專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字廣播及交互式系統(tǒng)中提供載波同步的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，特別是數(shù)字廣播系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
廣播系統(tǒng)包含了對(duì)高質(zhì)量傳輸?shù)男枨?，?shù)字技術(shù)使得這種高質(zhì)量傳輸成為可能。數(shù)字革命改變了寬帶業(yè)務(wù)的提供方式，包括音頻和視頻編排以及數(shù)據(jù)傳輸。衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為用于支持這種寬帶業(yè)務(wù)的一種可行方案脫穎而出。因此迫切需要用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的功率和帶寬有效的調(diào)制和編碼，以提供噪聲通信信道下的可靠通信。由這種系統(tǒng)支持的廣播應(yīng)用中，廣泛使用連續(xù)模式的調(diào)制解調(diào)器。在低信噪比(SNR)環(huán)境中性能好的編碼與這些調(diào)制解調(diào)器在同步(例如載波相位和載波頻率)方面是不一致的。
常規(guī)數(shù)字廣播系統(tǒng)需要在幀結(jié)構(gòu)中使用除正常開(kāi)銷(xiāo)比特的訓(xùn)練符號(hào)之外的額外的訓(xùn)練符號(hào)，用于它們的同步過(guò)程。在信噪比(SNR)低的情況下，尤其需要增加開(kāi)銷(xiāo)；當(dāng)高性能編碼與高階調(diào)制結(jié)合使用時(shí)，這種環(huán)境是典型的。傳統(tǒng)上，連續(xù)模式調(diào)制解調(diào)器運(yùn)用一個(gè)反饋控制環(huán)來(lái)捕獲并跟蹤載波頻率和相位。在這個(gè)同步過(guò)程中，F(xiàn)EC(前向糾錯(cuò))編碼數(shù)據(jù)域被簡(jiǎn)單地忽略了，該FEC編碼數(shù)據(jù)域例如是包含已知的數(shù)據(jù)符號(hào)的塊碼的前同步碼。這種純粹基于反饋控制環(huán)的常規(guī)方法容易導(dǎo)致強(qiáng)的射頻(RF)相位噪聲和熱噪聲，造成高的周期滑移率以及整體接收機(jī)性能的差錯(cuò)基底。因此這些方法具有以下負(fù)擔(dān)，為了某種性能目的而在訓(xùn)練符號(hào)方面增加了開(kāi)銷(xiāo)，以及有限的捕獲范圍和長(zhǎng)的捕獲時(shí)間。此外，這些常規(guī)同步技術(shù)依賴(lài)于特定的調(diào)制方案，從而阻礙了使用調(diào)制方案的靈活性。
因此，需要一種提供不受相位噪聲和熱噪聲影響的同步的數(shù)字通信系統(tǒng)。還需要一種實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單并盡可能少地使用訓(xùn)練符號(hào)的載波同步方法。還需要提供一種能提供調(diào)制獨(dú)立性的靈活的同步技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)這些以及其它需要，其中一種在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中用于提供載波同步的方法使用低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼和高階調(diào)制方案。與常規(guī)的連續(xù)模式調(diào)制解調(diào)器不同，該載波同步方法基于逐段的原則估計(jì)載波頻率和相位，并且在段間連續(xù)地跟蹤載波頻率。FEC(前向糾錯(cuò))幀的前同步碼和可選的導(dǎo)頻塊(即聚集的導(dǎo)頻符號(hào))幫助載波同步，作為段邊界。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，一個(gè)物理層的幀包括一個(gè)前同步碼，它可以用來(lái)幫助載波同步，當(dāng)不需要額外的導(dǎo)頻符號(hào)時(shí)，該幀還包括一個(gè)FEC碼字?；蛘撸瑢?dǎo)頻符號(hào)插入過(guò)程將FEC碼字分為多個(gè)碼段，并將一個(gè)導(dǎo)頻塊以唯一字(UW)的形式插入到該物理層幀的每個(gè)碼段之前。前同步碼和可選的導(dǎo)頻塊作為訓(xùn)練塊。載波同步過(guò)程利用訓(xùn)練塊來(lái)估計(jì)載波頻率和相位，并且為每一個(gè)新的段重新初始化相位跟蹤環(huán)。頻率捕獲過(guò)程包括計(jì)算移除數(shù)據(jù)后的連續(xù)波(CW)信號(hào)的自相關(guān)。接收信號(hào)的載波頻率基于累積自相關(guān)值的展開(kāi)相位的加權(quán)和來(lái)進(jìn)行估計(jì)。對(duì)于頻率跟蹤，實(shí)現(xiàn)一個(gè)前饋結(jié)構(gòu)用來(lái)產(chǎn)生估計(jì)值，并且根據(jù)來(lái)自訓(xùn)練塊(即前同步碼和/或UW)的相位估計(jì)，對(duì)于每一個(gè)LDPC幀進(jìn)行一次載波頻率修正。對(duì)于相位跟蹤，利用一個(gè)具有最大似然(ML)檢測(cè)器的雙掃描鎖相環(huán)(PLL)結(jié)構(gòu)。雙掃描PLL基于逐段的原則跟蹤載波相位，通過(guò)正向和反向掃描數(shù)據(jù)段，基于過(guò)去和未來(lái)的樣本來(lái)估計(jì)載波相位。當(dāng)沒(méi)有導(dǎo)頻塊出現(xiàn)時(shí)，一個(gè)段可以是一個(gè)完整的FEC碼字，或者當(dāng)插入導(dǎo)頻塊時(shí)，它可以是一個(gè)碼段。以上的處理有益地降低了為了載波同步而引入額外開(kāi)銷(xiāo)的需要，大大減少了周期滑移率，并限制了錯(cuò)誤傳播的影響，而且在低信噪比(SNR)環(huán)境中工作很好，提供了很好的抗熱噪聲和相位噪聲的性能。此外，該頻率估計(jì)過(guò)程提供了一個(gè)大的頻率捕獲范圍和短的捕獲時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)方面，公開(kāi)了一種在數(shù)字廣播以及交互式系統(tǒng)中提供載波同步的方法。該方法包括接收通過(guò)載波信號(hào)發(fā)送的一個(gè)幀，其中該幀包括一個(gè)段或由眾多開(kāi)銷(xiāo)域分隔開(kāi)的多個(gè)段，且該開(kāi)銷(xiāo)域包括一個(gè)導(dǎo)頻塊，該導(dǎo)頻塊被選擇性地插入該幀中以輔助載波信號(hào)的載波同步。該方法還包括基于開(kāi)銷(xiāo)域產(chǎn)生關(guān)于載波信號(hào)的估計(jì)相位值。該方法還包括，基于估計(jì)相位值并且基于載波信號(hào)過(guò)去的樣本和載波信號(hào)未來(lái)的樣本，對(duì)段中關(guān)于一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)域的載波信號(hào)的相位進(jìn)行估計(jì)。該方法還進(jìn)一步包括，基于開(kāi)銷(xiāo)域或隨機(jī)數(shù)據(jù)域，對(duì)載波信號(hào)的頻率進(jìn)行估計(jì)，其中該估計(jì)步驟在該幀上基于逐段的原則完成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)方面，公開(kāi)了一種用于提供支持衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字廣播和交互式業(yè)務(wù)的載波同步的方法。該方法包括通過(guò)衛(wèi)星通信信道接收一個(gè)幀，該幀包括一個(gè)前同步碼，和具有相應(yīng)的唯一字作為訓(xùn)練符號(hào)的眾多碼段。該方法還包括，基于前同步碼、唯一字以及前同步碼和唯一字的組合其中之一，估計(jì)對(duì)應(yīng)于該幀的相位信息。此外，該方法還包括基于已估計(jì)的相位估計(jì)對(duì)應(yīng)于該幀的頻率信息。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)方面，公開(kāi)了一種在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中支持載波同步的方法。該方法包括確定一個(gè)插入點(diǎn)是否符合一個(gè)幀的一個(gè)前同步碼域的位置，其中該插入點(diǎn)基于該幀中一些預(yù)定數(shù)目的符號(hào)。該方法還包括，如果該幀的位置與前同步碼域不符合，則插入一個(gè)導(dǎo)頻塊，用于輔助插入點(diǎn)處的載波同步。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)方面，公開(kāi)了一種在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中用于支持載波同步的發(fā)射機(jī)。該發(fā)射機(jī)包括一個(gè)裝置，該裝置用于確定一個(gè)插入點(diǎn)是否符合一個(gè)幀的一個(gè)前同步碼域的位置，其中該插入點(diǎn)基于該幀的一些預(yù)定數(shù)目的符號(hào)。該發(fā)射機(jī)還包括，如果該幀的位置與前同步碼域不符合，則插入一個(gè)導(dǎo)頻塊，用于輔助插入點(diǎn)處的載波同步。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)方面，公開(kāi)了一種在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中用于支持載波同步的裝置。該裝置包括一個(gè)混頻器，配置該混頻器用于接收一個(gè)低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)編碼信號(hào)。該裝置還包括一個(gè)第一相位估計(jì)器，配置該相位估計(jì)器用于估計(jì)信號(hào)中關(guān)于一個(gè)訓(xùn)練塊的相位；以及一個(gè)連接至第一相位估計(jì)器的頻率估計(jì)器。該頻率估計(jì)器輸出基于相位估計(jì)的頻率估計(jì)。該裝置還包括一個(gè)連接至第一相位估計(jì)器的第二相位估計(jì)器，用于產(chǎn)生最終的相位估計(jì)。
在下面的詳細(xì)描述中，簡(jiǎn)單地通過(guò)闡述一些具體的實(shí)施例和實(shí)施方式，包括意圖用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式，可以顯而易見(jiàn)地看出本發(fā)明的其它方面、特征，以及優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明也可以有其它及不同的實(shí)施例，并且它的若干細(xì)節(jié)可以在各明顯的方面進(jìn)行修改，而不偏離本發(fā)明的本質(zhì)和范圍。因此，附圖和描述實(shí)際上應(yīng)被視作是示例性的，而非限制性的。


本發(fā)明利用附圖以舉例的方式，而不是用限制的方式進(jìn)行說(shuō)明，在附圖中，相同參考數(shù)字表示相似的單元，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，利用低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的數(shù)字廣播系統(tǒng)的圖示；圖2是用于圖1所示系統(tǒng)中數(shù)字發(fā)射設(shè)備的示例性的發(fā)射機(jī)的圖示；圖3是圖1所示系統(tǒng)中示例性數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的圖示；圖4A和4B分別是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于圖1所示系統(tǒng)中的示例性幀結(jié)構(gòu)的圖示以及用于在該幀結(jié)構(gòu)中插入導(dǎo)頻塊的過(guò)程的流程圖；圖5A和5B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的頻率捕獲過(guò)程的流程圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的頻率跟蹤過(guò)程的流程圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的載波同步模塊的圖示，該模塊利用附加導(dǎo)頻塊操作，以用于低信噪比(SNR)的8相移鍵控(PSK)調(diào)制；圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的作用于圖4A中幀結(jié)構(gòu)的雙掃描鎖相環(huán)(PLL)過(guò)程的圖示；圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于雙掃描PLL的PLL的圖示；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的雙掃描鎖相環(huán)(PLL)過(guò)程的流程圖；圖11是用于圖10中雙掃描鎖相環(huán)(PLL)過(guò)程的環(huán)路濾波器的圖示；圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的載波同步模塊的圖示，該模塊操作用于QPSK(正交相移鍵控)調(diào)制而不需要附加導(dǎo)頻塊；圖13是用于圖12中的載波同步模塊的頻率捕獲過(guò)程的精調(diào)諧子過(guò)程的流程圖；圖14是用于圖12中載波同步模塊的頻率跟蹤過(guò)程的流程圖；圖15是圖10中雙掃描鎖相環(huán)(PLL)過(guò)程的相位組合階段的流程圖；以及圖16是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能執(zhí)行與載波同步有關(guān)的各個(gè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的圖示。
具體實(shí)施例方式
描述一種設(shè)備、方法和軟件，用于在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中有效地提供載波同步。在下面的描述中，為達(dá)到說(shuō)明的目的，闡述了大量具體的細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以明顯看出，本發(fā)明的實(shí)踐可以沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)，或者采用一個(gè)等效配置。在其它例子中，眾所周知的結(jié)構(gòu)和裝置以方框圖的形式示出，以防止對(duì)本發(fā)明不必要的含糊理解。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的一個(gè)數(shù)字廣播系統(tǒng)的圖示。該數(shù)字通信系統(tǒng)100包括一個(gè)數(shù)字發(fā)射設(shè)備101，它產(chǎn)生用于通過(guò)通信信道103向一個(gè)或多個(gè)數(shù)字調(diào)制解調(diào)器105進(jìn)行廣播的信號(hào)波形。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通信系統(tǒng)100是一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，它支持例如音頻和視頻廣播業(yè)務(wù)以及交互式業(yè)務(wù)。交互式業(yè)務(wù)包括例如電子節(jié)目指南(EPG)，高速因特網(wǎng)接入，交互式廣告，電話(huà)，以及電子郵件業(yè)務(wù)。這些交互式業(yè)務(wù)還可以包括諸如按次付費(fèi)收看，電視商務(wù)，視頻點(diǎn)播，準(zhǔn)視頻點(diǎn)播以及音頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)等電視業(yè)務(wù)。在此環(huán)境下，調(diào)制解調(diào)器105是衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器。
這些調(diào)制解調(diào)器105通過(guò)檢查嵌入廣播數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)(如圖4所示)中的前同步碼和/或唯一字(UW)而實(shí)現(xiàn)載波同步，因此減少了額外開(kāi)銷(xiāo)的使用，尤其是用于訓(xùn)練目的的額外開(kāi)銷(xiāo)。該數(shù)字調(diào)制解調(diào)器105在下文中參照?qǐng)D3更加全面地進(jìn)行描述。
在這個(gè)離散通信系統(tǒng)100中，發(fā)射設(shè)備101產(chǎn)生一個(gè)代表媒體內(nèi)容(例如音頻、視頻、文本信息、數(shù)據(jù)等)的可能消息的離散集合；每個(gè)可能消息具有一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)波形。這些信號(hào)波形被通信信道103衰減或改變。為了對(duì)抗噪聲信道103，發(fā)射設(shè)備101利用了LDPC碼。
由發(fā)射設(shè)備101產(chǎn)生的LDPC碼使得可以高速實(shí)現(xiàn)而不引起任何性能損失。這些從發(fā)射設(shè)備101輸出的結(jié)構(gòu)化LDPC碼避免將少數(shù)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)分配到由于調(diào)制方案(例如8PSK)而已經(jīng)對(duì)信道差錯(cuò)脆弱的比特節(jié)點(diǎn)。這種LDPC碼具有可并行化的解碼過(guò)程(與turbo碼不同)，它有益地包含了例如加法、比較和查表等簡(jiǎn)單操作。此外，精心設(shè)計(jì)的LDPC碼并不表現(xiàn)出任何差錯(cuò)基底的跡象。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，發(fā)射設(shè)備101使用一種相對(duì)簡(jiǎn)單的編碼技術(shù)，如下面圖2所示，產(chǎn)生基于奇偶校驗(yàn)矩陣(它們促進(jìn)解碼時(shí)的有效存儲(chǔ)器存取)的LDPC碼，以和衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器105進(jìn)行通信。
圖2是用于圖1所示系統(tǒng)中數(shù)字發(fā)射設(shè)備的示例性的發(fā)射機(jī)的圖示。一個(gè)發(fā)射機(jī)200配備有LDPC編碼器203，后者接收來(lái)自信息源201的輸入，并且輸出適合于接收機(jī)105處的糾錯(cuò)處理的更高冗余度的已編碼流。信息源201產(chǎn)生來(lái)自離散字符集X的k個(gè)信號(hào)。LDPC碼用奇偶校驗(yàn)矩陣確定。另一方面，編碼LDPC碼一般需要指定生成矩陣。即使可能利用高斯消去從奇偶校驗(yàn)矩陣得到生成矩陣，所得到的矩陣也不再是稀疏矩陣，而存儲(chǔ)一個(gè)大的生成矩陣可能會(huì)很復(fù)雜。
編碼器203使用一種簡(jiǎn)單的編碼技術(shù)，向調(diào)制器205產(chǎn)生來(lái)自字符集Y的信號(hào)，該編碼技術(shù)通過(guò)將結(jié)構(gòu)加在奇偶校驗(yàn)矩陣上而只利用奇偶校驗(yàn)矩陣。具體地講，通過(guò)約束矩陣的某部分為三角形而給奇偶校驗(yàn)矩陣設(shè)置一個(gè)限制。這種限制導(dǎo)致可以忽略的性能損失，因而構(gòu)成了具有吸引力的折衷。
調(diào)制器205將來(lái)自編碼器203的已編碼消息映射到信號(hào)波形，發(fā)送到發(fā)射天線(xiàn)207，該天線(xiàn)207將這些波形通過(guò)通信信道103發(fā)射。該已編碼消息從而被調(diào)制并被發(fā)送至發(fā)射天線(xiàn)207。從發(fā)射天線(xiàn)207的發(fā)射傳播到數(shù)字調(diào)制解調(diào)器，如下文所述。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的情況下，來(lái)自天線(xiàn)207的發(fā)射信號(hào)通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行中轉(zhuǎn)。
圖3是圖1所示系統(tǒng)中示例性的數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的圖示。數(shù)字調(diào)制解調(diào)器300作為調(diào)制器/解調(diào)器，支持發(fā)射和來(lái)自發(fā)射機(jī)200的信號(hào)的接收。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，調(diào)制解調(diào)器300具有一個(gè)前端模塊301，它提供對(duì)接收自天線(xiàn)303的LDPC已編碼信號(hào)的濾波和符號(hào)定時(shí)同步，以及一個(gè)載波同步模塊302，它提供對(duì)輸出自前端模塊301的信號(hào)的頻率和相位的捕獲和跟蹤。一個(gè)解映射器305完成對(duì)輸出自載波同步模塊302的接收信號(hào)的解映射。解調(diào)后，該信號(hào)被轉(zhuǎn)發(fā)至一個(gè)LDPC解碼器307，通過(guò)產(chǎn)生消息X′試圖重建原始源消息。
在發(fā)射側(cè)，調(diào)制解調(diào)器305利用一個(gè)LDPC編碼器309對(duì)輸入信號(hào)編碼。編碼后的信號(hào)被調(diào)制器311調(diào)制，可以使用多種調(diào)制方案一例如BPSK(二進(jìn)制相移鍵控)，QPSK，8PSK，16APSK(幅度相移鍵控)，或者其它高階調(diào)制。
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性幀結(jié)構(gòu)的圖示。通過(guò)舉例示出了一個(gè)經(jīng)過(guò)LDPC編碼的幀400，它可以支持例如衛(wèi)星廣播和交互式業(yè)務(wù)。在這種情況下，該幀結(jié)構(gòu)將一個(gè)LDPC幀400(例如用于8PSK調(diào)制)分為15個(gè)碼段401(例如每段16時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙占用90個(gè)符號(hào))，并且在兩個(gè)段401之間插入14個(gè)唯一字(UW)403。UW的插入過(guò)程在下文中參照?qǐng)D4B進(jìn)行說(shuō)明。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，每一個(gè)UW 403具有36個(gè)符號(hào)(PSK)。一個(gè)前同步碼405作為一個(gè)物理層報(bào)頭(表示為“PLHEADER”)并占用一個(gè)時(shí)隙。在這個(gè)幀結(jié)構(gòu)中，該前同步碼405和UW 403作為訓(xùn)練塊；UW 403作為導(dǎo)頻塊被選擇性地插入。雖然幀400按照一個(gè)支持衛(wèi)星廣播和交互式業(yè)務(wù)(并且符合數(shù)字視頻廣播(DVB)—S2標(biāo)準(zhǔn))的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，但是應(yīng)被認(rèn)可，本發(fā)明的載波同步技術(shù)可以應(yīng)用于其它的幀結(jié)構(gòu)。
圖4B示出了在圖4A的幀結(jié)構(gòu)中插入導(dǎo)頻塊的過(guò)程的流程圖。用于載波相位跟蹤的這個(gè)訓(xùn)練導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)可以在一個(gè)數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，以對(duì)抗嚴(yán)重的相位噪聲。在步驟411中，導(dǎo)頻插入過(guò)程等候預(yù)定數(shù)目的符號(hào)(即插入點(diǎn))。接著，確定導(dǎo)頻位置是否符合前同步碼的位置，如步驟413所示。如果該位置是指定用于前同步碼的，則導(dǎo)頻塊不插入(步驟415)；否則按照步驟417插入導(dǎo)頻塊。
例如，在圖4A的幀結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)頻插入過(guò)程每1440個(gè)符號(hào)插入導(dǎo)頻塊。在這種情況下，該導(dǎo)頻塊包括36個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，在物理層幀400中，第一個(gè)導(dǎo)頻塊在PLHEADER后的1440個(gè)符號(hào)處插入，第二個(gè)導(dǎo)頻塊經(jīng)過(guò)2880個(gè)符號(hào)后插入，以此類(lèi)推。如果導(dǎo)頻塊的位置與下一個(gè)PLHEADER的起始處一致，則該導(dǎo)頻塊不插入。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，載波同步模塊302(圖3)利用前同步碼405和/或UW 403用于載波頻率和相位同步。如前文所述，常規(guī)情況下，包含已知數(shù)據(jù)符號(hào)(例如前同步碼405)的FEC已編碼數(shù)據(jù)在連續(xù)模式調(diào)制解調(diào)器中被忽略了。也就是說(shuō)，前同步碼405和/或UW 403用于載波同步，即用于輔助頻率捕獲和跟蹤以及相位跟蹤環(huán)的操作。因此，將前同步碼405和UW 403看作“訓(xùn)練”或“導(dǎo)頻”符號(hào)，單獨(dú)或共同地組成一個(gè)訓(xùn)練塊。
載波頻率同步過(guò)程在下面的圖5和圖6中更加全面地進(jìn)行描述，它采用一個(gè)前饋頻率估計(jì)器用于頻率捕獲和跟蹤。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，估計(jì)器僅僅操作于訓(xùn)練塊，因此它與調(diào)制方案無(wú)關(guān)。
圖5A和5B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的頻率捕獲過(guò)程的流程圖。在這個(gè)例子中，載波同步模塊302執(zhí)行頻率捕獲過(guò)程，因此可以使用不同的調(diào)制方案(例如BPSK，QPSK，8PSK，16APSK等)。這個(gè)頻率捕獲過(guò)程基本上包括兩個(gè)步驟。首先，按照步驟501，確定移除數(shù)據(jù)的連續(xù)波(CW)的自相關(guān)。其次，如步驟503，基于自相關(guān)的相位的加權(quán)和來(lái)估計(jì)載波頻率。
如步驟501中的自相關(guān)的計(jì)算，在圖5B中更加全面地描述。在步驟511中，基于已知的訓(xùn)練模式移除數(shù)據(jù)調(diào)制，以得到CW信號(hào)。之后，按照步驟513，在一個(gè)LDPC幀內(nèi)計(jì)算自相關(guān)，如下Rf(m)=Σs=014Σk=0n-1(xs,k+mfps,k+mf*)(xs,kfps,kf*)*,m=1,...,L,]]>其中f是幀的標(biāo)號(hào)，s是UW的標(biāo)號(hào)，k是符號(hào)的標(biāo)號(hào)，ps是已知的訓(xùn)練符號(hào)，假設(shè)LDPC和8PSK幀格式。
在步驟515中，自相關(guān)基于若干LDPC幀進(jìn)行累積，如下R(m)=Σf=0N-1Rf(m)]]>最后的頻率估計(jì)基于以下公式Δf^=12πTsΣm=0L-1wmΔ(m)]]>wm=3[(2L+1)2-(2m+1)2][(2L+1)2-1](2L+1),m=1,...,L-1]]>其中Ts是符號(hào)周期，且Δ(m)=arg[R(1)],m=0mod[arg(R(m+1))-arg(R(m)),2π],m=1...,L-1]]>以上的頻率捕獲過(guò)程顯示出極好的性能。僅少數(shù)的自相關(guān)(L)在少數(shù)LDPC幀(N)上計(jì)算就可以得到好的性能，例如，當(dāng)L＝16，N＝5，Es/No＝6.7dB，RMS(均方根)頻率誤差為8.9×10-5。捕獲時(shí)間與載波頻率偏移無(wú)關(guān)，且僅由所需的估計(jì)精度決定。例如，如果需要的殘余頻率為3×10-4，只需要五個(gè)LDPC幀來(lái)獲得達(dá)到該頻率偏移，成功率為99.999％。該頻率估計(jì)過(guò)程還具有大的頻率捕獲范圍(大于20％的符號(hào)率)，非常小的估計(jì)方差，并且在低SNR下(甚至在0dB)工作很好。該方法對(duì)熱噪聲和相位噪聲也具有穩(wěn)健性。此外，以上的方法有益地使得易于實(shí)施為例如在VLSI(超大規(guī)模集成電路)芯片中的數(shù)字邏輯。
載波頻率捕獲階段完成之后，開(kāi)始頻率跟蹤過(guò)程，如下文所討論。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的頻率跟蹤過(guò)程的流程圖。如前文所述，頻率跟蹤過(guò)程具有一個(gè)前饋結(jié)構(gòu)。通過(guò)舉例的方式，按照需要額外的導(dǎo)頻塊的情況，例如在低信噪比下的8PSK調(diào)制，說(shuō)明頻率跟蹤操作。在步驟601中，根據(jù)前同步碼和UW估計(jì)相位，利用如下公式φn=arg[Σk=0Nu-1xkpk*]]]>其中xk是接收的符號(hào)，pk是已知的UW模式，Nu是UW的長(zhǎng)度。在步驟603中，頻率估計(jì)如下Δf^=12π(Ns+Nu)TsΣm=0M-1wmmod[φm+1-φm,2π]]]>wm=3[(2M+1)2-(2m+1)2][(2M+1)2-1](2M+1),m=0,...,M-1,M=14]]>其中Ns是碼段的長(zhǎng)度，即16個(gè)時(shí)隙，1440個(gè)符號(hào)，且Nu是唯一字的長(zhǎng)度，它等于36，M是一個(gè)LDPC幀中UW的數(shù)目，例如8PSK調(diào)制中，M為14。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，頻率跟蹤過(guò)程基于根據(jù)前同步碼和UW的相位估計(jì)，對(duì)每個(gè)LDPC幀進(jìn)行一次載波頻率的估計(jì)和修正。
以上的頻率跟蹤方案提供了一些益處。因?yàn)樵撨^(guò)程是前饋的，不需要擔(dān)心其穩(wěn)定性。并且，因?yàn)槊總€(gè)LDPC幀都進(jìn)行一次載波頻率估計(jì)，該過(guò)程可以容納一個(gè)大的頻率斜坡(例如30KHz)。此外，該過(guò)程對(duì)熱噪聲和相位噪聲具有穩(wěn)健性。例如在6.7dB時(shí)，當(dāng)僅存在AWGN(加性高斯白噪聲)時(shí)，RMS頻率誤差確定為6.5×10-7，在存在AWGN加上相位噪聲時(shí)，RMS頻率誤差確定為6.2×10-6。在0dB時(shí)，RMS是1.3×10-6(只有AWGN)，以及6.3×10-6(AWGN加上相位噪聲)，也就是說(shuō)，相位噪聲是估計(jì)誤差的主要來(lái)源。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工作在跟蹤模式下的載波同步模塊，帶有幫助用于低SNR下8PSK調(diào)制的載波同步的附加導(dǎo)頻塊。接收到一個(gè)接收信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)給匹配濾波器701。前饋(FF)頻率估計(jì)器703對(duì)每一個(gè)LDPC幀得到一個(gè)新的頻率估計(jì)，并將這個(gè)估計(jì)饋給環(huán)路濾波器712，接著送入一個(gè)寬帶混頻器705以修正頻率偏移。匹配濾波器701將UW輸出至UW相位估計(jì)器707，并將從接收信號(hào)中抽取的隨機(jī)數(shù)據(jù)輸出至一個(gè)塊載波相位估計(jì)器709，它基于隨機(jī)數(shù)據(jù)和關(guān)于UW的相位估計(jì)，向混頻器713產(chǎn)生碼段的相位估計(jì)。UW相位估計(jì)器707根據(jù)來(lái)自幀同步FSM(有限狀態(tài)機(jī))711的每個(gè)輸入向FF載波頻率估計(jì)器703輸出UW相位估計(jì)，該FSM 711確定UW的位置。匹配濾波器701還將接收信號(hào)提供給混頻器713，后者將得到的信號(hào)輸出到解映射器305。
塊載波相位估計(jì)器709運(yùn)用了載波相位跟蹤過(guò)程(在8PSK調(diào)制的示例性情況下)，該過(guò)程基于一個(gè)具有適合低SNR時(shí)使用的最大似然(ML)相位檢測(cè)器的雙掃描鎖相環(huán)(PLL)結(jié)構(gòu)。與常規(guī)的PLL不同，雙掃描PLL具有一些不同之處。雙掃描PLL基于逐段來(lái)跟蹤載波相位。兩段之間的相位跟蹤操作是相互獨(dú)立的。雙掃描PLL使用來(lái)自段的開(kāi)頭和末尾的UW的相位估計(jì)，以初始化PLL中的相位和頻率分量，也作為相位參考，以確定是否發(fā)生了周期滑移。PLL系統(tǒng)中的周期滑移主要由超過(guò)環(huán)路跟蹤范圍的瞬時(shí)頻率引起。
由于傳統(tǒng)的PLL是一個(gè)因果性的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)基于過(guò)去的樣本估計(jì)載波相位。與之形成對(duì)照，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，雙掃描PLL通過(guò)如圖8所示正向和反向掃描數(shù)據(jù)段，基于過(guò)去和未來(lái)的樣本來(lái)估計(jì)載波相位。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的操作于圖4A中幀結(jié)構(gòu)的雙掃描鎖相環(huán)(PLL)的圖示。為了抑制周期滑移，雙掃描PLL在相位掃描前估計(jì)段內(nèi)的瞬時(shí)頻率，并智能地組合來(lái)自正向和反向的相位估計(jì)作為最終的相位估計(jì)。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于雙掃描PLL的一個(gè)PLL的圖示，它執(zhí)行一個(gè)方向的相位掃描。雙掃描PLL可以在并行操作中使用兩個(gè)這種PLL 900，或者在串行實(shí)現(xiàn)中使用一個(gè)單獨(dú)的PLL 900依次運(yùn)行。一個(gè)輸入混頻器901利用來(lái)自跟蹤環(huán)路的相位估計(jì)修正輸入信號(hào)的相位偏移。一個(gè)ML相位檢測(cè)器903估計(jì)旋轉(zhuǎn)信號(hào)的殘余相位誤差，并且將其通過(guò)環(huán)路濾波器905(在圖11中將更全面地描述)。環(huán)路濾波器905移除噪聲并跟蹤信號(hào)的頻率，并且通過(guò)向一個(gè)數(shù)控振蕩器(NCO)907發(fā)送相位估計(jì)來(lái)閉合鎖相環(huán)，該數(shù)控振蕩器將相位估計(jì)投影到同相坐標(biāo)軸和正交坐標(biāo)軸上。
在雙掃描PLL中使用的ML相位檢測(cè)器903是由最大似然準(zhǔn)則推導(dǎo)出來(lái)的，它適合低SNR。該相位檢測(cè)器對(duì)每個(gè)接收符號(hào)xk估計(jì)其相位 如下θ^k=Im(xkd^k*),]]>其中 是對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)dk的軟估計(jì)，即d^k=Σm=0M-1e-||xk-cm||22σ2cmΣm=0M-1e-||xk-cm||22σ2,]]>M調(diào)制的維數(shù)，例如QPSK為4，8PSK為8；cm＝ej(2πm/M+π/M)星座圖點(diǎn)；σ2AWGN方差；符號(hào)*表示復(fù)共軛運(yùn)算。
相位檢測(cè)器的SNR可以定義為SNRPD=A2σp2,]]>其中A是相位檢測(cè)器的增益，σp2是估計(jì)方差。用于8PSK調(diào)制的ML相位檢測(cè)器的SNR在6.6dB下為-4.5dB，比傳統(tǒng)的面向判決相位檢測(cè)器好3.5dB。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的雙掃描鎖相環(huán)(PLL)過(guò)程的流程圖。該雙掃描PLL在一個(gè)碼段內(nèi)的操作可以被分為三個(gè)階段(1)初始化，(2)雙掃描，以及(3)相位組合。在初始化過(guò)程中，使用如下公式從在當(dāng)前碼段的開(kāi)始和末尾的導(dǎo)頻塊即前同步碼和/或UW得到相位估計(jì)
φn=arg[Σk=0Nu-1xkpk*]]]>其中xk是接收符號(hào)，pk是已知的導(dǎo)頻模式，Nu是導(dǎo)頻塊的長(zhǎng)度(UW為36，前同步碼為90)。
基于來(lái)自UW的展開(kāi)的相位估計(jì)對(duì)一個(gè)碼段內(nèi)的瞬時(shí)頻率進(jìn)行估計(jì)，能夠抑制周期滑移。這個(gè)估計(jì)，如步驟1001，由下式確定ω^=φn+1-φnNs+Nu]]>其中φn+1和φn分別是來(lái)自開(kāi)頭和末尾的UW的相位估計(jì)，Ns是碼段的長(zhǎng)度，例如1440。
相位展開(kāi)操作由下式給出φn+1=φn+1+2π×floor(φn-φn+1+π2π)]]>其中floor(x)將x向負(fù)無(wú)窮大的方向四舍五入到最近的整數(shù)。
該雙掃描相位開(kāi)始于步驟1003，其中在PLL掃描前，通過(guò)使接收符號(hào)xk乘以 移除了瞬時(shí)頻率偏移 即xkexp(-jω^k),k=0,...,Ns-1]]>其結(jié)果是一個(gè)新的xk。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，NCO 907中的寄存器被以 編程。
圖11示出用于圖10中雙掃描鎖相環(huán)(PLL)過(guò)程的環(huán)路濾波器的圖示。如圖11所示，可以使用環(huán)路濾波器1100，其中正向掃描PLL中，環(huán)路頻率寄存器ω(k)初始化為0(步驟1005)；反向掃描PLL中，環(huán)路頻率寄存器ω(k)1101也初始化為0。在正向PLL中，相位寄存器ξ(k)1103初始化為來(lái)自開(kāi)頭的UW的相位估計(jì)φn。對(duì)整個(gè)碼段從開(kāi)頭到末尾進(jìn)行掃描，如步驟1007所示，得到相位估計(jì)θf(wàn)(m)，m＝0，...Ns-1(步驟1009)。
在反向PLL中，相位寄存器ξ(k)1103初始化為來(lái)自末尾的UW的相位估計(jì) 然后對(duì)整個(gè)碼段從末尾到開(kāi)頭進(jìn)行掃描，得到相位估計(jì)θr(m)，m＝0，...，Ns-1。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，同時(shí)執(zhí)行正向和反向掃描，從而提高了速度。換句話(huà)說(shuō)，可以利用一個(gè)或多個(gè)PLL。在單個(gè)PLL的情況下，依次執(zhí)行正向和反向掃描。
最終的相位估計(jì)(如圖10所示)是來(lái)自正向和反向PLL掃描的相位估計(jì)及瞬時(shí)頻率估計(jì)的組合(根據(jù)步驟1011)。
通過(guò)可供選擇的以下過(guò)程，周期滑移的影響可以進(jìn)一步被降低。在相位組合之前，該過(guò)程在兩個(gè)掃描的末尾均校驗(yàn)是否有任何顯著的相位誤差，方法如下。在正向掃描的末尾，相位誤差定義為，ϵf=θf(Ns-1)+ω^(Ns-1)-φn+1,]]>其中下面的展開(kāi)技術(shù)可以用于εfϵf=ϵf-2π×floor(ϵf+π2π)]]>同樣，相位誤差εr＝θr(0)-φn定義于反向掃描的末尾，其中同樣的展開(kāi)技術(shù)用于εr。
如果|εf|＜te或|εr|＜te，其中te是一個(gè)預(yù)定的閾值，例如te＝π/M(對(duì)于8PSK為π/8)，則該掃描稱(chēng)為“同步”，并且最終相位估計(jì) 由下式給出θ^(m)=(θf(m)+θr(m)+2π×floor(θf(m)-θr(m)+π2π))/2+ω^m,m=0,...,Ns-1]]>如果|εf|＞te且|εr|＞te，在段內(nèi)極有可能具有一個(gè)顯著的頻率變化，執(zhí)行以下步驟以處理這種特殊的情況。首先，用如下方法估計(jì)mc(在發(fā)生了這種顯著頻率變化之處)mc=|ϵr|(Ns-1)|ϵf|+|ϵr|]]>接著，正向PLL掃描從mc開(kāi)始，ξ(mc)＝θf(wàn)(mc)且ω(mc)=-ϵfNs-mc,]]>從mc至Ns-1執(zhí)行正向PLL掃描，從而得到一個(gè)用于該部分的新的θf(wàn)(m)。反向PLL掃描也從mc開(kāi)始，ξ(mc)＝θr(mc)且ω(mc)=-ϵrmc+1,]]>其中從mc至0執(zhí)行反向PLL掃描。得到用于該部分的新的θr(m)。
最終的相位估計(jì) 由下式給出θ^(m)=(θf(m)+θr(m)+2π×floor(θf(m)-θr(m)+π2π))/2+ω^m,m=0,...,Ns-1]]>在以上雙掃描PLL配置下，相位估計(jì)基于過(guò)去和未來(lái)的樣本。來(lái)自正向和反向掃描的相位估計(jì)是相關(guān)的，然而該過(guò)程中導(dǎo)致的噪聲卻是不相關(guān)的。因此，該過(guò)程可以使相位誤差的方差降低一半(即3dB)。
這個(gè)過(guò)程也可以產(chǎn)生好的相位跟蹤結(jié)果。具有DVB-S相位噪聲屏蔽的8PSK調(diào)制的RMS相位誤差為3.2度(在6.6dB下)，相比之下，傳統(tǒng)前向掃描PLL得到的RMS相位誤差為4.5度。這種逐段相位跟蹤，瞬時(shí)頻率估計(jì)和移除，以及雙掃描相位估計(jì)加上巧妙的相位組合有效地抑制了周期滑移的發(fā)生。
此外，該環(huán)路在接收到整個(gè)碼段(16個(gè)時(shí)隙)后可以立即開(kāi)始相位跟蹤。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，該P(yáng)LL也僅需要小的存儲(chǔ)容量來(lái)緩沖16個(gè)時(shí)隙的I和Q樣本，以及1440個(gè)相位樣本(每一半分配給一個(gè)掃描)。由于瞬間頻率估計(jì)，該P(yáng)LL對(duì)頻率殘余誤差(高達(dá)3×10-4)具有穩(wěn)健性。對(duì)于高階調(diào)制的相位跟蹤，例如8PSK，大的頻率偏移是十分有害的。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的載波同步模塊的圖示，該模塊操作中沒(méi)有幫助用于QPSK(正交相移鍵控)調(diào)制的載波同步的附加導(dǎo)頻塊。用于無(wú)導(dǎo)頻模式的載波同步過(guò)程與如參考圖7時(shí)所說(shuō)明的用于導(dǎo)頻模式的是相似的。載波同步模塊302的操作通過(guò)僅利用一個(gè)時(shí)隙的前同步碼用于訓(xùn)練；也即不使用UW。無(wú)導(dǎo)頻模式的頻率捕獲是一個(gè)兩步驟過(guò)程，包括利用前饋頻率估計(jì)器的粗頻率估計(jì)，和利用工作在捕獲模式的雙掃描PLL的細(xì)頻率估計(jì)。
載波同步模塊302基于雙掃描PLL提供跟蹤模式下的相位恢復(fù)。一個(gè)前同步碼相位估計(jì)器1201接收輸出自匹配濾波器1203的前同步碼。前同步碼相位估計(jì)器1201基于幀同步FSM(有限狀態(tài)機(jī))1205輸出前同步碼的相位估計(jì)，該幀同步FSM確定新的前同步碼的位置并將它提供給雙掃描PLL 1207(與在導(dǎo)頻模式使用的相似)。該雙掃描PLL 1207也接收抽取自接收信號(hào)的隨機(jī)數(shù)據(jù)作為輸入。由雙掃描PLL 1207產(chǎn)生的相位估計(jì)饋至頻率估計(jì)器1209；最后，將產(chǎn)生自雙掃描PLL 1207的相位估計(jì)提供給混頻器1206，它基于相位估計(jì)，將來(lái)自匹配濾波器1203的信號(hào)旋轉(zhuǎn)后送到解映射器305。頻率估計(jì)器1209將頻率估計(jì)輸出至一個(gè)環(huán)路濾波器1211(例如同圖11中所示)，它跟蹤頻率偏移并將得到的信號(hào)提供給數(shù)控振蕩器(NCO)1213。NCO1213根據(jù)來(lái)自環(huán)路濾波器1211的頻率估計(jì)，將接收信號(hào)旋轉(zhuǎn)后送至寬帶混頻器1215。
載波同步模塊302有益地提供了極低信噪比(例如1dB)下的高性能，同時(shí)將訓(xùn)練符號(hào)的使用降到最低。載波同步模塊302支持快速的載波頻率和相位捕獲(例如小于50ms)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，載波捕獲過(guò)程包括兩個(gè)階段粗頻率估計(jì)過(guò)程，和細(xì)頻率估計(jì)過(guò)程。粗頻率估計(jì)過(guò)程類(lèi)似于在8PSK中使用的(圖5)。無(wú)導(dǎo)頻模式下的差別在于只使用90符號(hào)的前同步碼用于計(jì)算自相關(guān)。自相關(guān)的計(jì)算在一個(gè)LDPC幀中進(jìn)行Rf(m)=Σk=0n-1(xk+mfpk+mf*)(xkfpkf*)*,m=1,...L,]]>其中f是幀的標(biāo)號(hào)，k是符號(hào)的標(biāo)號(hào)，ps是前同步碼中的已知數(shù)據(jù)符號(hào)，n等于90。于是基于若干LDPC幀對(duì)自相關(guān)進(jìn)行累積，以確定最終頻率估計(jì)。
圖13是用于圖12中載波同步模塊的頻率捕獲過(guò)程的精調(diào)諧子過(guò)程的圖示。粗頻率估計(jì)結(jié)束之后，由載波同步模塊302執(zhí)行的頻率捕獲過(guò)程可以進(jìn)入精調(diào)諧階段。精調(diào)諧過(guò)程基于頻率跟蹤環(huán)路，它的頻率誤差估計(jì)每一個(gè)LDPC幀執(zhí)行一次，并基于操作于捕獲模式的雙掃描PLL 1207的相位跟蹤結(jié)果，以及來(lái)自前同步碼的相位估計(jì)。在這種模式下，PLL具有更大的環(huán)路帶寬(例如2×10-3)以及更小的衰減因子(例如1.1)。
精調(diào)諧過(guò)程基于雙掃描PLL 1207(圖12)。該過(guò)程對(duì)每一個(gè)LDPC幀進(jìn)行一次頻率誤差估計(jì)，并修正連接至寬帶混頻器1215的NCO1213。首先，θ^(m),m=0,...,Ns-1]]>(Ns是LDPC幀長(zhǎng)度，例如對(duì)于QPSK為32400)定義為對(duì)于一個(gè)LDPC幀的相位跟蹤結(jié)果。
精調(diào)諧過(guò)程的開(kāi)始是初始化幀計(jì)數(shù)器Nf為0，即步驟1301。在這個(gè)例子中，該過(guò)程重復(fù)8次(即Nf＝8)。在步驟1303中，用PLL對(duì)一個(gè)新的LDPC幀進(jìn)行處理，該P(yáng)LL初始化為基于前同步碼的相位估計(jì)；雙掃描PLL的操作在下文中更詳細(xì)地說(shuō)明。然后確定正向或反向掃描是否同步(步驟1305)。如果正向或反向掃描(或二者都)同步，根據(jù)步驟1307，頻率誤差估計(jì)由下式給出f^e=θ^(Ns-1)-θ^(0)2πTsNs,]]>其中 是由雙掃描PLL 1207產(chǎn)生的最終相位估計(jì)，接著，NCO中的頻率修正為f^nco(n+1)=f^nco(n)+ρf^e,]]>其中ρ是環(huán)路濾波器1211的參數(shù)，例如0.5。
如果兩種掃描均不同步，則根據(jù)步驟1309，在精調(diào)諧操作中跳過(guò)該LDPC幀。如果發(fā)生了某一次數(shù)的頻率精調(diào)諧(如步驟1311和1313中所執(zhí)行的)，則根據(jù)步驟1315，環(huán)路進(jìn)入跟蹤階段，如圖14所說(shuō)明。
圖14是用于圖12中載波同步模塊的頻率跟蹤過(guò)程的流程圖。該載波頻率跟蹤過(guò)程類(lèi)似于頻率捕獲階段的精調(diào)諧。該跟蹤過(guò)程對(duì)每一個(gè)LDPC幀，基于來(lái)自雙掃描PLL 1207的相位跟蹤結(jié)果，進(jìn)行一次頻率誤差估計(jì)，并據(jù)此修正NCO 1213；只有當(dāng)PLL 1207同步才執(zhí)行該過(guò)程。精調(diào)諧過(guò)程和這個(gè)頻率跟蹤過(guò)程的唯一差別在于雙掃描利用一個(gè)窄得多的環(huán)路帶寬(例如5×10-4)以及更大的衰減因子(例如2)操作。
在一個(gè)LDPC幀的末尾，跟蹤過(guò)程確定正向掃描或反向掃描是否同步，即步驟1401和1403。如果掃描同步，則根據(jù)步驟1405計(jì)算頻率誤差估計(jì)，如下f^e=θ^(Ns-1)-θ^(0)2πTsNs,]]>NCO 1213中的頻率用f^nco(n+1)=f^nco(n)+ρf^e]]>進(jìn)行修正。如果正向掃描和反向掃描不同步，則根據(jù)步驟1407，跳過(guò)該LDPC幀。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，雙掃描鎖相環(huán)(PLL)過(guò)程的相位組合階段的流程圖。無(wú)導(dǎo)頻模式下的載波相位跟蹤過(guò)程是基于具有適于低SNR的ML相位檢測(cè)器的雙掃描PLL結(jié)構(gòu)。該過(guò)程基于逐幀的原則跟蹤載波相位。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)LDPC幀之間的相位跟蹤操作是相互獨(dú)立的。該跟蹤過(guò)程使用來(lái)自當(dāng)前幀的前同步碼和下一幀的前同步碼的相位估計(jì)，以初始化PLL中的相位分量。這些相位估計(jì)還提供一個(gè)相位參考，用于確定是否發(fā)生周期滑移。新的PLL通過(guò)正向和反向掃描數(shù)據(jù)段，基于過(guò)去和未來(lái)的樣本估計(jì)載波相位。為了抑制周期滑移，新的PLL巧妙地組合來(lái)自?xún)蓚€(gè)方向的相位估計(jì)，作為最終的相位估計(jì)，如圖14所示。
用于雙掃描PLL的(圖9的)ML相位檢測(cè)器911是由最大似然準(zhǔn)則推導(dǎo)出的。該相位檢測(cè)器估計(jì)每個(gè)接收符號(hào)xk的相位 如下θ^k=Im(xkd^k*),]]>其中 是對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)dk的軟估計(jì)，即，d^k=Σm=0M-1e-||xk-cm||22σ2cmΣm=0M-1e-||xk-cm||22σ2,]]>M調(diào)制維數(shù)，對(duì)于QPSK為4，對(duì)于8PSK為8；cm＝ej(2πn/M+π/M)星座圖點(diǎn)；以及σ2AWGN方差；符號(hào)*表示復(fù)共軛運(yùn)算。
相位檢測(cè)器的SNR定義如下SNRPD=A2σp2,]]>其中A是相位檢測(cè)器的增益，σp2是估計(jì)方差。ML相位檢測(cè)器在1dB下的QPSK調(diào)制中的SNR為-4.1dB，比傳統(tǒng)面向判決相位檢測(cè)器好1.5dB。
與參照?qǐng)D10描述的導(dǎo)頻模式操作相同，一個(gè)LDPC幀中的雙掃描PLL 1207操作具有三個(gè)階段。在初始化階段，從當(dāng)前幀的開(kāi)頭和末尾的前同步碼中得到相位估計(jì)φn=arg[Σk=0Nu-1xkpk*],]]>其中xk是接收符號(hào)，pk是已知的前同步碼模式，Nu是該前同步碼的長(zhǎng)度(例如90)。因?yàn)長(zhǎng)DPC相對(duì)較長(zhǎng)(例如32400)，基于來(lái)自前同步碼的相位估計(jì)來(lái)估計(jì)瞬時(shí)頻率是困難的。然而，對(duì)于例如QPSK的低階調(diào)制的PLL比例如8PSK的高階調(diào)制中的PLL對(duì)相位噪聲和頻率誤差具有更強(qiáng)的穩(wěn)健性。
在雙掃描階段，正向PLL中，相位寄存器ξ(k)1103(圖10)初始化為來(lái)自開(kāi)頭的前同步碼的相位估計(jì)φn。接著，從開(kāi)頭到末尾對(duì)整個(gè)幀進(jìn)行掃描，得到相位估計(jì)θf(wàn)(m)，m＝0，...，Ns-1。在反向PLL中，相位寄存器ξ(k)1103初始化為來(lái)自末尾的前同步碼的相位估計(jì)φn+1，其中該過(guò)程從末尾到開(kāi)頭掃描整個(gè)幀，以獲得相位估計(jì)θr(m)，m＝0，...，Ns-1。環(huán)路頻率寄存器ω(k)對(duì)于兩個(gè)方向均初始化為0。正向和反向掃描可以同時(shí)執(zhí)行。
其后，開(kāi)始相位組合階段，即步驟1501。最終的相位估計(jì)是來(lái)自正向和反向掃描的相位估計(jì)的組合。在步驟1503中，該過(guò)程確定正向掃描是否同步；如果是，則確定反向掃描是否同步，即步驟1505。如果正向和反向掃描都同步，則最終的相位估計(jì) 如下式給出θ^(m)=(θf(m)+θr(m)+2π×floor(θf(m)-θr(m)+π2π))/2,m=0,...,Ns-1.]]>否則，如果只有正向掃描同步，則計(jì)算θ^(m)=θf(m),m=0,...,Ns-1,]]>如步驟1509所示。而如果只有反向掃描(按照步驟1511中確定)同步，則θ^(m)=θr(m),m=0,...,Ns-1]]>(步驟1513)。
如果兩個(gè)掃描都不同步，則，按照步驟1515，θ^(m)=θf(m),m=0,...,Ns/2-1θr(m),m=Ns/2,...,Ns-1]]>與導(dǎo)頻模式相同，在相位組合前，該過(guò)程在兩個(gè)掃描的末尾校驗(yàn)是否存在顯著相位誤差，如下。在正向掃描的末尾，相位誤差定義為εf＝θf(wàn)(Ns-1)-φn+1，其中將以下展開(kāi)技術(shù)用于εf，即，ϵf=ϵf-2π×floor(ϵf+π2π).]]>如果|εf|＜te，其中te是預(yù)定的閾值，例如te＝π/M(對(duì)于QPSK為π/4)，則斷言該正向掃描同步。同樣，在反向掃描的末尾，定義相位誤差εr＝θr(0)-φn。同樣的展開(kāi)技術(shù)可以用于εr。如果|εr|＜te，則認(rèn)為該反向掃描同步。
以上載波相位跟蹤過(guò)程，不論操作于QPSK或8PSK調(diào)制，都顯示出好的性能特性，由此例如雙掃描對(duì)熱噪聲和相位噪聲具有穩(wěn)健性。RMS相位跟蹤誤差也很低(例如對(duì)于DVB-S相位噪聲屏蔽為1dB的QPSK調(diào)制僅有3.3度)。
圖16圖示了一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以實(shí)施于該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600包括總線(xiàn)1601或其它通信裝置用于信息通信，以及一個(gè)連接總線(xiàn)1601的處理器1603用于處理信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600還包括連接至總線(xiàn)1601的主存儲(chǔ)器1605，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或其它動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)信息和由處理器1603執(zhí)行的指令。主存儲(chǔ)器1605還可以用于存儲(chǔ)執(zhí)行指令過(guò)程中處理器1603要處理的臨時(shí)變量或其它中間信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600還包括一個(gè)連接至總線(xiàn)1601的只讀存儲(chǔ)器(ROM)1607或其它靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)用于處理器1603的靜態(tài)信息和指令。一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備1609，例如磁盤(pán)或光盤(pán)，附加地連接至1601，用于存儲(chǔ)信息和指令。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600可以通過(guò)總線(xiàn)1601連接至顯示器1611，例如陰極射線(xiàn)管(CRT)，液晶顯示器，有源陣列顯示器，或等離子顯示器，用于對(duì)計(jì)算機(jī)用戶(hù)顯示信息。輸入設(shè)備1613，例如包括字母數(shù)字和其它鍵的鍵盤(pán)，連接至總線(xiàn)1601，用于與處理器1603之間的信息和命令選擇的通信。另一種用戶(hù)輸入設(shè)備是光標(biāo)控制器1615，例如鼠標(biāo)，跟蹤球，或光標(biāo)方向鍵，用于與處理器之間的方向信息和命令選擇的通信，以及用于控制顯示器1611的光標(biāo)移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600可以提供各種載波同步過(guò)程，它響應(yīng)執(zhí)行包含于主存儲(chǔ)器1605的指令系列的處理器1603。主存儲(chǔ)器1605可以從例如存儲(chǔ)設(shè)備1609的另一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀媒體讀入這種指令。這個(gè)包含于主存儲(chǔ)器1605的指令系列的執(zhí)行使得處理器1603執(zhí)行在此描述的過(guò)程步驟。多處理配置中的一個(gè)或多個(gè)處理器也可以用于執(zhí)行包含于主存儲(chǔ)器1605中的指令。在可供選擇的實(shí)施例中，硬布線(xiàn)模塊可以被代替或結(jié)合軟件指令使用來(lái)執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例。因此，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于任何硬件模塊與軟件的具體組合。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600還包括一個(gè)通信接口1617，它連接至總線(xiàn)1601。該通信接口1617提供與連接至本地網(wǎng)絡(luò)1621的網(wǎng)絡(luò)鏈路1619的雙向數(shù)據(jù)通信。例如，通信接口1617可以是一個(gè)數(shù)據(jù)用戶(hù)線(xiàn)路(DSL)卡或調(diào)制解調(diào)器，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(ISDN)卡，電纜調(diào)制解調(diào)器，或電話(huà)調(diào)制解調(diào)器，以提供連接至相應(yīng)種類(lèi)的電話(huà)線(xiàn)路的數(shù)據(jù)通信。作為另一個(gè)例子，通信接口1617可以是局域網(wǎng)(LAN)卡(例如用于以太網(wǎng)絡(luò)或異步傳輸模式(ATM)網(wǎng)絡(luò))，以提供連接至兼容的LAN的數(shù)據(jù)通信。也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)鏈路。在任何此類(lèi)實(shí)現(xiàn)中，通信接口1617發(fā)送并接收攜帶代表各類(lèi)信息的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的電信號(hào)，電磁信號(hào)或光信號(hào)。此外，通信接口1617可以包括外圍接口設(shè)備，例如通用串行總線(xiàn)(USB)接口，PCMCIA(個(gè)人電腦存儲(chǔ)卡國(guó)際協(xié)會(huì))接口，等等。
網(wǎng)絡(luò)鏈路1619典型地通過(guò)一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供向其它數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。例如，網(wǎng)絡(luò)鏈路1619可以提供通過(guò)本地網(wǎng)絡(luò)1621至主機(jī)1623的連接，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)1625(例如，一個(gè)廣域網(wǎng)(WAN)或現(xiàn)在一般稱(chēng)作“因特網(wǎng)”的全球數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò))或由業(yè)務(wù)提供者操作的數(shù)據(jù)設(shè)備具有連通性。本地網(wǎng)絡(luò)1621和網(wǎng)絡(luò)1625都使用電信號(hào)，電磁信號(hào)，或光信號(hào)來(lái)傳送信息和指令。通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)以及網(wǎng)絡(luò)鏈路1619上和通過(guò)通信接口1617的信號(hào)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信，它們是承載信息和指令的載波波形示例性的形式。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)鏈路1619和通信接口1617發(fā)送消息和接收數(shù)據(jù)，包括程序代碼。在因特網(wǎng)的例子里，一個(gè)業(yè)務(wù)器(沒(méi)有示出)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)1625，本地網(wǎng)絡(luò)1621和通信接口1617發(fā)送被請(qǐng)求的代碼，該代碼屬于用于執(zhí)行本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的應(yīng)用程序。處理器1603可以執(zhí)行接收到的發(fā)送代碼且/或?qū)⒃摯a存儲(chǔ)到存儲(chǔ)設(shè)備169或使用其它非易失性的存儲(chǔ)方式，用于以后執(zhí)行。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600可以用這種方式得到載波形式的應(yīng)用代碼。
此處用到的術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可讀媒體”涉及任何參與將指令提供給處理器1603用于執(zhí)行的媒體。這種媒體可以采取多種形式，包括但不限于非易失性的媒體，易失性的媒體，和傳輸媒體。非易失性的媒體包括例如光盤(pán)或磁盤(pán)，例如存儲(chǔ)設(shè)備1609。易失性的媒體包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，例如主存儲(chǔ)器1605。傳輸媒體包括同軸電纜，銅線(xiàn)，和光纖，包括構(gòu)成總線(xiàn)的601金屬線(xiàn)。傳輸媒體也可以采取例如通過(guò)射頻(RF)和紅外(IR)數(shù)據(jù)通信產(chǎn)生的聲波，光波或電磁波的形式。計(jì)算機(jī)可讀媒體的一般形式包括例如軟盤(pán)，軟磁盤(pán)，硬盤(pán)，磁帶，任何其它磁媒體，CD-ROM，CDRW，DVD，任何其它光媒體，穿孔卡片，紙帶，光學(xué)測(cè)標(biāo)紙，任何其它帶有孔或其它可用光學(xué)方法辨認(rèn)的標(biāo)記的模式的物理媒體，RAM，PROM，和EPROM，F(xiàn)LASH-EPROM，任何其它存儲(chǔ)芯片或磁帶，載波，或任何其它計(jì)算機(jī)可讀的媒體。
各種形式的計(jì)算機(jī)可讀媒體可以用于將指令提供給處理器以用于執(zhí)行。例如，用于執(zhí)行至少本發(fā)明的一部分的指令起初可以加載在一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的磁盤(pán)上。在這種情況下，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)將指令下載到主存儲(chǔ)器中并將利用調(diào)制解調(diào)器通過(guò)電話(huà)線(xiàn)路發(fā)送這些指令。本地計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器接收電話(huà)線(xiàn)路上的數(shù)據(jù)，利用紅外發(fā)射機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成紅外信號(hào)，并將該紅外信號(hào)發(fā)射到便攜式計(jì)算設(shè)備，例如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和膝上型電腦。便攜式計(jì)算設(shè)備上的紅外檢測(cè)器接收到由紅外信號(hào)承載的信息和指令，并且將數(shù)據(jù)置于總線(xiàn)上。該總線(xiàn)將數(shù)據(jù)傳送至主存儲(chǔ)器，處理器從該主存儲(chǔ)器中取出并執(zhí)行指令。主存儲(chǔ)器接收的指令可以在處理器執(zhí)行之前或之后選擇性地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備中。
因此，本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了一種在利用低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼和高階調(diào)制方案的數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中達(dá)到載波同步的方法。物理層的幀包括一個(gè)前同步碼和多個(gè)碼段。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，一個(gè)唯一字(UW)被選擇性地插入到每個(gè)碼段之前作為一個(gè)導(dǎo)頻塊。該前同步碼(以及可選導(dǎo)頻塊)作為一個(gè)訓(xùn)練塊。載波同步過(guò)程利用訓(xùn)練塊來(lái)估計(jì)載波頻率和相位，并為每個(gè)新的段重新初始化相位跟蹤環(huán)路。頻率捕獲過(guò)程包括計(jì)算數(shù)據(jù)移除后的連續(xù)波(CW)信號(hào)的自相關(guān)。接收信號(hào)的載波頻率基于累積自相關(guān)值的展開(kāi)相位的加權(quán)和進(jìn)行估計(jì)。對(duì)于頻率跟蹤，實(shí)現(xiàn)前饋結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生估計(jì)，并且對(duì)每一個(gè)LDPC幀，基于來(lái)自訓(xùn)練塊(即前同步碼和/或UW)的相位估計(jì)對(duì)載波頻率進(jìn)行一次修正。對(duì)于相位跟蹤，利用一個(gè)具有最大似然(ML)相位檢測(cè)器的雙掃描鎖相環(huán)(PLL)結(jié)構(gòu)。雙掃描PLL基于逐段的原則跟蹤載波相位，以基于過(guò)去和未來(lái)的樣本，通過(guò)正向和反向掃描數(shù)據(jù)段來(lái)估計(jì)載波相位。當(dāng)沒(méi)有導(dǎo)頻塊存在時(shí)，一個(gè)段可以是一整個(gè)FEC碼字，或者當(dāng)有導(dǎo)頻塊插入時(shí)，一個(gè)段可以是一個(gè)碼段。以上配置有益地減少了用于載波同步而引入額外開(kāi)銷(xiāo)的需要，并且極大地降低了周期滑移率，限制了其錯(cuò)誤傳播的影響。所述的配置在低SNR環(huán)境中也工作很好，提供了對(duì)熱噪聲和相位噪聲的良好抵抗能力。此外，頻率估計(jì)過(guò)程提供了一個(gè)大的頻率捕獲范圍和短的捕獲時(shí)間。因此，以上方法有益地提供了快速和有效的載波同步。
雖然對(duì)本發(fā)明的描述聯(lián)系了一些實(shí)施例和實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不限于而是覆蓋了各種明顯的修改和等效的配置，它們都屬于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中提供載波同步的方法，該方法包含以下步驟接收通過(guò)載波信號(hào)發(fā)送的一個(gè)幀，其中該幀包括一個(gè)段或多個(gè)由多個(gè)開(kāi)銷(xiāo)域分隔開(kāi)的段，所述開(kāi)銷(xiāo)域包括一個(gè)導(dǎo)頻塊，該導(dǎo)頻塊被選擇性地插入該幀中以輔助載波信號(hào)的載波同步；基于開(kāi)銷(xiāo)域產(chǎn)生關(guān)于載波信號(hào)的估計(jì)相位值；基于所述估計(jì)相位值并且基于載波信號(hào)過(guò)去的樣本和載波信號(hào)未來(lái)的樣本，對(duì)段內(nèi)一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)域相關(guān)的載波信號(hào)的相位進(jìn)行估計(jì)；以及基于開(kāi)銷(xiāo)域或隨機(jī)數(shù)據(jù)域，對(duì)載波信號(hào)的頻率進(jìn)行估計(jì)，其中所述估計(jì)步驟在該幀上基于逐段執(zhí)行。
2.一種按照權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)頻塊與隨機(jī)數(shù)據(jù)域無(wú)關(guān)。
3.一種按照權(quán)利要求2的方法，其中導(dǎo)頻塊顯示出一種模式，該模式基于按照預(yù)定的序列加擾的連續(xù)波(CW)信號(hào)。
4.一種按照權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)頻塊的長(zhǎng)度為36個(gè)符號(hào)，且段的長(zhǎng)度為1440個(gè)符號(hào)。
5.一種按照權(quán)利要求1的方法，其中一個(gè)開(kāi)銷(xiāo)域包括一個(gè)前同步碼，在發(fā)射機(jī)處插入導(dǎo)頻塊，配置該發(fā)射機(jī)以發(fā)送所發(fā)送的幀，且執(zhí)行下面的步驟確定導(dǎo)頻插入位置是否符合前同步碼的位置；以及如果該位置不是指定用于前同步碼的，則插入導(dǎo)頻塊。
6.一種按照權(quán)利要求5的方法，該方法還包含等候預(yù)定數(shù)目的符號(hào)，其中該預(yù)定數(shù)目的符號(hào)對(duì)應(yīng)于段的長(zhǎng)度。
7.一種按照權(quán)利要求1的方法，其中隨機(jī)數(shù)據(jù)域具有由包括二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)，正交相移鍵控(QPSK)，8PSK，16幅度相移鍵控(APSK)，32APSK，以及高階正交幅度調(diào)制(QAM)之一的調(diào)制方案指定的符號(hào)。
8.一種按照權(quán)利要求1的方法，其中該幀通過(guò)衛(wèi)星通信信道(103)發(fā)送。
9.一種按照權(quán)利要求1的方法，其中該段包括按照低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼進(jìn)行編碼的信息。
10.一種按照權(quán)利要求9的方法，其中接收信號(hào)通過(guò)連續(xù)模式傳輸進(jìn)行發(fā)送。
11.一種按照權(quán)利要求9的方法，其中開(kāi)銷(xiāo)域包括一個(gè)前同步碼，且該前同步碼和導(dǎo)頻塊按照不同的調(diào)制方案進(jìn)行調(diào)制。
12.一種按照權(quán)利要求1的方法，其中開(kāi)銷(xiāo)域包括前同步碼，該方法還包含以下步驟從對(duì)應(yīng)于開(kāi)銷(xiāo)域的接收信號(hào)中得到連續(xù)波(CW)信號(hào)；計(jì)算多個(gè)關(guān)于CW信號(hào)的自相關(guān)值；在各段上累積自相關(guān)值；以及基于累積的自相關(guān)值的展開(kāi)相位的加權(quán)和，輸出載波信號(hào)的頻率。
13.一種按照權(quán)利要求12的方法，其中根據(jù)下式從接收信號(hào)中得到CW信號(hào)xkpk*其中xk是對(duì)應(yīng)于開(kāi)銷(xiāo)域的接收信號(hào)，pk是開(kāi)銷(xiāo)域中關(guān)于信號(hào)的已知模式，且*是復(fù)共軛運(yùn)算。
14.一種按照權(quán)利要求12的方法，其中自相關(guān)值基于多個(gè)幀上的開(kāi)銷(xiāo)域，并按照下式對(duì)每幀得到一個(gè)自相關(guān)值Rf(m)=Σs=0NpΣk=0n-1(xs,k+mfps,k+mf*)(xs,kfps,kf*)*,m=1,...,L]]>其中f是幀的標(biāo)號(hào)，s是開(kāi)銷(xiāo)域的標(biāo)號(hào)，Np是一幀中開(kāi)銷(xiāo)域的數(shù)目，k是符號(hào)的標(biāo)號(hào)，xk是接收信號(hào)，ps是已知的訓(xùn)練符號(hào)，其中計(jì)算出的自相關(guān)值按照下式在多個(gè)幀上積累R(m)=Σf=0N-1Rf(m).]]>
15.一種按照權(quán)利要求14的方法，其中按照下式輸出頻率Δf^=12πTsΣm=0L-1wmΔ(m)]]>wm=3[(2L+1)2-(2m+1)2][(2L+1)2-1](2L+1),m=1,...,L-1′]]>其中Ts是符號(hào)周期，并且
16.一種按照權(quán)利要求12的方法，該方法還包含以下步驟估計(jì)幀中每個(gè)開(kāi)銷(xiāo)域的載波相位值；且基于展開(kāi)的估計(jì)載波相位值的加權(quán)和來(lái)計(jì)算頻率。
17.一種按照權(quán)利要求16的方法，其中開(kāi)銷(xiāo)域的估計(jì)載波相位值基于φn=arg[Σk=0Nu-1xkpk*]]]>其中xk是關(guān)于開(kāi)銷(xiāo)域的接收符號(hào)，pk是開(kāi)銷(xiāo)域中的已知模式，Nu是開(kāi)銷(xiāo)域的長(zhǎng)度。
18.一種按照權(quán)利要求17的方法，其中對(duì)于每幀進(jìn)行一次估計(jì)頻率，如下Δf^=12π(Ns+Nu)TsΣm=0M-1wmmod[φm+1-φm,2π]]]>wm=3[(2M+1)2-(2m+1)2][(2M+1)2-1](2M+1),m=0,...,M-1]]>其中M是一幀中開(kāi)銷(xiāo)域的數(shù)目。
19.一種按照權(quán)利要求1的方法，該方法還包含以下步驟基于一幀或多幀上的開(kāi)銷(xiāo)域，得到粗的頻率估計(jì)；將粗頻率估計(jì)應(yīng)用于前端混頻器(705)以修正接收信號(hào)的頻率偏移；以及使用從開(kāi)銷(xiāo)域之一和隨機(jī)數(shù)據(jù)域得到的頻率估計(jì)，對(duì)每幀進(jìn)行一次殘余頻率跟蹤。
20.一種按照權(quán)利要求1的方法，其中開(kāi)銷(xiāo)域包括對(duì)應(yīng)于各段的前同步碼和導(dǎo)頻塊，對(duì)于每一個(gè)段，開(kāi)銷(xiāo)域的估計(jì)載波相位值對(duì)應(yīng)于段的開(kāi)頭和末尾；該方法還包含以下步驟基于開(kāi)銷(xiāo)域從估計(jì)載波相位值估計(jì)瞬時(shí)載波頻率；對(duì)每一個(gè)段，用鎖相環(huán)(PLL)(900)對(duì)該段的隨機(jī)數(shù)據(jù)域執(zhí)行正向相位掃描，該鎖相環(huán)用來(lái)自段開(kāi)頭的開(kāi)銷(xiāo)域的估計(jì)載波相位值初始化；對(duì)每一個(gè)段，用鎖相環(huán)(PLL)(900)對(duì)該段的隨機(jī)數(shù)據(jù)域執(zhí)行反向相位掃描，該鎖相環(huán)用來(lái)自段末尾的開(kāi)銷(xiāo)域的估計(jì)載波相位值和瞬時(shí)載波頻率初始化，其中在正向掃描和反向掃描之前移除了瞬時(shí)載波頻率；確定正向掃描或反向掃描是否同步；以及在隨機(jī)數(shù)據(jù)域上，通過(guò)組合瞬時(shí)載波頻率值、正向掃描相位估計(jì)和反向掃描相位估計(jì)，計(jì)算最終相位估計(jì)。
21.一種按照權(quán)利要求20的方法，其中開(kāi)銷(xiāo)域的估計(jì)載波相位值基于φn=arg[Σk=0Nu-1xkpk*],]]>其中xk是關(guān)于開(kāi)銷(xiāo)域的接收符號(hào)，pk是開(kāi)銷(xiāo)域中的已知模式，Nu是開(kāi)銷(xiāo)域的長(zhǎng)度，瞬時(shí)頻率估計(jì)按照下式確定ω^=φn+1-φnNs+Nu,]]>其中φn+1和φn是分別來(lái)自相應(yīng)段的開(kāi)頭和末尾的開(kāi)銷(xiāo)域的相位估計(jì)，Ns是幀中段的長(zhǎng)度，其中φn+1在瞬時(shí)頻率估計(jì)之前首先經(jīng)過(guò)相位展開(kāi)運(yùn)算，由下式給出φn+1=φn+1+2π×floor(φn-φn+1+π2π),]]>其中floor(x)將x向負(fù)無(wú)窮大的方向四舍五入到最近的整數(shù)。
22.一種按照權(quán)利要求21的方法，最終的相位估計(jì) 按照下式計(jì)算θ^(m)=(θf(m)+θr(m)+2π×floor(θf(m)-θr(m)+π2π))/2+ω^m,m=0,...,Ns-1]]>其中θf(wàn)(m)和θr(m)分別是正向掃描相位估計(jì)和反向掃描相位估計(jì)。
23.一種按照權(quán)利要求1的方法，其中開(kāi)銷(xiāo)域包括沒(méi)有插入導(dǎo)頻塊的前同步碼，該方法還包含以下步驟估計(jì)關(guān)于段的開(kāi)頭和末尾的前同步碼的載波相位值，其中末尾處的前同步碼對(duì)應(yīng)于下一個(gè)幀；利用鎖相環(huán)(PLL)(900)對(duì)幀的隨機(jī)數(shù)據(jù)域執(zhí)行正向相位掃描，該鎖相環(huán)用來(lái)自幀的開(kāi)頭的前同步碼的估計(jì)載波相位值初始化；利用鎖相環(huán)(PLL)(900)對(duì)幀的隨機(jī)數(shù)據(jù)域執(zhí)行反向相位掃描，該鎖相環(huán)用來(lái)自下一幀的開(kāi)頭的前同步碼的估計(jì)載波相位值初始化；確定正向掃描或反向掃描是否同步；以及響應(yīng)于確定步驟，通過(guò)組合正向掃描相位估計(jì)和反向掃描相位估計(jì)，計(jì)算最終載波相位估計(jì)。
24.一種按照權(quán)利要求23的方法，其中PLL包括一個(gè)基于最大似然(ML)規(guī)則的相位檢測(cè)器(903)，估計(jì)相位值計(jì)算如下θ^k=Im(xkd^k*),]]>其中xk是接收符號(hào)， 是發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)dk的軟估計(jì)，d^k=Σm=0M-1e||xl-cm||22σ2cmΣm=0M-1e||xk-cm||22σ2,]]>M是調(diào)制的維數(shù)，cm＝ej(2πm/M+π/M)是星座圖點(diǎn)；σ2是加性高斯白噪聲(AWGN)的方差，且*是復(fù)共軛運(yùn)算。
25.一種按照權(quán)利要求23的方法，該方法還包含以下步驟確定正向掃描和反向掃描是否失去同步；以及如果正向掃描或反向掃描沒(méi)有失去同步，則從幀的開(kāi)頭和末尾的最終相位估計(jì)的差值計(jì)算出載波頻率偏移值。
26.一種按照權(quán)利要求25的方法，其中頻率估計(jì)由下式確定f^e=θ^(Ns-1)-θ^(0)2πTsNs,]]>其中 是頻率估計(jì)， 是隨機(jī)數(shù)據(jù)域上的最終相位估計(jì)，Ns是段的長(zhǎng)度，Ts是符號(hào)周期。
27.一種按照權(quán)利要求25的方法，該方法還包括以下步驟通過(guò)計(jì)算在掃描的末尾從PLL獲得的相位估計(jì)值與從鄰近該段末尾的開(kāi)銷(xiāo)域獲得的相位估計(jì)值的差，在一次掃描的末尾計(jì)算相位誤差；展開(kāi)相位誤差；以及將展開(kāi)的相位誤差與一個(gè)閾值進(jìn)行比較；以及如果展開(kāi)的相位誤差小于該閾值，則確定該相位掃描同步。
28.一種按照權(quán)利要求1的方法，該方法還包括以下步驟達(dá)到載波同步之后，按照二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)，正交相移鍵控(QPSK)，8PSK，16幅度相移鍵控(APSK)，32APSK，和高階正交幅度調(diào)制之一解調(diào)接收信號(hào)。
29.一種按照權(quán)利要求28的方法，該方法還包括以下步驟按照低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)解碼過(guò)程，對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行解碼。
30.一種承載指令的計(jì)算機(jī)可讀媒體，用于在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中提供載波同步，所述指令經(jīng)過(guò)排列和執(zhí)行，以使得一個(gè)或多個(gè)處理器來(lái)完成權(quán)利要求1的方法。
31.一種用于提供支持通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字廣播和交互式業(yè)務(wù)的載波同步的方法，該方法包括以下步驟通過(guò)衛(wèi)星通信信道(103)接收一個(gè)幀，該幀包括一個(gè)前同步碼和具有相應(yīng)的唯一字的多個(gè)碼段作為訓(xùn)練符號(hào)；基于前同步碼、唯一字和前同步碼與唯一字的組合，估計(jì)對(duì)應(yīng)于該幀的相位信息；以及基于估計(jì)相位，估計(jì)對(duì)應(yīng)于該幀的頻率信息。
32.一種按照權(quán)利要求31的方法，其中該幀是一個(gè)經(jīng)過(guò)低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)編碼的幀。
33.一種按照權(quán)利要求32的方法，其中估計(jì)相位信息根據(jù)下式確定φn=arg[Σk=0Nu-1xkpk*],]]>其中xk是關(guān)于該幀的接收符號(hào)，pk是唯一字的已知模式，Nu是唯一字的長(zhǎng)度。
34.一種按照權(quán)利要求33的方法，其中估計(jì)頻率信息按照下式確定Δf^=12π(Ns+Nu)TsΣm=013wmmod[φm+1-φm,2π]]]>wm=3[(2L+1)2-(2m+1)2][(2L+1)2-1](2L+1),m=0,...,L-1]]>其中Ns是碼段的長(zhǎng)度，L基于碼段的數(shù)目。
35.一種按照權(quán)利要求33的方法，其中估計(jì)相位信息按照下式確定φn=arg[Σk=0Nu-1xkpk*],]]>其中xk是關(guān)于該幀的接收符號(hào)，pk是該前同步碼的已知模式，Nu是前同步碼的長(zhǎng)度。
36.一種按照權(quán)利要求35的方法，該方法還包括如下步驟用φn初始化雙掃描鎖相環(huán)(PLL)(900)；以及按照下式輸出一個(gè)最終相位估計(jì) θ^(m)=(θf(m)+θr(m)+2π×floor(θf(m)-θr(m)+π2π))/2+ω^m,m=0,...,Ns-1]]>其中θf(wàn)(m)和θr(m)分別是正向掃描相位估計(jì)和反向掃描相位估計(jì)。
37.一種承載指令的計(jì)算機(jī)可讀媒體，用于提供支持通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字廣播和交互式業(yè)務(wù)的載波同步，所述指令經(jīng)過(guò)排列和執(zhí)行，以使得一個(gè)或多個(gè)處理器來(lái)完成權(quán)利要求31的方法。
38.一種在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中支持載波同步的方法，該方法包含以下步驟確定一個(gè)插入點(diǎn)是否符合一個(gè)幀的一個(gè)前同步碼域的位置，其中該插入點(diǎn)基于該幀的預(yù)定數(shù)目的符號(hào)；以及如果該幀的位置不符合該前同步碼域，則在插入點(diǎn)處插入一個(gè)導(dǎo)頻塊，用于輔助載波同步。
39.一種按照權(quán)利要求38的方法，其中該幀按照低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)編碼進(jìn)行編碼。
40.一種按照權(quán)利要求39的方法，其中該幀通過(guò)衛(wèi)星通信信道(103)進(jìn)行廣播。
41.一種按照權(quán)利要求40的方法，其中該幀具有一種符合數(shù)字視頻廣播(DVB)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。
42.一種承載指令的計(jì)算機(jī)可讀媒體，用于支持?jǐn)?shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中的載波同步，所述指令經(jīng)過(guò)排列和執(zhí)行，以使得一個(gè)或多個(gè)處理器來(lái)完成權(quán)利要求38的方法。
43.一種在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中用于支持載波同步的發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)包含用于確定一個(gè)插入點(diǎn)是否符合一個(gè)幀的前同步碼域的位置的裝置，其中該插入點(diǎn)基于該幀的預(yù)定數(shù)目的符號(hào)；以及如果該幀的位置不符合該前同步碼域，用于在插入點(diǎn)處插入一個(gè)輔助載波同步的導(dǎo)頻塊的裝置。
44.一種按照權(quán)利要求43的發(fā)射機(jī)，其中該幀按照低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)編碼進(jìn)行編碼。
45.一種按照權(quán)利要求44的發(fā)射機(jī)，其中該幀通過(guò)衛(wèi)星通信信道(103)進(jìn)行廣播。
46.一種按照權(quán)利要求45的發(fā)射機(jī)，其中該幀具有一種符合數(shù)字視頻廣播(DVB)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。
47.一種用于在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)中支持載波同步的設(shè)備，該設(shè)備包含混頻器(705)，配置該混頻器以接收低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)編碼后的信號(hào)；第一相位估計(jì)器(707)，配置該相位估計(jì)器以估計(jì)關(guān)于信號(hào)中一個(gè)訓(xùn)練塊的相位；連接至第一相位估計(jì)器(707)的頻率估計(jì)器(703)，該頻率估計(jì)器(703)輸出一個(gè)基于所述相位估計(jì)的頻率估計(jì)；以及連接至第一相位估計(jì)器(707)的第二相位估計(jì)器(709)，配置該相位估計(jì)器以產(chǎn)生最終的相位估計(jì)。
48.一種按照權(quán)利要求47的設(shè)備，其中該訓(xùn)練塊包括前同步碼和前同步碼與多個(gè)插入的導(dǎo)頻塊的組合之一。
全文摘要
提供了一種用于在數(shù)字廣播和交互式系統(tǒng)(100)中支持載波同步的方法。載波同步模塊(302)接收一個(gè)或多個(gè)代表一個(gè)幀的信號(hào)，該幀包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)銷(xiāo)域(例如前同步碼和可選的導(dǎo)頻塊，以及一個(gè)或多個(gè)由導(dǎo)頻塊分隔開(kāi)的段)。該模塊(302)按照逐段的原則估計(jì)載波頻率和相位，并在段之間進(jìn)行頻率跟蹤?；陂_(kāi)銷(xiāo)域?qū)π盘?hào)的載波相位進(jìn)行估計(jì)。隨機(jī)數(shù)據(jù)域的載波相位估計(jì)是基于來(lái)自開(kāi)銷(xiāo)域的估計(jì)相位值，并基于過(guò)去和未來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)。此外，基于開(kāi)銷(xiāo)域或隨機(jī)數(shù)據(jù)域，對(duì)信號(hào)的頻率進(jìn)行估計(jì)。以上安排尤其適于數(shù)字衛(wèi)星廣播和交互式系統(tǒng)(100)。
文檔編號(hào)H04L27/00GK1630280SQ20041004908
公開(kāi)日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者蔣毅敏, 孫鳳文, 李琳南, 尼爾·貝克爾 申請(qǐng)人:直視集團(tuán)公司