專利名稱：在數字視頻廣播中利用時間域擴頻信標進行同步的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在數字視頻廣播中利用時間域擴頻信標進行同步的方法。
背景技術：
在當前的DVB-T(歐洲數字廣播系統(tǒng))標準中，沒有專門用于同步的訓練序列。系統(tǒng)的初始時間和頻率捕獲通常是利用OFDM(正交頻分多路復用)數據符號與循環(huán)前綴的重復特性獲得的。這種同步機制的時間和頻率的估計精度較差，同步時間長.盡管同步速度慢在用戶開機時或許可以接受，但如果用較長的時間進行重新同步，將會影響用戶的滿意程度。例如，當移動接收者在深度衰落區(qū)域失去同步，并在離開衰落區(qū)后試圖重新建立連接時，用戶將會感受到較長的中斷期。而且，在廣播中增加交互性和數據業(yè)務的趨勢，需要更快、更準確的同步以適應突發(fā)通信。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于在數字視頻廣播中利用時間域擴頻信標進行更快、更準確的同步以適應突發(fā)通信。本發(fā)明的新穎之處在于在信號幀結構中周期性地插入特定的時間域擴頻信標，該信標不僅被用于時間和頻率同步，而且提供了對接收機硬件非理想特性的補償機制(如射頻單元的I/Q不平衡)，并可攜帶一些關鍵的系統(tǒng)參數(如FFT(快速富立葉變換)塊長度和保護間隔長度)。
本發(fā)明在數字視頻廣播中利用時間域擴頻信標進行同步，具體內容包括，在幀結構中定期插入時間域擴頻信標以進行同步；時間域擴頻信標包括長同步和短同步符號，分別用于同步的快速捕獲和精細估計；通過自相關的峰搜索確定符號時間和頻率偏移的分數部分，而后由相應的解擴運算確定頻率偏移的整數部分；將FFT塊長度和保護間隔設置等關鍵的系統(tǒng)參數編碼在短同步符號中以支持不同的系統(tǒng)工作模式；采用判決反饋方法，使得短同步符號即能攜帶系統(tǒng)參數，又能作為精細同步的訓練序列；利用短同步符號對殘余頻偏、I/Q不平衡和其它硬件非理想特性進行精細估計和補償；在某些特定的短同步符號中增加一定的旋轉，使得相應的補償算法在任意初始頻偏下均能保持一致的性能；利用擴頻信標的PAP(峰平比)低于OFDM數據信號的特性，增強了擴頻信標的發(fā)送功率以提高同步的魯棒性。


圖1是采用了本發(fā)明時間域擴頻信標的幀結構的一個實施例。
圖2是本發(fā)明中擴頻信標結構的一種可能的實施例。
圖3是采用了本發(fā)明信標結構的一種可能的接收機實現結構。
具體實施例方式
圖1描述了本發(fā)明中擴頻信標結構的一個實施例以及相應的信號幀結構。
這里的擴頻信標包括長同步和短同步符號長同步由兩個相同的擴頻序列組成，專門用于快速的時間和頻率捕獲；短同步包含幾個擴頻符號，攜帶了某些關鍵的系統(tǒng)參數，并用于精細估計殘余頻偏和補償硬件的非理想特性。
為了在接收機中實現快速同步，時間和頻率的捕獲是其它所有操作的前提，應具有最高的魯棒性(robustness)。為此，本發(fā)明中的長同步設計具有以下特點1.與短同步相比，長同步具有較高的擴頻增益，以保證高魯棒性2.長同步包含兩個相同的符號，通過自相關的峰搜索來定位符號時間，并確定頻率偏移的分數部分。優(yōu)點如下a 時間捕獲與初始頻偏估計分離，這樣避免了復雜的頻率和時間的二維搜索；b增強了抗多徑效應的能力；c與匹配濾波器的實現方法相比，使用窗口滑動來計算自相關降低了計算復雜度。
3.在補償了已確定的頻率偏移的分數部分后，搜索使解擴輸出最大的整數頻率，以確定頻率偏移中的整數部分。優(yōu)點如下
d與美國專利5732113申報的方法相比，在確定頻偏整數部分上節(jié)省了一個符號；e由于符號時間已經確定，搜索只需要在幾個整數點上進行，因此只需要代價較小的一維搜索。
為適應各種地面?zhèn)鬏敪h(huán)境和不同的數字廣播網絡規(guī)模，并在頻譜效率、系統(tǒng)魯棒性(如抗多徑和相位噪聲能力)和計算復雜度之間取得最佳平衡，DVB標準規(guī)定了不同的系統(tǒng)工作模式及相應參數(如FFT塊長度和保護間隔長度)。為支持不同的工作模式，在計算FFT以解調數據信號之前，必須確定這些參數。然而，在目前的DVB標準中，這些參數被編碼在TPS(傳送參數信令)中，在FFT計算之前不可能被提取。為解決這一問題，本發(fā)明將這些重要的系統(tǒng)參數編碼在短同步符號中，使得它們可以在FFT之前被解調；而且，采用了較高的擴頻增益和較強的編碼來保證這些參數的正確接收。
在信息位被正確地解調、解碼和通過CRC校驗后，本發(fā)明采用了判決反饋的方法，使得短同步符號可以同時作為其它目的的訓練序列。
在DVB-T系統(tǒng)中，為支持高質量的節(jié)目(如HDTV)，應支持高階調制方式(如64QAM)，這意味著硬件的非理想特性應得到相應的補償。例如，正交下變頻中常見的I/Q不平衡問題。而且，為了增強系統(tǒng)抗長回音的能力，需要采用較大的FFT塊(如8K)，以保持較高的頻譜效率。這導致了非常窄的子載波間距，相應地對接收機載波同步提出了非常嚴格的要求。為此，需要采用許多復雜的信號處理技術來準確地估計頻率偏移、I/Q不平衡和其它的硬件非理想特性。本發(fā)明中的短同步符號作為訓練序列使得這些信號處理成為可能。
由于與OFDM數據信號相比，擴頻序列具有較低的PAP，因而可以在不增加發(fā)射機硬件開銷的情況下增強信標的發(fā)射功率(如6 dB)，以改善同步和估計的性能。
信標實施例圖2是本發(fā)明信標結構的一種可能的實施例。如圖2所示，在該信標結構中，前面是2個長符號L1和L2，后面跟著8個短同步符號S1到S8。
在本實施例中，長擴頻序列和短擴頻序列分別采用長度為255和長度為63的M-序列(長擴頻序列的生成多項式為x8+x4+x3+x2+1，記作CDMA L；短擴頻序列的生成多項式為x6+x+1，記作CDMA s)。
兩個長同步符號L1和L2的長度相同，即，L1＝L2＝CDMA_L短同步符號S1到S8攜帶4比特系統(tǒng)參數信息，并通過(8，4)擴展Haming碼保護。因此，短同步符號可表示為，Sm＝Dm·CDMA_S，m＝1，2，……8其中，Dm為數據調制。需要特別指出的是，所有的偶數符號被附以π/4的相移，以保證I/Q不平衡的補償算法在任意的初始頻偏下均能保持一致的性能。
實施中所有的GIs(保護間隔)均采用CP(循環(huán)前綴)，長度為16采樣點。
采用本發(fā)明擴頻信標的接收機實施例結構圖3是采用本發(fā)明擴頻信標的接收機的一種可能的實施例結構。使用本信標結構相應的同步和估計算法說明如下步驟1計算輸入的數據流的自相關。定義接收信號的自相關如下P(τ)=Σm=1255x*(m+τ)·x(m+τ+255)]]>其中X(m)為接收信號取樣。符號定時通過搜索自相關的峰值位置確定；頻率粗估計的分數部分(相對于長符號周期歸一化)由自相關峰值的相位決定。
τtiming=argmaxτ|p(τ)|2]]>Δffractional＝angle(p(τ))/πTL)
其中，TL是一個長符號周期。
步驟2在頻率偏移的分數部分得到補償后，x′(m)=x(m)·ej2πmΔffractional,]]>在一定的范圍內做頻率掃描(以1/TL為步長)并解擴。頻率偏移整數部分的粗估計對應于最高解擴輸出的頻率位置。
Δfinteger=1TL·argmaxn|Σm=1255CDMA_L·x′(m)ej2πmn/TL|2]]>步驟3頻率粗同步完成后，短同步符號所攜帶的系統(tǒng)參數信息可通過相應的解擴和解碼得到。
步驟4利用判決反饋的方法去除短同步序列中的數據調制，使得短同步序列可以作為后續(xù)精細估計的訓練序列。
步驟5利用短同步符號作為訓練序列進行精細殘余頻偏的估計和I/Q不平衡估計。
本發(fā)明在數據流中周期性地插入時間域擴頻信標，具有如下優(yōu)點，使得它與現有的DVB-T標準相比更適合數字視頻廣播。
1.通過使用兩個或幾個長同步符號，使得初始時間/頻率捕獲快速、可靠并且易于實現。
2.在短同步符號中攜帶關鍵的系統(tǒng)參數信息，使得系統(tǒng)能更加方便地支持不同的工作模式。
3.在短同步符號中使用判決反饋的方法使得短同步符號即能攜帶信息又能充當訓練序列，降低了系統(tǒng)開銷。
4.短同步符號的特殊設計以用于精細估計殘余頻偏、I/Q不平衡和補償其它的硬件非理想特性。
5.增強的信標發(fā)射功率使得同步可靠，估計精度高。
權利要求
1.一種在數字視頻廣播中利用時間域擴頻信標進行同步的方法，其中，在幀結構中定期插入時間域擴頻信標以進行同步；時間域擴頻信標包括長同步和短同步符號，分別用于同步的快速捕獲和精細估計；通過自相關的峰搜索確定符號時間和頻率偏移的分數部分，而后由相應的解擴運算確定頻率偏移的整數部分；將FFT塊長度和保護間隔設置等關鍵的系統(tǒng)參數編碼在短同步符號中以支持不同的系統(tǒng)工作模式；采用判決反饋方法，使得短同步符號即能攜帶系統(tǒng)參數，又能作為精細同步的訓練序列；利用短同步符號對殘余頻偏、I/Q不平衡和其它硬件非理想特性進行精細估計和補償；在某些特定的短同步符號中增加一定的旋轉，使得相應的補償算法在任意初始頻偏下均能保持一致的性能；利用擴頻信標的PAP(峰平比)低于OFDM數據信號的特性，增強了擴頻信標的發(fā)送功率以提高同步的魯棒性。
2.根據權利要求1的數字視頻廣播中利用時間域擴頻信標進行同步的方法，其中，使用本信標結構相應的同步和估計算法的步驟如下步驟1計算輸入的數據流的自相關。定義接收信號的自相關如下P(τ)=Σm=1255x*(m+τ)·x(m+τ+255)]]>其中X(m)為接收信號取樣。符號定時通過搜索自相關的峰值位置確定；頻率粗估計的分數部分(相對于長符號周期歸一化)由自相關峰值的相位決定。τtiming=argmaxτ|p(τ)|2]]>Δffractional＝angle(p(τ))/(πTL)其中，TL是一個長符號周期。步驟2在頻率偏移的分數部分得到補償后，x′(m)=x(m)·ej2πmΔffractional,]]>在一定的范圍內做頻率掃描(以1/TL為步長)并解擴。頻率偏移整數部分的粗估計對應于最高解擴輸出的頻率位置。Δfinteger=1TL·argmaxn|Σm=1255CDMA_L·x′(m)ej2πmn/TL|2]]>步驟3頻率粗同步完成后，短同步符號所攜帶的系統(tǒng)參數信息可通過相應的解擴和解碼得到。步驟4利用判決反饋的方法去除短同步序列中的數據調制，使得短同步序列可以作為后續(xù)精細估計的訓練序列。步驟5利用短同步符號作為訓練序列進行精細殘余頻偏的估計和I/Q不平衡估計。
全文摘要
一種在數字視頻廣播中利用時間域擴頻信標進行快速和可靠同步的方法，該信標包括長同步和短同步符號長同步符號用于快速的時間和頻率捕獲，短同步符號用于殘余頻偏、I/Q不平衡及其它硬件非理想特性的精細估計。一些重要的系統(tǒng)參數，如FFT塊長度和保護間隔長度，被編碼在短同步符號中以支持不同的系統(tǒng)工作模式。信標傳送功率比通常的OFDM數據傳送增強了6分貝以增加同步的魯棒性。
文檔編號H04N5/04GK1516460SQ03100300
公開日2004年7月28日 申請日期2003年1月9日 優(yōu)先權日2003年1月9日
發(fā)明者邢觀斌, 沈漫源, 劉輝, 王聯(lián), 楊慶華 申請人:北京泰美世紀科技有限公司