时域ofdm同步符号生成及解调方法、数据帧传输方法
【专利摘要】一种时域OFDM同步符号生成及解调方法、数据帧传输方法，其中时域OFDM同步符号的生成方法包括生成CAZAC序列以及其移位序列；基于CAZAC序列和CAZAC序列的移位序列形成频域OFDM同步符号；对频域OFDM同步符号进行傅里叶反变换以形成时域OFDM同步训练符号；将时域OFDM同步训练符号划分成第一部分符号和第二部分符号，并分别将这两部分符号与固定频偏相乘以形成时域OFDM同步符号的前缀和后缀；基于时域OFDM同步符号的前缀、OFDM同步训练符号以及时域OFDM同步符号的后缀形成时域OFDM同步符号。本技术方案降低了OFDM符号生成的复杂度，并降低了解调复杂度并提高了解调参数性能。
【专利说明】时域OFDM同步符号生成及解调方法、数据帧传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信【技术领域】，特别涉及一种时域OFDM同步符号的生成方法及其解调方法、数据帧传输方法。
【背景技术】
[0002]正交频分复用(OFDM)是一种高效的调制技术，不仅可以抵抗频率选择性衰落，而且具有较高的频谱利用率，已广泛用于无线广播标准，如DAB (数字音频广播，DigitalAudio Broadcast)> DVB-T (地面数字电视广播，Digital Video Broadcast-Terrestrial)以及最近提出的第二代标准DVB-T2 (第二代地面数字电视广播)。
[0003]OFDM的缺点是对定时偏差和频率偏移非常敏感，若系统存在定时误差，将会引起符号间串扰和数据相位旋转；若存在频率偏移，系统子载波间的正交性会被破坏，引发同信道干扰。因此，在OFDM接收端，必须实现高精度的时间与频率同步。
[0004]要实现高精度的同步，必须设计出可以抵抗恶劣信道同步符号以及对应的算法。基于 DVB-T2 系统中同步符号 PI, DVB document A133 文件“Implementation Guidelinesfor a Second Generation Digital Terrestrial Television Broadcasting System(第二代地面数字电视广播系统实施手册，DVB-T2)”给出了同步符号Pl设计的目的以及基于相关原理给出了定时频偏估计算法CBS法，Doblado J G等人在“Coarse timesynchronization for DVB_T2(DVB_T2系统时域粗同步)”中对CBS法做了深入研究，指出由于定时度量函数存在平顶，在高斯信道下该算法所提供的定时精度不高。随后有较多学者对CBS法做了改进，如结合最大似然估计法提供定时频偏估计，虽然仿真结果证明该方法性能较优，但是最大似然法复杂度较高，相关器的数目和滑动滤波器的数目为CBS法中所需值的两倍° Viemann A 等人在“ Implementation-friendly synchronization algorithmfor DVB-T2 (易于实现的DVB-T2同步算法)”对CBS法中做相关的单元以及滑动滤波的点数做了修改，定时度量函数为尖锐的三角峰，同步性能有了较大提升。
[0005]上述文献的同步算法始终以CBS法为框架，未改变Pl同步符号结构。Pl符号有其固有缺陷:携带参量少，仅包含FFT大小和SIS0/MIS0模式，同步之后仍需计算保护间隔大小；生成复杂，包括DBPSK调制、加扰、补零、逆FFT等运算；接收端解调参数信息时需将本地所有可能序列与接收到的序列相关得到最佳匹配值，需要采用大数量的相关器，计算复杂度很高。Lifeng He 等人在“Preamble Design Using Embedded Signaling for OFDMBroadcast Systems Based on Reduced-Complexity Distance Detection(0FDM 广播系统低复杂度的基于距离携带信息的帧头设计方法)”中提出了新的同步符号，利用频域结构中的O序列长度携带信息，但是其解调过程中以256点为滑动窗口与本地序列做差分相关，运算量仍然很大，因此以低复杂度来完成Pl实现的功能是数字电视通信系统中的重要问题。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是现有的OFDM同步符号的解调方法运算量很大，复杂度较高。[0007]为解决上述问题，本发明实施例提供一种时域OFDM同步符号的生成方法，包括如下步骤:生成CAZAC序列以及所述CAZAC序列的移位序列，其中所述CAZAC序列包括根值参数、所述CAZAC序列的移位序列包括移位参数；基于所述CAZAC序列和所述CAZAC序列的移位序列形成频域OFDM同步符号；对所述频域OFDM同步符号进行傅里叶反变换以形成时域OFDM同步训练符号；将该时域OFDM同步训练符号划分成第一部分符号和第二部分符号，并分别将这两部分符号与固定频偏相乘以形成时域OFDM同步符号的前缀和后缀；基于所述时域OFDM同步符号的前缀、OFDM同步训练符号以及时域OFDM同步符号的后缀形成时域OFDM同步符号。
[0008]本发明实施例还提供了一种对上述方法生成的时域OFDM同步符号的解调方法，包括如下步骤:接收时域OFDM同步符号，其中所述时域OFDM同步符号由权利要求1所述时域OFDM同步符号的生成方法得到；利用相关运算对接收到的时域OFDM同步符号进行处理以确定OFDM符号定时点和小数倍频率偏移值；根据所确定的OFDM符号定时点从该时域OFDM同步符号中截取时域OFDM同步训练符号；解调该时域OFDM同步训练符号对应频域上的CAZAC序列以解出根值参数并确定整数倍频率偏移值；根据所确定的整数倍频率偏移值截取CAZAC序列的移位序列；解调所截取的CAZAC序列的移位序列以确定移位参数；基于所述根值参数和移位参数确定相应的系统参数信息。
[0009]本发明实施例还提供了一种数据帧传输方法，其中所述数据帧至少包括频域OFDM同步符号，该频域OFDM同步符号包括-XkZkC序列；所述CAZAC序列的移位序列；填充于所述CAZAC序列和所述CAZAC序列的移位序列之间的零序列，该零序列用于减少OFDM系统出现载波泄露；其中，所述CAZAC序列包括根值参数、所述CAZAC序列的移位序列包括移位参数。
[0010]与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果:
根据本发明实施例提供的时域OFDM同步符号的生成方法，利用生成的CAZAC序列和该CAZAC序列的移位序列直接在频域填充形成频域OFDM同步符号，降低了 OFDM符号生成的复杂度。进一步地，在CAZAC序列和该CAZAC序列的移位序列中携带有根值参数和移位参数，从而使得接收端通过解出这两个参数得到系统携带的诸如傅里叶变换的大小、保护间隔的大小以及输入输出模式等系统参数信息。
[0011]根据本发明实施例提供的时域OFDM同步符号的解调方法，在从接收到时域OFDM同步符号中解调出根值参数和移位参数的过程中，只需要通过两个相关运算器即可实现，降低了解调复杂度并提高了解调参数性能。进一步地，在解调出根值参数的过程中可以估计出整数倍频率偏移值，减少了后续工作量。
[0012]根据本发明实施例提供的数据帧传输方法，生成的频域OFDM同步符号中在CAZAC序列和所述CAZAC序列的移位序列之间填充有零序列，以减少OFDM系统出现载波泄露的影响。进一步地，还在频域OFDM同步符号中填充有虚拟子载波，以应对OFDM系统中收发端之间出现的频率偏移，确保由于频偏影响有效子载波都在中心带宽内。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的一种时域OFDM同步符号的生成方法的实施方式的流程示意图； 图2是利用本发明的时域OFDM同步符号的生成方法所生成的一种OFDM同步符号的结构示意图；
图3是本发明的一种时域OFDM同步符号的解调方法的实施方式的流程示意图；
图4是本发明的时域OFDM同步符号的解调方法中确定OFDM符号定时点和小数倍频率偏移值的流程示意图；
图5是本发明与现有的时域OFDM同步符号解调错误率性能比较的示意图；
图6是本发明与现有的时域OFDM同步符号定时偏差的均方误差性能比较的示意图； 图7是本发明与现有的时域OFDM同步符号频偏的均方误差性能比较的示意图；
图8是本发明的一种数据帧传输方法中频域OFDM同步符号的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]发明人发现现有的OFDM同步符号的解调方法运算量很大，复杂度较高。
[0015]针对上述问题，发明人经过研究，提供了一种时域OFDM同步符号的生成方法及其解调方法。本技术方案降低时域OFDM符号生成的复杂度，同时也降低了解调复杂度并提高了解调参数性能。
[0016]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0017]如图1所示的是本发明的一种时域OFDM同步符号的生成方法的实施方式的流程示意图。参考图1，OFDM同步符号的生成方法包括如下步骤:
步骤Sll:生成CAZAC序列以及所述CAZAC序列的移位序列，其中所述CAZAC序列包括根值参数、所述CAZAC序列的移位序列包括移位参数；
步骤S12:基于所述CAZAC序列和所述CAZAC序列的移位序列形成频域OFDM同步符
号;
步骤S13:对所述频域OFDM同步符号进行傅里叶反变换以形成时域OFDM同步训练符
号;
步骤S14:将该时域OFDM同步训练符号划分成第一部分符号和第二部分符号，并分别将这两部分符号与固定频偏相乘以形成时域OFDM同步符号的前缀和后缀；
步骤S15:基于所述时域OFDM同步符号的前缀、OFDM同步训练符号以及时域OFDM同步符号的后缀形成时域OFDM同步符号。
[0018]下面结合具体实施例对上述时域OFDM同步符号的生成方法进行详细描述。
[0019]在本实施例中，如步骤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序列包括根值参数、所述CAZAC序列的移位序列包括移位参数。
[0020]具体地，CAZAC序列可以是Zadoff-Chu序列，表达式为
【权利要求】
1.一种时域OFDM同步符号的生成方法，其特征在于，包括如下步骤: 生成CAZAC序列以及所述CAZAC序列的移位序列,其中所述CAZAC序列包括根值参数、所述CAZAC序列的移位序列包括移位参数； 基于所述CAZAC序列和所述CAZAC序列的移位序列形成频域OFDM同步符号； 对所述频域OFDM同步符号进行傅里叶反变换以形成时域OFDM同步训练符号； 将该时域OFDM同步训练符号划分成第一部分符号和第二部分符号，并分别将这两部分符号与固定频偏相乘以形成时域OFDM同步符号的前缀和后缀； 基于所述时域OFDM同步符号的前缀、OFDM同步训练符号以及时域OFDM同步符号的后缀形成时域OFDM同步符号。
2.如权利要求1所述的时域OFDM同步符号的生成方法，其特征在于，所述根值参数的取值为与所述CAZAC序列的长度互质的正整数。
3.如权利要求1所述的时域OFDM同步符号的生成方法，其特征在于，所述移位参数的取值小于所述CAZAC序列的长度，且该移位参数的相邻两个取值之差在预设范围内。
4.如权利要求3所述的时域OFDM同步符号的生成方法，其特征在于，所述预设范围为[1，20]。
5.如权利要求1所述的时域OFDM同步符号的生成方法，其特征在于，所述将该时域OFDM同步训练符号划分成第一部分符号和第二部分符号，并分别将这两部分符号与固定频偏相乘以形成OFDM同步符号的前缀和后缀包括如下步骤: 将该时域OFDM同步训练符号划分成长度相等的前后`两部分符号，并将前半部分符号与固定频偏相乘以形成OFDM同步符号的前缀以及将后半部分符号与固定频偏相乘以形成OFDM同步符号的后缀。
6.一种对权利要求1所述时域OFDM同步符号的生成方法得到的时域OFDM同步符号的解调方法，其特征在于，包括如下步骤: 接收时域OFDM同步符号； 利用相关运算对接收到的时域OFDM同步符号进行处理以确定OFDM符号定时点和小数倍频率偏移值； 根据所确定的OFDM符号定时点从该时域OFDM同步符号中截取时域OFDM同步训练符号; 解调该时域OFDM同步训练符号对应频域上的CAZAC序列以解出根值参数并确定整数倍频率偏移值； 根据所确定的整数倍频率偏移值截取CAZAC序列的移位序列； 解调所截取的CAZAC序列的移位序列以确定移位参数； 基于所述根值参数和移位参数确定相应的系统参数信息。
7.如权利要求6所述的时域OFDM同步符号的解调方法，其特征在于，所述利用相关运算对接收到的时域OFDM同步符号进行处理以确定OFDM符号定时点和小数倍频率偏移值包括如下步骤: 分别消除该时域OFDM同步符号的前缀和后缀所对应的频偏值； 分别将消除频偏值的时域OFDM同步符号的前缀与时域OFDM同步训练符号中的第一部分符号作相关运算以得到第一类相关运算值，以及将消除频偏值的时域OFDM同步符号的后缀与时域OFDM同步训练符号中的第二部分符号作相关运算以得到第二类相关运算值；分别将该第一类相关运算值和第二类相关运算值作滑动平均后得到第一相关平均值和第二相关平均值； 分别基于该第一相关平均值的最大值和该第二相关平均值的最大值确定第一同步符号定时点和第二同步符号定时点； 分别基于该第一相关平均值的最大峰值对应的辐角和该第二相关平均值的最大峰值对应的辐角确定第一小数倍频率偏移值和第二小数倍频率偏移值； 将第一同步符号定时点和第二同步符号定时点中的最小值确定为OFDM符号定时点，并将第一小数倍频率偏移值和第二小数倍频率偏移值的平均值确定为小数倍频率偏移值。
8.如权利要求6所述的时域OFDM同步符号的解调方法，其特征在于，所述系统参数信息包括傅里叶变换的大小、保护间隔的大小以及输入输出模式。
9.一种数据帧传输方法，其中所述数据帧至少包括频域OFDM同步符号，其特征在于，该频域OFDM同步符号包括: CAZAC序列； 所述CAZAC序列的移位序列； 填充于所述CAZAC序列 和所述CAZAC序列的移位序列之间的零序列，该零序列用于减少OFDM系统出现载波泄露； 其中，所述CAZAC序列包括根值参数、所述CAZAC序列的移位序列包括移位参数。
10.如权利要求9所述的数据帧传输方法，其特征在于，所述频域OFDM同步符号还包括: 填充于由所述CAZAC序列、所述CAZAC序列的移位序列以及所述零序列构成的序列两边的虚拟子载波，该虚拟子载波用于应对OFDM系统中出现的频率偏移。
11.如权利要求9所述的数据帧传输方法，其特征在于，所述根值参数的取值为与所述CAZAC序列的长度互质的正整数。
12.如权利要求9所述的数据帧传输方法，其特征在于，所述移位参数的取值小于所述CAZAC序列的长度，且该移位参数的相邻两个取值之差在预设范围内。
13.如权利要求12所述的数据帧传输方法，其特征在于，所述预设范围为[1，20]。
【文档编号】H04L27/26GK103532899SQ201310325695
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】张文军, 葛建华, 王丽华, 刘刚, 管云峰, 何大治 申请人:上海数字电视国家工程研究中心有限公司, 西安电子科技大学