專利名稱：Tds-ofdm系統(tǒng)中pn序列的設(shè)計方法及檢測前信號的捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)，尤其是指一種基于時域同步正交頻分復(fù)用 (TDS-OFDM)技術(shù)的地面數(shù)字多媒體/電視廣播系統(tǒng)中檢測前信號的捕獲方法和PN序列的 設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)被廣泛用于無線信道內(nèi)的信號傳輸，并被多項無線傳 輸標準所采用，例如數(shù)字音頻廣播標準(digital audio broadcasting, DAB)和地面數(shù)字 視頻廣播標準(digital video broadcast-terrestrial，DVB-T)，參閱文獻[1] :“Digital video broadcasting(DVB) ；framing structure, channel coding andmodulation for digital terrestrial television, ETSI EN 300 744 VI. 5. 1 (2004-11), European Telecommunications Standards Institute. ”中所示。OFDM將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)換為 一組頻率非選擇性衰落子信道(子載波)，子載波可采用足以維持相應(yīng)時域波形正交性的 最小頻率分隔，而不同子載波所對應(yīng)的信號譜在頻率上是交疊的，這樣，可用帶寬得以有效 利用。OFDM是一種塊調(diào)制方式，通過將N個信息符號的塊在N個子載波上并行傳送來實現(xiàn)。 一個OFDM符號的持續(xù)時間是單載波系統(tǒng)中符號的持續(xù)時間的N倍。OFDM調(diào)制器可以采用一 個可對上述具有N個信息符號的塊進行離散傅利葉逆變換(IDFT)的變換器連接一個數(shù)模 轉(zhuǎn)換器(DAC)實現(xiàn)。為了減輕由信道多徑擴散引起的塊間干擾(interblockinterference， IBI)效應(yīng)，通常采取的措施是在每一個長為N的IDFT數(shù)據(jù)塊之前增加一保護間隔，且該保 護間隔的長度至少等于信道長度。在這種條件下，接收端所接收到的發(fā)送序列和信道的線 性卷積信號被轉(zhuǎn)換為循環(huán)卷積來處理，因此，IBI效應(yīng)可以容易且完全地被消除。在大部分現(xiàn)有的OFDM系統(tǒng)如DVB-T中，在發(fā)射端，以所謂的循環(huán)前綴(cyclic prefix, CP)作為兩連續(xù)IDFT塊間的保護間隔。在接收端，為了避免IBI效應(yīng)，需要去掉 CP,且對每一去掉CP的IDFT ±夬采用快速傅利葉變換(fastFourier transform, FFT)算 法進行處理，所述FFT算法就是將頻率選擇性衰減信道轉(zhuǎn)換成若干并行且彼此獨立的頻 率非選擇性衰減的子信道來操作，其中每一子信道對應(yīng)一個不同的子載波。然而，如文 獻[2] :"B. Muquet, Ζ. Wang, G. B. Giannakis, Μ. de Courville，and P. Duhamel，“Cyclic prefixing or zero multicarriertransmissions,“ IEEE Trans. Commun. ,vol. 50,no. 12, PP. 2136-2148，Dec. 2002.，，中所述，由于對應(yīng)某些子載波的傳輸子信道存在零頻譜或者接 近零的頻譜現(xiàn)象，導(dǎo)致CP-OFDM系統(tǒng)(采用CP作為保護間隔的OFDM系統(tǒng))可能遭受到性 能損失° 文獻[3] :"G. B. Giannakis, "Filterbanks for blind channel identification andequalization, " IEEE Signal Processing Lett. , vol. 4,pp. 184-187,June 1997. " φ 描述了一種CP的替代技術(shù)零填充(zero-padding，ZP)技術(shù)。在ZP-OFDM系統(tǒng)(采用ZP作為保護間隔的OFDM系統(tǒng))中，無論零頻譜子信道位于什么位置，均可確保信號的復(fù)原。具 體來說，在ZP-OFDM傳輸系統(tǒng)的每一 IDFT塊中，一定數(shù)量的零符號被加在經(jīng)IDFT處理過的 預(yù)編碼信息符號后面。如果零符號的數(shù)量等于CP的長度，那么ZP-OFDM和CP-OFDM傳輸系 統(tǒng)具有相同的帶寬利用率，參閱文獻[2]。針對多徑信道的信號傳輸，無線通訊系統(tǒng)中出現(xiàn)了許多新興技術(shù)，其中TDS-OFDM 調(diào)制技術(shù)作為基準技術(shù)在最近公布的數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的中國國家標準中被采用，參 閱文獻[4]“中華人民共和國國家標準GB 20600-2006:“數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié) 構(gòu)、信道編碼和調(diào)制”，2006年8月”。與被廣泛使用的CP、ZP插入技術(shù)不同的是，TDS-OFDM系 統(tǒng)通過插入偽隨機碼(pseudo-random，PN)序列作為保護間隔，其中PN序列也作為訓(xùn)練序 列。在接收端將PN序列去掉后，TDS-OFDM系統(tǒng)基本上與ZP-OFDM系統(tǒng)相同。參閱文獻[5] "Z. -ff. Zheng,Ζ. -X. Yang,C. -Y. Pan,and Y. -S. Zhu,"Cutoff rate andoutage probability performance comparisons between DVB-T and DMB-T systemsunder mobile multipath channels,，，Trans. Broadcasting, vol. 49，no. 4，pp. 390-397，Dec. 2003.，，，與 TDS-OFDM 系統(tǒng)和ZP-OFDM系統(tǒng)相比，由于在時域內(nèi)PN序列既作為保護間隔，也充當(dāng)訓(xùn)練序列，使得 TDS-OFDM系統(tǒng)具有較高的信道帶寬利用率及較低的額外非信息傳輸開銷，而且獲得了較好 的信道估計和跟蹤性能。不過，在獲得上述優(yōu)點的同時需要將接收信號塊中因信道的多徑 效應(yīng)混合在一起的PN序列和數(shù)據(jù)分開。準確地將信號塊中的PN序列和數(shù)據(jù)分開對獲得良 好系統(tǒng)性能起著重要作用，否則，就會出現(xiàn)IBI效應(yīng)。因此，需要尋找一種解決方法以有效 去除接收信號塊中的PN序列所帶來的碼間干擾，從而獲得純凈的數(shù)據(jù)塊以便進行后續(xù)的 相干檢測(均衡)處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種檢測前信號的捕獲方法，其可準確地將接 收的信號塊中的PN序列和數(shù)據(jù)分開。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種TDS-OFDM系統(tǒng)中PN序列的設(shè)計方法，所 述PN序列包括m序列和m序列的循環(huán)擴展，其中循環(huán)擴展包括前同步和后同步；所述m序 列包括％個符號，所述前同步包括A個符號，所述后同步包括A個符號，所述設(shè)計方法是 用于構(gòu)成第n+1個信號幀PN序列的m序列通過循環(huán)左移第η個信號幀PN序列的m序列 Q^Q2個符號獲得?？蛇x的，前同步的A個符號由m序列的最后A個符號構(gòu)成；后同步的A個符號由 m序列的首仏個符號?？蛇x的，當(dāng)= Q0時，所有信號幀使用的PN序列相同，且每一 PN序列包括兩 重復(fù)的m序列。本發(fā)明還提供一種TDS-OFDM系統(tǒng)中檢測前信號的捕獲方法，用于獲取接收的第η 個信號幀的檢測前N維數(shù)據(jù)向量gNn，所述信號幀包括幀同步和幀體，采用前述的設(shè)計方法 形成的PN序列作為信號幀的幀同步，所述捕獲方法包括如下步驟接收第η個信號幀的幀同步和幀體，接收第n+1個信號幀的幀同步；獲取向量^^，其包括的元素為接收的第η個信號幀的幀同步的最后Ln個符號；獲 取向量a2n，其包括的元素為接收的第η個信號幀的幀體的首Lp個符號；獲取向量a(ln，其包
4括的元素為接收的第η個信號幀的幀體的從第Lp個符號開始的中間的N-Lp-Ln個符號；獲 取向量a3n，其包括的元素為接收的第η個信號幀的幀體的最后Ln個符號；獲取向量^，其 包括的元素為接收的第η+1個信號幀的幀同步的首Lp個符號；獲取向量e13n，其包括的元素 為接收的第η+1個信號幀的幀同步中從第QcrLn個到第個符號；獲取向量，其包括 的元素為接收的第η+1個信號幀的幀同步中從第Qtl個到第QfLp-I個符號；gNn的首Lp個元素由a2n+a4n_e24n獲得接下來的N-Lp-Ln個元素從Eitln復(fù)制獲得； gNn的最后Ln個元素通過aln+ato_e13n獲得；其中Ln、Lp分別表示傳輸所述信號幀的信道的前徑數(shù)和后徑數(shù)，且與幀同步的前 同步和后同步所包含的符號個數(shù)滿足如下關(guān)系^+ 彡Lp+Ln。本發(fā)明提供的捕獲方法可較準確地將接收的信號塊中的數(shù)據(jù)與PN序列分離，避 免了在接收端出現(xiàn)IBI效應(yīng)；另外，本發(fā)明提供的PN序列的設(shè)計方法使得捕獲方法得以進 一步簡化，減少了系統(tǒng)的運算量；且進一步提高了接收的信號中PN序列和數(shù)據(jù)分離的準確 性，在接收端去掉PN序列后，就數(shù)據(jù)檢測性能來講，TDS-OFDM系統(tǒng)基本接近ZP-OFDM系統(tǒng)。


圖1是TDS-OFDM系統(tǒng)中下行鏈路傳輸協(xié)議的分級幀結(jié)構(gòu)；圖2是9階m序列生成結(jié)構(gòu)；圖3是用于產(chǎn)生具有511個符號的m序列的LFSR初始狀態(tài)與幀號的對照列表；圖4是第η個信號幀的幀結(jié)構(gòu)；圖5是本發(fā)明提供的檢測前信號捕獲方法的第一種實施例的流程圖；圖6是本發(fā)明提供的PN序列設(shè)計方法的示意圖；圖7是本發(fā)明提供的用于構(gòu)成PN序列的m序列實例，其中，第η個信號幀的m序 列的第1元素是第0個信號幀的m序列的第k個元素；圖8是本發(fā)明提供的檢測前信號捕獲方法的第二種實施例的流程圖。
具體實施例方式以下部分結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的TDS-OFDM系統(tǒng)中檢測前信號的捕獲方法和 PN序列的設(shè)計方法的實施例進行描述，以期進一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點。為方便描述，除特別指出外，以下描述所提到的TDS-OFDM系統(tǒng)均是指應(yīng)用于數(shù)字 電視地面廣播系統(tǒng)中國國家標準中的TDS-OFDM系統(tǒng)，但本發(fā)明不限于該應(yīng)用范圍，也可以 很容易地延伸應(yīng)用到其他類型的TDS-OFDM系統(tǒng)中。TDS-OFDM系統(tǒng)采用的是分級幀結(jié)構(gòu)。圖1描述了 TDS-OFDM系統(tǒng)中下行鏈路傳輸協(xié) 議的物理信道幀結(jié)構(gòu)圖。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的基本單元為信號幀，每個信號幀的持續(xù)時間為555. 6 或625微秒。一組025個或200個)信號幀定義為超幀，每個超幀的持續(xù)時間為125毫秒， 超幀中的第一個信號幀定義為超幀頭(控制幀)。一組G80個)超幀定義為分幀，每個分 幀的持續(xù)時間為60秒(1分鐘)。幀結(jié)構(gòu)的頂層稱為日幀，由1440個分幀組成。日幀，以一 個自然日( 小時)為周期進行周期性重復(fù)，在北京時間0:0:0AM，系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)被復(fù)位并 開始一個新的日幀。
一個信號幀由幀同步和幀體兩部分組成。信號幀的幀同步是PN序列，所述PN序 列由m序列及其循環(huán)擴展構(gòu)成，其中循環(huán)擴展包括前同步(包括兌個符號，由m序列的最后 A個符號構(gòu)成)和后同步(包括( 個符號，由m序列的首込個符號構(gòu)成)。幀同步中m序 列包括％個符號，其中％可以是255，也可以是511。不失一般性，接下來的描述集中在％ =511上。每一超幀中所有信號幀的幀同步都是不相同的，因此，幀同步可以作為特殊特征 用于識別不同的信號幀。幀同步采用的PN序列定義為循環(huán)擴展的9階m序列，可以由斐波 那契數(shù)列(Fibonacci type)線性反饋移位寄存器(LFSI )(生成的多項式為x9+x8+x7+x2+l) 來實現(xiàn)。圖2是9階m序列生成結(jié)構(gòu)，LFSR的初始狀態(tài)將決定所產(chǎn)生的m序列的相位。用 于產(chǎn)生每一特定信號幀的m序列的LFSR初始狀態(tài)由該信號幀的幀號決定。對于每一信號幀 的幀號n，相應(yīng)的LFSR的初始狀態(tài)遵循特殊定義的圖表，如圖3所示。對于幀號為0 (n = 0) 的信號幀，相應(yīng)的LSFR的初始狀態(tài)設(shè)置為(D9-D1) :111110111, Q1Al2定義為217/217。此 外，幀同步的PN序列映射為非歸零二進制符號，該映射定義為從“0”到+1值及從“1”到-1 值的變換。另外，幀同步(PN序列)的平均功率是幀體信號的平均功率的2倍。信號幀的幀體就是一個IDFT塊。時域的IDFT塊具有N = 3780個采樣值，它們 是頻域的3780個子載波的逆離散傅利葉變換。時域的IDFT塊信號持續(xù)500秒，其對應(yīng)于 2kHz的子載波間隔。設(shè)定％ 維列向量 pQ,n = [p0,n(0)，pQ,n(l)，. . .，Pthn(^l-I) ]τ 表示第 η 個信號幀的 幀同步的m序列；設(shè)定％維列向量P1, n = [Pl, η(0)，Pl, η(1)，. . .，P1, n(Q「l) ]τ表示第η個 信號幀的幀同步的前同步；設(shè)定％維列向量P2, n = [P2, n(0), P2jn(I), ... , P2jn(Q2-I)]1^ 示第η個信號幀的幀同步的后同步；設(shè)定N維列向量dn= [dn(0), dn⑴，···，dn (N-I)] τ表示IDFT數(shù)據(jù)塊，也就是第η個信號幀的幀體；其中上角標T表示轉(zhuǎn)置。假設(shè)^(OKIt5 為傳輸符號序列，Q = ^+90+ 為幀同步的長度，M = Q+N為信號幀的總長度。設(shè)定M維 列向量[sn(0), sn(l), ...，\(M-1)]T包括第η個傳輸信號幀的所有符號。定義
凡= k(o),凡⑴,..·,凡(β-ι)Γ =[plAnplJ,參閱圖4，得出 =,也就是sn(i) = s(nM)+i ZeZ^"1, neZ；(1)sn(i) =pn(i) /eZf(2)sn(i) = dn(i-Q) ZeZg"1(3)其中Z丨丨表示整數(shù)集合{“，il+l，···，“}。在第η個信號幀傳輸過程中，將發(fā)射臺到用戶之間的離散時間基帶CIR定義為hn =[hn(-Ln)，hn(-Ln+l)，…，hn(-l)，hn(0)，hn(l)，…，hn(Lp) ]τ，其中 hn(0)與主路徑對應(yīng)， Ln和Lp分別是前徑(主路徑前的路徑)數(shù)和后徑(主路徑后的路徑)數(shù)。需要指出的是， 1^和Lp可以是零。假設(shè)在傳輸?shù)讦莻€信號幀及第η+1個信號幀的幀同步過程中，信道保持 不變，則接收的符號序列可表示如下
權(quán)利要求
1.一種TDS-OFDM系統(tǒng)中PN序列的設(shè)計方法，所述PN序列包括m序列和m序列的循 環(huán)擴展，其中循環(huán)擴展包括前同步和后同步；所述m序列包括％個符號，所述前同步包括％ 個符號，所述后同步包括A個符號，其特征在于，所述設(shè)計方法是用于構(gòu)成第n+1個信號 幀PN序列的m序列通過循環(huán)左移第η個信號幀PN序列的m序列^+ 個符號獲得。
2.如權(quán)利要求1所述的TDS-OFDM系統(tǒng)中PN序列的設(shè)計方法，其特征在于，前同步的仏 個符號由m序列的最后％個符號構(gòu)成；后同步的％個符號由m序列的首％個符號。
3.如權(quán)利要求1所述的TDS-OFDM系統(tǒng)中PN序列的設(shè)計方法，其特征在于，當(dāng)^+ = Q0時，所有信號幀使用的PN序列相同，且每一 PN序列包括兩重復(fù)的m序列。
4.一種TDS-OFDM系統(tǒng)中檢測前信號的捕獲方法，用于獲取接收的第η個信號幀的檢測 前N維數(shù)據(jù)向量gNn，所述信號幀包括幀同步和幀體，其特征在于，采用如權(quán)利要求1所述的 設(shè)計方法形成的PN序列作為信號幀的幀同步，所述捕獲方法包括如下步驟接收第η個信號幀的幀同步和幀體，接收第η+1個信號幀的幀同步； 獲取向量％ ，其包括的元素為接收的第η個信號幀的幀同步的最后Ln個符號；獲取向 量，其包括的元素為接收的第η個信號幀的幀體的首Lp個符號；獲取向量a(ln，其包括的 元素為接收的第η個信號幀的幀體的從第Lp個符號開始的中間的N-Lp-Ln個符號；獲取向 量a3n，其包括的元素為接收的第η個信號幀的幀體的最后Ln個符號；獲取向量a4n，其包括 的元素為接收的第η+1個信號幀的幀同步的首Lp個符號；獲取向量e13n，其包括的元素為接 收的第η+1個信號幀的幀同步中從第個到第個符號；獲取向量，其包括的元 素為接收的第η+1個信號幀的幀同步中從第Qtl個到第QdLp-I個符號；gNn的首Lp個元素由Ba^a4nI24n獲得；gNn接下來的N-Lp-Ln個元素從aQn復(fù)制獲得；gNn 的最后Ln個元素通過ει1η+ει3η-θΠη獲得；其中Ln、Lp分別表示傳輸所述信號幀的信道的前徑數(shù)和后徑數(shù)，且與幀同步的前同步 和后同步所包含的符號個數(shù)滿足如下關(guān)系^+ 彡Lp+Ln。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種TDS-OFDM系統(tǒng)中PN序列的設(shè)計方法及檢測前信號的捕獲方法，所述PN序列包括m序列和m序列的循環(huán)擴展，其中循環(huán)擴展包括前同步和后同步；所述m序列包括Q0個符號，所述前同步包括Q1個符號，所述后同步包括Q2個符號，所述設(shè)計方法是用于構(gòu)成第n+1個信號幀PN序列的m序列通過循環(huán)左移第n個信號幀PN序列的m序列Q1+Q2個符號獲得。本發(fā)明提供的PN序列的設(shè)計方法使得捕獲方法得以進一步簡化，減少了系統(tǒng)的運算量；且進一步提高了接收的信號中PN序列和數(shù)據(jù)分離的準確性，在接收端去掉PN序列后，就數(shù)據(jù)檢測性能來講，TDS-OFDM系統(tǒng)基本接近ZP-OFDM系統(tǒng)。
文檔編號H04L27/26GK102065051SQ20101059385
公開日2011年5月18日 申請日期2008年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月16日
發(fā)明者冨沢方之, 庭裕晶, 李之平, 王忠俊, 胡賽桂 申請人:沖電氣(新加坡)技術(shù)中心