時域ofdm同步符號生成及解調方法、數據幀傳輸方法
2023-10-19 01:45:17
時域ofdm同步符號生成及解調方法、數據幀傳輸方法
【專利摘要】一種時域OFDM同步符號生成及解調方法、數據幀傳輸方法，其中時域OFDM同步符號的生成方法包括生成CAZAC序列以及其移位序列；基於CAZAC序列和CAZAC序列的移位序列形成頻域OFDM同步符號；對頻域OFDM同步符號進行傅立葉反變換以形成時域OFDM同步訓練符號；將時域OFDM同步訓練符號劃分成第一部分符號和第二部分符號，並分別將這兩部分符號與固定頻偏相乘以形成時域OFDM同步符號的前綴和後綴；基於時域OFDM同步符號的前綴、OFDM同步訓練符號以及時域OFDM同步符號的後綴形成時域OFDM同步符號。本技術方案降低了OFDM符號生成的複雜度，並降低了解調複雜度並提高了解調參數性能。
【專利說明】時域OFDM同步符號生成及解調方法、數據幀傳輸方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通信【技術領域】，特別涉及一種時域OFDM同步符號的生成方法及其解調方法、數據幀傳輸方法。
【背景技術】
[0002]正交頻分復用(OFDM)是一種高效的調製技術，不僅可以抵抗頻率選擇性衰落，而且具有較高的頻譜利用率，已廣泛用於無線廣播標準，如DAB (數字音頻廣播，DigitalAudio Broadcast)> DVB-T (地面數位電視廣播，Digital Video Broadcast-Terrestrial)以及最近提出的第二代標準DVB-T2 (第二代地面數位電視廣播)。
[0003]OFDM的缺點是對定時偏差和頻率偏移非常敏感，若系統存在定時誤差，將會引起符號間串擾和數據相位旋轉；若存在頻率偏移，系統子載波間的正交性會被破壞，引發同信道幹擾。因此，在OFDM接收端，必須實現高精度的時間與頻率同步。
[0004]要實現高精度的同步，必須設計出可以抵抗惡劣信道同步符號以及對應的算法。基於 DVB-T2 系統中同步符號 PI, DVB document A133 文件「Implementation Guidelinesfor a Second Generation Digital Terrestrial Television Broadcasting System(第二代地面數位電視廣播系統實施手冊，DVB-T2)」給出了同步符號Pl設計的目的以及基於相關原理給出了定時頻偏估計算法CBS法，Doblado J G等人在「Coarse timesynchronization for DVB_T2(DVB_T2系統時域粗同步)」中對CBS法做了深入研究，指出由於定時度量函數存在平頂，在高斯信道下該算法所提供的定時精度不高。隨後有較多學者對CBS法做了改進，如結合最大似然估計法提供定時頻偏估計，雖然仿真結果證明該方法性能較優，但是最大似然法複雜度較高，相關器的數目和滑動濾波器的數目為CBS法中所需值的兩倍° Viemann A 等人在「 Implementation-friendly synchronization algorithmfor DVB-T2 (易於實現的DVB-T2同步算法)」對CBS法中做相關的單元以及滑動濾波的點數做了修改，定時度量函數為尖銳的三角峰，同步性能有了較大提升。
[0005]上述文獻的同步算法始終以CBS法為框架，未改變Pl同步符號結構。Pl符號有其固有缺陷:攜帶參量少，僅包含FFT大小和SIS0/MIS0模式，同步之後仍需計算保護間隔大小；生成複雜，包括DBPSK調製、加擾、補零、逆FFT等運算；接收端解調參數信息時需將本地所有可能序列與接收到的序列相關得到最佳匹配值，需要採用大數量的相關器，計算複雜度很高。Lifeng He 等人在「Preamble Design Using Embedded Signaling for OFDMBroadcast Systems Based on Reduced-Complexity Distance Detection(0FDM 廣播系統低複雜度的基於距離攜帶信息的幀頭設計方法)」中提出了新的同步符號，利用頻域結構中的O序列長度攜帶信息，但是其解調過程中以256點為滑動窗口與本地序列做差分相關，運算量仍然很大，因此以低複雜度來完成Pl實現的功能是數位電視通信系統中的重要問題。
【發明內容】
[0006]本發明解決的問題是現有的OFDM同步符號的解調方法運算量很大，複雜度較高。[0007]為解決上述問題，本發明實施例提供一種時域OFDM同步符號的生成方法，包括如下步驟:生成CAZAC序列以及所述CAZAC序列的移位序列，其中所述CAZAC序列包括根值參數、所述CAZAC序列的移位序列包括移位參數；基於所述CAZAC序列和所述CAZAC序列的移位序列形成頻域OFDM同步符號；對所述頻域OFDM同步符號進行傅立葉反變換以形成時域OFDM同步訓練符號；將該時域OFDM同步訓練符號劃分成第一部分符號和第二部分符號，並分別將這兩部分符號與固定頻偏相乘以形成時域OFDM同步符號的前綴和後綴；基於所述時域OFDM同步符號的前綴、OFDM同步訓練符號以及時域OFDM同步符號的後綴形成時域OFDM同步符號。
[0008]本發明實施例還提供了一種對上述方法生成的時域OFDM同步符號的解調方法，包括如下步驟:接收時域OFDM同步符號，其中所述時域OFDM同步符號由權利要求1所述時域OFDM同步符號的生成方法得到；利用相關運算對接收到的時域OFDM同步符號進行處理以確定OFDM符號定時點和小數倍頻率偏移值；根據所確定的OFDM符號定時點從該時域OFDM同步符號中截取時域OFDM同步訓練符號；解調該時域OFDM同步訓練符號對應頻域上的CAZAC序列以解出根值參數並確定整數倍頻率偏移值；根據所確定的整數倍頻率偏移值截取CAZAC序列的移位序列；解調所截取的CAZAC序列的移位序列以確定移位參數；基於所述根值參數和移位參數確定相應的系統參數信息。
[0009]本發明實施例還提供了一種數據幀傳輸方法，其中所述數據幀至少包括頻域OFDM同步符號，該頻域OFDM同步符號包括-XkZkC序列；所述CAZAC序列的移位序列；填充於所述CAZAC序列和所述CAZAC序列的移位序列之間的零序列，該零序列用於減少OFDM系統出現載波洩露；其中，所述CAZAC序列包括根值參數、所述CAZAC序列的移位序列包括移位參數。
[0010]與現有技術相比，本發明技術方案具有以下有益效果:
根據本發明實施例提供的時域OFDM同步符號的生成方法，利用生成的CAZAC序列和該CAZAC序列的移位序列直接在頻域填充形成頻域OFDM同步符號，降低了 OFDM符號生成的複雜度。進一步地，在CAZAC序列和該CAZAC序列的移位序列中攜帶有根值參數和移位參數，從而使得接收端通過解出這兩個參數得到系統攜帶的諸如傅立葉變換的大小、保護間隔的大小以及輸入輸出模式等系統參數信息。
[0011]根據本發明實施例提供的時域OFDM同步符號的解調方法，在從接收到時域OFDM同步符號中解調出根值參數和移位參數的過程中，只需要通過兩個相關運算器即可實現，降低了解調複雜度並提高了解調參數性能。進一步地，在解調出根值參數的過程中可以估計出整數倍頻率偏移值，減少了後續工作量。
[0012]根據本發明實施例提供的數據幀傳輸方法，生成的頻域OFDM同步符號中在CAZAC序列和所述CAZAC序列的移位序列之間填充有零序列，以減少OFDM系統出現載波洩露的影響。進一步地，還在頻域OFDM同步符號中填充有虛擬子載波，以應對OFDM系統中收發端之間出現的頻率偏移，確保由於頻偏影響有效子載波都在中心帶寬內。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的一種時域OFDM同步符號的生成方法的實施方式的流程示意圖； 圖2是利用本發明的時域OFDM同步符號的生成方法所生成的一種OFDM同步符號的結構示意圖；
圖3是本發明的一種時域OFDM同步符號的解調方法的實施方式的流程示意圖；
圖4是本發明的時域OFDM同步符號的解調方法中確定OFDM符號定時點和小數倍頻率偏移值的流程示意圖；
圖5是本發明與現有的時域OFDM同步符號解調錯誤率性能比較的示意圖；
圖6是本發明與現有的時域OFDM同步符號定時偏差的均方誤差性能比較的示意圖； 圖7是本發明與現有的時域OFDM同步符號頻偏的均方誤差性能比較的示意圖；
圖8是本發明的一種數據幀傳輸方法中頻域OFDM同步符號的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]發明人發現現有的OFDM同步符號的解調方法運算量很大，複雜度較高。
[0015]針對上述問題，發明人經過研究，提供了一種時域OFDM同步符號的生成方法及其解調方法。本技術方案降低時域OFDM符號生成的複雜度，同時也降低了解調複雜度並提高了解調參數性能。
[0016]為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0017]如圖1所示的是本發明的一種時域OFDM同步符號的生成方法的實施方式的流程示意圖。參考圖1，OFDM同步符號的生成方法包括如下步驟:
步驟Sll:生成CAZAC序列以及所述CAZAC序列的移位序列，其中所述CAZAC序列包括根值參數、所述CAZAC序列的移位序列包括移位參數；
步驟S12:基於所述CAZAC序列和所述CAZAC序列的移位序列形成頻域OFDM同步符
號;
步驟S13:對所述頻域OFDM同步符號進行傅立葉反變換以形成時域OFDM同步訓練符
號;
步驟S14:將該時域OFDM同步訓練符號劃分成第一部分符號和第二部分符號，並分別將這兩部分符號與固定頻偏相乘以形成時域OFDM同步符號的前綴和後綴；
步驟S15:基於所述時域OFDM同步符號的前綴、OFDM同步訓練符號以及時域OFDM同步符號的後綴形成時域OFDM同步符號。
[0018]下面結合具體實施例對上述時域OFDM同步符號的生成方法進行詳細描述。
[0019]在本實施例中，如步驟Sll所述，生成CAZAC序列以及所述CAZAC序列的移位序列，其中所述CAZAC序列包括根值參數、所述CAZAC序列的移位序列包括移位參數。
[0020]具體地，CAZAC序列可以是Zadoff-Chu序列，表達式為
【權利要求】
1.一種時域OFDM同步符號的生成方法，其特徵在於，包括如下步驟: 生成CAZAC序列以及所述CAZAC序列的移位序列,其中所述CAZAC序列包括根值參數、所述CAZAC序列的移位序列包括移位參數； 基於所述CAZAC序列和所述CAZAC序列的移位序列形成頻域OFDM同步符號； 對所述頻域OFDM同步符號進行傅立葉反變換以形成時域OFDM同步訓練符號； 將該時域OFDM同步訓練符號劃分成第一部分符號和第二部分符號，並分別將這兩部分符號與固定頻偏相乘以形成時域OFDM同步符號的前綴和後綴； 基於所述時域OFDM同步符號的前綴、OFDM同步訓練符號以及時域OFDM同步符號的後綴形成時域OFDM同步符號。
2.如權利要求1所述的時域OFDM同步符號的生成方法，其特徵在於，所述根值參數的取值為與所述CAZAC序列的長度互質的正整數。
3.如權利要求1所述的時域OFDM同步符號的生成方法，其特徵在於，所述移位參數的取值小於所述CAZAC序列的長度，且該移位參數的相鄰兩個取值之差在預設範圍內。
4.如權利要求3所述的時域OFDM同步符號的生成方法，其特徵在於，所述預設範圍為[1，20]。
5.如權利要求1所述的時域OFDM同步符號的生成方法，其特徵在於，所述將該時域OFDM同步訓練符號劃分成第一部分符號和第二部分符號，並分別將這兩部分符號與固定頻偏相乘以形成OFDM同步符號的前綴和後綴包括如下步驟: 將該時域OFDM同步訓練符號劃分成長度相等的前後`兩部分符號，並將前半部分符號與固定頻偏相乘以形成OFDM同步符號的前綴以及將後半部分符號與固定頻偏相乘以形成OFDM同步符號的後綴。
6.一種對權利要求1所述時域OFDM同步符號的生成方法得到的時域OFDM同步符號的解調方法，其特徵在於，包括如下步驟: 接收時域OFDM同步符號； 利用相關運算對接收到的時域OFDM同步符號進行處理以確定OFDM符號定時點和小數倍頻率偏移值； 根據所確定的OFDM符號定時點從該時域OFDM同步符號中截取時域OFDM同步訓練符號; 解調該時域OFDM同步訓練符號對應頻域上的CAZAC序列以解出根值參數並確定整數倍頻率偏移值； 根據所確定的整數倍頻率偏移值截取CAZAC序列的移位序列； 解調所截取的CAZAC序列的移位序列以確定移位參數； 基於所述根值參數和移位參數確定相應的系統參數信息。
7.如權利要求6所述的時域OFDM同步符號的解調方法，其特徵在於，所述利用相關運算對接收到的時域OFDM同步符號進行處理以確定OFDM符號定時點和小數倍頻率偏移值包括如下步驟: 分別消除該時域OFDM同步符號的前綴和後綴所對應的頻偏值； 分別將消除頻偏值的時域OFDM同步符號的前綴與時域OFDM同步訓練符號中的第一部分符號作相關運算以得到第一類相關運算值，以及將消除頻偏值的時域OFDM同步符號的後綴與時域OFDM同步訓練符號中的第二部分符號作相關運算以得到第二類相關運算值；分別將該第一類相關運算值和第二類相關運算值作滑動平均後得到第一相關平均值和第二相關平均值； 分別基於該第一相關平均值的最大值和該第二相關平均值的最大值確定第一同步符號定時點和第二同步符號定時點； 分別基於該第一相關平均值的最大峰值對應的輻角和該第二相關平均值的最大峰值對應的輻角確定第一小數倍頻率偏移值和第二小數倍頻率偏移值； 將第一同步符號定時點和第二同步符號定時點中的最小值確定為OFDM符號定時點，並將第一小數倍頻率偏移值和第二小數倍頻率偏移值的平均值確定為小數倍頻率偏移值。
8.如權利要求6所述的時域OFDM同步符號的解調方法，其特徵在於，所述系統參數信息包括傅立葉變換的大小、保護間隔的大小以及輸入輸出模式。
9.一種數據幀傳輸方法，其中所述數據幀至少包括頻域OFDM同步符號，其特徵在於，該頻域OFDM同步符號包括: CAZAC序列； 所述CAZAC序列的移位序列； 填充於所述CAZAC序列 和所述CAZAC序列的移位序列之間的零序列，該零序列用於減少OFDM系統出現載波洩露； 其中，所述CAZAC序列包括根值參數、所述CAZAC序列的移位序列包括移位參數。
10.如權利要求9所述的數據幀傳輸方法，其特徵在於，所述頻域OFDM同步符號還包括: 填充於由所述CAZAC序列、所述CAZAC序列的移位序列以及所述零序列構成的序列兩邊的虛擬子載波，該虛擬子載波用於應對OFDM系統中出現的頻率偏移。
11.如權利要求9所述的數據幀傳輸方法，其特徵在於，所述根值參數的取值為與所述CAZAC序列的長度互質的正整數。
12.如權利要求9所述的數據幀傳輸方法，其特徵在於，所述移位參數的取值小於所述CAZAC序列的長度，且該移位參數的相鄰兩個取值之差在預設範圍內。
13.如權利要求12所述的數據幀傳輸方法，其特徵在於，所述預設範圍為[1，20]。
【文檔編號】H04L27/26GK103532899SQ201310325695
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】張文軍, 葛建華, 王麗華, 劉剛, 管雲峰, 何大治 申請人:上海數位電視國家工程研究中心有限公司, 西安電子科技大學