專利名稱：數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成方法及裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，在傳輸便捷、資源豐富的電力線信道中進(jìn)行高效數(shù)字通信得到了廣泛的研究和應(yīng)用。電力線通信(Power LineCommunications, PLC)有許多優(yōu)點(diǎn),例如廣泛分布的電力線網(wǎng)、相對低的通信成本以及便于隨處即插即用等。然而電力線信道環(huán)境惡劣，有嚴(yán)重的衰減以及多種噪聲和干擾，例如沖激噪聲、多徑衰落、頻率選擇性衰落和窄帶噪聲干擾(Narrowband Interference, NBI)等。目前，很多針對電力線通信的標(biāo)準(zhǔn)和研究對電力線通信系統(tǒng)的特性進(jìn)行了說明和分析，例如國際電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化組織ITU-T的G.9960標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了一種電力線通信系統(tǒng)，描述了電力線信道的復(fù)雜特性，給出了電力線通信系統(tǒng)中常見的技術(shù)方法和應(yīng)用方案。為了克服電力線通信中的惡劣信道條件，正交頻分復(fù)用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplex, 0FDM)技術(shù)在電力線信道中得到了廣泛的應(yīng)用。由于OFDM具有很好克服頻率選擇性的優(yōu)良特性，它已經(jīng)應(yīng)用到各種數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)中，如國際電聯(lián)的電力線通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(International Telecommunications Union, ITU-T G.9960)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、歐洲數(shù)字視頻地面廣播(Digital VideoBroadcasting-Terrestrial, DVB-T)、以及中國地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)(Digital Television Multimedia Broadcast, DTMB)等。這些標(biāo)準(zhǔn)或系統(tǒng)均包含有不同的物理層幀結(jié)構(gòu)定義，在發(fā)射端，將信息通過預(yù)定的幀結(jié)構(gòu)形式發(fā)送出去；在接收端，按照該幀結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行同步、檢測、解碼等以恢復(fù)原始信息。例如，DTMB系統(tǒng)中采用了時(shí)域同步正交頻分復(fù)用技術(shù)(Time Domain SynchronousOFDM, TDS-0FDM)，采用時(shí)域訓(xùn)練序列作為保護(hù)間隔填充，并可用于同步和信道估計(jì)等。DTMB系統(tǒng)的多層復(fù)巾貞結(jié)構(gòu)如圖1所示。使用偽隨機(jī)序列(Pseudo-random Noise, PN)代替OFDM中的保護(hù)間隔并用于時(shí)間同步。在OFDM系統(tǒng)中，可靠高效的通信依賴于良好的同步性能，物理層信號幀結(jié)構(gòu)對整個(gè)系統(tǒng)的性能有著重要的影響?，F(xiàn)有幾種常見的幀同步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，例如傳統(tǒng)的基于循環(huán)前綴的滑動自相關(guān)方法、Schmidl和Minn提出的同步巾貞結(jié)構(gòu)等。Schmidl提出的一種只利用頻域偶數(shù)子載波產(chǎn)生的含有兩部分完全相同的時(shí)域段的幀結(jié)構(gòu)，如圖2所示，其中幀頭含有兩段完全相同的時(shí)域數(shù)據(jù)段B，并將B的尾端部分?jǐn)?shù)據(jù)作為循環(huán)前綴復(fù)制到幀頭前端。這種方法已經(jīng)應(yīng)用于WLAN標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.1lg中。然而這種方法的幀頭自相關(guān)結(jié)果會在正確同步時(shí)刻周圍產(chǎn)生寬平臺，影響最優(yōu)同步點(diǎn)的判決。為解決這一問題，Minn提出了一種在時(shí)域上具有形如[A A -A -A]結(jié)構(gòu)的幀頭設(shè)計(jì)方法，如圖3所示。這種方法可以減少相關(guān)值平臺，使相關(guān)峰更尖銳。但是這種方法的相關(guān)結(jié)果同樣會引入幾個(gè)副峰，在低信噪比時(shí)會導(dǎo)致高誤檢率。更重要的是，在電力線信道中常常存在嚴(yán)重的窄帶噪聲干擾，對通信可靠性和同步性能會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。上述幾種幀同步方法在受窄帶噪聲干擾下性能會顯著惡化，目前現(xiàn)有的幀同步方法在應(yīng)對窄帶噪聲干擾方面效果不佳。此外，為滿足不同服務(wù)質(zhì)量需求，系統(tǒng)所傳輸?shù)男盘枖?shù)據(jù)塊通常具備多種可選的參數(shù)，例如數(shù)據(jù)塊長度、子載波數(shù)目、星座映射方式、信道編碼碼率以及是否采用發(fā)射分集等，稱為信令信息。信令信息對后續(xù)信道估計(jì)和正確解調(diào)接收數(shù)據(jù)很重要。但是上述幾種幀同步序列自身并不攜帶信令，需要在幀同步序列后單獨(dú)傳輸信令信息，將延緩后續(xù)解調(diào)過程。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成方法及裝置，該方法及裝置生成的幀同步序列可以使接收端有效對抗窄帶噪聲干擾，實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的幀同步和載波頻偏估計(jì)，以克服現(xiàn)有同步技術(shù)易于受到窄帶噪聲干擾影響的不足。同時(shí)，幀同步序列可攜帶一定數(shù)量的物理層信令信息，使接收端能快速完成信號幀捕獲和參數(shù)的初步估計(jì)，提高信號傳輸系統(tǒng)的靈活性與可靠性。(二)技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成方法，包括以下步驟:S1、產(chǎn)生兩組攜帶有信令信息的己知序列；S2、將所述兩組己知序列組合成頻域子載波序列，再頻域子載波序列進(jìn)行預(yù)處理，得到頻域數(shù)據(jù)塊；

S3、對所述頻域數(shù)據(jù)塊進(jìn)行逆離散傅里葉變換，得到時(shí)域數(shù)據(jù)塊；S4、在所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的前、后分別插入由所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊產(chǎn)生的前綴和后綴，得到幀同步序列。優(yōu)選地，步驟SI中，所述已知序列為已知的二值序列，所述二值序列為m序列、Gold序列、Walsh序列、Golay序列或上述序列的截?cái)嗷驍U(kuò)展。優(yōu)選地，步驟SI中，所述兩組已知序列是:第一組已知序列是所述二值序列，第二組已知序列由第一組已知序列向右循環(huán)移位產(chǎn)生，循環(huán)移位的位數(shù)由所述信令信息決定，兩組已知序列長度均為L。優(yōu)選地，步驟S2中，步驟S2中，所述頻域子載波序列的組合方式法是:先產(chǎn)生長為4L的頻域序列，其中序號為{4k+l|k = 0，l，"、L-l}的點(diǎn)為所述第一組已知序列，序號為{4k+3 I k = 0，1，…，L-1}的點(diǎn)為所述第二組已知序列，序號為{4k和4k+2 | k=0, I,…，L-1}的點(diǎn)為零；然后在所述頻域序列的前、后分別加上(N/2-2L)個(gè)零，生成長度為N的所述頻域子載波序列，其中N > 4L為頻域子載波總數(shù)。優(yōu)選地，步驟S2中，所述預(yù)處理方法為對奇數(shù)子載波上的非零數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行差分編碼。優(yōu)選地，步驟S4中，所述后綴的產(chǎn)生方法為:取所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的后半段部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)加上后半段部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)加上任意二值序列，然后對所取數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼后所得，擾碼的方法是將每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)因子的多次冪逐點(diǎn)相乘，冪次為對應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的下標(biāo)號。
優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)因子為-1、j或_j。優(yōu)選地，步驟S4中，所述前綴的產(chǎn)生方法為:取所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的后半段部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)加上后半段部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)加上任意二值序列所得。優(yōu)選地，所述前綴與所述后綴的長度之和與所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的長度相等。本發(fā)明還提供了一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成裝置，該裝置包括:序列生成模塊，用于產(chǎn)生兩組攜帶有信令信息的己知序列；頻域數(shù)據(jù)塊生成模塊，與所述序列生成模塊連接，用于將所述兩組已知序列組合成頻域子載波序列，再進(jìn)行預(yù)處理，得到頻域數(shù)據(jù)塊；時(shí)頻域轉(zhuǎn)換模塊，與所述頻域數(shù)據(jù)塊生成模塊連接，用于對所述頻域數(shù)據(jù)塊進(jìn)行逆離散傅里葉變換，得到時(shí)域數(shù)據(jù)塊；前綴后綴插入模塊，與所述時(shí)頻域轉(zhuǎn)換模塊連接，用于在所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的前、后分別插入由所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊產(chǎn)生的前綴和后綴，得到幀同步序列。(三)有益效果本發(fā)明的方法及裝置生成的幀同步序列可以使接收端有效對抗電力線通信中的窄帶噪聲干擾，實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的幀同步、定時(shí)估計(jì)以及載波頻偏估計(jì)；同時(shí)幀同步序列可攜帶一定數(shù)量的物理層信令信息，使接收端能通過相關(guān)與距離檢測技術(shù)，快速恢復(fù)出幀同步序列中所攜帶的信令信息，并高效完成后續(xù)信號幀的解調(diào)與數(shù)據(jù)恢復(fù)。本發(fā)明方法檢測精度高、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，并可在窄帶噪聲干擾嚴(yán)重的電力線信道和復(fù)雜多徑信道環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確同步，可靠恢復(fù)出傳輸?shù)男帕钚畔ⅰ?br>

圖1為中國DTMB標(biāo)準(zhǔn)的層次化幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為Schmidl提出的同步巾貞頭設(shè)計(jì)方法示意圖；圖3為Minn提出的同步幀頭設(shè)計(jì)方法示意圖；圖4為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列結(jié)構(gòu)圖；圖5為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成方法流程圖；圖6為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例一中的一種包含等長前綴后綴的攜帶信令信息的電力線通信中的幀同步序列結(jié)構(gòu)圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例二中的一種包含非等長前綴后綴的不攜帶信令信息的電力線通信中的幀同步序列結(jié)構(gòu)圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例三中的另一種包含等長前綴后綴的攜帶信令信息的電力線通信中的幀同步序列結(jié)構(gòu)圖。圖10為本發(fā)明實(shí)施例四中的另一種包含非等長前綴后綴的攜帶信令信息的電力線通信中的幀同步序列結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。依照本發(fā)明生成的幀同步序列結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中時(shí)域幀同步序列由長度為N的OFDM數(shù)據(jù)塊及其前綴、后綴組成,可攜帶包含一比特信令信息或多比特信令信息,例如信號幀F(xiàn)FT長度、編碼碼率、以及發(fā)射分集等后續(xù)解調(diào)的基本信息。如圖5所示，依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成方法包括步驟:S1、產(chǎn)生兩組攜帶有信令信息AL(0彡AL彡2匕1)的己知序列SF1' SF2，其中t(t^ I)為待傳輸?shù)男帕钚畔⒈忍財(cái)?shù)。為保證幀同步序列能攜帶所有待傳輸信令信息，生成的兩組已知序列SF1JF2的長度L應(yīng)不小于2\即L > 2\其中，生成的兩組已知序列SF1'SF2為已知的二值序列，即m序列、Gold序列、Walsh序列、Golay序列或上述序列的截?cái)嗷驍U(kuò)展。生成兩組己知序列SFp SF2的方法是，第一組己知序列SF1是長度為L的所述己知的二值序列，取值范圍為{+1，-1}集合，記作SF1=Ict^c1, -,CwI ;第二組序列SF2由第一組序列SF1向右循環(huán)移位AL位產(chǎn)生，循環(huán)移位的位數(shù)AL等于待傳輸信令信息，記作SF2=Icm,…，Cl-^c0, C1---, Cm_J ,如圖5所示。從而接收端可以通過相關(guān)檢測出SFpSF2之間循環(huán)移位的位數(shù)Λ L，就得到了傳輸?shù)男帕钚畔?。S2、將所述兩組己知序列組合為頻域子載波序列，具體方法是先產(chǎn)生長為4L的頻域序列{Y0[k]|k=0，l，2，...，4L-l}，其中{YQ[4kQ+l] |kQ=0，1，...，L-1}為所述第一組已知序列SF1，序號為{Y。[4k0+3] I k0=0, 1，…，L-1}的點(diǎn)為所述第二組已知序列SF2,{Y0[4k0]，Y0[4k0+2] Iktl=O, I,...，L-1}為零，即
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、產(chǎn)生兩組攜帶有信令信息的己知序列； 52、將所述兩組己知序列組合成頻域子載波序列，再對頻域子載波序列進(jìn)行預(yù)處理，得到頻域數(shù)據(jù)塊； 53、對所述頻域數(shù)據(jù)塊進(jìn)行逆離散傅里葉變換，得到時(shí)域數(shù)據(jù)塊； 54、在所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的前、后分別插入由所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊產(chǎn)生的前綴和后綴，得到幀同步序列。
2.如權(quán)利要求1所述的幀同步序列生成方法，其特征在于，步驟SI中，所述已知序列為已知的二值序列，所述二值序列為m序列、Gold序列、Walsh序列、Golay序列或上述序列的截?cái)嗷驍U(kuò)展。
3.如權(quán)利要求1所述的幀同步序列生成方法，其特征在于，步驟SI中，所述兩組已知序列是:第一組已知序列是二值序列，第二組已知序列由第一組已知序列向右循環(huán)移位產(chǎn)生，循環(huán)移位的位數(shù)由所述信令信息決定，兩組已知序列長度均為L。
4.如權(quán)利要求1所述的幀同步序列生成方法，其特征在于，步驟S2中，所述頻域子載波序列的組合方式法是:先產(chǎn)生長為4L的頻域序列，其中序號為{4k+l|k = O, I, - ,L-1}的點(diǎn)為所述第一組已知序列，序號為{4k+3|k=0，I,…，L-1}的點(diǎn)為所述第二組已知序列，序號為{4k和4k+2|k = O, 1，…，L-1}的點(diǎn)為零；然后在所述頻域序列的前、后分別加上(N/2-2L)個(gè)零，生成長度為N的所述頻域子載波序列，其中N > 4L為頻域子載波總數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的幀同步序列生成方法，其特征在于，步驟S2中，所述預(yù)處理方法為對奇數(shù)子載波上的非零數(shù) 據(jù)點(diǎn)進(jìn)行差分編碼。
6.如權(quán)利要求1所述的幀同步序列生成方法，其特征在于，步驟S4中，所述后綴的產(chǎn)生方法為:取所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的后半段部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)加上后半段部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)加上任意二值序列，然后對所取數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼后所得，擾碼的方法是將每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)因子的多次冪逐點(diǎn)相乘，冪次為對應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的下標(biāo)號。
7.如權(quán)利要求6所述的幀同步序列生成方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)因子為-1、j或-j，其中j2 = _1。
8.如權(quán)利要求1所述的幀同步序列生成方法，其特征在于，步驟S4中，所述前綴的產(chǎn)生方法為:取所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的后半段部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)加上后半段部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)，或者后半段全部數(shù)據(jù)點(diǎn)加上任意二值序列所得。
9.如權(quán)利要求1所述的幀同步序列生成方法，其特征在于，所述前綴與所述后綴的長度之和與所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的長度相等。
10.一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成裝置，其特征在于，該裝置包括: 序列生成模塊，用于產(chǎn)生兩組攜帶有信令信息的己知序列； 頻域數(shù)據(jù)塊生成模塊，與所述序列生成模塊連接，用于將所述兩組已知序列組合成頻域子載波序列，再進(jìn)行預(yù)處理，得到頻域數(shù)據(jù)塊； 時(shí)頻域轉(zhuǎn)換模塊，與所述頻域數(shù)據(jù)塊生成模塊連接，用于對所述頻域數(shù)據(jù)塊進(jìn)行逆離散傅里葉變換，得到時(shí)域數(shù)據(jù)塊； 前綴后綴插入模塊，與所述時(shí)頻域轉(zhuǎn)換模塊連接，用于在所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的前、后分別插入由所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊 產(chǎn)生的前綴和后綴，得到幀同步序列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的幀同步序列生成方法及裝置，涉及數(shù)字信號傳輸技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括步驟S1、產(chǎn)生兩組攜帶有信令信息的己知序列；S2、將所述兩組己知序列組合成頻域子載波序列，再對頻域子載波序列進(jìn)行預(yù)處理，得到頻域數(shù)據(jù)塊；S3、對所述頻域數(shù)據(jù)塊進(jìn)行逆離散傅里葉變換，得到時(shí)域數(shù)據(jù)塊；S4、在所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊的前、后分別插入由所述時(shí)域數(shù)據(jù)塊產(chǎn)生的前綴和后綴，得到幀同步序列。本發(fā)明提出的方法具有幀檢測精度高、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，并可在窄帶噪聲干擾嚴(yán)重的電力線信道和復(fù)雜多徑信道環(huán)境下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確幀同步等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能可靠恢復(fù)出傳輸?shù)男帕钚畔ⅰ?br> 文檔編號H04L27/26GK103078825SQ20131003760
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者楊昉, 劉思聰, 潘長勇, 宋健 申請人:清華大學(xué), 北京數(shù)字電視國家工程實(shí)驗(yàn)室有限公司