[发明专利]在多载波调制传输系统中保持帧同步的装置和方法

说明书

本发明涉及使用多载波调制的传输系统，且特别与该类系统中的帧同步有关，这类系统以下简称为多载波系统。

多载波调制的原理说明在例如IEEE通讯杂志1990年5月第28卷第5册第5-14页John A.C.Bingham所著文章“数据传输的多载波调制：一个其时代已经来临的概念。”如所周知，在使用多载波调制的传输系统中，在传输信道的可用频带内彼此隔开的、构成一组副载波的FDM(频分多路复用)副载波，按该系统的块或符号传输速率被调制。在每个块或符号周期内供传输用的输入数据的各比特被分配给各个副载波，其方式与副载波的信噪比(SNR)有关，通常因此如在接收机监视的那样，副载波的比特误差率基本上相同。结果是，不同的副载波携带在每个符号周期内不同数目的比特。将适当的比特和传输功率分配给副载波，这样的系统可提供所需性能。

多载波调制的一个特别形式，即其中调制是采用离散傅里叶变换完成的，称为离散多频声(或DMT)调制。上面提及的相关应用披露了使用DMT调制的多载波系统的有关细节。

和在任一通讯系统中一样，有必要在DMT或其它多载波系统的发送机和接收机之间建立并维持同步。频率同步是通过使用多个信号音之一作为导频音来控制接收机处的锁相环，便利地在DMT系统中提供的，这一点与在J.S.Chow等人1993年3月8日在标准委员会论文集(StandardsCommitte Contribution)T1E1.4/93-022上发表的题为“DMT初始化：一个标准规范所需的参数”(DMT Initiation：Parameters Needed ForSpecification In A Standard)文章中所表示的一样。该参考文献也概述了DMT系统的其它初始化过程，包括向该系统的副载波或信号音分配比特在内。

除了该频率同步以外，需要对数据的传输的块或符号进行同步。这在此处称为帧同步，每帧与多载波系统的一个块或符号相对应，以便与单载波传输系统中所用的相同术语一致。应理解的是，每帧、块或符号可以包括一定基本数量的信息，例如大约1700比特(假定传输速率为大约6.8Mb/s，符号周期为大约250μs)。

单载波传输系统，例如QAM(正交幅度调制)系统，总是完全工作在时域。在这类系统中，可采用一个相对“随机”的帧同步序列来维持帧同步，该序列直接插入到发送机一侧的时域信号样本流中，并且在接收机一侧被提取并和该次序的存储备份相关。相关结果较大，则表明帧同步已保持，小的相关结果表明帧同步丢失，即已错过了未知数目的时域样本。在后一情况下，接收机调用搜索过程使接收机再同步，即使在接收机的帧边界与发送机的帧边界重新对准。

对于接收机是否同步的问题该时域帧同步提供了一个简单的是或否的答案。当帧同步丢失时为使接收机能重新同步，系统需要进行相关并对大量的可能的帧调整进行搜索。这是很费时的，因而是不受欢迎的过程。

本发明的目的是提供在使用多载波调制的传输系统中提供帧同步的改进方法，以及利用该方法的改进的传输系统。

本发明的一个方面提供了在多载波调制传输系统中维持帧同步的方法，在该传输系统中周期性发送一个包括同步码型(pattern)的同步帧，包括步骤：存储同步帧的复数振幅；将同步帧的复数振幅和所存储的代表同步码型的信息相关，由此产生一个相关结果；并且确定相关结果是否低于某阈值，表明帧同步丢失，且在此情况下：执行在所存储信息和所存储复数振幅之间的若干相关，在所有情况下，所存储复数振幅与代表所存储复数振幅的相关复数反旋(derotation)的相应复数值相乘，每个复数反旋相应于同步帧的一个相应的时间移位，由此产生若干个相关结果，每一结果对应于一个相应的时间移位；由该若干个相关结果确定一个用于恢复帧同步的时间移位；根据该确定的时间移位调节帧边界以恢复帧同步。

对于离散多频音调制传输系统，本方法优选包括步骤：使用具有预定频率的一个信号音作该系统的发送机和接收机之间的频率同步用；在发送机，用N点快速傅里叶逆变换将频域的复数振幅转换为时域值；在发送机处采样时域值，采样频率为该预定频率的j倍，j是2的整数幂；并且在接收机处，用N点快速傅里叶变换将时域值转换成频域的复数振幅，每个所说复数反旋对应于在一帧宽度内N/j个时间移位的有关的一个。如果同步帧周期性地每Q帧发送1次，这里Q是大于N/j的整数，则这是特别有利的，因为它使得帧同步可以在两个连续的同步帧之间恢复。