EA007858B1

EA007858B1 - Способ синхронизации во временной и частотной областях нескольких устройств в системе передачи данных с использованием модуляции с ортогональным частотным уплотнением

Info

Publication number: EA007858B1
Application number: EA200501060A
Authority: EA
Inventors: Хорхе Висенте Бласко-Кларет; Хуан Карлос Ривейро-Инсуа; Сальвадор Ирансо-Молинеро
Original assignee: Дисеньо Де Системас Эн Силисио, С.А.
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2007-02-27
Also published as: MXPA05006896A; BRPI0406716A; WO2004064278A1; US20130163652A1; TWI256790B; EA200501060A1; KR20050100609A; CA2512920A1; ES2212744B2; ES2303627T3; US8385434B2; JP2006515735A; KR101083795B1; DE602004012381D1; ATE389267T1; ES2212744A1; DE602004012381T2; EP1583267A1; US20060140292A1; AU2004204595A1

Abstract

В изобретении описан способ синхронизации во временной и частотной областях множества устройств в системе передачи данных с использованием ОЧУ-модуляции. Предлагаемый в изобретении способ применим для синхронизации множества пользователей за счет усовершенствования вычисления начала ОЧУ-символов и погрешности частоты для сред с высоким уровнем шума или частотно-избирательных каналов. Особенностью изобретения является разложение принятых сигналов х(n), содержащих синхронизирующие последовательности и данные, на частотные диапазоны (М) и применение алгоритмов синхронизации в каждом из таких диапазонов.

Description

Задача изобретения

Настоящее изобретение относится к способу синхронизации во временной и частотной областях нескольких устройств в системе передачи данных с использованием модуляции с ортогональным частотным уплотнением каналов, или ОЧУ-модуляции (также ΘΕΌΜ-модуляции: сокр. от англ. ОгЛодопа1 Егсс.|испеу-О|у151оп Ми1бр1ехшд). Задачей данного способа является улучшение определения начала ОЧУ-символов и отклонения частоты генераторов в различных условиях передачи данных, например, по каналам с узкополосным шумом, частотно-избирательным каналам или каналам, в которых мощность шума изменяется по частоте. Предлагаемый в изобретении способ синхронизации не только облегчает одновременное определение погрешности, или отклонения, частоты при аналоговом преобразовании и погрешности, или отклонения, частоты дискретизации (квантования или выборки), но также позволяет осуществлять такие вычисления в тех ситуациях, в которых классические способы синхронизации не приносят результатов.

Кроме того, в тех случаях, когда существует возможность многократно вычислять такие параметры, полученные результаты суммируют в виде средней или средневзвешенной величины, чтобы обеспечить более точное вычисление с меньшим отклонением от действительной величины, которую требуется вычислить.

Уровень техники

В большинстве систем дистанционной передачи данных необходимо осуществлять синхронизацию, чтобы достоверно получать передаваемую по каналу связи информацию, содержащуюся в принимаемых сигналах. В зависимости от типа передачи и используемой модуляции необходима синхронизация одного или нескольких видов. В целом, при передаче информации с использованием ОЧУ-модуляции необходимо осуществлять временную синхронизацию, которая заключается в определении начала ОЧУсимволов на приемной стороне, и частотную синхронизацию, чтобы частоты генераторов, используемых для дискретного или аналогового преобразования переданных и принятых сигналов, были достаточно близки.

Из уровня техники известно множество способов синхронизации ОЧУ-сигналов, но ни один из них не является достаточно надежным для предотвращения появления ложных указателей синхронизации в системах многоточечной связи, в которых в качестве средства передачи данных используется электрическая сеть.

Хорошо известно, что применение электрической сети в качестве средства передачи сигналов создает проблемы для синхронизации, поскольку подключение к сети различных устройств и их отключение от сети вызывает пики напряжения и колебания полного сопротивления в линии, в результате чего характеристики канала меняются во времени. На синхронизацию влияют импульсные помехи, которые широко распространены в электрических сетях, что объясняется по большей части тем, что такие помехи по определению являются случайными помехами, затрагивающими незначительное число отсчетов сигнала и, следовательно, способными помешать достоверному выявлению синхронизирующих последовательностей, если такие помехи совпадают с названными последовательностями по времени. Предложенное в настоящем изобретении разделение на диапазоны позволяет уменьшить последствия таких помех и за счет этого использовать известные способы синхронизации, которые благодаря предложенному усовершенствованию обеспечивают оптимальные результаты в условиях высокого уровня помех, например, в электрической сети.

Из способов синхронизации, известных из уровня техники, следует особо упомянуть описанный в патенте И8 5732113 способ временной синхронизации, в котором используется один синхронизирующий символ, состоящий из двух одинаковых полусимволов, а также описанный в испанской патентной заявке 200101121 Ргосезз £ог Ле уупеНгошхаОоп ίη Ле бо\уп Чгеаш о£ ναποιίδ изез ίη а ροίηΐ ΐο ти1брош1 1гап8Ш1881ои 8у81еш у1Л ΘΕΌΜ тоби1абоп способ, заключающийся в передаче двух идентичных синхронизирующих символов. В настоящем изобретении улучшение синхронизации во временной и частотной областях обусловлено синхронизацией в различных частотных диапазонах, а получаемый результат имеет меньшее отклонение (дисперсию) и более приближен к действительной величине, чем результат, достигаемый в случае применения любого из вышеупомянутых способов. Кроме того, за счет применения предложенного способа синхронизация осуществима во многих случаях, когда помехи в линии передачи и характеристики канала не позволили бы получить какой-либо результат при помощи известных способов синхронизации.

В то же время важно отметить, что известны наборы, или банки, фильтров, например, описанные в книге Ми1Ла1е 8у81етз апб П11ег8 Вапкз (автор Р.Р.Уа1буапаЛап, издательство Ргепбсе На11, 1993 г.), однако, такие фильтры не применялись для разделения принимаемых синхронизирующих последовательностей с целью их независимого обнаружения в частотных диапазонах, как это описано в настоящем изобретении, в котором достигнуто существенное усовершенствование по сравнению с описанным выше уровнем техники.

Описание изобретения

Для решения задач изобретения и устранения описанных выше недостатков предложен способ синхронизации во временной и частотной областях нескольких устройств в системе передачи данных с ис

- 1 007858 пользованием ОЧУ-модуляции.

Такой способ применим в системах двухсторонней связи по электрической сети между несколькими устройствами, подключенными к такой электрической сети, с обеспечением вычисления начала ОЧУсимволов на приемной стороне и погрешностей частоты местных генераторов, при этом способ заключается в генерировании синхронизирующих последовательностей, которые передаются по электрической сети. Такие синхронизирующие последовательности передаются по каналу, используемому для передачи данных, при этом такой канал отличается тем, что он обеспечивает соединение одного устройства со всеми остальными устройствами. Способ отличается тем, что осуществляется разделение принятых сигналов, состоящих из синхронизирующих последовательностей и данных, на различные частотные диапазоны или полосы. После этого при помощи алгоритма синхронизации по времени обнаруживают синхронизирующие последовательности в каждом из частотных диапазонов, что позволяет вычислить начало ОЧУ-символа и погрешности частоты местных генераторов в каждом частотном диапазоне, а не в отношении всего принятого сигнала, как в обычном способе.

Именно за счет данных особенностей способа обеспечивается улучшение вычисления начала ОЧУсимволов и погрешности частоты генераторов оборудования в тех случаях, когда в канале присутствует узкополосный шум, иными словами, входной шум. В случае передачи данных по частотноизбирательному каналу предлагаемый в изобретении способ позволяет улучшить вычисление начала ОЧУ-символов, а также улучшить вычисление погрешности частоты, когда мощность шума, создаваемого сигналом в канале, меняется по частоте, иными словами, когда в канале присутствует окрашенный шум. Другое преимущество способа заключается в том, что он позволяет вычислять погрешность частоты дискретизации, которая линейно увеличивается с частотой и которую невозможно вычислить обычными способами, используя полный сигнал, а также в том, что способ позволяет лучше вычислять погрешности частоты, или ошибки по частоте, при аналоговом преобразовании по сравнению с использованием для этого полного принятого сигнала. Способ также позволяет одновременно вычислять погрешности частоты при аналоговом преобразовании и начало ОЧУ-символов, а также вычислять ошибку по частоте в отсчете сигнала при его обнаружении в двух или более частотных диапазонах или полосах, включая случаи, когда использование полного сигнала не дает результата. Наконец, в случае обнаружения синхронизирующей последовательности в более чем одном частотном диапазоне предлагаемый в изобретении способ позволяет уточнять результаты вычислений начала ОЧУ-сигнала и погрешности частоты путем комбинирования результатов, полученных на каждой частоте, с использованием метода средней или средневзвешенной линейной регрессии.

В настоящем изобретении разделение на частотные диапазоны или частотные полосы проводят пропусканием принятого сигнала через полосовые фильтры, центральные частоты которых лежат в соответствующих частотных диапазонах, и преобразованием частоты каждого из сигналов на выходе соответствующего полосового фильтра таким образом, чтобы в каждом частотном диапазоне работать в основной полосе частот, а для упрощения электронного оборудования, необходимого для обнаружения синхронизирующей последовательности, дополнительно может использоваться прореживатель.

Другим способом такого разделения является одновременное пропускание синхронизирующих последовательностей через равномерный набор прореживающих фильтров на основе дискретного преобразования Фурье (ДПФ), аналогичных по сложности полосовому фильтру-прототипу, и ДПФ.

Аналогичным образом разбиение синхронизирующих последовательностей может также осуществляться непосредственно с использованием схемы ДПФ.

В предлагаемом в изобретении способе обнаружение синхронизирующих последовательностей в каждом частотном диапазоне или частотной полосе проводят путем доведения до максимума обычно известного значения максимального правдоподобия и на основе вычисления максимальной временной корреляции отсчетов (выборок) в каждом диапазоне вычисляют начало ОЧУ-символов, при этом такая максимальная корреляция становится средней точкой горизонтального участка для пика корреляции, размер которого по числу отсчетов равен количеству отсчетов циклического префикса без межсимвольной интерференции, после чего в момент, определенный как максимум корреляции, в каждом из частотных диапазонов вычисляют угол такой корреляции с определением погрешности частоты и приведением генераторов к общему значению.

Максимум корреляции вычисляют путем обнаружения пиков корреляции, которые превышают пороговую мощность в каждом частотном диапазоне или частотной полосе принятого сигнала, установленную таким образом, чтобы сводить к минимуму вероятность возникновения ложных тревог, корреляцию вычисляют посредством следующего алгоритма:

Γ-ί , «-О и мощность вычисляют при помощи следующего алгоритма:

12Ы 2 ^ζ м-0

- 2 007858 где г_1>6 означает сигнал, частота которого соответствует ί-кратной части диапазона в момент 6, Ь означает число отсчетов в полусимволе, Р,(6) означает корреляцию в ί-кратной части диапазона в момент 6, а К₁(6) означает мощность в ί-кратной части диапазона в момент 6.

Вычисление корреляции и мощности осуществляется итерационно, при этом отсчеты и, предпочтительно, промежуточные произведения сохраняют с вычислением корреляции и мощности при помощи следующих алгоритмов:

^(<0= ^(4)=^(4-1)+^1¹ -||г_м-«|² где Р1(6) означает корреляцию в ί-кратной части частотного диапазона в момент 6, К.,(6) означает мощность в ί-кратной части диапазона в момент 6, а г₁,_х означает сигнал, частота которого соответствует ί-кратной части диапазона в момент х.

За момент обнаружения синхронизирующих последовательностей принимают среднюю точку участка, превышающего уровень 90% от максимума корреляции при задержке числа отсчетов, достаточного для уменьшения интерференции между символами до минимума, при этом число отсчетов является регулируемым.

В то же время, поскольку вещественная часть коэффициента корреляции преобладает над мнимой частью, для упрощения вычисления корреляции в каждом диапазоне или полосе частот может использоваться лишь вещественная часть корреляции, если погрешность частоты меньше предварительно заданной пороговой величины.

Для получения более точных результатов вычисления начала ОЧУ-символов в каждом частотном диапазоне такие результаты можно комбинировать посредством средних или средневзвешенных значений с получением результата с меньшим отклонением (рассеянием), благодаря чему окончательный результат вычисления является более надежным и имеет меньшее отклонение, чем полученный с использованием полного принятого сигнала без его разделения на диапазоны.

Разделение на частотные диапазоны позволяет усовершенствовать вычисление погрешности частоты при аналоговом преобразовании за счет уменьшения отклонения в случае использования средних или средневзвешенных значений погрешностей, вычисленных в каждом из частотных диапазонов.

Кроме того, разделение на частотные диапазоны позволяет осуществлять вычисление погрешности частоты дискретизации методом линейной регрессии значений погрешностей, полученных в каждом диапазоне, при этом такие значения погрешностей невозможно рассчитать обычным способом с использованием полного принятого сигнала, поскольку погрешность частоты дискретизации увеличивается с частотой.

Наконец, за счет разделения на диапазоны можно одновременно вычислять погрешность частоты при аналоговом преобразовании и погрешность частоты дискретизации.

В то же время, предлагаемый в изобретении способ также применим в случае передачи сосуществующих символов, для обнаружения которых используют разделение на частотные диапазоны и осуществляют прием таких символов в каждом из таких диапазонов, позволяя системе определить, была ли передана по каналу другой системой определенная последовательность символов.

Для лучшего понимания настоящего изобретения к нему приложены следующие чертежи, которые, являясь неотъемлемой частью подробного описания и формулы изобретения, служат лишь в качестве материала, иллюстрирующего принципы данного изобретения, но не ограничивающего его.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана примерная спектральная плотность мощности сигнала и шума на приемной стороне согласно определенному сценарию, на фиг. 2 графически представлено одно из средств осуществления разделения на частотные диапазоны или полосы с использованием равномерных прореживающих фильтров на основе дискретного преобразования Фурье, на фиг. 3 графически представлен типичный сценарий корреляции и мощность, умноженная на пороговую величину, начиная с отсчетов, полученных на приемной стороне, на фиг. 4 показан характер изменения погрешности частоты дискретизации и погрешности частоты при аналоговом преобразовании.

Описание варианта осуществления изобретения

Далее со ссылкой на цифровые позиции на чертежах описан один вариант осуществления изобретения.

Для работы всех систем связи или, по меньшей мере, части системы связи, например блока синхронизации, необходимо минимальное отношение сигнал-шум (ОСШ), т.е. для осуществления связи необходимо, чтобы принятый сигнал имел определенный уровень относительно уровня шума в линии. Несмотря на то, что из-за затухания сигнала в канале и уровня шума, минимальное ОСШ невозможно обеспечить по всей полосе частот, используемой в системах связи по частотно-избирательному каналу, или

- 3 007858 системах, в которых уровень шума зависит от частоты, или в обоих случаях, минимальное ОСШ можно обеспечить в некоторых частотных диапазонах, находящихся в пределах всей полосы пропускания. Данная особенность используется в описанном в настоящем изобретении способе для осуществления вычислений и синхронизации при осуществлении описанных сценариев.

На фиг. 1 показана спектральная плотность мощности сигнала и шума в определенных ситуациях на приемной стороне. В данном случае среднее ОСШ по всей полосе равно 0 дБ, что недостаточно для осуществления связи, но в определенных частотных диапазонах плотность мощности сигнала превышает шум и, таким образом, в данных диапазонах связь осуществима. Из-за поведения канала связи в описанных условиях известные способы либо не способны обеспечить синхронизацию, либо обеспечивают ее с очень низким качеством. Каналы данного типа широко распространены в системах, в которых в качестве передающей среды используется электрическая сеть. В рассматриваемом способе предлагается делить полосу пропускания на множество частотных диапазонов (путем фильтрации на приемной стороне) и обрабатывать сигналы отдельно в каждом из таких диапазонов. В большинстве ситуаций для передачи в каждом из частотных диапазонов определенного сигнала необходима синхронизация, а осуществление синхронизации в любом из диапазонов улучшает результат. Передачи ОЧУ-сигнала недостаточно, что объясняется особыми характеристиками модуляции данного типа, в которой множество ранее разделенных несущих можно снова сгруппировать в диапазоны. Для разделения сигнала на диапазоны можно использовать полосовой фильтр на центральной частоте каждого из частотных диапазонов. Кроме того, сигнал необходимо подвергнуть демодуляции для переноса в основной диапазон и прореживанию, поскольку в противном случае частота в каждом диапазоне не будет отличаться от частоты исходного сигнала, и совокупная сложность возрастет кратно числу диапазонов. Все описанные действия могут быть с успехом осуществлены одновременно при помощи равномерных наборов прореживающих фильтров на основе дискретного преобразования Фурье, что является известным из уровня техники способом. В данном случае наборы фильтров аналогичны по сложности полосовому фильтру-прототипу (который, как упоминалось, расположен в каждом из частотных диапазонов) и используются в сочетании с дискретным преобразованием Фурье. Данная конфигурация показана на фиг. 2, на которой фильтры Ε₁(ζ) осуществляют многофазное разложение, аналогично полосовому фильтру-прототипу, при этом 1=0, 1, ..., М-1, где М является числом диапазонов, в которых осуществляют разложение принятого сигнала х(п), 1 обозначает задержку отсчета (Ζ^-1), а 2 обозначает прореживатель для М. Разложение входного сигнала на Мчисло частотных диапазонов происходит на выходе обратного преобразования Фурье (ОПФ) 3, а каждый частотный диапазон имеет частоту дискретизации, в М раз меньшую, чем частота входного сигнала. М также обозначает число точек обратного преобразования Фурье. С этого момента обработка в системе каждого из М-числа сигналов осуществляется независимо, также как и вычисления для каждого из диапазонов. Сложность аналогична сложности, достигаемой при осуществлении вычислений применительно к исходному сигналу, поскольку имеется М-число сигналов, но главная частота для каждого из них разделена на М-число диапазонов. Кроме того, некоторые из диапазонов (поддиапазоны) могут быть исключены при условии, что в них не содержится информации, за счет чего дополнительно уменьшается сложность системы.

Характеристики эталонного фильтра зависят от конкретного применения способа, описанного в настоящем изобретении. Примеры такого применения включают вычисление параметров сигнала, обнаружение сосуществующих сигналов или обнаружение сигналов синхронизации.

Другим применением является синхронизация в ОЧУ-системах. Поскольку в большей части способов синхронизации ОЧУ-сигналов с этой целью используется сигнал по времени, такие способы неприменимы в ситуациях, например, показанных на фиг. 1.

Принципиально важно, что применение в таких случаях конфигурации, показанной на фиг. 2, способно улучшить синхронизацию. В каждом из частотных диапазонов, на которые разделен сигнал, можно использовать любой из известных из уровня техники способов, при этом верной синхронизации в одном диапазоне достаточно для начала процесса демодуляции на приемной стороне в зависимости от типа использованной модуляции.

Если ОСШ достаточно велико для синхронизации в нескольких диапазонах, одновременно осуществляют несколько вычислений начала символов и погрешности частоты, что позволяет использовать такие методики, как суммирование результатов для уточнения окончательных вычислений.

Результатом этого является способ синхронизации с частотным разделением с высокой устойчивостью к узкополосным шумам, избирательности по каналу и мощности шума в зависимости от частоты, который может использоваться в обычных каналах, включая каналы с ОСШ менее -10 дБ по всей полосе пропускания. Единственное требование, чтобы ОСШ в одном из частотных диапазонов или интервалов было достаточно для обнаружения сигнала синхронизации в данной полосе пропускания.

Например, данный способ обеспечивает оптимальные результаты в случае его применения в сочетании со способом синхронизации, описанным в испанской патентной заявке 200101121 Ргосекк ίοτ 111е κνηοΙίΓοηίζαΙίοη ίη 1Не 6ο\νπ к1геат οί уапоик икек ίη а ροίηΐ ίο ιηι,ιΐίίροίηΐ Цапкпиккюп куйет \νί11ι ΘΡΌΜ тоби1айоп.

В этом случае передают такой же сигнал, что и в упомянутой заявке, иными словами, два одинако

- 4 007858 вых символа синхронизации, поскольку данное свойство сигнала сохраняется при его разложении в частотных диапазонах. На приемной стороне используют конфигурацию, подобную показанной на фиг. 2, после чего вычисляют показатели мощности и корреляции аналогично тому, как это описано в упомянутой заявке за исключением того, что в данном случае пределы всех суммарных значений делят на М, где М отображает подвергнутый прореживанию входной сигнал или, если сформулировать иначе, число диапазонов.

Разделение частоты на диапазоны позволяет осуществлять различные вычисления с использованием лишь одного символа синхронизации, а также достигать хороших результатов синхронизации даже при использовании в качестве синхронизирующей последовательности лишь одного символа синхронизации.

В этом случае синхронизирующая последовательность состоит только из одного символа синхронизации, разделенного на две равные части. Информация, передаваемая на несущих, используемых для символов синхронизации, может находиться в жестко заданной или псевдослучайной последовательности. Четные и нечетные несущие ОЧУ-символов приводят к нулю, чтобы обеспечить симметрию, необходимую для символов синхронизации.

При разделении частоты на диапазоны на приемной стороне сохраняют свойства символа синхронизации, в частности, его симметрию, что позволяет получать результаты синхронизации во множестве диапазонов, и способствует повышению их точности.

В описанном выше способе может использоваться синхронизирующая последовательность любого иного типа (с точки зрения числа передаваемых символов) и способ обнаружения лишь при условии сохранения свойств символа синхронизации в процессе разделения частоты.

Таким образом, в каждом из интервалов можно использовать следующие вычисления, как это описано в патенте И8 5732113 Т1шшд апй Ггес|иепсу зупейгош/айоп о£ ΘΕΌΜ 81дпа18, и суммировать их, чтобы получить результаты с уменьшенным расхождением с использованием лишь одного символа в качестве синхронизирующей последовательности:

7/ (</) = Σ ) «-о ^ζ м-0 где Г;,а означает выход ΐ-кратной ветви полосы фильтра в момент ά, Ь означает число отсчетов в полусимволе, деленное на М, М означает число диапазонов, на которое разделен сигнал, Ρ_;(ά) означает корреляцию ΐ-кратной ветви в момент ά, а Κ;(ά) означает мощность в ΐ-кратной ветви в момент ά.

Аналогичным образом, данные уравнения могут использоваться для итеративных вычислений.

(а) = /^-1)+г_ыг -т^г

Л(</)=л,(</-1)+||г_м|²

После вычисления корреляции и мощности осуществляют обнаружение синхронизации, как это описано в упомянутом выше патенте, за исключением того, что в данном случае имеется несколько диапазонов, в которых осуществима синхронизация. На фиг. 2 показан типичный случай, в котором синхронизация осуществляется, когда вычисленная мощность превышает порог корреляции. В случае, когда синхронизация осуществляется в нескольких диапазонах, наиболее приемлемым средством вычисления является использование среднего значения вычислений начала символа. Следует отметить, что из-за прореживания дискретность каждого отдельного вычисления в М-число раз меньше, чем у суммарного вычисления, но у окончательного вычисления расхождение меньше, чем в известных способах с использованием среднего значения.

Аналогичным образом, вычисляют погрешность частоты дискретизации на основе корреляционного угла в оптимальный момент в окне, при этом для обозначения центральной частоты диапазона (поддиапазона) используется £.

где ^(.) означает угловой параметр, £_; означает центральную частоту в ΐ-кратной части диапазона, К означает порядок интерполяции или прореживатель, а N означает число отсчетов в ОЧУ-символе.

В зависимости от типа погрешности, характерной для системы, используемой в настоящем изобре

- 5 007858 тении, вычисляют погрешность частоты при аналоговом преобразовании (переносе в аналоговый диапазон) либо погрешность частоты дискретизации, либо и то, и другое. Полученные в каждом диапазоне результаты суммируют тем или иным способом в зависимости от типа погрешности, которую необходимо вычислить.

При наличии в системе лишь погрешности частоты при аналоговом преобразовании в качестве результата вычисления может использоваться среднее значение вычислений в различных диапазонах, как показано на фиг. 4 (погрешность 1-го типа), поскольку погрешность является одинаковой во всех диапазонах. Тем не менее, если требуется вычислить погрешность частоты дискретизации (погрешность 2-го типа), такой способ неприменим, поскольку погрешность неодинакова в различных диапазонах и возрастает от начала координат вместе с частотой, как показано на фиг. 4. В каждом диапазоне (методом наименьших квадратов или иными известными математическими методами) выстраивают линейную регрессию корреляционных углов с целью вычисления углового коэффициента этой прямой и получения более точных результатов вычислений, что осуществимо независимо от синхронизируемых диапазонов. Вычисления, описанные в ранее упомянутой испанской патентной заявке, ограничены частотноизбирательными каналами, поскольку измерения погрешности частоты осуществляются в диапазонах с меньшим затуханием сигнала. Предлагаемый в настоящем изобретении способ снимает это ограничение, поскольку погрешность в каждом диапазоне измеряется независимо, за счет чего вычисление погрешности становится более точным. Для вычисления такой погрешности могут использоваться следующие уравнения:

т

-т где т означает результат линейной регрессии вычислений в различных диапазонах, а Δίζ/ίζ означает погрешность частоты дискретизации.

Еще одним преимуществом предложенного в настоящем изобретении способа является возможность осуществления одновременного вычисления погрешности частоты дискретизации и частоты при аналоговом преобразовании (погрешности 3-го типа) путем построения линейной регрессии измеренных в каждом диапазоне погрешностей с целью вычисления углового коэффициента (погрешность частоты дискретизации) и точки пересечения с вертикальной осью (погрешность частоты при аналоговом преобразовании), как показано на фиг. 4. Данные величины можно математически вычислить следующим образом:

ΣΡ* Σλ Σ^Μ ι ____________________ I I_____________________

- ~^Ь /2)

В приведенных уравнениях η означает число статистических значений, использованных при построении линейной регрессии, Т₈ означает длительность символа с циклическим префиксом и Δί^ означает погрешность частоты при аналоговом преобразовании (переносе частоты в аналоговый диапазон). Погрешность частоты дискретизации вычисляют из значения т, как и в случае, когда имеет место лишь одна погрешность частоты дискретизации.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ также применим в случае сосуществующих сигналов, то есть для обнаружения сигналов, используемых для реализации протокола сосуществования различных технологий передачи с использованием одной передающей среды. С целью обеспечения справедливого управления доступом к среде передачи данных такие протоколы предусматривают использо

- 6 007858 вание особых сигналов, указывающих на то, что все системы обязательно должны быть способны осуществлять передачу и прием данных, при этом такие сигналы должны быть обнаружимы даже при очень низком ОСШ. В случае таких передающих сред, как электрическая сеть или радио, дополнительной сложностью является то, что использующие их системы способны осуществлять одновременную передачу при условии, что затухание в канале достаточно для того, чтобы уровень сигналов одной системы, поступающих в другую систему, был ниже уровня шума, за счет чего сигналы систем становятся взаимно не обнаружимыми для таких систем. Сосуществующие сигналы служат для того, чтобы определить, могут ли несколько узлов (оборудование, относящееся к одной или нескольким различным системам связи) осуществлять одновременную передачу в зависимости от того, принят ли сигнал одного узла другим узлом с большей или меньшей мощностью, чем мощность шума на каждой из частот, используемых для связи.

Используя известные способы, очень сложно осуществить описанное обнаружение сигналов при наличии таких сценариев, как показано на фиг. 1, в связи с чем целесообразно использовать описанный в настоящем изобретении способ. В данном случае оптимальным вариантом является передача на различных частотах (число которых зависит от избирательности канала по частоте) множества сигналов и их независимое обнаружение на приемной стороне. Обнаружение сигнала на одной из таких частот является достаточным для того, чтобы определить, что один узел передает сосуществующие сигналы. Для разделения различных сигналов на приемной стороне используется конфигурация, показанная на фиг. 2.

Если в одной из сосуществующих систем используется ОЧУ-модуляция, достаточно, чтобы ОСШ на части несущих было достаточно для верной демодуляции таких несущих за счет благоприятных свойств модуляции такого типа, демонстрируемых на таких частотно-избирательных каналах. Обнаружение сигналов также возможно осуществлять даже при среднем или отрицательном значении ОСШ при условии, что верное значение может быть получено в одном из диапазонов, на которые был разделен принятый сигнал. Если в качестве сигнала сосуществования используется сигнал, занимающий всю полосу пропускания, такой сигнал может быть не обнаружен узлом, использующим ОЧУ-модуляцию, и канал могут одновременно занять два узла, что вызовет интерференцию, поскольку уровень сигнала одного из них не будет ниже уровня шума, обнаруженного на всех частотах на приемной стороне вторым узлом. Данную проблему решает описанный в настоящем изобретении способ.

Claims

1. Способ синхронизации во временной и частотной областях нескольких устройств в системе передачи данных с модуляцией сигналов путем ортогонального частотного уплотнения (ОЧУ), используемый при осуществлении двухсторонней связи по электрической сети между различными устройствами, подключенными к одной электрической сети, с обеспечением определения начала ОЧУ-символов на приемной стороне и погрешности частоты местных генераторов указанных устройств и заключающийся в том, что генерируют синхронизирующие последовательности, передаваемые по электрической сети, и посылают такие синхронизирующие последовательности по используемому для передачи данных каналу, который обеспечивает соединение одного устройства со всеми остальными устройствами, отличающийся тем, что принятые сигналы, состоящие из данных и синхронизирующих последовательностей, делят на различные частотные диапазоны или частотные полосы, на приемной стороне при помощи алгоритма синхронизации по времени в каждом из частотных диапазонов или частотных полос обнаруживают синхронизирующие последовательности с вычислением на основе указанного алгоритма начала ОЧУ-символов в каждом частотном диапазоне и погрешности частоты местных генераторов и комбинируют результаты вычислений, полученные в каждом частотном диапазоне.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение на частотные диапазоны или частотные полосы проводят пропусканием принятого сигнала через полосовые фильтры, центральные частоты которых лежат в соответствующих частотных диапазонах, преобразованием частоты каждого из сигналов на выходе соответствующего полосового фильтра таким образом, чтобы в каждом частотном диапазоне работать в основной полосе частот, а для упрощения электронного оборудования, необходимого для обнаружения синхронизирующей последовательности, избирательно используют прореживатель.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение принятого сигнала проводят пропусканием его через равномерный набор прореживающих фильтров на основе дискретного преобразования Фурье (ДПФ), аналогичных по сложности полосовому фильтру-прототипу, и схемы ДПФ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение принятого сигнала проводят при помощи схемы ДПФ.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обнаружение синхронизирующих последовательностей в каждом частотном диапазоне или частотной полосе проводят путем доведения до максимума критериев максимального правдоподобия с определением начала ОЧУ-символов, начиная с вычисления максимальной временной корреляции отсчетов в каждом диапазоне, при этом такая максимальная корреляция используется в качестве средней точки горизонтального участка для пика корреляции, размер которого по числу отсчетов равен количеству отсчетов циклического префикса без межсимвольной интерферен

- 7 007858 ции, после чего в момент, определенный как максимум корреляции, в каждом из частотных диапазонов вычисляют угол такой корреляции с определением погрешности частоты и приведением генераторов к общему значению.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что максимум корреляции вычисляют путем обнаружения пиков корреляции, которые превышают пороговую мощность в каждом частотном диапазоне или частотной полосе принятого сигнала, установленную таким образом, чтобы сводить к минимуму вероятность возникновения ложных тревог, корреляцию вычисляют посредством следующего алгоритма:

ЪЛ .

«-0 а мощность вычисляют посредством следующего алгоритма:

1 ^2£-¹. ?

^ζ ж=0 где Г;,_а означает сигнал, частота которого соответствует ί-кратной части диапазона в момент ά, Ь означает число отсчетов в полусимволе, Ρ;(ά) означает корреляцию в ί-кратной части диапазона в момент ά, а Κ;(ά) означает мощность в ί-кратной части диапазона в момент ά.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что вычисление корреляции и мощности выполняют итерационно, при этом отсчеты и предпочтительно промежуточные произведения сохраняют с вычислением корреляции и мощности при помощи следующих алгоритмов:

(ί/) = /} (<7 -1) 4- Г₍д Г *_/χ__£ *^_и.

л,Ц)=я,Ц-|)+||г_иГ -{('•„.„Г где Ι’,(ά) означает корреляцию в ί-кратной части частотного диапазона в момент ά, Κ;(ά) означает мощность в ί-кратной части диапазона в момент ά, а ц,_х означает сигнал, частота которого соответствует ί-кратной части диапазона в момент х.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что за момент обнаружения синхронизирующих последовательностей принимают среднюю точку участка, превышающего уровень 90% от максимума корреляции при задержке числа отсчетов, достаточного для уменьшения интерференции между символами до минимума, при этом число отсчетов является регулируемым.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что если погрешность частоты меньше предварительно заданной пороговой величины, в каждом частотном диапазоне или частотной полосе используется лишь вещественная часть корреляции.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что результаты вычисления начала ОЧУ-символов в каждом частотном диапазоне комбинируют посредством средних или средневзвешенных значений с получением результата с меньшим отклонением.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисляют среднее значение погрешностей при аналоговом преобразовании частоты с уменьшением отклонения значений погрешности, вычисленных в каждом из частотных диапазонов.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что погрешность частоты дискретизации вычисляют при помощи линейной регрессии значений погрешностей, полученных в каждом диапазоне после разделения диапазонов по частоте.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что путем разделения диапазонов по частоте одновременно вычисляют погрешность частоты при аналоговом преобразовании частоты и погрешность частоты дискретизации.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждом из диапазонов передают и обнаруживают сосуществующие символы, обнаруживаемые на приемной стороне при помощи разделения на частотные диапазоны, позволяя системе определить, была ли передана по каналу другой системой определенная последовательность символов.