多載波系統(tǒng)中的頻域符號同步和幀同步的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于多載波通信系統(tǒng)的頻域符號同步和幀同步的方法和系統(tǒng)。接收信號(104)被采樣(108)并轉換成和所述多載波通信信號內的子載波相關聯的頻率成分(304)。通過執(zhí)行接收信號的頻率成分和頻域同步符號之間的相關，符號同步(306)在頻域中被執(zhí)行。在符號同步之后，在頻域中，幀同步相關也在接收信號的頻率成分和頻域同步符號之間被執(zhí)行。所公開的實施例特別是對電力線通信(PLC)系統(tǒng)和/或其它惡劣噪音通信環(huán)境的多載波接收信號中的符號同步和幀同步有用。
【專利說明】多載波系統(tǒng)中的頻域符號同步和幀同步

【技術領域】
[0001]本發(fā)明的【技術領域】涉及關于多載波通信的接收信號內的幀的符號同步和幀同步。

【背景技術】
[0002]在多載波系統(tǒng)中，數據在多個子載波上被傳輸并且在多載波系統(tǒng)的接收器處被收集。OFDM(正交頻分多路復用)符號被一些多載波系統(tǒng)使用，其中在該多載波系統(tǒng)中，傳輸數據在許多緊密相間的正交子載波上被調制。進一步，一些多載波系統(tǒng)利用標準的傳輸協議以便于接收符號的檢測和同步。例如，預先確定的前同步碼(preamble)可以被用于關于數據傳輸來允許接收器執(zhí)行信號同步和幀同步兩者以確定開始解調傳輸信號的參考點。例如現代電力線通信(PLC)系統(tǒng)，利用參考前同步碼和OFDM信號在傳送器和接收器之間的電力線上進行多載波通信。
[0003]符號同步通常被接收器所需要以及時了解數據在傳輸介質上是可用的精確瞬間。對于現有接收器中的符號同步，接收符號的時域相關通常針對參考符號被執(zhí)行，例如，在PLC系統(tǒng)的G3-PLC標準的前同步碼內的P符號(SYNCP)。然而，在出現干擾信號的情況下，例如，在PLC信道的音干擾的情況下，符號同步性能可以被顯著降低。特別是，脈沖噪聲和窄帶干擾會導致PLC接收器的欠佳的符號同步性能。此外，PLC信道通常包括音干擾，并有超過了人們在其它通信環(huán)境，例如，UART(通用異步收發(fā)器)、USB(通用串行總線)和其它串行總線以及RF(射頻)通信系統(tǒng)中看到的顯著信道和感應噪聲水平。因此，PLC信號代表了對于PLC接收器中的符號同步的特別惡劣環(huán)境。
[0004]除了符號同步，幀同步通常被接收器所需要以解調從通過傳輸介質的多載波信號接收的調制數據。一些多載波通信系統(tǒng)利用了參考前同步碼內的一個或多個獨特符號以用于幀同步，例如，在PLC系統(tǒng)的G3-PLC標準的前同步碼內的SYNCM符號。在現有接收器系統(tǒng)中，幀同步通常使用時域相關被執(zhí)行。然而，時域相關在幀同步符號(例如，SYNCM符號)被通信信道內的噪聲或窄帶干擾顯著惡化的情況下，并沒有提供幀同步的精確結果。此外，這樣的噪聲和窄帶干擾是PLC信道的共同特點，從而當噪聲惡化了幀同步符號的時候，使得幀同步困難或無法實現。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]注意附圖僅說明了示例實施例，并且不被認為限定了本發(fā)明的范圍。附圖中的元素為了簡便以及清晰而示出，而且不一定按比例繪制。
[0006]圖1是包括了頻域符號同步和幀同步的接收器系統(tǒng)的示例實施例的方塊圖。
[0007]圖2是包括了如在G3-PLC系統(tǒng)中使用的參考符號的多載波的示例實施例的信號圖。
[0008]圖3是使用頻域符號同步和幀同步塊處理多載波輸入信號的示例實施例的方塊圖。
[0009]圖4是使用頻域符號同步和幀同步處理多載波輸入信號的示例實施例的信號處理圖。
[0010]圖5是使用頻域符號同步和幀同步處理多載波輸入信號的示例實施例的工藝流程圖。
[0011]圖6是處理多載波輸入信號的頻域符號同步塊的示例實施例的詳細方塊圖。
[0012]圖7是處理多載波輸入信號的頻域幀同步塊的示例實施例的詳細方塊圖。
[0013]圖8是比較使用和不使用頻域符號同步和幀同步的結果的典型圖的示例實施例。

【具體實施方式】
[0014]公開了多載波通信系統(tǒng)的頻域符號同步和幀同步的方法和系統(tǒng)。接收信號被采樣并轉換成和所述多載波通信信號內的子載波相關聯的頻率成分。通過執(zhí)行所述接收信號的頻率成分和頻域同步符號之間的相關，符號同步在頻域中被執(zhí)行。在符號同步之后，在頻域中，幀同步相關也在所述接收信號的頻率成分和頻域同步符號之間被執(zhí)行。所公開的實施例特別是對用于電力線通信(PLC)系統(tǒng)和/或其它惡劣噪音通信環(huán)境的多載波接收信號中的符號同步和幀同步有用。根據需要，不同的特征和變化可以被實施，并且相關的或修改的系統(tǒng)和方法同樣可以被使用。
[0015]由于窄帶干擾和脈沖噪聲，執(zhí)行時域相關以檢測符號邊界和幀邊界的傳統(tǒng)技術往往在惡劣信號環(huán)境，特別是在PLC信道環(huán)境中不能達到可靠的符號同步和幀同步。為了減少脈沖噪聲和窄帶干擾對同步的影響，所公開的實施例將頻域符號同步相關和頻域幀同步相關進行結合以提高關于多載波通信的前同步碼內的符號(例如，在PLC系統(tǒng)的G3-PLC標準的前同步碼內的SYNCM符號)的符號同步和幀同步。正如本發(fā)明所描述的，FFT(快速傅立葉變換)被用于生成接收的多載波信號的數字采樣的頻率成分，并且如果需要，這些頻率成分關于其幅度可以被歸一化以改進噪聲性能，雖然非歸一化的頻率成分同樣可以被利用。隨后，頻域相關在所獲得的歸一化頻率成分和符號同步以及幀同步的參考符號的頻率成分之間被執(zhí)行。通過利用符號同步和幀同步的頻域相關以及振幅歸一化，在惡劣信號環(huán)境，特別是在例如通常存在于PLC信道的惡劣信號環(huán)境下的同步成功率被顯著提高。還應注意，雖然G3-PLC標準被用于所公開實施例的示例說明，所公開的實施例可以與其它現代PLC標準和其它非PLC通信標準一起使用。
[0016]正如本發(fā)明所描述的，對于接收的多載波信號的符號同步和幀同步在使用FFT生成與接收信號的數字采樣相關的頻率成分之后被執(zhí)行。如果需要，其它技術也可以被用于生成頻率成分。符號同步利用所存儲數字采樣(例如，如果每個符號X個采樣，就有X個采樣)的子集的頻率成分來計算關于符號參考符號(例如，SYNCP符號)的相關值、將數字采樣位移一個采樣并重新計算新的相關值。這種位移和重新計算被重復以生成和接收的采樣相關聯的多個符號同步相關值。隨后，這些符號同步相關值被分析以確定接收信號的符號邊界(例如，接收的符號的邊緣定時(edge timing))。一旦符號邊界被檢測,巾貞同步開始。幀同步處理了所存儲數字采樣(例如，如果每個符號X個采樣，就有X個采樣)的子集來計算關于幀參考符號(例如，SYNCP符號)的相關值、將數字采樣位移一個符號(例如，X個采樣)，并重新計算新的相關值。這種位移和重新計算被重復以生成和接收的采樣相關聯的多個幀同步相關值。隨后，這些幀同步相關值被分析以確定幀邊界(例如，數字采樣的起點)。注意，參考前同步碼可以被用于多載波傳輸，其中該參考前同步碼包括被配置以便于在接收器中符號邊界(例如，SYNCP符號)檢測的符號以及被配置以便于在接收器中幀邊界(SYNCM)檢測的符號。
[0017]注意，如果需要，本發(fā)明所描述的功能塊可以使用硬件、軟件或硬件和軟件的組合被實施。此外，根據需要，一個或多個運行軟件和/或固件的處理器也可以被用于實施所公開的實施例。還應了解，本發(fā)明所描述的一個或多個操作、任務、功能或方法或可被實施，例如作為軟件或固件和/或其它程序指令以執(zhí)行本發(fā)明所描述的操作和功能，其中該程序指令體現在一個或多個非暫時性的有形的電腦可讀介質中(例如，存儲器)并且被一個或多個控制器、微控制器、微處理器、硬件加速器和/或其它處理器執(zhí)行。
[0018]圖1是包括了頻域符號同步和幀同步塊150的接收器系統(tǒng)的示例實施例100的方塊圖。對于所描述的實施例100，接收器集成電路(IC) 106被配置以從通信介質102接收多載波模擬信號104。接收器IC106包括模-數轉換器(ADC)電路108、數字信號處理器(DSP) 120和微控制器單元(MCU) 140。一個或多個存儲器也可以被包括在接收器IC106中并且耦合于DSP120和MCU140，例如，存儲器141和存儲器121。DSP120包括過濾塊122、同步塊124、解調塊126、解映射塊128和解碼塊130。解碼塊130還過渡到MCU140中，MCU140還包括巾貞處理塊142和重組(defragmentat1n)塊144。同步塊124包括頻域符號同步和幀同步塊150，這將在下面進一步描述。注意，如果需要，所描述的接收器系統(tǒng)也可以被作為收發(fā)器來實施，以便該系統(tǒng)還包括發(fā)射機和允許系統(tǒng)通過通信介質102傳輸多載波信號的相關操作塊。其它變化也可以被實施。
[0019]在操作中，接收的多載波模擬信號104被ADC電路108數字化以產生和接收的模擬信號104內的符號相關聯的數字采樣110。ADC電路108可以被配置以生成每一個數字采樣的僅實部⑴或實部⑴和虛部(Q)兩者。數字采樣110被過濾塊122過濾并且被提供給同步塊124，雖然如果需要，過濾塊可以被移除。同步塊124內的頻域符號同步和幀同步塊150操作以應用頻域相關來同步接收信號內的符號和數據幀，正如在本發(fā)明中更詳細描述的。隨后，根據用于所接收信號的調制和映射技術，源自同步塊124的輸出被解調塊126解調以及被解映射塊128解映射。解碼塊130解碼生成的值并將解碼數據提供給幀處理塊142。在幀被處理之后，它們被重組塊144進行重組。隨后，生成的數據被上層塊(例如，應用層塊)進一步使用和處理。而且，如果需要，接收器IC106可以將輸出提供給外部處理塊或器件以用于進一步處理。
[0020]注意，通信介質102可以是有線介質，例如，通過其傳遞信號的電力線。如果需要，通信介質也可以是無線介質。同樣，應注意，多載波模擬信號104可以是，例如，OFDM(正交頻分多路復用技術)信號，其中該信號根據PLC(電力線通信)傳輸標準，例如，PLC系統(tǒng)的G3-PLC標準通過電力線信道被傳輸。如果需要，其它多載波信號也可以被使用。而且，應注意，根據需要，接收器IC106可以包括附加的和/或不同的功能塊或可以使用其它接收器配置被實施。例如，接收器IC106可以包括被配置以在被ADC電路108數字化之前將引入的多載波模擬信號104混合到更低頻率范圍的混合器。進一步，正如上面所指出的，IC106可以作為收發(fā)器被實施，而且因此除了與接收器相關的操作塊之外，還包括發(fā)射機和相關的操作塊。如果需要，其它變化也可以被實施。
[0021]圖2是正如在根據G3-PLC標準的PLC系統(tǒng)中使用的多載波信號的示例實施例200的信號圖。傳輸信號包括位于傳輸開始的前同步碼210內的參考符號和給該傳輸提供數據負載的數據符號220。數據符號220包括代表了負載數據的一個或多個符號，例如，第一符號(SYMB0L1)222和第二符號(SYMBOL2) 224。前同步碼210包括八(8)個SYNCP參考符號(P) 212和一個半(IV2) SYMCM參考符號(M) 214，一共972符號的總前同步碼長度。SYNCP符號是相同的并且包括可以被用于G3-PLC接收器中的符號同步的參考數據序列。SYNCM符號是SYNCP符號的逆向并且可以被用于確定G3-PLC接收器中的幀邊界。注意，前同步碼210內的標頭符號(header symbol)可以是包括了數據符號220的傳輸的一部分或可以被分別傳輸。此外，前同步碼210可以在數據符號220之前或之后出現。還應注意，各種各樣的參考符號可以被利用并且參考符號通常被設計具有良好的自相關和互相關性能。還應注意，相對于前同步碼210，不同數量的SYNCP符號212和不同數量的SYNCM符號可以被利用，包括分數。
[0022]與現有的解決方案相比，本發(fā)明所描述的實施例對符號同步和幀同步應用了頻域相關。特別是，通過在頻域中應用符號同步相關和幀同步相關，本發(fā)明所描述的實施例有助于減輕多載波系統(tǒng)中的噪聲影響。首先，符號同步是利用在接收信號的數字采樣的頻域成分和參考符號的頻率成分之間的頻域相關以掃描符號邊界被執(zhí)行的。當符號邊界被檢測到的時候，幀同步是利用接收符號的數字采樣的頻域成分和參考符號的頻率成分之間的頻域相關以搜索幀邊界被執(zhí)行的。通過執(zhí)行同步到多載波信號的前同步碼的符號參考符號(例如，在PLC系統(tǒng)的G3-PLC標準內的P符號(SYNCP))和同步到幀參考符號(例如，在PLC系統(tǒng)的G3-PLC標準內的M符號(SYNCM))兩者的頻域相關，所公開的實施例有效地對抗了頻率選擇性噪聲。頻域相關的這個應用允許檢測符號和幀邊界，即使在背景噪聲和/或脈沖噪聲會由于在接收信號內的一個或者多個參考符號的破壞而使這種檢測變得困難的情況下。
[0023]圖3是處理多載波輸入信號的頻域符號同步和幀同步塊150的示例實施例的方塊圖。輸入信號302可以是和接收的多載波信號相關聯的數字采樣。如果需要，這些數字采樣302可以是過濾的數字采樣，例如，正如關于圖1在上面所描述的被過濾塊122過濾的數字采樣，雖然未過濾的數字采樣也可以被使用。數字采樣302被提供給FFT (快速傅里葉變換)塊304，其中FFT塊304進行操作以將數字采樣302變換成與多載波輸入信號內的子載波相關的復數頻域成分。頻域成分被提供給頻域符號同步塊306，其中該同步塊306進行操作以檢測接收信號內的符號以及同步到那些符號。源自頻域符號同步塊306的符號同步輸出被提供給頻域幀同步塊308。頻域幀同步塊308也從FFT塊304接收頻域成分并進行操作以檢測符號幀邊界以及同步到幀?；谠醋苑柾綁K306的符號同步輸出以及源自幀同步塊308的幀同步輸出，同步輸出塊312提供了符號/幀同步輸出數據314。符號/幀同步輸出數據314可以提供表示幀同步是否被獲得的幀同步信息，以及其它所需的信息。而且，符號/幀同步輸出數據314可以被其它功能塊(例如被圖1中所示的附加塊)利用，在所述塊中可以進行所需進一步處理。
[0024]圖4是與處理多載波輸入信號的頻域符號同步和幀同步塊150相關聯的示例實施例400的信號處理圖。垂直虛線440代表了檢測到的符號邊界，這是通過例如本發(fā)明所描述的符號同步處理獲得的。符號432代表了符號參考符號(SRS)的頻率成分，其中該符號參考符號與被用于多載波通信的參考前同步碼(例如關于上述圖2所描述的前同步碼內的SYNCP符號)相關聯。SRS432被設計成便于符號邊界檢測并用于符號同步，正如下面進一步描述的。符號452代表了巾貞參考符號(FRS)的頻率成分,其中該巾貞號參考符號與被用于多載波通信的參考前同步碼(例如關于上述圖2所描述的前同步碼內的SYNCM符號)相關聯。FRS452被設計成便于幀邊界檢測并用于幀同步，正如下面進一步描述的。對于所描述的其它符號，符號(S_5)410、符號(S_4)412、符號(S_3)414、符號(S_2)416、符號(Sj 418、符號(S0) 420、符號(S1) 422、符號(S2) 424、符號(S3) 426和符號(S4) 428代表了被處理用于符號同步和幀同步的多載波信號中的接收的符號。如圖所示，對于接收到的采樣302中的每一個接收的符號，FFT模塊304被應用以生成頻率成分，該頻率成分被振幅歸一化塊406歸一化以產生N個FFT頻率輸出408，其中N是多載波信號中的子載波數量。如果需要，非歸一化的頻率成分也可以被利用。雖然實施例400顯示了和符號(S_5) 410相關聯的N個FFT輸出，對于每一個其它的接收的符號也會生成類似的FFT輸出值。還應注意，每一個參考符號(SRS、FRS)432和452是具有N個子載波參考頻率成分的頻域參考符號。
[0025]在操作中，首先，符號同步相關430在頻域中被執(zhí)行以檢測符號邊界，例如由虛線440表示的。對于這個頻域符號同步相關，復數乘法運算被執(zhí)行以將SRS432和接收的多載波信號中的X個采樣的FFT輸出值相乘，假設有每個符號X個采樣。這個復數乘法被用于生成N個值，它們被組合以生成和在接收的多載波信號的所存儲采樣數據中的采樣偏移相關聯的相關值434。采樣偏移代表了每一個采樣的相對位置，從而代表了相對時間。正如箭頭436表示的，在每一個相關值434被計算之后，采樣值位移一個采樣，并且相關值隨后用位移的采樣值重新計算。這種計算和位移被重復，以便生成許多相關值，其中每一個相關值和接收信號的FFT采樣值內的采樣偏移相關聯。隨后，這些符號同步相關值被分析以檢測在多載波信號內接收的符號的符號邊界。例如，和符號同步相關值內的峰值相關值相關聯的采樣偏移可以被選擇以指示符號邊界。簡而言之，如果需要，代表了與SRS432最佳相關的采樣偏移可以被用于確定符號邊界。注意，非復數乘法同樣可以被利用，這取決于FFT輸出和所用的參考符號頻率成分。如果需要，其它變化也可以被實施。
[0026]一旦符號同步已實現以確定符號邊界(例如，接收的符號的邊緣定時)，幀同步相關450在頻域中被執(zhí)行以檢測幀邊界。對于這個頻域幀同步相關，復數乘法運算被執(zhí)行以將FRS452和與接收的多載波信號中的接收的符號(例如，每個符號X個采樣)的數字采樣相關聯的FFT輸出值相乘，例如符號(S_5) 410的N個FFT輸出值408。這個復數乘法被用于生成N個值，它們被組合以生成和在接收的多載波信號的所存儲數字采樣中的符號偏移相關聯的相關值454。符號偏移代表了每一個符號的相對位置,從而代表了相對時間。正如箭頭456表示的，在每一個相關值454被計算之后，采樣值位移一個符號，并且相關值用位移一個符號的采樣值重新計算。這種計算和位移被重復，以便生成許多幀同步相關值454，其中每一個相關值和接收信號的采樣內的符號偏移相關聯。隨后，這些幀同步相關值454被分析以確定接收的符號內的多載波符號的幀邊界。例如，和幀同步相關值452內的峰值相關值關聯的符號偏移可以被選擇以指示幀邊界(例如，數據符號的起點)。簡而言之，如果需要，表示了 FRS452最佳相關的符號偏移可以被用于確定幀邊界。注意，非復數乘法也可以被利用，這取決于FFT輸出和所用的參考符號頻率成分。如果需要，其它變化也可以被實施。
[0027]圖5是處理用于多載波輸入信號的頻域符號同步和幀同步的示例實施例500的過程流程圖。在塊502，接收的多載波信號的數字采樣被接收。在塊503，在符號時間段的數字采樣(例如，每個符號X個數字采樣)的頻率成分值被生成。在塊504，在頻域中，符號同步相關通過使用參考符號，例如，參考符號432的頻率成分連同頻率成分值被執(zhí)行以生成如本發(fā)明所描述的符號同步相關值。在塊506，確定了符號邊界是否已被檢測，例如，該相關值是否超過閾值。如果“否”，流程傳到塊508，其中采樣值位移一個采樣，并且新的相關值在塊504被生成。如果在塊506的確定是“是”，流程傳到塊510。在塊510，在頻域中，幀同步相關通過使用幀參考符號，例如，參考符號452的頻率成分連同頻率成分值被執(zhí)行以生成如本發(fā)明所描述的幀同步相關值。在塊512，確定幀邊界是否已被檢測到，例如，該相關值是否超過閾值。如果“否”，流程傳到塊514，其中采樣值位移一個符號(例如，每個符號X個數字采樣)。隨后，在塊510，產生了新的相關值。如果在塊512的確定是“是”，流程傳到框516，其中同步信息被輸出。如上所述，這些同步輸出可以包括符號邊界和幀邊界的指示并連同其它所需的幀同步信息。還應注意，如果需要，在塊506和512中執(zhí)行確定步驟之前，塊504和塊510，分別連同位移塊508和514，可以被重復多次以產生許多相關值。還應注意，處理塊503、504、506和508可以通過關于數字采樣的頻域符號同步塊306被執(zhí)行，以及處理塊510、512、514和516可以通過關于數字采樣的頻域幀同步塊308被執(zhí)行。如果需要，其它變化同樣可以被實現。
[0028]圖6是處理多載波輸入信號的頻域符號同步塊306的示例實施例的詳細方塊圖。對于該實施例，輸入數字采樣603被存儲在采樣緩沖器602 (例如，循環(huán)緩沖器)中，而且采樣偏移位移控制信號604被提供給采樣緩沖器602以將輸出數字采樣302位移一個采樣偏移。采樣偏移代表了緩沖器702中的每一個采樣的相對位置，從而代表了相對時間。假定有X個和每個符號相關聯的采樣，其中X取決于所利用的通信協議的采樣率和符號時間周期(例如，每個符號的傳輸時間周期)。例如，根據G3-PLC標準，400ksps (每秒千個采樣)的采樣率可以被用于715微秒的符號時間周期，在移除30個采樣循環(huán)前綴后，生成每個符號256個采樣。一個符號的數字采樣302被提供給FFT塊304，其中FFT塊304生成了和多載波接收信號內的N個子載波相關聯的N個頻率成分。隨后，這些FFT輸出608被提供給振幅歸一化塊610，其中頻率成分的振幅，例如，相對于它們自己被歸一化。如果需要，非歸一化的頻率成分同樣可以被利用。隨后，復數成分乘法塊612執(zhí)行參考頻域同步符號432和歸一化以或者非歸一化的FFT輸出的復數乘法。在塊612中的復數乘法的結果被提供給存儲生成的相關值的緩沖器622。隨后，相關值在合并器塊624被合并并且作為符號同步相關值434被輸出。采樣偏移位移控制信號604被用于重復地將采樣緩沖器中的采樣位移一個米樣，以便生成關于緩沖器602中的米樣的許多不同的米樣偏移中的每一個的符號同步相關值434。峰值搜索塊626分析符號同步相關值434以檢測接收的符號的符號邊界。峰值搜索塊626生成了符號同步輸出628。符號同步輸出628可以包括符號定時信息、峰值相關值、和/或其它所需的符號同步信息。
[0029]有利的是，圖6中的符號同步實施例進行操作以在采樣偏移(即，時間)位移的范圍內識別參考同步符號432和接收信號的數字采樣之間的最佳相關。注意，FFT輸出608是通過通信介質被接收的信號的傳輸頻帶內的頻率成分。還應注意，如果需要，峰值搜索器626可以被配置以每次分析多個采樣偏移的值或者每次分析單個采樣偏移的值。而且，注意，附加FFT塊可以在塊612和622之間被使用以有效地生成多個采樣偏移的相關值，從而提供與采樣緩沖器602中位移采樣等同的操作。如果需要，其它變化也可以被實施。還應注意，以引用的方式以其全文并入的，在同時申請的美國專利申請?zhí)朹，題為“多載波系統(tǒng)中的符號相關的頻域振幅歸一化(FREQUENCY-DOMAIN AMPLITUDE NORMALIZAT1N FORSYMBOL CORRELAT1N IN MULT1-CARRIER SYSTEMS) ”，中描述的符號同步技術，包括每載波(per-carrier)振幅歸一化技術，也可以關于本發(fā)明所描述的頻域符號同步實施例被利用。
[0030]圖7是處理多載波輸入信號的頻域幀同步塊308的示例實施例的詳細方塊圖。對于所描述的實施例，輸入數字采樣703被存儲在采樣緩沖器702 (例如，循環(huán)緩沖器)中，以及符號偏移位移控制信號704被提供給采樣緩沖器702以將輸出數字采樣302位移一個符號偏移。符號偏移代表了緩沖器702中每個符號的相對位置,從而代表了相對時間。再次假定有X個和每個符號相關聯的采樣。一個符號的數字采樣302被提供給FFT塊704，其中FFT塊704生成了和多載波接收信號內的N個子載波關聯的N個頻率成分。這些FFT輸出708被提供給振幅歸一化塊710，在振幅歸一化塊710中頻率成分的振幅，例如，相對于它們自己被歸一化。如果需要，非歸一化的頻率成分也可以被利用。隨后，復數成分乘法塊712執(zhí)行頻域同步符號452和歸一化或者非歸一化的FFT輸出的復數乘法。在塊712中的復數乘法的結果被提供給求和塊720。求和塊720計算了源自塊712的N個值的總和并將該求和結果作為幀同步相關值454提供給閾值檢查塊722。閾值檢查塊722將相關值454和閾值進行比較以確定幀同步是否已被檢測到。例如，如果求和結果超過閾值，幀同步邊界可以被確定為已被檢測到。閾值檢查塊722同樣可以被配置為檢查求和結果的符號，以作為幀同步的進一步指示。符號偏移位移控制信號704被用于重復地將采樣緩沖器中的采樣位移一個符號，以便生成關于緩沖器702中的米樣的許多不同的符號偏移中的每一個的巾貞同步相關值454。幀同步輸出726隨后可以被輸出以做進一步處理。幀同步輸出信號726可以包括表示幀同步是否已被檢測到的幀同步標識、幀邊界信息、幀定時信息、和/或其它所需的信息。如果需要，其它變化可以被實施。
[0031]有利的是，圖7中的幀同步實施例進行操作以在符號偏移(即，時間)位移的范圍內識別參考同步符號452和接收符號的數字采樣之間的最佳相關。還應注意，以引用的方式以其全文并入的，在同時申請的美國專利申請?zhí)朹，題為“多載波系統(tǒng)中的頻域幀同步(FREQUENCY-DOMAIN FRAME SYNCHRONIZAT1N IN MULT1-CARRIER SYSTEMS)” 中的描述的幀同步技術，包括二維滑動窗口分析技術，也可以關于本發(fā)明所描述的頻域幀同步實施例被利用。
[0032]注意，圖6和圖7中的緩沖器602和702可以被實施為循環(huán)緩沖器、位移寄存器、和/或被配置以存儲輸入數字采樣603和703的任何其它所需的緩沖器。此外，如果需要，緩沖器可以使用源自符號定時檢測器的符號定時被鐘控，其中所述符號定時檢測器包括在接收器系統(tǒng)中。例如，圖1中的同步塊124可以包括檢測接收信號的符號定時的符號定時檢測器。注意，一個或多個計數器可以關于圖6中所示的功能塊被使用，例如，以給符號同步提供超時機制。還應注意，一個或多個計數器可以關于圖7中所示的功能塊用于每一個幀檢測周期，例如，以給幀同步提供超時。例如，計數器可以被用于記錄自從第一個同步符號(例如，SYNCP符號)被檢測到，有多少時間已消逝。這個時間可以被用于，例如，確定足夠的時間何時消逝以解決沒有幀同步的參考同步碼內的所有參考符號。如果在達到計數器臨界值時沒有幀同步，幀同步算法可以被配置為中止，并且可以作出關于進一步幀同步處理的決定。
[0033]正如本發(fā)明所描述的，接收信號的頻域符號同步和幀同步提高了符號同步和幀同步性能，特別是在噪聲和/或干擾破壞或惡化了接收信號中的幀同步符號的情況下。換句話說，在前同步碼內的符號同步和/或幀同步信息受損的情況下，頻域符號同步和幀同步判定可以被用于仍然允許符號邊界和幀邊界被成功地檢測到。
[0034]圖8是比較在脈沖噪聲和窄帶干擾(NBI)的情況下使用和不使用頻域符號同步和幀同步的結果的典型圖示例實施例800。X-軸代表了通信信道內，接收符號(Es)相對于噪聲(Ntl)的能量，該能量以分貝(dB)為單位。y_軸代表了檢測幀同步的幀邊界的成功概率的對數度量。線802代表了，在如本發(fā)明所描述的頻域符號同步和幀同步被用于檢測符號邊界和幀邊界的情況下的成功檢測率。線804代表了不使用這個頻域符號同步和幀同步的成功檢測率。見圖8，關于線802(使用頻域符號同步和幀同步)的成功檢測率相對于關于線804(不使用頻域符號同步和幀同步)的成功檢測率有顯著改善，特別是對于較低的信-噪比(Es/N0)。
[0035]還應注意，根據需要，本發(fā)明所描述的頻域相關技術可以結合一個或多個其它檢測階段使用。如果需要，其它變化同樣可以被實施，同時仍然利用本發(fā)明所描述的頻域符號同步和幀同步來提供頻域相關以檢測多載波信號(例如G3-PLC通信中的OFDM信號)的符號邊界和幀邊界。
[0036]正如本發(fā)明所描述的，根據需要，各種實施例可以被實施，根據需要，不同的特征和變化可以被實施。
[0037]—個實施例是用于多載波信號的符號同步和幀同步的方法，其中所述方法包括從通信介質接收輸入信號；數字化所述輸入信號以生成數字采樣；生成所述數字采樣的頻率成分采樣值，其中所述頻率成分采樣值和所述輸入信號內的符號相關聯；執(zhí)行頻率成分采樣值和一個或多個符號參考符號的預先確定的頻率成分的頻域符號同步相關以確定符號邊界；在符號邊界已被確定之后，執(zhí)行頻率成分采樣值和一個或多個預先確定的幀參考符號的頻域幀同步相關以確定幀邊界；以及輸出與所述執(zhí)行步驟相關聯的同步輸出數據。
[0038]在其它實施例中，所述生成步驟可以包括將快速傅里葉變換(FFT)應用于所述數字采樣以生成所述頻率成分采樣值。而且，所述方法可以進一步包括在所述執(zhí)行步驟之前，按其振幅，歸一所述頻率成分采樣值。此外，執(zhí)行頻域符號同步相關的所述步驟包括基于所述頻率成分采樣值和所述一個或多個符號參考符號的所述頻率成分的乘法確定符號同步相關值；通過將頻率成分采樣值位移一個采樣和對于每一個位移重復所述確定步驟來提供附加符號相關值；以及利用所述符號同步相關值確定符號邊界。對于其它實施例，所述利用步驟可以包括搜索符號同步相關值的高于閾值的峰值的符號同步相關值以確定符號邊界。此外，執(zhí)行頻域幀同步相關的步驟包括基于所述頻率成分采樣值和所述一個或多個幀參考符號的所述頻率成分的乘法確定幀同步相關值；通過將頻率成分采樣值位移一個符號和對于每一個位移重復所述確定步驟來提供附加幀相關值；以及利用所述多個幀同步相關值確定幀邊界。在其它實施例中，所述利用步驟可以包括搜索幀同步相關值的高于閾值的峰值的幀同步相關值以確定所述幀邊界。而且，所述方法可以包括利用計數器來限制所述重復步驟以及如果達到極限，輸出沒有幀邊界檢測的指示。此外，所述方法可以包括在所述執(zhí)行步驟之前將所述頻率成分采樣值存儲在緩沖器中。此外，所述參考符號可以是OFDM符號，并且其中所述參考符號可以是用于電力線通信(PLC)系統(tǒng)的G3-PLC標準的前同步碼內的符號。在其它實施例中，所述方法可以包括將所述多載波信號傳輸到所述通信介質。
[0039]另一個實施例是用于多載波信號的符號同步和幀同步的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括被配置以從通信介質接收輸入信號并輸出數字采樣的模數轉換器電路；被配置以接收所述數字采樣并生成和所述輸入信號內的符號關聯的頻率成分采樣值的快速傅里葉變換(FFT)塊；被配置以將頻率成分采樣值與一個或者多個符號參考符號的預先確定的頻率成分相關以確定符號邊界的符號同步相關塊；被配置以在符號邊界被確定之后，將所述頻率成分采樣值與一個或多個幀參考符號的預先確定的頻率成分相關以確定幀邊界的幀同步相關塊；以及被配置以輸出和所述符號同步相關塊以及所述幀同步相關塊相關聯的同步數據的同步輸出塊。
[0040]在其它實施例中，所述系統(tǒng)可以包括包含所述FFT塊、所述符號同步相關塊、所述幀同步相關塊以及所述同步輸出塊的數字信號處理器(DSP)。而且，所述系統(tǒng)可以包括被配置以將頻率成分采樣值相對其振幅歸一的振幅歸一塊，并且所述符號同步相關塊和所述幀同步相關塊可以被配置以利用所述振幅歸一化的頻率成分采樣值。而且，所述符號同步相關塊可以包括被配置以基于所述頻率成分采樣值和所述一個或多個符號參考符號的所述頻率成分的乘法生成符號同步相關值的乘法塊，其中每個符號相關值都基于頻率成分采樣值的不同子集；以及可以包括被配置以利用所述符號同步相關值確定符號邊界的符號同步輸出塊。對于其它實施例，所述系統(tǒng)可以包括被配置以搜索符號同步相關值的高于閾值的峰值以確定所述符號邊界的峰值檢測器。此外，所述幀同步相關塊可以包括被配置以基于所述頻率成分采樣值和所述一個或多個幀參考符號的所述頻率成分的乘法生成幀同步相關值的乘法塊，其中每一個幀同步相關值都基于頻率成分采樣值的不同子集；以及可以包括被配置以利用所述符號同步相關值確定符號邊界的幀同步輸出塊。在其它實施例中，所述系統(tǒng)可以包括被配置以搜索幀同步相關值的高于閾值的峰值的以確定所述幀邊界的峰值檢測器。此外，所述系統(tǒng)可以包括被配置以存儲所述頻率成分采樣值的緩沖器。而且，所述通信介質可以是電力線通信介質，并且其中所述參考符號可以是用于電力線通信(PLC)系統(tǒng)的所述G3-PLC標準的前同步碼內的符號。
[0041]除非另有說明，使用詞語如“第一”以及“第二”是用于任意區(qū)分這些詞語描述的元素的。因此，這些詞語不一定指示了這些元素的時間或者其它優(yōu)先次序。
[0042]查看該說明書，所描述的系統(tǒng)和方法的進一步修改和替代實施例對于本領域技術人員將會非常明顯。因此，應認識到所描述的系統(tǒng)和方法不被這些示例布置所限制。應了解本發(fā)明中所顯示的和所描述的系統(tǒng)和方法的形式將被認為是示例實施例。在實施例中可以做出各種變化。因此，雖然本發(fā)明參照具體實施例在此描述，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以進行各種修改以及改變。因此，說明書以及附圖被認為是說明性的而不是限制性的，并且所有這些修改旨在列入本發(fā)明范圍內。而且本發(fā)明關于具體實施例所描述的任何好處、優(yōu)點或問題解決方案都不旨在被解釋為任何或所有權利要求的關鍵的、必需的、或本質的特征或元素。
【權利要求】
1.一種用于多載波信號的符號同步和幀同步的方法，包括: 從通信介質接收輸入信號； 數字化所述輸入信號以生成數字采樣； 生成所述數字采樣的頻率成分采樣值，所述頻率成分采樣值和所述輸入信號內的符號相關聯; 執(zhí)行所述頻率成分采樣值和一個或者多個符號參考符號的預先確定的頻率成分的頻域符號同步相關，以確定符號邊界； 在符號邊界已被確定之后，執(zhí)行所述頻率成分采樣值和一個或者多個預先確定的幀參考符號的頻率成分的頻域幀同步相關，以確定幀邊界；以及 輸出和執(zhí)行步驟相關聯的同步輸出數據。
2.根據權利要求1所述的方法，其中生成步驟包括:將快速傅里葉變換(FFT)應用于所述數字采樣以生成所述頻率成分采樣值。
3.根據權利要求1所述的方法，還包括:在所述執(zhí)行步驟之前將所述頻率成分采樣值按其振幅歸一化。
4.根據權利要求1所述的方法，其中執(zhí)行頻域符號同步相關的步驟包括: 基于所述頻率成分采樣值和所述一個或多個符號參考符號的所述頻率成分的乘法確定符號同步相關值； 通過將頻率成分采樣值位移一個采樣并且對于每個位移重復確定步驟，提供附加的符號相關值；以及 利用所述符號同步相關值確定符號邊界。
5.根據權利要求4所述的方法，其中利用步驟包括:搜索所述符號同步相關值的高于閾值的峰值以確定符號邊界。
6.根據權利要求1所述的方法，其中執(zhí)行頻域幀同步相關的步驟包括: 基于所述頻率成分采樣值和所述一個或多個幀參考符號的所述頻率成分的乘法確定幀同步相關值； 通過將所述頻率成分采樣值位移一個符號并且為每個位移重復確定步驟，提供附加的幀相關值；以及 利用多個幀同步相關值確定幀邊界。
7.根據權利要求6所述的方法，其中利用步驟包括:搜索所述幀同步相關值的高于閾值的峰值以確定所述幀邊界。
8.根據權利要求6所述的方法，還包括:利用計數器來限制重復步驟，以及如果達到極限，輸出沒有幀邊界檢測的指示。
9.根據權利要求1所述的方法，還包括在所述執(zhí)行步驟之前將所述頻率成分采樣值存儲在緩沖器中。
10.根據權利要求1所述的方法，其中所述參考符號包括OFDM符號，并且其中所述參考符號包括用于電力線通信(PLC)系統(tǒng)的G3-PLC標準的前同步碼內的符號。
11.根據權利要求1所述的方法，還包括將多載波信號發(fā)送到所述通信介質。
12.一種用于多載波信號的符號同步和幀同步的系統(tǒng)，包括: 模數轉換器電路，被配置以從通信介質接收輸入信號并輸出數字采樣； 快速傅里葉變換FFT塊，被配置以接收所述數字采樣并生成和所述輸入信號內的符號相關聯的頻率成分采樣值； 符號同步相關塊，被配置以將所述頻率成分采樣值和一個或者多個符號參考符號的預先確定的頻率成分相關，以確定符號邊界； 幀同步相關塊，被配置以在所述符號邊界已被確定后，將所述頻率成分采樣值和一個或者多個幀參考符號的預先確定的頻率成分相關以確定幀邊界；以及 同步輸出塊，被配置以輸出和所述符號同步相關塊以及所述幀同步相關塊相關聯的同步數據。
13.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，還包括:數字信號處理器(DSP)，所述數字信號處理器包括所述FFT塊、所述符號同步相關塊、所述幀同步相關塊以及所述同步輸出塊。
14.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，還包括:振幅歸一化塊，被配置以將所述頻率成分采樣值按其振幅歸一化，并且其中所述符號同步相關塊和所述幀同步相關塊被配置以利用振幅歸一化的所述頻率成分采樣值。
15.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述符號同步相關塊包括: 乘法塊，被配置以基于所述頻率成分采樣值和所述一個或多個符號參考符號的所述頻率成分的乘法生成符號同步相關值，每個符號相關值都基于頻率成分采樣值的不同子集；以及 符號同步輸出塊，被配置以利用所述符號同步相關值確定符號邊界。
16.根據權利要求15所述的系統(tǒng)，還包括:峰值檢測器，被配置以搜索所述符號同步相關值的高于閾值的峰值以確定所述符號邊界。
17.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述幀同步相關塊包括: 乘法塊，被配置以基于所述頻率成分采樣值和所述一個或多個幀參考符號的所述頻率成分的乘法生成幀同步相關值，每一個幀相關值都基于頻率成分采樣值的不同子集；以及 幀同步輸出塊，被配置以利用所述符號同步相關值確定符號邊界。
18.根據權利要求17所述的系統(tǒng)，還包括峰值檢測器，所述峰值檢測器被配置以搜索所述幀同步相關值的高于閾值的峰值以確定所述幀邊界。
19.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，還包括緩沖器，所述緩沖器被配置以存儲所述頻率成分采樣值。
20.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述通信介質包括電力線通信介質，并且其中所述參考符號包括用于電力線通信(PLC)系統(tǒng)的G3-PLC標準的前同步碼內的符號。
【文檔編號】H04L7/00GK104243128SQ201410220316
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權日:2013年6月24日
【發(fā)明者】曾建強, S·M·博思澤, R·V·塔瑪, K·B·泰勒, K·瓦赫迪 申請人:飛思卡爾半導體公司