CN102075480B - 数字信息传输的帧同步序列生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字信息传输的帧同步序列生成方法及系统，该方法包括步骤：根据需传输的信令信息组的数量，生成若干组已知序列，并用不同的信令信息组分别调制所述已知序列；对所述已调制的已知序列分别进行预处理；将处理后的已知序列映射到若干子载波上，得到频域数据块；对所述频域数据块进行逆离散傅里叶变换，得到时域数据块；在所述时域数据块的前、后分别插入前保护间隔、后保护间隔，得到帧同步序列。本发明的方法及系统生成的帧同步序列可携带一定数量的物理层信令信息，用于接收机快速的完成信号帧捕获、参数的初步估计以及物理层信令的传输，提高信号传输系统的灵活性与可靠性。

Description

数字信息传输的帧同步序列生成方法及系统

技术领域

本发明涉及数字信号传输技术领域，尤其涉及一种数字信息传输的帧同步序列生成方法及系统。

背景技术

随着现代通信技术的飞速发展，正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplex，OFDM)技术已经应用到各种数字信号传输系统中，如无线局域网、固定无线接入、有线无线数字音频和视频广播传输标准(Digital Television Terrestrial Broadcasting，DTTB)。欧洲数字视频地面广播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial，DVB-T)、第二代DVB-T标准DVB-T2以及中国地面数字电视传输标准(DigitalTelevision Multimedia Broadcast，DTMB)中都采用了OFDM技术。

这些标准或系统均包含有不同的物理层帧结构定义，在发射端，将信息通过设定的帧结构形式发送出去，在接收端，按照该帧结构形式进行同步、检测、解码等以恢复原始信息。物理层信号帧结构对整个系统的性能有着重要的影响。数字广播系统一般采用连续传输方式，而数字通信系统一般采用突发传输方式。不论连续传输方式还是突发传输方式，帧结构的定义一般都是以帧同步序列、传输信令符号、数据符号所构成，如图1所示。其中，传输信令符号和数据符号可以由1个或多个单载波数据块或OFDM数据块构成。在DVB-T2系统中，物理层帧同步序列采用了P1符号。P1符号为一段长度为1024的OFDM数据块在时域加入扩展保护所得到，其产生方法如图2所示。其中，S1和S2为所传输的信令，被映射到调制信令序列MSS，再分别经过DBPSK(Differentially Binary phase-shift keying，差分二进制相移键控)差分编码、扰码、子载波选取和1024点逆离散傅里叶变换后，得到1024点的时域序列A。子载波选取按照CDS Table来选择一部分子载波进行传输。最后，按照C-A-B的结构加入时域保护，C为A的最后一部分，B为A的前一部分。P1符号在DVB-T2信号帧结构中的插入位置与方式如图3所示。

DTMB系统中采用了时域同步正交频分复用技术(Time DomainSynchronous OFDM，TDS-OFDM)，采用时域训练序列作为保护间隔填充，并可用于同步和信道估计等。DTMB系统的多层复帧结构如图4所示。使用伪随机序列(Pseudo-random Noise，PN)代替OFDM中的保护间隔并用于时间同步。特别地，已知训练序列在对抗块间干扰起到保护间隔作用的同时，还可以辅助进行同步、定时恢复、载波恢复、信道估计和噪声估计等。

在基于信号帧结构数字传输系统中，帧同步的捕获是在接收机中最先完成的，帧同步捕获的可靠性是接收机后续参数估计和解调的基础；另外，系统所传输的信号数据块通常具备多种可选的参数，例如数据块长度、子载波数目以及是否采用发射分集等。但上述的帧同步序列只能用于部分同步功能，不携带信令，且接收方须在接收连续多个帧之后，做出联合估计，不支持突发传输。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字信息传输的帧同步序列生成方法及系统，该方法及系统生成的帧同步序列可携带一定数量的物理层信令信息，用于接收机快速的完成信号帧捕获、参数的初步估计以及物理层信令的传输，提高信号传输系统的灵活性与可靠性，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明提供的一种数字信息传输的帧同步序列生成方法，该方法包括步骤：

S1.根据需传输的信令信息组的数量，生成若干组已知序列，并用不同的信令信息组分别调制所述已知序列；

S2.对所述已调制的已知序列分别进行预处理；

S3.将处理后的已知序列映射到若干子载波上，得到频域数据块；

S4.对所述频域数据块进行逆离散傅里叶变换，得到时域数据块；

S5.在所述时域数据块的前、后分别插入前保护间隔、后保护间隔，得到帧同步序列。

其中，步骤S1中的调制方式为BPSK或QPSK，不同的调制方式传输不同的信令信息。

其中，步骤S3中，所述映射的方法为所述处理后的已知序列以设定数目子载波为间隔分别映射到一段连续的子载波，所述设定数目子载波表示不同的信令信息。

其中，所述信令信息组具有不同的权重，信令信息组权重越高，与其相关的已知序列的长度越长。

其中，所述设定数目子载波的长度越长所表示的信令信息组的权重越高。

其中，所述每个信令信息组均可包含一个或多个信息比特。

其中，所述已知序列的数量不小于所述待传输的信令信息组的数量。

其中，所述前保护间隔为所述时域数据块的后设定段子数据块，所述后保护间隔为所述后设定段子数据块与旋转因子的乘积。

其中，所述旋转因子为-1。

其中，所述预处理为差分编码和/或随机化。

其中，所述已知序列均为已知的二值序列，所述二值序列为m序列、Gold序列、Walsh序列、Golay序列、或上述序列的任意组合与变形，所述已知序列均为同一序列、或为不全相同的序列、或全部为不同序列，且序列长度相同、或不同。

本发明还提供了一种数字信息传输的帧同步序列生成系统，该系统包括：序列生成模块，用于根据需传输的信令信息组的数量，生成若干组已知序列，并用不同的信令信息组分别调制所述已知序列；预处理模块，用于对所述已调制的已知序列分别进行预处理；子载波映射模块，用于将处理后的已知序列映射到若干子载波上，得到频域数据块；时频域转换模块，用于对所述频域数据块进行逆离散傅里叶变换，得到时域数据块；保护间隔插入模块，用于在所述时域数据块的前、后分别插入前保护间隔、后保护间隔，得到帧同步序列。

本发明的方法及系统生成的帧同步序列可携带一定数量的物理层信令信息，接收机可根据该序列的特性简便快速的完成帧同步序列的捕获，并可以完成初步同步参数的估计；通过相关与距离检测技术恢复出帧同步序列中所携带的信令信息，并利用该信令信息对后续信号帧进行解调与数据恢复；检测精度高、实现结构简单，并可在复杂多径信道环境下可靠恢复出传输的信令信息。

附图说明

图1为数字传输系统帧结构示意图；

图2为欧洲DVB-T2中P1符号的产生方法示意图；

图3为欧洲DVB-T2中P1符号的插入方法；

图4为中国DTMB标准的层次化帧结构示意图；

图5为依照本发明一种实施方式的数字信息传输的帧同步序列生成方法流程图；

图6为依照本发明一种实施方式的数字信息传输的帧同步序列生成系统结构原理图；

图7为依照本发明一种实施方式的包含一组信令信息的帧同步序列结构图；

图8为依照本发明另一种实施方式的包含两组信令信息的帧同步序列结构图。

具体实施方式

本发明提出的数字信息传输的帧同步序列生成方法及系统，结合附图和实施例说明如下。

本发明中的帧同步序列由长度为N的OFDM数据块及其前保护间隔、后保护间隔组成，可携带K个信令信息组，每个信令信息组中可包含1比特信令信息或多比特信令信息，例如信号帧FFT长度、编码码率、以及发射分集等后续解调的基本信息。如图5所示，依照本发明一种实施方式的数字信息传输的帧同步序列生成方法包括步骤：

S1.根据需传输的信令信息组的数量K，生成M组携带信令信息的已知序列S₁、S₂、...、S_M，并用不同的待传输信令信息组对已知序列分别进行调制。调制方式包括但不仅限于BPSK或QPSK，不同的调制方式传输不同的信令信息，当采用BPSK时，一个序列可以携带1比特的信令信息，当采用QPSK时，一个序列可携带2比特的信令信息。已知序列S₁、S₂、...、S_M均为已知的二值序列，包括但不限于m序列、Gold序列、Walsh序列、Golay序列、或上述序列的任意组合与变形。M组已知序列均为同一序列、或为不全相同的序列、或全部为不同序列，且序列长度相同、或不同。根据信令信息的重要程度，每组信令信息组具有不同的权重，信令信息组权重越高，与其相关的已知序列的长度越长。

S2.对已调制的已知序列分别进行预处理，得到序列S′₁、S′₂、...、S′_M。预处理为差分编码和/随机化，差分编码的目的是使接收机能够在没有完全恢复出同步信息的基础上完成对已知序列的非相干检测，数据随机化即扰码的目的是为了打乱已知序列的周期性，并降低时域帧同步序列的峰值平均功率比。S3.将处理后的已知序列映射到N个子载波上，得到频域数据块X。子载波映射规则如下：序列S′₁、S′₂、...、S′_M分别以设定数目子载波为间隔分别映射到一段连续的子载波，不同序列之间所间隔的设定数目子载波分别代表不同的信令信息，设定数目子载波的长度越长其所表示的信令信息组的权重越高。

S4.对频域数据块X进行逆离散傅里叶变换(Ineverse DiscreteFourier Transform，IDFT)，得到长度为N的时域数据块x；

S5.在时域数据块x的前、后分别插入前保护间隔、后保护间隔，并与时域数据块x组合形成帧同步序列。前保护间隔及后保护间隔均由时域数据块x的后设定段L子数据块B产生，前保护间隔与B相同，后保护间隔为B与旋转因子的乘积，优选地，旋转因子为-1，这样利用前保护间隔与后保护间隔与时域数据块x的相关性，接收机可以通过相关检测完成对帧同步序列的捕获。

如图6所示，依照本发明一种实施方式的数字信息传输的帧同步序列生成系统包括：序列生成模块1，用于根据需传输的信令信息组的数量，生成若干组已知序列，并用不同的信令信息组分别调制已知序列；预处理模块2，用于对已调制的已知序列分别进行预处理；子载波映射模块3，用于将处理后的已知序列映射到若干子载波上，得到频域数据块；时频域转换模块4，用于对频域数据块进行逆离散傅里叶变换，得到时域数据块；保护间隔插入模块5，用于在时域数据块的前、后分别插入前保护间隔、后保护间隔，并得到最终生成的帧同步序列。

实施例1

如图7所示为依照本发明一种实施方式的帧同步序列生成方法生成的携带一组信令信息的同步序列结构图。其中，A、B组合为所生成的时域数据块x。x所对应的频域数据块X的结构如图7所示。选取OFDM子载波数N＝1024，帧同步序列携带K＝1组信令信息。序列生成器产生M＝2个已知序列S₁和S₂。选取S₁和S₂的长度均为256。这两个序列经过预处理以及子载波映射后，在频域数据块的位置如图6所示。两个序列之间的距离为Δd。设传输的信令包含2比特信息，则选取Δd为0、128、256和512，分别表示2比特二进制数据00、01、10和11。如果该信令需要携带更多的比特数，则可以进一步细分两个序列之间的距离。

实施例2

图8所示为依照本发明一种实施方式的帧同步序列生成方法生成的帧同步序列结构的另一种具体实施方式。本实施方式中，帧同步序列携带两组不同的信令信息，即K＝2。所不同的是这两组信令具有不同等级的优先程度，及权重高低不同。首先生成M＝4组已知序列，S₁、S₂、S₃和S₄，并假设S₁、S₂与信令信息1相关，S₃、S₄与信令信息2相关。设信令信息1的优先程度高于信令信息2，则选取S₁、S₂的长度大于S₃和S₄的长度。在完成子载波映射之后，S₁与S₂之间的距离差为Δd₁，S₃与S₄之间的距离差为Δd₂。为了使高优先级的信令具备更高的传输可靠性，选取Δd₁的距离大于Δd₂的距离。这样在接收机对序列进行相关检测时，长序列、大距离差将使得序列检测更可靠，检测误码率更低。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (11)

1.一种数字信息传输的帧同步序列生成方法，该方法包括步骤：

S1.根据需传输的信令信息组的数量，生成若干组已知序列，并用不同的信令信息组分别调制所述已知序列；

S2.对所述已调制的已知序列分别进行预处理；

S3.将处理后的已知序列映射到若干子载波上，得到频域数据块；

S4.对所述频域数据块进行逆离散傅里叶变换，得到时域数据块；

S5.在所述时域数据块的前、后分别插入前保护间隔、后保护间隔，得到帧同步序列；

所述已知序列均为已知的二值序列，所述二值序列为m序列、Gold序列、Walsh序列、Golay序列、或上述序列的任意组合与变形，所述已知序列均为同一序列、或为不全相同的序列、或全部为不同序列，且序列长度相同、或不同。

2.如权利要求1所述的数字信息传输的帧同步序列生成方法，其特征在于，步骤S1中的调制方式为BPSK或QPSK，不同的调制方式传输不同的信令信息。

3.如权利要求1所述的数字信息传输的帧同步序列生成方法，其特征在于，步骤S3中，所述映射的方法为所述处理后的已知序列以设定数目子载波为间隔分别映射到一段连续的子载波，所述设定数目子载波表示不同的信令信息。

4.如权利要求3所述的数字信息传输的帧同步序列生成方法，其特征在于，所述信令信息组具有不同的权重，信令信息组权重越高，与其相关的已知序列的长度越长。

5.如权利要求3所述的数字信息传输的帧同步序列生成方法，其特征在于，所述设定数目子载波的长度越长所表示的信令信息组的权重越高。

6.如权利要求1所述的数字信息传输的帧同步序列生成方法，其特征在于，所述每个信令信息组均可包含一个或多个信息比特。

7.如权利要求1所述的数字信息传输的帧同步序列生成方法，其特征在于，所述已知序列的数量不小于所述待传输的信令信息组的数量。

8.如权利要求1所述的数字信息传输的帧同步序列生成方法，其特征在于，所述前保护间隔为所述时域数据块的后设定段子数据块，所述后保护间隔为所述后设定段子数据块与旋转因子的乘积。

9.如权利要求8所述的数字信息传输的帧同步序列生成方法，其特征在于，所述旋转因子为-1。

10.如权利要求1所述的数字信息传输的帧同步序列生成方法，其特征在于，所述预处理为差分编码和/或随机化。

11.一种数字信息传输的帧同步序列生成系统，该系统包括：

序列生成模块，用于根据需传输的信令信息组的数量，生成若干组已知序列，并用不同的信令信息组分别调制所述已知序列；

预处理模块，用于对所述已调制的已知序列分别进行预处理；

子载波映射模块，用于将处理后的已知序列映射到若干子载波上，得到频域数据块；

时频域转换模块，用于对所述频域数据块进行逆离散傅里叶变换，得到时域数据块；

保护间隔插入模块，用于在所述时域数据块的前、后分别插入前保护间隔、后保护间隔，得到帧同步序列；

所述已知序列均为已知的二值序列，所述二值序列为m序列、Gold序列、Walsh序列、Golay序列、或上述序列的任意组合与变形，所述已知序列均为同一序列、或为不全相同的序列、或全部为不同序列，且序列长度相同、或不同。

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