专利名称：Dmb-t系统的时频同步和帧编号检测的利记博彩app
DMB-T系统的时频同步和帧编号检测相关申请的交叉引用
本发明要求2007年9月28日提交的美国临时专利申请No. 60/995，782的权益。
背景技术：
本发明一般地涉及通信系统，并且更具体而言，涉及无线系统，例如地面广播、蜂 窝、无线保真(Wi-Fi)、卫星等等。近年来，针对中国的数字电视(DTV)广播，公布了地面电视数字多媒体广播 (DMB-T)标准("Framing Structure、Channel Coding andModulation for Digital Television Terrestrial Broadcasting System, "NSPRC, August 2007)。 DMB-Tfeifilt 接收机支持单载波(SC)调制模式和正交频分复用(OFDM)调制模式(多载波模式)。对于单 载波模式，正交幅度调制(QAM)符号被直接发送。对于多载波模式，QAM符号通过逆DFT (离 散傅里叶变换)运算被调制。DMB-T包括层级帧结构，该层级帧结构具有提供基本建立块的 信号帧。在
图1中示出信号帧10。信号帧10包括帧头11和帧体12。帧头11具有三种不 同长度的帧头模式。从图1中可以看到，这些长度是420、595或945个符号。帧体12运送 3780个符号，其中，36个符号是系统信息，3744个符号是数据。在DMB-T系统中，已经采用 了时域同步OFDM(TDS-OFDM)技术。这样，帧头包括伪噪声(PN)序列，伪噪声(PN)序列用 作导频信号并且还被用作保护间隔来取代例如在欧洲使用的DVB-T (地面)(例如参见ETSI EN 300 744V1. 4. 1(2001-01)，Digital Video Broadcasting(DVB) ；Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television)中所使用白勺典 型OFDM传输中能找到的循环前缀。
发明内容
如上所述，DMB-T信号包括信号帧。信号帧包括帧头和帧体。存在在DMB-T标准中 定义的三种帧头模式(模式)并且每种模式的结构不同。不同模式的帧头包括伪噪声(PN) 序列，PN序列被插入来作为取代例如在诸如上述DVB-T的典型OFDM传输中可以找到的循 环前缀的保护间隔。尽管不同模式有不同结构，但是根据本发明基本原理，一种接收机接 收信号以用于提供接收符号序列，所接收到的信号具有相关联的信号帧结构；以及通过对 在样本移位值内相隔至少两个信号帧的接收符号组进行相关来与所接收到的信号中的帧 定时相同步。在本发明的说明性实施例中，接收机是DMB-T接收机并且支持单载波(SC)形式的 调制和诸如正交频分复用(OFDM)之类的多载波形式的调制。在接收到广播信号之后，接收 机将所接收到的广播信号进行下变频成所接收到的基带信号，并且通过对在样本移位值内 相隔至少两个信号帧的接收符号组进行相关来从接收信号中判定帧定时同步来作为帧头 模式1和帧头模式2的功能，其中，样本移位值在加一或减一的范围内。鉴于以上所述，并且从阅读详细描述中显而易见，其它实施例和特征也是可能的 并且落在本发明的基本原理内。
图1和图2示出DMB-T帧和DMB-T帧头；图3示出根据本发明基本原理的说明性数据分段；图4示出根据本发明基本原理的设备的说明性实施例；图5示出根据本发明基本原理的说明性流程图；图6示出根据本发明基本原理的接收机的说明性实施例；以及图7至图12示出这里所描述的各种方法的性能曲线图。
具体实施例方式除了创造性的概念以外，这些图中所示出的元件是公知的并且将不做详细描 述。并且，假定熟知电视广播、接收机和视频编码并且在这里将不进行详细描述。例如， 除了创造性的概念以外，假定熟知针对诸如NTSC(国家电视标准委员会)、PAL(逐行倒 相)、SECAM(按顺序传送彩色与存储)、ATSC(高级电视系统委员会)、中国数字电视系统 (GB) 20600-2006之类的TV标准以及诸如IEEE802. 16,802. llh之类的联网的当前和提出 的建议。例如在 ETSI EN 300 744 VI. 4. 1 (2001-01)，Digital VideoBroadcasting (DVB)； Framing structure, channel coding and modulation fordigital terrestrial television中可以找到有关DVB_T广播信号的进一步的信息。类似的，除了创造性的概念 以外，假定诸如8级残留边带(8-VSB)、正交幅度调制(QAM)、正交频分复用(0FDM)或编码 OFDM(COFDM)或离散多音(DMT)之类的传输概念，以及诸如射频(RF)前端之类的接收组件 或诸如低噪块、调谐器和调谐器、相关器、泄露(leak)积分器和平方器之类的接收部件。类 似地，除了创造性的概念以外，用于生成传送比特流的格式化和编码方法(例如，运动画面 专家组(MPEG)-2系统标准(IS0/IEC 13818-1))是公知的并且在这里不做描述。还应当注 意，例如可以使用在这里将不做描述的传统的编程技术来实现创造性的概念。最后，示图中 相似的标号表示相似的元件。如之前所述，在DMB-T中存在三种不同的帧头模式。在图2中示出这些模式。帧头 模式1(11-1)包括前同步部分(21)、PN255序列部分(22)和后同步部分(23)。前同步(21) 和后同步(23)是PN255序列(22)的循环扩展。前同步的长度是82个符号并且后同步的 长度是83个符号。对于帧头模式1，一组255个信号帧形成超帧(未示出)并且这255个 帧使用由相同的8阶线性移位器生成但是具有不同初始相位的PN序列。帧头模式2 (11-2) 包括从10阶最大长度序列中截取的PN595序列。例如，帧头模式2 (11-2)由长度为1023的 PN序列中开头的595个符号组成。对于帧头模式2，一组216个信号帧形成超帧。与帧头模 式1不同，所有帧头包含相同的PN595序列。最后，帧头模式3(11-3)与帧头模式1(11-1) 的结构相似。帧头模式3包括前同步(41)、PN511序列(42)和后同步(43)。前(41)同步 和后同步(43)是PN511序列(42)的循环扩展。前同步的长度是217个符号并且后同步的 长度是217个符号。对于帧头模式3，一组200个信号帧形成超帧，并且这200个帧使用由 相同的9阶线性移位器生成但是具有不同初始相位的PN序列。尽管不同模式有不同的结 构，但是根据本发明基本原理，接收机通过对在样本移位值内相隔至少两个信号帧的接收 符号组进行相关来执行帧定时同步。
如上所述，超帧中的信号帧头使用由相同线性移位寄存器生成但是针对帧头 模式1、2和3具有不同初始相位的PN序列。这些PN序列是彼此的循环移位。在前述 NSPRC, "Framing Structure、Channel Coding andModulation for Digital Television Terrestrial Broadcasting System, "NSPRC, August 2007 中歹lj出了中页的f言#中页的 PN序列的初始相位。在计算机验证之后，我们发现这些PN序列具有以下结构。令第一信号 帧中的PN序列为参考PN帧并且令Pi(I)为针对帧头模式i的、相对于参考PN序列循环右 移1个位置的PN序列。则对于帧头模式1，以下关系成立 其中，F1(I)是帧头模式1的第1个信号帧中所使用的PN序列。以类似的方式，对 于帧头模式3，以下关系成立 其中，F3(I)是帧头模式3的第1个信号帧中所使用的PN序列。从等式⑴和⑵中给出的PN序列结构中，可以注意到除了中间的两个信号帧 (在模式ι中为信号帧111和113，并且，在模式3中为信号帧99和101)以外，每隔一个信 号帧的PN序列的循环移位要么为向右一个位置要么为向左一个位置。对于中间的两个信 号帧(还是，在模式1中为信号帧111和113，并且，在模式3中为信号帧99和101)，它们 的下一帧的PN序列要么是被循环移位一个位置要么不变。因此，对于每个一个信号帧，帧 头具有至少Li-I个重复的PN符号，Li是帧头模式i的帧头的长度，其中，i = 1，3(例如，L1 =420个符号并且L3 = 495个符号)。鉴于此，并且根据本发明的基本原理，关于定时实例 m和s样本移位的PN帧头相关(FHC)函数被定义为 其中，r[m]是采样后的接收信号，Gi是帧头模式i的PN序列的长度，其中，i = 1， 3(例如，G1 = 255个符号并且G3 = 511个符号)；参数Mi = N+L,是帧头模式i的信号帧的 长度，其中，i = 1，3(例如，M1 = 4206个符号并且M3 = 4725个符号)。这样，最佳的帧定 时mQ由下式给出 应当注意，假定样本定时等于符号定时。然而，创造性概念不限于此，并且样本定 时可以与符号定时不同。在图3中概念性地示出等式(3)。接收信号，r，80被采样以用 于提供样本序列，例如，样本79表示r[m](k = 0)。样本序列81(0≤k≤(Gi－2))被乘 以相隔2Mi个样本(即，至少相隔两个信号帧)并被向前或向后移位s个样本的样本序列82(0≤k≤(Gi-2))中的对应样本，其中，-1 ≤ s ≤ 1。实际上，对在样本移位值内相隔至
少两个信号帧的样本序列进行滑动窗相关。在叫已被确定之后(等式(4))，m(l的值表示符 号中帧开始的位置。现在，参考图4，示出根据本发明基本原理的装置50的说明性实施例。装置50代 表任何基于处理器的平台，例如，PC、服务器、机顶盒、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、移动 数字电视(DTV)、DTV等。关于此，装置50包括一个或多个与存储器(未示出)相关联的 处理器并且还包括接收机55。后者经由天线(未示出)接收广播信号1。为了该示例的目 的，假定广播信号1代表数字电视(DTV)服务，即，DTV传送流，其包括视频、音频和/或至 少一个TV信道的系统信息并且广播信号1要么利用单载波(SC)调制要么利用诸如正交频 分复用(OFDM)之类的多载波调制来运送该信息。说明性地，假定DTV服务是经由DMB-T来 运送的。然而，创造性的概念不限于此。因为在该示例中，广播信号1至少使用三种帧头模 式，所以，接收机55根据本发明的基本原理来处理接收到的广播信号1以用于执行帧定时 同步。在实现帧定时同步之后，接收机55还处理接收到的广播信号1来从其恢复出输出信 号56以用于应用于输出装置60，输出装置60可以是也可以不是虚线形式表示的装置50的 一部分。在该示例的上下文中，输出装置60是允许用户观看所选择的TV节目的显示器。现在参考图5，示出装置50中使用的根据本发明基本原理的说明性流程图。在步 骤205中，接收机55对形成采样后的接收信号的样本(例如，往回参考图3)执行帧头相关 (等式(3))。在步骤215中，接收机55从该数据中确定峰值％(等式(4))。值叫表示帧 开始的位置。接收机55还在步骤215中用信号通知信号帧定时同步已实现。现在参考图6，示出接收机55的说明性部分。仅接收机55中与创造性概念有关的 部分被示出。接收机55包括下变频器110、解调器115和帧定时同步器120。此外，接收机 55是基于处理器的系统并且包括一个或多个处理器和相关联的存储器(如用图6中的虚线 框形式表示的处理器190和存储器195所表示的)。在该上下文中，计算机程序或软件被存 储在存储器195中，以用于由处理器190执行，例如图5的上述流程图。处理器190代表一 个或多个存储了程序的控制处理器，并且这些处理器不必专用于接收功能，例如处理器190 还可以控制接收机55的其它功能。例如，如果接收机55是较大的装置的一部分，则处理 器190可以控制该装置的其它功能。存储器195代表任何存储装置，例如，随机存取存储器 (RAM)、只读存储器(ROM)等等；可以在接收机55的内部和/或外部；并且在必要时是易失 性的和/或非易失性的。图6的天线105接收广播信号并将其提供给接收机55。在该示例中，天线105向 下变频器110提供所接收到的广播信号106。下变频器110代表接收机55的前端处理，并 且例如包括用于对所接收到的广播信号106进行调谐和下变频来提供基带或中频接收信 号111以用于接收机55的进一步处理的调谐器(未示出)等。接收信号111被应用于解 调器115。在DMB-T的上下文中，解调器115支持N种模式的解调，其中，N > 1。在该示例 的上下文中，N = 2，其中，一种解调模式是OFDM模式并且另一种解调模式是SC模式。为了 该示例的目的，假定接收信号111代表使用帧头模式1或帧头模式3的OFDM信号。解调器 115对接收信号111进行解调来提供解调信号116，解调信号116之后被接收机如现有技术 中所公知的那样进行进一步的处理(如椭圆130所示)来提供输出信号16。根据本发明的 基本原理，帧定时同步120(如以上参考图5的流程图所述地)处理来自解调器115经由信号路径112的数据来实现帧定时同步以由接收机55使用。这在图6中用信号121示出，信 号121用信号通知帧定时同步已实现(例如，图5中的步骤215)。应当注意，尽管图6的各 种元件被表示为单个模块，但是，本发明不限于此。例如，可以存在分离的解调器，每一个解 调器支持一种或多种解调。应当注意，模式1和3中的PN帧头还被设计来指示DMB-T中的信号帧编号。关于 此，根据本发明基本原理来识别帧头模式1和3中所使用的PN序列可以被用来检测帧编 号。实际上，使用等式(1)和(2)使得能够使用低复杂度的帧编号检测器。此外，该低复杂 度的帧编号检测器不受频率偏移的影响。令SJ1)为从FJ1)到FJ1+1)的循环右移数，分别地，对于帧头模式1和帧头模 式3，i = 1，3，分别根据(1)和(2)。具体而言，对于帧头模式1， 并且对于帧头模式3 应当注意，为负的Si(l)的值指示向左的循环移位。因此，存在从到FJ1+1) 的唯一的循环移位。还应当注意，对于帧头1和1+1，存在Li-ISJDI个重复的符号。从等 式(5)和等式(6)，可以构建两个查找表LUT。在每个LUT中，每个循环移位s与帧编号1 的值相关联。对于帧头模式1，在两个连续的帧头中至少存在叾工=308个重复的符号，并且 对于帧头模式3，在两个连续的帧头中至少存在Z3 = 845个重复的符号。现在，令Rpn。K[s] 和RDn。L[s]为关于被右移和被左移s个样本的PN相关函数 对于i = 1，3，之后，令 最后，由下式给出从到的PN序列的估计循环移位 等式(9)中 的值之后被用来从适当的LUT中获取相关联的帧编号1。如图2中所示，对于帧头模式1和3，帧头包括PN序列及其循环扩展。因此，在帧 头模式1中，帧头的前165个符号是帧头的最后165个符号的重复。类似地，在帧头模式3 中，帧头的前434个符号是帧头的最后434个符号的重复。这样，这样循环扩展之间的相关 也可以被用来执行帧定时同步。具体地，关于定时实例m的循环扩展相关(CEC)函数被定 义如下
(10)对于帧头模式1，参数C1 = 165是循环扩展后的符号的数目，并且G1 = 255是PN 序列的长度。类似地，对于帧头模式3，参数C3 = 434是循环扩展后的符号的数目，并且G3 =511是PN序列的长度。之后，最优的帧定时(信号帧起始处的样本索引)由下式给出 应当注意，频率偏移的存在引起与定时索引成比例的相位旋转。因此，通常用下式 估计频率偏移Δ f
(12)其中，fs= 7. 56MHz 是 DMB-T 系统的符号率(例如参见 F. Tufvesson, 0. Edfors and Μ. Faulkner, "Time and Frequency Synchronization for OFDMUsing PN-Sequence Preambles, ” Proc. IEEE VTC, pp. 2203-2207，Septemberl999)。函数 Arg ( ·)是复数辐角 (argument)的模角度。应当注意，由于相位模糊，等式(12)中给出的频率偏移估计器 具有限制。对于帧头模式1，当|Δ ·| < 29647MHz时，该估计器能够可靠地估计，并且对于 帧头模式3，当I Af| < 14794MHz时，该估计器能够可靠地估计。通过计算机仿真图解出了所提出的帧定时同步器、频率偏移估计器和帧编号检 测器的性能。仿真环境是加性高斯白噪声(AWGN)信道和具有等于1.24ys(9.37个样 本)的均方根(RMS)延迟扩展的多径瑞利衰减信道。对于多径瑞利衰减信道，每个信号 路径的包络为瑞利分布并且每个路径的信道增益用Jakes衰减模型(例如，参见P. Dent, Ε.G. . Bottomley,and Τ. Croft, "Jakes Fading Model Revisited, "Electronics Letter, Vol. 29，No. 13，pp. 1162-1163，June 1993)生成。图7和图8示出在AWGN环境下帧头模 式1(图7)和帧头模式3(图8)的估计定时的标准差。可以观察到，当SNR约为5dB时，标 准差小于一个样本。在仿真中，频率偏移被设置为14kHz。如在图9(针对帧头模式1)和 图10 (针对帧头模式3)中可见，当SNR为OdB时，均方根(RMS)残留频率偏移对于帧头模 式1接近300Hz并且对于帧头模式3接近100Hz。最后，关于帧头编号检测，在图11 (针对 帧头模式1)和图12 (针对帧头模式3)中可以观察到，所提出的算法产生优良的性能，并且 当SNR大于-3dB时，不可能发生帧编号检测误差。应当注意，帧编号检测器中所使用的帧 定时是从等式(3)和等式(4)的PNS定时同步器中获得的。如上所述，并且根据本发明基本原理，帧定时同步器和帧编号检测器利用帧头模 式1和3中的PN样式。以上还描述了基于帧头中的循环扩展的特性的联合帧定时和频率偏移估计器。仿真结果示出所有提出的算法的性能都是优良的。此外，所提出的算法的复 杂度很低，因此，它们可以容易地应用于实际系统。尽管在OFDM信号的上下文中进行了描 述，但是创造性概念也适用单载波信号。此外，应当认识到，传统的相关技术可以用于帧头 模式2。 鉴于以上所述，以上仅仅示出了本发明的基本原理并且因此将明白，本领域技术 人员将能够构想出尽管在这里未被明确描述但是实现本发明基本原理并在其精神与领域 内的各种可替换布置。例如，尽管在分离的功能元件的上下文中进行了说明，但是这些功能 元件可以被包含在一个或多个集成电路(IC)中。此外，本发明的基本原来适用于其它类型 的通信系统，例如，卫星、无线保真(Wi-Fi)、蜂窝等等。实际上，创造性概念也适用于固定的 或移动的接收机。因此，应当理解，在不偏离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况 下，可以对所说明的实施例进行各种修改，并且可以构想到其它布置。
权利要求
一种在接收机中使用的方法，所述方法包括接收用于提供接收符号序列的信号，所接收到的信号具有相关联的信号帧结构；以及通过对在样本移位值内相隔至少两个信号帧的接收符号组进行相关，来与所接收到的信号中的帧定时同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号帧结构包括多个帧头模式，每个帧头模 式具有伪噪声序列。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述信号是地面电视数字多媒体广播信号，并且 所述同步步骤是针对帧头模式1和帧头模式3执行的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述同步步骤包括确定在样本移位值内相隔至少两个信号帧的接收符号组上的相关值；以及从所述相关值中，确定相关峰值，所述相关峰值代表符号中信号帧开始的位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述样本移位值在加一或减一的范围以内。
6.一种设备，包括下变频器，用于接收提供接收符号序列的信号，所接收到的信号具有相关联的信号帧 结构；以及处理器，所述处理器用于通过对在样本移位值内相隔至少两个信号帧的接收符号组进 行相关，来与所接收到的信号中的帧定时相同步。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述信号帧结构包括多个帧头模式，每个帧头模 式具有伪噪声序列。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述信号是地面电视数字多媒体广播信号，并且 所述处理器针对帧头模式1和帧头模式3来与帧定时相同步。
9.根据权利要求6所述的设备，其中，所述处理器(a)确定在样本移位值内相隔至少两 个信号帧的接收符号组上的相关值；以及(b)从所述相关值中，确定相关峰值，所述相关峰 值代表符号中信号帧开始的位置。
10.根据权利要求6所述的设备，其中，所述样本移位值在加一或减一的范围以内。
全文摘要
DMB-T接收机支持单载波(SC)形式的调制和诸如正交频分复用(OFDM)之类的多载波形式的调制。在接收到广播信号之后，DMB-T接收机将所接收到的广播信号进行下变频成所接收到的基带信号，并且通过对在样本移位值内相隔至少两个信号帧的接收符号组进行相关来从接收信号中判定帧定时同步来作为帧头模式1和帧头模式2的功能，其中，样本移位值在加一或减一的范围内。
文档编号H04L7/08GK101874381SQ200880109233
公开日2010年10月27日 申请日期2008年7月23日 优先权日2007年9月28日
发明者陈厚新, 高文 申请人:汤姆逊许可证公司