CN1581741A

CN1581741A - 突发信号接收器

Info

Publication number: CN1581741A
Application number: CNA2004100566006A
Authority: CN
Inventors: 佐方连; 原田慎也; 佐藤一美
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2005-02-16
Also published as: JP2005064567A; US20050063297A1; JP3935120B2

Abstract

突发信号接收器包括计算接收的已知信号和产生的已知信号之间的相关值的相关性计算单元，求相关值的移动平均值，从而获得移动平均值的移动平均值计算器，检测每个恒定周期的移动平均值的峰值及其波峰位置的波峰检测器，和利用峰值和波峰位置，根据给定条件，确定同步位置的同步确定单元。

Description

突发信号接收器

本申请基于2003年8月11日提交的在先日本专利申请No.2003-207164并要求其优先权，该申请的全部内容收录于此，以供参考。

技术领域

本发明涉及接收包括重复已知信号的突发信号(burst signal)，例如OFDM(正交频分复用)信号的接收器，更具体地说，涉及建立定时同步的技术。

背景技术

无线LAN(局域网)设备作为网络设备的一种连接手段引起人们注意，并且迅速普及开来。无线LAN设备的技术要求之一是稳定的高通过量通信的实现。为了满足该要求，接收器必须精确地接收发射器传送的消息，并降低由于重发而导致的开销。对于安全地接收消息来说，接收器相对于发射器建立定时同步至关重要。

IEEE(电气和电子工程师协会)或ESTI(欧洲电信标准学会)推荐一种借助已知信号的重复部分，建立定时同步的通信方法。例如，在IEEE802.11a(它是无线LAN标准之一)中，在开始分组传输时，反复传送10次0.8微秒的已知信号(被称为短前同步码)。在接收器中，同步单元检测第10个短前同步码的终止时刻，即，前同步码中重复的已知信号的最后端。所述最后端被确定为基准时间位置(同步位置)。

日本专利特许公开No.2001-148679公开一种使用通过检测这种重复的已知信号，在接收的信号上获得的自相关输出，精确地建立定时同步的方法。该方法利用重复的已知信号具有恒定的强自相关性的特征。通过获得自相关性，检测重复的已知信号，所述自相关性是接收信号和通过把接收信号延迟已知信号的重复周期获得的信号之间的相关性。换句话说，检测自相关输出的降低点。这被认为是重复的已知信号的最后端，从而被确定为同步位置。

在日本专利特许公开No.2001-148679公开的方法中，如果由于某些原因，重复的已知信号上的自相关输出降低，或者它随着时间波动，那么自相关输出的降低点被错过或者被错误检测。从而，很可能错误地确定同步位置。自相关输出的这种降低起因于传播路径上，在传输信号中混合的噪声。由于噪声不具有周期性，它导致自相关输出的降低，进而导致自相关输出的波动。

发明内容

本发明的目的是提供一种接收器，所述接收器能够抑制噪声的影响，并实现正确的定时同步。

本发明的一方面提供一种接收包括在多个连续的恒定周期中重复的第一已知信号的突发信号的接收器，所述接收器包括：产生对应于第一已知信号的第二已知信号的发生器；计算第一已知信号和第二已知信号之间的相关值的相关性计算单元；被配置成对相关值进行移动平均以获得移动平均值的移动平均值计算器；检测每个恒定周期的移动平均值的峰值及其波峰位置的波峰检测器；和被配置成利用峰值和波峰位置，根据给定条件，确定同步位置的同步确定单元。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的接收器的方框图。

图2表示接收信号的例子。

图3是根据本发明实施例的同步单元的方框图。

图4表示从移动平均值计算单元提供的移动平均值波形的例子。

图5是同步确定单元的方框图。

图6是另一同步确定单元的方框图。

图7是根据本发明另一实施例的同步单元的方框图。

具体实施方式

(接收器设备的整体结构)

如图1中所示，利用根据本发明一个实施例的接收器中的接收天线10，接收发射器(未示出)传送的RF信号。接收天线10的输出信号被输入接收器电路11。接收的RF信号是，例如OFDM(正交频分复用)信号。

OFDM信号是，例如如图2中所示的突发信号，其中同步前同步码，传播估计前同步码等排列在其报头，前同步码之后是数据信号。在前同步码中，按照恒定的周期P，重复相同的已知信号。数据信号包括一个或多个信息符号。每个信息符号包括多个子载波信号。

接收器电路11放大，频率转换和模-数转换接收的OFDM信号，产生数字基带信号。下面把从接收器电路11输出的数字基带信号称为接收信号。

来自接收器电路11的接收信号被输入同步单元12和反向傅里叶变换器13。同步单元12利用接收信号，使发射器定时同步，从而确定称为同步位置的基准时间位置。就接收OFDM信号的本实施例来说，定时同步是从接收信号中检测符号的位置或者比特位置的过程。这种情况下，同步位置是数据信号的信息符号的头部位置，例如在图2中，即由重复的已知信号构成的前同步码的最后端。后面详细说明同步单元12的具体例子。

反向傅里叶变换器13对来自接收器电路11的接收信号进行反向FFT(反向傅里叶变换)。反向傅里叶变换器13定期对接收信号设置称为反向FFT窗的间隔，抽取反向FFT窗的每个间隔，对其进行FFT。这种情况下，根据同步单元12确定的同步位置设置反向FFT窗。换句话说，指示从同步单元12获得的同步位置的信息被提供给反向傅里叶变换器13。根据所述信息，反向FFT窗的头部和定时同步匹配，导致执行定时同步。换句话说，接收器中的反向FFT窗被设置成在时间上和发射器中的FFT窗匹配。

反向傅里叶变换器13利用反向FFT过程，从接收器电路11的接收信号中抽取子载波信号。对OFDM信号进行均衡过程，除去在传播路径上遭受的失真。之后，该信号被输入解调器15。在解调器15中，依据基于定时同步过程的恰当解调定时，对均衡后的接收信号进行解调过程，从而再现传输数据流。由于均衡器14和解调器15的过程已知，因此这里不再赘述。

(同步单元12的第一例子)

图3表示根据第一例子的同步单元12的结构。来自接收器电路11的接收信号通过输入端子20被输入相关性计算单元21，以便计算相对于已知信号发生器22产生的已知信号的相关值。包括在接收信号的前同步码部分中的已知信号被称为第一已知信号，已知信号发生器22产生的已知信号被称为第二已知信号。第二已知信号作为与第一原始已知信号相同的信号产生。

当包括在接收信号的前同步码部分中的第一已知信号和已知信号发生器22产生的第二已知信号彼此一致或者类似时，借助相关性计算单元21计算的相关值具有较大的值。当第一已知信号和第二已知信号不一致或者不类似时，相关值具有较小的值。已知信号发生器22产生第二已知信号，同时逐次沿单一方向移动第二已知信号。每当第二已知信号被移动一次时，重复进行相关性计算单元21的相关值计算。从而，持续不断地反复输出相关值。

相关性计算单元21计算的相关值被输入移动平均值计算单元23，计算移动平均值。移动平均是获得在一段时间内收集的数据的算术平均数或量值平均的运算。该运算获得的移动平均值消除噪声分量。就本实施例来说，通过利用移动平均值计算单元23，对来自相关性计算单元21的相关值，计算移动平均值，能够消除导致错误确定同步位置的噪声分量。

移动平均值计算单元23包括只保存恒定数目的过去输入值(来自相关性计算单元21的相关值)的多级移位寄存器或者多个阶段。通过输出移位寄存器每级的保存数据的平均值，获得移动平均值。图4表示了移动平均值波形的一个例子，所述移动平均值波形是移动平均值计算单元23的输出。

移动平均值计算单元23计算的移动平均值被输入波峰检测器24。波峰检测器24把移动平均值波形分成对应于第一已知信号的重复周期P的时间间隔，并关于每个时间间隔，搜索移动平均值的波峰，从而检测峰值和波峰位置。图4中所示的移动平均值波形具有波峰P1-P4。波峰检测器24检测峰值A1-A4(它们是波峰P1-P4的值)和波峰位置T_A1-T_A4(它们是波峰P1-P4的时间位置)。波峰检测器24输出峰值A1-A4和波峰位置T_A1-T_A4。

从波峰检测器24输出的峰值和波峰位置的信息被输入同步确定单元25。同步确定单元25通过利用波峰检测器24检测的峰值和波峰位置，确定同步位置，即供定时同步之用的基准时间位置，并向输出端子26输出指示同步位置的信息。后面更详细地说明同步确定单元25的具体结构。

在如上所述的本实施例中，相关性计算单元21计算的相关值由移动平均值计算单元23求平均数，从而获得移动平均值。对移动平均值进行波峰检测。通过在计算中求移动平均值的平均数，消除包括在接收信号中的噪声分量。从而，接收信号的噪声分量对波峰检测的影响被降低。于是，和检测自相关输出的波峰的常规方法相比，本实施例能够更精确地确定同步位置。

(同步确定单元25的例子1)

图5中表示了同步确定单元25的一个例子。同步确定单元25包括比较器31，阈值设置单元32和波峰选择器33。来自波峰检测器24的峰值和波峰位置信息通过输入端子30被输入比较器31。比较器31比较从输入端子30输入的峰值和阈值设置单元32设置的阈值。作为该比较的结果，比较器31确定其间出现峰值超过阈值th的波峰的间隔对应于第一已知信号反复出现的间隔，并输出和该间隔中的所有波峰位置，即峰值超过阈值th的所有波峰位置相关的信息。

从比较器31输出的波峰位置的信息被输入波峰选择器33。峰值选择器33从和超过阈值的波峰对应的波峰位置中，选择最适合于同步位置的波峰位置，并把指示同步位置的信息输出给输出端子26。和超过阈值th的峰值对应的所有波峰位置中的最后波峰位置被确定为图2的前同步码的末端，所述前同步码为第一已知信号的重复部分(数据间隔的信息符号的头部位置)。比较器31把最后的波峰位置选为最适合于同步位置的波峰位置，并将其确定为同步位置。指示确定的同步位置的信息通过输出端子26被输出，并被提供给图1中所示的反向傅里叶变换器13。

考虑波峰检测器24检测图4中所示的移动平均值波形的峰值A1～A4和波峰位置T_A1～T_A4的情况。比较器31比较峰值A1～A4和阈值设置单元32设置的阈值。本例中，由于对应于波峰P1、P2、P3的值的峰值A1、A2、A3超过图4中所示的阈值，因此比较器31把和波峰P1、P2、P3的时间位置对应的波峰位置T_A1、T_A2、T_A3的信息输出给波峰选择器33。波峰选择器33把波峰位置T_A1、T_A2、T_A3中的最后波峰位置T_A3确定为同步位置，并把波峰位置T_A3的信息输出给输出端子26。

图5中所示的同步确定单元具有易于组装的结构，并且基于利用恒定阈值th的波峰检测，检测和重复的已知信号对应的前同步码部分的末端，并确定同步位置。从而，同步确定单元25适合于在传播环境几乎不发生变化，强烈接收直达波的情况下使用。

(同步确定单元25的例子2)

图6表示同步确定单元25的另一例子。该同步确定单元25包括变化量检测器41，最大值检测器42和波峰选择器43。来自图3中所示的波峰检测器24的峰值和波峰位置信息通过输入端子40被输入变化量检测器41。

变化量检测器41计算对应于两个相邻周期P的两个相邻峰值之间的变化量，并输出指示所述变化量的信息以及每个峰值的信息。两个相邻峰值之间的变化量可使用例如两个相邻周期P的峰值之间的差值。

在重复第一已知信号的前同步码部分中，变化量检测器41检测的变化量具有较大的值。从而，最大值检测器42检测变化量检测器41得到的变化量的最大值，并输出峰值的信息，以便给出最大变化量。从最大值检测器42输出的峰值信息被输入波峰选择器43。波峰选择器43根据来自图3中所示波峰检测器24的峰值和波峰位置的信息，和最大值检测器42检测的最大值信息，选择最适合于同步位置的波峰位置。具体地说，波峰选择器43从例如最大值检测器42检测的两个相邻周期之间提供最大值的波峰位置中，选择较早的波峰位置作为同步位置，并确定同步位置。指示所述确定的同步位置的信息被输出给输出端子26。

考虑例如波峰检测器24检测图4中所示的移动平均值波形的峰值A1～A4和波峰位置T_A1～T_A4的情况。这种情况下，变化量检测器41输出两个相邻周期，即周期(1)：(n-1)P-nP和nP-(n+1)P，周期(2)：nP-(n+1)P和(n+1)P-(n+2)P，和周期(3)：(n+2)P-(n+3)P的峰值的变化量δ12＝A1-A2，δ23＝A2-A3和δ34＝A3-A4的信息，以及波峰位置T_A1～T_A4的信息。最大值检测器42比较变化量δ12～δ34，输出和δ34对应的波峰位置T_A3和T_A4的信息，因为δ34是图4的例子中的最大值。波峰选择器43选择并输出波峰位置T_A3和T_A4中，时间较早的波峰位置T_A3作为同步位置。

图6中所示的同步确定单元25通过把两个相邻周期中的峰值之间的差值用作变化量，检测由重复的已知信号构成的前同步码部分的最后端，并确定同步位置。于是，当接收信号叠加恒定的DC偏移时，能够容易地确定同步位置。由于两个相邻周期中的峰值的变化量被比较，因此即使周期信号遭受起因于多通(multi-pass)等的失真，所述周期信号也不会受所述失真的影响。

代替两个相邻周期中峰值之间的差值，变化量检测器41检测两个相邻周期中，波峰之间的比值。波峰之间的比值变得最小的位置被设置成同步位置。为此，即使以不同的放大倍数放大或衰减接收信号，也能够容易地确定同步位置。

(同步单元12的第二例子)

参考图7说明同步单元12的另一结构例子。在图7中所示的同步单元12中，在图3的波峰检测器和同步确定单元25之间***相对值计算单元27。在第二例子中，相同的附图标记被用于指示和第一例子中类似的结构元件，为了简便起见，省略对它们的进一步说明。在图7的同步单元12中，移动平均值计算单元23关于相关性计算单元21计算的相关值，计算得到移动平均值信息，波峰检测器23关于移动平均值检测到的每个重复周期P中的峰值信息，和与峰值对应的波峰位置信息被输入相对值计算单元27。

通过把在领先每个波峰位置的时间小于周期P的时刻，来自移动平均值计算单元23的移动平均值(围绕每个周期中的波峰的移动平均值)作为基准值，相对值计算单元27计算波峰检测器24检测的每个峰值的相对值。相对值计算单元27事先确定所述周期中的一个时间τ，并通过把在波峰位置之前时间τ的移动平均值作为基准值，计算峰值和基准值之间的差值作为相对值。相对值计算单元27输出相对值信息，以及波峰位置的信息。同步确定单元25根据相对值计算单元27提供的相对值和波峰位置信息，确定同步位置。

类似于上面的例子，图4中所示的移动平均值波形由移动平均值计算单元23提供。考虑波峰检测器24检测图4中所示的移动平均值波形的峰值A1～A4和波峰位置T_A1～T_A4的情况。这种情况下，首先，相对值计算单元27抽取在位置T_B1＝T_A1-τ的移动平均值B1，并计算相对值Δ1＝A1-B1。随后，相对值计算单元27对应于每个波峰位置重复类似的过程，并计算相对值Δ2～Δ4。

指示从相对值计算单元27输出的相对值的信息和指示波峰位置的信息一起被输入同步确定单元25。同步确定单元25从每个相对值和波峰位置，选择最佳的同步位置，并把指示同步位置的信息输出给输出端子26。

相对值计算单元27计算的相对值是指示波峰P1～P4的锐度的指数。当波峰较锐利时，同步确定的可靠性变得较高。于是，能够提高同步确定位置的可靠性。此外，当相对值计算单元27计算基准值和峰值之间的差值作为相对值时，能够降低包括在接收信号中的DC偏移的影响。

相对值可使用基准值和峰值之间的比值。这种情况下，代替Δ1设置Δ′＝A1/B1来计算Δn′(n是不小于1的整数)。大于事先设置的指定阈值的最后Δn′的位置被确定为同步位置。从而，即使用不同的放大倍数放大或衰减接收信号，也可能容易地确定同步位置。

图7中的同步确定单元25基本上类似于图3中的同步确定单元25，并且如图5或图6中所示被配置。但是，图3中的同步确定单元25的输入是波峰检测器24提供的峰值和波峰位置。相反，图7中的同步确定单元25的输入是相对值计算单元27提供的相对值信息和波峰检测器24提供的波峰位置。从而，能够类似于图5或6配置同步确定单元25。

换句话说，在图5中所示的同步确定单元25中，比较器比较相对值和阈值设置单元32事先设置的阈值，搜索相对值超过阈值的所有波峰位置。波峰选择器33从比较器31获得的波峰位置中选择最后的波峰位置作为最佳波峰位置，并将其确定为同步位置。

另一方面，在图6中所示的同步确定单元25中，变化量检测器41得到两个相邻周期P之间相对值的变化量(在图4中所示的例子中，Δ2-Δ1，Δ3-Δ2，...)。最大值检测器42检测变化量的最大值。波峰选择器43把提供最大值的两个相邻周期的相对值中时间较早的波峰位置选为同步位置。在图4中所示的例子中，T_A3被选为同步位置，因为Δ4-Δ3的值变成最大值。

本领域的技术人员易于想到其它优点和修改。于是，本发明的范围并不局限于这里表示和描述的具体细节和典型实施例。因此，在不脱离由附加权利要求及其等同物限定的一般发明原理的精神或范围的情况下，能够做出各种修改。

Claims

1、一种接收突发信号的突发信号接收器，所述突发信号包括在多个连续的恒定周期中重复的第一已知信号，所述接收器包括：

产生对应于第一已知信号的第二已知信号的发生器；

计算第一已知信号和第二已知信号之间的相关值的相关性计算单元；

被配置成对相关值进行移动平均以获得移动平均值的移动平均值计算器；

检测每个恒定周期的移动平均值的峰值及其波峰位置的波峰检测器；和

被配置成利用峰值和波峰位置，根据给定条件，确定同步位置的同步确定单元。

2、按照权利要求1所述的接收器，其中同步确定单元包括比较峰值和阈值以检测和超过阈值的峰值对应的波峰位置的比较器，和把最后的波峰位置选为同步位置的波峰选择器。

3、按照权利要求2所述的接收器，它包括与比较器连接，并被配置成把阈值输入比较器的阈值设置单元。

4、按照权利要求1所述的接收器，其中波峰检测器包括搜索和恒定周期对应的时间间隔中移动平均值的波峰，从而检测峰值和波峰位置的装置。

5、按照权利要求4所述的接收器，其中同步确定单元包括比较峰值与阈值，以检测和超过阈值的峰值对应的波峰位置的比较器，和把与超过阈值的峰值对应的波峰位置中的最后波峰位置选为同步位置的波峰选择器。

6、按照权利要求5所述的接收器，它包括与比较器连接，并被配置成把阈值输入比较器的阈值设置单元。

7、按照权利要求5所述的接收器，其中突发信号包括正交频分复用信号，所述正交频分复用信号包括前同步码和前同步码之后的数据，所述前同步码包括已知信号，并且同步确定单元被配置成把前同步码的最后端确定为同步位置。

8、按照权利要求4所述的接收器，其中同步确定单元包括得到时间间隔的相邻时间间隔中的峰值之间的变化量的变化量检测器，检测最大变化量的最大值检测器，和选择与包括指示其间的最大变化量的峰值的相邻时间间隔中较早的一个对应的波峰位置作为同步位置的波峰选择器。

9、按照权利要求8所述的接收器，其中突发信号包括正交频分复用信号，所述正交频分复用信号包括前同步码和前同步码之后的数据，所述前同步码包括已知信号，并且同步确定单元被配置成把前同步码的最后端确定为同步位置。

10、按照权利要求1所述的接收器，其中突发信号包括正交频分复用信号，所述正交频分复用信号包括前同步码和前同步码之后的数据，所述前同步码包括已知信号，并且同步确定单元被配置成把前同步码的最后端确定为同步位置。

11、一种接收突发信号的突发信号接收器，所述突发信号包括在多个恒定周期中重复的第一已知信号，所述接收器包括：

产生第二已知信号的已知信号发生器；

被配置成计算第一已知信号和第二已知信号之间的相关值的相关性计算单元；

被配置成对相关值进行移动平均以获得移动平均值的移动平均值计算单元；

检测每个恒定周期的移动平均值的峰值及其波峰位置的波峰检测器；

被配置成获得峰值与基准值的相对值的相对值计算单元，所述基准值指示在波峰位置之前时间小于恒定周期的某一时刻获得的移动平均值；和

被配置成利用相对值和波峰位置，确定同步位置的同步确定单元。

12、按照权利要求11所述的接收器，其中同步确定单元包括比较相对值和阈值以检测和超过阈值的相对值对应的波峰位置的比较器，和把最后的波峰位置选为同步位置的波峰选择器。

13、按照权利要求12所述的接收器，它包括与比较器连接，并被配置成把阈值输入比较器的阈值设置单元。

14、按照权利要求11所述的接收器，其中相对值计算单元包括计算峰值和基准值之间的差值，从而获得相对值的装置。

15、按照权利要求11所述的接收器，其中相对值计算单元包括计算峰值与基准值的比值，从而获得相对值的装置。

16、按照权利要求11所述的接收器，其中波峰检测器包括搜索和恒定周期对应的时间间隔中移动平均值的波峰，从而检测峰值和波峰位置的装置。

17、按照权利要求16所述的接收器，其中相对值计算单元包括获得多个相对值的装置，每个相对值表示每个峰值与基准值的相对值，所述基准值指示在波峰位置中一个对应波峰位置之前时间小于恒定周期的某一时刻获得的移动平均值。

18、按照权利要求17所述的接收器，其中同步确定单元包括比较每个相对值与阈值，以检测和超过阈值的相对值对应的波峰位置的比较器，和把波峰位置中的最后波峰位置选为同步位置的波峰选择器。

19、按照权利要求18所述的接收器，它包括与比较器连接，并被配置成把阈值输入比较器的阈值设置单元。

20、按照权利要求17所述的接收器，其中相对值计算单元包括计算峰值和基准值之间的差值，从而获得相对值的装置。

21、按照权利要求17所述的接收器，其中相对值计算单元包括计算峰值与基准值的比值，从而获得相对值的装置。

22、按照权利要求11所述的接收器，其中突发信号包括正交频分复用信号，所述正交频分复用信号包括前同步码和前同步码之后的数据，所述前同步码包括已知信号，并且同步确定单元被配置成把前同步码的最后端确定为同步位置。

23、按照权利要求22所述的接收器，它包括对正交频分复用信号的开窗信号分量进行反向傅里叶变换，从而把子载波信号和正交分割多路信号分开的反向傅里叶变换器，所述开窗信号分量对应于头部与同步位置一致的窗口的间隔。