Способ синхронизации псевдослучайной числовой последовательности с неопределенностью знака в системе связи
Предлагается способ синхронизации при наличии неопределенности знака псевдослучайной последовательности максимальной длины, имеющей характеристический полином порядка k с вектором коэффициентов А, который может быть выражен как А = [1 a1 a2 ... ak-1 1], где каждый из коэффициентов от a1 до ak-1 равен 1 для определенного положения промежуточного отвода, а в других случаях равен 0. Принятая символьная последовательность подается на регистр сдвига, имеющий K = k + 1 разрядов, с P промежуточными отводами в местоположениях, определенных вектором коэффициентов Ain, который выражен как где элементы
представляют собой соответствующие инверсные значения a1 и ak-1, а знак
обозначает сумму по модулю 2, причем регистр сдвига имеет P промежуточных отводов, при этом P представляет собой положительное целое число, меньшее K. Соответствующий сигнал корреляции рекурсивно добавляют на входе для принятой символьной последовательности и на входе каждого промежуточного отвода регистра сдвига. Каждый сигнал корреляции получают за счет корреляции P + 1 таких сигналов с входа, промежуточных отводов и выхода регистра сдвига, которые отличаются от сигнала, к которому добавлен соответствующий сигнал корреляции. Изобретение особенно хорошо подходит для применения при пилотной синхронизации терминалов CDMA. 2 с. и 6 з.п.ф-ы, 5 ил.
Изобретение имеет отношение к синхронизации в системах связи, например в сотовых системах с расширенным спектром или в других цифровых системах радиосвязи, и, в частности, имеет отношение к синхронизации в таких системах с использованием длинных псевдослучайных числовых последовательностей.
В системах связи с расширенным спектром имеет большое значение быстрая синхронизация псевдослучайной или псевдошумовой последовательности, которая далее обозначается сокращенно как PN последовательность. Известно осуществление синхронизации PN последовательности с использованием характеристик автокорреляции PN последовательности. Одним из видов PN последовательностей, широко используемым на практике, является последовательность максимальной длины, именуемая m-последовательностью, которая вырабатывается линейным регистром сдвига с обратной связью. Если регистр сдвига имеет k разрядов, то тогда длина m-последовательности составляет 2k-1 символов. Длинные PN последовательности часто используют в системах связи с расширенным спектром, однако при этом увеличивается время, необходимое для установления синхронизации. Для сокращения этого времени известно использование способов рекурентного поиска синхронизации, преимуществом которых является то, что синхронизация может быть обеспечена базируясь только на малой части очень длинной последовательности, когда отношение сигнал/шум (ОСШ) не очень низкое. Однако эти способы неэффективны при низком ОСШ, например менее 0 дБ, так как только малая часть последовательности использована для синхронизации. В системах связи с расширенным спектром ОСШ обычно является низким. Далее обсуждается статья М. Бакулина и др. "Алгоритм фильтрации линейных рекурентных последовательностей в шумовых средах", опубликованная в журнале на русском языке "Радиотехника", 1994, т. 6, которая для краткости именуется далее как Ссылка А. Следует иметь в виду, что аналогичный материал, опубликованный на английском языке, включен в описание и приложение временной заявки на патент США N 60/001881, поданной 3 августа 1995 на имя Ганг Ли и др. , с названием "Синхронизация псевдослучайной числовой последовательности, имеющей фазовую неопределенность, в системах связи", по которой может быть установлен приоритет данной заявки. В Ссылке А раскрыт улучшенный способ синхронизации PN последовательностью, который может облегчить быструю синхронизацию длинной PN последовательностью, даже при низком ОСШ и тогда, когда PN последовательность не является m-последовательностью. Однако этот способ не работает надлежащим образом, когда принятая символьная последовательность имеет неопределенность знака, то есть содержит инверсию знака. Инверсия знака может возникать из фазовой неопределенности несущей, причем в этом случае она постоянна во всей принятой символьной последовательности. Инверсия знака может также возникать относительно случайным образом в результате модуляции последовательности символами данных в нормальном рабочем состоянии системы связи. Задачей настоящего изобретения является создание улучшенного способа обеспечения синхронизации PN последовательности в присутствии неопределенности знака. В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ синхронизации PN (псевдослучайной) последовательностью, которая может быть выработана при помощи линейного регистра сдвига с обратной связью, имеющего k разрядов и p промежуточных отводов, причем k и p являются положительными целыми числами и k > p, при этом последовательность является последовательностью максимальной длины, содержащей 2k-1 символов и имеющей характеристический полином порядка k с вектором коэффициентов А, который может быть выражен как A= [1a1a2. . . ak-11], где каждый из коэффициентов от a1 до аk-1 равен 1 для определенного положения промежуточного ввода, а в других случаях равен 0, способ включает в себя операции: подача принятой символьной последовательности, имеющей неопределенность знака, на вход регистра сдвига и сдвиг последовательности при помощи регистра сдвига, имеющего K = k+1 разрядов с промежуточным отводом в каждом местоположении, определенной как 1 (единица), между первой и последней 1 (единицами) вектора коэффициентов Аin, который выражен как














где q представляет собой дискретную случайную переменную, однородно распределенную в интервале [0, М-1]. Предположим, что восстановление символьного тактирования отличное, функция импульсной формы f[n-i+1-q] представляет собой дельта функцию, которая имеет значение 1 для n-i+1-q = 0, а в других случаях имеет значение 0. При использовании обозначения

получаем
Bn=bn-q+1 (4)
Yn=


Линейный регистр сдвига с обратной связью, имеющий k разрядов и p отводов у разрядов L1, L2,... Lp, может быть использован так, как это показано на фиг. 2 и описано далее, для выработки последовательности в соответствии с полиномом G (D) порядка k

где i, p и k являются целыми числами, n-ный символ в такой последовательности задан субпоследовательностью, которая содержит k символов перед n-ным символом, так что
Bn=Вn-kВn-L1Bn-L2...Bn-Lp (7)
Если полином в соответствии с выражением (6) является примитивным, то тогда выработанная последовательность представляет собой m-последовательность (последовательность максимальной длины) с длиной или периодом М = 2k-1 символов. При вводе в выражение (7) новой дискретной переменной Cn =

Cn-kCn-L1Cn-n-L2...Cn-Lp =

Для m-последовательности число выходов промежуточных отпаек p + 1 четное, так что

Cn=

и предшествующая (n-1)-ая операция может быть выражена как
Cn-1=

откуда

Вводя

C=Cn-kCn-L1Cn-L2... Cn-LpCn-1Cn-k-1Cn-L1-1Cn-L2-1... Cn-Lp-1
из которого:
C=Cn-KCn-R1Cn-...Cn-Rp, (12)
где K = k+1 представляет собой число разрядов в регистре сдвига как для прямой, так и для инверсной последовательностей, причем регистр сдвига содержит P промежуточных отводов в разрядах R1, R2, ..., Rp. Число P промежуточных отводов и их расположение в разрядах 1, R2, ..., Rp регистра сдвига для выработки как прямой, так и инверсной последовательностей легко может быть определено. Если предположить, что исходная последовательность выработана характеристическим полиномом порядка k с вектором коэффициентов А, который задан как
A=[1 а1 а2... аk-11] (13)
где каждый из коэффициентов а1 (где i представляет собой целые числа от 1 до k-1) равен 1 для расположений промежуточных отводов L1, L2,... Lp, а в других случаях равен 0, то тогда вектор коэффициентов in порядка K = k+1 для характеристического полинома как прямой, так и инверсной последовательностей может быть определен при помощи вектора суммы по модулю 2 двух векторов коэффициентов A1 и A2, которые заданы следующим образом:
А1=[0[1 а1, а2... аk-1 1]];
A2= [[1 a1 a2... ak-11]0] (14)
так что

в котором


Yn=

Из этой модели видно, что линейная рекурсивная последовательность (не максимальной длины) в соответствии с выражением (15) имеет такую же форму, как и модель в соответствии со Ссылкой А. По причинам, приведенным в Ссылке А, рекурсивный алгоритм фильтрации дискретной PN последовательности символов, имеющей неопределенность знака или инверсии, может быть выражен следующим выражением, полученным из Ссылки А

где






Можно также показать, что оценка экстраполяции максимального правдоподобия для n-ного символа может быть получена в соответствии с выражением

Аналогично Ссылке А выражение (17) может быть упрощено с использованием гиперболических функций и следующей системы обозначений




i = 1, 2, ..., K,
с аппроксимацией
a tanh(tanh x tanh y)

что дает выражение (21)

с начальным условием U01-




выражение (21) может быть упрощено в виде выражения (23)

с начальным условием





и

Обратимся теперь к рассмотрению чертежей. На фиг. 1 показана блок-схема узлов цифрового приемника радиосвязи, предназначенного, например, для сотовой системы связи с расширенным спектром, совместной со стандартом IS-95. Цифровой сигнал радиосвязи подается через радиочастотный блок 20 приемника на преобразователь с понижением частоты 22, на выходе которого получают сигнал, выборки которого получают далее при помощи схемы выборки 24. Затем выборки преобразуются в цифровую форму при помощи АЦП 26 и поступают на обработку в цифровых схемах 28, которые могут быть выполнены в виде интегральной схемы цифрового сигнального процессора ЦСП. Цифровые схемы 28 содержат блок восстановления несущей 30, блок восстановления тактирования 32 и блок 34 синхронизации PN последовательности, в которых производится обработка цифровых сигналов. На блок 34 синхронизации PN последовательности с выхода АЦП 26 поступают преобразованные в цифровые значения выборки принятой символьной последовательности, что представляет собой входной сигнал Yn приведенного выше выражения (1) и является входным сигналом для блока синхронизации, описанного далее со ссылкой на фиг. 3. На фиг. 2 показан линейный регистр сдвига с обратной связью, который может быть использован для получения PN последовательности для синхронизации. Собственно регистр сдвига 36 имеет k разрядов, пронумерованных от 1 до k, причем выходные сигналы регистра сдвига получают на выходе k-того разряда и на выходах промежуточных отводов L1, L2 и Lp, которые подают далее на входы сумматора 38 по модулю 2. Выходной сигнал сумматора 38 поступает на вход первого разряда регистра сдвига, а также образует выходной сигнал PN последовательности в соответствии с приведенным ранее выражением (7). В качестве примера предполагается, что PN последовательность для установления синхронизации представляет собой m-последовательность порядка k=10 и с полиномом генерации:

Период или длина последовательности составляют 2k - 1 = 1023 символа, а число промежуточных отводов линейного регистра сдвига с обратной связью, который может быть использован для генерации последовательности, равно p=7. Вектор коэффициентов для полинома генерации для этой последовательности может быть получен из выражений (13) и (25) в следующем виде
А = [10011111111] (26)
Из выражения (14) векторы коэффициентов A1 и A2 и их поэлементные суммы по модулю 2, образующие вектор коэффициентов Аin характеристического полинома порядка K=k+1 = 11, выглядят так
A1 = [010011111111]
A2 = [100111111110] (27)
Ain = [110100000001]
откуда можно видеть, что P = 2 и что генерирующий полином как для прямой, так и для обратной последовательностей равен:
Ain=1+D+D3+D11 (28)
На фиг. 3 показан блок синхронизации, который включает в себя 3 коррелятора и 3 сумматора, описанных далее для случая P = 2, и служит для реализации выражения (21). На фиг. 4 показана форма каждого из корреляторов. Показанный на фиг. 3 блок синхронизации содержит три узла 90 - 92 регистра сдвига, которые в соответствии с вектором коэффициентов Ain выражений (27) и (28) имеют выходные сигналы на промежуточных отводах после 1-го и 3-го разрядов и после К = 11 разрядов. Входные сигналы на узлы 90 - 92 регистра сдвига поступают с выходов соответствующих сумматоров 94 - 96. На выходе калькулятора (вычислителя) 93 получают выходной сигнал




Формула изобретения
А = [1 а1 а2 ... ак-1 1],
где каждый из коэффициентов от а1 до ак-1 равен 1 для определенного положения промежуточного отвода, а в других случаях равен 0, отличающийся тем, что подают принятую символьную последовательность, имеющую неопределенность знака, на вход регистра сдвига и сдвигают последовательности при помощи регистра сдвига, имеющего К = к + 1 разрядов с промежуточным отводом в каждом местоположении, определенным как единица, между первой и последней единицами вектора коэффициентов Аin, который выражен как

где элементы

знак

причем регистр сдвига имеет Р промежуточных отводов, при этом Р представляет собой положительное целое число, меньшее К; осуществляют рекурсивное добавление соответствующего сигнала корреляции на вход и на каждый промежуточный отвод регистра сдвига и получают каждый сигнал корреляции за счет корреляции Р + 1 таких сигналов с указанных входов, с промежуточных отводов и с выхода регистра сдвига, которые отличаются от сигнала, к которому добавлен соответствующий сигнал коррекции. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что операция получения каждого сигнала коррекции предусматривает получение произведения знаков указанных Р + 1 сигналов и минимального абсолютного значения указанных Р + 1 сигналов. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что операция подачи принятой символьной последовательности на вход регистра сдвига предусматривает операцию модифицирования принятой символьной последовательности в соответствии с нелинейной функцией. 4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что Р = 2. 5. Способ синхронизации принятой символьной последовательности, имеющей неопределенность знака, при помощи псевдослучайной последовательности, которая может быть выработана при помощи линейного регистра сдвига с обратной связью, имеющего к разрядов и р промежуточных отводов, причем к и р являются положительными целыми числами и к > р, при этом последовательность является последовательностью максимальной длины, содержащей 2к - 1 символов и имеющей характеристический полином порядка к с вектором коэффициентов А, который может быть выражен как
А = [1 а1 а2 ... ак-1 1],
где каждый из коэффициентов от а1 до ак-1 равен 1 для определенного положения промежуточного отвода, а в других случаях равен 0, отличающийся тем, что сдвигают принятую символьную последовательность, имеющую неопределенность знака, при помощи регистра сдвига, имеющего К = к + 1 разрядов с промежуточными отводами в каждом местоположении, определенном как единица, между первой и последней единицами вектора коэффициентов Аin, который выражен как

где элементы

знак

причем регистр сдвига имеет Р промежуточных отводов, причем Р представляет собой положительное целое число, меньшее К; осуществляют рекурсивное добавление к содержимому регистра сдвига соответствующего сигнала корреляции на входе регистра сдвига и на входе каждого промежуточного отвода регистра сдвига; получают сигнал корреляции для добавления на вход регистра сдвига за счет корреляции Р + 1 сигналов с Р промежуточных отводов и выходного сигнала регистра сдвига и получают сигнал корреляции для добавления на вход каждого промежуточного отвода Р за счет корреляции Р + 1 сигналов с входа и выхода регистра сдвига и с других Р - 1 промежуточных отводов регистра сдвига. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что операция получения каждого сигнала корреляции предусматривает получение произведения знаков указанных Р + 1 сигналов и минимального абсолютного значения указанных Р + 1 сигналов. 7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что он включает в себя подачу принятой символьной последовательности на вход регистра сдвига через нелинейную функцию. 8. Способ по одному из пп.5 - 7, отличающийся тем, что Р = 2.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5