close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2335853

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 335 853
(13)
C2
(51) МПК
H04L 27/26
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2006130748/09, 28.01.2005
(72) Автор(ы):
ГУПТА Алок Кумар (US)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
28.01.2005
(73) Патентообладатель(и):
КВЭЛКОММ ИНКОРПОРЕЙТЕД (US)
R U
(30) Конвенционный приоритет:
28.01.2004 US 60/540,086
(43) Дата публикации за вки: 20.03.2008
(45) Опубликовано: 10.10.2008 Бюл. № 28
2 3 3 5 8 5 3
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: US 2003/117943, А1, 26.06.2003. RU
2111619, С1, 20.05.1998. US 6151295, А,
21.11.2000. ЕР 0689913, А2, 27.12.1995. US
6061327, А, 0905.2000. US 5668764, А,
04.08.1997.
2 3 3 5 8 5 3
R U
(86) За вка PCT:
US 2005/002544 (28.01.2005)
C 2
C 2
(85) Дата перевода за вки PCT на национальную фазу:
28.08.2006
(87) Публикаци PCT:
WO 2005/074224 (11.08.2005)
Адрес дл переписки:
129090, Москва, ул.Б.Спасска , 25, строение
3, ООО "Юридическа фирма Городисский и
Партнеры", пат.пов. А.В.Мицу, рег.№ 364
(54) ОЦЕНКА ТАЙМИНГА В ПРИЕМНИКЕ OFDM
(57) Реферат:
Изобретение относитс к передаче данных и, в
частности, касаетс обнаружени сигнала и
синхронизации.
Технический
результат
повышение
точности
синхронизации.
В
предложенном способе первый пилот-сигнал
используетс в сочетании с трем этапами
обнаружени . На первом этапе предпринимаетс попытка заметить передний фронт коррел ционной
кривой, св занный с первым пилот-символом. На
втором этапе при нахождении заднего фронта
коррел ционной кривой подтверждаетс , что на
первом этапе был обнаружен передний фронт.
Кроме того, во врем второго этапа обновл етс контур подстройки частоты дл учета сдвига
частоты. Третий этап предназначен дл того, чтобы
заметить задний фронт коррел ционной кривой,
если он не был замечен на втором этапе. После
обнаружени приема первого пилот-сигнала
впоследствии может быть использован второй
пилот-сигнал дл получени точного тайминга дл символа. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 33 ил.
Страница: 1
RU
C 2
C 2
2 3 3 5 8 5 3
2 3 3 5 8 5 3
R U
R U
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 335 853
(13)
C2
(51) Int. Cl.
H04L 27/26
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2006130748/09, 28.01.2005
(72) Inventor(s):
GUPTA Alok Kumar (US)
(24) Effective date for property rights: 28.01.2005
(73) Proprietor(s):
KVEhLKOMM INKORPOREJTED (US)
(30) Priority:
28.01.2004 US 60/540,086
R U
(43) Application published: 20.03.2008
(45) Date of publication: 10.10.2008 Bull. 28
2 3 3 5 8 5 3
(85) Commencement of national phase: 28.08.2006
(86) PCT application:
US 2005/002544 (28.01.2005)
(87) PCT publication:
WO 2005/074224 (11.08.2005)
2 3 3 5 8 5 3
R U
(54) TIMING ASSESSMENT IN OFDM RECEIVER
(57) Abstract:
FIELD: information technology.
SUBSTANCE: pilot signal is used in combination
with three detection stages. In the first stage,
an attempt is made to detect the leading edge of
the correlation curve, related to the first pilot
symbol. In the second stage, after the trailing
edge of the correlation curve is found, an
acknowledgement is made, that it was leading edge
found in the first stage. Besides, during the
second stage the frequency adjustment contour is
updated in order to compensate for frequency
shift. The third stage is used to detect the
trailing edge of the correlation curve in case it
was not detected during the second stage. After
the receiving of first pilot signal is detected,
a second pilot signal can be used to obtain an
accurate timing for the symbol.
Страница: 3
EN
EFFECT: increase of synchronisation accuracy.
5 cl, 33 dwg
C 2
C 2
Mail address:
129090, Moskva, ul.B.Spasskaja, 25, stroenie
3, OOO "Juridicheskaja firma Gorodisskij i
Partnery", pat.pov. A.V.Mitsu, reg.№ 364
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Область техники, к которой относитс изобретение
Последующее описание относитс , в общем случае, к передаче данных и, в частности,
касаетс обнаружени сигнала и синхронизации.
Уровень техники
Существует растуща потребность в системах св зи большой емкости и надежных
системах св зи. На данный момент трафик данных исходит, прежде всего, из мобильных
телефонов, а также настольных или портативных компьютеров. По прошествии времени и с
развитием технологий, возможно предвидеть повышенный спрос на другие устройства
св зи, некоторые из которых пока не нашли широкого распространени . Например,
устройства, которые в насто щее врем не рассматриваютс как устройства св зи, такие
как бытовые приборы, а также другие потребительские устройства, в будущем будут
формировать огромные объемы данных дл передачи. Кроме того, существующие в
текущий момент устройства, такие как мобильные телефоны и персональные цифровые
секретари (PDA), среди прочих, не только будут более распространены, но также
потребуют беспрецедентной пропускной способности дл поддержки больших и сложных
интерактивных и мультимедийных приложений.
В то врем как трафик данных может передаватьс по проводам, в насто щее врем будет продолжать стремительно расти потребность в беспроводной передаче.
Повышающа с мобильность людей нашего общества требует, чтобы технологические
решени , св занные с ними, также были портативными. Соответственно, сегодн многие
люди используют мобильные телефоны и персональные PDA дл передачи речи и данных
(например, мобильный Интернет, электронна почта, мгновенна передача сообщений и
т.д.). Дополнительно, возрастает количество людей, создающих беспроводные домашние и
офисные сети, и дополнительно ожидаетс , что рост числа беспроводных "гор чих точек"
обеспечит возможность св зи через Интернет в школах, здани х кафе, аэропортах и
других общественных местах. Кроме того, продолжаетс крупномасштабное движение в
сторону интеграции компьютера и технологии св зи в транспортных средствах, таких как
автомобили, корабли, самолеты, поезда и т.д. В сущности, так как компьютерные
технологии и технологии св зи продолжают становитьс более и более повсеместными,
будет продолжать расти потребность в сфере беспроводных услуг, в частности, поскольку
она часто вл етс наиболее практичным и удобным средством св зи.
В общем случае, процесс беспроводной св зи подразумевает наличие и передатчика, и
приемника. Передатчик модулирует данные на несущий сигнал и впоследствии передает
этот несущий сигнал через среду передачи (например, в радиочастотном диапазоне).
Тогда как приемник отвечает за прием несущего сигнала через среду передачи. Более
конкретно задачей приемника вл етс синхронизаци прин того сигнала, определение
начала сигнала, информации, содержащейс в сигнале, и действительно ли сигнал
содержит сообщение. Однако синхронизацию усложн ют шум, помехи и другие факторы.
Несмотр на такие преп тстви , приемник, тем не менее, должен обнаруживать или
идентифицировать сигнал и интерпретировать содержимое дл обеспечени возможности
св зи.
В насто щее врем примен ютс многие стандартные технологии модул ции с
расширением частоты. При использовании этих технологий мощность узкополосного
сигнала информации разноситс или расшир етс на большую полосу частот передачи.
Это расширение выгодно, по меньшей мере, потому что такие передачи, в основном, не
восприимчивы к системному шуму из-за малой спектральной плотности мощности. Однако
в таких стандартных системах одна известна проблема состоит в том, что разброс
задержки вследствие многолучевого распространени порождает помехи среди множества
пользователей.
Одним из стандартов, быстро получивших коммерческое прин тие, вл етс мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM). OFDM
вл етс схемой св зи с параллельной передачей, где высокоскоростной поток данных
разбит на большое количество низкоскоростных потоков и передаетс одновременно
Страница: 4
DE
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
многочисленными поднесущими, разнесенными по определенным частотам или тональным
сигналам. Точный разнос частот обеспечивает ортогональность между тональными
сигналами. Ортогональные частоты минимизируют или устран ют перекрестные помехи
или помехи между сигналами св зи. В дополнение к высоким скорост м передачи и
устойчивости к помехам может быть получена высока спектральна эффективность,
поскольку частоты могут накладыватьс без взаимных помех.
Однако одна проблема с системами OFDM состоит в том, что они вл ютс особенно
чувствительными к ошибкам синхронизации приемника. Это может вызвать ухудшение
эффективности системы. В частности, система может потер ть ортогональность между
поднесущими и, соответственно, между пользовател ми сети. Дл сохранени ортогональности передатчик и приемник должны быть синхронизированы. В итоге, дл успешной св зи по схеме OFDM синхронизаци приемника вл етс первостепенной
задачей.
Соответственно, существует потребность в новой системе и способе быстрой и
надежной синхронизации начального кадра.
Сущность изобретени Далее следует упрощенное изложение сущности изобретени , чтобы обеспечить
базовое представление о некоторых аспектах и раскрытых здесь вариантах осуществлени изобретени . Этот раздел не носит всеохватывающий характер и не претендует на
определение ключевых/критических элементов изобретени . Единственным его
назначением вл етс представление некоторых концепций или принципов в упрощенной
форме в качестве прелюдии к более подробному описанию, представленному ниже.
Согласно одному аспекту способ оценки тайминга (timing-отсчет или определение
времени синхронизации) содержит этапы, на которых принимают поток входных сигналов,
по меньшей мере некоторые из которых св заны с пилот-символом (символом пилотсигнала); формируют выходные сигналы коррел ции, формирующие коррел ционную
кривую, из указанных сигналов и их задержанных копий; обнаруживают потенциальный
передний фронт коррел ционной кривой из выходных сигналов коррел ции; и
обнаруживают задний фронт этой кривой из выходных сигналов коррел ции.
Согласно другому аспекту реализованный на компьютере способ оценки тайминга
содержит этапы, на которых принимают широковещательные сигналы, которые передают
по меньшей мере множество символов беспроводной передачи; обнаруживают
потенциальный передний фронт выходного сигнала коррел тора, св занного с первым
пилот-символом; и обнаруживают задний фронт выходного сигнала коррел тора.
Согласно еще одному аспекту реализованный на компьютере способ оценки тайминга
содержит этапы, на которых принимают поток широковещательных входных сигналов, по
меньшей мере некоторые из которых св заны с пилот-символом; формируют выходные
сигналы коррел ции, которые формируют коррел ционную кривую во времени, из
упом нутых сигналов и их задержанных копий; обнаруживают передний фронт
коррел ционной кривой; и обнаруживают задний фронт коррел ционной кривой.
Согласно следующему аспекту система оценки тайминга содержит компоненту
коррел тора с задержкой, котора принимает поток входных выборок (выборок входных
сигналов), коррелирует входные выборки с их задержанными верси ми и формирует
множество выходных сигналов, формирующих коррел ционную кривую; компоненту
переднего фронта, котора принимает выходные сигналы, сравнивает выходные сигналы с
порогом и формирует сигнал, если она обнаружила потенциальный передний фронт
коррел ционной кривой; и компоненту заднего фронта, котора после приема сигнала от
компоненты подтверждени сравнивает дополнительные выходные сигналы с порогом дл определени местоположени заднего фронта коррел ционной кривой.
Согласно другому аспекту система оценки тайминга содержит средство дл приема
потока сигналов, по меньшей мере часть из которых св зана с пилот-символом; средство
дл формировани выходных сигналов коррел ции из упом нутых сигналов и их
задержанных копий; и средство дл обнаружени переднего фронта и заднего фронта из
Страница: 5
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
выходных сигналов коррел ции.
Согласно еще одному аспекту микропроцессор, исполн ющий команды дл выполнени способа оценки тайминга, в котором формируют метрики коррел ции из выборок сигнала и
их задержанных копий и обнаруживают передний фронт и задний фронт путем сравнени этих метрик с порогом.
Согласно следующему аспекту система оценки тайминга содержит первую компоненту,
котора принимает множество пакетов данных, содержащих по меньшей мере пилотсимвол; вторую компоненту, котора формирует метрики коррел ции из пакетов данных;
третью компоненту, котора анализирует метрики в течение некоторого времени дл определени , был ли прин т пилот-символ, причем пилот-символ принимают после
обнаружени значений метрик, стабильно меньших порога первое количество раз, за
которыми следуют значени метрик, больших или равных порогу второе количество раз, за
которыми следуют значени метрик, стабильно меньших порога третье количество раз.
Дл достижени вышеизложенных и родственных задач здесь изложены некоторые
иллюстративные аспекты и варианты изобретени вместе с последующим описанием и
прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
Вышеуказанные и другие аспекты насто щего изобретени станут более очевидными из
последующего подробного описани и сопроводительных чертежей, кратко описанных
ниже.
Фиг.1 - блок-схема системы грубого обнаружени кадра;
Фиг.2а - график коррел ционной кривой в идеальной среде однолучевого
распространени ;
Фиг.2b - график кривой коррел ции в реальной среде многолучевого распространени ;
Фиг.3 - блок-схема варианта компоненты подтверждени ;
Фиг.4 - блок-схема варианта компоненты переднего фронта;
Фиг.5 - блок-схема варианта компоненты коррел тора с задержкой;
Фиг.6 - блок-схема варианта системы точного обнаружени кадра;
Фиг.7 - блок-схема методики грубого обнаружени начального кадра;
Фиг.8 - блок-схема методики обнаружени переднего фронта;
Фиг.9 - блок-схема методики подтверждени переднего фронта и обнаружени плоского
участка;
Фиг.10а - блок-схема методики подтверждени переднего фронта и обнаружени плоского участка;
Фиг.10b - блок-схема методики подтверждени переднего фронта и обнаружени плоского участка;
Фиг.11 - блок-схема методики обнаружени заднего фронта;
Фиг.12 - блок-схема методики синхронизации кадра;
Фиг.13 - блок-схема операционной среды, подход щей дл различных аспектов и
вариантов осуществлени изобретени ;
Фиг.14 - диаграмма варианта осуществлени структуры суперкадра дл использовани в
системе OFDM;
Фиг.15а - диаграмма варианта пилот-сигнала 1 TDM;
Фиг.15b - диаграмма варианта пилот-сигнала 2 TDM;
Фиг.16 - блок-схема варианта осуществлени процессора TX данных и пилот-сигнала на
базовой станции;
Фиг.17 - блок-схема варианта модул тора OFDM на базовой станции;
Фиг.18а - диаграмм представлени пилот-сигнала 1 TDM во временной области;
Фиг.18b - диаграмма представлени пилот-сигнала 2 TDM во временной области;
Фиг.19 - блок-схема варианта блока синхронизации и оценки канала в беспроводном
устройстве;
Фиг.20 - блок-схема варианта детектора символа тайминга, по которому выполн ют
временную синхронизацию на основе символа OFDM пилот-сигнала 2;
Страница: 6
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Фиг.21а - временна диаграмма обработки дл символа OFDM пилот-сигнала 2 TDM;
Фиг.21b - временна диаграмма импульсной характеристики канала с L2-ответвлени ми
из блока IDFT;
Фиг.21с - график энергии ответвлений канала при различных начальных позици х окна;
Фиг.22 - диаграмма, иллюстрирующа схему передачи пилот-сигнала при использовании
комбинации пилот-сигналов TDM и FDM;
Фиг.23 - блок-схема подробной процедуры обнаружени сигнала согласно одному
варианту изобретени ;
Фиг.24 - пилот-сигнал 1 TDM в частотной области согласно одному варианту
изобретени ;
Фиг.25 - пилот-сигнал 1 периодической формы с TDM во временной области, с
периодичностью 128 выборок и с 36 периодами согласно одному варианту изобретени ;
Фиг.26 - пилот-сигнал 2 с TDM в частотной области согласно одному варианту
изобретени ;
Фиг.27 - пилот-сигнал 2 периодической формы с TDM во временной области, с
периодичностью 1024 выборки и четырьм периодами согласно одному варианту
изобретени .
Подробное описание изобретени Далее со ссылками на прилагаемые чертежи описываютс различные аспекты и
варианты изобретени , в которых одинаковые ссылочные позиции относ тс к одинаковым
или соответствующим элементам на всех чертежах. Следует однако понимать, что эти
чертежи и их подробное описание не подразумевают, что варианты осуществлени изобретени ограничиваютс раскрытыми здесь конкретными формами. Наоборот,
изобретение покрывает все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты.
Подразумеваетс , что используемые в этой за вке термины "компонента" и "система"
относ тс к объекту, имеющему отношение к компьютеру, любым аппаратным средствам,
комбинации аппаратных и программных средств, программным средствам или
программным средствам, наход щимс в процессе исполнени . Например, компонентой
может быть, но не только: процесс, выполн ющийс в процессоре; процессор; объект;
исполн емый файл; поток управлени ; программа и/или компьютер (например,
настольный, портативный, мини, карманный...). Например, компонентой может быть как
приложение, выполн ющеес на компьютерном устройстве, так и само это устройство.
Одна или несколько компонент могут находитьс в процессе и/или потоке управлени ,
причем компонента может быть локализована на одном компьютере и/или распределена
между двум или более компьютерами.
Кроме того, аспекты изобретени могут быть реализованы в виде способа, устройства
или издели с использованием стандартных способов программировани и/или
проектировани дл создани программных средств, программно-аппаратных средств,
аппаратных средств или любой их комбинации с целью управлени компьютером дл реализации раскрытых аспектов. Подразумеваетс , что используемый здесь термин
"изделие" (или в альтернативном варианте, "компьютерный программный продукт")
распростран етс на компьютерную программу, доступную с любого считываемого
компьютером устройства, носител или среды. Например, считываема компьютером
среда может включать в себ , но не только: магнитные запоминающие устройства
(например, жесткий диск, гибкий диск, магнитные полосы...), оптические диски
(например, компакт-диск (CD), цифровой универсальный диск (DVD), смарт-карты и
устройства флэш-пам ти (например, карта, стик). Вдобавок, следует понимать, что дл переноса считываемых компьютером электронных данных, типа тех, что используютс при
передаче и приеме электронной почты или при доступе в сеть, такую как Интернет или
локальна сеть (LAN), можно использовать несущую волну.
Согласно данному описанию различные аспекты изложены здесь применительно к
абонентской станции. Абонентска станци также может встречатьс под названием:
система, абонентский блок, мобильна станци , мобильный объект, удаленна станци ,
Страница: 7
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
точка доступа, базова станци , удаленный терминал, терминал доступа,
пользовательский терминал, пользовательский агент или пользовательское оборудование.
Абонентска станци может представл ть собой сотовый телефон, беспроводный телефон,
телефон инициировани сеанса (SIP), станцию беспроводной местной линии (WLL),
персональный цифровой секретарь (PDA), карманное устройство с возможност ми
беспроводного соединени или другое обрабатывающее устройство, подсоединенное к
беспроводному модему.
Обратимс сначала к фиг.1, где изображена система обнаружени кадра. В частности,
система 100 вл етс подсистемой на стороне приемника, св занной с синхронизацией
беспроводных передач символов (например, символов OFDM). Синхронизаци в общем
случае относитс к процессу, выполн емому приемником дл получени тайминга кадра и
символа. Как более подробно описываетс в последующих разделах, обнаружение кадра
основано на идентификации пилот-сигнала или обучающих символов, переданных в начале
кадра или суперкадра. В одном варианте пилот-символы вл ютс мультиплексированными пилот-сигналами с временным мультиплексированием (пилотсигналы с TDM). В частности, первый пилот-символ можно использовать в числе прочего
дл грубой оценки кадра у границы символа, в то врем как второй пилот-символ можно
использовать дл улучшени указанной оценки. Система 100 в основном св зана с
обнаружением первого пилот-символа дл обнаружени кадра, хот ее можно
использовать и при обнаружении других обучающих символов. Система 100 включает в
себ компоненту 110 коррел тора с задержкой, компоненту 120 обнаружени переднего
фронта, компоненту 130 подтверждени и компоненту 140 обнаружени заднего фронта.
Компонента 110 коррел тора с задержкой принимает поток цифровых входных сигналов
от приемника беспроводного устройства (не показан). Компонента 110 коррел тора с
задержкой обрабатывает входные сигналы и создает метрики обнаружени или св занные
с ними выходные сигналы (Sn) коррел ции. Метрика обнаружени или выходной сигнал
коррел ции вл етс индикатором энергии, св занной с одной пилотной
последовательностью. Механизмы вычислени , которые создают метрики обнаружени из
потоков входных сигналов, будут подробно представлены ниже.
Метрики обнаружени предоставл ютс компоненте 120 переднего фронта, компоненте
130 подтверждени и компоненте 140 заднего фронта дл дальнейшей обработки.
Обратимс ненадолго к фигурам 2а и 2b, где дл разъ снени и облегчени оценки
одной из проблем, которые надо идентифицировать и разрешить, представлены две
примерные диаграммы, иллюстрирующие выходные сигналы коррел ции дл пилотсигнала. На коррел ционных диаграммах показан выходной сигнал коррел тора,
зафиксированный в виде зависимости значени метрики обнаружени в функции времени.
На фиг.2а изображен выходной сигнал коррел тора в канале без шума. Хорошо видно, что
выходной сигнал коррел тора имеет передний фронт и плоский участок с последующим
задним фронтом. На фиг.2b показана примерна коррел ционна крива в канале,
наход щемс под воздействием эффектов многолучевого распространени (например, в
канале имеетс шум). Можно видеть, что пилот-сигнал есть, однако он искажен канальным
шумом и задержкой вследствие многолучевого распространени . Дл обнаружени пилотсимвола прин то использовать один порог. В частности, этот порог используетс дл определени начала символа, когда значение коррел ции больше установленного или
заранее определенного порога. В идеальном случае, показанном на фиг.2а, этот порог
установлен близко к значению плоского участка, и символ обнаруживаетс тогда, когда
он пересекает это значение. Затем инициируетс подсчет дл определени заднего
фронта. В альтернативном варианте, задний фронт можно просто обнаружить, когда
значени кривой станов тс ниже порога. К сожалению, указанные стандартные методы и
способы неэффективны в реальной среде с многолучевым распространением. Как можно
видеть из фиг.2b, передний фронт трудно определить исход из значений коррел ции, так
как эффекты многолучевого распространени могут вызвать разброс этих значений, а шум
может дополнительно исказить передний фронт. Это может привести к по влению
Страница: 8
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
большого количества ошибочных положительных решений. Кроме того, разброс сигнала не
способствует подсчету выборок дл обнаружени переднего фронта, а шум затрудн ет
обнаружение заднего фронта при снижении значений ниже указанного порога. Раскрытые
здесь способы обеспечивают надежную систему и способ обнаружени пилот-сигнала и
кадра, который эффективен по меньшей мере в реальной среде с многолучевым
распространением, охватывающей весь мир.
Вновь обратимс к фиг.1, где компонента 120 переднего фронта может быть
использована дл обнаружени потенциального переднего фронта коррел ционной кривой
(например, когда коррел ционна крива представл ет распределение энергии во
времени). Компонента 120 переднего фронта получает р д значений (Sn) метрики
обнаружени от компоненты 110 коррел тора с задержкой. После приема указанное
значение сравниваетс с фиксированным или программируемым порогом (T). В частности,
определ етс , выполн етс ли неравенство Sn?T. Если это неравенство выполн етс , то
тогда происходит приращение отсчитываемого значени или счетчика (например, счета
серии). В альтернативном варианте, если Sn<T, то счетчик может быть установлен в
нуль. Тем самым счетчик запоминает количество последовательных выходных значений
коррел ции, которые превышают порог. Компонента 120 переднего фронта контролирует
этот счетчик, чтобы обеспечить анализ заранее определенного или запрограммированного
количества выборок. Согласно одному варианту это может соответствовать случаю, когда
подсчитанное значение серии = 64. Однако следует понимать, что это значение можно
измен ть дл оптимизации процесса обнаружени в конкретной системе и определенной
среде. Этот способ выгоден тем, что он уменьшает веро тность неправильного
обнаружени переднего фронта в результате начального шума или разброса, поскольку
выборки должны последовательно оставатьс на уровне, превышающем порог, в течение
некоторого временного интервала. Как только данное условие (услови ) удовлетвор етс ,
компонента переднего фронта может объ вить об обнаружении потенциального переднего
фронта. Вслед за этим в компоненту 130 подтверждени может быть подан сигнал,
указывающий на обнаружение переднего фронта.
Как следует из ее названи , компонента 130 подтверждени способна подтвердить, что
передний фронт действительно был обнаружен компонентой 120 переднего фронта. Вслед
за передним фронтом ожидаетс длинный плоский интервал. Следовательно, если
обнаружен плоский участок, то это укрепл ет уверенность в том, что компонента 120
переднего фронта действительно обнаружила передний фронт пилот-символа. Если
плоский участок не обнаружен, то тогда необходимо будет найти новый передний фронт.
После приема сигнала от компоненты 120 переднего фронта компонента 130
подтверждени может приступить к приему и анализу дополнительных значений (Sn)
метрики обнаружени .
Обратимс к фиг.3, где дл облегчени понимани изображена блок-схема одного
примерного варианта реализации компоненты 130 подтверждени . Компонента 130
подтверждени может включать в себ или быть св зана с процессором 310, значением
320 порога, счетом 330 интервала, счетом 340 попаданий, счетом 350 серии и
аккумул тором 360 частоты. Процессор 310 соединен с порогом 320, счетчиком 330
интервала, счетчиком 340 попаданий, счетчиком 350 серии и аккумул тором 360 частоты.
Кроме того, процессор 310 способен принимать и/или извлекать значени Sn коррел ции, а
также взаимодействовать (например, принимать и передавать сигналы) с компонентой 120
переднего фронта (фиг.1) и компонентой 140 заднего фронта (фиг.1). Значение порога
320 может быть тем же, что было использовано компонентой 120 переднего фронта
(фиг.1). Кроме того, следует отметить, что, хот значение порога показано как часть
компоненты 130 подтверждени , например, в виде жесткого кодированного значени ,
значение 320 порога может приниматьс и/или извлекатьс вне этой компоненты дл облегчени , среди прочего, программировани указанного значени . Короче говор , счет
330 интервала может быть использован при определении момента обновлени системы
автоматической подстройки частоты дл определени сдвига частоты с использованием
Страница: 9
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
аккумул тора 360 частоты, а также обнаружени заднего фронта. Счет 340 попаданий
может быть использован дл обнаружени плоского участка символа, а счет 350 серии
используют дл идентификации заднего фронта.
Перед начальной обработкой значений коррел ции процессор 310 может
инициализировать каждый из счетчиков 330, 340 и 350, а также аккумул тор 360 частоты,
установив их, например, в нуль. Затем процессор 310 может прин ть или извлечь
выходной сигнал Sn коррел ции и порог 320. Затем может быть выполнено приращение
счета 330 интервала, чтобы отметить извлечение новой выборки. Приращение счета 330
интервала может выполн тьс с извлечением каждой новой выборки. Процессор 310 может
последовательно сравнивать значение коррел ции с порогом 320. Если Sn больше или
равно порогу, то тогда может быть выполнено приращение значени счета попаданий. Что
касаетс счета серии, то приращение его значени может быть выполнено, если Sn меньше
порога 320, в противном случае он устанавливаетс в нуль. По аналогии с передним
фронтом счет серии может таким образом показывать количество последовательных
выборок, лежащих ниже порога. Значени счетчика могут быть проанализированы, чтобы
определить, среди прочего: обнаружен ли передний фронт, было ли обнаружение
неправильным или, наоборот, передний фронт был пропущен (например, пришел с
опозданием).
В одном варианте компонента 130 подтверждени может определить, что компонента
120 переднего фронта в результате проверки счетчика серии и счетчика попаданий
обнаружила ложный передний фронт. Поскольку компонента подтверждени должна
обнаруживать плоский участок коррел ционной кривой, где значени коррел ции больше
или равны порогу, то, если значение счета попаданий достаточно мало, значение счета
серии больше установленного значени или значени счета попаданий и счета серии по
существу одинаковы, то тогда можно определить, что причиной неправильного
обнаружени переднего фронта возможно вилс шум. В частности, можно отметить, что
прин тое значение коррел ции не согласуетс с ожидаемыми. Согласно одному варианту
изобретени определение, что передний фронт ложный, возможно тогда, когда значение
счета серии больше или равно 128, а значение счета попаданий меньше 400.
Компонента 130 подтверждени может определить, что передний фронт был пропущен
или, в ином случае, обнаружен слишком поздно с точки зрени определени правильного
тайминга путем повторного сравнени значений счета серии и счета попаданий. В
частности, если значени счета попаданий и счета серии достаточно велики, то
компонента 130 может определить, что вышеописанное имело место. В одном варианте
это решение может быть прин то, когда значение счета серии больше или равно 786, а
значение счета попаданий больше или равно 400. Конечно, как и дл всех приведенных
здесь конкретных значений, указанные значени могут быть оптимизированы или
настроены дл конкретной структуры кадра и/или среды.
Необходимо понимать, что компонента 130 подтверждени может начать обнаружение
переднего фронта кривой, когда она анализирует плоский участок, чтобы решить,
правильно ли был обнаружен передний фронт. Если обнаружен задний фронт, то
компонента подтверждени может успешно завершить свою работу. Дл обнаружени заднего фронта можно использовать подсчет интервала и подсчет серии. Как было
отмечено выше, значение счетчика интервала включает в себ количество прин тых и
коррелированных входных выборок. Известно, что длина плоского участка находитс в
пределах конкретного значени счета. Следовательно, если после обнаружени потенциального переднего фронта и приема правильного количества выборок дл плоского
участка, имеетс некоторое свидетельство наличи заднего фронта, то тогда компонента
подтверждени может объ вить об обнаружении заднего фронта. Свидетельство наличи заднего фронта может быть предоставлено значением счетчика серии, который
подсчитывает количество последовательных случаев, когда значение коррел ции было
ниже порога. В одном варианте компонента 130 подтверждени может объ вить об
обнаружении заднего фронта, когда значение счетчика интервала больше или равно
Страница: 10
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
34Ч128 (4352), а значение счетчика серии больше или равно нулю.
Если компонента подтверждени не подтверждает обнаружение любого из трех
вышеописанных условий, то тогда она может просто продолжать прием значений
коррел ции и обновл ть значени счетчиков. При обнаружении одного из указанных
условий процессор может обеспечить одну или несколько проверок счетчиков дл повышени уверенности в том, что одно из условий действительно по вилось. В
частности, процессор 310 может потребовать минимального количества попаданий на
плоском участке, которое ожидаетс после обнаружени переднего фронта. Например,
процессор может проверить, превышает ли значение счетчика попаданий установленное
значение, например 2000. Согласно одному раскрытому здесь варианту структуры кадра,
ожидаемое количество попаданий на плоском участке должно составить 34Ч128, что
больше 4000. Однако шум может исказить действительные результаты, так что
ограничительное значение может быть установлено несколько меньшим, чем 4000. Если
удовлетвор ютс дополнительные услови , то компонента 130 подтверждени может
подать сигнал в компоненту заднего фронта; в альтернативном варианте компонента
подтверждени может дать сигнал компоненте переднего фронта о необходимости
локализации нового переднего фронта.
Также следует понимать, что компонента 130 подтверждени может предоставить
дополнительные функциональные возможности, такие как сохранение моментов времени и
обновление частот. Рассматриваема система 100 обнаружени кадра (фиг.1)
обеспечивает грубое обнаружение кадра и границ символа. Соответственно, в дальнейшем
дл обеспечени более точной синхронизации потребуетс выполнение точной настройки.
Следовательно, дл использовани в дальнейшем необходимо, чтобы система и/или
способ точной настройки тайминга сохранил по меньшей мере одну временную прив зку.
Согласно одному варианту изобретени в качестве оценки последнего значени времени
дл плоского участка коррел ционной кривой или момента времени непосредственно
перед обнаружением заднего фронта может сохран тьс каждый момент времени, когда
значение счетчика серии приравниваетс нулю. Кроме того, правильна синхронизаци влечет за собой захват соответствующей частоты. Следовательно, процессор 310 может
обновить систему автоматической подстройки частоты, использу аккумул тор 360 частоты
в конкретные моменты времени, например, когда входной сигнал периодически
повтор етс . Согласно одному варианту система автоматической подстройки частоты
может обновл тьс каждые 128 входных выборок, что отслеживаетс , например, счетчиком
интервала.
Обратимс к фиг.1, где компонента 140 заднего фронта может быть использована дл обнаружени заднего фронта, если он не обнаружен компонентой 130 подтверждени . В
конечном счете, компонента 140 заднего фронта предназначена дл обнаружени заднего
фронта или просто тайм-аута, из услови , чтобы компонентой 120 переднего фронта мог
быть обнаружен другой передний фронт.
Обратимс к фиг.4, где показан вариант компоненты 140 заднего фронта. Компонента
140 заднего фронта может включать в себ или быть св зана с процессором 410, порогом
420, счетом 430 интервала и счетом 440 серии. По аналогии с другими компонентами дл определени компонента 140 заднего фронта может принимать множество значений
коррел ции от компоненты 110 коррел тора с задержкой и обеспечивать приращение
соответствующих значений счетчиков дл облегчени обнаружени заднего фронта
коррел ционной кривой, св занного с первым пилот-символом (например, пилот-символ с
TDM). В частности, процессор 410 может сравнить значение коррел ции с порогом 420 и
увеличить любое или оба отсчитываемых значени : счета 430 интервала и счета 440
серии. Следует отметить, что, хот порог 420 показан как часть компоненты заднего
фронта, он может быть получен или извлечен не из указанной компоненты, а, например,
из центра размещени программ. Следует понимать, что процессор 410, конечно, может до
выполнени первого сравнени инициализировать счетчик 430 интервала и счетчик 440
серии, установив их в нуль. Счетчик 430 интервала запоминает количество прин тых
Страница: 11
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
выходных сигналов коррел ции. Таким образом, процессор 410 с каждым прин тым или
извлеченным значением коррел ции может выполнить приращение значени счетчика 430
интервала. Счетчик серии запоминает последовательное количество случаев, когда
значение коррел ции или выходной сигнал коррел ции меньше порога 420. Если значение
коррел ции меньше порога, то тогда процессор 410 может выполнить приращение
значени счетчика 440 серии, а в противном случае значение счетчика 440 может быть
установлено в нуль. Компонента 140 заднего фронта, например, с помощью процессора
410 может проверить, удовлетвор етс ли значение счетчика интервала или значение
счетчика серии, использу счетчик 430 интервала и счетчик 440 серии. Например, если
значение счетчика 440 серии достигло некоторого значени , компонента заднего фронта
может объ вить об обнаружении заднего фронта. Если это не так, то компонента 140
заднего фронта может продолжать прием значений коррел ции и обновл ть значени счетчиков. Однако, если значение счетчика 430 интервала становитс достаточно
большим, это может указывать на то, что задний фронт не будет обнаружен и необходимо
локализовать новый передний фронт. В одном варианте изобретени это значение может
быть равным 8Ч128 (1024). С другой стороны, если значение счетчика 440 серии
достигло или превысило некоторое значение, это может указывать на то, что обнаружен
задний фронт. Согласно одному варианту изобретени это значение может быть равно 32.
Вдобавок, следует понимать, что компонента 140 заднего фронта может также
сохран ть моменты времени дл их использовани в ходе тонкой настройки тайминга.
Согласно варианту изобретени компонента 140 заднего фронта может вс кий раз
запоминать тот момент времени, когда значение счетчика серии равно нулю, обеспечива тем самым момент времени непосредственно перед обнаружением заднего фронта.
Согласно одному варианту и структуре кадра, описанным ниже, сохраненные моменты
времени могут соответствовать 256-й выборке в следующем символе OFDM (пилот-сигнал
2 с TDM). Система точного обнаружени кадра может последовательно улучшать это
значение, как это обсуждаетс в последующих разделах.
На фиг.5 более подробно показана компонента 110 коррел тора с задержкой согласно
одному варианту изобретени . Компонента 110 коррел тора с задержкой использует
периодический характер пилот-символа 1 OFDM дл обнаружени кадра. В одном варианте
изобретени коррел тор 110 дл облегчени обнаружени кадра использует следующую
метрику обнаружени :
35
40
45
50
где Sn - метрика обнаружени дл периода n дискретизации;
"*" обозначает комплексное сопр жение; а
|x| 2 обозначает квадрат абсолютного значени x.
По уравнению (1) вычисл етс задержанна коррел ци между двум введенными
в двух следующих друг за другом последовательност х пилот-сигнала
выборками ri и
1, или
Эта задержанна коррел ци устран ет воздействие канала св зи без
необходимости оценки усилени канала и дополнительно когерентно объедин ет энергию,
полученную с помощью канала св зи. Затем уравнение (1) накапливает результаты
коррел ции дл всех L1 выборок последовательности пилот-сигнала 1, чтобы получить
аккумулированный результат Cn коррел ции, который представл ет собой комплексное
значение. Затем по уравнению (1) получают метрику решени или выходной сигнал Sn
коррел ции дл периода n дискретизации в виде квадрата величины Сn. Метрика Sn
решени показывает энергию одной прин той последовательности пилот-сигнала 1 длиной
L1, если есть соответствие между двум последовательност ми, использованными дл задержанной коррел ции.
В компоненте 110 коррел тора с задержкой сдвиговый регистр 512 (длиной L1)
принимает, запоминает и сдвигает введенные выборки {rn} и обеспечивает входные
Страница: 12
RU 2 335 853 C2
выборки
5
которые были задержаны на L1 периодов дискретизации. Вместо
сдвигового регистра 512 можно также использовать буфер выборок. Блок 516 также
принимает входные выборки и обеспечивает комплексно-сопр женные входные выборки
Дл каждого периода n дискретизации умножитель 514 умножает задержанную
входную выборку
10
выборку
из блока 516 и подает результат сn коррел ции в сдвиговый регистр 522
(длиной L1) и сумматор 524. Строчный символ cn обозначает результат коррел ции дл одной входной выборки, а прописной символ Cn обозначает накопленный результат
коррел ции дл L1 входных выборок. Сдвиговый регистр 522 принимает, запоминает и
задерживает результаты {cn} от умножител 514 и обеспечивает
результаты
15
20
25
30
35
40
45
50
из сдвигового регистра 512 на комплексно-сопр женную входную
которые были задержаны на L1 периодов дискретизации. Дл каждого
периода n дискретизации сумматор 524 принимает и суммирует выходные сигналы Cn-1
регистра 526 с результатом сn от умножител 514, дополнительно вычитает задержанный
результат
из сдвигового регистра 522 и подает свой выходной сигнал Cn в регистр
526. Сумматор 524 и регистр 526 образуют аккумул тор, который выполн ет операцию
суммировани в уравнении (1). Сдвиговый регистр 522 и сумматор 524 также
сконфигурированы дл вычислени текущей или скольз щей суммы L1 последних
результатов коррел ции с cn по
. Это достигаетс посредством суммировани самого
последнего результата cn коррел ции от умножител 514 и вычитани результата
коррел ции из L1 более ранних периодов дискретизации, что обеспечиваетс сдвиговым
регистром 522. Блок 532 возводит в квадрат величину аккумулированного выходного
сигнала Сn из сумматора 524 и обеспечивает метрику Sn обнаружени .
На фиг.6 изображена система 600 точного обнаружени кадра. Система 600 включает в
себ компоненту 610 точного определени тайминга и компоненту 620 декодера данных.
Компонента 610 точного определени тайминга может получать момент времени,
сохраненный системой 100 грубого обнаружени кадра (фиг.1). Как упоминалось выше,
этот момент времени может соответствовать 256-й выборке следующего символа OFDM,
который может представл ть собой пилот-сигнал 2 с TDM. Это до некоторой степени
оптимально дл каналов с эффектами многолучевого распространени . Затем компонента
610 точного определени тайминга может использовать пилот-символ 2 с TDM дл улучшени оценки (Tc) грубого определени тайминга. Имеетс множество механизмов дл облегчени точного определени тайминга, включа известные специалистам в данной
области техники. Согласно одному приведенному здесь варианту система захвата или
автоматической подстройки частоты может переключатьс из режима захвата в режим
слежени , который использует другой алгоритм дл вычислени ошибки и другую полосу
частот дл контура слежени . Компонента 620 декодера данных может предпринимать
попытки декодировани одного или нескольких символов OFDM данных. Это вл етс дополнительным шагом, обеспечивающим дополнительную уверенность в том, что
синхронизаци состо лась. Если данные не декодируютс , то должен быть найден новый
передний фронт с помощью компоненты 120 переднего фронта (фиг.1). Далее
раскрываютс дополнительные детали, касающиес точного определени тайминга.
В свете вышеописанных в качестве примера систем, методики, которые можно
реализовать, будет легче пон ть, обратившись к блок-схемам на фиг.7-12. Хот дл упрощени объ снени эти методики показаны и описаны в виде последовательности
блоков, должно быть сно, что рассматриваемые методики не свод тс к показанному
пор дку этих блоков, а некоторые блоки могут по вл тьс в другом пор дке и/или
параллельно с другими блоками в отличие от того, как это здесь показано и описано.
Кроме того, дл реализации предложенных методик могут потребоватьс не все из
показанных здесь блоков.
Вдобавок, следует также понимать, что раскрытые ниже методики и все это описание
Страница: 13
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
можно запомнить в некотором изделии дл облегчени транспортировки и пересылки
указанных методик на компьютерные устройства. Предполагаетс , что использованный
здесь термин "изделие" распростран етс на компьютерную программу, доступную с
любого считываемого компьютером устройства, носител или среды.
Обратимс к фиг.7, где показан надежный способ обнаружени начального кадра. Этот
способ по существу содержит три этапа. На шаге 710 (первый этап) предпринимаетс попытка обнаружени переднего фронта пилот-символа. Передний фронт может быть
обнаружен путем анализа множества метрик обнаружени или выходных значений
коррел ции, созданных коррел тором с задержкой. В частности, метрики (Sn) обнаружени или некоторые их функции (например, Sn 2...) можно сравнить с пороговым значением.
Затем может быть предсказано потенциальное обнаружение переднего фронта по
количеству случаев, когда метрика больше или равна порогу. На шаге 720 обнаруженный
передний фронт подтверждаетс путем просмотра дополнительных значений коррел ции и
сравнени их с порогом. Здесь выходной сигнал коррел тора вновь сравниваетс с
порогом и отслеживаетс количество случаев, когда выходной сигнал коррел тора
превышает порог. Процесс на этом этапе может задержатьс на врем , большее или
равное заранее определенному периоду времени (соответствующему плоскому участку),
или до обнаружени стабильного заднего фронта. Следует также заметить, что может
по витьс сдвиг частоты при периодическом обновлении аккумул тора частоты. Если ни
одно из условий подтверждени не выполн етс , то обнаружение переднего фронта
считаетс ошибкой, и процедура может быть инициализирована и вновь запущена с шага
710. На шаге 730 предпринимаетс попытка заметить задний фронт, если он не был
замечен ранее. Если выходной сигнал коррел тора остаетс ниже порога в течение
нескольких последовательных выборок, например 32, то может быть объ влено об
обнаружении пилот-сигнала с TDM, и при этом считаетс , что обнаружение начальной
частоты завершено. Если это условие не выполн етс , то процесс может быть
инициализирован и запущен снова с шага 710. Оценка начального момента символа OFDM
основана на заднем фронте. Момент времени, когда выходной сигнал коррел тора
впервые оказываетс ниже порога во врем поиска заднего фронта, может быть вз т в
качестве индекса (например, 256- выборка) в следующем символе OFDM, например, здесь
это пилот-сигнал 2 с TDM.
На фиг.8 представлена блок-схема, показывающа методику 800 обнаружени переднего фронта. На шаге 810 принимаютс переданные входные выборки. На шаге 820
выполн етс задержанна коррел ци прин того входного сигнала и его задержанной
версии. Затем выходной сигнал коррел ции подаетс в блок 830 прин ти решени . На
шаге 830 выходной сигнал коррел ции сравниваетс с фиксированным или
программируемым значением порога. Если значение коррел ции больше или равно порогу,
то на шаге 840 выполн етс приращение счета или счетчика серии. Если значение
коррел ции меньше значени порога, то тогда на шаге 850 значение счетчика серии
устанавливают в нуль. Затем значение счета серии на шаге 860 сравниваетс с заранее
определенным значением, которое оптимизировано дл обнаружени переднего фронта в
среде с многолучевым распространением. В одном варианте это значение может быть
равным 64 входным выборкам. Если значение счета серии равно заранее определенному
значению, то процесс заканчиваетс . Если значение счета не равно указанному значению,
то тогда на шаге 810 принимаютс дополнительные входные значени , и процесс
повтор етс .
На фиг.9 представлена блок-схема методики 900 подтверждени переднего фронта.
Методика 900 представл ет второй этап в методике грубого или начального определени кадра, на котором подтверждаетс (или отвергаетс ) обнаружение переднего фронта путем
обнаружени дополнительных ожидаемых результатов, а именно: плоского участка и/или
заднего фронта. На шаге 910 принимаетс одна из множества входных выборок.
Задержанна коррел ци выполн етс на этой входной выборке и ее задержанной версии
на шаге 920, чтобы получить выходной сигнал коррел ции. Затем множество выходных
Страница: 14
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
сигналов коррел тора анализируетс относительно программируемого порога, чтобы
сделать последующие определени . На шаге 930 определ етс , был ли обнаружен ложный
передний фронт, что могло произойти, среди прочих причин, из-за канального шума.
Такой вывод можно сделать, если имеетс недостаточное количество значений выходных
сигналов коррел ции, превышающих порог. На шаге 940 определ етс , был ли обнаружен
передний фронт слишком поздно. Другими словами, передний фронт не был обнаружен до
действительного вхождени в область плоского участка пилот-сигнала. На шаге 950
определ етс , наблюдаетс ли задний фронт. Если ни одно из этих условий не
подтверждаетс на основе выходных сигналов коррел ции, прин тых в прошлом, то
процесс продолжаетс на шаге 910, где принимаютс дополнительные входные выборки.
Если выполн етс одно любое условие, процесс может продолжатьс на шаге 960, где
дополнительно определ етс , имел ли наблюдаемый плоский участок достаточную длину,
свидетельствующую об его уверенном обнаружении. Если это так, то процедура может
быть завершена. Если нет, то процесс может продолжатьс с использованием другого
способа, например способа 800 (фиг.8) дл обнаружени нового переднего фронта на шаге
970. В одном варианте новый пилот-символ будет передаватьс в течение одной секунды
после предыдущего пилот-символа.
На фиг.10 показан более подробный способ 1000 обнаружени плоского участка и
подтверждени обнаружени переднего фронта согласно конкретному варианту
изобретени . В данном конкретном процессе используютс три подсчета или счетчика:
подсчет интервала, подсчет попаданий и подсчет серии. На шаге 1010 все счетчики
инициализированы со значением "нуль". На шаге 1012 принимаютс входные выборки. На
шаге 1014 выполн етс приращение значени счета интервала, что указывает на прием
входной выборки. Следует также понимать, что, хот это специально не отмечено в блоксхеме, автоматическа подстройка частоты может обновл тьс каждые 128 выборок, что
отслеживаетс счетчиком интервала. На шаге 1016 выполн етс задержанна коррел ци с использованием входной выборки и ее задержанной во времени версии, чтобы получить
выходной сигнал (Sn) коррел ции. Затем на шаге 1018 определ етс , больше или равно
порога (Т) значение Sn. Если Sn?T, то тогда на шаге 1020 выполн етс приращение
значени счетчика попаданий, и способ может продолжатьс на шаге 1028. Если
неравенство не выполн етс , то тогда на шаге 1022 определ етс , выполн етс ли
неравенство Sn<T. Если это так, то на шаге 1024 выполн етс приращение значени счетчика серии. Если неравенство не выполн етс , то тогда счетчик серии
инициализируетс в нуль, и этот момент времени сохран етс на шаге 1026. Таким
образом, этот сохраненный момент времени обеспечивает момент времени до того, как
будет замечен задний фронт. Следует понимать, что блок 1022 прин ти решени здесь не
вл етс строго об зательным, а представлен дл сности, а также дл того, чтобы
дополнительно подчеркнуть, что пор док выполнени способа не об зательно должен быть
точно таким, как здесь показано. Способ продолжаетс на шаге 1028, где
рассматриваютс значени счетчика попаданий и счетчика серии, чтобы определить, был
ли обнаружен ложный передний фронт. В одном варианте это может соответствовать
значению счетчика серии, большему или равному 128, и значению счетчика попаданий,
меньшему 400. Если принимаетс решение, что был обнаружен ложный передний фронт,
то процесс продолжаетс на шаге 1036, где локализуетс новый передний фронт. Если нет
возможности определить, что было прин то ложное решение, то тогда процесс
продолжаетс в блоке 1030 прин ти решени . В блоке 1030 анализируютс значени счетчиков серии и попаданий, чтобы определить, был ли обнаружен передний фронт
слишком поздно. Согласно одному конкретному варианту это может соответствовать
случаю, когда значение счетчика серии больше или равно 768, и значению счетчика
попаданий, большему или равному 400. Если это именно тот случай, то процесс может
продолжатьс в блоке 1034. Если передний фронт не был обнаружен слишком поздно, то
тогда процесс продолжаетс в блоке 1032, где анализируютс значени счетчиков
интервала и серии, чтобы определить, замечен ли задний фронт. В одном варианте это
Страница: 15
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
может иметь место тогда, когда значение счетчика интервала больше или равно 4352
(34Ч128), а значение счетчика серии больше нул . Другими словами, был обнаружен
плоский участок полной длины, и замечен провал кривой ниже порога. Если это не так,
то тогда все три услови не выполн ютс , и процесс переходит к блоку 1012, где
принимаютс дополнительные входные выборки. Если условие в блоке 1032 выполн етс ,
то тогда в блоке 1034 определ етс , достаточно ли отмечено значений, превышающих
порог, чтобы дать возможность согласно методике с уверенностью определить, что
обнаружен плоский участок. В частности, значение счетчика попаданий превышает
некоторое программируемое значение. В одном варианте это значение может быть равным
2000. Однако оно может быть до некоторой степени произвольным. В идеале в процессе
необходимо зафиксировать 34Ч128 (4352) выборок, превышающих порог, но счетчик может
прийти в нужное состо ние под воздействием шума. Таким образом, программируемое
значение может быть установлено на оптимальном уровне, который обеспечивает
конкретную степень уверенности в том, что плоский участок обнаружен. Если значение
счетчика попаданий больше предусмотренного значени , то процесс завершаетс . Если
нет, то процесс продолжаетс в блоке 1036, где требуетс обнаружить новый фронт.
На фиг.11 показан один вариант методики 1100 обнаружени заднего фронта. Методику
обнаружени заднего фронта можно использовать дл обнаружени заднего фронта
коррел ционной кривой, св занной с пилот-символом, если он не был обнаружен ранее. В
блоке 1110 счетчики, включа счетчик интервала и счетчик серии, инициализируютс в
нуль. В блоке 1112 принимаютс входные выборки. В блоке 1114 выполн етс приращение
значени счетчика интервала в соответствии с прин той выборкой. Кажда входна выборка используетс коррел тором с задержкой дл создани выходного сигнала Sn
коррел ции в блоке 1116. В блоке 1118 принимаетс решение, касающеес того, меньше
ли выходной сигнал Sn коррел ции программируемого порога (Т). Если Sn<T, то тогда
выполн етс приращение значени счетчика серии в блоке 1120 и процесс продолжаетс в
блоке 1126. Если выходной сигнал коррел ции не меньше порога, то тогда счетчик серии
устанавливают в нуль в блоке 1122, а в блоке 1124 может быть сохранен соответствующий
момент времени. В блоке 1126 принимаетс решение о том, достаточное ли количество
выходных сигналов коррел ции последовательно наблюдалось, чтобы уверенно объ вить
об успешной идентификации вышесказанного. В одном варианте это соответствует
времени серии, большем или равном 32. Если врем серии достаточно велико, то процесс
может быть успешно завершен. Если врем серии не достаточно велико, то процесс
переходит в блок 1128 прин ти решени . В блоке 1128 может быть использован счетчик
интервала дл определени того, следует ли прекратить реализацию способа 1100
обнаружени . В одном варианте, если значение счетчика интервала равно 8Ч128 (1024),
то реализаци способа 1100 обнаружени заднего фронта прекращаетс . Если реализаци способа в блоке 1128 не блокируетс , то тогда могут быть прин ты и проанализированы
дополнительные выборки, начина снова с блока 1112. Если способ в блоке 1128
блокируетс , то тогда необходимо будет обнаружить новый передний фронт пилот-сигнала
в блоке 1130, так как способ 1100 не смог заметить задний фронт.
На фиг.12 показана методика 1200 синхронизации кадра. В блоке 1210 процесс сначала
ожидает установку автоматической регулировки усилени (AGC). Автоматическа регулировка усилени настраивает входной сигнал, чтобы обеспечить соответствующую
амплитуду или уровень сигнала, так чтобы его можно было правильно обработать. В блоке
1212 инициализируетс аккумул тор автоматической подстройки частоты (FLL). В блоке
1214 обнаруживаетс потенциальный передний фронт. В блоке 1216 передний фронт
может быть подтвержден путем определени плоского участка и/или заднего фронта. Если
определено, что в блоке 1218 не был обнаружен действительный передний фронт, то тогда
способ возвращаетс к блоку 1212. Следует понимать также, что это та точка, где может
периодически обновл тьс автоматическа подстройка частоты с использованием
аккумул тора частоты, например, дл получени начального сдвига частоты. В блоке 1212
может быть обнаружен задний фронт, если он не был замечен ранее. Здесь это имеет
Страница: 16
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
место непосредственно перед начальным снижением заднего фронта, врем по влени которого может быть сохранено, чтобы использовать его позднее дл точного тайминга.
Если в блоке 1222 задний фронт не обнаружен, и он не был обнаружен ранее, то тогда
способ возвращаетс к блоку 1212. Если задний фронт был обнаружен, то тогда начальное
грубое обнаружение завершено. Процедура продолжаетс в блоке 1224, где
автоматическа подстройка частоты переключаетс в режим слежени . Точный тайминг
получают, использу второй пилот-символ с TDM и информацию, предоставленную в
результате предшествующей грубой оценки в блоке 1226. В частности, сохраненный
момент времени (Тс) может соответствовать конкретному сдвигу выборки во втором пилотсимволе. Согласно одному варианту сохраненна выборка времени может соответствовать
256-й выборке во втором пилот-символе. Затем могут быть использованы специальные
алгоритмы дл улучшени этой оценки тайминга, как описано в последующих разделах.
После завершени процесса определени точного тайминга могут быть извлечены один
или несколько символов данных и предприн та попытка декодировани указанных
символов в блоке 1228. Если в блоке 1230 декодирование оказалось успешным, то процесс
завершаетс . В противном случае, если процесс не дал успешного результата, то
согласно методике происходит возврат к блоку 1212.
Ниже обсуждаетс один из множества подход щих вариантов операционной среды дл обеспечени контекста дл вышеописанных конкретных аспектов изобретени .
Далее дл большей сности и понимани предлагаетс подробное описание одного
варианта мультиплексированных пилот-сигналов с временным разделением: пилот-сигнал
1 с TDM и пилот-сигнал 2 с TDM.
Описанные здесь способы синхронизации могут быть использованы дл различных
систем с множеством несущих и дл нисход щей линии св зи, также как и восход щей
линии св зи. Нисход ща (или пр ма ) лини св зи относитс к линии св зи от базовых
станций к беспроводным устройствам, а восход ща (или обратна ) лини св зи относитс к линии св зи от беспроводных устройств к базовым станци м. Дл сности указанные
способы описаны далее дл нисход щей линии св зи в системе OFDM.
На фиг.13 показана блок-схема базовой станции 1310 и беспроводного устройства 1350
в системе 1300 OFDM. Базова станци 1310 обычно вл етс стационарной станцией,
которую также можно назвать базовой приемо-передающей системой (BTS), точкой доступа
или каким-либо другим термином. Беспроводное устройство 1350 может быть
стационарным или мобильным и может также называтьс "терминалом пользовател ",
"мобильной станцией" или каким-либо другим термином. Беспроводное устройство 1350
также может представл ть собой портативный блок, такой как сотовый телефон, карманное
устройство, беспроводный модуль, персональный цифровой секретарь (PDA) и т.п.
На базовой станции 1310 процессор 1320 данных передачи (ТХ) и пилот-сигнала
принимает различные типы данных (например, данные трафика/пакетные данные и
служебные/управл ющие данные) и обрабатывает (например, кодирует, перемежает и
выполн ет символьное отображение) прин тые данные дл создани символов данных.
Используемый здесь термин "символ данных" вл етс модул ционным символом дл данных, термин "пилот-символ" вл етс модул ционным символом дл пилот-сигнала,
причем модул ционный символ вл етс комплексной величиной дл точки во множестве
сигналов дл некоторой схемы модул ции (например, многократна фазова манипул ци (M-PSK), многоуровнева квадратурна амплитудна модул ци (M-QAM) и т.д.).
Процессор 1320 также обрабатывает пилот-данные дл создани пилот-символов и подает
эти данные и пилот-символы в модул тор 1330 OFDM.
Модул тор 1330 OFDM мультиплексирует данные и пилот-символы по соответствующим
субполосам и символьным периодам и, кроме того, выполн ет модул цию OFDM
мультиплексированных символов дл создани символов OFDM, как описано ниже. Блок
1332 передатчика (TMTR) преобразует символы OFDM в один или несколько аналоговых
сигналов и дополнительно нормализует (например, усиливает, фильтрует и повышает
частоту) аналоговый сигнал (сигналы) дл создани модулированного сигнала. Затем
Страница: 17
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
базова станци 1310 передает модулированный сигнал от антенны 1334 на беспроводные
устройства в системе.
В беспроводном устройстве 1350 сигнал, переданный от базовой станции 1310,
принимаетс антенной 1352 и подаетс в блок 1354 приемника (RCVR). Блок 1354
приемника нормализует (например, фильтрует, усиливает и понижает частоту) прин тый
сигнал и оцифровывает нормализованный сигнал, чтобы получить поток входных выборок.
Демодул тор 1360 OFDM выполн ет демодул цию входных выборок по схеме OFDM дл получени прин тых данных и пилот-символов. Демодул тор 1360 OFDM также выполн ет
детектирование (например, согласованную фильтрацию) прин тых символах данных с
канальной оценкой (например, оценка частотной характеристики) дл получени детектированных символов данных, которые вл ютс оценками символов данных,
посланных базовой станцией 1310. Демодул тор 1360 OFDM подает детектированные
символы данных в процессор 1370 данных приема (RX).
Блок 1380 оценки синхронизации/канала принимает входные выборки от блока 1354
приемника и выполн ет синхронизацию, чтобы определить тайминг дл кадра и символа,
как было описано выше и описываетс ниже. Блок 1380 также получает оценку канала,
использу прин тые пилот-символы от демодул тора 1360 OFDM. Блок 1380 подает
данные по таймингу дл символа и по оценке канала в демодул тор 1360 OFDM и может
предоставить тайминг кадра процессору 1370 RX данных и/или контроллеру 1390.
Демодул тор 1360 OFDM использует тайминг символа дл выполнени демодул ции
OFDM и использует оценку канала дл выполнени детектировани прин тых символах
данных.
Процессор 1370 RX данных обрабатывает (например, выполн ет обратное символьное
отображение, обращенное перемежение и декодирование) детектированные символы
данных от демодул тора 1360 OFDM и обеспечивает декодированные данные. Процессор
1370 RX данных и/или контроллер 1390 может использовать тайминг кадра дл восстановлени данных различных типов, посланных базовой станцией 1310. В общем
случае, обработка, выполн ема демодул тором 1260 OFDM и процессором 1370 RX
данных, вл етс дополнительной по отношению к обработке, выполн емой модул тором
1330 OFDM и процессором 1320 TX данных, и пилот-сигнала соответственно, на базовой
станции 1310.
Контроллеры 1340 и 1390 управл ют работой базовой станции 110 и беспроводного
устройства 1350 соответственно. Блоки 1342 и 1392 пам ти обеспечивают хранение
программных кодов и данных, используемых контроллерами 1340 и 1390, соответственно.
Базова станци 1310 может выполнить двухточечную передачу на одно беспроводное
устройство, многопунктовую передачу на группу беспроводных устройств,
широковещательную передачу на все беспроводные устройства, наход щиес в зоне ее
покрыти , или любую их комбинацию. Например, базова станци 1310 может
транслировать пилотные данные и служебные/управл ющие данные на все беспроводные
устройства, наход щиес в зоне ее покрыти . Базова станци 1310 может дополнительно
передавать специальные данные дл конкретных пользователей на конкретные
беспроводные устройства, групповые данные на группу беспроводных устройств и/или
широковещательные данные на все беспроводные устройства.
На фиг.14 показана структура 1400 суперкадра, которую можно использовать дл системы 1300 OFDM. Данные и пилот-сигнал могут передаватьс в суперкадрах, причем
каждый суперкадр имеет заранее определенную длительность (например, одну секунду).
Суперкадр также может называтьс кадром, временным интервалом или каким-либо
другим термином. В варианте, показанном на фиг.14, каждый суперкадр включает в себ поле 1412 дл первого пилот-сигнала с TDM (или "TDM пилот-сигнал 1"), поле 1414 дл второго пилот-сигнала с TDM (или "TDM пилот-сигнал 2"), поле 1416 дл служебных/управл ющих данных и поле 1418 дл данных трафика/пакетных данных.
Четыре пол с 1412 по 1418 мультиплексируютс с временным разделением в каждом
суперкадре, так что в любой заданный момент времени передаетс только одно поле. Эти
Страница: 18
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
четыре пол скомпонованы в пор дке, показанном на фиг.14, дл облегчени синхронизации и восстановлени данных. Пилот-символы OFDM в пол х 1412 и 1414,
которые передаютс первыми в каждом суперкадре, можно использовать дл обнаружени служебных символов OFDM в поле 1416, которое передаетс далее в суперкадре. Затем
служебна информаци , полученна из пол 1416, может быть использована дл восстановлени данных трафика/пакетных данных, посланных в поле 1418, которые
передаютс последними в суперкадре.
В примерном варианте изобретени поле 1412 несет один символ OFDM дл TDM
пилот-сигнала 1, а поле 1414 также несет один символ OFDM дл TDM пилот-сигнала 2. В
общем случае каждое поле может иметь любую длительность, причем эти пол могут быть
скомпонованы в любом пор дке. TDM пилот-сигнал 1 и TDM пилот-сигнал 2 транслируютс периодически в каждом кадре дл облегчени синхронизации беспроводными
устройствами. Служебное поле 1416 и/или поле 1418 данных также может содержать
пилот-символы, которые мультиплексированы с символами данных с использованием
частотного разделени , как описано ниже. Система OFDM имеет общесистемную полосу
BW МГц, котора разделена на N ортогональных субполос с использованием OFDM.
Интервал между соседними субполосами составл ет BW/N МГц. Из общего числа N
субполос M субполос можно использовать дл передачи пилот-сигналов и данных,
где M<N, а остальные N-M субполос могут оставатьс неиспользованными и выполн ть
функцию защитных субполос. В одном варианте изобретени система OFDM использует
структуру OFDM с N=4096 общих субполос, M=4000 используемых субполос и N-M=96
защитных субполос. В общем случае дл системы OFDM может быть использована люба структура OFDM с любым количеством общих, используемых и защитных субполос.
Как было описано выше, TDM пилот-сигналы 1 и 2 могут быть предусмотрены дл облегчени синхронизации, выполн емой беспроводными устройствами в системе.
Беспроводное устройство может использовать TDM пилот-сигнал 1 дл обнаружени начала каждого кадра, получить грубую оценку тайминга символа и оценить ошибку по
частоте. Беспроводное устройство может после этого использовать TDM пилот-сигнал 2
дл получени более точного тайминга дл символа.
На фиг.15а показан вариант TDM пилот-сигнала 1 в частотной области. Дл этого
варианта TDM пилот-сигнал 1 содержит L1 пилот-символов, которые передаютс в L1
субполосах, по одному пилот-символу на субполосу, используемую дл TDM пилот-сигнала
1. L1 субполос равномерно распределены на N общих субполосах и равномерно разнесены
друг от друга на S1 субполос, где S1=N/L1. Например, N=4096, L1=128 и S1=32. Однако дл N, L1 и S1 можно также использовать другие значени . Така структура дл TDM пилотсигнала 1 позвол ет: (1) обеспечить высокую эффективность обнаружени кадра в каналах
различных типов, включа сложный канал с многолучевым распространением; (2)
обеспечить достаточно точную оценку ошибки по частоте и грубую оценку тайминга дл символа в сложном канале с многолучевым распространением; и (3) упростить обработку в
беспроводных устройствах, как описано ниже.
На фиг.15b показан вариант TDM пилот-сигнала 2 в частотной области. Дл этого
варианта TDM пилот-сигнал 2 содержит L2 пилот-символов, которые передаютс в L2
субполосах, где L2>L1. L2 субполос равномерно распределены на N общих субполосах и
равномерно разнесены друг от друга на S2 субполос, где S2=N/L2. Например, N=
4096, L2=2048 и S2=2. Оп ть же дл N, L2 и S2 можно также использовать другие значени .
Така структура дл TDM пилот-сигнала 2 позвол ет обеспечить точный тайминг дл символа в каналах различных типов, включа сложный канал с многолучевым
распространением. Беспроводные устройства также могут: (1) обрабатывать TDM пилотсигнал 2 эффективным образом дл получени тайминга дл символа до прихода
следующего символа OFDM, который может по витьс сразу после TDM пилот-сигнала 2; и
(2) применить полученный тайминг дл символа к следующему символу OFDM, как описано
ниже.
Дл L1 используют меньшее значение, так что с помощью TDM пилот-сигнала 1 можно
Страница: 19
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
исправить большую ошибку по частоте. Дл L2 используетс большее значение, так что
последовательность пилот-сигнала 2 длиннее, что позвол ет беспроводному устройству
получить из последовательности пилот-сигнала 2 более длинную оценку импульсной
характеристики канала. L1 субполос дл TDM пилот-сигнала 1 выбирают так, чтобы дл TDM пилот-сигнала 1 было создано S1 идентичных последовательностей пилот-сигнала 1.
Аналогичным образом L2 субполос дл TDM пилот-сигнала 2 выбирают так, чтобы дл TDM
пилот-сигнала 2 было создано S2 идентичных последовательностей пилот-сигнала 2.
На фиг.16 показана блок-схема варианта процессора 1320 TX данных и пилот-сигнала
на базовой станции 1310. В процессоре 1320 процессор 1610 TX данных принимает,
кодирует, перемежает и выполн ет символьное отображение данных трафика/пакетных
данных дл создани символов данных.
В одном варианте дл создани данных дл обоих TDM пилот-сигналов 1 и 2
используетс генератор 1620 псевдослучайных чисел (PN). PN генератор 1620 может быть
реализован, например, с помощью линейного сдвигового регистра с обратной св зью
(LFSR), имеющего 15 отводов, который реализует порождающий полином g(x)=x 15+x 14+1.
В этом случае PN генератор 1620 включает в себ : (1) 15 элементов задержки с 1622а по
1622о, соединенных последовательно; и (2) сумматор 1624, подсоединенный между
элементами 1622n и 1622о задержки. Элемент 1622о задержки обеспечивает пилотные
данные, которые также подаютс обратно на вход элемента 1622а задержки и на один вход
сумматора 1624. PN генератор 1620 может быть инициализирован с различными
начальными состо ни ми дл TDM пилот-сигналов 1 и 2, например, '011010101001110' дл TDM пилот-сигнала 1 и '010110100011100' дл TDM пилот-сигнала 2. В общем случае дл TDM пилот-сигнала 1 и 2 можно использовать любые данные. Пилотные данные могут быть
выбраны так, чтобы уменьшить разницу между пиковой амплитудой и средней амплитудой
пилот-символа OFDM (например, минимизировать изменение отношени пикового и
среднего значений в сигнале во временной области дл TDM пилот-сигнала). Пилотные
данные дл TDM пилот-сигнала 2 также можно создать с помощью того же PN генератора,
который используетс дл скремблировани данных. Беспроводные устройства имеют
сведени о данных, используемых дл TDM пилот-сигнала 2, но им нет необходимости
знать, какие данные используютс дл TDM пилот-сигнала 1.
Блок 1630 отображени "биты-символы" принимает пилотные данные от PN генератора
1620 и отображает биты пилотных данных в пилот-символы на основе схемы модул ции.
Дл TDM пилот-сигналов 1 и 2 могут быть использованы одинаковые или разные схемы
модул ции. В одном варианте дл обоих TDM пилот-сигналов 1 и 2 используетс схема
квадратурной фазовой манипул ции (QPSK). В этом случае блок 1630 отображени группирует пилотные данные в двухразр дные двоичные значени и далее отображает
каждое 2-разр дное значение в определенный символ модул ции пилот-сигнала. Каждый
пилот-символ вл етс комплексной величиной во множестве сигналов дл схемы
модул ции QPSK. Если дл TDM пилот-сигналов используетс схема QPSK, то тогда блок
1630 отображени отображает 2L1 бит пилотных данных дл TDM пилот-сигнала 1 в L1
пилот-символов, а затем отображает 2L2 бит пилотных данных дл TDM пилот-сигнала 2 в
L2 пилот-символов. Мультиплексор (Mux) 1640 получает символы данных от процессора
610 ТХ данных, пилот-символы от блока 1630 отображени и сигнал TDM_Ctrl от
контроллера 1340. Мультиплексор 1640 подает в модул тор 1330 OFDM пилот-символы
дл полей TDM пилот-сигналов 1 и 2 и символы данных дл служебного пол и пол данных каждого кадра, как показано на фиг.14.
На фиг.17 показана блок-схема варианта модул тора 1330 OFDM на базовой станции
1310. Блок 1710 отображени "символ-субполоса" принимает данные и пилот-символы
процессора 1320 TX данных и пилот-сигнала и отображает эти символы в соответствующие
субполосы на основе сигнала Subband_Mux_Ctrl от контроллера 1340. На каждом периоде
символа OFDM блок 1710 отображени обеспечивает одни данные или пилот-символ на
каждой субполосе, используемой дл передачи данных или пилот-сигнала, и "нулевой
символ" (который вл етс сигналом с нулевым значением) дл каждой неиспользованной
Страница: 20
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
субполосы. Пилот-символы, предназначенные дл субполос, которые не используютс ,
замен ютс нулевыми символами. Дл каждого периода символа OFDM блок 1710
отображени обеспечивает N "символов передачи" дл N общих субполос, где каждый
символ передачи может представл ть собой символ данных, пилот-символ или нулевой
символ. Блок 1720 обратного дискретного преобразовани Фурье (IDFT) принимает N
символов передачи дл каждого периода символа OFDM, преобразует N символов
передачи во временную область с помощью N-точечного преобразовани IDFT и
обеспечивает "преобразованный" символ, который содержит N выборок временной
области. Кажда выборка вл етс комплексной величиной, подлежащей пересылке за
один период дискретизации. Вместо N-точечного преобразовани IDFT также можно
выполнить N-точечное обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT), если N вл етс степенью двух, что, как правило, имеет место в этом случае. Параллельнопоследовательный (P/S) преобразователь 1730 преобразует в последовательную форму N
выборок дл каждого преобразованного символа. Затем генератор 1740 циклических
префиксов повтор ет часть (или С выборок) каждого преобразованного символа дл формировани символа OFDM, который содержит N+С выборок. Циклический префикс
используют дл борьбы с межсимвольными помехами (ISI) и помехами между несущими
(ICI), вызываемыми большим разбросом задержки в канале св зи. Разброс задержки - это
разница во времени между самым ранним моментом прибыти сигнала и самым поздним
моментом прибыти сигнала в приемнике. Период символа OFDM (или просто "период
символа") - это длительность символа OFDM, котора равна N+C периодов дискретизации.
На фиг.18а показано представление TDM пилот-сигнала 1 во временной области.
Символ OFDM дл TDM пилот-сигнала 1 (или "пилот-символ 1 OFDM") состоит из
преобразованного символа длиной N и циклического префикса длиной С. Поскольку в L1
субполосах, которые равномерно отделены друг от друга S1 субполосами, посылаетс L1
пилот-символов дл TDM пилот-сигнала 1 и поскольку в остальных субполосах посылаютс нулевые символы, преобразованный символ дл TDM пилот-сигнала 1 содержит S1
идентичных последовательностей пилот-сигнала 1, причем кажда последовательность
пилот-сигнала 1 содержит L1 выборок во временной области. Кажда последовательность
пилот-сигнала 1 также может быть создана путем выполнени L1 точечного
преобразовани IDFT L1 пилот-символов дл TDM пилот-сигнала 1. Циклический префикс
дл TDM пилот-сигнала 1 состоит из С самых правых выборок преобразованного символа,
причем этот префикс вставл етс перед преобразованным символом. Таким образом,
пилот-символ 1 OFDM содержит всего S1+C/L1 последовательностей пилот-сигнала 1.
Например, если N=4096, L1=128, S1=32, а С=512, то тогда пилот-символ 1 OFDM будет
содержать 36 последовательностей пилот-сигнала 1, причем кажда последовательность
пилот-сигнала 1 содержит 128 выборок во временной области.
На фиг.18b показано представление TDM пилот-сигнала 2 во временной области.
Символ OFDM дл TDM пилот-сигнала 2 (или "пилот-символ 2 OFDM") также состоит из
преобразованного символа длиной N и циклического префикса длиной С.
Преобразованный символ дл TDM пилот-сигнала 2 содержит S2 идентичных
последовательностей пилот-сигнала 2, причем кажда последовательность пилот-сигнала
2 содержит L2 выборок во временной области. Циклический префикс дл TDM пилотсигнала 2 состоит из С самых правых выборок преобразованного символа, причем этот
префикс вставл етс перед преобразованным символом. Например, если N=
4096, L2=2048, S2=2, а С=512, то тогда пилот-символ 2 OFDM будет содержать две полные
последовательности пилот-сигнала 2, причем кажда последовательность пилот-сигнала 2
содержит 2048 выборок во временной области. Циклический префикс дл TDM пилотсигнала 2 будет содержать только часть последовательности пилот-сигнала 2.
На фиг.19 показана блок-схема варианта блока 1380 синхронизации и оценки канала в
беспроводном устройстве 1350 (фиг.13). В блоке 1380 детектор 100 кадра (подробно
описанный выше) принимает входные выборки от блока 1354 приемника, обрабатывает
входные выборки дл обнаружени начала каждого кадра и обеспечивает тайминг дл Страница: 21
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
кадра. Детектор 1920 тайминга символа принимает входные выборки и тайминг кадра,
обрабатывает входные выборки дл обнаружени начала прин тых символов OFDM и
обеспечивает тайминг дл символа. Блок 1912 оценки ошибки по частоте оценивает
ошибку по частоте в прин тых символах. Блок 1930 оценки канала принимает выходной
сигнал из детектора 1920 тайминга дл символа и получает оценку канала.
Как было более подробно описано на фиг.1, детектор 100 кадра выполн ет
синхронизацию кадра путем обнаружени , например, TDM пилот-сигнала 1 во входных
выборках от блока 1354 приемника. Дл простоты в данном подробном описании
предполагаетс , что канал св зи вл етс каналом с аддитивным белым гауссовым шумом
(AWGN). Входна выборка дл каждого периода дискретизации может быть выражена в
виде:
rn=xn+wn, Уравнение (2)
где n - индекс периода дискретизации;
xn - выборка во временной области, посланна базовой станцией в периоде n
дискретизации;
rn - входна выборка, полученна беспроводным устройством в периоде n
дискретизации; и
wn - шум дл периода n дискретизации.
Блок 1912 оценки ошибки по частоте оценивает ошибку по частоте в прин том пилотсимволе 1 OFDM. Источниками этой ошибки по частоте могут быть, например, различие в
частоте генераторов на базовой станции и в беспроводном устройстве, доплеровский
сдвиг и т.д. Блок 1912 оценки ошибки по частоте может сформировать оценку ошибки по
частоте дл каждой последовательности пилот-сигнала 1 (кроме последней
последовательности пилот-сигнала 1) следующим образом:
25
где
30
35
- i- входна выборка дл -й последовательности пилот-сигнала 1;
Arg(x) - арктангенс отношени мнимой компоненты x к действительной компоненте x,
или Arg(x)=arctan[Im(x)/Re(x)];
GD - коэффициент усилени детектора, где
и
- оценка ошибки по частоте дл -й последовательности пилот-сигнала 1.
Диапазон обнаруживаемых ошибок по частоте может быть задан в виде
40
45
50
где fsamp - частота входных выборок. Уравнение (2) показывает, что диапазон
обнаруживаемых ошибок по частоте зависит от и св зан обратным соотношением с длиной
последовательности пилот-сигнала 1. Блок 1912 оценки ошибки по частоте также можно
реализовать в компоненте 100 детектора кадра, в частности, с помощью компоненты 110
коррел тора с задержкой, поскольку аккумулированные результаты коррел ции также
доступны от сумматора 524.
Оценки ошибки по частоте можно использовать различным образом. Например, оценку
ошибки по частоте дл каждой последовательности пилот-сигнала 1 можно использовать
дл обновлени контура отслеживани частоты, который пытаетс исправить любую
обнаруженную ошибку по частоте в беспроводном устройстве. Контур отслеживани частоты может представл ть собой систему автоматической фазовой подстройки частоты
(PLL), котора может регулировать частоту сигнала несущей, используемого дл преобразовани с понижением частоты в беспроводном устройстве. Оценки ошибки по
частоте можно также усреднить, чтобы получить единую оценку ?f ошибки по частоте дл Страница: 22
RU 2 335 853 C2
5
пилот-символа 1 OFDM. Затем оценку ?f можно использовать дл исправлени ошибки по
частоте либо до, либо после N-точечного преобразовани DFT в демодул торе 160 OFDM.
Дл исправлени ошибки по частоте после преобразовани DFT, которое можно
использовать дл исправлени сдвига ?f частоты, вл ющегос целым числом, кратным
интервалу между субполосами, прин тые символы после N-точечного преобразовани DFT
дл могут быть сдвинуты на ?f субполос, а скорректированный по частоте символ
каждой примен емой субполосы k можно получить в виде
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 Дл исправлени ошибки по частоте перед преобразованием DFT входные выборки могут быть смещены по
фазе на величину оценки ?f ошибки по частоте, а затем может быть выполнено N-точечное
преобразование DFT выборки со смещенной фазой.
Обнаружение кадра и оценку ошибки по частоте также можно выполнить иным образом
на основе пилот-символа 1 OFDM. Например, обнаружить кадр можно, выполнив пр мую
коррел цию между входными выборками дл пилот-символа 1 OFDM с действительной
последовательностью пилот-сигнала 1, созданной на базовой станции. Пр ма коррел ци обеспечивает высокое результирующее значение коррел ции дл каждого сильного
сигнала (или многолучевого сигнала). Поскольку дл данной базовой станции можно
получить более одного многолучевого сигнала или пикового сигнала, беспроводное
устройство будет выполн ть постобработку обнаруженных пиковых сигналов дл получени информации о тайминге. Обнаружение кадра также может быть обеспечено
комбинированным использованием задержанной коррел ции и пр мой коррел ции.
На фиг.20 показана блок-схема варианта детектора 1920 тайминга дл символа, который
выполн ет временную синхронизацию на основе пилот-символа 2 OFDM. В детекторе 1920
тайминга дл символа буфер 2012 выборок принимает входные выборки от блока 1354
приемника и запоминает окно "выборок" из L2 входных выборок дл пилот-символа 2
OFDM. Начало окна выборок определ етс блоком 2010 на основе тайминга дл кадра от
детектора 100 кадра.
На фиг.21 показана временна диаграмма обработки дл пилот-символа 2 OFDM.
Детектор 100 кадра обеспечивает грубый тайминг дл символа (обозначен как TC) на
основе пилот-символа 1 OFDM. Пилот-символ 2 OFDM содержит S2 идентичных
последовательностей пилот-сигнала 2 длиной L2 (например, две последовательности
пилот-сигнала 2 длиной 2048, если N=4096 и L2=2048). Окно из L2 входных выборок
составл етс буфером 912 выборок дл пилот-символа 2 OFDM, начина с периода TW.
Начало окна выборок задерживаетс на начальный сдвиг OSinit от грубого тайминга дл символа, или TW=TC+OSinit. Начальный сдвиг не об зательно должен быть точным, причем
он выбираетс дл обеспечени сборки одной полной последовательности пилот-сигнала 2
в буфере 2012 выборок. Начальный сдвиг также можно выбрать таким образом, чтобы
обработка дл пилот-символа 2 OFDM могла быть закончена до поступлени следующего
символа OFDM, так что тайминг дл символа, полученный из пилот-символа 2 OFDM,
можно применить к упом нутому следующему символу OFDM.
Вновь обратимс к фиг.20, где блок 2014 DFT выполн ет L2-точечное преобразование
DFT дл L2 входных выборок, собранных буфером 2012 выборок, и обеспечивает L2
значений в частотной области дл L2 прин тых пилот-символов. Если начало окна выборок
не выровнено по отношению к началу пилот-символа 2 OFDM (то есть TW?TS), то тогда
импульсна характеристика канала циклически сдвигаетс , что означает циклический
возврат передней части импульсной характеристики канала. Блок 2016 демодул ции пилотсигнала устран ет модул цию в L2 прин тых пилот-символов, умножа прин тый пилотсимвол Rk дл каждой субполосы k пилот-сигнала на комплексно-сопр женное значение
известного пилот-символа Р ?k дл этой субполосы, или Rk?P *k. Блок 2016 также
устанавливает нулевые значени дл прин тых пилот-символов дл неиспользованных
субполос. Затем блок 2018 IDFT выполн ет L2-точечное преобразование IDFT с L2
демодулированными пилот-символами и обеспечивает L2 значений во временной области,
которые представл ют собой L2 элементов импульсной характеристики канала св зи между
Страница: 23
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
базовой станцией 1310 и беспроводным устройством 1350.
На фиг.21b показана L2-элементна импульсна характеристика канала из блока 2018
IDFT. Каждый из L2 элементов св зан с комплексным коэффициентом усилени канала при
данной задержке элемента. Импульсна характеристика канала может циклически
сдвигатьс , что означает возможность циклического возврата хвостовой части импульсной
характеристики канала и по вление ее на начальном участке выходного сигнала блока
2018 IDFT.
Обратимс вновь к фиг.20, где блок 2020 поиска тайминга дл символа может
определить тайминг дл символа путем поиска пикового значени энергии импульсной
характеристики канала. Пик энергии может быть обнаружен путем плавного перемещени окна "обнаружени " через импульсную характеристику канала, как показано на фиг.21b.
Размер окна обнаружени можно определить способом, описанным ниже. На каждой
начальной позиции окна вычисл етс энерги всех элементов, попавших в окно
обнаружени .
На фиг.21с показан график энергии элементов канала на различных начальных позици х
окна. Окно обнаружени циклически сдвигаетс вправо, так что, когда правый край окна
обнаружени достигает последнего элемента с индексом L2, окно циклически
возвращаетс к первому элементу с индексом 1. Таким образом, данные по энергии
собираютс дл одинакового количества канальных элементов дл каждой начальной
позиции окна.
Размер LW окна обнаружени может быть выбран на основе ожидаемого разброса
задержки в системе. Разброс задержки в беспроводном устройстве - это разница во
времени между компонентами, характеризующими самое раннее и самое позднее
поступление сигнала в беспроводном устройстве. Разброс задержки в системе - это
максимальный разброс задержки среди всех беспроводных устройств системы. Если
размер окна обнаружени больше или равен разбросу задержки системы, то тогда при
правильном выравнивании окно обнаружени захватит всю энергию импульсной
характеристики канала. Размер LW окна обнаружени также может быть задан равным не
более половины от L2 (или LW?L2/2), чтобы избежать неопределенности при обнаружении
начала импульсной характеристики канала. Начало импульсной характеристики канала
можно определить: (1) определив пиковую энергию из числа всех L2 начальных позиций
окна; и (2) идентифицировав самую правую начальную позицию окна с пиковой энергией,
если множество начальных позиций окна имеют одинаковую пиковую энергию. Энергии дл различных начальных позиций окна можно также усреднить или отфильтровать дл получени более точной оценки начала импульсной характеристики канала в канале с
шумом. В любом случае начало импульсной характеристики канала обозначаетс как TB,
а сдвиг между началом окна выборок и началом импульсной характеристики канала
составл ет TOS=TB-TW. Как только определено начало TB импульсной характеристики,
можно однозначно вычислить точный тайминг дл символа.
Обратимс к фиг.21а, где точный тайминг дл символа указывает начало прин того
символа OFDM. Точный тайминг TS дл символа можно использовать дл точного и
правильного размещени окна "DFT" дл каждого последовательно принимаемого символа
OFDM. Окно DFT указывает конкретные N входных выборок (из числа N+C входных
выборок) дл накоплени каждого принимаемого символа OFDM. Затем N входных выборок
в окне DFT преобразуют с помощью N-точечного преобразовани DFT, чтобы получить N
прин тых символов данных/пилот-символов дл прин того символа OFDM. Точное
размещение окна DFT дл каждого прин того символа OFDM необходимо дл того, чтобы
избежать: (1) межсимвольных помех (ISI) от предыдущего или следующего символа OFDM;
(2) ухудшени оценки канала (например, к ошибочной оценке канала может привести
неправильное размещение окна DFT); (3) ошибок в процессах обработки, которые
основаны на использовании циклического префикса (например, отслеживание частоты,
автоматическа регулировка усилени (AGC) и т.д.) и (4) других вредных последствий.
Пилот-символ 2 OFDM также можно использовать дл получени более точной оценки
Страница: 24
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
ошибки по частоте. Например, ошибку по частоте можно оценить, использу последовательности пилот-сигнала 2 и уравнение (3). В этом случае суммирование
выполн етс по L2 выборкам (вместо L1 выборок) дл последовательности пилот-сигнала 2.
Импульсную характеристику канала от блока 2018 IDFT также можно использовать дл получени оценки частотной характеристики дл канала св зи между базовой станцией
1310 и беспроводным устройством 1350. Блок 2022 принимает L2-элементную импульсную
характеристику канала, циклически сдвигает импульсную характеристику канала, так
чтобы начало импульсной характеристики канала имело индекс 1, вставл ет
соответствующее количество нулей после циклически сдвинутой характеристики канала и
обеспечивает N-элементную импульсную характеристику канала. Затем блок 2024 DFT
выполн ет N-точечное преобразование DFT N-элементной импульсной характеристики
канала и обеспечивает оценку частотной характеристики, котора содержит N комплексных
значений коэффициента усилени канала дл всех N субполос. Демодул тор 1360 OFDM
может использовать оценку частотной характеристики дл обнаружени прин тых
символов данных в последующих символах OFDM. Указанную оценку канала можно также
получить иным образом.
На фиг.22 показана схема передачи пилот-сигнала с комбинацией пилот-сигналов с
временным и частотным мультиплексированием (с TDM и FDM). Базова станци 1310
может передавать пилот-сигналы 1 и 2 с TDM в каждом суперкадре дл облегчени их
начального обнаружени беспроводными устройствами. Служебными дл TDM пилотсигналов вл ютс два символа OFDM, которые могут быть малы по сравнению с
размером суперкадра. Базова станци 1310 также может передавать пилот-сигнал с FDM
во всех, в большинстве или в некоторых оставшихс символах OFDM в каждом суперкадре.
Дл варианта, показанного на фиг.22, пилот-сигнал с FDM посылаетс в альтернативных
наборах субполос, так что пилот-символы посылаютс в одном наборе субполос в четных
периодах символа, а в другом наборе субполос в нечетных периодах символа. Каждый
набор содержит достаточное количество (Lfdm) субполос дл поддержки оценки канала и
возможного отслеживани частоты и времени беспроводными устройствами. Субполосы в
каждом наборе могут быть равномерно распределены по всем N субполосам и равно
отделены друг от друга с помощью Sfdm=N/Lfdm субполос. Кроме того, субполосы в одном
наборе могут быть разнесены или сдвинуты относительно субполос в другом наборе, так
что субполосы в двух наборах перемежаютс друг с другом. Например, если N=
4096, Lfdm=512, Sfdm=8, то субполосы в двух наборах могут быть разнесены на четыре
субполосы. В общем случае дл пилот-сигнала с FDM можно использовать любое
количество наборов субполос, причем каждый набор может содержать любое количество
субполос и любую из общего количества N субполос.
Беспроводное устройство может использовать пилот-сигналы 1 и 2 с TDM дл начальной синхронизации, например дл синхронизации кадра, оценки сдвига частоты и
получени точного тайминга дл символа (с целью правильного размещени окна DFT дл последовательных символов OFDM). Беспроводное устройство может выполн ть
начальную синхронизацию, например, при доступе к базовой станции в первый раз, при
приеме или запросе данных в первый раз или после длительного периода отсутстви активности, при первом включении питани и т.д.
Беспроводное устройство может выполн ть задержанную коррел цию
последовательностей пилот-сигнала 1 дл обнаружени наличи пилот-символа 1 OFDM и,
следовательно, начала суперкадра, как было описано выше. После этого беспроводное
устройство может использовать последовательности пилот-сигнала 1 дл оценки ошибки
по частоте в пилот-символе 1 OFDM и исправлени этой ошибки по частоте до приема
пилот-символа 2 OFDM. Пилот-символ 1 OFDM позвол ет получить оценку большей
ошибки по частоте и обеспечить более надежное размещение окна DFT дл следующего
символа OFDM (пилот-сигнала-2), чем стандартные способы, в которых используетс структура символов данных OFDM с циклическим префиксом. Таким образом, пилотсимвол 1 OFDM может обеспечить улучшенные рабочие характеристики дл наземного
Страница: 25
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
радиоканала с большим разбросом задержки многолучевого распространени .
Беспроводное устройство может использовать пилот-символ 2 OFDM дл получени точного тайминга дл символа с целью более точного размещени окна DFT дл последующих принимаемых символов OFDM. Беспроводное устройство может также
использовать пилот-символ 2 OFDM дл оценки канала и оценки ошибки по частоте. Пилотсимвол 2 OFDM позвол ет быстро и точно определить тайминг дл символа и правильно
разместить окно DFT.
Беспроводное устройство может использовать пилот-сигнал с FDM дл оценки канала и
отслеживани времени и возможно дл отслеживани частоты. Беспроводное устройство
может получить начальную оценку канала на основе пилот-символа 2 OFDM, как было
описано выше. Беспроводное устройство может использовать пилот-сигнал с FDM дл получени более точной оценки канала, в частности, если пилот-сигнал с FDM передаетс через суперкадр, как показано на фиг.11. Беспроводное устройство также может
использовать пилот-сигнал с FDM дл обновлени системы отслеживани частоты, котора может исправл ть ошибки по частоте в прин тых символах OFDM. Беспроводное
устройство может дополнительно использовать пилот-сигнал с FDM дл обновлени системы отслеживани времени, котора может учитывать дрейф временных
характеристик во входных выборках (например, из-за изменений импульсной
характеристики канала св зи).
На фиг.23 представлена блок-схема подробной процедуры начального обнаружени согласно одному варианту изобретени . Также здесь представлены частота тайминга дл символа OFDM.
Процедура начального обнаружени на основе первого пилот-символа с TDM содержит
три этапа. На первом этапе обнаруживаетс передний фронт коррел ционной кривой. В
одном варианте передний фронт может быть подтвержден путем определени плоского
участка и/или заднего фронта. В альтернативном варианте передний фронт не
подтверждаетс , а предполагаетс .
На шаге 2302 процесс находитс в состо нии ожидани установки
автоматической регулировки усилени (AGC). AGC регулирует входной сигнал,
обеспечива согласованную величину или уровень сигнала, так чтобы сигнал можно было
правильно обработать. На шаге 2304 инициализируетс аккумул тор частоты с системой
автоматической подстройки частоты (FLL) и инициализируетс счетчик серии с установкой
в нуль. Счетчик серии подсчитывает количество последовательных входных выборок.
На шаге 2306 квадрат величины выходного сигнала S коррел тора сравниваетс с
программируемым порогом T. В частности, на шаге 2306 процесс дл каждой новой
то тогда
входной выборки выполн ет задержанную коррел цию, и, если
выполн етс приращение значени счетчика серии, а в противном случае этот счетчик
повторно инициализируетс с установкой в нуль. Sn обозначает выходной сигнал
коррел тора дл выборки n.
На шаге 2308, если выходной сигнал коррел тора превышает порог дл 64
последовательных входных выборок согласно одному варианту изобретени , то тогда
алгоритм переходит ко второму этапу процесса обнаружени . В противном случае, процесс
переходит к блоку 2306. Таким образом, если определено, что на шаге 2308 не был
обнаружен действительный передний фронт, то процесс возвращаетс к шагу 2306. В
альтернативном варианте шаг 2308 не содержитс , поскольку передний фронт считаетс обнаруженным и не подтверждаетс .
На втором этапе, на шаге 2310 счетчики интервала, попаданий и серии
инициализируютс в нуль. На втором этапе выполн етс приращение значени счетчика
серии на единицу каждый раз, когда выходной сигнал коррел тора превышает порог.
Алгоритм возвращаетс в начальное состо ние после обнаружени того, что замеченный
передний фронт был ложным. Алгоритм остаетс на втором этапе в течение времени,
большего или равного заранее определенному периоду, или пока не будет замечен
соответствующий задний фронт коррел ционной кривой. Если выходной сигнал
Страница: 26
RU 2 335 853 C2
5
коррел тора остаетс ниже порогового значени в течение 768 последовательных входных
выборок, то алгоритм выходит из второго этапа. Когда алгоритм находитс на втором
этапе, осуществл етс захват начальной частоты. На втором этапе система FLL
обновл етс один раз за каждые 128 входных выборок.
На шаге 2312 дл каждой новой входной выборки выполн етс задержанна коррел ци , и выполн етс приращение значени счетчика интервала. Если
то тогда происходит приращение значени счетчика попаданий. Если
10
15
20
25
30
35
40
45
50
то
происходит приращение значени счетчика серии, в противном случае счетчик серии
повторно инициализируетс в нуль. Когда значение счетчика серии равно нулю, этот
момент времени сохран етс и используетс в качестве указател буфера. Система FLL
обновл етс , когда значение счетчика интервала меньше или равно 32Ч128, и значение
счетчика интервала по модулю 128 равно нулю.
На шаге 2314 выполн етс проверка, чтобы определить, выполн ютс ли неравенства
(значение счетчика серии ?128 и значение счетчика попаданий <400) или (значение
счетчика серии ?768 и значение счетчика попаданий ?400) или (значение счетчика
интервала ?34Ч128 и значение счетчика серии >0). Если это так, то процесс управлени переходит к шагу 2316. В противном случае, процесс управлени переходит к шагу 2312.
На шаге 2316 определ етс , больше или равно 2000 значение счетчика попаданий. Если
это так, то процесс обнаружени переходит к шагу 2318. Следует также понимать, что
это именно та точка, где может быть обновлена система автоматической подстройки
частоты на основе периодического использовани аккумул тора частоты, например, дл получени начального сдвига частоты. Если указанное условие не выполн етс , то
процесс управлени переходит к шагу 2304.
На шаге 2318 значение счетчика интервала повторно инициализируетс в нуль. Дл каждой новой входной выборки выполн етс задержанна коррел ци , и происходит
приращение значени счетчика интервала. Если (|Sn| 2<T), то происходит приращение
значени счетчика серии, в противном случае выполн етс повторна инициализаци счетчика серии в нуль. Момент времени, когда значение счетчика серии равно нулю,
сохран етс .
На шаге 2320 выполн етс проверка, чтобы определить, выполн етс ли условие:
значение счетчика интервала =8Ч128 или значение счетчика серии ?32. Если это условие
не выполн етс , то процесс управлени переходит к шагу 2318. Если выполн етс , то
процесс управлени переходит к шагу 2322. На шаге 2322 осуществл етс проверка, чтобы
определить, выполн етс ли неравенство: значение счетчика серии ?32. Если это
неравенство не выполн етс , то процесс управлени переходит к шагу 2304. Если
выполн етс , то процесс управлени переходит к шагу 2324.
На шаге 2324 объ вл етс об обнаружении, причем сохраненный момент соответствует
256-й выборке в следующем символе OFDM. На шаге 2326 система FLL переключаетс в
режим слежени . Точный тайминг получают, использу пилот-сигнал 2. На шаге 2328
декодируютс символ служебной информации (OIS) и N символов данных.
На шаге 2330 выполн етс проверка, чтобы определить, было ли успешным
декодирование OIS/данных. Если это не так, то процесс управлени переходит к шагу
2304, если это так, то процесс захвата завершаетс .
На шаге 2320 может быть обнаружен задний фронт, если он не был замечен ранее.
Здесь это происходит как раз перед первоначальным падением заднего фронта, причем
этот момент может быть сохранен с целью использовани в дальнейшем дл точного
тайминга. Если на шаге 2322 задний фронт не обнаружен и он не был обнаружен ранее, то
способ возвращаетс к шагу 2304. Если задний фронт был обнаружен, то начальное грубое
обнаружение завершилось. Процедура продолжаетс на шаге 2326, где система
автоматической подстройки частоты переключаетс в режим слежени . Точный тайминг
получают, использу второй TDM пилот-символ и информацию, обеспеченную предыдущей
грубой оценкой. В частности, сохраненный момент времени (Tc) может соответствовать
Страница: 27
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
конкретному сдвигу выборки во втором пилот-символе. Согласно одному варианту
изобретени сохраненна выборка времени может соответствовать 256-й выборке во
втором пилот-символе. Затем можно использовать специальные алгоритмы дл улучшени оценки тайминга, как описано ниже. После завершени получени точного тайминга может
быть извлечен один или несколько символов данных и на шаге 2328 может быть
предприн та попытка декодировать указанные символы. Если на шаге 2330 вы сн етс ,
что декодирование было успешным, то процесс завершаетс . Однако в случае, если
процесс не был успешным, то согласно методике происходит возврат к шагу 2304.
Третий этап предназначен дл обнаружени заднего фронта, если он не был уже
замечен на втором этапе. На третьем этапе, если выходной сигнал коррел тора остаетс ниже порогового значени дл как минимум 32 последовательных входных выборки и
значение счетчика попаданий в течение второго этапа превысило другой программируемый
порог, то тогда объ вл етс об обнаружении TDM пилот-сигнала 1 и начальный захват
частоты считаетс завершенным. Оценка начального момента символа OFDM базируетс на заднем фронте. За момент времени, когда выходной сигнал коррел тора первый раз за
врем поиска заднего фронта находитс ниже порога, принимаетс 256- выборка
следующего символа OFDM (TDM пилот-сигнал 2). Если обнаружено, что значение
счетчика попаданий ниже программируемого порога или соответствующий задний фронт во
врем периода ожидани , соответствующего 1024 входным выборкам, на третьем этапе не
наблюдаетс , то алгоритм устанавливает счетчики и аккумул тор частоты с FLL в
начальное состо ние и возвращаетс к первому этапу, на котором выполн етс поиск
другого переднего фронта.
После успешного определени TDM пилот-символа 1 пилот-символ 2 используют дл получени точного тайминга дл символа OFDM. После этого предпринимаетс попытка
декодировать символы OIS и N последовательных символов OFDM данных. Контур AFC
работает в режиме слежени после первого TDM пилот-сигнала. Если не удалось
декодировать символ OIS и OFDM данных, то считаетс , что контур AFC не смог
обеспечить сходимость, и весь процесс захвата повтор етс во врем следующего кадра.
В подробном варианте структура кадра включает в себ два TDM пилот-символа дл получени начальной синхронизации по времени, частоте и кадру. Известно, что TDM
пилот-символы предназначены дл начального захвата. Пилот-символы наход тс в
начале каждого суперкадра перед полем сигнала OIS.
Первый TDM пилот-символ имеет 125 ненулевых поднесущих в частотной области. Эти
ненулевые поднесущие отделены друг от друга равными интервалами. Кажда пара
последовательных ненулевых поднесущих разделена 31 нулевыми поднесущими. Первой
ненулевой поднесущей присваиваетс частотный индекс 16. Дл двоичной модул ции
ненулевых поднесущих используетс PN последовательность длиной 125. Така структура
в частотной области приводит к периодической последовательности во временной области
с периодичностью, равной 128 выборкам. Таким образом, первый пилот-символ во
временной области имеет 36 реплик (включа циклический префикс) последовательности
длиной 128. Така структура пилот-сигнала не только упрощает реализацию, но также
хорошо подходит дл оценки частоты и обнаружени границы кадра в сложном канале с
многолучевым распространением.
Хот первый пилот-сигнал может обеспечить достаточно точную оценку частоты в
сложном канале с многолучевым распространением, он не может обеспечить точный
тайминг дл символа OFDM в указанном канале, а может обеспечить лишь грубый тайминг
дл символа OFDM нар ду с границей кадра. Второй пилот-символ введен дл получени точного тайминга дл символа OFDM. Его структура выбрана с целью совместного
использовани тех же аппаратных ресурсов, что предназначены дл отслеживани временных параметров символа. Напомним, что при отслеживании временных параметров
символа используетс 1000 поднесущих FDM пилот-сигнала на двух соседних символах
OFDM. Второй TDM пилот-символ имеет 1000 ненулевых поднесущих в частотной области
в местах, соответствующих разнесенным местам FDM пилот-сигнала в двух соседних
Страница: 28
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
символах OFDM данных. Поднесущие пилот-сигнала отделены друг от друга одинаковыми
интервалами, причем кажда пара ненулевых поднесущих разделена трем нулевыми
поднесущими. Первой поднесущей пилот-сигнала присваиваетс частотный индекс 48. Дл двоичной модул ции поднесущих пилот-сигнала используетс PN последовательность
длиной 1000. Указанна структура в частотной области приводит к периодической
последовательности во временной области с периодичностью, равной 1024 выборкам.
Таким образом, второй пилот-символ во временной области имеет 4 реплики (включа циклический префикс) последовательности длиной 1024. Эта структура многократно
использует те же аппаратные средства, которые используютс дл отслеживани временных параметров символа, и обеспечивает получение точного тайминга дл символа
во втором пилот-символе.
Необходимо получить начальный сдвиг частоты с показателем неопределенности 2 при
чувствительности усилени генератора VCXO. Вдобавок, предполагаетс , что посто нна времени широтно-импульсной модул ции (PDM) составл ет 68 микросекунд.
Специалистам в данной области техники очевидно, что можно использовать другие
значени , отличные от указанных выше в подробном варианте осуществлени изобретени .
Согласно одному варианту изобретени структура кадра с TDM пилот-сигналами и
структура пилот-символов в частотной и временной област х показаны на фигурах с 24 по
27.
На фиг.24 показан TDM пилот-сигнал 1 в частотной области согласно одному варианту
изобретени . Кажда из 32 поднесущих вл етс ненулевой. Здесь показаны 4096
поднесущих 2402. На фиг.25 показан TDM пилот-сигнал 1 периодической формы во
временной области согласно одному варианту изобретени с периодичностью 128 выборок
и 36 периодами. Здесь показано 128 выборок 2502. На фиг.26 показан TDM пилот-сигнал 2
в частотной области согласно одному варианту изобретени . Кажда четверта поднесуща вл етс ненулевой. Здесь показаны 4096 поднесущих 2602. На фиг.27
показан TDM пилот-сигнал-2 периодической формы во временной области согласно одному
варианту изобретени с периодичностью 1024 выборки и четырьм периодами. Здесь
показано 512 выборок 2702 и 1024 выборки 2704.
Описанные здесь способы синхронизации могут быть реализованы различными пут ми.
Например, эти способы могут быть реализованы аппаратными средствами, программными
средствами или их комбинацией. При аппаратной реализации блоки обработки на базовой
станции, используемые дл поддержки синхронизации (например, процессор 120 TX
данных и пилот-сигнала) могут быть реализованы в одной или нескольких прикладных
специализированных интегральных схемах (ASIC), цифровых процессорах сигналов (DSP),
устройствах дл обработки цифровых сигналов (DSPD), программируемых логических
устройствах (PLD), вентильных матрицах, программируемых пользователем (FPGA),
процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных
блоках, предназначенных дл выполнени вышеописанных функций, или их комбинации.
Блоки обработки в беспроводном устройстве, используемые дл выполнени синхронизации (например, блок 180 синхронизации и оценки канала), также могут быть
реализованы в одной или нескольких ASIC, DSP и т.д.
При программной реализации способы синхронизации могут быть реализованы в
комбинации с программными модул ми (например, подпрограммы, программы,
компоненты, процедуры, функции, структуры данных, схемы, ...), которые выполн ют
различные вышеописанные функции. Программные коды могут хранитьс в блоке пам ти
(например, блок 1392 пам ти на фиг.13) и выполн тьс процессором (например,
контроллером 190). Блок пам ти может быть реализован в процессоре или вне процессора.
Кроме того, специалистам в данной области техники очевидно, что предложенные в
изобретении способы можно реализовать на практике с помощью других конфигураций
компьютерной системы, в том числе, с помощью однопроцессорных или
многопроцессорных компьютерных систем, мини-ЭВМ, универсальных компьютеров, а
Страница: 29
RU 2 335 853 C2
5
10
15
также персональных компьютеров, карманных вычислительных устройств, бытовых
электронных устройств на базе микропроцессоров или программируемых бытовых
электронных устройств и т.п.
Используема здесь схема OFDM может включать в себ архитектуру множественного
доступа с ортогональным частотным разделением каналов, где множество пользователей
совместно используют каналы OFDM.
Вышеприведенное описание включает в себ примеры различных аспектов и вариантов
осуществлени изобретени . Конечно, невозможно описать каждую возможную
комбинацию компонент или методик. Специалисты в данной области техники без труда
предложат различные модификации дл этих вариантов, а определенные здесь базовые
принципы могут быть применены в других вариантах в рамках существа или объема
вышеупом нутых вариантов. Таким образом, здесь не предполагаетс , что раскрытые
варианты осуществлени изобретени ограничиваютс только теми аспектами и
вариантами, которые здесь были показаны и описаны, а подразумеваетс , что они
соответствует самой широкой сфере, согласующейс с раскрытыми здесь принципами,
новыми признаками и способами. Кроме того, подразумеваетс , что используемый в
подробном описании или формуле изобретени термин "включает в себ ", вл етс инклюзивным, аналогичным термину "содержащий", в то врем как термин "содержащий"
трактуетс в качестве переходного слова при его использовании в формуле изобретени .
20
25
30
35
40
45
50
Формула изобретени 1. Способ оценки тайминга, заключающийс в том, что принимают поток входных
сигналов, по меньшей мере некоторые из которых св заны с пилот-символом,
формируют выходные сигналы коррел ции, формирующие коррел ционную кривую, из
упом нуты?? сигналов и их задержанных копий,
обнаруживают потенциальный передний фронт коррел ционной кривой из выходных
сигналов коррел ции,
обновл ют аккумул тор частоты системы автоматической подстройки частоты (FLL) в
ответ на обнаружение потенциального переднего фронта коррел ционной кривой,
обнаруживают задний фронт упом нутой кривой из выходных сигналов коррел ции,
сохран ют информацию о тайминге, основанную на времени обнаружени заднего
фронта, и
выполн ют точный тайминг в ответ на обнаружение заднего фронта, причем точный
тайминг выполн ют на основании второго пилот-символа и сохраненной информации о
тайминге.
2. Способ по п.1, в котором символы беспроводной передачи вл ютс символами
OFDM.
3. Способ по п.1, в котором пилот-символ вл етс пилот-символом TDM.
4. Способ по п.1, в котором дополнительно декодируют символ служебной информации
(OIS) и N символов данных.
5. Система оценки тайминга, содержаща средство дл приема потока сигналов, по меньшей мере часть которых св зана с
первым пилот-символом;
средство дл формировани выходных сигналов коррел ции, формирующих
коррел ционную кривую, из упом нутых сигналов и их задержанных копий,
средство дл обнаружени потенциального переднего фронта коррел ционной кривой из
выходных сигналов коррел ции,
средство дл обновлени аккумул тора частоты системы автоматической подстройки
частоты (FLL) в ответ на обнаружение потенциального переднего фронта коррел ционной
кривой, средство дл обнаружени заднего фронта упом нутой кривой из выходных
сигналов коррел ции,
средство дл сохранени информации о тайминге, основанной на времени обнаружени заднего фронта, и
Страница: 30
CL
RU 2 335 853 C2
средство дл выполнени точного тайминга в ответ на обнаружение заднего фронта,
причем точный тайминг выполн ют на основании второго пилот-символа и сохраненной
информации о тайминге.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 31
RU 2 335 853 C2
Страница: 32
DR
RU 2 335 853 C2
Страница: 33
RU 2 335 853 C2
Страница: 34
RU 2 335 853 C2
Страница: 35
RU 2 335 853 C2
Страница: 36
RU 2 335 853 C2
Страница: 37
RU 2 335 853 C2
Страница: 38
RU 2 335 853 C2
Страница: 39
RU 2 335 853 C2
Страница: 40
RU 2 335 853 C2
Страница: 41
RU 2 335 853 C2
Страница: 42
RU 2 335 853 C2
Страница: 43
RU 2 335 853 C2
Страница: 44
RU 2 335 853 C2
Страница: 45
RU 2 335 853 C2
Страница: 46
?бразованный символ дл TDM пилот-сигнала 2 содержит S2 идентичных
последовательностей пилот-сигнала 2, причем кажда последовательность пилот-сигнала
2 содержит L2 выборок во временной области. Циклический префикс дл TDM пилотсигнала 2 состоит из С самых правых выборок преобразованного символа, причем этот
префикс вставл етс перед преобразованным символом. Например, если N=
4096, L2=2048, S2=2, а С=512, то тогда пилот-символ 2 OFDM будет содержать две полные
последовательности пилот-сигнала 2, причем кажда последовательность пилот-сигнала 2
содержит 2048 выборок во временной области. Циклический префикс дл TDM пилотсигнала 2 будет содержать только часть последовательности пилот-сигнала 2.
На фиг.19 показана блок-схема варианта блока 1380 синхронизации и оценки канала в
беспроводном устройстве 1350 (фиг.13). В блоке 1380 детектор 100 кадра (подробно
описанный выше) принимает входные выборки от блока 1354 приемника, обрабатывает
входные выборки дл обнаружени начала каждого кадра и обеспечивает тайминг дл Страница: 21
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
кадра. Детектор 1920 тайминга символа принимает входные выборки и тайминг кадра,
обрабатывает входные выборки дл обнаружени начала прин тых символов OFDM и
обеспечивает тайминг дл символа. Блок 1912 оценки ошибки по частоте оценивает
ошибку по частоте в прин тых символах. Блок 1930 оценки канала принимает выходной
сигнал из детектора 1920 тайминга дл символа и получает оценку канала.
Как было более подробно описано на фиг.1, детектор 100 кадра выполн ет
синхронизацию кадра путем обнаружени , например, TDM пилот-сигнала 1 во входных
выборках от блока 1354 приемника. Дл простоты в данном подробном описании
предполагаетс , что канал св зи вл етс каналом с аддитивным белым гауссовым шумом
(AWGN). Входна выборка дл каждого периода дискретизации может быть выражена в
виде:
rn=xn+wn, Уравнение (2)
где n - индекс периода дискретизации;
xn - выборка во временной области, посланна базовой станцией в периоде n
дискретизации;
rn - входна выборка, полученна беспроводным устройством в периоде n
дискретизации; и
wn - шум дл периода n дискретизации.
Блок 1912 оценки ошибки по частоте оценивает ошибку по частоте в прин том пилотсимволе 1 OFDM. Источниками этой ошибки по частоте могут быть, например, различие в
частоте генераторов на базовой станции и в беспроводном устройстве, доплеровский
сдвиг и т.д. Блок 1912 оценки ошибки по частоте может сформировать оценку ошибки по
частоте дл каждой последовательности пилот-сигнала 1 (кроме последней
последовательности пилот-сигнала 1) следующим образом:
25
где
30
35
- i- входна выборка дл -й последовательности пилот-сигнала 1;
Arg(x) - арктангенс отношени мнимой компоненты x к действительной компоненте x,
или Arg(x)=arctan[Im(x)/Re(x)];
GD - коэффициент усилени детектора, где
и
- оценка ошибки по частоте дл -й последовательности пилот-сигнала 1.
Диапазон обнаруживаемых ошибок по частоте может быть задан в виде
40
45
50
где fsamp - частота входных выборок. Уравнение (2) показывает, что диапазон
обнаруживаемых ошибок по частоте зависит от и св зан обратным соотношением с длиной
последовательности пилот-сигнала 1. Блок 1912 оценки ошибки по частоте также можно
реализовать в компоненте 100 детектора кадра, в частности, с помощью компоненты 110
коррел тора с задержкой, поскольку аккумулированные результаты коррел ции также
доступны от сумматора 524.
Оценки ошибки по частоте можно использовать различным образом. Например, оценку
ошибки по частоте дл каждой последовательности пилот-сигнала 1 можно использовать
дл обновлени контура отслеживани частоты, который пытаетс исправить любую
обнаруженную ошибку по частоте в беспроводном устройстве. Контур отслеживани частоты может представл ть собой систему автоматической фазовой подстройки частоты
(PLL), котора может регулировать частоту сигнала несущей, используемого дл преобразовани с понижением частоты в беспроводном устройстве. Оценки ошибки по
частоте можно также усреднить, чтобы получить единую оценку ?f ошибки по частоте дл Страница: 22
RU 2 335 853 C2
5
пилот-символа 1 OFDM. Затем оценку ?f можно использовать дл исправлени ошибки по
частоте либо до, либо после N-точечного преобразовани DFT в демодул торе 160 OFDM.
Дл исправлени ошибки по частоте после преобразовани DFT, которое можно
использовать дл исправлени сдвига ?f частоты, вл ющегос целым числом, кратным
интервалу между субполосами, прин тые символы после N-точечного преобразовани DFT
дл могут быть сдвинуты на ?f субполос, а скорректированный по частоте символ
каждой примен емой субполосы k можно получить в виде
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 Дл исправлени ошибки по частоте перед преобразованием DFT входные выборки могут быть смещены по
фазе на величину оценки ?f ошибки по частоте, а затем может быть выполнено N-точечное
преобразование DFT выборки со смещенной фазой.
Обнаружение кадра и оценку ошибки по частоте также можно выполнить иным образом
на основе пилот-символа 1 OFDM. Например, обнаружить кадр можно, выполнив пр мую
коррел цию между входными выборками дл пилот-символа 1 OFDM с действительной
последовательностью пилот-сигнала 1, созданной на базовой станции. Пр ма коррел ци обеспечивает высокое результирующее значение коррел ции дл каждого сильного
сигнала (или многолучевого сигнала). Поскольку дл данной базовой станции можно
получить более одного многолучевого сигнала или пикового сигнала, беспроводное
устройство будет выполн ть постобработку обнаруженных пиковых сигналов дл получени информации о тайминге. Обнаружение кадра также может быть обеспечено
комбинированным использованием задержанной коррел ции и пр мой коррел ции.
На фиг.20 показана блок-схема варианта детектора 1920 тайминга дл символа, который
выполн ет временную синхронизацию на основе пилот-символа 2 OFDM. В детекторе 1920
тайминга дл символа буфер 2012 выборок принимает входные выборки от блока 1354
приемника и запоминает окно "выборок" из L2 входных выборок дл пилот-символа 2
OFDM. Начало окна выборок определ етс блоком 2010 на основе тайминга дл кадра от
детектора 100 кадра.
На фиг.21 показана временна диаграмма обработки дл пилот-символа 2 OFDM.
Детектор 100 кадра обеспечивает грубый тайминг дл символа (обозначен как TC) на
основе пилот-символа 1 OFDM. Пилот-символ 2 OFDM содержит S2 идентичных
последовательностей пилот-сигнала 2 длиной L2 (например, две последовательности
пилот-сигнала 2 длиной 2048, если N=4096 и L2=2048). Окно из L2 входных выборок
составл етс буфером 912 выборок дл пилот-символа 2 OFDM, начина с периода TW.
Начало окна выборок задерживаетс на начальный сдвиг OSinit от грубого тайминга дл символа, или TW=TC+OSinit. Начальный сдвиг не об зательно должен быть точным, причем
он выбираетс дл обеспечени сборки одной полной последовательности пилот-сигнала 2
в буфере 2012 выборок. Начальный сдвиг также можно выбрать таким образом, чтобы
обработка дл пилот-символа 2 OFDM могла быть закончена до поступлени следующего
символа OFDM, так что тайминг дл символа, полученный из пилот-символа 2 OFDM,
можно применить к упом нутому следующему символу OFDM.
Вновь обратимс к фиг.20, где блок 2014 DFT выполн ет L2-точечное преобразование
DFT дл L2 входных выборок, собранных буфером 2012 выборок, и обеспечивает L2
значений в частотной области дл L2 прин тых пилот-символов. Если начало окна выборок
не выровнено по отношению к началу пилот-символа 2 OFDM (то есть TW?TS), то тогда
импульсна характеристика канала циклически сдвигаетс , что означает циклический
возврат передней части импульсной характеристики канала. Блок 2016 демодул ции пилотсигнала устран ет модул цию в L2 прин тых пилот-символов, умножа прин тый пилотсимвол Rk дл каждой субполосы k пилот-сигнала на комплексно-сопр женное значение
известного пилот-символа Р ?k дл этой субполосы, или Rk?P *k. Блок 2016 также
устанавливает нулевые значени дл прин тых пилот-символов дл неиспользованных
субполос. Затем блок 2018 IDFT выполн ет L2-точечное преобразование IDFT с L2
демодулированными пилот-символами и обеспечивает L2 значений во временной области,
которые представл ют собой L2 элементов импульсной характеристики канала св зи между
Страница: 23
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
базовой станцией 1310 и беспроводным устройством 1350.
На фиг.21b показана L2-элементна импульсна характеристика канала из блока 2018
IDFT. Каждый из L2 элементов св зан с комплексным коэффициентом усилени канала при
данной задержке элемента. Импульсна характеристика канала может циклически
сдвигатьс , что означает возможность циклического возврата хвостовой части импульсной
характеристики канала и по вление ее на начальном участке выходного сигнала блока
2018 IDFT.
Обратимс вновь к фиг.20, где блок 2020 поиска тайминга дл символа может
определить тайминг дл символа путем поиска пикового значени энергии импульсной
характеристики канала. Пик энергии может быть обнаружен путем плавного перемещени окна "обнаружени " через импульсную характеристику канала, как показано на фиг.21b.
Размер окна обнаружени можно определить способом, описанным ниже. На каждой
начальной позиции окна вычисл етс энерги всех элементов, попавших в окно
обнаружени .
На фиг.21с показан график энергии элементов канала на различных начальных позици х
окна. Окно обнаружени циклически сдвигаетс вправо, так что, когда правый край окна
обнаружени достигает последнего элемента с индексом L2, окно циклически
возвращаетс к первому элементу с индексом 1. Таким образом, данные по энергии
собираютс дл одинакового количества канальных элементов дл каждой начальной
позиции окна.
Размер LW окна обнаружени может быть выбран на основе ожидаемого разброса
задержки в системе. Разброс задержки в беспроводном устройстве - это разница во
времени между компонентами, характеризующими самое раннее и самое позднее
поступление сигнала в беспроводном устройстве. Разброс задержки в системе - это
максимальный разброс задержки среди всех беспроводных устройств системы. Если
размер окна обнаружени больше или равен разбросу задержки системы, то тогда при
правильном выравнивании окно обнаружени захватит всю энергию импульсной
характеристики канала. Размер LW окна обнаружени также может быть задан равным не
более половины от L2 (или LW?L2/2), чтобы избежать неопределенности при обнаружении
начала импульсной характеристики канала. Начало импульсной характеристики канала
можно определить: (1) определив пиковую энергию из числа всех L2 начальных позиций
окна; и (2) идентифицировав самую правую начальную позицию окна с пиковой энергией,
если множество начальных позиций окна имеют одинаковую пиковую энергию. Энергии дл различных начальных позиций окна можно также усреднить или отфильтровать дл получени более точной оценки начала импульсной характеристики канала в канале с
шумом. В любом случае начало импульсной характеристики канала обозначаетс как TB,
а сдвиг между началом окна выборок и началом импульсной характеристики канала
составл ет TOS=TB-TW. Как только определено начало TB импульсной характеристики,
можно однозначно вычислить точный тайминг дл символа.
Обратимс к фиг.21а, где точный тайминг дл символа указывает начало прин того
символа OFDM. Точный тайминг TS дл символа можно использовать дл точного и
правильного размещени окна "DFT" дл каждого последовательно принимаемого символа
OFDM. Окно DFT указывает конкретные N входных выборок (из числа N+C входных
выборок) дл накоплени каждого принимаемого символа OFDM. Затем N входных выборок
в окне DFT преобразуют с помощью N-точечного преобразовани DFT, чтобы получить N
прин тых символов данных/пилот-символов дл прин того символа OFDM. Точное
размещение окна DFT дл каждого прин того символа OFDM необходимо дл того, чтобы
избежать: (1) межсимвольных помех (ISI) от предыдущего или следующего символа OFDM;
(2) ухудшени оценки канала (например, к ошибочной оценке канала может привести
неправильное размещение окна DFT); (3) ошибок в процессах обработки, которые
основаны на использовании циклического префикса (например, отслеживание частоты,
автоматическа регулировка усилени (AGC) и т.д.) и (4) других вредных последствий.
Пилот-символ 2 OFDM также можно использовать дл получени более точной оценки
Страница: 24
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
ошибки по частоте. Например, ошибку по частоте можно оценить, использу последовательности пилот-сигнала 2 и уравнение (3). В этом случае суммирование
выполн етс по L2 выборкам (вместо L1 выборок) дл последовательности пилот-сигнала 2.
Импульсную характеристику канала от блока 2018 IDFT также можно использовать дл получени оценки частотной характеристики дл канала св зи между базовой станцией
1310 и беспроводным устройством 1350. Блок 2022 принимает L2-элементную импульсную
характеристику канала, циклически сдвигает импульсную характеристику канала, так
чтобы начало импульсной характеристики канала имело индекс 1, вставл ет
соответствующее количество нулей после циклически сдвинутой характеристики канала и
обеспечивает N-элементную импульсную характеристику канала. Затем блок 2024 DFT
выполн ет N-точечное преобразование DFT N-элементной импульсной характеристики
канала и обеспечивает оценку частотной характеристики, котора содержит N комплексных
значений коэффициента усилени канала дл всех N субполос. Демодул тор 1360 OFDM
может использовать оценку частотной характеристики дл обнаружени прин тых
символов данных в последующих символах OFDM. Указанную оценку канала можно также
получить иным образом.
На фиг.22 показана схема передачи пилот-сигнала с комбинацией пилот-сигналов с
временным и частотным мультиплексированием (с TDM и FDM). Базова станци 1310
может передавать пилот-сигналы 1 и 2 с TDM в каждом суперкадре дл облегчени их
начального обнаружени беспроводными устройствами. Служебными дл TDM пилотсигналов вл ютс два символа OFDM, которые могут быть малы по сравнению с
размером суперкадра. Базова станци 1310 также может передавать пилот-сигнал с FDM
во всех, в большинстве или в некоторых оставшихс символах OFDM в каждом суперкадре.
Дл варианта, показанного на фиг.22, пилот-сигнал с FDM посылаетс в альтернативных
наборах субполос, так что пилот-символы посылаютс в одном наборе субполос в четных
периодах символа, а в другом наборе субполос в нечетных периодах символа. Каждый
набор содержит достаточное количество (Lfdm) субполос дл поддержки оценки канала и
возможного отслеживани частоты и времени беспроводными устройствами. Субполосы в
каждом наборе могут быть равномерно распределены по всем N субполосам и равно
отделены друг от друга с помощью Sfdm=N/Lfdm субполос. Кроме того, субполосы в одном
наборе могут быть разнесены или сдвинуты относительно субполос в другом наборе, так
что субполосы в двух наборах перемежаютс друг с другом. Например, если N=
4096, Lfdm=512, Sfdm=8, то субполосы в двух наборах могут быть разнесены на четыре
субполосы. В общем случае дл пилот-сигнала с FDM можно использовать любое
количество наборов субполос, причем каждый набор может содержать любое количество
субполос и любую из общего количества N субполос.
Беспроводное устройство может использовать пилот-сигналы 1 и 2 с TDM дл начальной синхронизации, например дл синхронизации кадра, оценки сдвига частоты и
получени точного тайминга дл символа (с целью правильного размещени окна DFT дл последовательных символов OFDM). Беспроводное устройство может выполн ть
начальную синхронизацию, например, при доступе к базовой станции в первый раз, при
приеме или запросе данных в первый раз или после длительного периода отсутстви активности, при первом включении питани и т.д.
Беспроводное устройство может выполн ть задержанную коррел цию
последовательностей пилот-сигнала 1 дл обнаружени наличи пилот-символа 1 OFDM и,
следовательно, начала суперкадра, как было описано выше. После этого беспроводное
устройство может использовать последовательности пилот-сигнала 1 дл оценки ошибки
по частоте в пилот-символе 1 OFDM и исправлени этой ошибки по частоте до приема
пилот-символа 2 OFDM. Пилот-символ 1 OFDM позвол ет получить оценку большей
ошибки по частоте и обеспечить более надежное размещение окна DFT дл следующего
символа OFDM (пилот-сигнала-2), чем стандартные способы, в которых используетс структура символов данных OFDM с циклическим префиксом. Таким образом, пилотсимвол 1 OFDM может обеспечить улучшенные рабочие характеристики дл наземного
Страница: 25
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
радиоканала с большим разбросом задержки многолучевого распространени .
Беспроводное устройство может использовать пилот-символ 2 OFDM дл получени точного тайминга дл символа с целью более точного размещени окна DFT дл последующих принимаемых символов OFDM. Беспроводное устройство может также
использовать пилот-символ 2 OFDM дл оценки канала и оценки ошибки по частоте. Пилотсимвол 2 OFDM позвол ет быстро и точно определить тайминг дл символа и правильно
разместить окно DFT.
Беспроводное устройство может использовать пилот-сигнал с FDM дл оценки канала и
отслеживани времени и возможно дл отслеживани частоты. Беспроводное устройство
может получить начальную оценку канала на основе пилот-символа 2 OFDM, как было
описано выше. Беспроводное устройство может использовать пилот-сигнал с FDM дл получени более точной оценки канала, в частности, если пилот-сигнал с FDM передаетс через суперкадр, как показано на фиг.11. Беспроводное устройство также может
использовать пилот-сигнал с FDM дл обновлени системы отслеживани частоты, котора может исправл ть ошибки по частоте в прин тых символах OFDM. Беспроводное
устройство может дополнительно использовать пилот-сигнал с FDM дл обновлени системы отслеживани времени, котора может учитывать дрейф временных
характеристик во входных выборках (например, из-за изменений импульсной
характеристики канала св зи).
На фиг.23 представлена блок-схема подробной процедуры начального обнаружени согласно одному варианту изобретени . Также здесь представлены частота тайминга дл символа OFDM.
Процедура начального обнаружени на основе первого пилот-символа с TDM содержит
три этапа. На первом этапе обнаруживаетс передний фронт коррел ционной кривой. В
одном варианте передний фронт может быть подтвержден путем определени плоского
участка и/или заднего фронта. В альтернативном варианте передний фронт не
подтверждаетс , а предполагаетс .
На шаге 2302 процесс находитс в состо нии ожидани установки
автоматической регулировки усилени (AGC). AGC регулирует входной сигнал,
обеспечива согласованную величину или уровень сигнала, так чтобы сигнал можно было
правильно обработать. На шаге 2304 инициализируетс аккумул тор частоты с системой
автоматической подстройки частоты (FLL) и инициализируетс счетчик серии с установкой
в нуль. Счетчик серии подсчитывает количество последовательных входных выборок.
На шаге 2306 квадрат величины выходного сигнала S коррел тора сравниваетс с
программируемым порогом T. В частности, на шаге 2306 процесс дл каждой новой
то тогда
входной выборки выполн ет задержанную коррел цию, и, если
выполн етс приращение значени счетчика серии, а в противном случае этот счетчик
повторно инициализируетс с установкой в нуль. Sn обозначает выходной сигнал
коррел тора дл выборки n.
На шаге 2308, если выходной сигнал коррел тора превышает порог дл 64
последовательных входных выборок согласно одному варианту изобретени , то тогда
алгоритм переходит ко второму этапу процесса обнаружени . В противном случае, процесс
переходит к блоку 2306. Таким образом, если определено, что на шаге 2308 не был
обнаружен действительный передний фронт, то процесс возвращаетс к шагу 2306. В
альтернативном варианте шаг 2308 не содержитс , поскольку передний фронт считаетс обнаруженным и не подтверждаетс .
На втором этапе, на шаге 2310 счетчики интервала, попаданий и серии
инициализируютс в нуль. На втором этапе выполн етс приращение значени счетчика
серии на единицу каждый раз, когда выходной сигнал коррел тора превышает порог.
Алгоритм возвращаетс в начальное состо ние после обнаружени того, что замеченный
передний фронт был ложным. Алгоритм остаетс на втором этапе в течение времени,
большего или равного заранее определенному периоду, или пока не будет замечен
соответствующий задний фронт коррел ционной кривой. Если выходной сигнал
Страница: 26
RU 2 335 853 C2
5
коррел тора остаетс ниже порогового значени в течение 768 последовательных входных
выборок, то алгоритм выходит из второго этапа. Когда алгоритм находитс на втором
этапе, осуществл етс захват начальной частоты. На втором этапе система FLL
обновл етс один раз за каждые 128 входных выборок.
На шаге 2312 дл каждой новой входной выборки выполн етс задержанна коррел ци , и выполн етс приращение значени счетчика интервала. Если
то тогда происходит приращение значени счетчика попаданий. Если
10
15
20
25
30
35
40
45
50
то
происходит приращение значени счетчика серии, в противном случае счетчик серии
повторно инициализируетс в нуль. Когда значение счетчика серии равно нулю, этот
момент времени сохран етс и используетс в качестве указател буфера. Система FLL
обновл етс , когда значение счетчика интервала меньше или равно 32Ч128, и значение
счетчика интервала по модулю 128 равно нулю.
На шаге 2314 выполн етс проверка, чтобы определить, выполн ютс ли неравенства
(значение счетчика серии ?128 и значение счетчика попаданий <400) или (значение
счетчика серии ?768 и значение счетчика попаданий ?400) или (значение счетчика
интервала ?34Ч128 и значение счетчика серии >0). Если это так, то процесс управлени переходит к шагу 2316. В противном случае, процесс управлени переходит к шагу 2312.
На шаге 2316 определ етс , больше или равно 2000 значение счетчика попаданий. Если
это так, то процесс обнаружени переходит к шагу 2318. Следует также понимать, что
это именно та точка, где может быть обновлена система автоматической подстройки
частоты на основе периодического использовани аккумул тора частоты, например, дл получени начального сдвига частоты. Если указанное условие не выполн етс , то
процесс управлени переходит к шагу 2304.
На шаге 2318 значение счетчика интервала повторно инициализируетс в нуль. Дл каждой новой входной выборки выполн етс задержанна коррел ци , и происходит
приращение значени счетчика интервала. Если (|Sn| 2<T), то происходит приращение
значени счетчика серии, в противном случае выполн етс повторна инициализаци счетчика серии в нуль. Момент времени, когда значение счетчика серии равно нулю,
сохран етс .
На шаге 2320 выполн етс проверка, чтобы определить, выполн етс ли условие:
значение счетчика интервала =8Ч128 или значение счетчика серии ?32. Если это условие
не выполн етс , то процесс управлени переходит к шагу 2318. Если выполн етс , то
процесс управлени переходит к шагу 2322. На шаге 2322 осуществл етс проверка, чтобы
определить, выполн етс ли неравенство: значение счетчика серии ?32. Если это
неравенство не выполн етс , то процесс управлени переходит к шагу 2304. Если
выполн етс , то процесс управлени переходит к шагу 2324.
На шаге 2324 объ вл етс об обнаружении, причем сохраненный момент соответствует
256-й выборке в следующем символе OFDM. На шаге 2326 система FLL переключаетс в
режим слежени . Точный тайминг получают, использу пилот-сигнал 2. На шаге 2328
декодируютс символ служебной информации (OIS) и N символов данных.
На шаге 2330 выполн етс проверка, чтобы определить, было ли успешным
декодирование OIS/данных. Если это не так, то процесс управлени переходит к шагу
2304, если это так, то процесс захвата завершаетс .
На шаге 2320 может быть обнаружен задний фронт, если он не был замечен ранее.
Здесь это происходит как раз перед первоначальным падением заднего фронта, причем
этот момент может быть сохранен с целью использовани в дальнейшем дл точного
тайминга. Если на шаге 2322 задний фронт не обнаружен и он не был обнаружен ранее, то
способ возвращаетс к шагу 2304. Если задний фронт был обнаружен, то начальное грубое
обнаружение завершилось. Процедура продолжаетс на шаге 2326, где система
автоматической подстройки частоты переключаетс в режим слежени . Точный тайминг
получают, использу второй TDM пилот-символ и информацию, обеспеченную предыдущей
грубой оценкой. В частности, сохраненный момент времени (Tc) может соответствовать
Страница: 27
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
конкретному сдвигу выборки во втором пилот-символе. Согласно одному варианту
изобретени сохраненна выборка времени может соответствовать 256-й выборке во
втором пилот-символе. Затем можно использовать специальные алгоритмы дл улучшени оценки тайминга, как описано ниже. После завершени получени точного тайминга может
быть извлечен один или несколько символов данных и на шаге 2328 может быть
предприн та попытка декодировать указанные символы. Если на шаге 2330 вы сн етс ,
что декодирование было успешным, то процесс завершаетс . Однако в случае, если
процесс не был успешным, то согласно методике происходит возврат к шагу 2304.
Третий этап предназначен дл обнаружени заднего фронта, если он не был уже
замечен на втором этапе. На третьем этапе, если выходной сигнал коррел тора остаетс ниже порогового значени дл как минимум 32 последовательных входных выборки и
значение счетчика попаданий в течение второго этапа превысило другой программируемый
порог, то тогда объ вл етс об обнаружении TDM пилот-сигнала 1 и начальный захват
частоты считаетс завершенным. Оценка начального момента символа OFDM базируетс на заднем фронте. За момент времени, когда выходной сигнал коррел тора первый раз за
врем поиска заднего фронта находитс ниже порога, принимаетс 256- выборка
следующего символа OFDM (TDM пилот-сигнал 2). Если обнаружено, что значение
счетчика попаданий ниже программируемого порога или соответствующий задний фронт во
врем периода ожидани , соответствующего 1024 входным выборкам, на третьем этапе не
наблюдаетс , то алгоритм устанавливает счетчики и аккумул тор частоты с FLL в
начальное состо ние и возвращаетс к первому этапу, на котором выполн етс поиск
другого переднего фронта.
После успешного определени TDM пилот-символа 1 пилот-символ 2 используют дл получени точного тайминга дл символа OFDM. После этого предпринимаетс попытка
декодировать символы OIS и N последовательных символов OFDM данных. Контур AFC
работает в режиме слежени после первого TDM пилот-сигнала. Если не удалось
декодировать символ OIS и OFDM данных, то считаетс , что контур AFC не смог
обеспечить сходимость, и весь процесс захвата повтор етс во врем следующего кадра.
В подробном варианте структура кадра включает в себ два TDM пилот-символа дл получени начальной синхронизации по времени, частоте и кадру. Известно, что TDM
пилот-символы предназначены дл начального захвата. Пилот-символы наход тс в
начале каждого суперкадра перед полем сигнала OIS.
Первый TDM пилот-символ имеет 125 ненулевых поднесущих в частотной области. Эти
ненулевые поднесущие отделены друг от друга равными интервалами. Кажда пара
последовательных ненулевых поднесущих разделена 31 нулевыми поднесущими. Первой
ненулевой поднесущей присваиваетс частотный индекс 16. Дл двоичной модул ции
ненулевых поднесущих используетс PN последовательность длиной 125. Така структура
в частотной области приводит к периодической последовательности во временной области
с периодичностью, равной 128 выборкам. Таким образом, первый пилот-символ во
временной области имеет 36 реплик (включа циклический префикс) последовательности
длиной 128. Така структура пилот-сигнала не только упрощает реализацию, но также
хорошо подходит дл оценки частоты и обнаружени границы кадра в сложном канале с
многолучевым распространением.
Хот первый пилот-сигнал может обеспечить достаточно точную оценку частоты в
сложном канале с многолучевым распространением, он не может обеспечить точный
тайминг дл символа OFDM в указанном канале, а может обеспечить лишь грубый тайминг
дл символа OFDM нар ду с границей кадра. Второй пилот-символ введен дл получени точного тайминга дл символа OFDM. Его структура выбрана с целью совместного
использовани тех же аппаратных ресурсов, что предназначены дл отслеживани временных параметров символа. Напомним, что при отслеживании временных параметров
символа используетс 1000 поднесущих FDM пилот-сигнала на двух соседних символах
OFDM. Второй TDM пилот-символ имеет 1000 ненулевых поднесущих в частотной области
в местах, соответствующих разнесенным местам FDM пилот-сигнала в двух соседних
Страница: 28
RU 2 335 853 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
символах OFDM данных. Поднесущие пилот-сигнала отделены друг от друга одинаковыми
интервалами, причем кажда пара ненулевых поднесущих разделена трем нулевыми
поднесущими. Первой поднесущей пилот-сигнала присваиваетс частотный индекс 48. Дл двоичной модул ции поднесущих пилот-сигнала используетс PN последовательность
длиной 1000. Указанна структура в частотной области приводит к периодической
последовательности во временной области с периодичностью, равной 1024 выборкам.
Таким образом, второй пилот-символ во временной области имеет 4 реплики (включа циклический префикс) последовательности длиной 1024. Эта структура многократно
использует те же аппаратные средства, которые используютс дл отслеживани временных параметров символа, и обеспечивает получение точного тайминга дл символа
во втором пилот-символе.
Необходимо получить начальный сдвиг частоты с показателем неопределенности 2 при
чувствительности усилени генератора VCXO. Вдобавок, предполагаетс , что посто нна времени широтно-импульсной модул ции (PDM) составл ет 68 микросекунд.
Специалистам в данной области техники очевидно, что можно использовать другие
значени , отличные от указанных выше в подробном варианте осуществлени изобретени .
Согласно одному варианту изобретени структура кадра с TDM пилот-сигналами и
структура пилот-символов в частотной и временной област х показаны на фигурах с 24 по
27.
На фиг.24 показан TDM пилот-сигнал 1 в частотной области согласно одному варианту
изобретени . Кажда из 32 поднесущих вл етс ненулевой. Здесь показаны 4096
поднесущих 2402. На фиг.25 показан TDM пилот-сигнал 1 периодической формы во
временной области согласно одному варианту изобретени с периодичностью 128 выборок
и 36 периодами. Здесь показано 128 выборок 2502. На фиг.26 показан TDM пилот-сигнал 2
в частотной области согласно одному варианту изобретени . Кажда четверта поднесуща вл етс ненулевой. Здесь показаны 4096 поднесущих 2602. На фиг.27
показан TDM пилот-сигнал-2 периодической формы во временной области согласно одному
варианту изобретени с периодичностью 1024 выборки и четырьм периодами. Здесь
показано 512 выборок 2702 и 1024 выборки 2704.
Описанные здесь способы синхронизации могут быть реализованы различными пут ми.
Например, эти способы могут быть реализованы аппаратными средствами, программными
средствами или их комбинацией. При аппаратной реализации блоки обработки на базовой
станции, используемые дл поддержки синхронизации (например, процессор 120 TX
данных и пилот-сигнала) могут быть реализованы в одной или нескольких прикладных
специализированных интегральных схемах (ASIC), цифровых процессорах сигналов (DSP),
устройствах дл обработки цифровых сигналов (DSPD), программируемых логических
устройствах (PLD), вентильных матрицах, программируемых пользователем (FPGA),
процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных
блоках, предназначенных дл выполнени вышеописанных функций, или их комбинации.
Блоки обработки в беспроводном устройстве, используемые дл выполнени синхронизации (например, блок 180 синхронизации и оценки канала), также могут быть
реализованы в одной или нескольких ASIC, DSP и т.д.
При программной реализации способы синхронизации могут быть реализованы в
комбинации с программными модул ми (например, подпрограммы, программы,
компоненты, процедуры, функции, структуры данных, схемы, ...), которые выполн ют
различные вышеописанные функции. Программные коды могут хранитьс в блоке пам ти
(например, блок 1392 пам ти на фиг.13) и выполн тьс процессором (например,
контроллером 190). Блок пам ти может быть реализован в процессоре или вне процессора.
Кроме того, специалистам в данной области техники очевидно, что предложенные в
изобретении способы можно реализовать на практике с помощью других конфигураций
компьютерной системы, в том числе, с помощью однопроцессорных или
многопроцессорных компьютерных систем, мини-ЭВМ, универсальных компьютеров, а
Страница: 29
RU 2 335 853 C2
5
10
15
также персональных компьютеров, карманных вычислительных устройств, бытовых
электронных устройств на базе микропроцессоров или программируемых бытовых
электронных устройств и т.п.
Используема здесь схема OFDM может включать в себ архитектуру множественного
доступа с ортогональным частотным разделением каналов, где множество пользователей
совместно используют каналы OFDM.
Вышеприведенное описание включает в себ примеры различных аспектов и вариантов
осуществлени изобретени . Конечно, невозможно описать каждую возможную
комбинацию компонент или методик. Специалисты в данной области техники без труда
предложат различные модификации дл этих вариантов, а определенные здесь базовые
принципы могут быть применены в других вариантах в рамках существа или объема
вышеупом нутых вариантов. Таким образом, здесь не предполагаетс , что раскрытые
варианты осуществлени изобретени ограничиваютс только теми аспектами и
вариантами, которые здесь были показаны и описаны, а подразумеваетс , что они
соответствует самой широкой сфере, согласующейс с раскрытыми здесь принципами,
новыми признаками и способами. Кроме того, подразумеваетс , что используемый в
подробном описании или формуле изобретени термин "включает в себ ", вл етс инклюзивным, аналогичным термину "содержащий", в то врем как термин "содержащий"
трактуетс в качестве переходного слова при его использовании в формуле изобретени .
20
25
30
35
40
45
50
Формула изобретени 1. Способ оценки тайминга, заключающийс в том, что принимают поток входных
сигналов, по меньшей мере некоторые из которых св заны с пилот-символом,
формируют выходные сигналы коррел ции, формирующие коррел ционную кривую, из
упом нуты?
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
1 252 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа