专利名称：一种带限帧同步序列生成及检测设备与方法
技术领域：
本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其是涉及一种带限帧同步序列生成及^r测i殳备与方法。
技术背景数字广播具有覆盖面广、节目容量大等优点，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。为了便于数字广播系统中的接收机实现帧同步捕获和初始频偏估 计等功能，通常需要在信号帧中加入一段已知的随机序列。在0F匿系统中，采样率常常高于系统带宽，例如10MHz采样率的 系统带宽为8MHz。而通常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x(n)后，再使用BPSK映 射的方式产生时域随机序列，如果系统采样率为1OMHz ，该时域随机序 列的带宽至少为10應z,超过了系统的带宽限制。发明内容为了解决上述问题，在基于OF画的数字广播系统中，对于发射机， 需要采用新的方法生成随机序列，对于接收机，则需要通过对该随机 序列的检测实现帧同步和初始频偏估计。 为此，本发明一方面提出了一种带限帧同步序列生成设备，包括频域随机复序列生成装置，用于在频域产生随机复序列并进行截 短和定位得到频域随机复序列；频-时域变换器，用于将上述频域随机复序列进行频时变换，得到 带限时域同歩序列；时域组帧器，用于将上述时域同步序列进行信号组帧；本发明另 一方面提出了 一种带限帧同步序列检测设备，其包括帕粗同步与分数频偏估计装置，用于计算所输入的时域信号的分 数频偏估计值和帧粗同步位置；分数频偏补偿装置，用于利用上述帧粗同步位置和分数频偏估计 值对抽取的所述时域信号进行分数频偏补偿；频域随机复序列生成装置，用于在频域产生随机复序列并进行截 短和定位得到频域随机复序列；帧精同步与整数频偏估计装置，用于利用所述频域随机复序列生 成装置生成的频域随机复序列计算由所述分数频偏补偿装置输入的时 域信号的整数频偏估计值和帧同步位置。所述检测设备还包括加法器，用于将分数频偏估计值与整数频偏 估计值相加得到所述时域信号的总栽波频偏值。本发明再 一 方面提出了 一种带限帧同步序列生成方法，包括以下 步骤
通过频域随机复序列生成装置在频域产生随机复序列，并通过复 序列定位装置将上述随机复序列在频域进行定位；通过频-时域变换器将上述经定位的随机复序列进行频时变换，得 到带限时域同步序列；本发明又一方面提出了一种带限帧同步序列检测方法，包括以下步骤:通过帧粗同步与分数频偏估计装置，以移位自相关的方式计算所 输入的时域信号的帧粗同步位置和分数频偏估计值；通过分数频偏补偿装置，利用上述帧粗同步位置以及分数频偏估 计值对抽取的所述时域信号进行分数频偏补偿；通过频域随机复序列生成装置在频域产生随机复序列，并通过々7 久序列定位装置将上述随机复序列在频域进行定位，得到频域随机复序 列；通过帧精同步与整数频偏估计装置，利用上述频域随机复序列计 算由所述分数频偏补偿装置输入的时域信号的整数频偏估计值和帧精同步位置。所述检测方法还包括通过加法器将分数频偏估计值与整数频偏估 计值相加得到所述时域信号的总载波频偏值。所述检测方法中，频域复随机序列是通过将由移位寄存器生成的 序列映射为复序列而得到的。 所述4企测方法中，分凄t频偏估计和帧4且同步4立置计算的步骤中还 包括下列步骤在输入采样点序列中进行滑动相关窗对由耳又，将窗内的前半部分序 列和后半部分进行相关，通过相关峰确定粗同步位置和分数频偏估计值。所述检测方法中，整数频偏估计值和帧精同步位置计算的步骤中还包括下列步骤根据粗同步估计位置和预设定的提前量，抽取出带提前量的第2 个同步序列时域信号，进行分数频偏补偿；将经过分数频偏补偿的时域信号进行FFT变换得到的序列与根掂 整数频偏估计范围进行循环移位的所述频域随机复序列进行匹配，并 进行1FI'T变换，得到信道沖激响应；计算所述信道沖激响应的功率的最大值与平均值，当该最大值与 平均值的比值大于预定阀值，判断本次整数频偏估计和帧同步成功， 并得到整数频偏估计值，当该最大值与平均值的比值没有大于预定阀 值的情况，判断本次整数频偏估计失败，重新进行帧粗同步；整数频偏估计和帧同步成功后，根据设定的强径门限值计算所述 信道沖激响应的第1个强径的位置，通过第1个强径的位置和帕粗同 步位置计算帧精同步位置。本发明的带限帧同步序列生成及检测设备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。
本发明的带限帧同步序列生成及检测设备和方法的有益效果在 于所产生的帧同步序列的带宽小于系统采样率，并可根据传输带宽要求灵活配置；该帧同步序列在时域、频域二维上均有很好的随机性 特性；接收机通过时域移位进行自相关和时-频域变换，以较低的实现度。
图1为本发明的带限帧同步序列生成设备的结构框图；图2为本发明的频偏和帧同步检测设备结构图；图3为广播系统中传输的数字信号的帧结构图；图4为本发明实施例的带限帧同步序列生成设备配置结构图；图5为本发明实施例中的生成m序列的移位寄存器结构图；图6为本发明实施例中的帧粗同步的流程图；图7为本发明实施例中的分数频偏估计的流程图；图8为本发明实施例中的分数频偏补偿的流程图；图9为本发明实施例中的整数频偏估计和帧精同步的流程图.具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。图1为本发明的带限帧同步序列生成设备结构框图，如图所示， 频域随机序列生成装置产生频域复随机序列，频-时域变换器采用IFFT 变换将频域随;机序列变换到时域，时域组帧装置在帧中插入时域帧同 步序列。在采样率为10MHz,系统带宽为8應z的广播系统中，每帧为25毫 秒，包括250， 000个采样点。每帧中包括2个完全相同的2048点的帧 同步序列。该帧结构图见图3所示。如图所示，帧同步序列]与帧同 步序列2完全相同。两个同步序列均采用截短m序列和IFFT变换产生带宽为認、无直 流分量的带限随机序列，该带限随机序列生成设备配置结构图具体如 图4所示，该序列装置包括复m序列生成器1、ffl序列定位器2以及1FFT 变换器3。该带限随才几序列的生成过程具体i^明如下。在复m序列生成器1中，通过生成多项式为xl0+x9+l的移位寄存 器生成m序列M(k),其中0^A^2046，该移位寄存器如图5所示，该移 位寄存器的初始状态为oil 1010 1101。然后将m序列映射为复m序列<formula>formula see original document page 12</formula>之后，通过m序列定位器2,根据信号带宽为8M、且无直流分量的 要求，将m序列定位在频域的适当位置，得到频域复序列P(k):<formula>formula see original document page 12</formula>
其后，使用IFFT变换器3将P(k)变换到时域，得到带限时域同步 序列
64 "4-0
最后，按照图3所示的帧结构对上述同步序列进行信号组帧、。
同步序列检测包括帧粗同步与分数频偏估计、分数频偏补偿、帧 精同步与整数频偏估计，如图2所示。下面是具体实施例。
帧粗同步与分数频偏估计的流程如图6和图7所示。
图6中，输入信号为(2. 5*105+4096-1 )个一倍速率基带复信号. 其中，4096为2个同步序列的长度。该信号中必包括2个相邻的完整 的同步序列，算法步骤如下
滑动窗抽取——以4096点为窗长.在输入的(2. 5*10 + 4095 )个
信号中滑动，抽取出2.5*105种可能的连续2个同步序列集合's'^)，其 中，/ = 0,l,-...2.5xl05-1 , & = 0，1，……,4095
窗内自相关函数——将上述滑动窗内的后2048点与前2048点做 ,'h八 ，「. -。 '"")x's',"柳(")，/ = 0，l，...,2.5xl05 -1 。
同步序列主径位置检测 一一检测自相关函数的峰值位置
分数频偏估计值根据上述自相关函数峰值得到，流程如图7所示,, 得到分数频偏估计值为
分数频偏4卜偿的流程图如图8所示。
为了进行后面的整数频偏估计和帧精同步，需要抽取1个无符号 间干扰的同步序列，先对其进行分数频偏补偿。帧粗同步中找到的主
径位置Main_path实质上是第一个同步序列的粗略起始位置。为了避 免上一帧信号的干扰，跳过第l个同步序列，取出第2个同步序列，
同时，为了避免主径前的超前径和滤波器产生的超前径的干扰， 以及比较极端的两径信道中主径在后的情况发生，本实施例中将开窗 的位置提前700点，即从"0 : 2.5X105 + 4094)中提取 .v(緣/".一 + 2048- 700 : Ms,'"一/ "//7 + 4095-700)共2048个采样^ 记为 ')、,,,'(()2047)
载波分数频偏补偿过程为U") = "、'"' (")x e<formula>formula see original document page 14</formula>
其中乂是采样频率10顧z，处理过程如图8所示。 整数频偏估计与帧精同步流程图如图9所示。
由于自相关函数峰值的相位""g&(CowA&'"_ p"/;o)的变化范围为
卜"'幻，分数频偏估计的范围1~。卜/:/(2><2()48)，当载波频偏不在此范围 之内时，则需要进行整数频偏估计。
整数频偏估计在使用补偿了载波分数频偏之后的同步序列，进行 时、频域处理后得到。算法步骤如下
按照上述发射机方法，生成在频域定位之后的随机序列？("
载波分数频偏补偿后的时域序列进行FFT,得到
<formula>formula see original document page 15</formula> ; 根据整数频偏估计范围，对A"进行循环移位，得到
<formula>formula see original document page 15</formula>
当w < 0时对进行i w I点的左循环移位，当w》0时对进行m 点的右循环移位，max是整数频偏估计范围。不同的循环移位值m对应 了不同的整数频偏估计值。
计算本次整数频偏估计条件下的信道冲激响应估计 <formula>formula see original document page 15</formula>
设定峰值功率与均值功率间的门限值ratio_pa( 15dB)。若
戸"H證ra取》m^—P"，则判断本次整数频偏估计和帕同步成功，整数
频偏值为A/' = /:/2048xw,从而得到总载波频偏a/"=a/()+a/'」
设定强径门限值ratio—strong(5dB)。找到功率大于^"/""/" 的第1个强径，假设其位置为index—strong,考虑到进行精帧同步和整 数载波频偏估计时，所取出的序列是粗帧同步确定的第2个长同步序 列提前700点，则帧精同步位置为
/7"v p"//7 二 M"/w + index strong — 700
若peak i average < ratio pa 则判断本次整凄欠频偏估计失败，取下一 个循环移位值m,再进行下一个整数频偏点的处理。
若所有m值全部扫完也未得到<formula>formula see original document page 16</formula>的m值，则认为 此次整数频偏估计失败，系统重新进入粗同步态。
本发明不局限于上述特定实施例子，在不背离本发明精神及其实
形，但这些相应改变和变形都应属于本发明所附权利要求保护范围之内。
权利要求
1. 一种带限帧同步序列生成设备，其特征在于，包括频域随机复序列生成装置，用于在频域产生随机复序列并进行截短和定位得到频域随机复序列；频-时域变换器，用于将上述频域随机复序列进行频时变换，得到带限时域同步序列；时域组帧器，用于将上述时域同步序列进行信号组帧；
2、 一种带限帧同步序列检测设备，其特征在于，包括帧粗同步与分数频偏估计装置，用于计算所输入的时域信号的分 数频偏估计值和帧粗同步位置；分数频偏补偿装置，用于利用上述帧粗同步位置和分数频偏估计 值对抽取的所述时域信号进行分数频偏补偿；频域随机复序列生成装置，用于在频域产生随机复序列并进行截 短和定位得到频域随机复序列；帧精同步与整数频偏估计装置，用于利用所述频域随机复序列生 成装置生成的频域随机复序列计算由所述分数频偏补偿装置输入的时 域信号的整数频偏估计值和帧同步位置。
3、 如权利要求2所述的带限帧同步序列检测设备，其特征在于， 该检测设备还包括加法器，用于将分数频偏估计值与整数频偏估计值 相加得到所述时域信号的总载波频偏值。
4、 一种带限帧同步序列生成及检测系统，其包括用于生成同步序其特征在于所述带限帧同步序列生成设备包括频域随机复序列生成装置，用于在频域产生随机复序列并进行截 短和定位得到频域随机复序列；频-时域变换器，用于将上述频域随机复序列进行频时变换，得到 带限时域同步序列；时域组帧器，用于将上述时域同步序列进行信号组帧；所述带限帧同步序列检测设备包括帧粗同步与分数频偏估计装置，用于计算所输入的时域信号的分 数频偏估计值和帧粗同步位置；分数频偏补偿装置，用于利用上述帧粗同步位置和分数频偏估计 值对抽取的所述时域信号进行分数频偏补偿；频域随机复序列生成装置，用于在频域产生随机复序列并进行截 短和定位得到频域随机复序列；帧精同步与整数频偏估计装置，用于利用所述频域随机复序列生 成装置生成的频域随机复序列计算由所述分数频偏补偿装置输入的时 域信号的整数频偏估计值和帧同步位置。
5、 一种带限帧同步序列生成方法，其特征在于，包括以下步骤通过频域随机复序列生成装置在频域产生随机复序列，并通过复序列定位装置将上述随机复序列在频域进行定位；通过频-时域变换器将上述经定位的随机复序列进行频时变换，得到带限时域同步序列；通过时域组帧器对上述时域同步序列进行信号组帧。
6、 一种带限帧同步序列检测方法，其特征在于，包括以下步骤通过帧粗同步与分数频偏估计装置，以移位自相关的方式计算所 输入的时域信号的帧粗同步位置和分数频偏估计值；通过分数频偏补偿装置，利用上述帧粗同步位置以及分数频偏估 计值对抽取的所述时域信号进行分数频偏补偿；通过频域随机复序列生成装置在频域产生随机复序列，并通过复 序列定位装置将上述随机复序列在频域进行定位，得到频域随机复序 列；通过帧精同步与整数频偏估计装置，利用上述频域随机复序列计 算由所述分数频偏补偿装置输入的时域信号的整数频偏估计值和帧精 同步位置。
7、 如权利要求6所述的带限帧同步序列检测方法，其特征在于， 该方法还包括通过加法器将分数频偏估计值与整数频偏估计值相加得 到所述时域信号的总载波频偏值。
8、 如权利要求6所述的带限帧同步序列检测方法，其特征在于， 该方法中，频域复随^L序列是通过将由移位寄存器生成的序列映射为 复序列而得到的。
9、 如权利要求6所述的带限帧同步序列检测方法，其特征在于，该方法中，分数频偏估计和帧粗同步位置计算的步骤中还包括下列步骤在输入采样点序列中进行滑动相关窗抽取，将窗内的前半部分序 列和后半部分进行相关，通过相关峰确定粗同步位置和分数频偏估计值。
10、 如权利要求6所述的带限帧同步序列检测方法，其特征在于， 该方法中，整数频偏估计值和帧精同步位置计算的步骤中还包括下列 步骤根据粗同步估计位置和预设定的提前量，抽取出带提前量的第2 个同步序列时域信号，进行分数频偏补偿；将经过分数频偏补偿的时域信号进行FFT变换得到的序列与根据 整数频偏估计范围进行循环移位的所述频域随机复序列进行匹配，并 进行IFI'T变换，得到信道冲激响应；计算所述信道沖激响应的功率的最大值与平均值，当该最大值与 平均值的比值大于预定阀值，判断本次整数频偏估计和帧同步成功， 并得到整数频偏估计值，当该最大值与平均值的比值没有大于预定阀 值的情况，判断本次整数频偏估计失败，重新进行帧粗同步； 整数频偏估计和帧同步成功后，根据设定的强径门限值计算所述信道 沖激响应的第1个强径的位置，通过第个强径的位置和帧粗同步位 置计算帧精同步位置。
全文摘要
本发明提出一种带限帧同步序列生成及检测设备和相应的生成和检测方法。该生成设备包括频域随机复序列生成装置、频-时域变换器和时域组帧器；该检测设备包括帧粗同步与分数频偏估计装置、分数频偏补偿装置、频域随机复序列生成装置和帧精同步与整数频偏估计装置。该生成方法为，在频域产生随机复序列并进行定位后进行频时变换，得到带限帧同步序列；该检测方法为，对输入的时域信号进行分数频偏补偿，用所述生成方法得到的带限时域同步序列计算经分数频偏补偿的时域信号的整数频偏估计值和帧同步位置。本发明的设备和方法所产生的帧同步序列的带宽小于数字广播系统的采样率，并可根据传输带宽要求灵活配置，可以广泛应用于各广播领域。
文档编号H04L27/26GK101212439SQ200610169679
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月27日 优先权日2006年12月27日
发明者栋 白, 葛启宏, 闫发军, 涛 陶 申请人:北京泰美世纪科技有限公司