在一个数字系统中用于发射机和接收机同步的方法和设备的制作方法

专利名称：在一个数字系统中用于发射机和接收机同步的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和装置用于在一个OFDM(正交频分复用)系统中使接收机与发射机同步，特别是在一个OFDM系统中，其中，数据复用到大量的帧中，它们又依次复用成一个超帧(super-frame)。
在一个本发明所涉及的类型的OFDM系统中，在每一个超帧开始的一个或多个帧为同步帧。这样的系统可用于无线电或电视的传送，以数字无线电传送方式的节目的传送。这样系统的例子是DAB(数字声音广播)标准所涉及的。
在OFDM系统中，数据调制到包含大量独立载频的宽带信号上，这些载频形成一个频分复用。单独频率信道的带宽小而且经安排以便使一个信道的功率谱，Sinc(X)[Sinc(x)＝Sin(X)/X]的最大值与相邻信道功率谱Sinc(X)的第一最小值相一致。换句话说，对矩形符号，信道间隔等于1/(信号长度)。因此相邻信道称为“正交”。OFDM系统通常使用FFT(快速付立叶变换)处理以从传送的信号中解调出数据信号。卷积误差编码和FFT可以在调制器(发射机)级使用。在接收机中，在解调器级，互余FFT处理与维持比解码相结合。这保证了总的误码率低。这一OFDM的特殊变化是已知的COFDM(编码的正交频分复用)。近年来COFDM系统已开发出各种各样的广播应用，例如数字声音广播和高清晰度电视。为了方便，在本说明书中，术语OFDM用于指OFDM和COFDM两者。
已知的先前的技术简要讨论如下欧洲专利EP448,493披露了一个用于数字地传送编码的电视信号的系统。传送到移动用户的可视信息分成两个部分，一部分用于普通电视图象的建立，另一部分用于与所提到的第一部分共同建立一个更大的图象。
欧洲专利EP441,732披露一个用于数字无线电信号的接收机。接收机使用一个加窗方法来减小在多通道传播时产生的符号间干扰。为了减少在接收时载波正交损失的影响，接收机配置了一个时间窗口模块来用于从接收的信号中提取有用的样本。
美国专利US5228025披露了一种用于通过无线电进行数据的数字传送的方法，特别是针对移动接收机。这一方法包括以至少一个频率的形式的同步序列的传送，这一频率在接收机中以已知的方式变化。在接收机中，同步序列用于调谐本机振荡器。同步序列包括至少三个参考序列且两个序列之间的频率差别为常量。
在文章“用于移动数据通信的OFDM/FM帧同步”(OFDM/FM FrameSynchronisation for Mobile Data Communication)中，William D Warner etal.，IEEE42(302)1993年8月，描述了一个OFDM系统，其中使用了三级同步处理。这三级是功率检测、粗同步和精同步。同步使用了传送的同步序列和存贮在接收机中的序列的相关。
美国专利5148451揭示了一个同步技术，它使用在发送的同步序列和存贮在接收机中的同步序列之间的相关。它在OFDM中的应用没有在其中给出。
PCT专利申请WO92/16063披露了一种同步技术，用于与使用了粗的和精细同步的OFDM系统一起使用。描述的这一系统使用了DQPSK(差分正交移相键控)，且是一个多帧系统，其中超帧中的两个帧用于同步。披露中提到频率光栅，这和OFDM宽带信号的多载波结构有关，并不是指“频率啁啾”。
适合于OFDM系统的同步技术同样在欧洲专利申请EP84787和EP529421A2中作了描述。
在用于DAB(数字声音广播)的发射和接收的第一原型中，使用了两个同步帧。第一帧，叫做零帧，是空的。这个帧由接收机使用，部分用于同步，部分用于估算在信道中的干扰。第二帧包含一个线性调频脉冲信号(chirp signal)，即带有扫频的正弦波信号，也就是说，一个正弦信号，其中，频率随时间以线性方式变化且扫过整个信道宽度。这一信号由接收机使用，部分用于时钟，即把到来的信号分成FFT帧，部分用于建立信道的发送功能。样本时钟和载频在其上调整的方法在DAB标准中没有具体说明。在最后DAB规范中线性调频脉冲帧由叫做TFPC(时间频率相位控制)信号代替，TFPC信号由接收机使用，用于定时、频率调整和用于传送功能的估算。
这里OFDM，(或COFDM)用于数字节目信息的传送，即收音机或电视，接收机必须和发射机同步。应该强调的是节目信息的传送，特别是视频节目信息的传送需要从发射机到接收机传输很大的数据量。这里线性调频脉冲信号用于接收机与发射机的同步，相关器用在接收机中，用于获得同步。如果在接收的信号上进行完全相关，在实时情况下，就乘法和加法来说，每秒执行的处理要求是巨大的。本发明寻求缓解这个问题。
本发明涉及一种方法和装置，用于在数字OFDM或COFDM传输系统中接收机与发射机的预FFT同步。预FFT同步在从时域到频域的转换之前在接收的信号上完成，即在信号经过FFT处理之前完成。数据以帧进行传送。每一帧可以被相同的或不同的接收机接收，或者每一帧可以被接收机以一种相同的或不同的方法轮流使用。这样，帧可以，但非必须，用于区分不同接收机的数据，或者在一个接收机内用于不同功能的数据。例如，视频和音频数据可以用不同的帧来传送。大量的帧可以做为超帧传送。每一超帧从至少一个同步帧开始，紧跟确定数目的信息携带帧。本发明使用一个或多个包含线性调频脉冲信号的同步帧。线性调频脉冲信号指其频率随时间以线性方式变化的正弦波信号。在本发明的优选实施例中，两个相邻的同步帧每一个包含一个线性调频脉冲信号。在相邻帧上的线性调频脉冲信号具有在相反方向变化的频率，即一个线性调频脉冲信号具有一个随时间增长的频率，上线性调频脉冲，同时另一个线性调频脉冲信号具有一个随时间降低的频率，下线性调频脉冲。位的形式存贮在接收机中，它对应于解码的线性调频脉冲信号，即被接收机进行数字处理之后的线性调频脉冲信号。接收的信号，经过数字处理之后，与存储的位的形式进行比较。相同位的数目被计数。当相同位的数目或是接近0，或接近N时，线性调频脉冲信号将会被检测到，这里N是一个帧被抽样分成的二进制字的数目。相同位的数目同一个高值A＞N/2和一个低值B＜N/2进行比较来确定是否获得了线性调频脉冲检测。应该提到的是对两个随机产生的信号进行相关，平均地说，会产生N/2个相同位。
第一级同步处理是线性调频脉冲信号检测。当在接收到的信号中的相同位数目和存贮位形式大于“A”或小于“B”时，可以获得线性调频脉冲信号检测。“A”和“B”的大约值通过实验或仿真来确定，对N＝200，“A”可以选择150，“B”为50。相关器产生一个输出信号，它包括指示粗的时间设定的脉冲。这能用来获得粗的同步，这是两个同步处理的级。
为减少同步处理所要求的计算量，仅在二进制字代表接收到的线性调频脉冲脉冲的样本时，使用最有效的位，即标志位。
在OFDM系统中，接收机将接收信号分成两个分量，I和Q，它们彼此相互之间相移90°。根据指示信号相差90°作为实部和虚部的通常惯例，两个信号称为实信号和虚信号。I和Q信号通过A到D(模拟到数字)转换器转换成与每帧相应的数字字序列。通过累加部分这些字来建立新的字，获得了总的字率的减少，这减少了所要求的数字处理。它是按此方法缩减的或分样的信号，将被用于相关比较中。当获得粗同步时，通过线性调频脉冲信号的检测，相关信号经一帧延时并加到自身上。合成的信号与门限值进行比较，确定用于获得精同步的频率校准。此后被检测的信号分成帧且同步信号用于控制FFT处理。
本发明涉及一种方法和装置适合于在OFDM广播传输系统中预FFT同步。这一技术，通过在相关处理中仅仅使用标志位，大大减少了通常所要求的用于同步的处理。
根据本发明的第一方面，提供了预FFT方法来同步OFDM传输系统，其中，数据以包含帧和超帧的帧结构发送，每一超帧包含预定数目的帧，在每一超帧中至少有一帧携带线性调频脉冲信号用于使接收机与发射机同步，所述方法包括抽样和数字化接收信号以形成代表所述接收信号的二进制字序列的步骤，并且将数字化的和抽样的接收信号与存贮的所述线性调频脉冲信号的数字表示进行相关，每一二进制字代表包括一个标志位或最有效位的所述接收信号的一个样本，特点在于所述相关步骤仅仅使用所述二进制字的标志位或最有效位来完成。
最好本机振荡器频率是变化的，直到从所述相关步骤中的输出或是超过第一预先设定门限或是低于第二预先设定门限。
最好每个超帧包括第一帧，它包含具有在第一方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号，和第二帧，它包含具有在第二方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号，所述第一和第二方向是相反的。
每一超帧可以包括一个空帧。
最好代表所述接收信号的所述二进制字码的序列通过分样处理缩减，使得所述的相关步骤在二进制字序列上完成，二进制字序列具有比对接收信号进行抽样的频率低的码率。
所述接收信号可以分成一个实分量和一个虚分量，所述相关步骤单独地在两个所述的实分量和虚分量上完成。
本机振荡器误差信号可以通过测量从所述的相关步骤获得的两个相关峰之间的时间来获得，根据不同的超帧，把所述的时间与本机振荡器的时钟周期的数目相比较，在超帧的一个整数数目内。
从所述的相关步骤的输出中所获得的第一信号，根据一帧，通过一个时间延时形成第二信号，所述第一信号可以累加到所述第二信号上来形成第三信号，所述第三信号可以与一个门限值进行比较来确定在接收信号中的帧定时。
所述接收信号可以分成一个实分量和一个虚分量，所述相关步骤可以单独在两个所述实分量和虚分量上完成以产生所述第三信号中的两个，当所述两个第三信号的一个到达所述门限值时，所述本机振荡器可以锁住在当前的频率。
根据本发明的第二方面，提供了一个用在OFDM传输系统中的接收机，其中，数据以包含帧和超帧的帧结构发送，每个超帧包含预定数目的帧，在每个超帧中至少有一帧包含一个线性调频脉冲信号用于使接收机与发射机同步，所述接收机包括一个模拟到数字转换器，安排来抽样和数字化接收信号以形成代表所述接收信号的二进制字序列，和存贮装置，其中存贮线性调频脉冲信号的数字表示，和相关装置，安排来使数字化的和抽样的接收信号与存贮在所述存贮装置中的所述线性调频脉冲信号的数字表示进行相关，每个二进制字代表包括一个标志位或最有效位的所述接收信号的一个样本，特点在于所述相关装置适合于仅在所述二进制字的标志位或最有效位上工作。
最好所述相关装置中的输出连接到一个比较器装置，当所述相关装置中的输出或是超过第一预定门限或是低于第二预定门限时，安排它来产生一个指示线性调频脉冲信号检测的输出信号。
最好所述接收机适合于接收一个信号，其中，每个超帧包括第一帧--它包含具有在第一方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号，和第二帧--它包含具有在第二方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号，所述第一和第二方向是相反的。
所述接收机可以适合于接收其中每个超帧包括一个空帧的信号。
所述接收机可以包括分样装置，它具有一个输入用于接收从所述模拟到数字转换器获得的输出，和一个输出连接到所述相关装置的一个输入并安排来缩减代表所述接收信号的所述二进制字序列，以使得所述相关装置在一个二进制字序列上工作，该二进制字序列具有一个比用于对所述接收信号抽样的频率低的码率。
所述接收信号可以分成一个实分量和一个虚分量，且第一和第二相关装置可以包括在所述接收机内，所述第一相关装置在所述实分量上工作，所述第二相关装置在所述虚分量上工作。
所述接收机可以包括一个频率误差发生器，通过测量根据不同的超帧由所述相关装置所产生的两个相关峰值之间的时间，和把这一时间与在一个整数数目的超帧内本机振荡的时钟周期数目进比较，来产生一个本机振荡误差信号。
所述两个相关峰值可以与相邻的超帧一致，且所述整数数目的超帧可以是单个超帧。
从所述相关器装置获得的第一信号，可以通到一个延时装置，根据一帧的时间安排来延时所述第一信号以形成第二信号，所述接收机可以包括累加器用于把所述第一信号累加到所述第二信号上形成第三信号，第二比较器用于比较所述第三信号和门限值来确定在接收信号中的帧定时。
所述接收机可以包括数控本机振荡器和一个处理控制装置，所述处理控制装置安排来调整所述数控本机振荡器的频率，直到第三信号达到所述门限值。
所述接收信号可以分成一个实分量和一个虚分量，所述相关装置可以包括第一和第二相关器，所述第一相关器在所述实分量上工作且所述第二相关器在所述虚分量上工作，每个相关器产生一个输出信号，所述处理控制装置安排来使得所述数控本地振荡器的频率，当来自于第一或第二相关器的输出信号达到所述门限值时，锁定在它的当前频率上。
根据本发明的第三方面，提供了一个用在OFDM传输系统中的发射机，其中，数据以包含帧和超帧的帧结构被所述发射机发送，每个超帧包含预定数目的帧，在每一超帧中至少有一帧包含用于使接收机和所述发射机同步的线性调频脉冲信号，特点在于所述发射机适合于发送，在每一超帧中，包含有在第一方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号的第一帧和包含有在第二方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号的第二帧，所述第一方向和第二方向是相反的。
根据本发明的第四方面，提供了一个无线电传输系统，用于使用包括一个发射机的OFDM来发送数据，此发射机适合于以包含帧和超帧的帧结构来发送数据，每个超帧包括预定数目的帧，在每一超帧中至少有一帧包含用于使接收机与所述发射机同步的线性调频脉冲信号，和至少一个接收机，特点在于所述至少一个接收机是上面指定的一个接收机。
最好所述发射机是上面指定的一个发射机。
所述无线电系统可以包括许多无线电接收机。
所述无线电系统可以包括许多发射机。
根据本发明的第五方面，提供了一个无线电传输系统，用于使用包括至少一个发射机的OFDM来发送数据，此发射机适合于以包含帧和超帧的帧结构来发送数据，每一超帧包含预定数目的帧，在每个超帧中至少有一帧包含用于使接收机与所述发射机同步的线性调频脉冲信号，和至少一个接收机，特点在于所述接收机通过上面指定的方法与所述发射机同步。
本发明的实施例通过例子，将参照


，其中图1概略地示出根据本发明的在一个OFDM或COFDM接收机中同步处理的总的结构。
图2是根据本发明的接收机的同步单元的简要框图。
图3是根据本发明的接收机的同步单元的框图，其中，使用了样本的缩减或分样。
图4说明缩减或分样的处理。
图5说明用在本发明中的超帧结构。
在这个说明书中描述的本发明的实施例中，数据以由帧和超帧构成的帧结构发送，如图5所示。超帧包括整数数目的帧，它们中的每一个可以包含调制的数据，每一个超帧从一个空帧或零帧开始，紧跟两个包含线性调频脉冲信号的帧。像前面解释的，线性调频脉冲信号是频率随时间单调变化的正弦波信号。在本实施例的情况下，线性调频脉冲信号的频率随时间线性变化。在超帧中的第二帧包含频率随时间增加的线性调频脉冲信号，上线性调频脉冲，第三帧包含频率随时间下降的线性调频脉冲信号，下线性调频脉冲。这样，在两个线性调频脉冲信号中频率变化的方向是相反的。应该提到的是，在其他的实施例中，包含线性调频脉冲信号的帧中的一个可以被省略。
帧是一个对应于在OFDM系统中采用的发射机或接收机的FFT处理器的输入或输出的数据块。它存在于频域和时域。在时域中，它意味着带有或不带有防护间隔(guard interval)的矢量。在频域中它意味着一个全FFT矢量或仅包含有效载波的矢量。帧包含整数数目的载波和整数数目的信息字节。载波的最大数目必须小于FFT长度的0.8倍。
超帧用于指示从一个始标(preamble)的开始到下一始标开始的数据，且包含整数数目的帧。
本发明的本实施例涉及在OFDM系统中接收机与发射机的预FFT同步。OFDM系统的普通结构和操作在电信技术中已熟知。因为这个原因，本发明的叙述，从下面开始，限制在包含本发明的同步技术的OFDM接收机的那些方面。只要本发明涉及的，发射机的新型特征限定于如上所述的帧结构的发送。
本发明采用了三级同步处理，包括下面级别-OFDM信号和包含线性调频脉冲信号的同步帧的检测；-粗同步；以及-精同步。
为了接收的OFDM信号的成功的FFT处理，在接收信号中的FFT帧必须与接收机的FFT帧校准在0.2ppm之内。粗同步导致帧校准在1ppm之内，精同步导致校准在0.2ppm之内或更好。
同步控制步骤的细节在这个说明书中在后面作了描述。
现在转到图1到3，接收到的OFDM信号分成两个分量，I和Q分量，有90°的相位间隔，它们由A/D(模拟到数字)转换器抽样和数字化。这些信号到达频率调整单元1，包含一个根据数字控制的振荡器，以在技术上熟练的人所熟知的方式运作。频率调整单元运作以使接收信号的帧定时与FFT帧定时校准。数控振荡器同样控制A/D转换器的抽样频率。从频率调整单元1出来的输出到达FFT处理器，没有标出。在FFT处理器解复用接收信号之前，必须要控制频率调整单元以便它能使接收帧结构与FFT帧结构同步--所谓预FFT同步。信号的I和Q分量，同存贮的数字参考信号一起，代表线性调频脉冲信号，到达二进制相关器2和3，它包括XNOR门。从二进制相关器2和3的输出，接着到达比较器或者门限检测器4。用于比较器4的门限值由信号处理器单元设定。从比较器4中的输出，是指示线性调频脉冲帧被检测到的信号。这个信号达到出来控制单元或状态装置5，它控制同步处理。帧计数器7和抽样计数器6由处理控制器5控制并由其控制增加。锁存电路8由处理控制器5控制，且进行工作以使得频率调整单元1当获得同步时来锁定同步。
现在参照图3，频率调整单元“NCO”包含一个数控振荡器且功能如上所述。在接收信号的抽样的和数字化的I和Q分量达到两个相关器之前，它们须经分样处理，在图4中表示。分样处理导致接收信号分量的样本的部分消去且因而导致在抽样频率中的缩减通过例如4的因子馈入相关器。应该清楚提到的是术语“分样”的使用不表示110的样本取消了。这个处理和使用它的原因在这个说明书中的后面加以讨论。在相关之后，相关器的输出被分开，分开的信号的一部分经一帧延时，另一部分没有延时。延时的和没延时的信号接着累加。这产生了相关脉冲，它相应于随后超帧的第二帧和第三帧之间，即相应于上线性调频脉冲信号和下线性调频脉冲信号。就频率和相位两个方面而论，这个信号精确地定位接收信号中的帧结构且允许在接收信号的帧结构和FFT处理器帧结构之间精确同步。相关脉冲由门限检测器检测，它的门限值由信号处理器设定。来自两个门限检测器的输出，显示在图3中，接着馈入选择器，它具有OR功能并产生一个输出，可被帧定序器使用以初始化FFT帧，无论来自两个门限检测器的哪个将首先被触发。
现在返回到信号检测和同步处理的粗同步级，示于图1到3的来自A/D转换器的输出包括一个二进制字序列，每一个二进制字代表接收信号的一个样本的幅度。只有这些字的标志位或最有效位达到二进制相关器2和3。二进制相关器使用一系列XNOR门把接收信号与代表线性调频脉冲信号的参考信号相比较。相同位的数目，即接收信号的汉明权重和存贮的线性调频脉冲信号的代表被获取。应该提到的是位的输入序列和存贮序列被认为是一个向量且在这个说明书中有时被以此提到。来自相关器2和3的输出被认为是一个向量，代表在输入信号和存贮的表示线性调频脉冲信号的参考信号之间的比较的汉明权重。
如果两个长度位N的随机独立向量作相关，输出平均地说具有N/2的汉明权重。如果向量之间的相关系数为1，汉明权重变为N。如果向量之间的相关系数为(-1)，则汉明权重位0。来自相关器2和3的输出信号因而必须与两个限定的值比较，其中的一个“A”大于N/2，且另一个“B”小于N/2。对于N＝200，“A”可以是150。且“B”可以为50。如果代表在接收信号和存贮在接收机中的参考信号之间的相关的汉明权重的输出信号比“A”大或比“B”小，那么就检测到了线性调频脉冲信号。
使用了两个相关器以便能够确定线性调频脉冲信号的相位和频率。
接收信号连续地与存贮的代表线性调频脉冲信号的参考信号进行相关。相同的参考信号既用于上线性调频脉冲又用于下线性调频脉冲。当接收信号被正确地调整时，从相关器中的一个出来的输出信号或接近于0，或接近于N，在相关参考信号中样本的数目。输出信号与两个门限信号进行比较，并且，如果这些参考外面的一个输出被检测到，就会产生一个指示线性调频脉中信号检测的输出。如果从相关器中没有获得输出，调整门限值直到检测发生。用于粗同步获取的处理步骤，在下面指明。处理步骤由处理控制器5控制，它形成信号处理单元的一部分。
用于时钟频率估计(粗同步获取)的处理步骤1.设置或改变用于相关输出向量的汉明权重的门限值。
2.初始化抽样/帧计数器。
3.启动相关。
4.如果检测到线性调频脉冲信号，到步骤6，否则到步骤5。
5.如果时间小于预设溢出时间，到步骤4，否则调整门限并到步骤1。
6.抽样/帧计数器加1。
7.如果检测到线性调频脉冲信号，到步骤10，否则到步骤8。
8.如果时间小于预设溢出时间，到步骤9，否则调整门限值并到步骤2。
9.抽样/帧计数器加1，到步骤7。
10.读抽样/帧计数器中的内容。
11.估计抽样时钟频率误差和调整时钟的数控振荡器。
12、如果计算的时钟频率误差大于预设值E，到步骤2。
接收机的FFT窗的粗调整(帧定时)1.预设抽样/帧计数器。
2.当检测到线性调频脉冲时到步骤3。
3.使能抽样/帧计数器和使能数据流入FFT处理器。
4.当检测到线性调频脉冲时到步骤5。
5.传递抽样/帧计数器的内容到锁存器(图2中的8)并传递到信号处理器，启动信号处理器中的定时同步检查，到步骤4。
如果抽样计数的内容接近预期的值和帧计数器等于1，定时系统在同步状态。如果抽样/帧计数器具有预期范围以外的值，它意味着失去了定时同步并且系统的再同步是必需的。
在信号处理器中的定时同步检查1.如果抽样计数器的内容是不正确的，到步骤2。
2.在信号处理器中同步溢出计数器增加。
3.如果同步溢出计数器＜＝同步溢出的限度，到步骤1，否则到步骤4。
4.接收机同步溢出，完成再同步。
接收信号的直流补偿使用来自零帧的数据来估算。零帧复数据存贮在FIFO中，它可被信号处理器读出。信号的实分量和虚分量的直流补偿分别被估计。
这里
代表复参数的实部，
代表复参数的虚部。
因为直流R补偿误差假设为缓变的，重要的是在经常或突然更新直流补偿时不要带来额外的噪声。在它们用于硬件之前，来自每帧的估算值因此平均地超过大数目的帧。
在接收机的FFT窗必需象已经解释的那样与在发射机的FFT窗校准。这通过在接收信号和本机存贮的线性调频脉冲信号之间执行相关处理的方法来获得。这个相关结果是一个很尖锐的脉冲信号，它被用来估计和较正本机时钟误差，且由此调整接收信号的定时和抽样。然而相关计算给在接收机中的数字处理能力添加了很重的开销。可以找到两种策略用来减少相关增加的处理开销，不会不利地影响同步处理的精度。首先，相关处理可以仅使用每个二进制字的标志位或最有效位来完成，二进制字代表接收信号的数字化样本，其次，在其上完成相关的样本的数目可被减少，或通过平均处理，或通过减少处理，以便每帧的用于相关的样本数目减少，例如从512减少到128，即通过因子4。其它减少因子可用在这一分解处理中。
相关处理可用下面的等式代表
和
这里Ct＝本机存贮的线性调频脉冲信号Cr＝接收的线性调频脉冲信号Cc＝从相关器中出来的输出信号。
序列Ct和Cr可被分样或减小，如上所述。相关器操纵每秒由A/D转换器产生的全部16K样本是不可能的。因此，来自相关器的输出信号如同样本二进制字的标志位所表示的，为存贮的和接收的线性调频脉冲信号的汉明权重。这里输入样本通过因子2或4减少，仅仅使用线性调频脉冲信号的中间部分。相关峰很窄，相关器中的信号能量集中在这个脉冲内。因此有很好的抗干扰性。然而，当干扰强到影响了代表接收信号的二进制字中的最有效位时，即当干扰信号具有与数据载波信号可比的强度时，同步处理被打破。
通过观察经过样本时钟的多个周期的相关峰之间的时间，可以估算样本时钟频率。这一信号经载波补偿后可观测到。在一超帧中发生的时钟周期的数目是已知的。当两个或更多的相关峰被接收和检测到时，所用的抽样时钟周期可以被估算出来。
如果nr个时钟周期在相关峰间被观察到；以及当同步被完全获得时在相关峰值间发生了no个时钟周期；以及fo是接收机的根据数字控制的振荡器的频率，从中可获得抽样率，(已知大约±1ppm)；以及ΔfCLK是时钟误差频率；那么利用下式可以计算ΔfCLKΔfclk=f0(1-nIn0)]]>用于确定nr和no的观察间隔可以延伸超过一个超帧。
如同前面提到的，联系图3，来自相关器的输出信号经一帧延时并叠加到来自相关器的未经延时的输出。合成的信号接着与门限值比较。如同已经解释过的，接收信号的I和Q分量相互并行地分别地经由单独的相关器来处理。这样，有两个与门限值相比较的相关器输出，任何一个首先到达门限值的信号用于同步处理中。
在预FFT同步完全获得以后，接收信号分成帧用于FFT处理。
应该提到的是，以上做的描述，限制在同步的OFDM接收机、系统和方法的那些单元之内，同步被认为是新颖的。OFDM接收机的全部设计的细节在先有技术中是可得到的，那些本领域技术熟练的人很熟悉这种设计。
以上说明的本发明的实施例是一种实现了本发明的例子。本发明的变形和修改对技术熟练的人是很容易明白的。因此本发明的范围应从下面的权利要求中判断。
权利要求
1.一种预FFT同步OFDM传输系统的方法，其中，数据以包含帧和超帧的帧结构发送，每个超帧包含预定数目的帧，在每个超帧中至少有一帧携带用于使接收机与发射机同步的线性调频脉冲信号，所述方法包括抽样和数字化接收信号以形成代表所述接收信号的二进制字序列的步骤，且把数字化的和抽样的接收信号与存贮的所述线性调频脉冲信号的数字表示进行相关，每个二进制字代表所述接收信号的一个样本，它包括一个标志位或最有效位，特点在于所述相关步骤仅仅使用所述二进制字的标志位或最有效位来完成。
2.如权利要求1中所述的方法，特点是改变本机振荡频率直到来自所述相关步骤的输出或超过第一预定门限，或低于第二预定门限。
3.如权利要求1或2所要求的方法，特点在于，每个超帧包括第一帧--它包含具有在第一方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号，和第二帧--它包括具有在第二方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号，所述第一和第二方向是相反的。
4.如任一前面权利要求中所要求的方法，特点在于，每个超帧包括一个空帧。
5.如任一前面权利要求中所要求的方法，特点在于，通过分样处理减少代表所述接收信号的所述二进制字序列，以便所述相关步骤在具有比抽样接收信号的频率低的字码率的二进制字序列上完成。
6.如任一前面权利要求中所要求的方法，特点在于，把所述的接收信号分成一个实分量和一个虚分量，所述相关步骤分别地在两个所述的实分量和虚分量上完成。
7.如任一前面权利要求中所要求的方法，特点在于，在一个整数数目的超帧内，通过测量从所述相关步骤中获得的两个相关峰之间的时间和根据不同的超帧，并且把所述时间与本机振荡的时钟周期数目相比较，来获得本机振荡误差信号。
8.根据权利要求7的方法，特点在于，所述两个相关峰值与相邻的超帧对应，且所述整数数目的超帧是单个超帧。
9.如任一前面权利要求中所要求的方法，特点在于，从所述相关步骤中出来的输出中所获得的第一信号，根据一帧的时间进行延时来形成第二信号，其中所述第一信号与所述第二信号相加形成第三信号，并且其中所述第三信号与门限值比较来确定在接收信号中的帧定时。
10.如权利要求9中所要求的方法，特点在于，调整本机振荡频率直到所述第三信号达到所述门限值。
11.如权利要求10中所要求的方法，特点在于，所述接收信号分成实分量和虚分量，其中所述相关步骤分别地在两个所述实分量和虚分量上完成以产生两个所述第三信号，且当所述两个第三信号中的一个达到所述门限值时所述本机振荡锁定在它的当前频率上。
12.一种用在OFDM传输系统中的接收机，其中，数据以包含帧和超帧的帧结构发送，每个超帧包含预定数目的帧，在每一超帧中至少有一帧包含有用于使所述接收机与发射机同步的线性调频脉冲信号，所述接收机包括一个被安排来抽样和数字化接收信号以形成代表所述接收信号的二进制字序列的模拟到数字转换器，其上存贮了线性调频脉冲信号的数字表示的存贮装置，和被安排用来把数字化的和抽样的接收信号与存贮在所述存贮装置中的所述线性调频脉冲信号的数字表示进行相关的相关装置，代表所述接收信号一个样本的每个二进制字包括一个标志位或最有效位，特点在于，所述相关装置适合于仅在所述二进制字的标志位或最有效位上工作。
13.如权利要求12所要求的接收机，特点在于，来自相关装置的输出连接到一个比较器装置，当所述相关装置的输出超过第一预定门限或低于第二预定门限时，此比较器装置被安排用来产生一个指示线性调频脉冲信号检测到的输出信号。
14.如权利要求12或13所要求的接收机，特点在于所述接收机适合于接收信号，其中每个超帧包括第一帧--它包含具有在第一方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号和第二帧--它包含具有在第二方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号，所述第一和第二方向是相反的。
15.如权利要求12到14中任一权利要求所要求的接收机，特点在于，所述接收机适合于接收其中的超帧包含了空帧的信号。
16.如权利要求12到15中任一权利要求所要求的接收机，特点在于，所述接收机包括分样装置，它具有一个输入和一个输出，输入用于接收从所述模拟到数字转换器获得的输出，输出连接到所述相关装置的输入，并被安排来减少代表所述接收信号的二进制字序列，以便所述相关装置在一个具有比用于抽样接收信号的频率低的码率的二进制字序列上进行工作。
17.如权利要求12到16中任一权利要求所要求的接收机，特点在于，所述接收信号分成一个实分量和一个虚分量，其中第一和第二相关装置包括在所述接收机中，所述第一相关装置在所述实分量上工作，所述第二相关装置在所述虚分量上工作。
18.如权利要求12到17中任一权利要求所要求的接收机，特点在于，所述接收机包括一个频率误差发生器，用于通过测量由所述相关装置产生的两个相关峰之间的时间和根据不同的超帧来产生一个本机振荡误差信号，并且在一个整数数目的超帧内将所述时间与本机振荡器的时钟周期数目相比较。
19.如权利要求18所要求的接收机，特点在于，所述两个相关峰与相邻超帧一致并且所述整数数目的超帧是单个超帧。
20.如权利要求12到19中任一权利要求所要求的接收机，特点在于，从所述相关装置获得的第一信号，到达延时装置，此装置被安排用来根据一帧的时间延迟所述第一信号以形成第二信号，并且，接收机进一步包括累加装置来把所述第一信号累加到所述第二信号上，以产生第三信号，和第二比较器用于把所述第三信号与门限值进行比较以确定在接收信号中的帧定时。
21.如权利要求20所要求的接收机，特点在于，所述接收机包括一数控本机振荡器和一处理控制装置，所述处理控制装置被安排用来调整所述数控本机振荡器的频率直到所述第三信号达到所述门限值。
22.如权利要求21所要求的接收机，特点在于，所述接收信号分成一个实分量和一个虚分量，并且，所述相关装置包括第一和第二相关器，所述第一相关器在所述实分量上工作，所述第二相关器在所述虚分量上工作，每个相关器产生一个输出信号，并且，所述处理控制装置被安排用来使所述数控本机振荡器的所述频率，当来自所述第一或第二相关器的输出信号达到所述门限值时，锁定在它的当时频率上。
23.一种用在OFDM传输系统中的发射机，其中，数据以包含帧和超帧的帧结构被所述发射机发送，每个超帧包含预定数目的帧，在每一超帧中至少有一帧包含有用于使接收机与所述发射机同步的线性调频脉冲信号，特点在于，所述发射机适合于发送，在每个超帧中的第一帧包含具有在第一方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号和第二帧包含具有在第二方向上随时间变化的频率的线性调频脉冲信号，所述第一和第二方向是相反的。
24.一个无线电传输系统，使用OFDM来发送数据，包括至少一个适合于以帧结构发送数据的发射机，帧结构包含帧和超帧，每个超帧包含预定数目的帧，在每一超帧中至少有一帧包含预定数目的帧，在每一超帧中至少有一帧包含用于使接收机与所述发射机同步的线性调频脉冲信号，和至少一个接收机，特点在于，所述至少一个接收机是如权利要求12到22中任一权利要求所要求的接收机。
25.如权利要求24所要求的无线电传输系统，特点在于，所述发射机是如同权利要求23中所要求的发射机。
26.如权利要求24或者权利要求25所要求的无线电系统，特点在于，所述无线电系统包括大量如任何权利要求12到22中任一权利要求所要求的接收机。
27.如权利要求24到26中任一权利要求所要求的无线电系统，特点在于，所述无线电系统包括大量如权利要求23所要求的发射机。
28.一种无线电传输系统，使用OFDM发送数据，包括至少一个适合于以帧结构发送熟知的发射机，帧结构包含帧和超帧，每个超帧包含预定数目的帧，在每一超帧中至少有一帧包含用于使接收机与所述发射机同步的线性调频脉冲信号，和至少一个接收机，特点在于，所述接收机通过在权利要求1到11中任一权利要求所要求的方法与所述发射机同步。
全文摘要
在一个OFDM系统中，预FFT同步在从时域到频域的转换之前即在信号经过FFT处理之前在接收到的信号上完成。数据以帧进行传送。大量的帧作为超帧(super-frame)传送。每一个超帧从至少一个同步帧开始，紧跟一预定数目的信息携带帧。一个，或多个同步帧包含一个线性调频脉冲信号。线性调频脉冲信号(chirp signal)是一个正弦波信号，具有一个随时间线性变化的频率。两个相邻的同步帧可以每个包含一个线性调频脉冲信号。在相邻帧上的线性调频脉冲信号具有在相反方向变化的频率，即一个线性调频脉冲信号具有一个随时间增长的频率，上线性调频脉冲；同时另一个线性调频脉冲信号具有一个随时间降低的频率，下线性调频脉冲。一个位的形式存贮在接收机，它对应于解码的线性调频脉冲信号，即在经过接收机进行数字处理之后的线性调频脉冲信号。接收的信号，在数字处理之后，与存贮的位形式进行比较。
文档编号H04L5/06GK1152982SQ9519410
公开日1997年6月25日 申请日期1995年6月22日 优先权日1994年7月13日
发明者S·尼斯特伦, E·斯提尔, M·里格纳尔, G·罗斯, B·朗罗斯, V·林塞特 申请人:Hd-迪外恩公司