[发明专利]用于检测多层信号的组件和方法

说明书

技术领域

本发明涉及在通信系统中生成信号、发送信号和检测信号的设备和方法。

背景技术

信号检测是通信系统中的必要任务。通常在信息开始处发送前缀信号以用于信号检测和参数估值。前缀信号也被称为独特字。前缀信号的设计等同于设计序列。前缀信号优选具有优良的相关性质、良好的序列集合大小(family size)和高线性复杂度。相同的前缀信号被存储在接收机中。接收机接收到信号，执行与预先存储的前缀信号的做相关，并与阈值比较。如果相关度不低于阈值，则接收机宣告检测到信号，并使用接收到的信号和相关度用于参数估值、包括时间、相位和频率。

传统上，接收机必须计算接收到的信号与整个前缀信号的相关度。一个示例为发送最大长度序列，并且通过逐个样本地计算接收到的信号与预先存储的前缀信号的全相关度来检测该序列。结果信号检测的复杂度较高。在传统的宽带通信终端中，信号检测器必须计算大量的乘法，该信号检测器总是占用接收机的硬件的一大部分，并且是接收机中昂贵的模块。某些信号检测器对乘法要求之大让市面上最快的硬件也无法支持。

在保持与传统信号设计和检测方法相同的检测性能的同时，必须设计出具有优良特征的新的信号以最小化信号检测复杂度并降低信号检测器成本。

1968年，Turyn非常简要地引入了两个序列的张量积的概念，作为将序列的定义移位到不同群的方式。张量积也被称作两个序列的克罗内克积,或仅仅被称为克罗内克序列。Turyn没有给出任何利用克罗内克序列工作的硬件设计。

1991年，Karkkainen和Leppanen比较了使用克罗内克序列的异步CDMA系统的性能与使用诸如Gold,Kasami和最大长度序列之类的传统序列的通信系统的性能。他们考虑到将克罗内克序列应用到两个分量序列，包括：长度为11的Barker序列和长度为127的M序列；长度为31的Gold序列和长度为63的Gold序列；长度为11的Barker序列和长度为127的Gold序列；长度为11的Barker序列和长度为63的小Kasami序列。接收机首先对接收到的信号做相关以找到第一序列的正确相位。在对第一序列实现检测和同步后，内序列(第一序列)将被锁定于接收到的信号，然后第二相关器开始搜索外序列(第二序列)的正确相位。这样的用于克罗内克序列的获取方案的成功取决于接收机输入信噪比(SNR)在E_b/N₀≥15dB处足够大以准许可靠检测到第一分量序列(内序列)的自相关中的同相峰。设这一计要求第一序列的长度要大，系统信噪比要高，并且第二序列长度要小。作者指出内分量序列的选择并不关键，并且外分量序列(第二序列)长度必须比第一序列短很多。Barker序列是外序列的很好选择。然而，不推荐用Barker序列作内序列。研究表明，克罗内克序列在异步CDMA系统中导致信噪比在E_b/N₀＝15dB处的0.5dB到1.0dB的劣化。该损失在通信系统中是相当大的。

1997年，Elders-Boll等人研究了通信系统中使用Turyn方法构造序列的序列获取。研究显示，与等长的最大长度序列比较，使用Turyn方法构造的序列在序列获取时间上减少50％。然而，获取仅考虑内序列而没有考虑外序列，因此带来很大的性能损失。

1999年，刘给出了3层序列的示例。刘独立提出了对每层信号分别运用三个相关器和三个信号检测器来检测3层序列。刘的方法的优点在于能够减小信号检测器的硬件复杂度。其弱点在于要求在每一层信号执行信号检测，这是因为如果任何一层i≤3处的信号检测器遗漏分量信号，则整个信号就未检测到。

总而言之，此前的信号设计和检测的方法都使用了整个信号的相关，其中相关是针对接收到的信号和预先存储的整个信号逐个样本来计算的。这些方法遵循传统的理论和实践，要求相关必须针对整个信号逐个样本地来计算。就设计克罗内克序列而言，现有技术仅考虑了两个分量序列。就检测克罗内克序列而言，现有技术强调仅检测内分量序列。如果内分量序列没有被检测到，则现有技术必然失败。因为内序列只包含整个克罗内克序列能量的一部分，所以现有技术在检测阶段遗漏克罗内克序列的概率很高。

发明内容