专利名称：无线电通信系统中的强健模式检测方法
技术领域：
本发明涉及一种无线电通信系统中的强健模式检测方法，所述无线电通信系统特别是DRM系统。根据本发明的方法，减小了强健模式检测的计算复杂度，并且具有更好的估计性能。
背景技术：
DRM(世界数字无线电广播，Digital Radio Mondiale)是一种新型的数字无线广播系统，它是短波、中波以及长波调幅广播频段的唯一的通用型非专利数字无线电广播系统。在同样的覆盖范围条件下，DRM发射机功率比传统的模拟发射机功率低6-9dB，数字广播比模拟广播的同邻频保护率低，抗多径干扰能力强，便于移动接收；音质可以达到CD或调频立体声的质量；能够提供附加数据和多媒体信息；与DAB相比，它的接收机价格更容易被广大听众所接受。它的出现是30MHz以下频段广播复兴的标志，而且目前已经成为国际标准。
DRM系统采用了正交频分复用(OFDM)技术。OFDM可以看作是一种特殊的多载波技术。与单载波系统相比，多载波系统的同步更为复杂。与其它的多载波系统相比，DRM系统的短波信道传输环境则更为恶劣，表现在更大的时延扩展、更强的时延信号功率、更大的相对多普勒扩展和存在多普勒频移等。因此，DRM系统的同步算法设计将更为复杂和具有挑战性。
在DRM接收机中，同步可以被划分为五个任务，即强健模式检测、符号定时同步、载波频率同步、采样钟同步和帧定时同步，如图1所示。本说明书将专注于DRM系统的强健模式检测技术。
DRM系统同步的第一个任务就是要检测当前发射信号配置的强健模式方式。DRM系统具有四种强健模式方式，即模式A、B、C和D。表1列出了这四种强健模式方式的典型用途。
表1强健模式的典型用途
对应于不同的强健模式，定义了不同的OFDM参数集，如表2所示。
表2OFDM信号参数
在表2中，Ts表示OFDM符号的持续时间，Tg表示保护间隔的持续时间，Tu表示OFDM符号有用部分的持续时间，T表示基本的时间周期，等于83(1/3)μs。如果以T，作为时间单位，则对应于四种模式A、B、C和D，其保护间隔的长度依次等于32、64、64和88。同理，有用部分的长度依次等于288、256、176和112。基于上述参数，可以确定IFFT和FFT的长度。通常IFFT和FFT的长度是有用部分长度的整数倍，而4倍是一个常用的参数。在这种条件下，IFF和FFT的长度依次等于288×4＝1152、256×4＝1024、176×4＝704和112×4＝448。
从表2和上面的讨论可知，每种强健模式都具有不同的OFDM参数值。基于这个关键的观察，参考文献(A.F.Kurpiers，V.Fischer.Open-Source Implementation of a Digital Radio Mondiale(DRM)Receiver，9th International IEE Conference on HF Radio Systemsand Techniques，Bath，United Kingdom，June 2003，86-90)提出了一种强健模式检测方法。在下面的内容中，我们将首先介绍文献[2]的强健模式检测方法及其存在的问题。然后针对传统方法存在的问题，我们提出了一种本发明的强健模式检测方法。
无论是传统的还是本发明的强健模式检测方法都是基于保护间隔相关的思想，并都利用保护间隔的所有信息。一个关键的观察是在相关结果中存在着明显的周期性出现的峰，峰的距离等于一个OFDM符号长度，如图2所示。
因为我们不知道当前DRM发射信号使用的强健模式，因此我们需要四个支路同时进行相关运算，这四个支路的参数分别对应于DRM的四种强健模式。我们需要在四路相关结果中，同时寻找周期性出现的峰。如果发现在某一支路存在这种周期性出现的峰，且峰之间的距离等于一个OFDM符号长度，则这个支路对应的强健模式即被认为是当前发射信号使用的强健模式。
总之，无论是传统的还是本发明的强健模式检测方法都利用了这样一个关键的观察如果设置的OFDM参数和发射信号的参数一致，则在其相关结果中一定存在周期性出现的峰。他们之间主要的区别是他们分别采用了不同的方法去判断在相关结果中是否存在周期性的峰。为此，他们定义了不同的相关函数和代价函数，并使用不同的检测准则。
传统强健模式检测方法的相关函数定义为λ(θ)＝|γ(θ)|-ρΦ(θ) (1)其中，
ρ＝1 (2)γ(θ)Σk=θθ+Ng-1r(k)·r*(k-Nu)---(3)]]>Φ(θ)=12Σk=θk+Ng-1|r(k)|2+|r(k-Nu)|2---(4)]]>传统强健模式检测方法的代价函数定义为C(θ)Σθθ+LRMD-1λ(θ)cos(2πNsθ)---(5)]]>LRMD＝NRMDNs(6)其中r(k)表示采样信号，k表示样本序号。Nu表示OFDM符号有用部分的长度。Ng表示OFDM符号保护间隔的长度。Ns表示OFDM符号的整个长度，Ns＝Ng+Nu。这些参数的值如表3所示。NRMD表示参加强健模式检测的OFDM符号数。例如，NRMD可以设置为5。
表3不同模式下OFDM参数设置
图3显示了代价函数式(5)的计算结果，真实模式为B。从图3可以看出，尝试模式为B的代价函数值最大，因为它即等于发射信号配置的模式。其它尝试模式的代价函数值很小，因为它们不等于当前发射信号配置的模式。因此，传统强健模式检测方法的检测准则是最大的代价函数所对应的强健模式即为发射信号配置的模式。
如上所述，为了检测周期性的相关峰，传统方法对相关结果乘以了一个余弦函数，如式(5)所示。因为余弦运算是一个耗时和复杂的处理，不容易被硬件实现，所以计算量大是传统强健模式检测方法的一个主要缺点。为此，我们提出了一种本发明的强健模式检测方法去克服这个缺点。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷提出了本发明，因此，本发明的目的是提出一种无线电通信系统中的强健模式检测方法，所述无线电通信系统特别是DRM系统。根据本发明的方法，减小了强健模式检测的计算复杂度，并且具有更好的估计性能。
为了实现上述目的，根据本发明，提出了一种无线电通信系统中的强健模式检测方法，所述方法包括步骤分别设置针对多种强健模式中的任一个模式的相关参数；利用所述多种强健模式中的任一个模式的相关参数，获取对输入的信号采样数据的相关函数的计算结果以获得相关图案；确定相关图案中的相关峰是否为周期性的，如果相关图案中的相关峰为周期性的，则确定所述多种强健模式中的任一个模式为当前检测到的强健模式。
优选地，所述无线电通信系统为世界数字无线电广播系统。
优选地，所述多种强健模式为符合世界数字无线电广播标准的四种强健模式。
优选地，所述相关参数为各强健模式下的OFDM相关参数值。
优选地，所述强健模式检测方法基于保护间隔信息。
优选地，所述相关函数包括两个输入信号项，一个输入信号项表示当前输入的采样信号，另一路输入信号项表示延迟的输入信号，延迟大小等于符号有用部分的长度。
优选地，确定相关图案中的相关峰是否为周期性的步骤包括以下子步骤计算两个相关峰之间的距离的相对误差；确定预定数量的连续误差是否均小于一预定阈值；如果是，则确定相关图案中的相关峰为周期性的。
优选地，将所述子步骤重复执行两次以确保确定结果的可靠性。
优选地，所述两个相关峰之间的距离的相对误差等于两个相关峰之间的实际距离与理论距离之间的误差，再与理论距离之间的比值。
优选地，所述的两个相关峰是两个连续峰或间隔若干个符号的两个相关峰。
通过参考以下结合附图对所采用的优选实施例的详细描述，本发明的上述目的、优点和特征将变得显而易见，其中图1是示出了DRM同步任务的示意图；图2是示出了基于保护间隔的相关结果的曲线图；图3是示出了传统强健模式检测方法的代价函数的曲线图；图4a是示出了相关函数式(7)的相关结果(尝试模式为A)的曲线图；图4b是示出了相关函数式(7)的相关结果(尝试模式为B)的曲线图；图4c是示出了相关函数式(7)的相关结果(尝试模式为C)的曲线图；图4d是示出了相关函数式(7)的相关结果(尝试模式为D)的曲线图；图5是示出了根据本发明的检测准则的流程图；图6是示出了根据本发明的检测器的原理方框图；图7是示出了根据本发明的强健模式检测方法的流程图；以及图8是示出了本发明的强健模式检测方法和传统的检测方法的性能比较的曲线图。
具体实施例方式
为了克服传统强健模式检测方法运算量大，不易被硬件实现的缺点，本说明书提出了一种本发明的强健模式检测方法，它不需要余弦运算，因此计算复杂度大大减小。
本发明的强健模式检测方法的主要特点是采用了一种本发明的模式检测准则。与传统的强健模式检测方法相比，本发明的检测方法采用了不同的相关和代价函数。最主要的区别是它采用了本发明的检测准则。
本发明的强健模式检测方法的相关函数定义为λ(θ)＝|γ(θ)|2-ρΦ2(θ)(7)这里，在高信噪比(SNR)情况下，参数ρ设置等于1。γ(θ)和Φ(θ)分别由式(3)和(4)给出。本发明的强健模式检测方法没有专门的代价函数，这一点和传统方法是不同的。当然，需要注意的是，本发明的相关函数并不局限于此，其可以是各种无线电通信系统中所采用的其他相关函数。
为了进行强健模式检测，需要同时进行四路相关运算。每一路OFDM参数对应一种强健模式。如果某一路的OFDM参数和发射信号的一致，则在其相关结果中会出现周期性的峰。如果某一路的OFDM参数和发射信号的不一致，则在其相关结果中就不会出现周期性的峰。图4a、4b、4c和4d是一个例子，仿真参数为模式B、信道3和10KHz带宽。SNR为20dB。从图4b可以看出，当尝试模式等于真实模式B时，其相关结果将出现周期性的峰，如图4a、4c和4d所示；当尝试模式不等于真实模式B时，相关信号波形无规律可寻。
为了检测相关结果中是否存在周期性的峰，我们提出了一种本发明的检测准则。在讨论本发明的检测准则之前，我们首先给出一个重要的定义两个连续相关峰之间距离的相对误差εr＝|d-Ns|/Ns(8)这里，εr表示相对误差。d表示两个连续峰之间的实际距离。Ns表示OFDM符号的长度，包括有用部分和保护间隔。对应于不同的强健模式，Ns的值如表3所示。符号|·|表示绝对值运算。峰的定义为在一个OFDM符号长度Ns内，相关函数式(7)最大值所对应的位置即为峰的位置。在理想的传输情况下，如果OFDM参数设置和发射信号的模式一致，则其相关结果中任意两个连续峰之间的距离就等于OFDM符号的长度Ns。如果OFDM参数设置和发射信号的模式不一致，则找到的峰实际上没有任何意义，其之间的距离无规律可寻。
基于上面的讨论，我们提出了一种本发明的检测准则，去检测相关结果中是否存在周期性的峰。这个本发明的准则如图5所示。
如图5所示，计算两个相关峰之间的距离的相对误差(步骤501)；确定预定数量(N个，可以任意设定)的连续误差是否均小于一预定阈值th(503)；如果是，则发现相关图案中的相关峰为周期性的(步骤505)，由此完成了模式检测的发现阶段。此时可以确定相关图案中的相关峰为周期性的。
需要注意的是，所述的两个相关峰是两个连续峰或间隔若干个符号的两个相关峰。
但是，为了确保确定的可靠性，还可以执行步骤507、509和511(类似于步骤501、503和505)，也就是，完成了与模式检测的发现阶段类似的模式检测的确认阶段，从而保证了周期性判定的可靠性。
通过仿真，图5中的门限值可以设置为0.05，N可以设置为5。
图6是示出了根据本发明的检测器的原理方框图。这是上式(7)的相关函数的具体实现。
根据本发明的强健模式检测方法的流程图如图7所示。
如图7所示，在模式检测开始之后(步骤701)，分别设置针对多种强健模式中的任一个模式的相关参数。例如，假定模式为A，设置相关OFDM参数(步骤703)。然后，从缓冲器中读取信号采样数据作为输入(步骤705)。之后，利用模式A的相关OFDM参数，获取对输入的信号采样数据的相关函数的计算结果以获得相关图案(步骤707)。于是，在相关图案内找到每一个符号长度内的峰值(步骤709)。在此基础上，确定相关图案中的相关峰是否为周期性的(步骤711)，如果相关图案中的相关峰为周期性的，则确定模式A为当前检测到的强健模式。否则，则模式A并非当前检测到的强健模式。
如图7所示，分别对其他三种强健模式(即模式B、C和D)进行与上述模式A的检测相类似的检测，其过程与步骤703到711类似，在此不再赘述。由此，分别对四种强健模式进行检测，直到找到与当前模式相匹配的强健模式为止。此时，模式检测成功，输出检测到的结果(四种强健模式之一)(步骤713)。
需要说明的是，检测相关图案中的相关峰是否为周期性的过程可以采用图5所示的过程。
通过计算机仿真评估了传统的和本发明的强健模式检测方法的性能。DRM系统有六种信道模型。这里，选择两种典型的信道信道3和5。仿真参数模式B、10KHz带宽、载波频率偏移2.45F(F为子载波间隔)、采样钟频率偏移50ppm、基带信号样点速率48KHz。选择检测错误概率作为性能比较和衡量的标准。检测错误概率定义为检测结果不等于真实发射模式的概率。
其仿真结果如图8所示。从图8可以看出，与传统的强健模式检测方法相比，本发明的强健模式检测方法具有更低的检测错误概率。本说明书提出了一种本发明的适合于DRM系统的强健模式检测方法。对于传统的和本发明的强健模式检测方法(1)它们的共同点是都是基于保护间隔相关的思想，并使用了整个保护间隔信息。
(2)关键的观察是如果尝试模式等于真实的发射模式，则其相关结果中会存在周期性的峰，且峰峰之间的距离等于一个OFDM符号的长度。
(3)主要的差别是它们分别采用了不同的检测方法去判断相关结果中是否存在周期性的峰。为此，它们定义了不同的相关函数和代价函数，并使用了不同的检测准则。
与传统的强健模式检测方法相比，本发明的强健模式检测方法的优点是(1)更小的计算复杂度如前面所述，为了检测周期性的相关峰，传统的方法对相关函数进行了一个余弦运算，如式(5)所示。而从硬件实现的角度，余弦运算是个耗时且复杂的过程。为此，本说明书提出了一种本发明的强健模式检测方法，它不需要余弦运算，因此计算复杂度大大减小。
(2)更好的估计性能如图8仿真结果所示，本发明的强健模式检测方法比传统的方法具有更低的错误检测概率，因此前者检测性能要优于后者。
尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。
权利要求
1.一种无线电通信系统中的强健模式检测方法，所述方法包括步骤分别设置针对多种强健模式中的任一个模式的相关参数；利用所述多种强健模式中的任一个模式的相关参数，获取对输入的信号采样数据的相关函数的计算结果以获得相关图案；确定相关图案中的相关峰是否为周期性的，如果相关图案中的相关峰为周期性的，则确定所述多种强健模式中的任一个模式为当前检测到的强健模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述无线电通信系统为世界数字无线电广播系统。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述多种强健模式为符合世界数字无线电广播标准的四种强健模式。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述相关参数为各强健模式下的OFDM相关参数值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述强健模式检测方法基于保护间隔信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述相关函数包括两个输入信号项，一个输入信号项表示当前输入的采样信号，另一路输入信号项表示延迟的输入信号，延迟大小等于符号有用部分的长度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于确定相关图案中的相关峰是否为周期性的步骤包括以下子步骤计算两个相关峰之间的距离的相对误差；确定预定数量的连续误差是否均小于一预定阈值；如果是，则确定相关图案中的相关峰为周期性的。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于将所述子步骤重复执行两次以确保确定结果的可靠性。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述两个相关峰之间的距离的相对误差等于两个相关峰之间的实际距离与理论距离之间的误差，再与理论距离之间的比值。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的两个相关峰是两个连续峰或间隔若干个符号的两个相关峰。
全文摘要
根据本发明，提出了一种无线电通信系统中的强健模式检测方法，所述方法包括步骤分别设置针对多种强健模式中的任一个模式的相关参数；利用所述多种强健模式中的任一个模式的相关参数，获取对输入的信号采样数据的相关函数的计算结果以获得相关图案；确定相关图案中的相关峰是否为周期性的，如果相关图案中的相关峰为周期性的，则确定所述多种强健模式中的任一个模式为当前检测到的强健模式。
文档编号H04L27/26GK1992698SQ20051013557
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月29日 优先权日2005年12月29日
发明者陈晨, 魏立军, 朴范镇 申请人:北京三星通信技术研究有限公司, 三星电子株式会社