专利名称：分组无线通信系统同步方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字通信技术，更具体地是指分组无线通信系统的同步方法及其装置，它采用导频同步信号来实现同步的方法及装置，适用于各种分组无线通信系统，能提高系统的整体性能。
背景技术：
分组无线通信系统最早始于上世纪的70年代，在ALOHA系统中利用无线媒体传送数据。近些年来，计算机通信以及互联网技术，无线通信技术有了飞速发展和广泛应用；而这种横跨计算机通信和无线通信两大领域的分组无线通信技术是现今数字通信领域一种非常重要的技术，也被认为是未来的发展方向。其典型应用有无线局域网(IEEE 802.11系列标准，ETSI Hiperlan2标准)，宽带无线接入(IEEE 802.16)等等。
在分组无线通信系统中，当有用户数据(一个分组)到来时，系统才转入数据的接收和处理过程。这就是所谓的突发(Burst)通信。所以，系统通常处于突发检测(Busrt Detection)状态中。并且，一旦检测到突发需要接受数据时，系统必须立即取得同步，以保证数据接收的进行。
另外，无线电传播过程中总会遇到各种障碍物，从而形成多径传播，接收到的信号是由不同传播时延和强度的多条路径信号而合成的信号。当数据速率高，符号周期短时，多径传播严重时会产生码间干扰。这时，一般采用强壮性调制技术(如正交频分复用，OFDM)、分集接收、信道均衡等方法来对抗码间干扰。精确地估计信道的多径效应，才能保证系统的抗多径措施能有效地发挥。
分组无线通信系统中，通常在每个突发前面加上一段导频信号(Preamble)，用作同步信号。在接收端，采用匹配滤波器则可以检测到时间同步。然而，由于噪声的影响，同步检测会出现下列两种误检测，1)虚警在没有信号的时刻检测出同步信号；2)漏检在有信号的时刻没有检测出同步信号。同时，由于自动增益控制还没有完全锁定或自动增益控制的误差，使得接收信号电平不稳定。这会影响到同步检测性能。
另外，如何准确地估计多径信号的功率和时延，输出到符号解调部更好地解调信号也是一个待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种快速同步方法，并且在多径信道下能准确地估计出多径响应；以及其实现装置。
本方法在不大量增加系统负担的情况下，能提高系统的整体性能。
为实现上述目的，本发明首先将基带信号进行模数转换，并输入到匹配滤波器。此匹配滤波器还利用一些简单的计算得到一个参考信号，作为峰值检测的比较门限，以提高检测性能。
被检测出的峰值信号，送入到多径响应生成器，得到高精度的多径响应。根据符号解调器的需要，输出相应的信道信息，例如，正交频分复用解调的最佳同步时间，以保证符号解调器的性能。
本发明的详细内容如下所述。
首先，接收天线接收到的信号经过射频处理后，转换成基带信号。基带信号通过模数转换器，将接收到的模拟信号转换为数字信号，以实现数字信号处理。
基带数字信号被送入到匹配滤波器。此匹配滤波器包括两部分处理。1)峰值匹配滤波将(已知的)发送导频符号作为本地符号，对输入信号进行匹配滤波。当输入信号的相位与本地符号的相位一致时，匹配滤波器的输出得到峰值；否则，输出信号为噪声。2)参考信号形成预先求解(或搜索)出与导频符号准正交的符号，作为本地符号进行匹配滤波，输出信号则为参考信号。按照本发明，以最大互相关的最小化为准则，求解(或搜索)参考信号滤波的本地符号。
参考信号进行适当的增益调整，作为峰值检测的比较门限。当峰值匹配滤波的输出超过这个门限时，则认为同步时刻到来，其峰值是信道响应的强度。由于多径信道的作用，可能会检测到多个同步时刻和多个峰值，即所谓多径信道响应。
被检测出的同步时刻去控制信道响应生成器。在随后到来的多个重复导频符号期间，检测出的峰值进行符号间的平均，以去除各种噪声和干扰的影响，得到高精度的信道响应估计。另外，符号间平均的途中，峰值平均信号也被送入同步验证，以尽早确认同步的真实性。
估计出的多径信道响应输出到一个最佳同步时间生成器，为符号解调找出最佳的同步时间。
本发明在传统匹配滤波器同步电路的基础上，加上一个简单的参考信号电路，得到峰值检测的比较门限，可提高同步检测性能，特别是在自动增益控制还没有完全进入锁定状态或自动增益控制的误差较大的情况下。
按照本发明，在整个导频信号区间(重复的多个导频符号)，进行足够的峰值平均，得到精确的多径信道响应。根据这些信息，提取出符号解调器所需的参数(例如，正交频分复用的FFT区间)，提高符号解调的性能。
四
附图1是实施形态中所涉及到的OFDM接收系统框图附图2是同步模块结构示意图附图3是符号解调最佳同步时间(正交频分复用FFT开始时间)五具体实施例方式以下参考附图，以无线局域网IEEE 802.11a系统为实施例，对本发明进行进一步描述。
图1是本发明用于IEEE 802.11a标准OFDM接收系统的框图。
参考附图1从天线将收到的信号经过射频处理后，通过模数转换模块将模拟信号转换出数字信号。接下来是时间同步检测。首先，接收信号送入匹配滤波器来形成相关峰值，并进一步与由参考信号得到的门限相比较，检测出峰值。然后利用检测出的同步时间和峰值送入信道响应生成器进行符号间平均，产生精确的多径信道响应。当整个导频信号完了时，最佳同步时间生成器根据多径信道响应生成器产生的多径信道响应，得到一个最佳的同步时间，供给符号解调器。
另一方面，模数转换后的数字信号进入符号解调器，进行正交频分复用解调(FFT变换)、信道均衡和BPSK/QSPK/QAM解调。最后送入信道解码，得到用户数据。
参考附图2从模数转换模块来的信号送入匹配滤波器。有已知的导频符号C0，C1，…，CM-1(其周期为M)作为本地符号，对输入信号进行匹配滤波。当发送信号与本地信号的相位一致时，匹配滤波器输出峰值。
同时，预先求解(或搜索)出与导频符号准正交的符号Cr0，Cr1，…，CrM-1，作为本地符号进行匹配滤波，输出信号作为参考信号。准正交符号与导频符号在任何相位的互相关值，都会影响到检测性能。本发明中，准正交符号与导频符号互相关函数最大值最小化作为选择的准正交的符号Cr0，Cr1，…，CrM-1的标准。这里，准正交符号采用二进制符号，采用搜索的方法，就可得到最优的二进制符号，使检测性能得到优化。准正交符号采用二进制符号的另一个优点是简化了电路的实现。这样不需要大量的乘法器，只需一个多输入的加/减法器，便可以得到参考信号。参考信号乘以一个适当的系数K，作为比较门限送入峰值检测。高于门限的时刻，就是同步深刻。由于参考信号很好地跟踪了接收信号电平的变化，即使在接收信号电平不定时，峰值检测器也能保证稳定的检测性能。
根据时间同步信号，峰值选择模块让峰值信号进入多径响应生成器。在多径响应生成器，多个峰值信号放入各个存储单元。随着多个重复导频符号的进入，峰值信号进行符号间的累加(符号间的平均)，直至导频信号信号完了。
符号平均后的峰值信号，在每次平均后送入同步验证电路。如果没有任何一个峰值信号大于比较门限，则表明这次检测是虚警，同步系统需要回到初始状态，重新进行峰值检测。这样可以尽快地解除虚警，减少系统因同步电路的误检测而导致丢失分组数据的概率。
IEEE 802.11a标准的正交频分复用(OFDM)系统中，在每个4微秒的OFDM符号的前头，加入了0.8微秒的保护间隔(Guard IntervalGI)，以消除由于多径信道带来的符号间干扰(Inter Symbol InterferenceISI)和载波间干扰(Inter Carrier InterferenceICI)。有关这方面的详细叙述可参见“OFDM for Wireless Multimedia Communications”，Richard VanNee and Ramjee Prasad，Artech House 2000。
确定一个最佳的FFT间隔(即最佳的FFT同步时刻)，才能最大限度地消除ISI和ICI。参考附图3本发明的最佳同步时间的计算如图3所示。首先，判断多径响应间的最大迟延是否大于(保护间隔Tg-余量Δ)。
1)肯定情况下累计(Tg-Δ)间隔的多径信号功率；由于最大时延大于(Tg-Δ)，则必定有多个相互有重叠的累计间隔。从这些间隔中，选择出累计功率最大的一个间隔。最后，最佳同步时间(FFT的同步时刻)为，选择出的累计间隔的起始时间+Tg-Δ/2；2)否定的情况下多径信号的最早起始时间+Tg-Δ/2。
权利要求
1.一种分组无线通信系统的同步方法及其装置，包括射频处理器、A/D转换器、解调器，其特征在于接收天线收到信号经射频处理后，转换成基带信号，基带信号通过A/D转换器，转换成数字信号，并输入到匹配滤波器、经简单计算得到一个参考信号，作为峰值检测的比较门限，被检测到的峰值信号，送到多径响应生成器，得到高精度的多径响应同步时间，然后送到符号解调器，与A/D转换器的数字信号进行正交频分复用解调，最后进入信号解码，得到用户数据。
2.根据权利要求1所述的一种分组无线通信系统的同步方法及其装置，其特征在于所述的参考信号预先求解(或搜索)出与导频符号准正交的符号Cr0，Cr1，…，CrM-1，作为本地符号进行匹配滤波，输出信号作为参考信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种分组无线通信系统的同步方法及其装置，其特征在于所述的参考信号是在一个周期内的匹配滤波器的所有输出中，去除最大的L个相关值，并对余下的相关值进行平均而得到参考信号。
4.根据权利要求1所述的一种分组无线通信系统的同步方法及其装置，其特征在于所述的多径响应生成器是利用导频信号中重复的导频符号，对信道多径响应进行符号间的平均，精确地估计多径响应。
5.根据权利要求1或4所述的一种分组无线通信系统的同步方法及其装置，其特征在于所述的多径响应，在每次多径响应符号平均后，利用平均后的峰值，进行同步验证，以尽早地发现虚警。
6.根据权利要求1所述的一种分组无线通信系统的同步方法及其装置，其特征在于所述的高精度地多径响应同步时间，首先判断多径响应间的最大迟延是否大于(保护间隔Tg-余量Δ)1)肯定情况下累计(Tg-Δ)间隔的多径信号功率；由于最大时延大于(Tg-Δ)，则必定有多个相互有重叠的累计间隔。从这些间隔中，选择出累计功率最大的一个间隔。最后，最佳同步时间(FFT的同步时刻)为，选择出的累计间隔的起始时间+Tg-Δ/2；2)否定的情况下多径信号的最早起始时间+Tg-Δ/2。
全文摘要
本发明涉及一种数字通信技术，更具体地是指分组无线通信系统的同步方法及其装置，它是基于接收天线收到信号经射频处理后，转换成基带信号，基带信号通过A/D转换器，转换成数字信号，并输入到匹配滤波器、经简单计算得到一个参考信号，作为峰值检测的比较门限，被检测到的峰值信号，送到多径响应生成器，得到高精度的多径响应同步时间，然后送到符号解调器，与A/D转换器的数字信号进行正交频分复用解调，最后进入信号解码，得到用户数据。适用于各种分组无线通信系统，能提高系统的整体性能。
文档编号H04B17/00GK1540910SQ0311661
公开日2004年10月27日 申请日期2003年4月24日 优先权日2003年4月24日
发明者龙必起 申请人:上海明波通信技术有限公司