CN104737509B - 通过使用具有特定结构的前导码在接收机中的帧同步 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于同步接收机的方法，所述接收机接收对应于排列在帧中的连续样本的信号，所述帧的起始由包括来自发射机的L个样本的第一序列的重复的前导码所定义，此外还涉及用于传输所述信号的方法。根据本发明，所述前导码由两部分组成，一部分由第一重复序列组成，而另一部分由第二重复序列组成，所述第二序列对应于限于比样本数量L少的样本数量M的第一序列的对称版本。

Description

通过使用具有特定结构的前导码在接收机中的帧同步
技术领域
本发明的领域是传输以某种格式传输的数字信号。
本发明在电信领域中得到应用，并且具体地但非排他地，利用光纤类型的传输信道。该信道可以同样好地是电力线路通信(PLT)类型或空中类型，有时称为无线电。
光纤类型的信道是分散的(dispersive)。
PLT信道引起与空中信道中所遇到的效果类似的效果。具体地，如同空中信道，PLT信道可在传输期间导向多个路径。
具体应用涉及这样的接入网的传输，其使用正交频分复用(OFDM)、和与光电二极管的直接检测相关联的激光的直接强度调制(已知为强度调制和直接检测(IMDD))。
举例来说，当使用OFDM类型的多载波信号时，以在帧中***的OFDM码元的形式来对数据进行格式化。当传输信道为分散时，每个OFDM码元前通常有保护间隔。所述帧通常以一个或多个前导码开始。
OFDM调制是众所周知的，并且在多个数字通信***(ADSL、WiFi等)和数字广播***(DAB、DVB-T、DRM等)中使用。利用这种调制，在接收机中存在各种级别的同步：
·码元同步，其在于在时间上定义通过传递码元标记来传输的数字码元；
·时钟同步(或时钟恢复)，其在于调节接收机的采样频率以在最佳时刻对所接收信号进行抽样；
·帧同步，其在于从一起获取的接收码元中识别发射机所使用的数据结构，以便对数据进行解帧并使其能够被解码；和
·频率同步(或载波恢复)，其在于校正接收机所使用的高频以便将所接收信号带入基带，并同时消除与发射机所使用的载波的频率差。
在这样的背景下，本发明可与帧同步方法、时间同步方法和频率同步方法相关联。
背景技术
帧同步经常通过使用在帧起始处传输的前导码来执行。接收机传统上计算接收信号的自相关，且如果自相关的结果超过已确定的判定阈值，则检测帧起始。
Schmidl和Cox[1]已提出了具有重复结构[A A]的前导码。A是可借助大小为N/2的序列PN(+1和-1的伪随机序列)的快速逆傅里叶变换(IFFT)来生成的时间序列，其中N是前导码的长度。选择序列PN使得前导码的峰值对平均值功率比(PAPR)较小，从而通过数字-模拟转换器(DAC)降低信号峰值限幅的影响。在接收时，通过获取接收信号的自相关，来计算图1所说明的同步度量。Schmidl-Cox方法很简单，但时间估值的方差(variance)较大，从而使得同步性能降级。
发明内容
本发明提供一种用于同步接收机的方法，该接收机接收包含排列在帧中的连续样本的信号，该帧的起始由前导码所定义。该同步方法包含：
·在对应于各接收样本的连续时刻d执行动作以计算粗略同步度量，所述粗略同步度量具有利用由至少两部分组成的前导码的重复结构的表达式，一部分包含L个样本的第一重复序列，且另一部分包含M个样本的第二重复序列，第二序列对应于限于比样本数量L少的样本数量M的第一序列的对称版本，所述度量给出对在与前导码大小具有相同大小的移动窗中所接收的两个连续样本序列对之间的相关性之和的测量；和
·检测粗略度量超过确定阈值的事件，该事件对应于“粗略”同步时刻ds。
本发明还提供一种用于接收信号的信号接收机，该信号包含排列在帧中的连续样本，该帧的起始由前导码所定义。所述接收机包含：
·计算器，用于在对应于各接收样本的连续时刻d执行动作，以计算粗略同步度量，该粗略同步度量具有利用由至少两部分组成的前导码的重复结构的表达式，一部分包含L个样本的第一重复序列，且另一部分包含M个样本的第二重复序列，第二序列对应于限于比样本数量L少的样本数量M的第一序列的对称版本，所述度量给出对在与前导码大小具有相同大小的移动窗中所接收的两个连续样本序列对之间的相关性之和的测量；和
·检测器装置，用于检测粗略度量超过确定阈值的事件，该事件对应于“粗略”同步时刻ds。
本发明还提供一种用于传输信号的信号传输方法，该信号包含排列在帧中的连续样本，该帧的起始由前导码所定义。所述传输方法确定前导码，使得其由至少两部分组成，一部分包含L个样本的第一序列TL的重复，且另一部分包含M个样本的第二重复序列UM，使得第二序列UM对应于限于比第一序列TL的样本数量L少的样本数量M的第一序列TL的对称版本。
本发明还提供在一种在发射机和接收机之间传输的信号，其包含排列在帧中的连续样本，该帧的起始由前导码所定义。所述信号使得：
·前导码由至少两部分组成，一部分包含L个样本的第一重复序列TL，且另一部分包含M个样本的第二重复序列UM，使得第二序列UM对应于限于比第一序列TL的样本数量L少的样本数量M的第一序列TL的对称版本。
本发明还提供一种用于传输信号的信号发射机，该信号包含排列在帧中的连续样本，该帧的起始由前导码所定义。所述发射机包含用于确定前导码的装置，使得：
·前导码由至少两部分组成，一部分包含L个样本的第一序列TL的重复，且另一部分包含M个样本的第二重复序列UM，使得第二序列UM对应于仅限于比第一序列TL的样本数量L少的样本数量M的第一序列TL的对称版本。
本发明依靠传输排列在由前导码所定义的帧中的样本，所述前导码具有同时重复且对称的结构。通过单独利用这些特征，所述同步方法在简洁性和效率上都有所改善。前导码的第二序列等同于分别用于写作行矢量形式的序列和写作列矢量形式的序列的第一序列的左右或上下对称版本，且其限于样本数量M。
因此，通过利用第一序列的重复和第二序列的重复，有可能定义简单的粗略同步度量。不同于现有技术，粗略同步度量规则地随时间变化，而并不呈现平稳状态(plateau)，即为度量产生相同值的连续时刻。另外，所述度量呈现比已知度量的形状展开小的形状，从而改善了准确性。
此外，由于两个序列长度不同的限制，以这种方式定义的粗略同步度量不呈现第二峰值。第二峰值的存在是不利的，因为这样的峰值使得必须确定更高的判定阈值，否则存在检测到第二峰值的风险。如果第二峰值的幅度与主峰值的幅度相近，则粗略同步较不可靠。
前导码特别有利，因为即使当使用引入色散的光传输信道时，利用其重复结构的同步度量也呈现大幅度的主峰值。当度量归一化时，该幅度接近于一。所述前导码可同样好地用于相干或不相干的光传输和无线电传输。
在一具体环境中，发射机包含OFDM调制器，且前导码例如由一个或多个OFDM码元组成。该OFDM码元的副载波可以利用具有例如BPSK、QPSK和xQAM(其中，x是两个的功率)等多个状态的调制产生的码元来映射。
在具体实施中，该同步方法还包含：
·在从粗略同步时刻ds开始的大小为Δ的搜索区域上的连续时刻d执行动作以计算表达式的精细同步度量，所述表达式利用前导码的对称结构来给出在与前导码大小具有相等大小的移动窗上所接收的样本序列之间的相关性的测量，度量的最大值或超过确定阈值的度量确定“精细同步”时刻df。
在具体实施例中，接收机还包含：
·用于在从粗略同步时刻ds开始的大小为Δ的搜索区域上的连续时刻d执行动作、以计算表达式的精细同步度量的计算装置，所述表达式利用前导码的对称结构来给出在与前导码大小具有相等大小的移动窗上所接收的样本序列之间的相关性的测量，度量的最大值或超过确定阈值的度量确定接收机的“精细同步”时刻df。
利用前导码结构的对称性，使得可能定义“精细”同步度量，当与前导码大小具有相等大小的移动窗位于前导码的起始处时，所述度量呈现最大值。另外，基于前导码结构的对称性的该度量的表达式使得最大值受到挤压，即变窄。
与以第一度量所获得的最大值相比、以第二度量所获得的最大值的变窄改善了关于同步时刻确定的准确性。该准确性可通过所接收帧的起始处的检测位置和实际位置之间差别的小方差观察到。
由于具有同时重复且对称的结构的前导码的特殊结构，所以可通过使用相同前导码来执行精细同步和粗略同步两者。
精细度量的计算受限于大小为Δ的搜索时间窗，其开始于通过计算第一度量所获得的粗略同步时刻，从而使得可能限制操作的数量。
在具体实施中，该同步方法还包含：
·在从粗略同步时刻ds开始的大小为Δ的搜索区域上的连续时刻d执行动作以计算粗略同步度量和表达式的精细同步度量的乘积，所述表达式利用前导码的对称结构来给出在与前导码大小具有相等大小的移动窗上所接收的样本序列之间的相关性的测量，度量乘积的最大值或超过阈值的乘积确定“精细同步”时刻df。
利用前导码结构的对称性使得可能定义“精细”同步度量，当与前导码大小具有相等大小的移动窗位于前导码的起始处时，所述度量呈现最大值。另外，基于前导码结构的对称性的该度量的表达式使得最大值受到挤压。
在连续时刻d所进行的计算粗略度量与精细度量乘积的动作受限于大小为Δ的搜索时间窗，其开始于通过计算第一度量获得的粗略同步时刻。
两种度量的乘积使得可能将通过第一度量获得的相关性的测量值的最大值的基底变窄，从而改善关于同步时刻确定的准确性。该准确性能通过所接收帧的起始处的检测位置和实际位置之间的差别的小方差观察到。
由于具有同时重复且对称的结构的前导码的特殊结构，可通过使用相同前导码来执行精细同步和粗略同步两者。
在具有前导码[TL、TL、UM、UM]的具体实施中，其中L>M，粗略同步度量具有以下表达式：
其中，R(k)是其数字形式的接收信号，并且(.)*是共轭运算符。
在具有前导码[UM、UM、TL、TL]的具体实施中，其中M<L，粗略同步度量具有以下表达式：
在具体实施中，粗略度量是功率归一化的。
度量归一化的功率有利地使得可能限制(bounded)数字计算，且判定阈值限制在零到一的范围内。
在具有前导码[TL、TL、UM、UM]的具体实施中，其中L>M，精细同步度量具有以下表达式：
或
在具有前导码[UM、UM、TL、TL]的具体实施中，其中M<L，精细同步度量具有以下表达式：
或
对于实数信号R(k)，其共轭是实数：(.)*＝(.)。结果是，每个度量的表达式可被写作不使共轭出现的形式。
在具体实施中，精细度量是功率归一化的。
度量归一化的功率有利地使得可能通过将功率方差的最大值设为1来使数值计算受到限制，也使得可能将判定阈值设置在0到1的已知范围内。
在具体实施中，该传输方法使得第一序列TL由通过属于QPSK阵列的元素组成的随机序列S的大小为L的逆傅里叶变换获得，随机序列S如下：
[-1+j；-1+j；1+j；-1-j；-1-j；-1+j；1+j；-1+j；-1+j；1-j；-1-j；-1+j；1+j；-1-j；-1-j；-1-j；1+j；-1+j；1-j；-1-j；1+j；1-j；-1+j；-1-j；-1-j；1+j；-1-j；0；0；0；0]，M等于60，且其中，conj(.)是生成复共轭的运算符，而flipud(.)是对应于列中元素的上下对称效果的运算符。
这样的前导码对于例如强度调制直接检测(IMDD)类型的光传输***特别有利。conj(flipud(S))部分提供Hermitian对称，其使得可能生成实数信号。调制激光要求有实数信号，即信号不是复数。对应于谱边缘的矢量S尾端的零点的样本，具有有利减少信号中混叠效应(即谱重叠的效应)的效果。因数对应于归一化前导码的功率。
在具体实施中，该传输方法使得第一序列TL由由属于QPSK阵列的元素组成的随机序列S的大小为L的逆傅里叶变换获得，该随机序列S如下：
[0；1+j；1+j；-1+j；0；1-j；0；0；1+j；1+j；-1+j；0；-1-j；-1+j；0；0；0；-1+j；0；1+j；-1-j；0；0；-1-j；-1+j；1+j；1+j；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；1-j；1+j；0；0；-1+j；1-j；-1+j；1-j；0；-1+j；0；0；0；0；0；0；0；1+j；0；0；1-j；1+j]，M等于60，且
这样的前导码对于例如特别是DVB-T2类型的广播***或WiFi***的无线电传输***特别有利。
在一具体环境中，逆傅里叶变换(IDFT，IFFT)组成OFDM调制器的部分，且前导码由一个或多个OFDM码元组成。
附图说明
在读到仅作为非限制性说明给出的下列具体实现的描述时，并根据附图，本发明的其他特征和优点将更清楚地显现，其中：
·以上参照现有技术提到的图1说明由Schmidl和Cox同步方法的同步度量得到的值；
·图2a是本发明的前导码的特殊结构的图；
·图2b是本发明的前导码的一般结构的图；
·图3a是示出fliplr运算符的图，所述运算符使得可能获得本发明的前导码序列的左右对称版本；
·图3b是示出fliplr运算符的图，所述运算符使得可能获得本发明的前导码序列的上下对称版本；
·图4是本发明的前导码示例的时间图表，其更特别适用于光传输***，例如IMDD类型；
·图5示出两条曲线，第一曲线对应于使用依照本发明的第一度量的粗略同步，第二曲线对应于另外使用依照本发明的第二度量的精细同步；
·图6是本发明的传输信号的图；
·图7示出本发明的同步方法如何在具体实现中进展；
·图8示出作为搜索窗的大小的函数、帧起始的实际位置位于窗内的概率，所示两条概率曲线分别是通过本发明的同步方法获得的曲线Inv、和通过Schmidl和Cox方法获得的曲线SC；
·图9示出帧起始的实际位置、和作为信号噪声比(SNR)的函数所检测到的同步位置之差的均值，所示两条曲线分别是使用本发明的同步方法获得的曲线Inv、和使用Schmidl和Cox方法获得的曲线SC；
·图10示出帧起始的实际位置、和作为SNR的函数所检测到的同步位置之差的方差，所示两条曲线分别是通过本发明的同步方法获得的曲线Inv、和通过Schmidl和Cox方法获得的曲线SC；
·图11a是实现本发明的同步方法的接收机的简化结构图；和
·图11b是实现本发明的传输方法的发射机的简化结构图。
具体实施方式
本发明的一般原理依靠使用在帧起始所***的特殊结构的前导码。
所述结构在图2a和2b中示出。所述前导码包含重复L个样本的第一序列。所述前导码还具有M个样本的第二序列的重复。第二序列对应于仅限于比样本数量L少的样本数量M的第一序列的左右对称版本。使能序列的左右对称版本的这种运算被称作fliplr，并在图3a中示出。因此，序列s1、s2、……、sL-1、sL的对称版本是序列sL、sL-1、……、s2、s1。该运算在删减(truncated)了L-M个样本后的第一序列上执行。删减可发生在序列的起始和/或结尾处。在替换例中，fliplr运算可在第一序列上执行，然后从所得序列删减L-M个样本。当按照列矢量的形式书写序列时，它的左右对称变成上下对称，如图3b所示，使能获得序列的上下对称版本的对应运算被写作flipud。
前导码写作：[TL、TL、UM、UM]，其中UM＝flipud(T)M，即UM长度为M。前导码的长度N等于2L+2M。
在镜像形式中，前导码的形式是[UM UM TL TL]。第一序列UM对应于限于比样本数量L小的样本数量M的第二序列TL的左右对称版本。对称运算在删减了L-M个样本的第二序列上执行。以下描述基于前导码的[TL TL UM UM]形式。它可适用于镜像形式[UM UM TL TL]。
在实施中，第一序列TL通过在其元素属于正交相移键控(QPSK)阵列的随机序列上所执行的大小为L的快速逆傅里叶变换(IFFT)来获得。有利地选择QPSK码元，以使得前导码的峰值对平均值功率比(PAPR)较小。
举例来说，以下随机序列S：S＝[-1+j；-1+j；1+j；-1-j；-1-j；-1+j；1+j；-1+j；-1+j；1-j；-1-j；-1+j；1+j；-1-j；-1-j；-1-j；1+j；-1+j；1-j；-1-j；1+j；1-j；-1+j；-1-j；-1-j；1+j；-1-j；0；0；0；0]可用于从具有64个点的IFFT生成序列TL：
其中，conj(.)是生成复共轭的运算符，在该表达式中，S是列矢量的形式，IFFT应用于列矢量，并且运算符{}T是矩阵转置运算符。当M＝60时，前导码的长度为N＝2L+2M＝2×64+2×60＝248。该前导码具有约为5.4分贝(dB)的PAPR。图4中示出它的出现时间。
在实施中，序列的QPSK码元用于传输接收机所特别关注的数据，例如信令数据和/或帧描述数据。
在更特别适用于无线电传输的另一示例中，随机序列S如下：S＝[0；1+j；1+j；-1+j；0；1-j；0；0；1+j；1+j；-1+j；0；-1-j；-1+j；0；0；0；-1+j；0；1+j；-1-j；0；0；-1-j；-1+j；1+j；1+j；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；1-j；1+j；0；0；-1+j；1-j；-1+j；1-j；0；-1+j；0；0；0；0；0；0；0；1+j；0；0；1-j；1+j]。
从64个点的IFFT生成序列TL：
在该表达式中，S是列矢量的形式。该前导码具有约为5.9dB的PAPR。
在频率同步的背景下，序列S的数据的随机结构(对于所给示例为QPSK数据)增强了所谓“粗略的”第一频率同步。
本发明的发射机传输对应于连续样本的信号，所述样本以这样的方式在帧中排列，即帧起始由具有上述特殊结构的前导码所定义。
本发明的传输方法传输对应于连续样本的信号，所述样本以这样的方式在帧中排列，即帧起始由具有上述特殊结构的前导码所定义。
接收帧的本发明的接收机计算利用前导码的特殊结构的至少一个度量。
在接收机同步的第一实施中，本发明利用单个度量，且该同步被称作是“粗略的”。该第一度量测量由移动窗定义的接收样本的连续序列之间的相关性。当窗位于前导码处时，该度量呈现峰值，因为重复序列是强相关的。由信道或接收本身(噪声)引入的传输信号的失真能改变序列，并引入序列之间相关性的偏差。
序列TL和UM之间的长度差确保了同步度量没有第二峰值。
在接收机同步的第二实施中，本发明利用两种度量，上述度量以及使得可能实现所谓“精细”同步的第二度量。通过考虑窗长度上的四个连续样本序列，并分别测量第一序列和第四序列的对称版本之间、及第二序列和第三序列的对称版本之间的相关性，第二度量测量所接收样本的移动窗上的相关性。因为该第二度量的表达式利用前导码的特殊结构的对称性以便测量序列之间的相关性，所以该度量具有类脉冲图形，且所处时刻对应于窗位于前导码的时刻。由信道或接收机本身(噪声)引入的接收信号的失真能改变序列，并能引入序列之间相关性的偏差。
图5示出两条曲线，第一曲线以对应于使用第一度量的粗略同步的连续线画出，而第二曲线通过使用对应于还使用第二度量的精细同步的虚线画出。对应于粗略同步和精细同步的相关曲线呈现出比通过使用如图1所示Schmidl和Cox方法所获得的曲线展开更窄的形状。图1和5对应于光纤长度为40公里(km)且SNR为15dB的单个IMDD光***。通过本发明获得的度量的曲线的展开较窄因而提供了比当使用Schmidl和Cox方法时所获得的结果更好的同步结果。
下面更详细描述在具体实施中的同步方法。
R(k)是采样的接收信号，即当使用光信号时在互阻抗放大器后。一般地，由光电二极管输出的电信号通过互阻抗放大器放大。图6中给出了传输信号的示例。传输信号由前导码P＝[TL TL UM UM]和数据Data组成。接收信号对应于传输信号，连同由于信道和/或噪声Noise的可能失真。
粗略同步度量计算两个连续序列对之间的相关性之和，它具有以下表达式：
在频率归一化之后，度量具有以下表达式：
其中:
该第一度量给出对连续接收样本序列之间相关性的测量。如没有信道和噪声的影响，当由移动窗定义的连续序列对应于图2所示的前导码时，它的值最大。其表达式基于存在于前导码中的相关性，首先是第一序列的L个样本和第一序列的重复的L个样本之间的相关性，然后是第二序列的M个样本和第二序列的重复的M个样本之间的相关性。
第一度量Ppro1中的总和Σ的数量等于前导码中重复的不同序列的数量。每个总和可以按照迭代的方式来计算。也就是说，在时刻(d+1)的总和值可基于其在时刻(d)的值来计算，从而降低所述同步方法和接收机的复杂度。具体地，以计算第一总和为例，在时刻(d+1)，它的值为：
通过使用标记i'＝i+1，它被写作：
其等同于：
其等同于：
Sum(d)+R(d+L)R(d+2L)*-R(d)R(d+L)*
因此，不是在每个时刻d实现L-1个加法和L个乘法来计算度量Ppro1(d)的第一总和，而只需要以迭代计算执行两个加法和两个乘法，从而降低接收机的复杂度。
取决于实施，所述同步方法可通过使用第二度量而添加到接收样本的连续序列之间相关性的测量。
该第二度量的表达式如下：
在功率归一化之后，第二度量的表达式如下：
其中:
该第二度量利用存在于M个样本上的前导码的左右(或上下)对称结构。该第二度量是对相关性的测量，且其表达式基于存在于特殊结构前导码中的相关性，首先是第一序列的M个样本和第二序列的重复的M个样本之间的，然后是第一序列的重复的M个样本和第二序列的M个样本之间的。
可替换地，用于该第二度量的表达式可写作如下：
表达式(7)测量序列1和3之间及序列2和4之间的相关性，而表达式(4)测量序列1和4之间及序列2和3之间的相关性，其中前导码的四个序列标号为1到4。
对于前导码的镜像形式，表达式(1)变成：
并且表达式(3)变成：
并且表达式(4)变成：
并且表达式(6)变成：
并且表达式(7)变成：
本发明的同步方法很简单，将要执行的计算是有限数量样本的加法运算或者乘法运算，无需操控，也不用考虑似然概率。
本发明的同步方法以参照图7所描述的方式进行。
所述同步方法对于在连续时刻d所接收的样本计算第一同步度量。在特别有利的实施中，所述方法以其归一化的形式计算所述度量。
将所述度量与确定阈值Tthreshold进行比较。该阈值的值取决于突发脉冲(burst)损失的概率来确定。突发脉冲一般对应于由跟随着有效载荷数据的一个或多个前导码所定义的帧。举例来说，当SNR为10dB时，对于10-5的突发脉冲损失概率，所述阈值的确定值为0.5(即每发送100,000个突发脉冲就损失一个突发脉冲)。
在进行比较期间，所述同步方法检测出何时超过阈值Tthreshold。它对应于被称作“粗略同步”时刻的时刻ds。
在具体实施中，同步方法通过使用第二同步度量来改善先前确定的同步时刻ds。
在该实施中，所述同步方法计算在时刻d的第二同步度量，其包含于确定大小Δ的搜索窗W中，所述窗开始于时刻ds：W＝[ds、……、ds+Δ-1]。所述方法作为在窗中找到帧起始的概率的函数，来确定窗W的大小Δ。大小Δ越大，概率越接近于1，如图8所示。第二度量的最大值对应于前导码的预估起始df，也就是所接收帧的预估起始。
在具体实施中，该同步方法在包含在窗W＝[ds、……、ds+Δ-1]中的时刻d，计算第一度量和第二度量的乘积。该乘积的最大值对应于前导码的预估起始df，也就是所接收帧的预估起始。
所述两种度量的乘积用于使通过第一度量获得的相关性测量的最大值的基底(base)变窄，这可通过比较两条曲线在图5中清楚地看到，从而改善确定同步时刻的准确性。当长度M接近于长度L时，该准确性特别好。当长度差L-M处于长度N的2％-3％的范围内时，已执行的各模拟之间的最好结果出现。在长度为L的248个样本的模拟期间，M和L之间几个样本的差产生足够的挤压(pinching)。
通过所接收帧的起始的检测位置和实际位置之间差的较低方差，可观察到所述准确性。图9示出实际同步位置和检测位置之差的均值。通过使用本发明的同步方法获得曲线Inv，并且通过使用Schmidl和Cox方法获得曲线SC。差值均值的比较表明对于相同的SNR，通过本发明的方法得到的差比通过Schmidl和Cox方法得到的差小。图10示出Schmidl和Cox方法与本发明的方法之间的方差比较。该比较表明对于相同的SNR，用于本发明的同步方法的方差更小。差值均值及方差的比较表明本发明的方法所检测的值比通过Schmidl和Cox方法所获得的值更准确。曲线9和10还表明作为SNR的函数，本发明的方法是鲁棒的。本发明的方法产生错误检测的概率较低，从而使其能够用于如在WiFi***发生的突发脉冲类型的传输，也能够用于如在广播***中发生的连续传输。
因为同步的改善是通过使用与用于粗略同步相同的前导码来获得的，所以该实施特别有利。
因此，本发明的方法可为WiFi***提供大量好处。目前，这种***中的粗略同步是通过Schmidl和Cox方法来执行的。然后执行精细同步，但是以其他前导码为基础。具有两个不同前导码的限制降低了传输的谱效率。本发明的同步方法在WiFi***中的使用使得可能通过仅使用一个单一前导码来改善用于粗略同步和精细同步两者的传输的谱效率。无线电***中存在相同的优点。
参照图11a，下面是对使用依照上述实施的同步方法的接收机的简化结构的描述。
这样的接收机REC具有包括缓存的内存Mem_R、例如具有在用于执行本发明的同步方法的计算机程序Pg_R控制下的微处理器的处理器单元μP_R。
在初始化时，在由处理器单元μP_R的处理器运行之前，将计算机程序Pg_R的代码指令例如载入随机访问存储器(RAM)。处理器单元μP_R将已通过信道(例如在单个频带或多个频带中)传输的信号作为输入接收，所述信道可能是分散的(或例如空中信道中的多个路径)。处理器单元μP_R的微处理器应用计算机程序Pg_R的指令来执行上述同步方法。为此，接收机具有用于在分别对应于所接收样本的连续时刻d执行动作以计算粗略同步度量的计算装置、和用于检测何时超出由粗略度量所确定的阈值的装置，所述事件对应于被称作接收机的粗略同步时刻的时刻ds。接收机还可具有用于基于粗略同步值ds来确定精细搜索窗W的装置、用于在包含于精细搜索窗W中的连续时刻d执行动作以计算精细同步度量的计算装置、用于检测精细度量的最大值或检测超出确定阈值的精细度量的装置，所述最大值或被超过的阈值对应于精细同步时刻。这些装置由微处理器控制，并组成处理器单元μP_R的部分。
参照图11b，下面是对执行依照上述实施的传输方法的发射机的简化结构的描述。
这样的发射机TX具有包括缓存的内存Mem_T、例如具有微处理器且由用于执行本发明的传输信号的方法的计算机程序Pg_T所控制的处理器单元μP_T。
在初始化时，在由处理器单元μP_T的处理器运行之前，将计算机程序Pg_T的代码指令例如载入RAM。处理器单元μP_T接收输入信号，其例如可以按照码元的形式来调制。处理器单元μP_T的微处理器在应用计算机程序Pg_T的指令时执行上述传输方法。为此，发射机具有用于确定前导码的装置，使得前导码P[TL、TL、UM、UM]在第一重复序列TL之后还包括M个码元的第二重复序列UM，使得该第二序列UM对应于仅限于比第一序列TL的码元数量L小的码元数量M的第一序列TL的对称版本。这些装置由微处理器控制，并组成处理器单元μP_T的部分。
[1]T.M.Schmidl和D.C.Cox，“Robust frequency and timing synchronizationfor OFDM”，IEEE Transactions on Comminications，Vol.45，No.12，1613-1621页，1997年12月。

Claims (14)

1.一种用于同步接收机的方法，该接收机接收包含排列在帧中的连续样本的信号，该帧的起始由前导码所定义，所述方法的特征在于它包含：
●在对应于各接收样本的连续时刻d执行动作以计算粗略同步度量，所述粗略同步度量具有利用由至少两部分组成的前导码的重复结构的表达式，一部分包含L个样本的第一序列和第一序列的重复，且另一部分包含M个样本的第二序列和第二序列的重复，第二序列对应于第一序列的对称版本并且限于比样本数量L少的样本数量M，所述粗略同步度量给出对在与前导码大小具有相同大小的移动窗中所接收的两个连续样本序列对之间的相关性之和的测量；和
●检测粗略同步度量超过确定阈值的事件，该事件对应于“粗略”同步时刻ds。
2.如权利要求1所述的用于同步接收机的方法，其中以迭代方式计算该粗略同步度量。
3.如权利要求1所述的用于同步接收机的方法，其中所述粗略同步度量具有以下表达式：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>+</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>+</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mi>L</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>+</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mi>L</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> <mi>R</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>+</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mi>M</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> </msup> </mrow>
其中，R(.)是其数字形式的接收信号，(.)*是共轭运算符。
4.如权利要求1所述的用于同步接收机的方法，且还包含：
●在从粗略同步时刻ds开始的大小为Δ的搜索区域(W)上的连续时刻d执行动作，以计算利用前导码的对称结构的表达式的精细同步度量，所述精细同步度量测量在与前导码大小具有相同大小的移动窗中所接收的样本序列之间的相关性，该相关性首先在第一序列的M个样本和第二序列的重复的M个样本之间测量，然后在第一序列的重复的M个样本和第二序列的M个样本之间测量，所述精细同步度量的最大值或超过确定阈值的精细同步度量被用来确定“精细同步”时刻df。
5.如权利要求1所述的用于同步接收机的方法，所述方法还包含：
●在从粗略同步时刻ds开始的大小为Δ的搜索区域上的连续时刻d执行动作，以计算粗略同步度量和表达式的精细同步度量的乘积，所述表达式利用前导码的对称结构来给出在与前导码大小具有相同大小的移动窗中所接收的样本序列之间的相关性的测量，该相关性首先在第一序列的M个样本和第二序列的重复的M个样本之间测量，并然后在第一序列的重复的M个样本和第二序列的M个样本之间测量，所述粗略同步度量和精细同步度量的乘积的最大值或超过阈值的乘积被用来确定“精细同步”时刻df。
6.如权利要求4或5所述的用于同步接收机的方法，其中所述精细同步度量具有以下表达式：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>+</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mi>L</mi> <mo>-</mo> <mi>M</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> <mi>R</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>-</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> </msup> <mo>+</mo> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>+</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mi>L</mi> <mo>-</mo> <mi>M</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> <mi>R</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>-</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> </msup> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow>
其中，N＝2L+2M是前导码的长度，(.)*是共轭运算符。
7.一种用于接收信号的信号接收机，该信号包含排列在帧中的连续样本，该帧的起始由前导码所定义，所述接收机的特征在于它包含：
●计算器，用于在对应于各接收样本的连续时刻d执行动作，以计算粗略同步度量，该粗略同步度量具有利用由至少两部分组成的前导码的重复结构的表达式，一部分包含L个样本的第一序列和第一序列的重复，且另一部分包含M个样本的第二序列和第二序列的重复，第二序列对应于第一序列的对称版本并且限于比样本数量L少的样本数量M，所述粗略同步度量给出对在与前导码大小具有相同大小的移动窗中所接收的两个连续样本序列对之间的相关性之和的测量；和
●检测器装置，用于检测粗略同步度量超过确定阈值的事件，该事件对应于“粗略”同步时刻ds。
8.如权利要求7所述的信号接收机，其中所述计算器适于以迭代方式计算粗略同步度量。
9.如权利要求7或8所述的信号接收机，还包含：
●计算器，用于在从粗略同步时刻ds开始的大小为Δ的搜索区域(W)上的连续时刻d执行动作，以计算利用前导码对称结构的表达式的精细同步度量，所述精细同步度量测量在与前导码大小具有相同大小的移动窗中所接收的样本序列之间的相关性，该相关性首先在第一序列的M个样本和第二序列的重复的M个样本之间测量，并然后在第一序列的重复的M个样本和第二序列的M个样本之间测量，所述精细同步度量的最大值或超过确定阈值的精细同步度量被用来确定“精细同步”时刻df。
10.一种用于传输信号的信号传输方法，该信号包含排列在帧中的连续样本，该帧的起始由前导码P所定义，所述方法的特征在于它确定前导码P([TL、TL、UM、UM]，[UM、UM、TL、TL])，使得其由至少两部分组成，一部分包含L个样本的第一序列TL和第一序列的重复，且另一部分包含M个样本的第二序列UM和第二序列的重复，使得第二序列UM对应于第一序列TL的对称版本并且限于比第一序列TL的样本数量L少的样本数量M。
11.如权利要求10所述的信号传输方法，其中该第一序列TL通过由属于QPSK阵列的元素组成的随机序列S的大小为L的逆傅里叶变换获得，该随机序列S如下：
[-1+j；-1+j；1+j；-1-j；-1-j；-1+j；1+j；-1+j；-1+j；1-j；-1-j；-1+j；1+j；-1-j；-1-j；-1-j；1+j；-1+j；1-j；-1-j；1+j；1-j；-1+j；-1-j；-1-j；1+j；-1-j；0；0；0；0]，该数量M等于60，且
其中，conj(.)是给出复共轭的运算符，而flipud(.)是对应于列中元素的上下对称效果的运算符。
12.如权利要求10所述的信号传输方法，其中第一序列TL通过由属于QPSK阵列的元素组成的随机序列S的大小为L的逆傅里叶变换获得，该随机序列S如下：
[0；1+j；1+j；-1+j；0；1-j；0；0；1+j；1+j；-1+j；0；-1-j；-1+j；0；0；0；-1+j；0；1+j；-1-j；0；0；-1-j；-1+j；1+j；1+j；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；0；1-j；1+j；0；0；-1+j；1-j；-1+j；1-j；0；-1+j；0；0；0；0；0；0；0；1+j；0；0；1-j；1+j]，该数量M等于60，且
13.一种用于传输信号的信号发射机，该信号包含排列在帧中的连续样本，该帧的起始由前导码P所定义，所述发射机的特征在于它包含用于确定前导码的装置使得：
●前导码P([TL、TL、UM、UM]，[UM、UM、TL、TL])由至少两部分组成，一部分包含L个样本的第一序列TL和第一序列的重复，且另一部分包含M个样本的第二序列UM和第二序列的重复，使得第二序列UM对应于第一序列TL的对称版本并且限于比第一序列TL的样本数量L少的样本数量M。
14.一种用于接收信号的信号接收机，该信号包含排列在帧中的连续样本，该帧的起始由前导码P所定义，所述接收机包括：
用于检测前导码的装置使得：
前导码P([TL、TL、UM、UM]，[UM、UM、TL、TL])由至少两部分组成，一部分包含L个样本的第一序列TL和第一序列的重复，且另一部分包含M个样本的第二序列UM和第二序列的重复，使得第二序列UM对应于第一序列TL的对称版本并且限于比第一序列TL的样本数量L少的样本数量M。
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