CN1722720A - 检测帧和码元的时间同步的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种检测帧和码元的时间同步的设备和方法。该设备包括：获得预定时域中的局部相位参考码元与数字信号之间的相关值的相关滤波器；检测相关滤波器的输出的最大值的位置的最大值检测器；从最大值的位置搜索帧的起始点的帧同步器；和从最大值的位置同步帧的码元定时的码元定时同步器。

Description

检测帧和码元的时间同步的设备和方法
本申请要求于2004年7月7日在韩国知识产权局提交的第2004-52650号韩国专利申请的利益，该申请公开于此以资参考。
                         技术领域
本发明涉及一种数字接收***，更具体地讲，本发明涉及一种检测根据正交频分复用(OFDM)方法接收到的数字广播数据帧的同步和OFDM码元的同步的设备和方法。
                         背景技术
目前使用的地面数字无线电广播***是欧洲、美国和日本类型的，它们都采用正交频分复用方法。欧洲的数字音频广播(DAB)，即EUREKA-147，是一种采用有强抗地面多径衰减的编码OFDM(COFDM)的数字调制方法。韩国的数字多媒体广播(DMB)提供了基于欧洲DAB的光盘(CD)水平的声音质量、各种类型的数据服务、以及高质量的移动接收。
图1是表示使用COFDM方法的数字数据帧的结构的图。参考图1，76个OFDM码元位于在空码元a后，这76个OFDM码元的第一个OFDM码元是相位参考码元(PRS)b，有效数据码元c位于该PRS b之后。空码元a和PRS b组成了数字数据帧的同步信道。每一个上述码元包括时域OFDM副载波信号e和引导间隔(GI)d。部分时域OFDM副载波信号e被***到GI d中以处理发生在同步信道中的重像的中断。
PRS b是发射机和接收机已知的数据，并为下一个OFDM码元的差动调制提供相位参考。PRS b也用于检测帧和码元的时间同步。
被用来检测OFDM的同步的传统算法的结构被分类为使用GI d的相关性的结构和使用信道的单位响应的结构。
使用GI d的码元时域同步算法具有简单的结构，但是其稳定性取决于信道特性而改变。码元时域同步算法在Gaussian信道上相当稳定，但是由于同步误差发生于一个或更多个码元中，在像Reilay信道和Riacian信道等具有多路特性的信道中，该码元时域同步算法是不稳定的。
使用信道的单位响应的结构比使用GI d的结构稳定，但是要消耗大量的功率。因此，使用信道的单位响应的结构不适合于开发需要低功率消耗的同步检测算法。这是因为移动DBA或DMB需要低功率消耗。
                       发明内容
因此，做出本发明的总体构思以解决以上提到的和/或问题，本发明总体构思的一方面是提供一种使用依赖于低功率和信道的特性的PRS来稳定地检测帧和码元的时间同步的设备和方法。
根据本发明的一方面，提供了一种设备，该设备用于检测具有包括相位参考码元并使用正交频分复用方法调制的帧结构的数字信号的帧和码元的时间同步，其包括：相关滤波器，用于获得预定时域中的局部相位参考码元与数字信号之间的相关值；最大值检测器，用于检测相关滤波器的输出的最大值的位置；帧同步器，用于从最大值的位置搜索帧的起始点；和码元定时同步器，用于从最大值的位置同步帧的码元定时。
该设备还包括频率误差补偿器，该频率误差补偿器用于从数字信号中移除随时间变化的频率分量以补偿频率误差并将该数字信号输出到相关滤波器。
频率误差补偿器可包括：延迟器，用于将数字信号延迟一个采样时间；共轭复数单元，用于获得延迟的数字信号的共轭复数；第一乘法器，用于将数字信号与共轭复数相乘并输出相乘结果。
相关滤波器可包括：局部相位参考码元单元，用于获得局部相位参考码元的共轭复数；第二乘法器，用于将从频率误差补偿器输出的数字信号与由局部相位码元参考单元获得的共轭复数相乘；和积分器，用于在预定的一段时间内累积并相加第二乘法器的相乘结果。
局部相位参考码元单元对局部相位参考码元的有效数据的一半可获得共轭复数，积分器可以对局部相位参考码元的有效数据的一半累积并相加第二乘法器的相乘结果。
相关滤波器还可包括：第一符号单元，用于获得从频率误差补偿器输出的数字信号的正号和负号并将该正号和负号输出到第二乘法器、和第二符号单元，用于获得从局部相位参考码元单元输出的共轭复数的正号和负号并将该正号和负号输出到第二乘法器。
第一和第二符号单元可将正号输出为“1”和将负号输出为“0”。
根据本发明的另一方面，提供了一种检测具有包括相位参考码元并使用正交频分多路复用方法调制的帧结构的数字信号帧和码元的时间同步的方法，其包括：获得预定时域内局部相位参考码元与数字信号之间的相关值，从最大值的位置搜索帧的起始点，和从最大值的位置同步帧的码元定时。
该方法还可包括：从数字信号中移除随时间变化的频率分量，以补偿频率误差。
对频率误差的补偿包括：将数字信号延迟一个采样时间；获得延迟的数字信号的共轭复数；和将数字信号与共轭复数相乘并输出相乘的结果。
相关值的获得包括：获得局部相位参考码元的共轭复数；将输出的相乘的结果与局部相位参考码元的共轭复数相乘；和在预定的一段时间内累积并相加该相乘结果。
对于局部相位参考码元的有效数据的一半，共轭复数被获得。
对于局部相位参考码元的有效数据的一半，相乘的结果可被累积并相加。
数字信号可与局部相位参考码元的共轭复数的符号相乘。
                         附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述方面和特点将会变得更清楚，其中：
图1是表示使用COFDM方法的数字数据帧的结构的图；
图2是表示根据本发明实施例的用于检测帧和码元的时间同步的设备的方框图；
图3是表示根据本发明实施例的相关滤波器的输出的图；和
图4是根据本发明实施例的检测帧和码元的时间同步的方法的流程图。
                       具体实施方式
本发明特定实施例将参照附图被详细地描述。
在下面的描述中，即使在不同的图中，相同的符号也始终表示相同的部件。描述中定义的事物例如详细的结构和部件只被提供以有助于对本发明的全面的理解。因此，很明显，本发明没有那么定义的事物也能被实现。同时，因为已为大家所熟知的功能或结构会在不必要的细节上使本发明变得模糊，所以这些功能或结构没有被详细描述。
图2是根据本发明实施例的检测帧和码元的时间同步的设备的方框图。
时间同步检测设备200安装在DAB/DMB(数字音频广播/数字多媒体广播)接收机的内部，并接收根据OFDM方法被调制的数字广播数据以补偿在帧同步和码元定时恢复(STR)中的误差。
在快速傅立叶变换(FFT)之前，时间同步检测设备200在时域中操作，以便在检测设备200的后面部分的FFT能够基于精确的帧同步和精确的起始点而被执行。
输入到时间同步检测设备200的信号具有如图1所示的带有PRS b的帧结构，该帧结构根据OFDM方法被调制，以预定的时间为单位被采样，并经过模拟-数字转换器(ADC)(没有示出)被转换为数字数据。其为复数的数字数据经过同相/正交位移(I/Q)单元(没有示出)被分解为实数和虚数，然后被输入到时间同步检测设备200中。
接收到的数字数据帧可为如图1所示的帧结构，如果接收到的数字数据在下面的示例性实施例中所描述的传输模式1(Tx1)中，那么GI d包括504个采样，有效数据e包括2048个采样。
参照图2，时间同步检测设备200包括：频率误差补偿器210、相关滤波器230、最大值检测器250、帧同步器270、以及码元定时同步器290。
频率误差补偿器210补偿输入到相关滤波器230的数字信号的载波频率误差。数字信号的载波频率误差阻碍相关滤波器230计算相关值。
频率误差补偿器210包括延迟器211，共轭复数单元213以及第一乘法器215。
延迟器211以采样为单位顺序地延迟OFDM调制的数字信号。延迟的数字信号被传送到共轭复数单元213中。
共轭复数单元213计算被分解为实数和虚数的数字信号的共轭复数。
第一乘法器215将从共轭复数单元213输出的延迟的数字信号与接收的没有延迟的数字信号相乘。相乘后的信号输入到相关滤波器230。第一乘法器215相乘的结果有助于移除随着时间而改变的频率分量。
相关滤波器230包括局部PRS单元233、第二乘法器237、积分器239、第一符号单元231、以及第二符号单元235，并计算接收到的数字信号帧的PRS与相关滤波器230已知的并存储在该相关滤波器中的局部PRS之间的相关值。
相关滤波器230将接收到的数字信号帧的PRS与时域中的局部PRS的共轭复数相乘，并在预定的一段时间累积相乘结果以获得相关值。
第一符号单元231获得输入到相关滤波器230的帧数据的采样值的(正或负)符号，并将该符号输出到第二乘法器237。结果，只有一位而不是多位可被用来使用实际数据的值以获得相关值。
局部PRS单元233获得包括时域中的实数和虚数的局部PRS的共轭复数。这样，局部PRS单元233对频域中的局部PRS进行逆FFT(IFFT)，以将频域中的PRS转换为时域中的PRS，然后获得时域中的局部PRS的共轭复数。局部PRS单元233获得有效数据(n＝2048)或该有效数据的一半(n＝1024)的采样值的共轭复数。
第二符号单元235获得从局部PRS单元233输出的共轭复数的(正或负)符号，并将该符号输出到第二乘法器237。
第一符号单元231和第二符号单元235可以将每个采样的正号和负号分别输出为“1”和“0”。
第二乘法器237将从第一符号单元231输出的值与从第二符号单元235输出的值相乘，并将相乘的结果输出到积分器239。第二乘法器237顺序地将PRS的有效数据或有效数据的一半相乘。
如果第一和第二符号单元231和235将正号和负号分别输出为“1”和“0”，那么第二乘法器237可以将正号“1”与正号“1”相乘以输出值“1”，将正号“1”与负号“0”相乘以输出值“0”，将负号“0”与负号“0”相乘以输出值“1”。
积分器239在预定的一段时间将从第二乘法器237输出的值顺序地相加以获得相关值。换句话说，积分器239可以对于一个有效的数据间隔(n＝2048)或该有效数据间隔的一半(n＝1024)累积并相加从第二乘法器237输出的值。
相关滤波器230可获得每个PRS的有效数据间隔(2048个采样)的相关值。或者，相关滤波器230也可以获得有效数据间隔的一半(1024个采样)的相关值。无论哪种情况，帧同步和码元定时同步都可被精确地获得。
相关滤波器230可以在没有第一符号单元231和第二符号单元235的情况下将实际的采样值相乘来获得相关值。但是，在这种情况下，第二乘法器237和积分器239的尺寸可被增加。
相关滤波器230可以通过第一符号单元231和第二符号单元235仅将PRS的符号和局部PRS的符号相乘、累积以及相加，来获得相关值。这样，指示PRS的1024个或2048个采样值的相关滤波器230可以减小为足以指示一个符号的尺寸。结果，第二乘法器237的尺寸能被减小。
最大值检测器250获得从相关滤波器230输出的相关值的最大值的位置。
图3是显示本发明实施例的相关滤波器230的输出的图。参照图3，相关值的最大值f被显示在有效数据的一半的位置上。最大值检测器250将最大值f的位置输出到帧同步器270和码元定时同步器290中。
基于被最大值检测器250检测到的相关值的最大值f的位置，帧同步器270搜索帧的起始点。帧同步器270将关于帧的起始点的信息发送到位于时间同步检测设备200的尾部的FFT单元(没有示出)。
码元定时同步器290基于由最大值检测器250检测到的相关值的最大值f的位置执行STR以获得FFT的精确的起始点。码元定时同步器290的输出被发送到FFT单元(没有示出)。
图4是根据本发明实施例的检测帧和码元时间同步的方法的流程图。
在操作S401中，时间同步检测设备200接收OFDM调制的数字信号。在操作S403中，时间同步检测设备200补偿可能发生在OFDM调制的数字信号中的载波频率误差。为了这个目的，频率误差补偿器200的延迟器211以采样为单位延迟OFDM调制的数字信号，共轭复数单元213获得延迟的数字信号的共轭复数。另外，第一乘法器215将共轭复数单元213输出的延迟的数字信号与接收到的OFDM调制的数字信号相乘，并将相乘的结果输出到相关滤波器230中。
相关滤波器230获得输入信号与局部PRS之间的相关值。第一符号单元231检测输入到相关滤波器230的输入信号的每个采样值的符号。局部PRS单元233获得局部PRS的有效数据的一半(n＝1024)的共轭复数，第二符号单元235获得并输出仅共轭复数的1024个采样的符号。在操作S405中，第二乘法器237将从第一符号单元231和第二符号单元235输出的信号相乘，积分器239对有效数据的一半(n＝1024)累积并相加相乘结果以获得相关值。
在操作S407中，最大值检测器250获得由相关滤波器230得到的相关值的最大值的位置。在操作S409中，帧同步器270基于最大值的位置搜索帧的起始点，码元定时同步器290基于最大值的位置搜索FFT的精确的起始点。
根据本发明的检测帧和码元的时间同步的设备的操作根据上述的过程被执行。
如上所述，在根据本发明的检测帧和码元的时间同步的设备和方法中，基于精确的帧同步和FFT的起始点，FFT能够被稳定地执行。对于有效数据的一半或只使用有效数据的一半的符号，数字信号和局部PRS之间的相关值能被得到。这样，设备的尺寸能被相当地减小。结果，这种设备能够在低功率下实现。
前面所述的实施例和优点只是示例性的，并不被解释为限制本发明。本教述可容易地被应用于其他类型的设备。另外，本发明实施例的描述意图是是说明性的，而并不限制权利要求的范围，很多替换、修改和改变对于本领域的技术人员是清楚易见的。

Claims (14)

1、一种设备，用于检测具有包括相位参考码元并使用正交频分复用方法调制的帧结构的数字信号的帧和码元的时间同步，包括：
相关滤波器，用于获得预定时域中的局部相位参考码元与数字信号之间的相关值；
最大值检测器，用于检测相关滤波器的输出的最大值的位置；
帧同步器，用于从最大值的位置搜索帧的起始点；和
码元定时同步器，用于从最大值的位置同步帧的码元定时。
2、如权利要求1所述的设备，还包括：
频率误差补偿器，用于从数字信号中移除随时间变化的频率分量以补偿频率误差并将该数字信号输出到相关滤波器。
3、如权利要求2所述的设备，其中，频率误差补偿器包括：
延迟器，用于将数字信号延迟一个采样时间；
共轭复数单元，用于获得延迟的数字信号的共轭复数；和
第一乘法器，用于将数字信号与共轭复数相乘并输出相乘结果。
4、如权利要求2所述的设备，其中，相关滤波器包括：
局部相位参考码元单元，用于获得局部相位参考码元的共轭复数；
第二乘法器，用于将从频率误差补偿器输出的数字信号与由局部相位码元参考单元获得的共轭复数相乘；和
积分器，在预定一段时间内累积并相加第二乘法器的相乘结果。
5、如权利要求4所述的设备，其中：
局部相位参考码元单元对于局部相位参考码元的有效数据的一半获得共轭复数；并且
积分器对局部相位参考码元的有效数据的一半累积并相加第二乘法器的相乘结果。
6、如权利要求4所述的设备，其中，相关滤波器还包括：
第一符号单元，用于获得从频率误差补偿器输出的数字信号的正号和负号，并将该正号和负号输出到第二乘法器；和
第二符号单元，用于获得从局部相位参考码元单元输出的共轭复数的正号和负号并将该正号和负号输出到第二乘法器。
7、如权利要求6所述的设备，其中，第一和第二符号单元将正号输出为“1”，将负号输出为“0”。
8、一种检测具有包括相位参考码元并使用正交频分多路复用方法调制的帧结构的数字信号的帧和码元的时间同步的方法，包括：
获得预定时域中的局部相位参考码元与数字信号之间的相关值；
从最大值的位置搜索帧的起始点；和
从最大值的位置同步帧的码元定时。
9、如权利要求8所述的方法，还包括：
从数字信号中移除随时间变化的频率分量，以补偿频率误差。
10、如权利要求9所述的方法，其中，补偿频率误差的步骤包括：
将数字信号延迟一个采样时间；
获得延迟的数字信号的共轭复数；和
将数字信号与共轭复数相乘并输出相乘结果。
11、如权利要求10所述的方法，其中，获得相关值的步骤包括：
获得局部相位参考码元的共轭复数；
将输出的相乘结果与局部相位参考码元的共轭复数相乘；和
在预定的一段时间内累积并相加相乘的结果。
12、如权利要求11所述的方法，其中，对局部相位参考码元的有效数据的一半获得共轭复数。
13、如权利要求12所述的方法，其中，对局部相位参考码元的有效数据的一半累积并相加该相乘结果。
14、如权利要求11所述的方法，其中，数字信号与局部相位参考码元的共轭复数的符号相乘。
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