第三章 通道估計
3.5 框架起始偵測
框架起始序列為一 32 位元的偽亂碼資訊，在接收機中必須將此序列的起始時間偵測 出，因為如果判斷錯誤，在後面的資料場(data field)的資訊將無法正確解讀，後續的資料解 調也無法進行。框架起始偵測器我們採用相關器法來完成，而其可分成兩種，一為硬式決 策，另一為軟式決策。所謂硬式決策就是將框架起始序列位元資料判斷成一或零後再送入 相關器中，而軟式決策則是不先將資料判斷成一或零及直接送入相關器中。圖3-8 與圖 3-9 分別比較硬式與軟式框架起始偵測在不同通道下的性能，軟式決策法明顯優於硬式決策 法。圖3-10 則以 CM1 為例，觀察不同臨界值對框架起始偵測的性能影響，以 19 為決策臨 界值可以得到適當的性能表現，在其他通道中，臨界值也是採用19 會有較佳的表現。
0 5 10 15 20 25
0 5 10 15 20 25
圖3-11 時間同步方塊圖
圖 3-11 中的 ( )
r t 是經過通道後的接收訊號， ( ) s t 是一串經展頻後的訓練序列，虛線所
框的部份為相關器。圖3-12 為對標準規格的 CM1 通道做時間同步，由圖可知取樣時間索 引(sampling time index)為 257 時有最大信號能量，以其為訓練序列的起始點，可得到多重 路徑通道的最大增益路徑的時間延遲。0 500 1000 1500 2000 2500
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
22 Output signal of synchronization block diagram in CM1
Time(sample)
Power
257 Maximum
圖3-12 在 CM1 的通道下時間同步方塊圖的輸出波形，所抓到的資料起始點在為第 257 取樣時間
在取得時間同步後，接著將同一接收到的訊號r t
( )
拿來做通道估計，通道估計係採用 相關法完成，其方塊圖如圖3-13。在不考慮雜訊的狀況下，接收到的信號與展頻碼做相關 運算後會產生一週期性的脈衝串，主要是因為展頻碼的自相關函數具有近似脈衝的形式。首先假設訓練序列為已知，為了要得到通道脈衝響應，我們將週期性的脈衝串每間隔固定 一位元時間就乘上其相對應的位元值後，再進行累加，此動作是確保在時間點
mT 上
b m個 脈衝都是正向累加。而在其他時間點nT ，且 n
b ≠ 時，這m
m個脈衝的值為隨機產生的正一 或負一，因此m個脈衝相加時，會有正負相消的情況產生。且若m趨近於無窮大時，脈衝 值為正一或負一的機率會趨近於1 2，因此在m個脈衝中正一與負一的個數會接近各半，因此m個脈衝相加後的結果會趨近於零。在此我們將此種現象稱為資料調和。因此除了
mT
b 時間點上的脈衝外，其他的脈衝則會因為資料調和的關係而平均掉，所以就可得到估計的 通道響應值。圖3-13 相關法通道估計器
圖 3-13 中所接收到的訊號r t
( ) ( ) ( )
=s t ∗h t ，其中s t( )
為經直接序列展頻後得到的資 料，h t( )
為脈波塑形、多重路徑通道與匹配濾波器所形成的合成通道。考慮經相關器後輸 出的訊號如下( ) ( ) ( )
正負相消，且當分支數量 m 越大，正負一的個數會更接近，因此脈衝相消後會趨近於零，
最後便能使得整個波型越趨近於一理想脈衝；但由於系統標準規格上的訓練序列長度有 限，因此必須在序列長度與效能之間取得平衡點。
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-4
Output signals of different branch of channel estimator in single path channel
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-4 -2 0 2 4
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-4 -2 0 2 4
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-4
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-4
4 Estimated channel for 4 accumulations in single path channel
Time(sample)
Amplitude
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 -3.5
0 3.5
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
-3.5 0 3.5
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
-3.5 0 3.5
Time(sample)
AmplitudeAmplitudeAmplitude m=16
m=128
m=1024
Estimated channels for m accumulations in single path channel
圖3-16 通道為單一路徑時，改變通道估計器累加的分支數量
在此設定一對照組，我們考慮一輸入訊號為一脈衝
δ
( )t
，經同樣的方塊後，如圖3-17 所示。由於輸入訊號為δ
( )t
，所以圖3-17 中的r t( )
=δ ( ) ( )
t ∗h t =h t( )為完美的合成通道響應，在此稱之為完美通道(perfect channel)估計。比較完美通道與前述所提出的相關法通道 估計器所估計出的通道，圖 3-18 為其路徑增益強度的比較圖，圖 3-19 為路徑增益相位的 比較圖，在此我們所用的多重路徑通道為標準規格上的CM1 通道。可發覺在第 14 碼時間 之前的大小和相位都很接近，即CM1 通道的主要影響部份都估計的很接近。
圖3-17 完美通道估計方塊圖
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Estimated channels in CM1
Magnitude
Estimated channels in CM1
圖3-19 完美通道估計與相關法通道估計路徑增益的相位比較
最後注意到的是，時間同步是必須先執行的，否則如果直接用相關法去估計脈波塑 型、多重路徑通道與匹配濾波器所形成的合成通道，將無法精確取出多重路徑通道的最大