专利名称：延迟分布估计装置及延迟分布估计方法
技术领域：
本发明涉及估计传输路径的延迟分布的延迟分布估计装置及方法。
背景技术：
在地面数字广播中，从发送机输出的电波受到由建筑物等障碍物引起的反射、衍射、散射，所以接收信号产生失真。在接收机中，为了实现可靠性良好的接收性能，需要根据接收信号来估计传输路径的延迟分布，并使用该估计结果来校正接收信号的失真。作为估计传输路径的延迟分布的方法，有在发送机中插入伪随机(PN)序列作为已知信号的方法。 在中国的地面数字广播方式中，发送机生成帧头，把由该帧头和包括要发送的信息的有效码元构成的传输码元作为传输单位进行发送，其中，该帧头具有将从已知的伪随机(PN)序列的开头起规定长度的序列附加在该PN序列的后面，将从该PN序列的末尾起规定长度的序列附加在该PN序列的前面的结构。接收机根据相关序列来估计延迟分布，该相关序列是通过按照每个样本计算将接收信号以预定的采样频率进行采样得到的采样序列与自己产生的已知的PN序列的相关而得到的。当接收信号中包含的PN序列与在接收机内自己产生的PN序列的模式(pattern)完全一致时，相关结果为尖锐的峰。其峰值是与来波的接收电平成正比的值。但是，当接收信号中包含的PN序列的一部分与自己产生的PN序列的一部分的模式一致时，产生不必要的相关峰。该不必要的相关峰处于当以与来波对应的相关峰为中心时离开该中心已知的PN序列长度的位置处，不必要的相关峰的值根据来波的接收电平唯一确定。通过去除接收信号的采样序列与自己产生的已知的PN序列的相关序列中包含的不必要的相关峰，可以得到延迟分布。非专利文献I记载了一种方法，从相关序列中检测最大的相关值，从处于与该相关值距离PN序列长度的位置处的相关结果中减去不必要的相关峰的值。非专利文献IGuanghui Liu,，，ITD-DFE Based Channel EstimationandEqualization in TDS-OFDM Receivers，，，IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 53，No. 2，pp. 304-309 (第 305 页)但是，在利用以往的方法估计多径传输路径的延迟分布时，根据接收信号的采样序列与自己产生的已知的PN序列的相关序列，搜索与来波对应的相关峰，从与该相关峰距离已知的PN序列长度的位置处的相关结果中减去不必要的相关峰的值，这种处理需要重复进行来波的数量次，存在计算量增大的问题。并且，在多径传输路径中，当存在以主波的到达时刻为基准、延迟时间差与已知的PN序列的长度相等的前进波和延迟波时，对利用以往的方法检测的与主波对应的相关峰值加上了先行波和延迟波导致的不必要的相关峰值，所以存在延迟分布的估计精度恶化的问题。
发明内容
本发明的延迟分布估计装置经由传输路径接收由发送机以传输码元为传输单位进行发送的信号，根据将接收信号以预定的采样频率进行采样而得到的采样序列来估计传输路径的延迟分布，其中，传输码元由帧头和包括要发送的信息的有效码元构成，帧头具有将已知的伪随机(PN)序列的开头的规定长度的序列附加在该PN序列后面，将该PN序列的末尾的规定长度的序列附加在该PN序列前面的结构，其特征在于，该延迟分布估计装置具有第I和第2PN序列生成单元，其分别生成构成帧头的一部分的两个不同的PN序列；第I相关计算单元，其计算由所述第IPN序列生成单元生成的PN序列与接收信号的采样序列之间的相关；第2相关计算单元，其计算由所述第2PN序列生成单元生成的PN序列与接收信号的采样序列之间的相关；和分布值计算单元，其根据由所述第I和第2相关计算单元得到的两个相关序列来估计延迟分布，所述分布值计算单元对从所述第I和第2相关计算单元 输出的两个相关序列的相互对应的相关值的瞬时功率进行比较，选择瞬时功率较小的相关值，把选择的结果作为延迟分布输出。根据本发明，与进行重复处理的以往的方法相比，可以获得估计延迟分布所需要的计算量减小的效果。
图I是表示本发明的实施方式I的延迟分布估计装置的方框图。图2 (a)和(b)是表示本发明的实施方式I和实施方式2中的发送信号的结构的图、和表示帧头Hf的图。图3 (a)和(b)是将在本发明的实施方式I中使用的PN序列Tf和帧头Hf—同示出的图。图4 (a)和(b)是将在本发明的实施方式I中使用的PN序列Tb和帧头Hf—同示出的图。图5 (a)和(b)是表不本发明的实施方式I中的接收信号Rs与PN序列Tf的相关序列Rf (k)的图。图6 (a)和(b)是表示本发明的实施方式I中的接收信号Rs与PN序列Tb的相关序列Rb (k)的图。图7 (a)和(b)是表示在本发明的实施方式I中用于估计延迟分布的相关序列Rf(k — 165)和 Rb (k)的图。图8是表示本发明的实施方式I的延迟分布的估计结果的图。图9是表示本发明的实施方式2的延迟分布估计装置的方框图。图10 (a) (d)是将在本发明的实施方式2中使用的3个PN序列Tl、T2、T3和中贞头Hf —同不出的图。图11 (a) (C)是表示在本发明的实施方式2中使用的PN序列与接收信号Rs的相关结果的图。图12 Ca) (d)是表示本发明的实施方式2中的三波模式传输路径的接收信号Rs、与由第IPN序列生成单元11生成的PN序列Tl的相关结果的图。图13 Ca) (d)是表示本发明的实施方式2中的3波模式传输路径的接收信号Rs、与由第2PN序列生成单元12生成的PN序列T2的相关结果的图。图14 Ca) (d)是表示本发明的实施方式2中的3波模式传输路径的接收信号Rs、与由第3PN序列生成单元13生成的PN序列T3的相关结果的图。标号说明I第IPN序列生成单元；2第I相关计算单元；3第2PN序列生成单元；4第2相关计算单元；5延迟单元；6第I瞬时功率计算单元；7第2瞬时功率计算单元；8最小功率搜索单元；9最小功率选择单元；10分布值计算单元；11第IPN序列生成单元；12第2PN序列生成单元；13第3PN序列生成单元；14第I相关计算单元；15第2相关计算单元；16第3相关计算单元；17分布值计算单元。
具体实施例方式实施方式I图I表示本发明的实施方式I的延迟分布估计装置。图示的延迟分布估计装置具有第IPN序列生成单元I、第I相关计算单元2、第2PN序列生成单元3、第2相关计算单元4、延迟单元5、第I瞬时功率计算单元6、第2瞬时功率计算单元7、最小功率搜索单元8和最小功率选择单元9。图I所示的延迟分布估计装置被输入将接收信号Rs以预定的采样频率进行采样得到的序列。在本实施方式中，把发送信号设为按照非专利文献I规定的形式的信号。图2(a)表示这种发送信号的结构。发送信号是以传输码元St为传输单位的信号，该传输码元St包括由规定的PN序列构成的帧头Hf和包含要发送的信息的有效码元Se。如图2 (b)所示，帧头Hf具有将长度为Lm样本的规定的PN序列Td的开头Lpre样本附加在规定的PN序列Td的后面，将规定的PN序列Td的末尾Lpost样本附加在规定的PN序列Td的前面的结构。图I所示的延迟分布估计装置的第IPN序列生成单元I如图3 Ca)所示，生成帧头Hf的开头Lm样本的PN序列Tf。第I相关计算单元2计算由第IPN序列生成单元I生成的PN序列Tf与接收信号Rs的采样序列之间的相关，从而得到相关序列Rf (k)。第2PN序列生成单元3如图4 (a)所示，生成帧头Hf的末尾Lm样本的PN序列Tb。第2相关计算单元4计算由第2PN序列生成单元3生成的PN序列Tb与接收信号Rs的采样序列之间的相关，从而得到相关序列Rb (k)。延迟单元5使从第I相关计算单元2输出的相关序列Rf (k)延迟Lpre + Lpost样本间隔，输出延迟相关序列Rf (k - d)。第I瞬时功率计算单元6计算从延迟单元5输出的相关序列Rf (k - d)的各个相关值的瞬时功率(与相关序列Rf (k - d)的各个k值的相关值的平方成正比的值)。第2瞬时功率计算单元7计算从第2相关计算单元4输出的相关序列Rb (k)的各个相关值的瞬时功率(与相关序列Rb (k)的各个k值的相关值的平方成正比的值)。
最小功率搜索单元8搜索从第I瞬时功率计算单元6和第2瞬时功率计算单元7输出的瞬时功率中较小的一方。最小功率选择单元9根据最小功率搜索单元8的搜索结果，从由延迟单元5输出的相关序列Rf (k - d)和由第2相关计算单元4输出的相关序列Rb (k)中，选择瞬时功率较小的相关值(相关序列Rf (k - d)和Rb (k)的相应k值的相关值中的一方)，作为估计延迟分布(的针对相应k值的值)输出。利用上述的延迟单元5、第I瞬时功率计算单元6、第2瞬时功率计算单元7、最小功率搜索单元8和最小功率选择单元9构成分布值计算单元10,该分布值计算单元10根据由第I相关单元2得到的相关序列Rf (k)和由第2相关计算单元4得到的相关序列Rb(k)来估计延迟分布。
以下进行更具体的说明。首先，说明由图I中的第I相关计算单元2得到的相关序列Rf (k)。图5 Ca)表示从第I相关计算单元2输出的相关序列。在此，假设传输路径不存在多径，巾贞头Hf的结构设为与非专利文献I相同的Lm = 255、Lpre = 82、Lpost = 83。Rf (k)如图3 (b)所示是在以PN序列Tf的开头样本为基准、并使接收信号Rs中包含的帧头Hf的开头样本移位k样本时，计算这些序列的相关得到的结果。在图3 (b)中，在k = O时，接收信号Rs中包含的PN序列与由第IPN序列生成单元I生成的PN序列Tf完全一致，所以在图5 (a)中，在k = O时可以得到具有与接收电平成正比的振幅的相关峰值。并且，在图3 (b)中，在k = 255时，接收信号Rs中包含的PN序列的一部分与由第IPN序列生成单元生成的PN序列Tf的一部分一致，所以在图5 (a)中，在k = 255时产生不必要的相关峰。图5 (b)表示在二波模型传输路径时从第I相关计算单元2输出的相关序列Rf(k)。在此，假设延迟波的延迟时间为200样本、D/U为6[dB]。在图中，在k = O时存在与主波对应的相关峰，在k = 200时存在与延迟波对应的相关峰，在相对各个峰离开255的位置处存在不必要的峰。下面，说明由图I中的第2相关计算单元4得到的相关序列Rb (k)。图6 (a)表示从第2相关计算单元4输出的相关序列Rb (k)。如图4 (b)所示，Rb (k)是在以PN序列Tb的开头样本为基准、并使接收信号Rs中包含的帧头Hf的开头样本移位k样本时，计算这些序列的相关得到的结果。在图4 (b)中，在k = 165时，接收信号Rs中包含的PN序列与由第2PN序列生成单元3生成的PN序列Tb完全一致，所以在图6 (a)中，在k = 165时可以得到具有与接收电平成正比的振幅的相关峰值。并且，在图4(b)中，在k = -90时，接收信号Rs中包含的PN序列的一部分与由第2PN序列生成单元3生成的PN序列Tb的一部分一致，所以在图6 Ca)中,在k = -90时产生不必要的相关峰。图6 (b)表示从二波模型传输路径时从第2相关计算单元4输出的相关序列Rb(k)。在此，假设延迟波的延迟时间为200样本、D/U为6 [dB]。在图中，在k = 165时存在与主波对应的相关峰，在k = 365时存在与延迟波对应的相关峰，在相对各个峰离开255的位置存在不必要的峰。比较图5 (b)和图6 (b)，从第2相关计算单元4输出的相关序列Rb (k)中包含的与主波对应的相关峰，相比从第I相关计算单元2输出的相关序列Rf (k)中包含的与主波对应的相关峰，延迟165样本间隔(即，(Lpre + Lpost)样本间隔)输出。并且，可以说对于与延迟波对应的峰也相同。因此，图I所示的延迟分布估计装置的延迟单元5为了使两个相关序列Rf (k)、Rb (k)中包含的主波与延迟波的峰的所在位置彼此对应(同时产生)，使从第I相关计算单元2输出的序列Rf (k)延迟165样本间隔，而得到相关序列Rf (k -165)。其结果，如图7 (a)和(b)所示,形成相关序列Rf (k — d) = Rf (k — 165)和相关序列Rb (k)的k = 165及k = 365的值分别对应主波和延迟波的相关峰。如图7 Ca)和(b)所示，虽然从延迟单元输出的相关序列Rf (k - 165)和从第2相关计算单元4输出的相关序列Rb (k)中包含的与主波及延迟波对应的相关峰的所在位置相互对应，但在两个相关序列之间，不必要的相关峰的所在位置不对应。即，在一方的相关序列中不必要的相关峰的所在位置，在另一方的相关序列中成为非常小的相关值。在图I所示的延迟分布估计装置中，第I瞬时功率计算单元6和第2瞬时功率计 算单元7分别计算从延迟单元5输出的相关序列Rf (k - 165)和从第2相关计算单元4输出的相关序列Rb (k)的各个相关值的瞬时功率(与Rf (k - 165)的平方成正比的值Pf(k 一 165)、与Rb (k)的平方成正比的值Pb (k))。然后，最小功率搜索单元8搜索从第I和2瞬时功率计算单元6、7输出的瞬时功率中较小的一方，以该搜索结果为基础，最小功率选择单元9选择并输出Rf (k— 165)和Rb (k)中瞬时功率Pf (k - 165),Pb (k)较小的相关值。按照k的各个值进行这种选择。通过对全部的k依次进行上述选择，可以得到图8所示的延迟分布。如上所述，实施方式I的延迟分布估计装置不必进行重复处理即可估计延迟分布。其结果，与以往的方法相比，具有估计延迟分布所需要的计算量减少的效果。实施方式2图9表示本发明的实施方式2的延迟分布估计装置。图示的延迟分布估计装置具有第IPN序列生成单元11、第2PN序列生成单元12、第3PN序列生成单元13、第I相关计算单元14、第2相关计算单元15、第3相关计算单元16和分布值计算单元17。输入到图9所示的延迟分布估计装置的信号是将接收信号Rs以预定的采样频率进行采样得到的序列。发送信号和帧头是与实施方式I相同形式的信号。在图10 (a) (d)中，将由图9中的第I、第2和第3PN序列生成单元11、12、13生成的PN序列的一例Tl、T2、T3和帧头Hf —同示出。第IPN序列生成单元11按照图10(d)所示，生成以下长度(按样本数计数的长度)Sib、例如290样本的PN序列Tl，所述长度Slb为从图10 (a)的帧头Hf的开头数起第I预定数Cla例如第15个样本到第2预定数Clb例如第305个样本的长度。利用Slc表示从PN序列Tl的尾端到帧头Hf的尾端的长度(按采样数计数的长度)。Slc利用下式表示。Slc = Lm + Lpre + Lpost — Cla — Slb ...... (Ia)第2PN序列生成单元12按照图10(c)所示，生成以下长度(按采样数计数的长度)S2b、例如250样本的PN序列T2，所述长度S2b为从帧头Hf的开头数起第3预定数C2a例如第55个样本到第4预定数C2b例如第305个样本的长度。利用S2c表示从PN序列T2的尾端到帧头Hf的尾端的长度(按采样数计数的长度)。S2c利用下式表示。S2c = Lm + Lpre + Lpost — C2a — S2b ...... (lb)
第3PN序列生成单元13按照图10(b)所示，生成以下长度(按采样数计数的长度)S3b、例如200样本的PN序列T3，所述长度S3b为从帧头Hf的开头数起第5预定数C3a例如第80个样本到第6预定数C3b例如第280个样本的长度。利用S3c表示从PN序列T3的尾端到帧头Hf的尾端的长度(按采样数计数的长度)。S3c利用下式表示。S3c = Lm + Lpre + Lpost — C3a — S3b ...... (Ic)Cla、C2a、C3a、Slb、S2b、S3b 被设定为满足下式(2a) (4c)。Slb > (Lm-Lpre-Lpost) …(2a)S2b > (Lm-Lpre-Lpost) …(2b) S3b > (Lm-Lpre-Lpost) ... (2c)Cla+Slb > Lm ... (3a)C2a+S2b > Lm ... (3b)C3a+S3b > Lm ... (3c)Slb+Slc > Lm ... (4a)S2b+S2c > Lm …(4b)S3b+S3c > Lm ... (4c)图11 (a) (c)分别表示接收信号Rs的采样序列与由第I、第2、第3PN序列生成单元11、12、13生成的PN序列Tl、T2、T3的相关序列Rl (k)、R2 (k)、R3 (k)。在此，假设为不存在多径的传输路径。根据图11 Ca) (C)得知，在以与来波对应的相关峰Rla、R2a、R3a的所在位置k=O为中心、并距该中心255样本的位置k = ±255处，产生不必要的相关峰Rlb、Rlc、R2b、R2c、R3b、R3c。不必要的相关峰Rlc、R2c、R3c是由于在构成帧头Hf时，将从PN序列的开头起规定长度Lpre的序列附加在该PN序列的后面而产生的，不必要的相关峰Rib、R2b、R3b是由于在构成帧头Hf时，将从PN序列的末尾起规定长度Lpost的序列附加在该PN序列的前面而产生的。相关峰Rla, R2a、R3a、Rib、Rlc、R2b、R2c、R3b、R3c 分别利用下式(5a) (7c)表
/Jn οRla = Slb…(5a)Rlb = Lpre+Lpost-Cla …(5b)Rlc = Lpre+Lpost-Slc …(5c)R2a = S2b…(6a)R2b = Lpre+Lpost-C2a …(6b)R2c = Lpre+Lpost-S2c …(6c)R3a = S3b…(7a)R3b = Lpre+Lpost-C3a …(7b)R3c = Lpre+Lpost-S3c …(7c)如图11 (a)所示，接收信号Rs和PN序列Tl的相关序列Rl (k)中与来波对应的相关峰的值Rla是290，不必要的峰的值Rlc、Rlb是50和150。并且，如图11 (b)所示，接收信号Rs和PN序列T2的相关序列R2 (k)中与来波对应的相关峰的值R2a是250，不必要的峰的值R2c、R2b的值是50和110。如图11 (C)所示，接收信号Rs和PN序列T3的相关序列R3 (k)中与来波对应的相关峰的值R3a是200，不必要的峰的值R3c、R3b是25和85。在多径传输路径的情况下，一并接收多个来波。该接收信号Rs与PN序列之间的相关的计算式利用下式(8)表示。
权利要求
1.一种延迟分布估计装置，其经由传输路径接收由发送机以传输码元为传输单位进行发送的信号，根据将接收信号以预定的采样频率进行采样而得到的采样序列来估计传输路径的延迟分布，其中，所述传输码元由帧头和包括要发送的信息的有效码元构成，所述帧头具有将已知的伪随机序列的开头的规定长度的序列附加在该伪随机序列后面，将该伪随机序列的末尾的规定长度的序列附加在该伪随机序列前面的结构，其特征在于，所述延迟分布估计装置具有 第I、第2和第3伪随机序列生成单元，其生成分别构成帧头的一部分的3个不同的伪随机序列； 第I相关计算单元，其计算由所述第I伪随机序列生成单元生成的伪随机序列与接收信号的采样序列之间的相关； 第2相关计算单元，其计算由所述第2伪随机序列生成单元生成的伪随机序列与接收信号的采样序列之间的相关； 第3相关计算单元，其计算由所述第3伪随机序列生成单元生成的伪随机序列与接收信号的采样序列之间的相关；和 分布值计算单元，其根据由所述第I、第2和第3相关计算单元得到的3个相关序列来估计延迟分布， 所述分布值计算单元根据从所述第I、第2和第3相关计算单元输出的3个相关序列的相互对应的相关值来估计延迟分布。
2.根据权利要求I所述的延迟分布估计装置，其特征在于，所述分布值计算单元根据下面的峰来估计所述延迟分布 从所述第I相关计算单元输出的相关序列的与来波对应的相关峰、以及第I和第2不必要的相关峰； 从所述第2相关计算单元输出的相关序列的与来波对应的相关峰、以及第I和第2不必要的相关峰；和 从所述第3相关计算单元输出的相关序列的与来波对应的相关峰、以及第I和第2不必要的相关峰， 所述第I不必要的相关峰是由于在构成所述帧头时，将所述伪随机序列中末尾的规定长度的序列附加在该伪随机序列前面而产生的， 所述第2不必要的相关峰是由于在构成所述帧头时，将所述伪随机序列中开头的规定长度的序列附加在该伪随机序列后面而产生的。
3.根据权利要求I所述的延迟分布估计装置，其特征在于，所述分布值计算单元计算在联立求解下式时的I的值，作为所述延迟分布的值，Rlb · x+Rla · y+Rlc · z = Rl (k)R2b · x+R2a · y+R2c · z = R2 (k)R3b · x+R3a · y+R3c · z = R3 (k) 该式使下面的峰相关联 从所述第I相关计算单元输出的相关序列Rl (k)的与来波对应的相关峰Rla、以及第I和第2不必要的相关峰Rib、Rlc ； 从所述第2相关计算单元输出的相关序列R2 (k)的与来波对应的相关峰R2a、以及第I和第2不必要的相关峰R2b、R2c ;和 从所述第3相关计算单元输出的相关序列R3 (k)的与来波对应的相关峰R3a、以及第I和第2不必要的相关峰R3b、R3c。
4.一种延迟分布估计方法，经由传输路径接收由发送机以传输码元为传输单位进行发送的信号，根据将接收信号以预定的采样频率进行采样而得到的采样序列来估计传输路径的延迟分布，其中，所述传输码元由帧头和包括要发送的信息的有效码元构成，所述帧头具有将已知的伪随机序列的开头的规定长度的序列附加在该伪随机序列后面，将该伪随机序列的末尾的规定长度的序列附加在该伪随机序列前面的结构，其特征在于，所述延迟分布估计方法包括以下步骤 第I、第2和第3伪随机序列生成步骤，生成分别构成帧头的一部分的3个不同的伪随机序列； 第I相关计算步骤，计算在所述第I伪随机序列生成步骤中生成的伪随机序列与接收信号的采样序列之间的相关； 第2相关计算步骤，计算在所述第2伪随机序列生成步骤中生成的伪随机序列与接收信号的采样序列之间的相关； 第3相关计算步骤，计算在所述第3伪随机序列生成步骤中生成的伪随机序列与接收信号的采样序列之间的相关；和 分布值计算步骤，根据在所述第I、第2和第3相关计算步骤得到的3个相关序列来估计延迟分布， 在所述分布值计算步骤中，根据在所述第I、第2和第3相关计算步骤中输出的3个相关序列的相互对应的相关值来估计延迟分布。
全文摘要
一种延迟分布估计装置及延迟分布估计方法。在数字广播的接收机中，利用伪随机(PN)序列的自相关分布，高精度地估计延迟分布。经由传输路径接收由发送机以传输码元(St)为传输单位进行发送的信号，计算分别构成帧头(Hf)的一部分的两个PN序列(Tf、Tb)与接收信号(Rs)的相关序列，比较各个相关序列相对应的相关值的瞬时功率，把瞬时功率较小的相关值作为延迟分布的估计结果输出，其中，所述传输码元由帧头(Hf)和包括要发送的信息的有效码元(Se)构成，所述帧头将已知的伪随机(PN)序列的开头(Lpre)和末尾(Lpost)的一部分附加在PN序列的前后。
文档编号H04B1/707GK102970097SQ20121044749
公开日2013年3月13日 申请日期2009年4月10日 优先权日2008年7月3日
发明者新保大介, 前田尚利, 有田荣治 申请人:三菱电机株式会社