专利名称：利用频域序列进行帧同步跟踪和信道检测的系统及方法
技术领域：
本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其是涉及一种基于OFDM 的数字广播系统，特别是一种能够利用频域随机序列进行帧同步跟踪 和信道类型检测的系统及方法。
背景技术：
数字广播除了覆盖面广、节目容量大之外，最大的特点就是具有 广播性， 一点对多点、 一点对面，广播信息的成本与用户数量无关。 因此，数字广播作为信息通信业的一个重要组成部分，在国家信息基 础设施建设、实现普遍服务和国家信息安全战略中具有重要地位。
为了方便接收机实现帧同步、频偏估计和信道类型检测等功能， 数字广播系统经常需要在信号帧中加入一段已知的随机序列。
目前常见的随机序列发生装置，是直接在时域上产生随机序列。 例如采用m序列发生器产生了 m序列后，使用BPSK映射的方式产生 时域随机序列。在OFDM系统中，采样率经常高于系统带宽，例如 10MHz采样率的系统带宽为8MHz。在10MHz采样率的条件下，此序 列的带宽至少为10MHz，会超过系统带宽限制。
因此，在基于OFDM的数字广播系统中，在发射机需要采用新的 方法生成随机序列。接收机在解调过程中，需要进行帧同步跟踪和信 道类型检测，从而实现更精确的解调。接收机可以通过对该序列的检 测实现帧同步跟踪和信道类型估计。
发明内容
为了解决上述现有技术的问题和不足，本发明的目的在于提供一
种利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类型#:测的系统。该系统 包括发射装置和接收装置两部分。上述发射装置包括频域随机序列 发生单元，该频域随4几序列发生单元产生一频域随机序列；第一频-时 域变换单元，该第一频-时域变换单元利用逆傅立叶变换将上述由频域
频域随机序列变换为时域帧同步序列；以及 时域组帧单元，该时域组帧单元在传输的每一帧中插入上述变换到时 域的时域帧同步序列。上述接收装置包括时-频域变换单元，该时-频域变换单元将从发射装置接收的时域帧同步序列经傅立叶变换变换 为频域序列；第二频-时域变换单元，该第二频-时域变换单元对上述频 域序列进行逆傅立叶变换将其转换为信道冲激响应；有效径检测单元， 该有效径检测单元根据信道冲激响应功率最大值与预设的有效径门限 的比值选取信道中的有效径并计算帧同步误差以实现帧同步跟踪以及 计算信道多径类型的匹配函数以判断信道的类型。
在时-频域变换单元和第二频-时域变换单元之间还具有一相乘单
频域随机序列在该相乘单元内进行相乘运算并输出。
进一步地，上述发射装置中频域随机序列发生单元包括复随机序 列生成器和复随机序列定位器。该复随机序列生成器生成一 m随机序 列并将该m随机序列映射为复符号；随机序列定位器将生成的复随机 序列在域变换前定位到频域适当的位置。
本发明的目的还在于提供一种利用频域随机序列进行帧同步跟踪
和信道类型检测的方法，该方法依托上述系统中的各装置来实现，包
括以下步骤
在发射装置中生成一频域随机序列的步骤；利用逆傅立叶变换将 该频域随机序列变换为时域帧同步序列的步骤；上述变换到时域的时 域帧同步序列被插入到传输的帧中并发送至接收装置的步骤；在接收 装置中，该接收的时域帧同步序列经傅立叶变换转换为频域序列的步 骤；该频域序列与在发明装置中产生的频域随机序列相乘后再经逆傅 立叶变换转换为信道冲激响应的步骤；根据该信道沖激响应的功率最 大值和预定的有效径门限的比值，选取信道中的有效径的步骤；通过 得到的有效径，计算帧同步误差以实现帧同步跟踪以及计算信道多径 类型的匹配函数以判断信道类型的步骤。
另外，根据本发明的方法，根据该信道冲激响应的功率最大值和 预定的有效径门限的比值，选取信道中的有效径的步骤，具体为计 算信道冲激响应的功率最大值P,并将其与一设定的有效径门限T进 行比较，选取所有功率大于P/T的有效径，符合上述条件的有效径即 为信道的有效径。
本发明提出了一种利用在频域生成的随机序列进行信号传输并进 行帧同步跟踪和信道类型^r测的系统和方法。本发明的系统及方法具 有以下优点
在该系统中，由于随机序列在频域产生，因此帧同步序列带宽小 于系统采样率，并可根据传输带宽要求灵活配置，此外，生成的序列 在时、频域二维上均有很好的随机性特性，而接收装置通过时、频域 变换，以较低的实现复杂度实现了帧同步跟踪和信道类型估计，本发
明的系统和方法可以广泛应用于卫星广播、地面无线广播、有线广播 等各广播领域。
附困说明
图1为本发明的利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类型检 测的系统的优选实施例的发射装置的框图。
图2为本发明的利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类型检 测的系统的优选实施例的m序列生成器的示意图。
图3为本发明的利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类型检 测的系统的优选实施例的信号帧的构成图。
图4所示为本发明的利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类 型检测的系统的优选实施例的接收装置的框图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信 道类型检测的系统中的装置进行详细说明。
图l所示为本发明的利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类 型检测的系统的优选实施例的发射装置的框图。
如图1所示，发射装置包括频域随机序列发生单元101，频-时 域变换单元102以及时域组帧单元103。
频域随机序列发生单元101包括复m序列生成器和m序列定位器 两部分(未图示)。
复m序列生成器具有一移位寄存器，在本实施例中，该移位寄存器
初始状态为Oil 1010 1101,如图2所示，该复m序列生成器生成同步 m序列M(k)，这里0^A:《2046,生成多项式为x"+x9+l,并将生成的m 序列BPSK映射为复符号丄W 。
m序列定位器根据一般广播系统信号带宽为8M、且无直流分量的 要求，将复符号丄(W定位到频域的适当位置，得到频域长同步序列尸(/t)。
频-时域变换单元102利用逆傅立叶变换将上述生成的频域复随机 序列变换为时域帧同步序列为/( )。
时域组帧单元103在每一帧中插入上述时域帧同步序列/(")。在釆 样率为lOMHz，系统带宽为8MHz的卫星广播系统中，每帧为25毫秒， 包括250000个采样点。组帧后每帧包括2个完全相同的2048点的帧 同步序列，如图3所示。
图4所示为本发明的利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类型 检测的系统的优选实施例的接收装置的框图。
如图4所示，接收装置包括时-频域变换单元401,频-时域变换 单元402以及有效径检测单元403。
在接收装置中，时-频域变换单元401对接收的混有噪声的帧同步序 列进行2048点傅立叶变换，获得一频域复符号《,("。
频-时域变换单元402对来自时-频域变换单元401的经傅立叶变换 后的复符号^ W与本地频域长同步序列相乘得到的信道频域传输
函数进行逆傅立叶变换，从而得到在整数频偏估计条件下的信道冲激 响应估计g(")。
有效径4全测单元403对信道冲激响应计算其功率最大值P，并将该
信道沖激响应的功率最大值P与一预定有效径门限T相比较，得到所
有功率大于P/T的有效径的集合。该大于P/T的有效径的集合即为信 道的有效径的集合。有效径检测单元403根据信道的有效径计算同步 误差以实现帧同步跟踪以及计算信道多径类型的匹配函数以判断信道 的类型。
下面对本发明的利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类型检 测的方法进4于详细"i兌明。
在发射装置中，由复m序列生成器生成一m序列M(k),接着该m 序列M(k)经BPSK映射为复符号L(k)，满足
<formula>formula see original document page 10</formula>
复符号L(k)由m序列定位器定位在频域，形成频域长序列， 满足
<formula>formula see original document page 10</formula>
接着对该P(k)进行逆傅立叶变换将其转换到时域，设时域帧同步序 列为/0 )，则
<formula>formula see original document page 10</formula>
上述变换到时域的时域帧同步序列/(w)被插入到传输的帧中并发 送至接收装置；
接收装置中，从发射装置发送的帧被帧同步捕获之后，得到该帧 同步序列的起始位置
根据上述起始位置/kw —戸,/7 —^、/rawe计算第2个同步序列起 始位置，并提前700点开窗，
s(p(w — P加/z—f/h、/ra附e + 2048 — 700: pcw — — /to/ra/we + 4095 — 700) 共2048个采样点，记为. (0:2047)。
对上述信号进行 2048 点的 FFT得到复符号 力("=尸尸7>—.(")}, A =0,1,...，2047 。
接着对经傅立叶变换后的复符号与本地频域长同步序列尸(/t) 相乘并得到的信道频域传输函数进行逆傅立叶变换，从而得到在整数 频偏估计条件下的信道沖激响应估计g(")，则满足
gO) = /F尸n^ (" x顺} ，" = 0,1，……2047
其中尸("是本地频域长同步序列，即来自发射装置的频域伪随机 复数序列。
计算信道冲激响应的功率最大值P, P = max《g(")|2}，" = 0，l，……2047。
设定有效径门限T,找到所有功率大于P/T的有效径，找到第1 个有效径，设其位置为path—first,找到最后l个有效径，设其位置为 path—last。考虑到进行帧同步跟踪时，所取出的序列是同步捕获确定的 第2个长同步序列提前700点，则帧同步跟踪位置偏差tMto—，s为
^fe/to — pos = path—first _ 700
根据上述帧同步跟踪位置偏差^/to —pM可进行帧同步跟踪。
另外，在进行帧同步跟踪过程中，上述有效径检测单元除了实现 帧同步跟踪外，还可以确定信道时延扩展长度和信道多径类型。
一般来说，常用的信道多径类型分为三种，即指数衰落型、均匀 分布型以及2径型。设这三种类型的匹配函数分别为cwr —exp 、 c^r —^/om以及co〃—2top 。确定信道时延扩展长度和信道多径类型的 方法为
首先，根据第1个有效径位置path—first和最后1个有效径位置 path—last,得到信道有效时延扩展值/e"g/A—为
其次，将path—first和path—last间的所有有效径分割在3个长度为 (戸A—tow -—./ ra,) / 3的等长区间内，并求3个区间内的有效径功率 之和,j〖支定其分另U为— /zeat/,sww — w/tf,— e"<i 。
得到对3种信道多径类型的匹配函数
<formula>formula see original document page 12</formula>
以上3个匹配函数的值代表信道冲激响应和3种信道多径类型的
接近程度。若3个匹配函数值中cwr —exp最大，则判断信道为指数衰落 型；若cwr—,/w附最大，则判断信道为均匀分布型；若"/t —2啤最大， 则判断信道为2径分布型。
通过上述方法从而判断信道的时延扩展长度和多径类型。
尽管基于说明目的本发明已经结合优选实施例进行了公开，但本 领域的技术人员应该理解，各种改变、增加和替代都是可能的。因此， 本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要 求书的范围来确定其技术性范围。
权利要求
1、一种利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类型检测的系统，包括发射装置和接收装置，其特征在于，该发射装置包括频域随机序列发生单元，该频域随机序列发生单元产生一频域随机序列，第一频-时域变换单元，该第一频-时域变换单元利用逆傅立叶变换将上述由频域随机序列发生单元产生的频域随机序列变换为时域帧同步序列，以及时域组帧单元，该时域组帧单元在传输的每一帧中插入上述变换到时域的时域帧同步序列；该接收装置包括时-频域变换单元，该时-频域变换单元将从发射装置接收的时域帧同步序列经傅立叶变换变换为频域序列；第二频-时域变换单元，该第二频-时域变换单元对上述频域序列进行逆傅立叶变换将其转换为信道冲激响应，以及有效径检测单元，该有效径检测单元根据信道冲激响应功率最大值与预设的有效径门限的比值选取信道中的有效径并计算帧同步误差以实现帧同步跟踪以及计算信道多径类型的匹配函数以判断信道的类型。
2、如权利要求l所述的系统，其特征在于，在时-频域变换单元和 第二频-时域变换单元之间还具有一相乘单元，来自时-频域变换单元的 频域序列与频域随机序列发生单元产生的频域随机序列在该相乘单元 内进行相乘运算并输出。
3、如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述频域随机序列发 生单元包括复随^l序列生成器和复随机序列定位器，该复随机序列生成器生成一 m随机序列并将该m随机序列映射为复符号，该复随机序 列定位器将生成的复随才几序列定位到频域适当的位置。
4 、 一种利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类型检测的方 法，该方法包括以下步骤在发射装置中生成一频域随机序列的步骤；利用逆傅立叶变换将该频域随机序列变换为时域帧同步序列的步骤；上述变换到时域的时域帧同步序列被插入到传输的帧中并发送至 接收装置的步骤；在接收装置中，该接收的时域帧同步序列经傅立叶变换转换为频 域序列的步骤；该频域序列与在发明装置中产生的频域随机序列相乘后再经逆傅 立叶变换转换为信道冲激响应的步骤；根据该信道冲激响应的功率最大值和预定的有效径门限的比值， 选取信道中的有效径的步骤；通过得到的有效径，计算帧同步误差以实现帧同步跟踪以及计算 信道多径类型的匹配函数以判断信道类型的步骤。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据该信道沖激响应的功率最大值和预定的有效径门限的比值，选取信道中的有效径的步 骤，是计算信道冲激响应的功率最大值p,并将其与一设定的有效径门限T进行比较，选取所有功率大于P/T的有效径，符合条件的有效径 即为信道的有效径的步骤。
6、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，在判断信道多径类型 的步骤中，将信道的第 一个有效径位置和最后一个有效径位置间的所 有有效径区间三等分，并计算上述三个区间的有效径功率之和，分别 计算各信道多径类型，即指数衰落型、均匀分布型和2径分布型的匹 配函数，选出匹配函数值最大的作为该信道的代表类型。
7、 如权利要求6所述的方法，其特征在于，信道多径类型中的指 数衰落型的匹配函数为 co厅—exp = — Aead * 8 + swm — w/c/ * 4 + s賺—e/ t/ , 其中(wr —exp为指数衰落型匹酉己函数的值，—/jeacf 、 raw——和—e"d分别为上述三等分有效径区间的有效径功率之和。
8、 如权利要求6所述的方法，其特征在于，信道多径类型中的均 匀分布型的匹配函数 为均匀分布型匹配函数的值， sww — / e"d 、 sw附附/d和swm em/分另ll为上述三等分有效径区间的有效径功率之和。
9、 如权利要求6所述的方法，其特征在于，信道多径类型中的2 径分布型的匹配函数为co/r —2top = Oww —/ eaflf + s, —em/)*13/2 ， 其中 co r — 2top为2《圣分布型匹酉己函数的《直，仰附—/^ad 、 mw — mid和 m — e 分别为上述三等分有效径区间的有效径功率之和。
全文摘要
本发明涉及一种利用频域随机序列进行帧同步跟踪和信道类型检测的系统及方法。该方法包括步骤在发射装置中生成一频域复随机序列；利用IFFT将该频域复随机序列变换为时域帧同步序列；上述变换到时域的时域帧同步序列被插入到传输的帧中并发送至接收装置；接收装置中，该接收的时域帧同步序列进行FFT转换为频域序列；该频域序列再经IFFT转换为信道冲激响应；根据该信道冲激响应的功率最大值和预定的有效径门限的比值，选取信道中的有效径；通过得到的有效径，计算帧同步误差以实现帧同步跟踪以及计算信道多径类型的匹配函数以判断信道类型。通过该方法帧同步序列带宽小于系统采样率，以较低的实现复杂度实现了帧同步跟踪和信道类型估计。
文档编号H04L27/26GK101166169SQ20061011391
公开日2008年4月23日 申请日期2006年10月20日 优先权日2006年10月20日
发明者王军伟, 栋 白, 葛启宏, 涛 陶 申请人:北京泰美世纪科技有限公司