專(zhuān)利名稱(chēng)：適用于通信系統(tǒng)檢測(cè)同步信號(hào)的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步信號(hào)檢測(cè)方法與裝置。
背景技術(shù)：
在公元1960年代，使用并行數(shù)據(jù)傳輸與頻分復(fù)用概念的正交頻分復(fù)用 4支術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 以下簡(jiǎn)稱(chēng)OFDM)即^f皮才是 出。而正交頻分復(fù)用技術(shù)的研究重心主要在于提供高速傳輸?shù)恼{(diào)制與解調(diào)制 技術(shù)以及數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用上。由于信道脈沖響應(yīng)、時(shí)序同步與頻率 同步上的錯(cuò)誤經(jīng)常造成碼元(Symbol)間干擾(Inter-Symbol Interference, "ISI，，) 與載波間干護(hù)C(Inter-Carrier Interference ， "ICI")。
因此，在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中， 一項(xiàng)重要的任務(wù)即是時(shí)序同步 與估計(jì)，特別是針對(duì)接收端而言。傳統(tǒng)上，同步信號(hào)(Synchronization Signal) 是由重復(fù)傳送某一特定信號(hào)而成。而一般都會(huì)采用自相關(guān)計(jì)算器 (Auto-correlator)進(jìn)行估計(jì)。自相關(guān)計(jì)算器(Auto-correlator)提供了眾所皆知而 且簡(jiǎn)單的時(shí)序估算方法。此裝置可以檢測(cè)任何具有重復(fù)特性的信號(hào)關(guān)于時(shí)序 的相關(guān)特性，因此，時(shí)序信息的檢測(cè)可以通過(guò)此裝置檢測(cè)而得。然而，如果 同步信號(hào)在時(shí)序上重復(fù)兩次以上，則此裝置所得到的運(yùn)算結(jié)果將可能會(huì)產(chǎn)生 所謂的高原區(qū)域(Plateau Region)。此高原區(qū)域的產(chǎn)生時(shí)間通常都是發(fā)生在同 步信號(hào)的碼元(Symbol)邊沿。這樣的現(xiàn)象通常都是來(lái)自位于OFDM碼元前端 所加入的循環(huán)前綴(Cyclic Prefix, CP)，或是此同步信號(hào)由重復(fù)傳送兩次以上 的信號(hào)所組成。此高原區(qū)域?qū)?huì)導(dǎo)致時(shí)序估算的不確定性。
從現(xiàn)有的系統(tǒng)(例如IEEE 802.1 l(a))觀點(diǎn)來(lái)看，此高原似乎并不會(huì)有^艮大 的影響，高峰值區(qū)域(High Peak Region)則將可以用來(lái)進(jìn)行時(shí)序的同步估算。 只要在設(shè)計(jì)上，加上一個(gè)特定的4企測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(Detection Criterion),那么也可以 取得這些時(shí)序的信息。但上述的方式有一先決的條件，也就是通信環(huán)境必須 是處于穩(wěn)定的狀態(tài)，噪聲(Noise)或是信道的效應(yīng)(Channel Effect)必須很低或 是很輕微，這樣所得到的具有高原特性的結(jié)果，才能相當(dāng)清楚而且可預(yù)期，如此上述的檢測(cè)方法才能得到正確的結(jié)果。
然而，從下一代的通信系統(tǒng)而言，此OFDM系統(tǒng)將應(yīng)用至更廣域的用
途，例如戶(hù)外的通信系統(tǒng)、或是必須支持高速移動(dòng)的通信架構(gòu)等等。此時(shí)， 時(shí)序檢測(cè)的結(jié)果將因?yàn)橥庠诃h(huán)境間噪聲的影響，使得其高原信號(hào)變得模糊。 如此將會(huì)難以正確的檢測(cè)時(shí)序相關(guān)的信息?，F(xiàn)有的檢測(cè)架構(gòu)非常不適用于下 一代的通信系統(tǒng)。
在2006年3月14日所公布的美國(guó)第7012881號(hào)專(zhuān)利中，提出一種 "Timing and Frequency offset Estimation Scheme for OFDM Systems by using an Analytic Tone"。在此專(zhuān)利中，時(shí)序同步是通過(guò)一個(gè)滑動(dòng)窗(Sliding Window) 用來(lái)對(duì)自相關(guān)計(jì)算器(Auto-correlator)所輸出的所有自相關(guān)結(jié)果(Correlation Output)加總，以避免高原現(xiàn)象的產(chǎn)生。
在2006年1月26日所公布的美國(guó)第200600018143號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)案中， 提出 一種"Coarse Timing Estimation System and Methodology for Wireless Symbols"。此同步信號(hào)即為一4i的OFDM碼元。而時(shí)序信息可以通過(guò)循環(huán) 前綴(Cyclic Prefix, CP)進(jìn)行估算。此類(lèi)的同步信號(hào)并不會(huì)產(chǎn)生所謂的高原效 應(yīng)。且由于循環(huán)前綴的長(zhǎng)度較短，當(dāng)通信環(huán)境極差時(shí)，其自相關(guān)所產(chǎn)生的峰 值極容易被信道環(huán)境或噪聲給淹沒(méi)。
在2007年5月15日所公布的美國(guó)第7218691號(hào)專(zhuān)利中，提出一種 "Method and Apparatus for Estimation of Orthogonal Frequency Division Multiplexing Symbol Timing and Carrier Frequency Offset"。此專(zhuān)利中，在對(duì)于 自相關(guān)計(jì)算器(Auto-correlator)所輸出的自相關(guān)結(jié)果(Correlation Output)加入 了一種低通濾波器(Low-pass Filter),以使高原曲線(xiàn)趨于平滑。而此時(shí)序則是 通過(guò)一種檢測(cè)程序所完成，而此檢測(cè)的條件則是基于高原的區(qū)域位置。
在2006年5月2日所公布的美國(guó)第7039000號(hào)專(zhuān)利中，提出 一種"Timing Synchronization for OFDM-Based Wireless Network",此專(zhuān)利才是出 一種通過(guò)兩 階段自相關(guān)電路(Two-stage Correlation Circuit)以獲得較佳時(shí)序信息。第一階 段是使用粗略時(shí)序同步(Coarse Timing Synchronization)運(yùn)算的自相關(guān)計(jì)算器 (Auto-correlator)，而第二階段是使用較精密時(shí)序同步(Fine Timing Synchronization)運(yùn)算的自相關(guān)計(jì)算器(Auto-correlator)。此較精密的同步運(yùn)算 是使用上采樣器(Up-Sampler)與內(nèi)插器(Interpolator)以增加檢測(cè)的正確性。
在2006年5月2日所公布的美國(guó)第7039000號(hào)專(zhuān)利中，提出一種"Apparatus and Associated Method of Symbol Timing Recovery Using Coarse and Fine Symbol Time Acquisition",此專(zhuān)利主要是提出 一種在時(shí)域(Time Domain)中估算信道脈沖響應(yīng)(Channel Impulse Response)的輪廓(Profile),以 便估算時(shí)序信息。此專(zhuān)利所提出的方法需要事先知道在頻域(Frequency Domain)的前導(dǎo)信號(hào)(Pilot Signal)才能取得信道脈沖響應(yīng)。此檢測(cè)方法需要使 用快速傅立葉變換(Fast Fourier Transformation, FFT)與逆快速傅立葉變換 (Inverse Fast Fourier Transformation, IFFT)的運(yùn)算，通常適用于接收端已完成 粗略同步(Coarse Synchronization)后所進(jìn)行的時(shí)序調(diào)整。
在2006年11月14日所公布的美國(guó)第7136438號(hào)專(zhuān)利中，提出一種 "Receiving method and receiver", 利用最大似然(Maximum Likelihood)的才既念 將所接收的信號(hào)與已知的同步信號(hào)進(jìn)行匹配檢測(cè)(Match Detection)。
在2006年7月6日所公布的美國(guó)第20060146962號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)案中，提 出 一種"Method and device for frame detection and synchronizer"?！坟皩?zhuān)矛H吏用 減法器(Differentiator)檢測(cè)高原的邊沿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種通信系統(tǒng)檢測(cè)同步信號(hào)的方法，包括在接收端 接收含有同步信號(hào)的接收信號(hào)，并經(jīng)由自相關(guān)(antocorrelation)運(yùn)算后產(chǎn)生的 輸入信號(hào)，并輸入至本發(fā)明所提的同步信號(hào)檢測(cè)裝置。此檢測(cè)裝置包含三組 滑動(dòng)窗(Sliding windows),對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)取得對(duì)應(yīng)的一第一滑動(dòng)窗值、 一第 二滑動(dòng)窗值與一第三滑動(dòng)窗值，其中第二滑動(dòng)窗大于第一滑動(dòng)窗與第三滑動(dòng) 窗。第二滑動(dòng)窗的輸出值為計(jì)算此窗內(nèi)信號(hào)的總和；而第一及第三滑動(dòng)窗分 別計(jì)算窗內(nèi)信號(hào)的總和，之后再計(jì)算其差值。再利用第二滑動(dòng)窗的輸出值減 去此差值，即為此識(shí)別裝置的輸出信號(hào)。識(shí)別此輸出信號(hào)的峰值位置，并對(duì) 此峰值位置補(bǔ)償因第三滑動(dòng)窗長(zhǎng)度造成的延遲，此位置即為同步信號(hào)的碼元 邊沿。補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)度即為第一窗的長(zhǎng)度。
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種適用于通信系統(tǒng)檢測(cè)同步信號(hào)的裝置，包括自 相關(guān)(autocorrelation)產(chǎn)生器、多個(gè)寄存器與多個(gè)加法器。此自相關(guān)產(chǎn)生器， 接收含有同步信號(hào)的接收信號(hào)，并依序經(jīng)由一 自相關(guān)運(yùn)算后產(chǎn)生的多個(gè)輸入 信號(hào)。上述寄存器以串聯(lián)方式連接，用以依序接收自相關(guān)產(chǎn)生器所產(chǎn)生的輸 入信號(hào)，并以移位方式從串聯(lián)連接的寄存器陸續(xù)移位存儲(chǔ)。而上述加法器分別對(duì)于串聯(lián)連接的寄存器從接收輸入信號(hào)的一端依序取得一第一數(shù)量、 一第 二數(shù)量與 一第三數(shù)量的寄存器內(nèi)所存儲(chǔ)的輸入信號(hào)值，并加以加總后得到一 第一窗值、 一第二窗值與一第三窗值。上述第一數(shù)量、第二數(shù)量與第三數(shù)量 的總數(shù)為寄存器的數(shù)量，而第二數(shù)量大于第一數(shù)量與第三數(shù)量，并且以第二 窗值判斷上述同步信號(hào)是否出現(xiàn)，若上述同步信號(hào)出現(xiàn)則此第二窗將出現(xiàn)一 峰值。對(duì)第一窗值與第三窗值的差值絕對(duì)值得到一平衡值，并對(duì)第二窗值減 去此一平衡值以求得此同步信號(hào)檢測(cè)裝置的輸出。識(shí)別此輸出信號(hào)的峰值位 置，并對(duì)此峰值位置補(bǔ)償因第一窗長(zhǎng)度造成的延遲，此位置即為同步信號(hào)的 邊沿。補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)度即為第一窗的長(zhǎng)度。
上述的方法與裝置，第二窗的長(zhǎng)度為同步信號(hào)經(jīng)自相關(guān)器后所造成的高 原長(zhǎng)度。
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并 配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1A是說(shuō)明OFDM碼元信號(hào)內(nèi)的同步信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
圖1B是說(shuō)明根據(jù)IEEE 802.11(a)的標(biāo)準(zhǔn)所提出的信號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1C是整個(gè)數(shù)據(jù)分組(Data Packet)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括十個(gè)短訓(xùn)練碼
元、兩個(gè)長(zhǎng)訓(xùn)練碼元、 一個(gè)信號(hào)欄位、以及l(fā)t據(jù)欄位。
圖2A是說(shuō)明自相關(guān)計(jì)算器(Auto-correlator)的電路方塊示意圖。
圖2B所示自相關(guān)計(jì)算器接收到如圖1A的信號(hào)時(shí)的輸出與時(shí)間上所畫(huà)
出對(duì)應(yīng)的區(qū)域進(jìn)一步說(shuō)明。
圖2C是說(shuō)明自相關(guān)計(jì)算器的輸出如何產(chǎn)生高原區(qū)域的示意圖。
圖3A是說(shuō)明本發(fā)明依實(shí)施例中所提出具有高精度的同步信號(hào)檢測(cè)方法
的電路示意圖。
圖3B為當(dāng)同步信號(hào)經(jīng)自相關(guān)器所得的高原信號(hào)已部分通過(guò)如圖3A的 電路時(shí)的示意圖。
圖3C為當(dāng)同步信號(hào)經(jīng)自相關(guān)器所得的高原信號(hào)完全進(jìn)入如圖3A的電 路時(shí)的示意圖。
圖3D為當(dāng)同步信號(hào)經(jīng)自相關(guān)器所得的高原信號(hào)尚未完全進(jìn)入如圖3A 的電3各時(shí)的示意圖。圖4則用以說(shuō)明本發(fā)明所示的時(shí)間檢測(cè)結(jié)果，與傳統(tǒng)電路所得到的結(jié)果 示意圖。
圖5A與圖5B分別為美國(guó)第7012881號(hào)專(zhuān)利與本發(fā)明所提出同步信號(hào) 檢測(cè)方法所得到的結(jié)果比較圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明
110:同步信號(hào)
112、114:信號(hào)部分
116:循環(huán)前綴(Cyclic Prefix)部分
120:時(shí)域信號(hào)
132:短訓(xùn)練碼元
134:長(zhǎng)訓(xùn)練碼元
136:信號(hào)欄位
138:數(shù)據(jù)欄位
200:自相關(guān)計(jì)算器
202:延遲裝置
204:計(jì)算共輒復(fù)數(shù)的電路
208:乘法器
210:移動(dòng)平均計(jì)算裝置
214:移動(dòng)平均值計(jì)算裝置
216:電路
210:曲線(xiàn)
212:高原區(qū)域
230:曲線(xiàn)
300:電路
310:寄存器
312、314、 316、 318:加法器
410、420:時(shí)間曲線(xiàn)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一 實(shí)施例提出 一種具有高精度的同步信號(hào)檢測(cè)方法與裝置，適
用于廣域用途的OFDM系統(tǒng)。此同步信號(hào)檢測(cè)方法與裝置，可排除外在環(huán)境間噪聲的影響，并正確的檢測(cè)同步的信息。
本發(fā)明的 一 實(shí)施例提出 一種具有高精度的同步信號(hào)檢測(cè)方法與裝置，適
用于廣域用途的OFDM系統(tǒng)。此同步信號(hào)檢測(cè)方法與裝置，可排除外在環(huán)
境間噪聲的影響，并正確的檢測(cè)同步的信息。在此檢測(cè)同步信號(hào)方法中，包
括接收含有同步信號(hào)的接收信號(hào)，并依序經(jīng)由自相關(guān)(antocorrelation)運(yùn)算后 產(chǎn)生的多個(gè)輸入信號(hào)。依序根據(jù)多個(gè)窗對(duì)上述輸入信號(hào)取得對(duì)應(yīng)的多個(gè)窗 值，從這些窗值之一取得判斷同步信號(hào)是否出現(xiàn)的峰值信號(hào)，并對(duì)其他窗值 運(yùn)算取得平衡值，并對(duì)此峰值信號(hào)減去此一平衡值以求得此同步信號(hào)檢測(cè)裝 置的輸出。識(shí)別此輸出信號(hào)的峰值位置，并對(duì)此峰值位置補(bǔ)償因第一窗長(zhǎng)度 造成的延遲，此位置即為同步信號(hào)的碼元邊沿。補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)度即為第一窗的長(zhǎng) 度。
上述的檢測(cè)同步信號(hào)的方法中，取得峰值信號(hào)的窗長(zhǎng)度為同步信號(hào)經(jīng)自 相關(guān)器后所造成的高原長(zhǎng)度。
上述的檢測(cè)同步信號(hào)的方法中，對(duì)上述輸入信號(hào)取得對(duì)應(yīng)的多個(gè)窗值是 對(duì)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)的值加總后分別取得。
互通(WiMAX)或?qū)拵Тa分多址接入(WCDMA)等應(yīng)用上。
首先，本發(fā)明所提出的同步信號(hào)檢測(cè)方法，是針對(duì)類(lèi)似時(shí)間檢測(cè)所使用 的一組多個(gè)重復(fù)的同步信號(hào)。請(qǐng)參照?qǐng)D1A,是說(shuō)明OFDM碼元信號(hào)內(nèi)的同 步信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。此OFDM碼元的同步信號(hào)110結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)對(duì)稱(chēng)且重復(fù) 的信號(hào)部分112與114(圖示中的"D"),另外還有一個(gè)循環(huán)前綴(CyclicPrefix) 部分116(圖示中的"CP")，其中信號(hào)部分"D"的長(zhǎng)度為D，，而CP部分是位于 OFDM碼元(Symbol)l 10的前端。而圖IB則是說(shuō)明一個(gè)在時(shí)域下OFDM信 號(hào)的組成，包括多個(gè)短訓(xùn)練碼元(ShortTraining Symbol"S")，如圖所示的S0、 Si到S^總共K個(gè)同步信號(hào)。
而圖1A則是0FDM碼元的同步信號(hào)結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)信號(hào)部分(也就是 兩個(gè)"D"部分)與一個(gè)循環(huán)前綴部分"CP"。此種同步信號(hào)的產(chǎn)生方式是利用頻 率域信號(hào)下采樣(down-sample)使得時(shí)間域信號(hào)產(chǎn)生重復(fù)的現(xiàn)象。
圖IB所提出的信號(hào)結(jié)構(gòu)在例如IEEE 802.1 l(a)的標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)界定，如圖 所示的時(shí)域信號(hào)120，包括Sq到Sw共有K個(gè)短訓(xùn)練碼元(Short Training Symbol),每個(gè)短訓(xùn)練碼元的長(zhǎng)度為S，。若是以K=10為例，整個(gè)數(shù)據(jù)分組(DataPacket)如圖1C所示，包括十個(gè)短訓(xùn)練碼元132(圖示中的So到S9)、兩個(gè)長(zhǎng) 訓(xùn)練碼元134(圖示中的Lo與L)、 一個(gè)信號(hào)欄位136、以及數(shù)據(jù)欄位138。
請(qǐng)參考圖2A,圖2A是說(shuō)明自相關(guān)計(jì)算器(Auto-correlator)的電路方塊示 意圖。在自相關(guān)計(jì)算器200中，所提到的N可以是圖1A中的信號(hào)部分112 與114的長(zhǎng)度D，，或是N可以是圖1B中的短訓(xùn)練碼元的長(zhǎng)度S，。接收信 號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)并行的運(yùn)算。其中第一個(gè)運(yùn)算為經(jīng)由延遲N個(gè)時(shí)鐘的延遲裝置 202、用以計(jì)算共軛復(fù)數(shù)的電路204、而后輸出值與接收信號(hào)經(jīng)乘法器208 相乘后輸出到移動(dòng)平均計(jì)算裝置210,計(jì)算后輸出至計(jì)算絕對(duì)值的電路212 后輸出^。另外第二個(gè)運(yùn)算為先計(jì)算接收信號(hào)的絕對(duì)值后，移動(dòng)平均值計(jì)算 裝置214計(jì)算后，輸出到電路216計(jì)算其值，并輸出A。而此自相關(guān)計(jì)算器 200的豐命出可以為^=^/:^。
而此自相關(guān)計(jì)算器200檢測(cè)如圖1A的同步信號(hào)所得的輸出時(shí)序與計(jì)算 結(jié)果圖如圖2B的曲線(xiàn)220所示。此結(jié)果可以清楚了解此自相關(guān)計(jì)算器200 檢測(cè)如圖1A的同步信號(hào)而產(chǎn)生了高原區(qū)域224。此自相關(guān)計(jì)算器200檢測(cè) 如圖1A的同步信號(hào)而產(chǎn)生了高原現(xiàn)象的輸出與時(shí)間上畫(huà)出對(duì)應(yīng)的區(qū)域圖 示，則以不規(guī)則四邊形(Trapezoid)的示意圖說(shuō)明，包括如圖中所示的區(qū)域A、 B(標(biāo)號(hào)222)與C(標(biāo)號(hào)226)。區(qū)域A的長(zhǎng)度就是高原區(qū)域224的長(zhǎng)度，而區(qū) 域B與C則分別是在區(qū)域A的兩側(cè)。
而至于如何產(chǎn)生此高原區(qū)域，請(qǐng)參考圖2C所示。以圖1A中所提到的 OFDM碼元的同步信號(hào)結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)信號(hào)部分(兩個(gè)"D")與一個(gè)循環(huán)前綴 部分"CP"為例說(shuō)明。此同步訊經(jīng)自相關(guān)器后，因檢測(cè)得重復(fù)信號(hào)而開(kāi)始產(chǎn)生 峰值的時(shí)間點(diǎn)為t2，此自相關(guān)器所產(chǎn)生的峰值將一直持續(xù)至此同步信號(hào)結(jié)束 的時(shí)間點(diǎn)t4為止。通過(guò)使用一個(gè)滑動(dòng)窗(Sliding Window),并加總對(duì)應(yīng)此窗 內(nèi)的平均值(如圖2A的210)。假設(shè)從tl開(kāi)始計(jì)算移動(dòng)平均值，而到了 t2時(shí)， 區(qū)域B開(kāi)始形成，而后到了t3時(shí)，開(kāi)始進(jìn)入高原區(qū)域，逐漸形成區(qū)域A, 之后到了t4,移動(dòng)平均值開(kāi)始下降而形成了區(qū)域C。自相關(guān)計(jì)算器200隨著 時(shí)序產(chǎn)生的結(jié)果可知，此區(qū)域A，也就是高原區(qū)域224的長(zhǎng)度為CP信號(hào)長(zhǎng) 度+1。
本發(fā)明的一實(shí)施例所提出具有高精度的同步信號(hào)檢測(cè)方法，可以消除上 述因自相關(guān)計(jì)算器檢測(cè)同步信號(hào)而產(chǎn)生的高原區(qū)域，以便得到正確的檢測(cè)結(jié) 果。為方便描述此發(fā)明的特征，在此參照?qǐng)D3B 3D所示自相關(guān)計(jì)算器200檢測(cè)得同步信號(hào)所得的輸出與時(shí)間上所畫(huà)出對(duì)應(yīng)的區(qū)域進(jìn)一步說(shuō)明，而此不
規(guī)則四邊形(Trapezoid)的示意圖包括中間的區(qū)域A與兩側(cè)的B與C,其中區(qū) 域A的長(zhǎng)度就是高原區(qū)域224的長(zhǎng)度，而區(qū)域B與C則分別是在區(qū)域A的 兩側(cè)，這些區(qū)域的值可以通過(guò)個(gè)別不同的滑動(dòng)窗(Sliding Window)所取得，而 根據(jù)這些不同的滑動(dòng)窗取得不同的加總值。本發(fā)明所提出具有高精度的同步 信號(hào)檢測(cè)方法，只要利用取得的不同滑動(dòng)窗輸出值的運(yùn)算組合，并判斷其所 產(chǎn)生的峰值位置即可檢測(cè)得知正確的峰值時(shí)間點(diǎn)。
如圖2B的230所示，若僅筒單的使用一滑動(dòng)窗來(lái)計(jì)算A，的輸出以移除 高原信號(hào)，其峰值區(qū)域平緩且不夠尖銳明顯，極易因信道環(huán)境或噪聲而使其 更模糊。若能利用滑動(dòng)窗所得的輸出，并運(yùn)用如A，-IC，-B，I的關(guān)系算即可有 效刪除上述高原區(qū)域，而此A，代表區(qū)域A的信號(hào)總和，而B(niǎo)，與C，分別代表 區(qū)域B與C的信號(hào)總和。而將滑動(dòng)窗的總輸出整合為A，-IC，-B，I后，得到的 結(jié)果則如圖4所示的曲線(xiàn)410。從圖示可以了解，將滑動(dòng)窗的總輸出設(shè)定為 A，-IC，-B，I后，此高原區(qū)域的現(xiàn)象將從此結(jié)果圖示中移除。
本發(fā)明的一實(shí)施例所提出具有高精度的同步信號(hào)檢測(cè)方法，運(yùn)用到實(shí)際 的電路圖，則如圖3A 3D所示，以便取得適當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)窗的寬度。在圖3A中， 將自相關(guān)計(jì)算器200的輸出^ = & 依序按照時(shí)間傳送到電路300的寄存 器中。此電路300需要L+2M個(gè)串聯(lián)連接的寄存器310,其中L代表區(qū)域A 的滑動(dòng)窗j長(zhǎng)度，而M代表代表區(qū)域B與C的滑動(dòng)窗》與^長(zhǎng)度，在此假設(shè) 區(qū)域B與C的長(zhǎng)度值應(yīng)該相同，而上列字母上方蓋冒形狀的標(biāo)示主要說(shuō)明 滑動(dòng)窗的名稱(chēng)。因此，第L+M+l到L+2M個(gè)寄存器所存儲(chǔ)的值經(jīng)過(guò)加法器 312相加后可以取得滑動(dòng)窗》的值B，，而第M+l到L+M個(gè)寄存器所存儲(chǔ)的 值經(jīng)過(guò)加法器314相加后可以取得滑動(dòng)窗〗的值A(chǔ)，，而第1到M個(gè)寄存器 所存儲(chǔ)的值經(jīng)過(guò)加法器316相加后可以取得滑動(dòng)窗6的值C，。
而B(niǎo)，與C，經(jīng)由加法器318進(jìn)行C，-B，(C，輸入加法器318的正端，而B(niǎo)， 輸入加法器318的負(fù)端)運(yùn)算后，經(jīng)由電路320取絕對(duì)值后，輸出到加法器 322，以便計(jì)算A，-IC，-B，I的輸出值，而此輸出值便可用于判斷此電路300是 否因檢測(cè)得同步信號(hào)而產(chǎn)生峰值(Peak)。因此，電路300的信號(hào)輸入與輸出 的關(guān)系算可以方程式表示如下
ii<formula>formula see original document page 12</formula>
如前所述，本發(fā)明所提出具有高精度的同步信號(hào)檢測(cè)方法，包括于接收 端接收含有同步信號(hào)的接收信號(hào)，并經(jīng)由自相關(guān)(antocorrelation)運(yùn)算后產(chǎn)生 的輸入信號(hào)，并輸入至同步信號(hào)檢測(cè)裝置。此檢測(cè)裝置包含三組滑動(dòng)窗 (Sliding windows),對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)取得對(duì)應(yīng)的第一滑動(dòng)窗值、第二滑動(dòng)窗值 與第三滑動(dòng)窗值，其中第二滑動(dòng)窗大于第一滑動(dòng)窗與第三滑動(dòng)窗。第二滑動(dòng) 窗的輸出值為計(jì)算此窗內(nèi)信號(hào)的總和；而第一及第三滑動(dòng)窗分別計(jì)算窗內(nèi)信 號(hào)的總和，之后再計(jì)算其差值。再利用第二滑動(dòng)窗的輸出值減去此差值，即 為此識(shí)別裝置的輸出信號(hào)。識(shí)別此輸出信號(hào)的峰值位置，并對(duì)此峰值位置補(bǔ) 償因第三滑動(dòng)窗長(zhǎng)度造成的延遲，此位置即為同步信號(hào)的碼元邊沿。
而上述的第一滑動(dòng)窗值、第二滑動(dòng)窗值與第三滑動(dòng)窗值，就是此圖示中 所述的加法器316、加法器314與加法器312輸出的值。而第一及第三滑動(dòng) 窗計(jì)算其差值，就是加法器318的輸出。而再利用第二滑動(dòng)窗的輸出值減去 此差值，就是加法器322的輸出。
此電路300的原理主要利用 一組長(zhǎng)度為L(zhǎng)的滑動(dòng)窗i ,以求得接收端接 收到同步信號(hào)時(shí)，此同步信號(hào)經(jīng)自相關(guān)檢測(cè)器之后，所產(chǎn)生的高原信號(hào)(即 圖3B 3D的A部分面積)的總和。并且，于此滑動(dòng)窗^之前、后各自附加一 組長(zhǎng)度為M的滑動(dòng)窗(》及6),以求得接收端接收到同步信號(hào)時(shí)，此同步信 號(hào)經(jīng)自相關(guān)檢測(cè)器之后，產(chǎn)生的高原兩側(cè)斜坡部分(即圖3B 3D的B及C部 分)的信號(hào)總和。當(dāng)同步信號(hào)經(jīng)自相關(guān)運(yùn)算所得的高原部份完全進(jìn)入電路300 中間滑動(dòng)窗i (圖3C)，此滑動(dòng)窗的總和輸出A，應(yīng)得一峰值，同時(shí)兩邊的滑 動(dòng)窗(》及^)的輸出(B，及C，)值應(yīng)十分相近(IC，-B，lsO)。
若同步信號(hào)經(jīng)自相關(guān)運(yùn)算所得的高原部份離開(kāi)或未完全進(jìn)入電路300中 間L個(gè)加法寄存器時(shí)(圖3B或(圖3D),此時(shí)滑動(dòng)窗^的輸出值(A，)將降低， 同時(shí)兩邊的滑動(dòng)窗(》及6)的輸出(B，及C，)值差距將變大(IC，-B，IX))。因此， 利用三組滑動(dòng)窗取得A，-IC，-B，I的輸出信號(hào)可同時(shí)檢測(cè)得高原信號(hào)的峰值， 并且依B，與C，之間的平衡關(guān)系(IC，-B，I)來(lái)加強(qiáng)接收端對(duì)于同步信號(hào)識(shí)別能力。如此，本實(shí)施例所提的方法可有效地估計(jì)出同步信號(hào)的碼元位置。并且， 以信號(hào)總和的概念進(jìn)行估計(jì)可達(dá)到抗干擾的功能。
圖4則用以說(shuō)明本發(fā)明所示的時(shí)間檢測(cè)模擬結(jié)果，與傳統(tǒng)電路所得到的 結(jié)果示意圖。本發(fā)明所提出的同步信號(hào)檢測(cè)方法，得到的時(shí)間曲線(xiàn)如標(biāo)號(hào)410
所示的實(shí)線(xiàn)部分，而傳統(tǒng)的方法得到的結(jié)果則如虛線(xiàn)420所示的部分，可以 清楚得知，本發(fā)明所提出的檢測(cè)方法，在高原區(qū)域部分有相當(dāng)大的改進(jìn)與其 效果，并且具有相當(dāng)高的精度。
圖5A與圖5B主要是比較與前述已知的美國(guó)第7012881號(hào)專(zhuān)利中，所 才是出的"Timing and Frequency offset Estimation Scheme for OFDM Systems by using an Analytic Tone"。圖5A為此第7012881號(hào)專(zhuān)利與本發(fā)明所提出同步 信號(hào)檢測(cè)方法所得到的結(jié)果，分別以標(biāo)號(hào)510與520表示，可以分別檢測(cè)峰 值的位置。而另外請(qǐng)參照?qǐng)D5B，若是在典型城市信道(Typical Urban Channel, 也就是圖示的TU Channel)環(huán)境中傳輸時(shí)，因?yàn)榇嬖谠肼曄喈?dāng)多，因此第 7012881號(hào)專(zhuān)利得到的結(jié)果與本發(fā)明所得到的結(jié)果分別以標(biāo)號(hào)530與540表 示，即產(chǎn)生非差異。
雖然本發(fā)明已以?xún)?yōu)選實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 的本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與 潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種適用于通信系統(tǒng)檢測(cè)同步信號(hào)的方法，包括接收含有同步信號(hào)的接收信號(hào)，并依序經(jīng)由自相關(guān)運(yùn)算后產(chǎn)生的多個(gè)輸入信號(hào)；依序根據(jù)第一窗、第二窗及第三窗，對(duì)應(yīng)這些輸入信號(hào)取得對(duì)應(yīng)的第一窗值、第二窗值與第三窗值，其中該第二窗大于該第一窗與該第三窗；以該第二窗值判斷是否因該自相關(guān)運(yùn)算中接收到該同步信號(hào)而產(chǎn)生峰值；以及對(duì)該第一窗值與第三窗值的差值絕對(duì)值得到平衡值，其中對(duì)該第二窗值減去此平衡值，即為該檢測(cè)方法的輸出信號(hào)，并且識(shí)別該輸出信號(hào)的峰值位置并補(bǔ)償因該第三窗的長(zhǎng)度造成的延遲，即為該同步信號(hào)的碼元邊沿。
2. 如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)同步信號(hào)的方法，其中補(bǔ)償因該第三窗的長(zhǎng) 度造成的延遲為補(bǔ)償長(zhǎng)度為該第三窗的長(zhǎng)度。
3. 如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)同步信號(hào)的方法，該第二窗的長(zhǎng)度為該同步 信號(hào)經(jīng)該自相關(guān)運(yùn)算后所造成的一高原長(zhǎng)度。
4. 如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)同步信號(hào)的方法，其中該第一窗、笫二窗及 第三窗對(duì)應(yīng)這些輸入信號(hào)取得的該第一窗值、第二窗值與第三窗值，分別為 對(duì)第 一數(shù)量、第二數(shù)量與第三數(shù)量的這些輸入信號(hào)的值加總后分別取得。
5. 如權(quán)利要求4所述的檢測(cè)同步信號(hào)的方法，該第一數(shù)量及該第三數(shù)量 為該第二數(shù)量的四分之一 。
6. 如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)同步信號(hào)的方法，可適用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、微 波接入全球互通或?qū)拵Тa分多址接入應(yīng)用上。
7. —種適用于通信系統(tǒng)檢測(cè)同步信號(hào)的裝置，該裝置包括 自相關(guān)產(chǎn)生器，接收多個(gè)同步信號(hào)，并依序經(jīng)由自相關(guān)運(yùn)算后產(chǎn)生的多個(gè)輸入信號(hào)；多個(gè)寄存器，串聯(lián)方式連接，用以依序接收該自相關(guān)產(chǎn)生器所產(chǎn)生的這 些輸入信號(hào)，并以移位方式從串聯(lián)連接的這些寄存器陸續(xù)移位存儲(chǔ)；多個(gè)加法器，分別對(duì)于串聯(lián)連接的這些寄存器從接收該輸入信號(hào)的一端 依序取得第一數(shù)量、第二數(shù)量與第三數(shù)量的這些寄存器內(nèi)所存儲(chǔ)的這些輸入信號(hào)值，并加以加總后得到第一窗值、第二窗值與第三窗值，其中該第一數(shù)量、第二數(shù)量與第三數(shù)量的總數(shù)為這些寄存器的數(shù)量，而該第二數(shù)量大于該第 一數(shù)量與該第三數(shù)量，并且以該第二窗值判斷是否因該自相關(guān)產(chǎn)生器接收到同步信號(hào)而產(chǎn)生峰值，對(duì)該第 一窗值與第三窗值的差值絕對(duì)值得到平衡值，并對(duì)該第二窗值減去此平衡值，即為該檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)，并且識(shí)別該輸出信號(hào)的峰值位置并補(bǔ)償因該第一窗的長(zhǎng)度造成的延遲，為該同步信號(hào)的碼元邊沿。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中補(bǔ)償因該第三窗的長(zhǎng)度造成延遲的補(bǔ)償長(zhǎng)度即為該第一窗的長(zhǎng)度。
9. 如權(quán)利要求7所述的裝置，該第二窗的長(zhǎng)度為該同步信號(hào)經(jīng)該自相關(guān)產(chǎn)生器后所造成的高原長(zhǎng)度。
10. 如權(quán)利要求7所述的裝置，該第一數(shù)量及該第三數(shù)量為該第二數(shù)量的四分之一。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，可適用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、微波接入全球互通或?qū)拵Тa分多址接入應(yīng)用上。
全文摘要
本發(fā)明提出一種具有高精度的同步信號(hào)檢測(cè)方法與檢測(cè)裝置，適用于廣域用途的OFDM系統(tǒng)。此同步信號(hào)檢測(cè)方法與裝置，可排除外在環(huán)境間傳輸信道及噪聲等的影響，并正確的檢測(cè)同步的信息。在此檢測(cè)同步信號(hào)方法中，包括將含同步信號(hào)的接收信號(hào)經(jīng)自相關(guān)(antocorrelation)運(yùn)算后，再輸入至本發(fā)明所提的同步信號(hào)識(shí)別裝置。此識(shí)別裝置由三組滑動(dòng)窗(slidingwindows)串聯(lián)而成，中間(第二)一組滑動(dòng)窗的輸出值為計(jì)算此窗內(nèi)信號(hào)的總和；而兩邊(第一及第三)的滑動(dòng)窗分別計(jì)算窗內(nèi)信號(hào)的總和，之后再計(jì)算其差值。再利用中間窗的輸出值減去此差值，即為此識(shí)別裝置的輸出信號(hào)。識(shí)別此輸出信號(hào)的峰值位置，并對(duì)此峰值位置補(bǔ)償因第一滑動(dòng)窗長(zhǎng)度造成的延遲，此位置即為同步信號(hào)的邊沿。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101459642SQ20071019984
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者李建民, 陳仁智 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院