帧同步电路和通信系统的制作方法

专利名称：帧同步电路和通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于具有帧结构的数据传输的帧同步电路，还涉及应用这帧同步电路的通信系统，所述帧同步电路和通信系统特别适用于容易发生误差的信道。
在发送信息数据时，通常的做法是，为了探测和修正已经发生在传输信道中的传输误差，根据特定编码规则加进冗余数据，或为了压缩要发送的数据量，根据特定编码规则，压缩信息数据。信息数据和冗余数据结合起来称为“帧”。每个帧单元在接收端被解码。为此，接收端要能探测到帧，有一种广泛使用的方法，就是将用于指明帧位置的特殊字附到帧里。虽然对这特殊字在帧中的位置没有特殊的限制，但最常的做法是把它放在帧的头部，以便简化电路结构。这样，通过探测这特殊字，接收端就能辨认出帧的位置和将传送来的信息数据解码。


图11表示普通帧同步电路的方框图。通过输入端11接收到的数据串D被送到处在特殊字探测电路12内的输入缓冲器15，并被存储于此。输入缓冲器15通过将接收到的数据串D序贯地逐位移位的办法，产生特殊字长度的数据，并且将每个所产生的数据送到比较器16的一个输入端。特殊字发生器17提供校正特殊字作为比较器16的另一输入信号。然后，比较器16将所产生的数据与校正特殊字进行比较，当它们相配时向同步决定电路13输出“1”或当它们不相配时输出“0”。
例如，当接收到示于图12(A)的数据串D时，比较器16的输出变成如图12(B)所示的那样。请注意，这例子假定了在传输信道上没发生传输误差，并假定在信息数据中不存在偶然与特殊字的位组合相配的位组合。
现在，参考图13解释同步决定电路13的运行。图13是普通同步决定电路的状态转变图。第一状态是非同步状态S1，在此状态下，帧不同步。在本解释中，把比较器16的输出“1”定义为“探测到”，指明在接收到的数据串D中探测到与特殊字相配的位组合，而输出“0”定义为“没探测到”，指明在接收到的数据串D中没探测到与特殊字相配的位组合。当探测到与特殊字相配的位组合时，同步决定电路13的工作状态转变为反向1态S2。当没探测到与特殊字相配的位组合时，电路的工作状态停留在非同步状态S1，并等待从比较器16来的下一个输出。
在转变到反向1态S2后，同步决定电路13将接收到的数据串D整个地跳过固定帧长度的距离，等待从比较器16来的输出，并且决定是“探测到”还是“没探测到”与特殊字相配的位组合。以与上面相同的方式，当“探测到”相配的位组合时，同步决定电路13的工作状态转变为反向2态S3，并且再次决定是“探测到”还是“没探测到”相配的位组合。然后，对于反向2态S3之后的各状态，以相同的方式重复这决定过程，一旦连续地探测到与特殊字相配的位组合，同步决定电路13的工作状态就到达状态S5。
相反，在反向1态S2与反向N态S4之间，当没探测到与特殊字相配的位组合时，同步决定电路1 3的工作状态立即反回到非同步状态S1。这从反向1态S2到反向N态S4之间状态范围称为“反向保护”，设置它用于防止假同步。即，如果在接收到的数据串中偶然有与特殊字相配的位组合(但不是特殊字)，则这位组合将被不正确地辨认为特殊字，造成假探测。可是，这种假探测可以通过对位组合与特殊字之间的匹配决定重复N次来避免。
即使在同步状态S5，同步决定电路13还是继续将所接收到的数据串D整个地跳过固定的帧长度，并决定是“探测到”还是“没探测到”与特殊字相配的位组合。当探测到与特殊字相配的位组合时，同步决定电路13的工作状态仍然停留在同步状态，而如果没探测到与特殊字相配的位组合，同步决定电路13的工作状态就转变到正向1态S6。
在转变到正向1态S6后，同步决定电路13继续将所接收到的数据串D整个地跳过固定帧长度，等待从比较器16的输出，然后决定是“探测到”还是“没探测到”相配的位组合。当没探测到相配的位组合时，同步决定电路13的工作状态转变为正向2态S7，并再次决定是“探测到”还是“没探测到”相配的位组合。然后，在正向2态S7之后的状态，以同样的方式重复这决定。一旦连续没探测到与特殊字相配的位组合，同步决定电路13的工作状态就到达非同步状态S1。
在另一方面，在正向1态S6到正向M态S8之间，当探测到相配的位组合时，同步决定电路13的工作状态立即反回同步状态S5。这从正向1态S6到正向M态S8之间状态范围称为“正向保护”，设置它用于防止偏离同步。换言之，即使当由于传输误差而没探测到特殊字，仍有可能防止偏离同步，因为要重复M次匹配决定。
当对移动图象编码时，有时要采用可变长度帧编码来压缩数据量。在这情况下，帧长度可改变，从而即使已探测出特殊字和辨认出帧的位置，仍不能预知下一特殊字的位置。因此，不可能利用例如上面的固定帧长度方法那样的方法。而是需要这样做，即对于所有的帧，序贯地将接收到的数据串D的每个位都反复地进行匹配决定，直到探测到与特殊字相配的位组合。相应地，不可能利用示于图13的同步保护。在这种情况下，特殊字的假探测有最严重的后果。即如果在所接收到的数据串D中偶然出现与特殊字匹配的位组合，则这将被定为帧的正确位置。结果，就会提取出无意义的数据并予以解码。
作为避免这种情况的方法，可以预先对数据串进行所谓“装填”操作。这种方法检查要传输的数据，并把预先确定的假位(dummy bit)插进与特殊字相配的数据部分，从而避免对特殊字的假探测。这种方法在例如MPEG等图象编码的国际标准中广泛应用。例如，如果特殊字为“11111111”，则为了发送“1”的连续位数多于或等于8位的数据部分，就把“0”作为假位插在第八位。结果，特殊字与被传输数据串之间的最小蜂鸣声距离(humming distance)可设为大于或等于1，从而避免假探测。
此外，还已经提出了一种办法，其中，通过把编码规则应用到帧内(参考实用新型申请Sho 57-64815)的信息数据，能获得强得多的帧同步。在这种误差探测/校正的装置中，有一种方法与上述的特殊字探测方法一起应用，在这种方法中，监测在所接收到的数据串D中的编码违规次数。如果违规次数低于固定的阈值，则作出这样的决定，即当前位置是帧同步的正确位置。
在上述的固定帧长度和可变帧长度这两种方法中都把特殊字作为同步码。结果，当在传输信道发生传输误差时，没有探测到或者不正确地探测到特殊字，导致偏离同步或假同步。另一方面，当试图通过增加特殊字的长度来改进这种情况时，造成了冗余，因为需要增加特殊字与在所接收到的数据串D之间的蜂鸣声距离(humming distance)。
此外，当有高的假探测或漏探测几率时，已经应用了这样一种方法来避免偏离同步或假同步，这种方法就是增加示于图13的状态转变图的正向保护(S2-S4)和反向保护(S6-S8)的步骤数目。可是，这种途径的缺点是，要花长时间才能建立同步，或一旦发生假同步，要花长时间才能恢复同步。
此外，在可变帧长度的情况下，当实行上述的装填时，附上假(dummy)数据就变得必要了。相应地，仅仅为了建立帧同步就必须向被传输的数据提供冗余数据。此外，为了避免传输误差造成的漏探测，可以考虑这样一种方法，即在匹配决定中允许固定数目的非匹配位。可是，在这种情况下，不得不增加引入的假位的数目，以便维持较大的蜂鸣声距离，因此，进一步增加了冗余。
也可以考虑在实用新型申请Sho 57-64815中所公开的方法，在这方法中，利用相同的编码规则对所有要传送的信息数据进行编码。可是，当只对一部分信息数据编码时，例如在PDC的情况下，即众所周知的高容量数字信号传输方法(见ARIB RCR STD-S7C Chapter 5Voice Coding System CODEC)的情况下，这种方法不能用。要不然，如果采用这种方法，就会造成帧同步能力的显著衰退。
即，典型情况是，信息数据的非编码部分是随机串。当对数据的这部分进行编码违规探测时，经常发生假探测，其形式与在探测特殊字时的情况一样，从而变得难以知道帧同步的正确位置。特别是，当这种方法用于传输误差频繁发生的无线(wireless)传输信道时，假探测甚至会更频繁，除非小心地设置上述的探测阈值，以避免漏探测。
当出现传输误差时，通常的情况是，特殊字比编码违规(encodingrule violation)所得到的补充信号更可靠。因此，当利用特殊字得到的帧同步位置由利用编码违规(encoding rule violation)所得到的帧同步位置补充时，就会令人担心，帧同步的可靠性是否会受到损害。在另一方面，为了避免这问题，实用新型申请Sho 57-64815公开了一种探测方法，它延伸到多个帧。可是，在这种情况下，建立帧同步所需的时间变得更长。相应地，这种方法有这样的不利的方面，即它需要长时间来建立开始的帧同步，并且一旦发生偏离帧同步，就需要长时间来恢复帧同步。
本发明是在考虑上述情况的基础上构思出来的，并且作为其目的，本发明提供一种帧同步电路，在此电路中，即使在发生许多传输误差的传输信道上，也不增加帧同步所需的冗余，造成假同步的主要原因的帧同步计时的漏探测或假探测的几率较小，并且建立同步或当偏离同步时恢复同步所需的时间短。
基于下述的情况和特征得出本发明背后的基本概念。即1.为了保护在经常发生传输误差的传输信道上传送的数据，广泛采用的做法是，把误差探测码或误差纠正码加到数据上，或把数据发送多次。在这情况下，为减少冗余量，经常使用多个误差探测和误差纠正码，其中，冗余程度和编码规则随着信息数据对传输误差的敏感度而不同。2.就误差探测和误差纠正码所需的冗余数据的编码规则而论或在多次发送的情况下，只有当在数据从正确的帧位置提取出来时，才有可能实行解码而不违反编码规则。此外，除了帧同步位置误差外，传输信道上的传输误差也会引起编码违规。3.可以利用特殊字之间的蜂鸣声距离或误差纠正码的或然率来实现编码违规的探测。这些数值与帧同步时序的漏或假探测的几率关系，即这些数值与帧同步时序的可靠性的关系将根据编码规则和传输信道误差特性而改变。
为了解决上述问题，在对帧中的某部分或全部信息数据执行了M(2≤M)条编码规则的接收数据串时采用的帧同步电路中，提供如下装置N个或然率计算装置，这N个或然率计算装置对应于M条编码规则中的N(2≤N≤M)条编码规则；N个加权装置，它将每个系数与或然率计算装置的输出相乘；加法装置，它把每个加权装置的输出相加；和决定装置，它将加法装置的输出与阈值进行比较，并根据这比较结果来决定帧同步位置。
或然率计算装置配备有蜂鸣声距离计算装置，用于计算在所接收到的数据串与指示帧位置的预先确定的特殊字之间的蜂鸣声距离；和误差次数计算装置，它用于计算在已经对接收到的数据串中被根据Golay(23，12)误差纠正编码进行编码的部分进行误差纠正和解码之后的误差次数。
为了解决上述问题，在用于接收数据串的帧同步电路中，把指出帧位置的特殊字附在数据串上的操作作为用于对帧内的信息数据的某部分或全部实施的M(2≤M)条编码规则中的一条，在该帧同步电路中提供探测所接收到的数据串与特殊字之间的蜂鸣声距离的探测装置；发生装置，它将预先确定的阈值与所述蜂鸣声距离作比较，并产生探测信号，此信号在蜂鸣声距离小于阈值时变为“真”；N个或然率计算装置，用于计算对应于M条编码规则中的N(2≤N≤M)条编码规则的、关于所述接收到的数字串的每一个或然率；N个加权装置，用于将每个系数与或然率计算电路的输出相乘；加法装置，用于把所述加权装置中的每个的输出相加；和决定装置，用于将加法装置的输出与阈值进行比较，并根据这比较结果来决定帧同步位置。此外，这帧同步电路的特征在于或然率计算装置、加权装置、加法装置和决定装置在探测信号变为“真”的时刻启动。
此外，上述帧同步电路还备有第一控制装置，用于对与所接收到的数据串相关联的传输信道的状态作出响应，控制加权装置的系数或者决定装置的阈值中的起码一个。
上述帧同步电路还备有用于探测帧同步状态的同步状态探测装置；和第二控制装置，用于根据过去帧同步状态来控制决定装置的阈值或者加权装置的系数中的起码一个。
此外，多级数据的软解调数据可被用作所接收到的数据串。在这情况下，或然率计算装置包括用于多级数据的蜂鸣声距离计算装置。
为了解决上述问题，可以提出用这样的通信系统，它包括多个被通信电路网络连接起来的基地台；和一个终端，后者通过无线通信与多个基地台中的任一个通信，所述终端还与其它连接到通信电路网络上的通信终端相互发送和接收各种数据，或者所述终端通过上述多个基地台中的另一个基地台与另一个通信终端相互发送和接收各种数据；其中，所述通信终端备有第一接收装置，用于接收和解调来自基地台的信号；N个第一或然率计算装置，用于对被第一接收装置所接收和解调的数据串，计算与M条编码规则中的N(2≤N≤M)条编码规则对应的每个或然率；N个第一加权装置，它将每个系数与第一或然率计算电路的输出相乘；第一加法装置，它把第一加权装置的输出中的每一个相加；第一决定装置，它将第一加法装置的输出与阈值进行比较，并根据这比较结果来决定帧同步位置；和第一数据处理装置，用于根据第一决定装置的决定结果，从所接收到的数据串中提取数据。
此外，上述基地台备有第二接收装置，用于接收和解调来自通信终端的信号；N个第二或然率计算装置，用于对被第二接收装置所接收和解调的数据串，计算与M条编码规则中的N(2≤N≤M)条编码规则对应的每个或然率；N个第二加权装置，它将每个系数与第二或然率计算电路的输出相乘；第二加法装置，它把第二加权装置的输出中的每一个相加；第二决定装置，它将第二加法装置的输出与阈值进行比较，并根据这比较结果来决定帧同步位置；和第二数据处理装置，用于根据第二决定装置的决定结果，从所接收到的数据串中提取数据。
因此，本发明提供一个帧同步电路，在这电路中，即使在频繁发生传输误差的传输信道的情况下，帧同步所需的冗余不必增加、有低的漏或假的帧同步时序检测几率，此几率是假同步或偏离同步的主要原因，在该电路中，只需短时间来建立同步或在发生偏离同步时只需短时间来恢复同步。
图1是根据本发明第一实施例的帧同步电路的方框图。
图2表示在相同的实施例中位移位与或然率计算电路A1算出的蜂鸣声距离之间的关系。
图3表示在相同的实施例中位移位与误差数目之间的关系。
图4表示在相同的实施例中，当加权系数k1，k2都设为“1”时，位移位与加法器21的输出数据之间的关系。
图5是根据第二实施例的帧同步电路的方框图。
图6是根据第三实施例的帧同步电路的方框图。
图7是根据第三实施例的帧同步电路23’的电路图。
图8是根据第四实施例的帧同步电路的方框图。
图9是表示根据第四实施例的帧同步电路工作的流程图。
图10是应用本发明的帧同步电路的移动通信系统的方框图。
图11是普通帧同步电路的方框图。
图12是解释普通帧同步电路工作的时序图。
图13是普通同步决定电路的状态转变图。
A.第一实施例为了简化解释，在本实施例中应用的编码规则的最小数目将定为二。第一条规则将是附上特殊字作为同步码，而第二条规则将是对信息数据的一部分进行误差纠正编码。在这实施例中，特殊字的长度是例如32位，而Golay(23，12)，一种已知的二进制完全码将用作误差纠正码的例子。在Golay码中，最小距离是7的二进制(23，12)线性码。此外，请注意，这类码被广泛应用，因此它不损害这解释的普遍性。1第一实施例的结构现在将参考附图来解释根据本发明第一实施例的帧同步电路。图1是根据第一实施例的帧同步电路的方框图。在这图中，A1，A2……AN是或然率计算电路，它们每一个都连接到输入端20。或然率计算电路A1，A2……AN计算编码规则的或然率。图1表示了N个或然率计算电路A1，A2……AN。可是，有多少条编码规则，就有多少或然率计算电路，这就足够了。因为在本例子中，用了第一和第二编码规则，故用两个或然率计算电路A1，A2。
或然率计算电路A1对应于第一编码规则，并且保存预先确定的特殊字。或然率计算电路A1不停地在把接收到的数据串整个地每次一位地移位的同时将特殊字和输入的所接收到的数据串D进行比较，并输出两者之间的蜂鸣声距离作为或然数据d1。同时，或然率计算电路A2在把输入的所接收到的数据串D的一部分整个地每次一位地移位的同时进行误差纠正解码，并输出所获得的误差次数作为或然数据d2，在此，所述接收到的数据串D的一部分是用Golay(23，12)误差纠正编码方法进行编码的。
B1，B2……BN是加权电路，它们分别连接到或然率计算电路A1，A2…AN。加权电路B1，B2……BN将加权系数k1，k2…kN与或然数据d1，d2…dN相乘，并输出加权或然数据d1’，d2’…dN’。加权系数k1，k2…kN是在考虑了编码规则和在各传输信道上产生的传输误差特性之后设定的，从而能准确地决定帧同步的位置。和或然率计算电路A1，A2…AN的情况一样，有多少条编码规则，就设置多少个加权电路B1，B2和BN，这就足够了。相应地，在这例子中，应用加权电路B1，B2。
标号21表示加法器，它把加权或然数据d1’，d2’…dN’相加，并输出其结果。标号22是有阈值的决定电路，它将加法器21的输出与预先确定的阈值进行比较，产生决定信号DT，如果所述输出数据大于阈值，则DT为“0”，而如果所述输出数据小于阈值，则DT为“1”。标号23是同步决定电路，它根据阈值决定信号DT来决定是否已经建立了同步，并产生同步决定信号SD，如果同步已经建立，则SD为“1”，而如果同步还没建立，则SD为“0”。这同步决定信号SD通过输出端24输出到随后的电路(没表示)。最简单的办法是正如现在那样的应用决定信号DT，即决定信号为“1”表明已经建立同步，而决定信号为“0”表明还没建立同步。2.第一实施例的运行现在将参考附图解释第一实施例的运行。在这解释中，特殊字被安插在所接收到的数据串D的第零个字，第100个字，第200个字和第300个字。
假定，通过按某种特定的几率产生误差的传输信道接收所接收到的数据串D，则或然率计算电路A1所计算得到的蜂鸣声距离(或然率)与位移位的关系，例如为图2所示。在这例子中，蜂鸣声距离(或然率数据d1所表示的值)在校正帧位置处为0或1(即第零个字，第100个字，第200个字或第300个字的位置)。蜂鸣声距离在位置第100个字处为1的原因是，在传输信道上已发生了传输误差。与此相反，对于第100个字以外的时序，蜂鸣声距离可理解为在0～32范围内变化。通常，除特殊字外的信息数据经常可以看作是随机的。因此，特殊字和蜂鸣声距离偶然有可能彼此靠近，或者位组合会在不正确的帧位置处与特殊字完全相同。在这例子中，蜂鸣声距离在第150个字处为2，在第60个字，第140个字和第250个字处为0。因为在这种情况下难以把这些蜂鸣声距离从正确同步位置处获得的蜂鸣声距离区分出来，帧同步位置仅决定于对特殊字的探测。因此，这导致了假同步。
随后，所接收到的数据串D被送到或然率计算电路A2，它对所接收到的数据串D解码，并决定误差次数(用或然数据d2来表示的值)。误差次数与位移位的关系是例如图3所示。当在校正同步位置上计算或然率时，误差次数为0或1。在第200个字处为“0”的原因是在信息数据中发生了一位传输误差。与此相反，可以理解，在第200个字以外的字处误差次数在0到3的范围内。在这例子中，在第80个字、第190个字和第230个字处误差次数为0或1。因为难以把这些在这种情况下的误差次数与正确同步位置处获得的误差次数区分开，所以，帧同步位置仅决定于误差次数，从而导致了假同步。
相应地，因为帧同步位置的决定反依赖于误差次数或对特殊字的探测，故发生假帧同步。因此，在本实施例中，或然数据d1，d2与加权系数k1，k2相乘，获得加权或然数据d1’，d2’，后者在加法器21相加。然后根据这输出数据来作出同步位置的决定。
在此，如果加权系数k1，k2均设为1，则加法器21的输出数据取图4所示的值。在这情况下，在校正帧同步位置上，输出数据在第0个字处为0，在第100个字处为1，在第200个字处为0和第300个字处为0。与此相反，在第60，第140和第250各个字处输出数据变成3，在这些字处对特殊字的探测只导致假探测。此外，在第80，第190和第230各个字处输出数据变成6，13和18，在这此位置，对误差次数的探测只导致假探测。相应地，如果带阈值的决定电路22的阈值是例如“2”，则有可能在帧同步的校正位置上建立同步。在所有其它情况下，导致不同步。
那么，在这实施例中，在或然率计算电路A1～AN中计算对应于多种编码规则的或然率。然后对它们进行加权，并据此作出帧同步位置的决定。结果，即使使用易于发生误差的传输信道，仍可缩短特殊字长度。此外，建立同步或在发生偏离同步时恢复同步所需的时间可以缩短。B.第二实施例这实施例除了加权系数k1，k2…kN外，与第一实施例等价，在第二实施例中，加权系数k1，k2…kN随着传输信道的状态而转换(switch)。此外，在这例子中，帧同步电路应用于移动通信，例如蜂窝式电话等使用的移动通信。
图5是根据第二实施例的帧同步电路的方框图。在所述图中，CS是表示传输信道状态的信道信息。信道信息CS表示无线电信道的衰落节距(fading pitch)和所接收的电场强度。衰落(即所接收的电场强度的涨落)是因移动电台高速移动造成的。在这情况下，当所接收的电场强度降到固定电平以下时，就会发生突发误差。在另一方面，在移动电台停下来的时间，信道误差通常为随机误差。相应地，有可能通过参考信道信息CS的衰落节距来了解传输信道上产生的误差的特性。
控制器25示于图5。控制器25根据信道信息CS产生控制信号，用于控制加权系数k1，k2…kN，并把这控制信号输出到加权电路B1，B2，…，BN。
可是，各个由或然率计算电路A1，A2....AN提供的或然数据的可靠性随着传输信道状态而不同。现在来详细地解释这一点。在此，如在第一实施例时，或然率计算电路A1探测所接收到的数据串D与特殊字之间的蜂鸣声距离作为或然数据d1。或然率计算电路A2探测误差次数作为或然数据d2。
如果移动电台正在以高速移动，在传输信道上产生的信道误差经常如上所述那样是是突发误差。在这情况下，如果信道误差在帧同步的校正位置上发生，则在帧同步的特殊字上发生连续误差。结果，所接收到的数据串D与特殊字之间的蜂鸣声距离变大。另一方面，当移动电台不动，发生在传输信道的信道误差可被看作随机误差。相应地，即使在校正帧同步位置上发生误差，在特殊字处发生多个信道误差的几率也是低的。为此，所接收到的数据串D与特殊字之间的蜂鸣声距离就小。相应地，如果传输信道处在容易发生突发误差的状态，或然数据d1的可靠性就低，而如果传输信道处在容易发生随机误差的状态，或然数据d1的可靠性就高。
伴随传输信道状态变化的或然数据d2的变化情况随着对所接收到的数据串的编码方法而不同。例如，当采用一种抗突发误差的码，例如FAIA码作为编码方法时，即使发生突发误差，仍能作精确探测。在这情况下，不管传输信道状态如何，或然数据d2有高的可靠性。相应地，或然数据d1和或然数据d2的可靠性根据传输信道的状态变化而交互变化。
从或然率计算电路A1，A2…AN获得的或然数据d1，d2，…，dN的可靠性根据传输信道的状态而单独地或交互地改变。这实施例着重在这一点上。即，在这实施例中，根据信道信息CS来计算或然数据d1，d2，…，dN的可靠性，同时随计算所得的可靠性而改变加权系数k1，k2…kN。在上面的例子中，当根据这样的信道信息CS作出决定所述信息表明传输信道处在容易发生突发误差的状态下，则令加权系数k1小些，从而减小或然数据d1的相对贡献。另一方面，当根据这样的信道信息CS作出决定所述信息表明传输信道处在容易发生随机误差的状态下，则把加权系数k1设置为正常值。结果，就有可能适当地控制加权系数k1，k2…kN，从而即使传输信道状态改变，仍能精确地探测帧同步的位置。C.第三实施例本实施例除了根据过去同步决定的结果来控制带阈值的决定电路的阈值外，与第一实施例等价。在这实施例中，对信息数据进行可变长度编码，设置在所接收到的数据串D的标题的援助(helper)数据表示帧长度。
图6是根据本发明第三实施例的帧同步电路的方框图。同步决定电路23’根据带阈值的决定信号DT和通过输入端20提供的所接收到的数据串D，产生阈值控制信号SS。阈值控制信号SS代表所述阈值，并且被反馈到带阈值的决定电路22，导致阈值改变。
同步决定电路23’的电路图示于图7。所接收到的数据串D和带阈值的决定信号DT被送到分离电路230，它根据带阈值的决定信号DT所指明的帧同步位置(“1”)，将援助(helper)数据HD从所接收到的数据串D中分离出来。然后这援助数据HD送到逐减计数器231。在装入援助数据HD后，逐减计数器231利用所接收到的数据串再生而得到的时钟信号开始降值计数。一旦所计的数到达“0”，逐减计数器231产生脉动进位(ripple carry)信号RC，它在这情况下为“1”，而在其它情况下为“ 0’。
因为援助数据HD表示帧长度，在脉动进位(ripple carry)信号RC变为“1”的时间就是预料探测到下一个特殊字的时间。如果当前帧同步位置已被正确地探测到，并且下一帧同步位置已被正确地探测到，则假定传输误差没有在援助数据HD中发生，脉动进位信号RC变为“1”的时间和带阈值DT的决定信号变为“1”的时间是等价的。在另一方面，如果假同步在这些情况中的任一情况下发生，则脉动进位信号RC变为“1”的时间和带阈值DT的决定信号变为“1”的时间就不重合。逻辑“与”电路232探测前一种情况，并在帧同步位置探测连续进行并正确时，输出一个“1”。“异”电路233探测后一种情况，并在发生假同步时输出一个“1”。“与”电路232的输出被送到逐增计数器端，而“异”电路233的输出被送到双向计数器234的逐减计数器端。
在这情况下，当探测到连续的和正确的帧同步位置时，双向计数器234的计数值就增加，而当发生假同步时，计数值就减少。相应地，在给定的时间双向计数器234的计数值指明过去同步结果为真的程度。阈值控制电路235根据这计数值产生阈值控制信号，就是根据这信号来控制阈值。
可是，当所接收到的数据串D通过容易发生突发误差的传输信道送到帧同步电路时，假定一旦在没有传输误差的数据部分已经正确地建立起同步，对于只有少量传输误差的数据，就容易在随后探测出正确的同步位置。在这情况下，如果带阈值的决定电路22的阈值可设为低值，则可以减少假同步。另一方面，当所接收到的数据串D通过容易发生传输误差的传输信道进入时，则容易发生连续的不同步。相应地，在连续地出现不同步状态的情况下，则可假定，此后容易发生不同步。在这类情况下，如果把阈值决定电路22的阈值设为高值，就有可能避免假同步。
在这例子中，对双向计数器234的计数值作出响应，控制带阈值的决定电路22的阈值，上述的计数值表明了过去的同步结果。更明确地说，就是通过当计数值大时把阈值设为低，而当计数值小时把阈值设为高，来进行控制。结果，适应性地控制阈值，使得有可能避免不同步或假同步。D.第四实施例这实施例除了有特殊字探测电路30和第一带阈值的决定电路31外，与第一实施例等价。
图8是根据第四实施例的帧同步电路的方框图。在此图中，特殊字探测电路30计算所接收到的数据串与特殊字之间的蜂鸣声距离，并把这数值输出给第一带阈值的决定电路31。第一带阈值的决定电路31产生触发信号TS，当蜂鸣声距离低于第一阈值时，TS为“1”，而在其它所有情况下为“0”。设置这第一阈值来避免由于没注意同步位置而造成漏探测，从而能减少计算量。相应地，虽然在触发信号变成“1”时有可能对同步位置作假探测，但不会发生漏探测。
触发信号TS被用来触发电路100(即第一实施例的帧同步电路)，此电路在图8用虚线围起来。现在将参考图9解释这一点。图9是表示帧同步电路运行的流程图。在此图中，当开始输入所接收到的数据串D时(步骤ST1)，就决定触发信号TS是否为“1”(步骤ST2)。如果触发信号TS为“0”，则重复做决定，直到触发信号TS变为“1”。一旦触发信号TS为“1”，过程进行到步骤ST3，其中由电路100进行计算。然后过程回到ST2，并且重复执行步骤ST2和ST3。换而言之，由特殊字探测电路30和第一带阈值的决定电路31执行第一阶段同步决定，而由电路100执行第二阶段决定。因为帧同步位置通过第一阶段同步决定而推断出来，所以必须由电路100进行的计算量可以减少。然后，在第二阶段同步决定中，正确进行对帧同步位置的辨认。
结果，在这实施例中，电路100只是在触发信号TS为“1”时才进行计算。因此，有可能正确地辨认帧同步位置，同时减少计算量。具体地说，当在或然率计算电路中计算作为或然率的误差次数时，通常需要获得Galois场的盈余(surplus in Galois field)。此外，因为当序贯地、一次一位地将整个帧同步位置移位时，需要计算盈余(surplus)，所以，就有可能大大地减少计算量。E.变型本发明不限于上述实施例，而可用下面的方式来变更，例如1.在上述每个实施例中，可对所接收到的数据串进行卷积编码。在这情况下，可用或然率计算电路A1～AN中的一个电路来计算在Viterbi解码时的或然率。此外，这也是可以接受的，即根据对不同长度的特殊字的探测、CRC误差探测、Huffman编码违规、装填误差探测等等来在或然率计算电路A1～AN中决定或然率。2.在上述实施例中，与所接收到的数据串相关联的编码规则数目与或然率计算电路A1～AN的数目一致这一点并不重要。特别是，如果有M条编码规则，提供N个或然率计算电路来计算M(2≤N≤M)条编码规则中的N条编码规则所对应的每个或然率，这样做是可以接受的。3.第二和第三实施例可结合起来。在第二实施例中，根据信道信息CS来控制加权系数k1～kN，可是，根据信道信息CS来控制带阈值的决定电路22的阈值的做法也是可以接受的。在第三实施例中，根据阈值控制信号SS来控制阈值，可是，利用这信号来控制加权系数k1～kN的做法也是可以接受的。此外，可能把第二到第四实施例适当地结合起来而得到这些改进。4.此外，所接收到的数据串可能是软解调数据，即多级数据。在这情况下，可以基于软解调值来获得或然率，或者基于利用软值所获得的数值进行蜂鸣声距离计算来获得或然率。F.应用例子这应用例子是关于把在第一到第四实施例，特别是第二实施例中解释的帧同步电路应用于移动通信系统的例子。在此，图10是移动通信系统的方框图。这移动通信系统包括移动装置40，它是可携带的或安装在汽车等等上的装置；和基地台50，它借助于通信网络60与移动装置40连接，并利用无线电通信与移动装置40进行通信。虽然在图中只表示了一个移动装置40和基地台50，当然，有多个这类的装置也是可以接受的。
移动装置40包括天线401、发送器和接收器402、帧同步电路403、数据处理器404、语音处理器405、扬声器406、话筒407等等。发送器和接收器402调制从数据处理器404送来的信号，将调制后的信号通过天线401发送到基地台50，解调在天线401所接收的信号，并且把信号送到数据处理器404。
帧同步电路403是根据本发明的帧同步电路。当帧同步电路403利用发送器和接收器402提供的信号(帧结构信号)辨认帧位置，并建立同步，则为“1”的同步决定信号SD被送到数据处理器404。在还没建立同步的情况下，则为“0”的同步决定信号SD被送到数据处理器404。
数据处理器404根据同步决定信号SD，从发送器和接收器402送来的信号(帧结构信号)中提取用户数据(数据、语音数据)、误差纠正信号、误差探测信号等等。同时，把扰码信号(scramble)等等加到来自语音处理器405的语音数据，此后附上控制数据，就构成帧，并且把这数据送到发送器和接收器402。
语音处理器405将数据处理器404所提取的语音数据用数/模转换器转变成模拟量语音信号。然后，这模拟量语音信号由扬声器406变成声音。其后，语音处理器405通过模/数转换器把从话筒407的模拟量语音信号输入转变成语音数据，利用特定的方法将语音数据编码，并把这数据送到数据处理器404。
基地台50包括天线501、发送器和接收器502、帧同步电路503、数据处理器504、网络控制器505等等。发送器和接收器502调制从数据处理器504所接收的信号，将它通过天线501发送到移动装置40。解调在天线501所接收的信号，并且把信号送到数据处理器504。
帧同步电路503是根据本发明的帧同步电路。当帧同步电路503利用发送器和接收器502提供的信号(帧结构信号)辨认帧位置，并建立同步，则为“1”的同步决定信号SD被送到数据处理器504。在还没建立同步的情况下，则为“0”的同步决定信号SD被送到数据处理器504。
数据处理器504根据同步决定信号SD，从发送器和接收器502送来的信号(帧结构信号)中提取用户数据(数据、语音数据)、误差纠正信号、误差探测信号等等。同时，把扰码信号(scramble)等等加到来自网络处理器505的信号，此后附上控制数据，就构成帧，并且把这数据送到发送器和接收器502。
网络控制器505将数据处理器504所提取的语音数据用数/模转换器转变成模拟量语音信号。然后，这模拟量语音信号被送到通信网络60。其后，网络控制器505通过模/数转换器把从通信网络60提供的信号转变成数字信号，利用特定的方法将这信号编码，并把这数据送到数据处理器504。
作为上述设计的结果，根据从帧同步电路403、503提供的同步决定信号SD，移动装置40和基地台50各自的数据处理器404、504从所接收的信号中提取用户数据(数据、语音数据)、误差纠正信号、误差探测信号和类似的信号。相应地，可以正确地探测帧同步位置。此外，建立同步所需的时间可以减少，而在发生偏离同步时恢复同步所需的时间也可以缩短。
上面对本发明的每个最佳实施例都作了解释。可是，本发明的技术领域不限于此，而是可以将各种变化加进这些实施例来实现本发明。在这情况下，应该清楚，以这种方式实现的发明仍然在本申请的权利要求书的技术范围内。
权利要求
1.一种接收数据串时采用的帧同步电路，在所述数据串中已经对帧中的信息数据的某部分或全部实行了M(2≤M)条编码规则，所述帧同步电路的特征在于具有N个或然率计算装置，它计算关于接收到的数据串的、与M条编码规则中的N(2≤N≤M)条计算编码规则对应的每个或然率；N个加权装置，它将每个系数与所述或然率计算电路的输出相乘；加法装置，它把每个所述加权装置的输出相加；和决定装置，它将所述加法装置的输出与阈值进行比较，并根据这比较结果来决定帧同步位置。
2.根据权利要求1的帧同步电路，其特征在于所述或然率计算装置备有蜂鸣声距离计算装置，用于计算所接收到的数据串与指示帧位置的预先确定的特殊字之间的蜂鸣声距离；和误差次数计算装置，用于在已经对这样的一部分数据串进行了误差纠正和解码后计算误差次数，这部分数据串已经被根据Golay(23，12)误差纠正编码方法进行了编码。
3.一种用于接收数据串的帧同步电路，其中把附加表示帧位置的特殊字作为M(2≤M)条编码规则中的一条，所述M条编码规则是对帧内的某部分或全部信息数据进行编码的规则，所述帧同步电路的特征在于具有探测所接收到的数据串与所述特殊字之间的蜂鸣声距离的探测装置；发生装置，它将预先确定的阈值与所述蜂鸣声距离作比较，并产生探测信号，此信号在所述蜂鸣声距离小于所述阈值时变为“真”；N个或然率计算装置，它计算关于接收到的数据串的、与M条编码规则中的N(2≤N≤M)条编码规则对应的每一个或然率；N个加权装置，它将每个系数与所述或然率计算电路的输出相乘；加法装置，它把每个所述加权装置的输出相加；和决定装置，它将所述加法装置的输出与阈值进行比较，并根据这比较结果来决定帧同步位置；其中所述或然率计算装置、所述加权装置、所述加法装置和所述决定装置在所述探测信号变为“真”的时刻启动。
4.根据权利要求1到3之一的帧同步电路，所述帧同步电路的特征还在于包括第一控制装置，用于对与所述接收到的数据串相关联的传输信道的状态作出响应，控制所述加权装置的系数或者所述决定装置的阈值中的起码一个。
5.根据权利要求1到4之一的帧同步电路，所述帧同步电路的特征还在于包括用于探测帧同步状态的同步状态探测装置；和第二控制装置，用于根据由所述同步状态探测装置所探测的过去的帧同步状态，来控制所述决定装置的阈值或者所述加权装置的系数中的起码一个。
6.根据权利要求1到5之一的帧同步电路，其特征在于软解调数据、多级数据可被用作所述接收到的数据串。
7.一种通信系统，它包括多个由通信电路网络连接起来的基地台和利用无线通信与所述多个基地台中任何一个进行通信的通信终端，所述通信终端与其它连接到所述通信电路网络的其它通信终端相互发送和接收各种数据，或者所述通信终端通过所述多个基地台中另一个与其它通信终端相互发送和接收各种数据；其特征在于所述通信终端备有第一接收装置，用于接收和解调来自所述基地台的信号；N个第一或然率计算装置，用于计算关于被所述第一接收装置接收和解调的数据串的、与M条编码规则中的N(2≤N≤M)条编码规则对应的每一个或然率；N个第一加权装置，它将每个系数与所述第一或然率计算电路的输出相乘；第一加法装置，它把每个所述第一加权装置的输出相加；第一决定装置，它将所述第一加法装置的输出与阈值进行比较，并根据这比较结果来决定帧同步位置；和第一数据处理装置，用于根据所述第一决定装置的决定结果，从所接收到的数据串中提取数据。
8.根据权利要求7的通信系统，其特征在于所述基地台备有第二接收装置，用于接收和解调来自所述通信终端的信号；N个第二或然率计算装置，用于关于被所述第二接收装置接收和解调的数据串、对应于与M条编码规则中的N(2≤N≤M)条编码规则对应的每一个或然率；N个第二加权装置，它将每个系数与所述第二或然率计算电路的输出相乘；第二加法装置，它把每个所述第二加权装置的输出相加；第二决定装置，它将所述第二加法装置的输出与阈值进行比较，并根据这比较结果来决定帧同步位置；和第二数据处理装置，用于根据所述第二决定装置的决定结果，从所接收到的数据串中提取数据。
全文摘要
或然率计算电路A1计算接收到的数据串与特殊字之间的蜂鸣声距离作为或然数据d1。或然率计算电路A2利用冗余数据计算传输误差次数,并把这数值作为或然数据d2输出。或然数据d1,d2在加法电路21被相加,而将其输出与带阈值的决定电路22的阈值进行比较。把这比较结果作为带阈值的决定信号DT输出。基于带阈值的决定信号DT,同步决定电路23产生同步决定信号SD。因此,使用本发明的帧同步电路可避免偏离同步或假同步而不增加探测帧同步所需的冗余量。
文档编号H04J3/06GK1179045SQ9711920
公开日1998年4月15日 申请日期1997年9月22日 优先权日1996年9月20日
发明者保谷草苗, 河原敏朗, 三木俊雄 申请人:Ntt移动通信网株式会社