專利名稱：接收方法和接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線系統(tǒng)中使用的同步接收信號(hào)的接收方法，該無(wú)線系統(tǒng)包括接收調(diào)制信號(hào)的至少一個(gè)接收機(jī)，前述信號(hào)部分已知，由碼元組成，且包含時(shí)間和頻率偏移。
本發(fā)明還涉及一種無(wú)線系統(tǒng)中使用的同步接收信號(hào)的接收機(jī)，該無(wú)線系統(tǒng)包括接收調(diào)制信號(hào)的至少一個(gè)接收機(jī)，前述信號(hào)部分已知，由碼元組成，且包含時(shí)間和頻率偏移。
在無(wú)線系統(tǒng)中，用戶數(shù)據(jù)信號(hào)通常調(diào)制通過(guò)無(wú)線路徑發(fā)送到接收機(jī)的高頻信號(hào)。根據(jù)無(wú)線系統(tǒng)的不同，接收機(jī)可能與發(fā)射機(jī)相距甚遠(yuǎn)。例如，在衛(wèi)星無(wú)線系統(tǒng)中，充當(dāng)收發(fā)信機(jī)的基站可以位于赤道上空高度為38000公里處。在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的無(wú)線路徑上，信號(hào)總會(huì)受到損傷信號(hào)特性的干擾。在衛(wèi)星無(wú)線系統(tǒng)中，基站一般相對(duì)于地球移動(dòng)，使得從地面上看，該基站是靜止的?；具€可以位于相對(duì)較低的軌道，衛(wèi)星相對(duì)于地球的移動(dòng)也會(huì)比所述衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星更快。衛(wèi)星的移動(dòng)導(dǎo)致了較大的頻率和時(shí)延變化。
無(wú)線系統(tǒng)環(huán)境中往返于用戶和基站之間的信號(hào)一般不會(huì)直線傳播，根據(jù)具體環(huán)境，該信號(hào)在從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的不同長(zhǎng)度的多條路徑上傳播。即使基站和移動(dòng)臺(tái)之間存在直接視距，這種多徑傳播也會(huì)發(fā)生。多徑傳播起因于信號(hào)在它遇到的周邊表面上被發(fā)射和散射。在不同路徑上傳播的信號(hào)具有不同長(zhǎng)度的傳播時(shí)延，因此，信號(hào)以不同的相位到達(dá)接收機(jī)。
在無(wú)線路徑上，不同形式的干擾改變了調(diào)制信號(hào)，因而使得接收機(jī)中數(shù)據(jù)信號(hào)的分離或解調(diào)過(guò)程的復(fù)雜性大為增加。因?yàn)榘l(fā)射機(jī)發(fā)送信號(hào)的傳播時(shí)間受限，所以信號(hào)會(huì)出現(xiàn)時(shí)延。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離越長(zhǎng)，則產(chǎn)生的時(shí)延越大。此外，基站或用戶終端，例如移動(dòng)話機(jī)的移動(dòng)產(chǎn)生了多普勒頻率。多普勒頻率改變了接收機(jī)所接收的信號(hào)頻率。信號(hào)頻率的改變引起了接收機(jī)與接收信號(hào)的同步問(wèn)題。
采用不同的算法方法，例如基于相關(guān)的方法，已可避免上述時(shí)延和頻率問(wèn)題。但是，對(duì)基于相關(guān)的方法設(shè)置了一些限定。例如，為了能夠采用該方法進(jìn)行同步，允許接收機(jī)所接收的信號(hào)出現(xiàn)非常小的頻率誤差?，F(xiàn)有技術(shù)方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)充分的時(shí)間同步。
現(xiàn)有技術(shù)方法基于發(fā)射機(jī)所發(fā)送的信號(hào)脈沖傳功率的指示。在這種方法中，使用滑動(dòng)窗口估計(jì)信號(hào)功率和噪聲功率。比較信號(hào)功率與噪聲功率，可以估計(jì)出不利的信號(hào)特性。但是，該方法只能用于估計(jì)脈沖串信號(hào)。此外，該方法還沒(méi)有應(yīng)用于具有較小信噪比的無(wú)線系統(tǒng)。因此，現(xiàn)有技術(shù)方法還沒(méi)有很好地應(yīng)用于例如衛(wèi)星無(wú)線系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)一種方法，其中接收機(jī)可以同步它所接收的信號(hào)，前述信號(hào)含有時(shí)延和頻率所引起的大量變化。
這通過(guò)前序中提出的方法實(shí)現(xiàn)，其特征在于，接收信號(hào)乘上該信號(hào)的已知部分，從而得到一個(gè)乘積，對(duì)該乘積進(jìn)行相關(guān)，從而得到一個(gè)比率，然后比較該比率和預(yù)置的相關(guān)閾值，根據(jù)比較結(jié)果決定同步接收信號(hào)。
本發(fā)明接收機(jī)的特征在于，接收機(jī)包括乘法裝置，變換裝置和比較裝置，乘法裝置用以將接收信號(hào)乘上該接收信號(hào)的已知部分，從而得到一個(gè)乘積，變換裝置對(duì)該乘積進(jìn)行相關(guān)，從而得到一個(gè)比率，比較裝置比較該比率和預(yù)置的相關(guān)閾值，根據(jù)比較結(jié)果決定同步接收信號(hào)。
本發(fā)明的方法具有很大的優(yōu)點(diǎn)。在這種方法中，接收信號(hào)的一部分已知。接收信號(hào)乘上該接收信號(hào)的已知部分。如果接收信號(hào)對(duì)應(yīng)于該已知部分，則信號(hào)相乘消除了信號(hào)調(diào)制。該調(diào)制以碼元的精度被消除。乘上該信號(hào)得到了一個(gè)乘積，該乘積最好使用FFT變換進(jìn)行相關(guān)。該相關(guān)最好在時(shí)間和頻率層基本同時(shí)執(zhí)行。相關(guān)使得能夠決定同步接收信號(hào)，計(jì)算接收信號(hào)中甚至較大的頻率偏移。在這種方法中，如果基于相關(guān)得到的比率超過(guò)了預(yù)置的相關(guān)閾值，則進(jìn)行信號(hào)的同步。該方法還可應(yīng)用于具有較小信噪比的信號(hào)。
下面結(jié)合附圖中的例子詳細(xì)描述本發(fā)明，在附圖中

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)方案；圖2示出了采用本發(fā)明方法的無(wú)線系統(tǒng)；圖3以框圖的形式示出了本發(fā)明的接收機(jī)結(jié)構(gòu)。
圖1示出了用于同步數(shù)字信號(hào)的現(xiàn)有技術(shù)方案。該方案減輕了信號(hào)接收中時(shí)延和頻率改變所引起的信號(hào)問(wèn)題。該方案包括從包含信息的信號(hào)中分離噪聲的裝置10。該方案還包括與裝置10通信的裝置11和12。裝置11為包含信息的信號(hào)生成一個(gè)滑動(dòng)窗口。裝置12為噪聲生成一個(gè)滑動(dòng)窗口。此外，該方案包括彼此相連的裝置13和14。
信號(hào)從裝置11和12傳送到裝置13，后者計(jì)算該信號(hào)的信噪比估計(jì)。裝置14根據(jù)信噪比確定所述信號(hào)同步的存在。此外，裝置14根據(jù)信號(hào)的頻率誤差生成估計(jì)。在接收信號(hào)是脈沖串，且信號(hào)的信噪比較大時(shí)，該方案基本有利?；谝陨显颍摲桨覆缓苓m合實(shí)現(xiàn)信噪比較小，信號(hào)的頻率和時(shí)間偏移較大的無(wú)線系統(tǒng)。
圖2示出了采用本發(fā)明方法的無(wú)線系統(tǒng)。該無(wú)線系統(tǒng)包括用戶終端100和基站200和300。用戶終端100通過(guò)基站200，300建立到其它用戶終端100的連接。在圖2方案中，基站200充當(dāng)?shù)厍蛘荆?00充當(dāng)衛(wèi)星站。在圖2的無(wú)線系統(tǒng)中，例如在傳輸線路202上采用PCM技術(shù)組合基站200。用戶終端100包括天線101，基站200包括天線201，基站300包括天線301。所述天線充當(dāng)收發(fā)天線。在衛(wèi)星無(wú)線系統(tǒng)中，用戶終端100的發(fā)送功率一般足以建立到衛(wèi)星站300的連接。
地球站200與衛(wèi)星站300之間的距離比與地面無(wú)線系統(tǒng)基站200的距離長(zhǎng)。長(zhǎng)距離導(dǎo)致信號(hào)中出現(xiàn)過(guò)多的信號(hào)衰減和相當(dāng)大的時(shí)延。此外，站300在衛(wèi)星系統(tǒng)中移動(dòng)，這種移動(dòng)產(chǎn)生了信號(hào)的多普勒頻率。多普勒頻率還使得地球站和衛(wèi)星站上的信號(hào)接收復(fù)雜化。用戶終端100在移動(dòng)時(shí)也產(chǎn)生多普勒頻率。
圖3以框圖的形式示出了本發(fā)明的接收機(jī)結(jié)構(gòu)?？梢岳缭谟脩艚K端100和基站200和300中使用本發(fā)明的接收機(jī)。該接收機(jī)包括天線400，通過(guò)該天線接收基站200所發(fā)送的信號(hào)。實(shí)際上，接收天線400還用于發(fā)送信號(hào)。接收機(jī)所接收的信號(hào)由形成碼元的比特組成。接收的信號(hào)可以由復(fù)數(shù)部分組成。一個(gè)碼元一般由一個(gè)或兩個(gè)比特組成。接收機(jī)還包括為接收信號(hào)生成滑動(dòng)窗口的裝置41。此外，接收機(jī)包括乘法裝置402，變換裝置403和比較裝置404。
接收機(jī)接收調(diào)制信號(hào)，在傳送期間，該信號(hào)中已引入時(shí)間不穩(wěn)定性和頻率變化。接收之后，信號(hào)被傳送到為該信號(hào)生成滑動(dòng)窗口的裝置401。裝置401所生成的滑動(dòng)窗口寬度可以是例如96比特。信號(hào)從裝置401傳送到乘法裝置402?；瑒?dòng)窗口寬度決定了一次到達(dá)乘法裝置402的比特?cái)?shù)。本發(fā)明接收機(jī)可以位于例如用戶終端100或基站200，300。
接收機(jī)以前知道接收信號(hào)的某些部分。乘法裝置402將從裝置401到達(dá)的信號(hào)乘上以前已知的該信號(hào)比較序列，例如該信號(hào)的同步部分，從而得到一個(gè)乘積。此外，乘法裝置402在信號(hào)中加入填充比特，在這種情況下是0比特。乘法裝置402也可以通過(guò)對(duì)應(yīng)于乘法的另一方法，例如加法來(lái)生成該乘積。如果滑動(dòng)窗口位于已知比較序列的接收信號(hào)中，則與所述序列相乘消除了信號(hào)調(diào)制。在所述情況下，裝置403所生成的相關(guān)中存在一個(gè)峰值。所述時(shí)刻滑動(dòng)窗口位置信息使得消除時(shí)間不穩(wěn)定性成為可能。
變換裝置403為從乘法裝置402到達(dá)的信號(hào)生成相關(guān)。變換裝置403還根據(jù)所述信號(hào)的頻率誤差生成估計(jì)。變換裝置403還估計(jì)接收信號(hào)的噪聲功率大小。變換裝置403最好進(jìn)行FFT變換(快速傅立葉變換)。一般情況下，可以通過(guò)以下方式以整數(shù)形式計(jì)算傅立葉變換
其中
代表傅立葉變換，f(t)是時(shí)間t的函數(shù)，F(xiàn)(ω)是傅立葉變換函數(shù)，ω是頻率變量，i是虛數(shù)單位，П代表數(shù)pi。在數(shù)字系統(tǒng)中通過(guò)求和來(lái)計(jì)算傅立葉變換整數(shù)，其中包括需要累加的N個(gè)項(xiàng)。但是，F(xiàn)FT變換中運(yùn)算的數(shù)量已大大減少。傅立葉變換通常需要N2次操作，但FFT變換最好可以執(zhí)行N*log2(N)次操作(Danielson-Lanczos定理)。
可以使用例如拉普拉斯變換來(lái)替代FFT變換。但是，如果以較長(zhǎng)的頻率間隔估計(jì)頻率，則FFT變換是一種有效的方法。變換裝置403在經(jīng)過(guò)FFT變換后的信號(hào)中充分地搜索峰值，并計(jì)算信號(hào)的平均值。然后，變換裝置403比較該峰值和所述信號(hào)的平均值，從而得到比率。該比率可以基于例如除法。相關(guān)使得可以根據(jù)接收的信號(hào)確定同步的存在。該信號(hào)的乘法和相關(guān)實(shí)現(xiàn)了以下方程(1)。(1)---|μ(t,fe)|=|Σn=0N-1e-j2ΠfenTsan*z1-n|]]>在該公始終，已知比較序列的復(fù)共軛碼元標(biāo)記成an*，比較序列的序列長(zhǎng)度由N表示。接收機(jī)所接收的復(fù)信號(hào)表示成z，接收信號(hào)的頻率估計(jì)表示成fe。時(shí)間由t表示，碼元時(shí)間由Ts表示。在本發(fā)明方案中，信號(hào)同時(shí)在時(shí)間和頻率層上相關(guān)。比較變換裝置403中生成的峰值和平均值的比率和預(yù)定閾值。在本發(fā)明方案中，如果該比率超過(guò)了設(shè)置的閾值，則決定同步到接收機(jī)所接收的信號(hào)。
裝置401所生成的滑動(dòng)窗口一次滑動(dòng)一個(gè)碼元。這些碼元從裝置401傳送到乘法裝置402，后者將這些碼元乘上已知序列。相乘之后消除了信號(hào)中的調(diào)制。然后，在信號(hào)中加入0。通過(guò)增加0，可以調(diào)整信號(hào)序列長(zhǎng)度，使其匹配變換裝置403。0的加入也增加了信號(hào)的頻率分解。變換裝置403從假定的頻率區(qū)域fe中搜索相關(guān)頻率，然后比較所述信號(hào)。
作出所述決定的另一方案時(shí)使用變換裝置403所估計(jì)的信號(hào)噪聲功率。在這種方法中，噪聲功率實(shí)際上與通過(guò)FFT變換得到的信號(hào)峰值相比較。在這種方案中，同樣如果信號(hào)的比率超過(guò)了設(shè)置的閾值，則作出決定。在變換裝置403中一次性處理以前已知長(zhǎng)度的序列，這些序列被進(jìn)一步傳送到比較裝置404。從變換裝置403中發(fā)送的序列的序列長(zhǎng)度最好是兩倍于到達(dá)比較裝置404的序列。
并且，該方法使得實(shí)際上可以計(jì)算信號(hào)噪聲功率峰值和噪聲功率平均值，并比較計(jì)算出的值。在生成噪聲功率峰值和平均值比率之前，延時(shí)基于平均值結(jié)果的信號(hào)?；谠肼暪β使烙?jì)的方法也可以應(yīng)用于信號(hào)的信噪比較差的情況。該方法還可應(yīng)用于脈沖串信號(hào)。這兩種方法使得能夠同時(shí)進(jìn)行時(shí)間和頻率同步。
盡管以上結(jié)合附圖的例子描述了本發(fā)明，但顯然本發(fā)明并不局限于此，而是可以在后附權(quán)利要求書(shū)所公開(kāi)的創(chuàng)新思想范圍內(nèi)通過(guò)不同方法予以改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線系統(tǒng)中使用的同步接收信號(hào)的接收方法，該無(wú)線系統(tǒng)包括接收調(diào)制信號(hào)的至少一個(gè)接收機(jī)(100，200，300)，前述信號(hào)部分已知，由碼元組成，且包含時(shí)間和頻率偏移，其特征在于，接收信號(hào)乘上該信號(hào)的已知部分，從而得到一個(gè)乘積；對(duì)該乘積進(jìn)行相關(guān)，從而得到一個(gè)比率；然后比較該比率和預(yù)置的相關(guān)閾值，根據(jù)比較結(jié)果決定同步接收信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法實(shí)際上在相關(guān)之后計(jì)算相關(guān)最大值和平均值，比較這兩個(gè)值以得到一個(gè)比率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，如果該比率超過(guò)預(yù)置相關(guān)閾值，則同步到接收信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法實(shí)際上計(jì)算平均信號(hào)噪聲功率，實(shí)際上根據(jù)信號(hào)最大值和平均信號(hào)噪聲功率之間的關(guān)系計(jì)算該比率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法實(shí)際上計(jì)算平均信號(hào)噪聲功率，實(shí)際上根據(jù)信號(hào)噪聲功率最大值和平均信號(hào)噪聲功率之間的關(guān)系計(jì)算該比率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法的相關(guān)過(guò)程中采用FFT方法計(jì)算接收信號(hào)的頻率偏移。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，信號(hào)相乘消除了信號(hào)調(diào)制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，接收信號(hào)基本上同時(shí)在時(shí)間和頻率層上進(jìn)行相關(guān)。
9.一種無(wú)線系統(tǒng)中使用的同步接收信號(hào)的接收機(jī)，該無(wú)線系統(tǒng)包括接收調(diào)制信號(hào)的至少一個(gè)接收機(jī)(100，200，300)，前述信號(hào)部分已知，由碼元組成，且包含時(shí)間和頻率偏移，其特征在于，該接收機(jī)包括乘法裝置(402)，用以將接收信號(hào)乘上該接收信號(hào)的已知部分，從而得到一個(gè)乘積；變換裝置(403)，對(duì)該乘積進(jìn)行相關(guān)，從而得到一個(gè)比率，以及比較裝置(404)，比較該比率和預(yù)置的相關(guān)閾值，根據(jù)比較結(jié)果決定同步接收信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于，變換裝置(403)實(shí)際上計(jì)算相關(guān)最大值和平均值，比較這兩個(gè)值以得到一個(gè)比率。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于，如果該比率超過(guò)預(yù)置相關(guān)閾值，則接收機(jī)同步到接收信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于，變換裝置(403)計(jì)算信號(hào)噪聲功率，變換裝置(403)實(shí)際上根據(jù)信號(hào)最大值和平均信號(hào)噪聲功率之間的關(guān)系計(jì)算該比率。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于，變換裝置(403)計(jì)算信號(hào)噪聲功率，變換裝置(403)實(shí)際上根據(jù)信號(hào)噪聲功率最大值和平均信號(hào)噪聲功率之間的關(guān)系計(jì)算該比率。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于，變換裝置(403)在相關(guān)過(guò)程中采用FFT方法計(jì)算接收信號(hào)的頻率偏移。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于，乘法裝置(402)在信號(hào)相乘過(guò)程中消除了信號(hào)調(diào)制。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于，變換裝置(403)基本上同時(shí)在時(shí)間和頻率層上進(jìn)行相關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線系統(tǒng)中使用的同步接收信號(hào)的一種同步方法和接收機(jī),該無(wú)線系統(tǒng)包括接收調(diào)制信號(hào)的至少一個(gè)接收機(jī)(100,200,300),前述信號(hào)部分已知,由碼元組成,且包含時(shí)間和頻率偏移。該接收機(jī)包括乘法裝置(402),用以將接收信號(hào)乘上該接收信號(hào)的已知部分,從而得到一個(gè)乘積;變換裝置(403),對(duì)該乘積進(jìn)行相關(guān),從而得到一個(gè)比率,以及比較裝置(404),比較該比率和預(yù)置的相關(guān)閾值,根據(jù)比較結(jié)果決定同步接收信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L7/06GK1244973SQ97181335
公開(kāi)日2000年2月16日 申請(qǐng)日期1997年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月12日
發(fā)明者加科·艾克恩 申請(qǐng)人:諾基亞電信公司