专利名称：同步脉冲产生方法及ofdm信号接收方法
技术领域：
本发明涉及OFDM调制，尤其涉及表示例如傅立叶变换解调使用的OFDM符号边界的同步脉冲的产生。
背景技术：
OFDM系统是公知的。在OFDM接收机的同步中使用各种技术。这些技术中的一些都必须传送特别的同步信号。其他技术依赖于整个符号由有效部分和保护间隔构成的标准OFDM信号，保护间隔往往叫作保护间隔、周期扩张或周期接头语。
保护间隔位于符号的有效部分的前面，包括有效部分的端部的数据的重复。(这与把包括与有效部分的始端的数据相同的数据的保护间隔放在有效部分之后是相同的)。
依赖于保护间隔内的重复数据的同步化技术通常通过使用仅隔开符号的有效部分的长度的复合采样彼此相关来动作。由此，产生用于接收信号的傅立叶变换的定时脉冲。脉冲的定时是傅立叶变换窗口仅包含来自单一符号的数据的定时。
定时不合适时，产生符号间干扰(ISI)。但是，通过使用保护间隔，避免ISI的同时还容许脉冲的定时有一定量变化。保护间隔必须比经不同路径接收的信号间所预测的最长延迟的宽度更长。保护间隔与信号的有效部分相比相对小，通常保护间隔包括Nu/32、Nu/16、Nu/8或Nu/4个采样，这里，Nu是符号的有效部分内的采样数目。
有从彼此相关导出同步脉冲的各种技术。这些虽然有在一般的接收条件下可适当动作、但在不希望定时和脉冲时产生而带来ISI的环境。
在没有噪声或多路干扰时，彼此相关器在保护间隔的采样与采样有彼此相关性的间隔以外产生等价于在作为等值的符号的有效部分内把平均值设置为0的输出。该间隔中彼此相关器产生高电平输出。该高电平输出以1个符号的终端和下一信号的始端结束。原来的装置之一在积分相关器的输出后，检出结果产生的信号的峰，以各符号的终端产生定时脉冲。
在相同信号经不同延迟被接收的多路干扰的情况下，为避免ISI，同步脉冲必须发生在在接收的2个信号的保护间隔之间的重复部分上具有相等宽度的窗口中。但是，彼此相关器通过由彼此相关器处理保护间隔的采样之一或二者的采样的间隔而产生有意的输出。根据环境，结果是在最适当的窗口外侧提供定时脉冲，进而带来ISI。
欧洲专利申请EP0772332记载了产生同步脉冲的其他技术。其所公开的技术之一是相关器的输出依赖于向锁相环(PLL)的发送。即使这样，也出现在有意的噪声或多路干扰的情况下在最适当的窗口外侧产生同步脉冲这样的结果。而且，PLL上必须有实现锁定的相当多数目的符号周期，因此，收集时间相当长。
原来的装置产生的其他问题起因于例如，作为信号状态的变化结果调整同步脉冲时，FFT输出的频率接收器(bin)内的复合值招致相位旋转的程度变化。后面的信道估算器和收集器可处理这些变化，因而收集时间进一步拉长，需要相当大的处理功率。
因此，希望提供产生回避或至少减轻上述问题的同步脉冲的技术。
发明内容
本发明的情况记载在附加的权利要求的范围内。
即，本发明是一种产生表示包含由保护间隔分离的有效符号周期的OFDM信号的符号边界的的同步脉冲的方法，包括步骤把各个保护间隔内的数据与各个有效周期内的数据的一部分对应，提供表示由对应于符号的有效部分的周期分离的接收信号的采样间的相关度的信号，由此，信号在各个符号中提供表示确认为有意的相关的间隔的输出，而且还包括判定其中出现最大相关度的子间隔以在该子间隔内供给同步脉冲的步骤。
在另一种情况中，通过供给表示由对应于符号的有效部分的周期分离的接收信号的采样间的相关度的信号产生同步脉冲，然后该信号供给表示在其间确认了有意的相关的间隔的输出，同步脉冲产生方法包括判定其中出现最大相关度的子间隔以在该子间隔内供给同步脉冲的步骤。
多路干扰的情况下，相关度判断为宽度通过对应于保护间隔的重复的周期后为最大。这是产生同步脉冲最适当的周期，其原因是即使伴随不同延迟而接收相同符号时，也能保证各个傅立叶变换窗口包含仅来自单一符号的采样。利用本发明的技术，检查彼此相关器的输出，判定出现上述最适当周期的时间。
最佳实施例中，彼此相关器的输出与阈值相比，规定应产生同步脉冲的周期的最佳子间隔由彼此相关器的输出超出所述阈值的周期表示。较好对应于彼此相关器的输出变更阈值，更好是基于相关器输出的最高电平规定阈值。
作为本发明的独立的一个方面，可看到阈值的利用。该方面中，考虑向电平检测器施加表示由规定数目的采样间隔分离的接收信号的采样间的相关度的相关器的输出，仅超出规定的(最好是可变的)电平的信号部分来其它单元应产生同步脉冲的时间。
希望表示最大相关的窗口中的任意时间，例如该窗口中部也可产生定时脉冲。信号条件变化时，该时刻点也移动，此时同步脉冲对响应于此变化。但是，最佳实施例中，同步脉冲的定时仅在满足某条件时才变化。例如，仅确认当前定时仅有规定数目的时间的误差时和/或仅当前误差超出规定量时才变更定时。作为独立的发明情况来看，通过该技术，以对每次变化而不同的角度产生FFT的输出的各载波的相位旋转，从而避免了在原来的信道估算器上产生重复的作业负担的傅立叶变换动作的定时过多的变化。
在本发明的另一种情况下，对FFT输出的每个采样施加不同的相位旋转的装置配置在FFT的输出上，该装置对应于表示脉冲发生器施加于同步脉冲的移动量的信号，其它单元施加的相位旋转的量。因此，可根据情况或瞬间极迅速地补偿同步脉冲的定时变化。由FFT和信道估算器以及收集器间配置的电路施加相位旋转，或者信道估算器以及收集器施加相位旋转。较好形成为以较小的频度产生同步脉冲的定时变化(根据上述的状态)，更好是，通常仅产生规定量。由此，促进向FFT输出上施加适当的相位旋转的确定。这些相位旋转可对应于表示同步脉冲的定时的实际或预测的程度的信号来计算。基于这样的信号，可从地址指定的搜索表导出。
所述的已有技术的情况下，相关器的输出使用例如把来自彼此相关器的最新Ng个采样相加的滑动窗口加法平均装置来滤波。但是，该滤波技术改变相关器的输出的形状，因此在本发明的最佳实施例中，通过相加最新的L1的采样对彼此相关器的输出滤波，但L1比Ng小得多。
取出滑动窗口加法平均装置的输出来处理、提供频率稍作修正的信号是一种公知技术。该技术最好也在根据本发明的装置中使用。但是，为实现更精确的频率推算，本发明的最佳实施例中，在第一滤波器的输出上添加第二滤波器，产生表示以L1多得多的采样数目作相加平均的输出。例如，输出可以是等价于应从相加最新的Ng个采样的单一滤波器得到的输出。
图1是根据本发明的OFDM接收机的框图；图2是简略表示OFDM信号的说明图；图3是用于产生同步脉冲的已有装置的框图；图4是简略表示在彼此相关输出上施加多路干扰的作用的说明图；图5是本发明的同步电路的框图；图6是形成同步电路的一部分的定时恢复电路的框图；图7是表示从相关输出导出的标准波形的一部分的说明图，该部分占据在其内部最可能产生同步脉冲的子间隔；图8是表示Ns、L1、L2的3个值的变化的图。
具体实施例方式
参考图1，OFDM接收机2配置接收信号、向把RF信号变换为IF信号的下变频器6发送所述信号的天线4。接着由IF基带变频器8将其变换为基带信号。该变频器在其输出中产生发送的各个OFDM符号的复合采样。这些复合采样由模数(A/D)转换器10数字化，经频率微调电路12送往快速傅立叶变换(FFT)电路14。FFT电路14把采样从时域变为频域，把输出的符号数据送往相位旋转器15、信道估算器和收集器16以及解码器17。
根据本发明的技术，为调整本机振荡器频率，促进实现不依赖于反馈或锁相环的正反馈系统。但是，其他结构中，希望配置前述的反馈，同步电路18可响应于例如来自模数(A/D)转换器10的复合采样和/或来自信道估算器和收集器16的信号。
复合采样送到符号同步电路20，该电路产生频率微调电路12的频率偏置信号和由快速傅立叶变换(FFT)电路14使用的同步脉冲。FFT电路14上必须有同步脉冲，以使得各变换动作与OFDM符号的开始位置一致。
上述的电路除相位旋转器15外都是已有技术公知的。本发明特别与符号同步电路20使用的新型的、发明的技术相关。
参考图2(a)，设定OFDM符号由以保护间隔G内的Ng个采样为首的表示信号的有效部分U内的Nu个采样的Nu+Ng个采样构成。保护间隔G内的Ng个采样(每一个符号都以阴影线表示)包括与符号的有效部分U的最后的Ng个采样相同的数据。
参考图3，在现有技术的同步电路中，来自IF基带变频器8的复合采样连续供给彼此相关器28的先入先出(FIFO)寄存器30。该寄存器由于包括Nu个部分，带来对应的Nu个采样延迟。寄存器30的输出被发送到将各个采样变换为其复数共轭的相关器28的复数共轭电路32。接着，用相关器28的乘法器34把各个复数共轭乘上来自模数(A/D)转换器10的没有延迟的采样(或把复数共轭电路32插入到乘法器34的另外路径中)。
保护间隔G内的延迟了的采样的复数共轭每乘上从符号的后续的有效部分U的终端导出的相等值的采样，相关器的输出就位于高电平。在其他时刻，相关器的输出使用随机值。图2(b)表示相关器的输出。实际上相加平均在更后的阶段进行，为更好理解，图2(b)表示多个符号相加平均后的最适输出。
相关器28的输出送到另外的FIFO寄存器36，该寄存器包括Ng个存储位置。积分器38接收FIFO寄存器36的输出而且直接接收相关器28的输出。积分器产生的效果是把各个新采样加到当前积分器输出上，并且从以前的Ng个采样接收的采样。这样，输出表示最新Ng个采样之和。输出如图2(c)所示。要注意的是该输出向各符号的终端方向逐渐增大，紧跟其后开始减少。峰值检测器(未图示)在积分器的输出每一达到峰值就产生定时信号(如，图2的定时t的时刻所示)。其被用作FFT14用的同步脉冲，并且其是适合于在各符号的终端出现，即FIFO寄存器36受理的最新Nu个采样由FFT14来使用的采样，还要留意在这种情况中出现。
FFT以信号的有效部分的Nu个采样动作。从图2中，可在符号的最后的Ng个采样内的任意时刻(即，也就是针对图2(b)的波形处于高电平的情况)供给同步信号t，而且，由于配备保护间隔G意味着前面的Nu个采样是来自相同信号的采样，ISI判断出回避。
图4表示多路干扰的作用之一的可能性。图4(a)和图4(b)表示不同时间接收的相同信号，图4(a)表示比在该情况中最初接收到的信号弱的信号。
图4(c)表示不存在图4(b)的信号时图3的相关器供给的输出，图4(d)表示不存在图4(a)的信号时图3的相关器供给的输出。两个信号都存在时，相关器产生图4(e)表示的输出。(此时图4(c)至图4(e)表示在多个符号上进行相加平均的相关器输出)。
图4(e)的波形有3个部分101、102和103。这些部分通过由一个或两个信号内的Nu的采样分离的值之间的有意相关集中表示相关器的输出处于高电平的间隔。要留意部分102把来自信号4(a)的符号的最后的Ng个采样作为与信号4(b)的符号的最后的Ng个采样同时出现的波形的唯一部分。因此，子间隔102是避免ISI同时可供给定时信号的唯一间隔。
但是，相关器的输出由图3的已有电路积分时，输出变为如图4(f)所示的输出。该输出的峰值在部分103的终端出现，意思是最迟在此位置。尤其，意味着FFT14仅处理来自图4(b)的信号的符号i的采样，附加处理来自图4(a)的信号的符号i+1的采样。
参考图5，本发明的实施例的同步电路20与图3的已有装置同样，配备由移位寄存器30、复数共轭电路32和乘法器34形成的相关器28。相关器28的输出送到加法平均器46，其可以是与图3的已有的装置相同的FIFO寄存器，但此时，部分数等于比Ng少得多的L1。FIFO46的输出送到符号加法平均器48，其对于对应于在来自FIFO46的各个采样之前的Ns个符号的采样进行相加。因此，符号相加平均器的输出等于以L1个采样和Ns个采样作加法平均的相关器的输出。图4所示的多路干扰情况下，输出因L1的加法平均而稍稍平滑，但与图4(e)所示的波形类似。
接着输出送到定时恢复电路50。这将同步信号供给FFT14。
由定时恢复电路50执行的功能由图6的框图简单表示。从信号加法平均器48输出的采样送到绝对值电路52。绝对值电路52计算各个采样的绝对值，即(x2+y2)1/2(其中x和y是采样的同相和指直角相位成分)这些由判定最大值的采样的峰值检测器54检查。窗口产生电路56响应于来自绝对值电路52的采样和由电路54检测的峰值判定作为小于等同于峰值的0.75倍的阈值的峰值两侧的最靠近采样。由此，窗口产生电路56检测出表示来自相关器的信号的最高相关度的nmin到nmax的采样范围。图7示出表示该周期中的来自符号加法平均器48的采样的标准波形。从nmin到nmax的周期产生的定时信号可能适用于避免ISI。
同步信号发生器58接着后述的初始化动作，对每一符号产生1次同步脉冲。
比较器60比较该定时信号产生的时间和窗口产生电路56判定的nmin到nmax的采样值范围。有很大差别时，变更在计数器电路62上存储的值。在计数器电路62上存储的几个值之一达到规定阈值时，把用于将同步信号的定时仅调整依赖于窗口产生电路56计算的范围nmin到nmax的量的信号送到信号发生器58。装置被构成为在采样nmin和nmax之间的大致中间处产生定时信号，但仅在有与当前定时信号连续的和/或相当大的误差时作调整。
该实施例中，比较器60如图7所示，为增大采样数目，把nmin到nmax的范围分割为4的象限，即q1，q2，q3和q4。比较器60判定同步脉冲的当前定时处于q1时，计数器62内的最初的“早”寄存器仅增加1。判断出定时信号处于q4时，第二的“迟”寄存器仅增加1。判断出定时处于q2或q3时，两个寄存器都仅减去1，但不低于0。任意时刻任意计数器达到4时，计数器电路62把信号发生器58产生的定时脉冲移动仅这样一个量，该量对应于在对下一个符号而言(或者为了后面说明的进一步处理有更多时间，例如是第二或第三个后续信号这样的规定的靠后的符号)最靠近的4个采样上平滑地附加的(nmax-nmin)/4。定时脉冲响应于达到4的值的是早计数器还是迟计数器来向顺行方向或逆行方向移动。
计数器电路62的其他寄存器对应于定时是否位于范围nmin到nmax之外来增加或降低。在连续4个周期上产生这种情况时，计数器电路62进行初始化动作。
再调谐到新的局时或接通电源后进行的该初始化动作的结果把信号发生器58设定成在nmin和nmax的中间位置处产生定时信号。初始化动作中还可包含变更滤波器特性，如后所述。
每次信号发生器58移动同步脉冲的定时，FFT14的输出产生载波的不同相位旋转。为促进该处理，定时恢复电路50的计数器电路62输出表示在同步脉冲上施加的变更量的信号，该信号由相位旋转器15接收。相位旋转器15包括搜索表，该表存储与由来自定时恢复电路50的信号表示的可能值对应的预先计算的相位旋转。因此，接收该信号时，从搜索表导出适当值，并且把FFT输出内的各个复合采样仅调整对应量。作为其替代方法，相位旋转器15可包括响应于来自定时恢复电路50的信号计算相位旋转的装置。相位的调整促进的理由是(a)定时恢复电路50产生表示同步脉冲的调整量的信号、
(b)如前所述，定时恢复电路构成为以较小频度进行调整、(c)平滑附加同步脉冲的调整量，由此减少可能施加在同步脉冲的定时上的不同的调整的数目、(d)定时恢复电路可预先指定受同步脉冲的定时变化影响的最初的符号、(e)由于仅在定时恢复电路50检出同样性质的连续定时误差后进行定时的调整，希望事前，例如在判定仅有1个或2个符号有定时误差时进行适当的相位旋转确定，可有更多的时间用于动作、(f)施加的变更事先计算并存储在搜索表中。
再参考图5，FIFO寄存器46的输出还被送到具有作为对L2个连续采样组相加的滑动窗口加法平均器的功能的其他FIFO寄存器64。把抽样率除以F1，相加L2个最新的采样。最好L1XL2实际等于Ng。这2个加法平均器46和64的组合在功能上等同于图3的现有技术的电路的已有相加平均器36。加法平均器64的输出送到峰值搜索电路66，该电路检测大小最大的采样，并且导出该采样的角度，其得出微小的频率偏移的推算值。接着，表示该频率偏移的信号被送到由接收的采样相位旋转修正频率的频率修正电路12。
该实施例中，L2加法平均器66对符号内的连续值相加平均，或(延迟正确得到微小频率推算值)在连续的符号内的对应值上进行相加平均。
接收机被功率放大或调谐到新的局时，希望尽可能快速地锁住新的信号。该处理最好从最初接收的符号开始。此时，Ns的值，即符号相加平均器48考虑的符号数以1开始，从而由于避免了过分长期考虑信号在其间变化的间隔，使得不容许把所述值提高到比较小的数(例如8)以上，每个新接收的符号上则会增加。
由于Ns从极小的值开始，而后增大，所以希望初始阶段中变化L1和L2的值。L1最好是从比较大的值开始(当然最好比Ng小得多)，其原因是，如不这样的话，Ns值小时，L1加法平均器的输出容易变得过分地不规则。例如把L1设定为64，另一方面，使Ns等于1时，对于第一符号的同步信号而言，得到良好的第一定时推算值。把L1最初设定在比较大的值时，最好把L2设定成小的值，以作出补偿。
图8的表表示这些值是如何变化的例子。
第9和以后的符号的值保留在第8个符号的值。
可理解本发明不仅在关于图4说明的简单多路干扰中有效，在信号经2个以上的路径被接收的其他状态下也是有效的。这种环境下，图4(e)的波形变成更复杂的梯形波。但是在延迟的展开为有重复全部的保护间隔周期的情况下，可使用本发明的技术来判定对应于应产生同步信号的窗口。
参考了处于符号的始端的存在保护间隔的重复的周期，如上述实施例的情况所示，要注意这未必是适合产生同步信号的时间。上述实施例中，有以重复数据的重叠度对应于应发出信号的周期。适当间隔的选择受多个因素影响，如是否应把保护间隔看作信号的始端或终端、和(如上述实施例那样)是否使用用于规定符号周期的终端而非始端的定时信号。更应注意的一点是上述的说明是不考虑例如FIFO加法平均器46产生的延迟的。在上述实施例中，实际上，由于考虑该延迟，最好进行与-(L1)/2的采样对应的修正。
上述实施例中，通过用其他采样的复数共轭乘以1个采样使间隔开仅Nu的采样周期的间隔的采样相关。其他结构也可以。例如，如在对方所有的英国专利BPA9920446.3号(英国代理人案号J00041703GB)所记载那样，相关器通过取出由Nu个采样周期分离的采样的绝对值的差来运作。
为规定进行快速傅立叶变换的采样的窗口，至此以使用同步脉冲的OFDM接收机结构说明了本发明。但是，本发明在必须有表示符号的边界的同步脉冲的其他环境中使用。例如，这样的脉冲在不进行完全FFT解调的转发器中是有效的。
这里所记载的功能部件可用专用的硬件或软件之一实施。
如上所述，由于与本发明有关的同步脉冲产生方法是一种产生表示包含由保护间隔分离的有效符号周期的OFDM信号的符号边界的同步脉冲的方法，包括步骤把各个保护间隔内的数据与各个有效周期内的数据的一部分对应，提供表示由对应于符号有效部分的周期分离接收信号的采样之间相关度的信号，由此，信号在各个符号中提供表示确认为有意的相关的间隔的输出，而且还包括判定其中出现最大相关度的子间隔以在该子间隔内供给同步脉冲的步骤，所以避免符号间干扰(ISI)的同时实现包含收集时间的处理时间的缩短和处理功率的降低。
权利要求
1.一种产生表示包含由保护间隔分离的有效符号周期的OFDM信号的符号边界的同步脉冲的方法，其中各个保护间隔内的数据与各个有效周期内的数据的一部分对应，所述方法包括步骤响应于当前的定时计算的误差超出预定阈值而调整同步脉冲的定时。
2.一种产生表示包含由保护间隔分离的有效符号周期的OFDM信号的符号边界的的同步脉冲的方法，其中各个保护间隔内的数据与各个有效周期内的数据的一部分对应，所述方法包括步骤响应于在预定数目的符号周期上判定有当前的定时有误差而调整同步脉冲的定时，其中，所述预定数目的符号周期为1以上。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于响应于当前的定时在所述规定数目的符号周期上具有超出预定阈值的误差而调整同步脉冲的定时。
4.一种产生表示包含由保护间隔分离的有效符号周期的OFDM信号的符号边界的同步脉冲的方法，其中各个保护间隔内的数据与各个有效周期内的数据的一部分对应，所述方法包括步骤把同步脉冲的定时调整对应于多个采样周期的预定量。
5.根据权利要求1到3之一的方法，其特征在于同步脉冲的定时被调整对应于多个采样周期的预定量。
6.一种OFDM信号接收方法，其特征在于包括步骤使用前述任何一项权利要求的方法来产生同步脉冲，并且使用所述同步脉冲以便把快速傅立叶变换应用于从OFDM信号导出的复合采样。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于还包括步骤在同步脉冲的定时变化时，提供表示变化程度的信号，向变换了的采样施加由该信号确定的相位旋转。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于由根据表示同步脉冲的定时的变化程度的信号寻址的搜索表中的值来确定相位旋转。
9.一种同步脉冲发生装置，其特征在于根据权利要求1到5之一的方法来运作。
10.一种OFDM接收机，其特征在于根据权利要求6到8之一的方法来运作。
全文摘要
一种OFDM接收机，通过检查相关器的输出产生规定快速傅立叶变换窗口的同步脉冲，以找到根据符号的有效部分的长度分离的符号的采样之间的最相关的子间隔。同步脉冲在该子间隔(102)之间产生。仅在当前误差为有意且连续的误差的情况下，进行同步脉冲的定时调整。表示调整量的信号用于确定施加在FFT电路的输出上的相位旋转。
文档编号H04J11/00GK1694446SQ20051007851
公开日2005年11月9日 申请日期2000年8月24日 优先权日1999年8月27日
发明者S·K·巴尔顿, S·M·布伦特, J·伊查瓦里, J·奥里斯 申请人:三菱电机株式会社