復(fù) 互相關(guān)生成所選碼字。應(yīng)當了解，循環(huán)碼在優(yōu)選實施例中有特別用處，因為循環(huán)碼的一個主 要性質(zhì)是碼字的循環(huán)移位也是碼字。盡管如此，應(yīng)當理解的是，優(yōu)選實施例不限于循環(huán)碼， 還可以使用其它類型的碼來替代。參考圖4，優(yōu)選實施例的接收器70包括DFT模塊72，所述DFT模塊72連續(xù)地應(yīng)用 訓(xùn)練DFT到輸入信號。來自連續(xù)DFT操作的符號被發(fā)送到互相關(guān)模塊74，互相關(guān)模塊74計 算符號之間的互相關(guān)性。具體而言，相關(guān)模塊74輸出正的最大值(例如，+1)指示兩個完全 匹配的連續(xù)符號、輸出0指示不相關(guān)的符號(即，噪聲)、以及輸出負的最小值(例如，-1) 指示異號(opposite sign)的兩個匹配連續(xù)符號?；ハ嚓P(guān)模塊74的輸出被發(fā)送到解碼器76，所述解碼器76可采用任意類型的解碼 處理(包括硬解碼和軟解碼)。解碼器76計算來自互相關(guān)模塊74的輸出和一組已知碼字 (一組已知的、固定的海明距離)之間的海明(Hamming distance)距離(或其它距離度 量)。具體而言，解碼器76將來自互相關(guān)模塊74的輸出與其碼字中最類似的相匹配；和輸 出相關(guān)匹配碼字。在發(fā)射的前導(dǎo)碼具有可能已被信道上的噪聲等導(dǎo)致失真的碼字的情況 下，采用這個方法。因此，解碼器76有效地嘗試糾正這個失真。輸出碼字被發(fā)送到?jīng)Q定模 塊78，其中將輸出碼字與已知前導(dǎo)碼碼字進行比較。如果輸出碼字與前導(dǎo)碼碼字相匹配， 判斷同步已發(fā)生。否則，應(yīng)用訓(xùn)練DFT到下一個輸入信號，并重復(fù)上述處理步驟直到獲得同
止
少ο更具體地參考圖4，當使用硬解碼器時，優(yōu)選實施例包括步驟(a)接收包含前導(dǎo)碼的OFDM幀，所述前導(dǎo)碼包括預(yù)定數(shù)量的前導(dǎo)碼符號，所述前 導(dǎo)碼符號用以形成已知前導(dǎo)碼碼字；(b)將所述接收幀中的連續(xù)符號對互相關(guān)84，以生成互相關(guān)輸出；(c)將所述互相關(guān)輸出轉(zhuǎn)換成二進制序列；(d)從所述二進制序列選擇第一數(shù)量的連續(xù)比特位，其中所選數(shù)量與前導(dǎo)碼符號 的數(shù)量相匹配；(e)從多個預(yù)定的碼字選擇與所選數(shù)量的比特位最接近地匹配的碼字；(f)將所選碼字與所述前導(dǎo)碼碼字相比較90 ；
(g)在所選碼字與所述前導(dǎo)碼碼字充分匹配的情況下，決定92已經(jīng)獲得同步；和(h)在所選碼字與所述前導(dǎo)碼碼字不充分匹配的情況下，執(zhí)行以下步驟(i)獲取額外符號；(j)將所述額外符號與前一接收符號(immediately preceding received symbol)互相關(guān)，以生成互相關(guān)值；(k)將所述互相關(guān)值轉(zhuǎn)換成第一二進制值；(1)將所述第一二進制值連接成所述二進制序列；(m)從所述二進制序列中刪除相反的二進制值；和(η)重復(fù)步驟(e)到(m)直到達到預(yù)定的停止標準(例如同步)。當然應(yīng)了解的是，軟解碼器也能用于分析互相關(guān)值。具體而言，軟解碼器直接作用 于互相關(guān)值(以生產(chǎn)解碼的碼字)，不需要將互相關(guān)值轉(zhuǎn)換成二進制序列。雖然在優(yōu)選實施例中，是參考前導(dǎo)碼放置在OFDM幀始端來描述的，應(yīng)意識到，優(yōu) 選實施例中的碼字也能放置在OFDM的尾端。具體而言，前導(dǎo)碼的相關(guān)放置是不重要的，只 要提前建立相關(guān)放置并且不改變該放置。優(yōu)選實施例的描述側(cè)重于循環(huán)碼的使用，因為它們更易于實施，因為沒有必要找 出已經(jīng)嵌入的前導(dǎo)碼所具有的具體代碼。具體而言，如果檢測到另一個代碼，已知該代碼例 如距離所需代碼有兩個步驟(或循環(huán)迭代)，則沒有必要執(zhí)行進一步的DFT和互相關(guān)操作， 因為OFDM幀的相關(guān)開始點同樣地兩個位置遠。盡管如此，應(yīng)了解的是，優(yōu)選實施例不限于 循環(huán)碼的使用。具體而言，優(yōu)選實施例能采用任意其它的二進制糾錯碼。然而，意識到其它 代碼可能具有更強的糾正能力，盡管如此，這些其它代碼通常具有更加復(fù)雜的實施?？稍诓幻撾x本發(fā)明的范圍的情況下對上述實施例做出替代和修改。
權(quán)利要求
1.一種OFDM幀同步方法，其特征在于，包括如下步驟(a)接收發(fā)射的包含前導(dǎo)碼的OFDM幀，所述前導(dǎo)碼包括預(yù)定數(shù)量的前導(dǎo)碼符號，所述 前導(dǎo)碼符號用以形成已知前導(dǎo)碼碼字；(b)將所述接收幀中的連續(xù)符號對互相關(guān)(84)，以生成互相關(guān)輸出；(c)從多個預(yù)定的碼字中選擇與從所述互相關(guān)輸出中選擇的數(shù)量互相關(guān)值最接近地匹 配的碼字；(d)將所選碼字與所述前導(dǎo)碼碼字相比較(90)；(e)在所選碼字與所述前導(dǎo)碼碼字相匹配的情況下，決定(9 已經(jīng)獲得同步；和(f)在所選碼字與所述前導(dǎo)碼碼字不匹配的情況下，執(zhí)行以下步驟 -獲取額外符號；-將所述額外符號與前一接收的符號互相關(guān)，以生成進一步互相關(guān)值； -將所述進一步互相關(guān)值連接成所述互相關(guān)輸出； -從所述互相關(guān)輸出中刪除相反的互相關(guān)值；和 -重復(fù)步驟(c)到(f)直到達到預(yù)定的停止標準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM幀同步方法，其特征在于，其中有關(guān)從多個預(yù)定的碼字 中選擇與從所述互相關(guān)輸出中選擇的數(shù)量互相關(guān)值最接近地匹配的碼字的步驟中包括以 下步驟-將所述互相關(guān)輸出轉(zhuǎn)換成二進制序列；-從所述二進制序列中選擇第一數(shù)量的連續(xù)比特位，其中所選數(shù)量與所述前導(dǎo)碼符號 的數(shù)量相匹配；和-從多個預(yù)定的碼字中選擇與所選比特位的數(shù)量最接近地匹配的碼字；和 有關(guān)將所述進一步互相關(guān)值連接成所述互相關(guān)輸出的步驟；和有關(guān)從所述互相關(guān)輸出 中刪除相反的互相關(guān)值的步驟；用以下步驟代替 -將所述互相關(guān)值轉(zhuǎn)換成第一二進制值； -將所述第一二進制值連接成所述二進制序列；和 -從所述二進制序列中刪除相反的二進制值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的OFDM幀同步方法，其特征在于，在接收包含前導(dǎo)碼的 OFDM幀的步驟之前，包括以下步驟-提供具有相同正負號的第一多個短符號；-提供第二多個短符號，設(shè)置該短符號的正負號使得每個連續(xù)短符號的一個或多個對 的一個或多個互相關(guān)生成預(yù)選擇的糾錯碼字；-連接所述第一和第二多個短符號以形成前導(dǎo)碼；和 -發(fā)射之前提供具有所述前導(dǎo)碼的所述OFDM幀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的OFDM幀同步方法，其特征在于，其中有關(guān)提供第二多個短符 號的步驟包括以下步驟(1)提供具有相同正負號的第三多個短符號；(2)選擇其比特位的數(shù)量與所述第三多個中所述短符號的數(shù)量相同的二進制糾錯碼；(3)使用所述第三多個中的第一短符號以形成所述第二多個中的所述第一短符號；(4)設(shè)置所述第二多個中的第一短符號的正負號，以與所選碼字中的第一比特位的正負號相匹配；(5)使用所述第三多個中的下一個短符號以形成所述第二多個中的下一個短符號；(6)設(shè)置所述第二多個中的下一個短符號的正負號，以匹配所選碼字中對應(yīng)的比特位 與所述第二多個中的前一短符號的正負號相乘的正負號；及(7)重復(fù)步驟( 和(6)，直到完成所述第二多個短符號。
5.根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的OFDM幀同步方法，其特征在于，其中有關(guān)從多個預(yù) 定的碼字中選擇的步驟包括有關(guān)從多個預(yù)定的循環(huán)碼字中選擇的步驟。
6.一種OFDM幀同步系統(tǒng)，其特征在于，包括適于執(zhí)行前面任一項權(quán)利要求所述方法的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及OFDM幀同步方法，其中前導(dǎo)碼的符號加載有代碼。對所述代碼的檢測使得能夠在低SNR情況下進行幀同步。
文檔編號H04L27/26GK102113284SQ200880130539
公開日2011年6月29日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者喬斯·阿百德·莫利納, 安東尼奧·莫利富列達·三·朱利安 申請人:吉歌里網(wǎng)絡(luò)公司