定時(shí)同步方法、裝置和系統(tǒng)與流程
本發(fā)明一般涉及無(wú)線通信系統(tǒng)，尤其涉及定時(shí)同步方法、裝置和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)被廣泛部署以提供諸如語(yǔ)音、視頻、分組數(shù)據(jù)、消息接發(fā)、廣播等各種通信服務(wù)。這些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以是能夠通過(guò)共享可用的網(wǎng)絡(luò)資源來(lái)支持多個(gè)用戶的多址網(wǎng)絡(luò)。這類多址網(wǎng)絡(luò)的示例包括碼分多址(cdma)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)分多址(tdma)網(wǎng)絡(luò)、頻分多址(fdma)網(wǎng)絡(luò)、正交fdma(ofdma)網(wǎng)絡(luò)、以及單載波fdma(sc-fdma)網(wǎng)絡(luò)。
隨著全球移動(dòng)通信不斷增強(qiáng)的需求，無(wú)線通信的頻率資源愈趨緊張。因此，除了基于tdm(時(shí)分復(fù)用)、fdm(頻分復(fù)用)的上述傳統(tǒng)高頻譜利用率的無(wú)線通信系統(tǒng)之外，還提出了對(duì)于頻譜具有更高利用率的更激進(jìn)的通信方案。
重疊時(shí)分復(fù)用(overlappedtimedivisionmultiplexing，ovtdm)系統(tǒng)正是這樣一種提高系統(tǒng)頻譜效率的方案。在ovtdm系統(tǒng)中，符號(hào)之間不但不需要相互隔離，而且可以有很強(qiáng)的相互重迭。換言之，ovtdm系統(tǒng)通過(guò)人為地引入符號(hào)之間的重迭，利用多個(gè)符號(hào)在時(shí)域并行傳輸數(shù)據(jù)序列，大幅提高了頻譜利用率。
重疊頻分復(fù)用(overlappedfrequencydivisionmultiplexing，ovfdm)系統(tǒng)是另外一種提高系統(tǒng)頻譜效率的方案。在ovfdm系統(tǒng)中，子載波頻帶之間可以有比正交頻分復(fù)用ofdm更強(qiáng)的重疊。通過(guò)頻域內(nèi)各子頻帶之間更高的重疊程度，在ofdm系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了頻譜利用率。
盡管上述ovtdm系統(tǒng)和ovfdm系統(tǒng)具有相應(yīng)的接收解調(diào)方案來(lái)排除信號(hào)在時(shí)域或頻域的重疊所帶來(lái)的干擾，但是頻譜利用率的大幅提高仍然對(duì)信號(hào)的接收提出了更高要求。
因此，ovtdm系統(tǒng)和ovfdm系統(tǒng)需要更高性能的網(wǎng)絡(luò)接入方案。而現(xiàn) 有的通信系統(tǒng)所采用的m序列定時(shí)同步方式并不能滿足需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
以下給出一個(gè)或多個(gè)方面的簡(jiǎn)要概述以提供對(duì)這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡(jiǎn)化形式給出一個(gè)或多個(gè)方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有通信系統(tǒng)采用m序列做定時(shí)同步，自相關(guān)和互相關(guān)特性較差，導(dǎo)致相關(guān)峰值分布較集中，不能精確找到訓(xùn)練符號(hào)起始位置，造成系統(tǒng)定時(shí)精度較低的缺陷，提供一種定時(shí)同步方法和裝置，以解決上述問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種定時(shí)同步方法，包括：
使用滑窗法將接收信號(hào)與本地的las碼執(zhí)行自相關(guān)運(yùn)算，以獲得多個(gè)自相關(guān)結(jié)果，其中該接收信號(hào)是來(lái)自發(fā)送端的時(shí)域信號(hào)且其中包括基于las碼的訓(xùn)練序列；以及
從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定自相關(guān)峰值，以該自相關(guān)峰值的位置作為該las碼的起始位置，該las碼的起始位置用于確定該接收信號(hào)的定時(shí)。
在一實(shí)例中，該使用滑窗法將接收信號(hào)與本地的las碼執(zhí)行自相關(guān)運(yùn)算包括：
以該las碼的長(zhǎng)度為窗口的長(zhǎng)度對(duì)該接收信號(hào)取窗，將當(dāng)前窗口內(nèi)的接收信號(hào)部分與本地的las碼執(zhí)行自相關(guān)運(yùn)算，以獲得一自相關(guān)結(jié)果；
將該窗口向后滑動(dòng)以對(duì)該接收信號(hào)再次取窗，再次將當(dāng)前窗口內(nèi)的接收信號(hào)部分與本地的las碼執(zhí)行自相關(guān)運(yùn)算，以獲得又一自相關(guān)結(jié)果；以及
重復(fù)滑動(dòng)窗口和將窗口內(nèi)的接收信號(hào)部分與本地的las執(zhí)行自相關(guān)運(yùn)算的步驟，直至完成了整個(gè)長(zhǎng)度接收信號(hào)的自相關(guān)處理，以獲得該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果。
在一實(shí)例中，該訓(xùn)練序列包括一個(gè)las碼，其中從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定自相關(guān)峰值包括：
從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定唯一一個(gè)自相關(guān)峰值。
在一實(shí)例中，從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定唯一一個(gè)自相關(guān)峰值包括：
將超過(guò)預(yù)定閾值的第一個(gè)自相關(guān)結(jié)果作為該唯一一個(gè)自相關(guān)峰值。
在一實(shí)例中，該一個(gè)las碼是las短碼。
在一實(shí)例中，該訓(xùn)練序列包括相同的兩個(gè)las碼，其中從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定自相關(guān)峰值包括：
從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定兩個(gè)自相關(guān)峰值；以及
從該兩個(gè)自相關(guān)峰值中確定與在前l(fā)as碼相關(guān)聯(lián)的峰值，以與該在前l(fā)as碼相關(guān)聯(lián)的峰值的位置作為該在前l(fā)as碼的起始位置，該在前l(fā)as碼的起始位置用于確定該接收信號(hào)的定時(shí)。
在一實(shí)例中，該兩個(gè)las碼是las短碼。
在一實(shí)例中，該訓(xùn)練序列包括：[0]sn,[xlas]sn,[0]sn,[xlas]sn，其中[0]sn為長(zhǎng)度為sn的0序列，[xlas]sn為長(zhǎng)度為sn的該las短碼，其中從該兩個(gè)自相關(guān)峰值中確定與在前l(fā)as碼相關(guān)聯(lián)的峰值包括：
若該兩個(gè)自相關(guān)峰值之間的間隔長(zhǎng)度為2*sn，則將該兩個(gè)自相關(guān)峰值中的第一個(gè)自相關(guān)峰值確定為與在前l(fā)as碼相關(guān)聯(lián)的峰值，
若該兩個(gè)自相關(guān)峰值之間的間隔長(zhǎng)度大于2*sn，則將該兩個(gè)自相關(guān)峰值中的第二個(gè)自相關(guān)峰值確定為與在前l(fā)as碼相關(guān)聯(lián)的峰值。
在一實(shí)例中，從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定兩個(gè)自相關(guān)峰值包括：
從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定超過(guò)預(yù)定閾值的集中分布的兩個(gè)自相關(guān)結(jié)果子集；以及
將每一自相關(guān)結(jié)果子集中第一個(gè)超過(guò)該閾值的自相關(guān)結(jié)果作為該自相關(guān)峰值，從而得到該兩個(gè)自相關(guān)峰值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于ovtdm系統(tǒng)的基于las碼的定時(shí)同步裝置，包括：
自相關(guān)計(jì)算單元，用于使用滑窗法將接收信號(hào)與本地的las碼執(zhí)行自相關(guān)運(yùn)算，以獲得多個(gè)自相關(guān)結(jié)果，其中該接收信號(hào)是來(lái)自發(fā)送端的時(shí)域信號(hào)且其中包括基于las碼的訓(xùn)練序列；以及
峰值判斷單元，用于從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定自相關(guān)峰值，以該自相關(guān)峰值的位置作為該las碼的起始位置，該las碼的起始位置用于確定該接收 信號(hào)的定時(shí)。
在一實(shí)例中，該自相關(guān)計(jì)算單元進(jìn)一步用于：
以該las碼的長(zhǎng)度為窗口的長(zhǎng)度對(duì)該接收信號(hào)取窗，將當(dāng)前窗口內(nèi)的接收信號(hào)部分與本地的las碼執(zhí)行自相關(guān)運(yùn)算，以獲得一自相關(guān)結(jié)果；
將該窗口向后滑動(dòng)以對(duì)該接收信號(hào)再次取窗，再次將當(dāng)前窗口內(nèi)的接收信號(hào)部分與本地的las碼執(zhí)行自相關(guān)運(yùn)算，以獲得又一自相關(guān)結(jié)果；以及
重復(fù)滑動(dòng)窗口和將窗口內(nèi)的接收信號(hào)部分與本地的las執(zhí)行自相關(guān)運(yùn)算的步驟，直至完成了整個(gè)長(zhǎng)度接收信號(hào)的自相關(guān)處理，以獲得該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果。
在一實(shí)例中，該訓(xùn)練序列包括一個(gè)las碼，該峰值判斷單元進(jìn)一步用于從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定唯一一個(gè)自相關(guān)峰值。
在一實(shí)例中，該峰值判斷單元進(jìn)一步用于將超過(guò)預(yù)定閾值的第一個(gè)自相關(guān)結(jié)果作為該唯一一個(gè)自相關(guān)峰值。
在一實(shí)例中，該一個(gè)las碼是las短碼。
在一實(shí)例中，該訓(xùn)練序列包括相同的兩個(gè)las碼，其中該峰值判斷單元進(jìn)一步用于：
從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定兩個(gè)自相關(guān)峰值；以及
從該兩個(gè)自相關(guān)峰值中確定與在前l(fā)as碼相關(guān)聯(lián)的峰值，以與該在前l(fā)as碼相關(guān)聯(lián)的峰值的位置作為該在前l(fā)as碼的起始位置，該在前l(fā)as碼的起始位置用于確定該接收信號(hào)的定時(shí)。
在一實(shí)例中，該兩個(gè)las碼是las短碼。
在一實(shí)例中，該訓(xùn)練序列包括：[0]sn,[xlas]sn,[0]sn,[xlas]sn，其中[0]sn為長(zhǎng)度為sn的0序列，[xlas]sn為長(zhǎng)度為sn的該las短碼，該峰值判斷單元進(jìn)一步用于：
若該兩個(gè)自相關(guān)峰值之間的間隔長(zhǎng)度為2*sn，則將該兩個(gè)自相關(guān)峰值中的第一個(gè)自相關(guān)峰值確定為與在前l(fā)as碼相關(guān)聯(lián)的峰值，
若該兩個(gè)自相關(guān)峰值之間的間隔長(zhǎng)度大于2*sn，則將該兩個(gè)自相關(guān)峰值中的第二個(gè)自相關(guān)峰值確定為與在前l(fā)as碼相關(guān)聯(lián)的峰值。
在一實(shí)例中，該峰值判斷單元進(jìn)一步用于：
從該多個(gè)自相關(guān)結(jié)果中確定超過(guò)預(yù)定閾值的集中分布的兩個(gè)自相關(guān)結(jié)果子集；以及
將每一自相關(guān)結(jié)果子集中第一個(gè)超過(guò)該閾值的自相關(guān)結(jié)果作為該自相關(guān)峰值，從而得到該兩個(gè)自相關(guān)峰值。
本發(fā)明具有以下的有益效果：本發(fā)明通過(guò)在通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)las碼訓(xùn)練序列，利用las碼自相關(guān)函數(shù)在原點(diǎn)是理想的沖擊函數(shù)，原點(diǎn)以外處處為零，而互相關(guān)函數(shù)處處為零的特性，在信號(hào)接收處理中使用該las碼做定時(shí)同步。采用las碼做定時(shí)同步時(shí)，通過(guò)合理設(shè)置閥值可以精確的找到訓(xùn)練符號(hào)位置，提高系統(tǒng)定時(shí)精度，為后續(xù)的載波同步、信道估計(jì)過(guò)程和譯碼過(guò)程奠定了基礎(chǔ)，降低整個(gè)系統(tǒng)的誤碼率。
附圖說(shuō)明
在結(jié)合以下附圖閱讀本公開(kāi)的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。
圖1示出了ovtdm系統(tǒng)的發(fā)射端調(diào)制模塊的框圖；
圖2示出了ovtdm系統(tǒng)的接收端的信號(hào)預(yù)處理模塊的框圖；
圖3示出了ovtdm系統(tǒng)的接收端序列檢測(cè)模塊的框圖；
圖4示出了ovfdm系統(tǒng)的發(fā)射端的調(diào)制模塊框圖；
圖5示出了ovfdm系統(tǒng)的接收端的信號(hào)預(yù)處理模塊的框圖；
圖6示出了ovfdm系統(tǒng)的接收端的信號(hào)檢測(cè)模塊的框圖；
圖7示出了m序列的自相關(guān)特性；
圖8示出了las碼的自相關(guān)特性；
圖9示出了定時(shí)同步的自相關(guān)結(jié)果的分布圖；
圖10示出了檢測(cè)到兩個(gè)峰值情形下的訓(xùn)練序列的示意圖；
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的接收端的定時(shí)同步單元的框圖；
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的定時(shí)同步方法的流程圖；
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的載波同步單元的框圖；
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的載波同步方法的流程圖；
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的載波同步方法的流程圖；
圖16示出了多徑信道的排列示意圖；
圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的訓(xùn)練序列和數(shù)據(jù)的頻寬及功率譜密度關(guān)系圖；以及
圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的兩個(gè)載波信號(hào)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的頻譜示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。注意，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應(yīng)被理解為對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。
除了應(yīng)用在ovtdm和ovfdm系統(tǒng)中，本文中所描述的諸技術(shù)也可廣泛應(yīng)用于實(shí)際移動(dòng)通信系統(tǒng)中，如td-lte、td-scdma等系統(tǒng)，也可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、微波視距通信、散射通信、大氣層光通信、紅外通信與水生通信等任何無(wú)線通信系統(tǒng)中。術(shù)語(yǔ)“網(wǎng)絡(luò)”和“系統(tǒng)”常被可互換地使用。
移動(dòng)通信的不斷發(fā)展以及新業(yè)務(wù)的層出不窮對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率提出了越來(lái)越高的要求，而移動(dòng)通信的頻率資源卻十分有限，如何利用有限的頻率資源實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸成為當(dāng)今移動(dòng)通信技術(shù)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題
上述ovtdm和ovfdm系統(tǒng)正是這種可以大幅提高頻譜利用率的解決方案。下面簡(jiǎn)要介紹ovtdm系統(tǒng)的發(fā)送和接收過(guò)程。
ovtdm系統(tǒng)利用多個(gè)符號(hào)在時(shí)間域并行傳輸數(shù)據(jù)序列。在發(fā)射端形成多個(gè)符號(hào)在時(shí)間域上相互重疊的發(fā)射信號(hào)，在接收端根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)序列與傳輸數(shù)據(jù)序列時(shí)間波形之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)間域內(nèi)的按數(shù)據(jù)序列檢測(cè)。ovtdm系統(tǒng)積極利用這些重疊使之產(chǎn)生編碼約束關(guān)系，從而大幅度提高了系統(tǒng)的頻譜效率。
圖1示出了ovtdm系統(tǒng)的發(fā)射端調(diào)制模塊的框圖。發(fā)送端調(diào)制模塊100可包括數(shù)字波形發(fā)生單元110、移位寄存單元120、乘法單元130及加法單元140。
首先，由數(shù)字波形發(fā)生單元110以數(shù)字方式設(shè)計(jì)生成發(fā)送信號(hào)的第一個(gè)調(diào) 制信號(hào)包絡(luò)波形h(t)，移位寄存單元120將該包絡(luò)波形h(t)進(jìn)行特定時(shí)間移位，形成其它各個(gè)時(shí)刻調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)波形h(t-i×δt)，乘法單元130將所要發(fā)送的并行的符號(hào)xi與相應(yīng)時(shí)刻的包絡(luò)波形h(t-i×δt)相乘，得到各個(gè)時(shí)刻經(jīng)調(diào)制后的待發(fā)送信號(hào)波形xih(t-i×δt)。加法單元140將所形成的各個(gè)待發(fā)送波形進(jìn)行疊加，形成發(fā)射信號(hào)波形。
ovtdm系統(tǒng)的接收端主要分為信號(hào)預(yù)處理模塊200和序列檢測(cè)模塊300。圖2示出了ovtdm系統(tǒng)的接收端的信號(hào)預(yù)處理模塊200的框圖。信號(hào)預(yù)處理模塊用于輔助形成每一幀內(nèi)的同步接收數(shù)字信號(hào)序列，如圖所示，該信號(hào)預(yù)處理模塊可包括同步單元210、信道估計(jì)單元220、和數(shù)字化處理單元230。
同步單元210用于對(duì)接收信號(hào)在時(shí)域形成符號(hào)同步，以與系統(tǒng)保持同步狀態(tài)，主要包括定時(shí)同步和載波同步。同步完成后信道估計(jì)單元220對(duì)接收信號(hào)做信道估計(jì)，以用于估計(jì)實(shí)際傳輸信道的參數(shù)。數(shù)字化處理單元230用于對(duì)每一幀內(nèi)的接收信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，從而形成適合序列檢測(cè)部分進(jìn)行序列檢測(cè)的接收數(shù)字信號(hào)序列。
在預(yù)處理之后，可在序列檢測(cè)模塊300內(nèi)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行序列檢測(cè)，對(duì)接收到的波形按照波形發(fā)送時(shí)間間隔切割并按照一定的譯碼算法對(duì)切割后的波形進(jìn)行譯碼。圖3示出了ovtdm系統(tǒng)的接收端序列檢測(cè)模塊的框圖。如圖所示，序列檢測(cè)模塊300可包括分析存儲(chǔ)單元310、比較單元320、以及保留路徑存儲(chǔ)單元和歐氏距離存儲(chǔ)單元330。在檢測(cè)過(guò)程中，分析存儲(chǔ)單元作出ovtdm系統(tǒng)的復(fù)數(shù)卷積編碼模型及格狀圖，并列出ovtdm系統(tǒng)的全部狀態(tài)，并存儲(chǔ)。比較單元根據(jù)分析存儲(chǔ)單元中的格狀圖，搜索出與接收數(shù)字信號(hào)最小歐氏距離的路徑，而保留路徑存儲(chǔ)單元和歐氏距離存儲(chǔ)單元?jiǎng)t分別用于存儲(chǔ)比較單元輸出的保留路徑和歐氏距離或加權(quán)歐氏距離。保留路徑存儲(chǔ)單元和歐氏距離存儲(chǔ)單元需要為每一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)各準(zhǔn)備一個(gè)。保留路徑存儲(chǔ)單元長(zhǎng)度可以優(yōu)選為4k～5k。歐氏距離存儲(chǔ)單元優(yōu)選為只存儲(chǔ)相對(duì)距離。
圖4示出了ovfdm系統(tǒng)的發(fā)射端的調(diào)制模塊框圖。發(fā)射端的ovfdm調(diào)制模塊可包括調(diào)制載波頻譜產(chǎn)生單元410、載波頻譜移位單元420、乘法單元430、加法單元440、以及傅立葉逆變換單元450。
首先，由調(diào)制載波頻譜產(chǎn)生單元410設(shè)計(jì)生成一個(gè)子載波的包絡(luò)頻譜信號(hào)h(f)，載波頻譜移位單元420將該包絡(luò)頻譜信號(hào)h(f)依次頻移特定載波頻譜間隔δb，得出下一個(gè)子載波的包絡(luò)頻譜信號(hào)，并將該下一個(gè)子載波的包絡(luò)頻譜信號(hào)頻移δb，依次下去得到頻譜間隔為δb的所有子載波的頻譜波形h(f-i×δb)。
乘法單元430將所要發(fā)送的多路并行的符號(hào)xi分別與生成的對(duì)應(yīng)的各個(gè)子載波頻譜波形h(f-i×δb)相乘，得到多路經(jīng)過(guò)相應(yīng)子載波調(diào)制的調(diào)制信號(hào)頻譜xih(f-i×δb)。
加法單元440將所形成的多路調(diào)制信號(hào)頻譜進(jìn)行疊加，形成復(fù)調(diào)制信號(hào)的頻譜
ovfdm系統(tǒng)的接收端主要分為信號(hào)預(yù)處理模塊500和信號(hào)檢測(cè)模塊600。圖5示出了ovfdm系統(tǒng)的接收端的信號(hào)預(yù)處理模塊的框圖。如圖所示，預(yù)處理模塊可包括同步單元510、信道估計(jì)單元520、和數(shù)字化處理單元530。
同步單元510用于對(duì)接收信號(hào)在時(shí)域形成符號(hào)同步，以與系統(tǒng)保持同步狀態(tài)，主要包括定時(shí)同步和載波同步。同步完成后信道估計(jì)單元520對(duì)接收信號(hào)做信道估計(jì)，以用于估計(jì)實(shí)際傳輸信道的參數(shù)。數(shù)字化處理單元530用于對(duì)各個(gè)符號(hào)時(shí)間區(qū)間的接收信號(hào)進(jìn)行取樣和量化，使之變?yōu)閿?shù)字信號(hào)序列。
在預(yù)處理之后，可在信號(hào)檢測(cè)模塊600中對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。圖6示出了ovfdm系統(tǒng)的接收端的信號(hào)檢測(cè)模塊600的框圖。如圖所示，信號(hào)檢測(cè)模塊600可包括傅立葉變換單元610、頻率分段單元620、卷積編碼單元630、以及數(shù)據(jù)檢測(cè)單元640。傅立葉變換單元610用于將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率域信號(hào)，即對(duì)每個(gè)時(shí)間符號(hào)區(qū)間的接收數(shù)字信號(hào)序列進(jìn)行傅立葉變換以形成每個(gè)時(shí)間符號(hào)區(qū)間的實(shí)際接收信號(hào)頻譜。頻率分段單元620用于對(duì)每個(gè)時(shí)間符號(hào)區(qū)間的實(shí)際接收信號(hào)頻譜在頻域以頻譜間隔δb分段，形成實(shí)際接收信號(hào)分段頻譜。卷積編碼單元630用于形成接收信號(hào)頻譜與發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)序列之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。數(shù)據(jù)檢測(cè)單元640用于根據(jù)卷積編碼單元形成的一一 對(duì)應(yīng)關(guān)系，檢測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào)序列。
以上介紹了ovtdm系統(tǒng)和ovfdm系統(tǒng)的發(fā)送和接收端的處理過(guò)程。盡管上述ovtdm系統(tǒng)和ovfdm系統(tǒng)具有相應(yīng)的接收解調(diào)方案來(lái)排除信號(hào)在時(shí)域或頻域的重疊所帶來(lái)的干擾，但是頻譜利用率的大幅提高仍然對(duì)信號(hào)的接收提出了更高要求。
一般的通信系統(tǒng)中都需要設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列，其作用主要是在收到信號(hào)后經(jīng)過(guò)處理，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)定時(shí)同步、載波同步和信道估計(jì)。定時(shí)同步、載波同步和信道估計(jì)是接收端正確接收的三個(gè)最重要環(huán)節(jié)。因此，訓(xùn)練符號(hào)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，特別是對(duì)于ovtdm和ovfdm系統(tǒng)這種超高頻譜效率的通信系統(tǒng)尤其如此。如果這三個(gè)步驟中任一步驟誤差較大，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響將會(huì)很大，后續(xù)的譯碼過(guò)程也就沒(méi)有意義了。
目前通信系統(tǒng)常采用m序列為訓(xùn)練序列，由于m序列自相關(guān)和互相關(guān)特性較差，導(dǎo)致系統(tǒng)同步過(guò)程成功率低，網(wǎng)絡(luò)接入慢。圖7示出了m序列的自相關(guān)特性，從圖中可以看到其自相關(guān)特性間隔一定時(shí)間都會(huì)出現(xiàn)脈沖，其自相關(guān)特性不是很好。因此在信號(hào)處理過(guò)程中，對(duì)時(shí)間和頻率的同步精度較差，降低用戶接入網(wǎng)絡(luò)的成功率和接入速度，使用戶體驗(yàn)變差。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，在ovtdm系統(tǒng)和ovfdm系統(tǒng)中利用las碼設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，las碼具有自相關(guān)函數(shù)在原點(diǎn)是理想的沖激函數(shù)，原點(diǎn)以外處處為零，而互相關(guān)函數(shù)處處為零的特性。這對(duì)于訓(xùn)練序列而言是及其有利的屬性。
las(largeareasynchronized，大區(qū)域同步)碼是由一系列脈沖和不等長(zhǎng)的0值脈沖間隔組成，可以表示為(n,k,l)，其中n表示脈沖個(gè)數(shù)，k表示脈沖之間的最短間隔長(zhǎng)度，l表示碼長(zhǎng)。脈沖由完備互補(bǔ)正交碼生成，其特點(diǎn)為自相關(guān)函數(shù)在原點(diǎn)是理想的沖擊函數(shù)，原點(diǎn)以外處處為零，而互相關(guān)函數(shù)處處為零。利用las碼的這個(gè)特點(diǎn)應(yīng)用于ovtdm系統(tǒng)和ovfdm系統(tǒng)中，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的同步成功率和接入速度有較好的性能改善。
以下簡(jiǎn)要介紹las碼的生成方法。
完備互補(bǔ)正交碼具有對(duì)偶關(guān)系，生成方法是根據(jù)最短基本互補(bǔ)碼求解出與之完全正交互補(bǔ)的另一對(duì)最短基本互補(bǔ)碼。本案例中以基本短碼+++-來(lái)生成完 備互補(bǔ)正交碼，生成過(guò)程如下：
c0＝[11]，對(duì)應(yīng)為++，s0＝[1-1],對(duì)應(yīng)為+-，根據(jù)c0和s0分別求出其互補(bǔ)碼c1和s1。c1為對(duì)s0取反得到，s1為對(duì)c0取反并求非得到，matlab中代碼表示為：
c1＝fliplr(s0)，s1＝-1*conj(fliplr(c0))。其中fliplr為對(duì)矩陣進(jìn)行沿垂直軸左右翻轉(zhuǎn)的函數(shù)，conj為求復(fù)共軛的函數(shù)。
據(jù)此求得c1＝[-11],s1＝[-1-1]，將c0c1組合生成新的互補(bǔ)碼為c0'＝[11-11]，s0'＝[1-1-1-1]，此時(shí)每個(gè)互補(bǔ)碼的長(zhǎng)度由2擴(kuò)充到4。
這里可以設(shè)計(jì)互補(bǔ)碼的長(zhǎng)度ln(ln為2的冪次方)，即cn和sn的長(zhǎng)度分別為ln/2。采用上述方法，對(duì)生成的las碼進(jìn)行迭代，將其長(zhǎng)度擴(kuò)充為ln，迭代次數(shù)為log2ln-2，最終生成的互補(bǔ)碼為cn、sn。
將這對(duì)互補(bǔ)碼和零序列組合生成las碼，表示形式為：las＝[cnl0sn]，其中l(wèi)0表示0的個(gè)數(shù)，即cn和sn之間的最短間隔長(zhǎng)度，最終生成的las碼長(zhǎng)度表示為l＝ln+l0。
圖8示出了las碼的自相關(guān)特性。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，采用了las碼來(lái)設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列。
對(duì)于定時(shí)同步的用途，訓(xùn)練序列包括至少一個(gè)las碼。由于las短碼在頻偏較大的情況下仍有較好的同步效果，因此，較優(yōu)地，訓(xùn)練序列包括至少一個(gè)las短碼，以[xlas]sn表示，其中該las短碼的長(zhǎng)度記為sn，其互補(bǔ)碼長(zhǎng)和零序列長(zhǎng)度分別表示為l短-n、l短-0，sn＝l短-n+l短-0。
為了進(jìn)一步優(yōu)化las碼的自相關(guān)特性，在該las短碼之前還可包括與該las短碼相同長(zhǎng)度的一個(gè)零序列，以[0]sn表示。
特定實(shí)施例中，訓(xùn)練序列可包括兩個(gè)相同的las短碼，這樣在其中一個(gè)las短碼可用于定時(shí)同步的情況下，還可以與另一las短碼組成las短碼對(duì)，以用于載波同步。
對(duì)于載波同步的用途，訓(xùn)練序列可包括至少一對(duì)相同的las碼。由于las短碼在頻偏較大的情況下仍有較好的同步效果，因此，較優(yōu)地，訓(xùn)練序列包括至少一對(duì)相同的las短碼。
較優(yōu)地，載波同步可以分為兩個(gè)階段，即載波粗同步和載波細(xì)同步。因此， 訓(xùn)練序列可包括至少兩對(duì)las碼。較優(yōu)地，一對(duì)las碼可為相同的las短碼以用于載波粗同步，另外一對(duì)las碼可為相同的las長(zhǎng)碼，以用于載波細(xì)同步。las長(zhǎng)碼可用[xlas]ln表示，其中該las長(zhǎng)碼的長(zhǎng)度記為ln，其互補(bǔ)碼長(zhǎng)和零序列長(zhǎng)度分別表示為l長(zhǎng)-n、l長(zhǎng)-0，ln＝l長(zhǎng)-n+l長(zhǎng)-0。
為了進(jìn)一步優(yōu)化las碼的互相關(guān)特性，在每個(gè)las短碼之前還可包括與las短碼相同長(zhǎng)度的一個(gè)零序列，以[0]sn表示。
對(duì)于信道估計(jì)的用途，訓(xùn)練序列可包括至少一個(gè)las碼，例如一個(gè)las長(zhǎng)碼，或者，也可包括兩個(gè)las長(zhǎng)碼，針對(duì)這兩個(gè)長(zhǎng)las碼做兩遍信道估計(jì)，從而提高信道估計(jì)的成功率。
作為特定示例，可設(shè)計(jì)l長(zhǎng)-n＝256，l長(zhǎng)-0＝16；l短-n＝16，l短-0＝8。當(dāng)然，這里的las長(zhǎng)碼和las短碼的長(zhǎng)度僅作為示例示出，也可設(shè)計(jì)成其他的長(zhǎng)度。
作為較優(yōu)的實(shí)施例，一種同時(shí)滿足定時(shí)同步、載波同步和信道估計(jì)的las碼訓(xùn)練序列可設(shè)計(jì)為：[0]sn,[xlas]sn,[0]sn,[xlas]sn,[xlas]ln,[xlas]ln。在此實(shí)施例中，第一個(gè)las碼為短碼，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)同步,las短碼在頻偏較大仍有好的同步效果。第一個(gè)和第二個(gè)las短碼可用于載波粗同步，短碼的好處是可以處理較大的頻偏。最后兩個(gè)las碼為長(zhǎng)碼，可用于細(xì)頻偏糾正和信道估計(jì)。
定時(shí)同步過(guò)程
接收機(jī)收到信號(hào)，需要先跟通信系統(tǒng)保持同步，包括定時(shí)同步和載波同步。定時(shí)同步的原理是通過(guò)匹配濾波方法,直接將接收信號(hào)與本地las碼求自相關(guān)運(yùn)算，得到自相關(guān)峰值。從相關(guān)峰值中根據(jù)一定的方法找到訓(xùn)練符號(hào)的位置。找到訓(xùn)練符號(hào)的位置也就確定了當(dāng)前幀的起始位置，即完成了接收信號(hào)和系統(tǒng)的時(shí)間同步，定時(shí)同步過(guò)程結(jié)束。
如前所述，由于las碼的自相關(guān)和互相關(guān)特性都比較好，將las碼用于設(shè)計(jì)訓(xùn)練符號(hào)。由此，在計(jì)算接收信號(hào)和las碼的相關(guān)運(yùn)算時(shí)，峰值大小分布差異較大，通過(guò)合理的設(shè)置閾值，可以很精確的找到las碼的起始位置，定時(shí)精度較高。
具體在尋找las碼的相關(guān)峰值時(shí)，根據(jù)訓(xùn)練符號(hào)結(jié)構(gòu)，采取合適的信號(hào)接收長(zhǎng)度，使用滑窗法自相關(guān)運(yùn)算方式，將接收信號(hào)與本地las碼求相關(guān)運(yùn)算尋找自相關(guān)峰值來(lái)確定las碼的位置。例如，這里的信號(hào)接收長(zhǎng)度可保證至少涵蓋有l(wèi)as碼，以確保能檢測(cè)到峰值。
所謂的滑窗法自相關(guān)運(yùn)算，是以las碼的長(zhǎng)度為窗口長(zhǎng)度對(duì)接收信號(hào)作取窗處理，將當(dāng)前窗口內(nèi)的這段信號(hào)與本地的las碼作相關(guān)運(yùn)算，從而得到一個(gè)自相關(guān)結(jié)果。然后，將窗口向后滑動(dòng)，再對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行取窗，將當(dāng)前窗口內(nèi)的這段信號(hào)與本地的las碼再作相關(guān)運(yùn)算，從而再得到一個(gè)相關(guān)結(jié)果。以此方式，不斷滑動(dòng)窗口，直至對(duì)接收到的信號(hào)全部進(jìn)行了相關(guān)運(yùn)算。從計(jì)算得出的全部自相關(guān)結(jié)果，通過(guò)設(shè)置閾值，即超過(guò)閾值的自相關(guān)結(jié)果作為峰值，找到las碼的位置。
在一實(shí)例中，訓(xùn)練序列中僅包括一個(gè)las碼，例如一個(gè)las短碼，因?yàn)槎檀a在頻偏較大的情況下仍有較好的同步效果。在此情況下，可以將該las短碼的長(zhǎng)度作為窗口長(zhǎng)度對(duì)接收信號(hào)作取窗處理，將當(dāng)前窗口內(nèi)的這段信號(hào)與本地的las短碼作相關(guān)運(yùn)算，從而得到一個(gè)自相關(guān)結(jié)果。然后，將窗口向后滑動(dòng)，再對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行取窗，將當(dāng)前窗口內(nèi)的這段信號(hào)與本地的las碼再作相關(guān)運(yùn)算，從而再得到一個(gè)相關(guān)結(jié)果。以此方式，不斷滑動(dòng)窗口，直至對(duì)接收到的信號(hào)全部進(jìn)行了相關(guān)運(yùn)算。從計(jì)算得出的全部自相關(guān)結(jié)果，通過(guò)設(shè)置閾值，即超過(guò)閾值的自相關(guān)結(jié)果作為峰值，找到las碼的位置。
在多徑信道的情況下，有可能出現(xiàn)后面幾個(gè)徑的幅值高過(guò)第一條徑的幅值，應(yīng)該選超過(guò)閾值的第一個(gè)峰值點(diǎn)，而不一定是全局最大值。圖9示出了定時(shí)同步的自相關(guān)結(jié)果的分布圖。假設(shè)閾值為100，如圖9所示，超過(guò)閾值100的自相關(guān)結(jié)果有兩個(gè)，但是選取在25位置的自相關(guān)結(jié)果作為本次運(yùn)算的峰值，從而將此在25的位置作為找到的las碼的位置。
在先前的較優(yōu)的訓(xùn)練符號(hào)格式[0]sn,[xlas]sn,[0]sn,[xlas]sn,[xlas]ln,[xlas]ln的情況下，訓(xùn)練序列中存在兩個(gè)las短碼。此時(shí)，通過(guò)上述滑窗自相關(guān)計(jì)算法可以找出兩個(gè)超過(guò)閾值的峰值。圖9示出了存在兩個(gè)峰值的自相關(guān)結(jié)果的分布圖。此時(shí)，需要判斷哪一個(gè)是在前短碼的峰值，哪一個(gè)是在后短碼的峰值。
圖10示出了檢測(cè)到兩個(gè)峰值情形下的訓(xùn)練序列的示意圖。在圖10中示出了重復(fù)循環(huán)發(fā)送的兩條訓(xùn)練序列。接收信號(hào)的長(zhǎng)度跨越了兩條訓(xùn)練序列，因此，找出的兩個(gè)峰值可能其中一個(gè)是由于下一個(gè)訓(xùn)練序列的第一個(gè)las短碼所引起的。所以需要判斷每一個(gè)峰值所對(duì)應(yīng)的是哪一個(gè)las短碼。
具體而言，如果兩個(gè)峰值間隔長(zhǎng)度為2*sn，那么選取第一個(gè)超過(guò)閾值的峰值為第一個(gè)短las碼的起始位置，如果兩者間隔長(zhǎng)度為大于2*sn，則第二個(gè)超過(guò)閾值的峰值為第一個(gè)短las碼的起始位置。
如果存在多徑信道，那么滑窗后會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)部分集中分布相關(guān)峰，對(duì)每部分的相關(guān)峰分別和閾值進(jìn)行比較，選取過(guò)閾值的第一個(gè)峰值點(diǎn)，兩部分比較完后將得到兩個(gè)超過(guò)閾值的點(diǎn)，再根據(jù)如上的方法確定對(duì)應(yīng)las碼的位置。
另外，如果發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)了其他帶限濾波器，則匹配濾波后是一個(gè)個(gè)較光滑的峰，而不是獨(dú)立的點(diǎn)，所以需要根據(jù)實(shí)際帶限濾波器選取峰值點(diǎn)。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的接收端的定時(shí)同步單元的框圖。該定時(shí)同步單元可以是上文結(jié)合圖2和圖5所討論的同步單元的一部分。
如圖11所示，定時(shí)同步單元1100可包括自相關(guān)計(jì)算單元1110以用于執(zhí)行自相關(guān)計(jì)算。該自相關(guān)計(jì)算單元1110可對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行取窗，以采用本地的las碼對(duì)窗口內(nèi)的信號(hào)作自相關(guān)計(jì)算，并滑動(dòng)該窗口以進(jìn)行下一次自相關(guān)計(jì)算，直至達(dá)到信號(hào)接收長(zhǎng)度。定時(shí)同步單元1100還可包括峰值判斷單元1120，以用于根據(jù)獲得的相關(guān)結(jié)果集合來(lái)判斷峰值的位置，以尋找las碼的起始位置。峰值判斷單元1120可選取合適的閾值，將超過(guò)閾值的自相關(guān)結(jié)果作為峰值。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的定時(shí)同步方法的流程圖。如圖所示，該方法可包括：
步驟1201：對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行取窗，以采用本地的las碼對(duì)窗口內(nèi)的信號(hào)作自相關(guān)計(jì)算，并滑動(dòng)該窗口以進(jìn)行下一次自相關(guān)計(jì)算，直至達(dá)到信號(hào)接收長(zhǎng)度；以及
步驟1202：根據(jù)獲得的相關(guān)結(jié)果集合來(lái)判斷峰值的位置，以尋找las碼的起始位置。
如上所述，在存在兩個(gè)las短碼的情況下，如果兩個(gè)峰值間隔長(zhǎng)度為 2*sn，那么選取第一個(gè)超過(guò)閾值的峰值為第一個(gè)短las碼的起始位置，如果兩者間隔長(zhǎng)度為大于2*sn，則第二個(gè)超過(guò)閾值的峰值為第一個(gè)短las碼的起始位置。
載波同步過(guò)程
接收到信號(hào)后，需要先跟通信系統(tǒng)保持同步，包括定時(shí)同步和載波同步，接收信號(hào)和系統(tǒng)先保持時(shí)間上的同步，通過(guò)定時(shí)同步獲取las碼的起始位置，再進(jìn)行頻率的同步。
對(duì)于載波同步，接收信號(hào)的訓(xùn)練序列信息部分包括至少一對(duì)相同的las碼。對(duì)重復(fù)的las碼進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算,得到頻率偏差δf。
假設(shè)接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的載波偏差為δf，ad采樣間隔為t,那么接收端忽略噪聲信號(hào)影響時(shí)，收到的信號(hào)表示為：
yn＝xnej2πδfnt
前后兩個(gè)las碼的相關(guān)系數(shù)為：
其中l(wèi)表示las碼之間的間隔。
由上式可知，載波頻偏為：
較優(yōu)地，訓(xùn)練序列信息部分可包括兩對(duì)las碼，其中，一對(duì)相同的las碼為las短碼，由此可以先進(jìn)行載波粗同步；另外再包括一對(duì)相同的las長(zhǎng)碼，由此可以進(jìn)行載波細(xì)同步。
由于已經(jīng)完成了定時(shí)同步，可根據(jù)定時(shí)同步返回的訓(xùn)練符號(hào)索引提取出對(duì)應(yīng)的兩部分短las碼，對(duì)短las碼進(jìn)行載波粗同步，短碼可以處理較大的頻偏，根據(jù)上述公式計(jì)算得到估計(jì)的頻偏值為δf1。然后再提取出兩部分長(zhǎng)las碼，對(duì)長(zhǎng)las碼進(jìn)行載波細(xì)頻偏糾正，得到估計(jì)的頻偏值為δf2，參考粗同步的頻偏，則最終輸出的頻偏為δf＝δf1+δf2。
以先前的較優(yōu)的訓(xùn)練符號(hào)格式[0]sn,[xlas]sn,[0]sn,[xlas]sn,[xlas]ln,[xlas]ln為例。令ln＝272，sn＝24，訓(xùn)練符號(hào)總長(zhǎng)度為640。兩個(gè)短las分別在(25:48)和(73:96)兩個(gè)位置，長(zhǎng)las碼分別在(97:368)和(369：640)兩個(gè)位置。
理想狀態(tài)下，定時(shí)同步計(jì)算得到的las碼的起始位置為第一個(gè)短las碼的起始位置，即為25。根據(jù)此索引和長(zhǎng)短碼的碼長(zhǎng)ln和sn，從接收信號(hào)中對(duì)應(yīng)的提取出相應(yīng)的碼。
載波粗同步
從接收信號(hào)中提取出兩部分短las碼，根據(jù)公式
根據(jù)計(jì)算出的粗頻偏通過(guò)公式
載波細(xì)頻偏校正
載波粗同步中對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行了粗頻偏校正，得到接收信號(hào)yn'。細(xì)頻偏過(guò)程為從yn'中提取出兩部分長(zhǎng)las碼，根據(jù)公式
參考粗同步的頻偏，則最終輸出的頻偏為δf＝δf1+δf2。并根據(jù)公式y(tǒng)n”＝y(tǒng)n'ej2π(-δf)nt求出對(duì)接收信號(hào)細(xì)頻偏糾正后的信號(hào)。
將兩次頻偏校正后的信號(hào)yn”作為輸入信號(hào)給信道估計(jì)過(guò)程，載波同步過(guò)程結(jié)束。
圖13示出了載波同步單元1300的框圖。該載波同步單元1300可以是上文結(jié)合圖2和圖5所討論的同步單元的一部分。
如圖所示，載波同步單元1300可包括互相關(guān)計(jì)算單元1310和頻率校正單元1320?；ハ嚓P(guān)計(jì)算單元1310可對(duì)一對(duì)las碼執(zhí)行互相關(guān)計(jì)算以獲得接收端和發(fā)射端之間載波的的頻偏。頻率校正單元1320可根據(jù)該載波的頻偏，對(duì)接收信號(hào)執(zhí)行頻偏校正。
在一實(shí)施例中，互相關(guān)計(jì)算單元1310可首先執(zhí)行一對(duì)las短碼的互相關(guān)計(jì)算，以獲得接收端和發(fā)射端之間載波的粗頻偏。頻率校正單元1320可先根據(jù)該粗頻偏，對(duì)接收信號(hào)執(zhí)行初次頻偏校正?；ハ嚓P(guān)計(jì)算單元1310再對(duì)從經(jīng) 過(guò)初次頻偏校正的接收信號(hào)所提取的一對(duì)las長(zhǎng)碼執(zhí)行互相關(guān)計(jì)算，以獲得接收端和發(fā)射端之間載波的細(xì)頻偏。頻率校正單元1320可再根據(jù)該細(xì)頻偏和該粗頻偏，對(duì)經(jīng)初次頻偏校正的接收信號(hào)執(zhí)行二次頻偏校正，以得到最終頻偏校正后的信號(hào)。
圖14示出了根據(jù)一實(shí)施例的載波同步方法的流程圖。如圖所示，載波同步方法可包括以下步驟：
步驟1401：對(duì)從接收信號(hào)提取的兩個(gè)las碼執(zhí)行互相關(guān)，以獲得接收端和發(fā)射端之間載波的頻偏；以及
步驟1402：基于該頻偏對(duì)接收信號(hào)執(zhí)行頻偏校正。
圖15示出了根據(jù)另一實(shí)施例的載波同步方法的流程圖。如圖所示，載波同步方法可包括以下步驟：
步驟1501：對(duì)從接收信號(hào)提取的兩個(gè)las短碼執(zhí)行互相關(guān)，以獲得接收端和發(fā)射端之間載波的粗頻偏；
步驟1502：根據(jù)該粗頻偏，對(duì)接收信號(hào)執(zhí)行初次頻偏校正；
步驟1503：對(duì)從經(jīng)初次頻偏校正的接收信號(hào)所提取的一對(duì)las長(zhǎng)碼執(zhí)行互相關(guān)計(jì)算，以獲得接收端和發(fā)射端之間載波的細(xì)頻偏；以及
步驟1504：根據(jù)該細(xì)頻偏和該粗頻偏，對(duì)經(jīng)初次頻偏校正的接收信號(hào)執(zhí)行二次頻偏校正。
盡管為使解釋簡(jiǎn)單化將上述方法圖示并描述為一系列動(dòng)作，但是應(yīng)理解并領(lǐng)會(huì)，這些方法不受動(dòng)作的次序所限，因?yàn)楦鶕?jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，一些動(dòng)作可按不同次序發(fā)生和/或與來(lái)自本文中圖示和描述或本文中未圖示和描述但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他動(dòng)作并發(fā)地發(fā)生。
信道估計(jì)過(guò)程
信道估計(jì)用于估計(jì)信道的傳輸特性，即信道對(duì)所傳輸?shù)男盘?hào)的影響。通過(guò)利用發(fā)送端和接收端雙方已知的訓(xùn)練符號(hào)，接收端能夠根據(jù)該已知的訓(xùn)練符號(hào)以及接收到的訓(xùn)練符號(hào)來(lái)執(zhí)行信道估計(jì)。舉例而言，接收端可以對(duì)已知的訓(xùn)練符號(hào)以及接收到的訓(xùn)練符號(hào)執(zhí)行相關(guān)，從而確定信道的傳輸特性。在進(jìn)行信道估計(jì)之后，接收端能夠利用所確定的信道估計(jì)來(lái)解調(diào)接收到的未知數(shù)據(jù)信號(hào)， 以確定發(fā)送端發(fā)送的實(shí)際數(shù)據(jù)信號(hào)。
接收信號(hào)經(jīng)過(guò)定時(shí)同步，和系統(tǒng)保持時(shí)間同步。然后再和接收信號(hào)做載波同步，載波同步包括粗同步和細(xì)同步，通過(guò)同步獲取了接收機(jī)和發(fā)送機(jī)的載波頻偏δf，通過(guò)載波頻偏對(duì)接收的信號(hào)做修正，得到修正后的接收信號(hào)yfix，對(duì)yfix做信道估計(jì)。
本發(fā)明利用las碼作為訓(xùn)練序列，例如訓(xùn)練符號(hào)格式中的長(zhǎng)las碼l-las可用于信道估計(jì)。
信道估計(jì)可表示為：
其中yn表示經(jīng)過(guò)載波同步修正后的接收信號(hào)，即yfix。n表示las碼長(zhǎng)度。xn表示本地las碼，即xn表示為訓(xùn)練符號(hào)中的最后兩個(gè)長(zhǎng)las碼之一。r0表示las碼的平方和，p表示多徑信道個(gè)數(shù)。
信道估計(jì)器從訓(xùn)練符號(hào)的接收信號(hào)yfix中估計(jì)信道的沖激響應(yīng)h(t)，然后根據(jù)估計(jì)出的h(t)構(gòu)造一個(gè)逆信道系統(tǒng)，接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)該逆信道系統(tǒng)之后被還原成對(duì)發(fā)送端饋送到信道的信號(hào)的估計(jì)。
一般接收信號(hào)yn可表達(dá)為
本領(lǐng)域一般采用m序列進(jìn)行信道估計(jì)。m序列的自相關(guān)特性如附圖7所示，從圖中可以看到其自相關(guān)特性間隔一定時(shí)間都會(huì)出現(xiàn)脈沖，其自相關(guān)特性不是很好，對(duì)應(yīng)信道估計(jì)公式
對(duì)比las碼序列，其具有自相關(guān)函數(shù)在原點(diǎn)是理想的沖擊函數(shù)，原點(diǎn)以外處處為零，而互相關(guān)函數(shù)處處為零的特點(diǎn)，因此在做信道估計(jì)時(shí)，實(shí)際估計(jì)出的信道模型和理想模型偏差很小，降低了系統(tǒng)的誤碼率，對(duì)系統(tǒng)性能得到了很好的改善。
根據(jù)本發(fā)明，由于訓(xùn)練符號(hào)中長(zhǎng)las碼共有兩個(gè)，因此信道估計(jì)過(guò)程可以采用其中任一個(gè)長(zhǎng)las碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者也可以針對(duì)這兩個(gè)長(zhǎng)las碼做兩遍信道估計(jì)，從而提高信道估計(jì)的成功率。
在通信環(huán)境中可存在一條信道或多徑信道，接收機(jī)可根據(jù)環(huán)境來(lái)確定是否存在多徑信道。在沒(méi)有多徑信道的情況下，即p＝0，根據(jù)上式可以直接計(jì)算出信道估計(jì)h。而在有多徑信道的情況下，可以根據(jù)上式分別計(jì)算每條多徑路徑的信道估計(jì)值hp，其中針對(duì)每條多徑路徑將本地las碼xn進(jìn)行偏移，每一條路徑的偏差可以為1。
舉例而言，實(shí)際的多徑信道可為例如6條。首先將本地las碼按照多徑個(gè)數(shù)排列成6列，每一列路徑的偏差為1，排列方式如附圖16所示。
根據(jù)訓(xùn)練符號(hào)格式[0]sn,[xlas]sn,[0]sn,[xlas]sn,[xlas]ln,[xlas]ln，從修正信號(hào)yfix中找到對(duì)應(yīng)的las碼位置，并提取出來(lái)為yfix-las，共兩部分。
將提取出來(lái)的yfix-las分別與重新排列后的6條多徑信道的本地las碼經(jīng)過(guò)公式
然后，可基于每條多徑路徑的信道估計(jì)值hp來(lái)解調(diào)接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)，從而得恢復(fù)出每條多徑路徑的發(fā)送端信號(hào)。
設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列頻寬
本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)符號(hào)結(jié)構(gòu)包括訓(xùn)練序列tsc(traningsequencecode)和數(shù)據(jù) (data)。訓(xùn)練符號(hào)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，影響了整個(gè)系統(tǒng)的定時(shí)、同步、信道估計(jì)三個(gè)最重要的環(huán)節(jié)，如果這三個(gè)步驟中任一步驟誤差較大，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響將會(huì)很大，后續(xù)的譯碼過(guò)程也就沒(méi)有意義了。
訓(xùn)練序列頻寬的設(shè)計(jì)過(guò)程較為復(fù)雜，頻寬較短時(shí)其對(duì)應(yīng)的功率譜密度較大，當(dāng)系統(tǒng)中存在多個(gè)載波時(shí)會(huì)影響數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，頻寬過(guò)大時(shí)對(duì)應(yīng)的功率譜密度太小，對(duì)系統(tǒng)的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的靈敏度要求極高。
在現(xiàn)有通信系統(tǒng)中，一般采用訓(xùn)練序列和數(shù)據(jù)的頻寬相同的方法，其對(duì)應(yīng)的功率譜密度相同，且由于一般系統(tǒng)中頻寬都較短，因此對(duì)應(yīng)于時(shí)域發(fā)送時(shí)間較長(zhǎng)，影響信號(hào)同步、信道估計(jì)處理時(shí)間過(guò)程，后續(xù)譯碼過(guò)程等待時(shí)間也變長(zhǎng)，降低了系統(tǒng)的傳輸速率。另外，由于訓(xùn)練序列發(fā)送時(shí)間較長(zhǎng)，因此在對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，其采樣率較低，時(shí)間分辨率不夠精細(xì)，影響信道估計(jì)的偏差。
本發(fā)明使得訓(xùn)練序列頻寬遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)頻寬(例如，5倍、10倍、15倍或以上)，從而訓(xùn)練序列的功率譜密度低于數(shù)據(jù)的功率譜密度，其訓(xùn)練序列、數(shù)據(jù)的頻寬和功率譜密度關(guān)系圖如附圖17所示。由于訓(xùn)練序列和數(shù)據(jù)的發(fā)送功率需保持一致，由圖中可以看出，當(dāng)訓(xùn)練序列的頻寬變寬后，其對(duì)應(yīng)的功率譜密度隨之也會(huì)大幅度降低，相對(duì)于數(shù)據(jù)功率譜密度而言是很低的。
本系統(tǒng)可以使用所有的可用擴(kuò)頻碼，包括m序列、golomb碼、can(cyclicalgorithmnew)、以及l(fā)as碼等。本系統(tǒng)中我們以具有完備互補(bǔ)正交特性的las碼為例，介紹定時(shí)同步、載波同步和信道估計(jì)的處理過(guò)程。因此，前文所述的利用las碼作為訓(xùn)練碼進(jìn)行定時(shí)同步、載波同步、信道估計(jì)的所有方法及裝置也適用于所有合適的擴(kuò)頻碼作為訓(xùn)練碼進(jìn)行定時(shí)同步、載波和訓(xùn)練估計(jì)。因此，上文以las碼為例示出的定時(shí)同步、載波同步和信道估計(jì)的算法僅僅是作為示例示出的，本發(fā)明的上述內(nèi)容適用于所有合適的訓(xùn)練碼。
las碼的特點(diǎn)是自相關(guān)函數(shù)在原點(diǎn)是理想的沖擊函數(shù)，原點(diǎn)以外處處為零，而互相關(guān)函數(shù)處處為零，las碼的自相關(guān)特性如附圖8所示。因此當(dāng)訓(xùn)練序列重疊時(shí)也不會(huì)相互造成干擾。這樣設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的頻譜利用率和傳輸速率。
由公式
在一方面，由于訓(xùn)練序列的功率譜密度極低，幾乎不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生影響，因此訓(xùn)練序列和數(shù)據(jù)可在同一時(shí)間疊加發(fā)送。換言之，訓(xùn)練序列和數(shù)據(jù)是在頻率和/或時(shí)間上至少部分重疊地發(fā)送的。當(dāng)有兩個(gè)載波信號(hào)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其構(gòu)造圖如附圖18所示，從圖中可以看出，兩個(gè)載波所承載的實(shí)際數(shù)據(jù)中間有保護(hù)帶，不會(huì)重疊也不會(huì)相互造成干擾；而訓(xùn)練序列的頻寬和實(shí)際數(shù)據(jù)有重疊，由于訓(xùn)練序列功率譜密度非常低，因此不會(huì)對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)造成干擾；再有，不同的訓(xùn)練序列可用不同的擴(kuò)頻碼加以區(qū)分，不會(huì)造成混淆。訓(xùn)練序列不獨(dú)占特定的頻率和時(shí)間資源，提高了系統(tǒng)的頻譜利用率和傳輸速率。
在一個(gè)實(shí)施例中，本系統(tǒng)中可以采用具有完備互補(bǔ)正交特性的las碼為訓(xùn)練序列，其特點(diǎn)為自相關(guān)函數(shù)在原點(diǎn)是理想的沖擊函數(shù)，原點(diǎn)以外處處為零，而互相關(guān)函數(shù)處處為零，las碼的自相關(guān)和互相關(guān)特性如附圖5所示。因此當(dāng)訓(xùn)練序列重疊時(shí)也不會(huì)相互造成干擾。這樣設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的頻譜利用率和傳輸速率。
本案例中我們?cè)O(shè)計(jì)訓(xùn)練序列的格式為：[0]sn,[xlas]sn,[0]sn,[xlas]sn,[xlas]ln,[xlas]ln。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將可理解，信息、信號(hào)和數(shù)據(jù)可使用各種不同技術(shù)和技藝中的任何技術(shù)和技藝來(lái)表示。例如，以上描述通篇引述的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號(hào)、位(比特)、符號(hào)、和碼片可由電壓、電流、電磁波、磁場(chǎng)或磁粒子、光場(chǎng)或光學(xué)粒子、或其任何組合來(lái)表示。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)，結(jié)合本文中所公開(kāi)的實(shí)施例來(lái)描述的各種解說(shuō)性邏輯板塊、模塊、電路、和算法步驟可實(shí)現(xiàn)為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件、或這兩者的組合。為清楚地解說(shuō)硬件與軟件的這一可互換性，各種解說(shuō)性組件、框、模塊、電路、和步驟在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此類功能性是被實(shí)現(xiàn)為硬件還是軟件取決于具體應(yīng)用和施加于整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束。技術(shù)人員對(duì)于每種特定應(yīng)用可用不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能性，但這樣的實(shí)現(xiàn)決策不應(yīng)被解讀成導(dǎo)致脫離了本發(fā)明的范圍。
結(jié)合本文所公開(kāi)的實(shí)施例描述的各種解說(shuō)性邏輯模塊、和電路可用通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)或其它可編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其設(shè)計(jì)成執(zhí)行本文所描述功能的任何組合來(lái)實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器，但在替換方案中，該處理器可以是任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器、或狀態(tài)機(jī)。處理器還可以被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算設(shè)備的組合，例如dsp與微處理器的組合、多個(gè)微處理器、與dsp核心協(xié)作的一個(gè)或多個(gè)微處理器、或任何其他此類配置。
結(jié)合本文中公開(kāi)的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可直接在硬件中、在由處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或在這兩者的組合中體現(xiàn)。軟件模塊可駐留在ram存儲(chǔ)器、閃存、rom存儲(chǔ)器、eprom存儲(chǔ)器、eeprom存儲(chǔ)器、寄存器、硬盤、可移動(dòng)盤、cd-rom、或本領(lǐng)域中所知的任何其他形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。示例性存儲(chǔ)介質(zhì)耦合到處理器以使得該處理器能從/向該存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和寫入信息。在替換方案中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以被整合到處理器。處理器和存儲(chǔ)介質(zhì)可駐留在asic中。asic可駐留在用戶終端中。在替換方案中，處理器和存儲(chǔ)介質(zhì)可作為分立組件駐留在用戶終端中。
在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例中，所描述的功能可在硬件、軟件、固件或其任何組合中實(shí)現(xiàn)。如果在軟件中實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，則各功能可以作為一條或更多條指令或代碼存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上或藉其進(jìn)行傳送。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)和通信介質(zhì)兩者，其包括促成計(jì)算機(jī)程序從一地向另一地轉(zhuǎn)移的任何介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)可以是能被計(jì)算機(jī)訪問(wèn)的任何可用介質(zhì)。作為示例而非限定，這樣的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盤存儲(chǔ)、磁盤存儲(chǔ)或其它磁存儲(chǔ)設(shè)備、或能被用來(lái)攜帶或存儲(chǔ)指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的合意程序代碼且能被計(jì)算機(jī)訪問(wèn)的任何其它介質(zhì)。任何連接也被正當(dāng)?shù)胤Q為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。例如，如果軟件是使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(dsl)、或諸如紅外、無(wú)線電、以及微波之類的無(wú)線技術(shù)從web網(wǎng)站、服務(wù)器、或其它遠(yuǎn)程源傳送而來(lái)，則該同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、dsl、或諸如紅外、無(wú)線電、以及微波之類的無(wú)線技術(shù)就被包括在介質(zhì)的定義之中。如本文中所使用的盤(disk)和碟(disc)包括壓縮碟(cd)、 激光碟、光碟、數(shù)字多用碟(dvd)、軟盤和藍(lán)光碟，其中盤(disk)往往以磁的方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而碟(disc)用激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述的組合也應(yīng)被包括在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。
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