CN100493063C - 一种带限发射机标识序列生成及检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种带限发射机标识序列的生成及检测系统和方法，包括标识序列生成部分和检测部分。所述标识序列生成部分包括：生成频域随机序列；生成频域正交序列；进行频域截短；频时变换；进行周期延拓。所述标识序列接收部分包括：对接收到的信号进行时域截短；进行时频域变换，得到频域信号；生成频域随机序列；生成频域正交序列；对所述频域正交序列与经频域随机序列解扰的所述频域信号进行相关；通过阀值检测装置检测频域相关器输出的结果并对发射机标识序列进行判断。本发明的系统与方法所产生的随机序列带宽可根据传输带宽要求灵活配置，序列在带内各频点的功率可以任意分配。本发明可以广泛应用于多媒体广播、地面无线广播、有线广播等各广播领域。

Description

一种带限发射机标识序列生成及检测系统和方法

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其是涉及OFDM数字广播系统中带限标识序列的生成及检测。

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。

在数字广播业务中，通常把全国划分为不同的区(也可以实现多级划分)，一个区内可以配置若干个广播信号发射机。为了方便接收端获知接收信号的来源，需要在发射信号中对发射机进行标识，而这些标识信号通常应以伪随机序列的形式给出。另外，为了方便接收机对发射机标识信号的检测，这些标识信号最好还应具有正交属性。

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。而通常的随机序列发生装置，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，使用BPSK映射的方式产生时域随机序列。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。

发明内容

如上所述，在基于OFDM的数字广播系统中，需要采用新的方法生成随机序列。

为此本发明提出了一种带限发射机标识序列的生成及检测系统，包括标识序列生成部分及标识序列检测部分。

所述标识序列生成部分包括：频域随机序列生成装置，用于生成频域随机序列；频域正交序列生成装置，用于生成频域正交序列；频域截短装置，用于对经所述频域随机序列扰码的频域正交序列进行频域截短；频时变换装置，用于对上述经截短的频域序列进行频时域变换；周期延拓装置，用于对变换到时域的信号进行周期延拓。

所述标识序列接收部分包括：时域截短装置，用于对接收到的信号进行时域截短，得到携带发射机标识信息的时域信号；时频域变换装置，用于对上述经截短的时域信号进行时频域变换，得到频域信号；频域随机序列生成装置，用于生成频域随机序列；频域正交序列生成装置，用于生成频域正交序列；频域相关器，用于将所述频域正交序列与经频域随机序列解扰的所述频域信号进行相关；阀值检测装置，用于检测频域相关器输出的结果并对发射机标识序列进行判断。

本发明还提出了一种带限发射机标识序列的生成及检测方法，包括标识序列生成方法及标识序列检测方法。

所述标识序列生成方法包括：通过频域随机序列生成装置生成频域随机序列；通过频域正交序列生成装置生成频域正交序列；通过频域截短装置对经所述频域随机序列扰码的频域正交序列进行频域截短；通过频时变换装置对上述经截短的频域序列进行频时域变换；通过周期延拓装置对变换到时域的信号进行周期延拓。

所述标识序列接收方法包括：通过时域截短装置对接收到的信号进行时域截短；通过时频域变换装置对上述经截短的时域信号进行时频域变换，得到频域信号；通过频域随机序列生成装置生成频域随机序列；通过频域正交序列生成装置生成频域正交序列；通过频域相关器对所述频域正交序列与经频域随机序列解扰的所述频域信号进行相关；通过阀值检测装置检测频域相关器输出的结果并对发射机标识序列进行判断。

本发明通过时、频域变换以及对正交序列进行扰码和解扰的方式实现，具有以下特点：随机序列带宽小于或等于系统带宽，并可根据传输带宽要求灵活配置；序列在带内各频点的功率可以任意分配；保证发射机标识序列的正交性及伪随机性，从而便于接收机的检测；本方法产生的标识序列可以灵活应用于多级分区的场合。

本发明可以广泛应用于多媒体广播、地面无线广播、有线广播等各广播领域。

附图说明

图1为本发明的带限发射机标识信号生成流程图；

图2为本发明的接收端对发射机标识序列的检测流程图；

图3为本发明实施例中多媒体广播系统的信标结构图；

图4为本发明实施例的多媒体广播系统中带限随机信号发生器的结构图；

图5为本发明实施例中生成复m序列的移位寄存器的结构图；

图6为本发明实施例中的接收端的标识序列检测流程图。

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为本发明的带限发射机标识信号生成流程图。如图所示，该流程由频域随机序列生成，频域正交序列生成，频域截短，频、时域变换和时域周期延拓5个部分组成。

在发射端频域随机序列生成器产生频域复随机序列：

X(n)＝A(n)·m(n)，0≤n≤N-1

频域正交序列生成器产生频域复正交序列：

W(n)，0≤n≤N-1

其中N是频域序列长度，m(n)是根据系统带宽，通过特定方式生成的随机序列，A(n)是随机序列在各频点处的幅值增益，根据带内的功率分布需求选取。复正交序列可以是沃尔什序列、哈达玛序列或由其它方式产生的正交序列。复正交序列被复随机序列频域扰码后根据系统要求进行截短，时域变换器将截短后的频域标识序列变换到时域。再根据系统需求，对频、时域变换产生的时域序列进行周期延拓。

图2为本发明的接收端对发射机标识序列的检测流程图，如图所示，由时域截短，时、频域变换，频域随机序列生成，频域正交序列生成，相关器和阈值检测构成。

接收端通过时域截短得到发射机时域标识序列，通过时、频域变换变换到频域，在频域解扰后和对应标识序列进行相关运算，最后把相关结果和阈值比较便可确定接收信号的来源。

在采样率为10MHz，系统带宽为8MHz的多媒体广播系统中，采用带限随机序列作为信标。图3为本发明实施例中多媒体广播系统的信标结构图，如图所示，信标包括1个191点的发射机标识序列，该标识序列经过256点IFFT后在时域周期延拓至280点。

图4为本发明实施例的多媒体广播系统中带限随机信号发生器的结构图。采用m序列对正交序列扰码后的频域截短序列，该序列经Fourier变换产生带宽为8M、无直流分量的带限随机序列，再进行周期延拓，得到发射机标识序列。具体说明如下。

在复m序列生成器1中，通过生成多项式为x8+x7+x6+x+1的移位寄存器生成m序列M(n)，0≤n≤254，该移位寄存器的结构如图5所示，移位寄存器初始状态为00000001。

然后将m序列映射为复m序列：

$K\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}1+0j,& M\left(n\right)=0\\ -1+0j,& M\left(n\right)=1\end{array}\right.$

复m序列生成器可以是SSRG结构、MSRG结构或Gold结构。

增益函数生成器2根据通带内功率平均分布的信号频域特性，产生增益函数：

乘法器3将定位后的m序列和增益函数相乘，得到变换前的频域序列：X(n)＝P(n)^*A(n)，0≤m≤255。

沃尔什序列生成器4生成长度为256的256个沃尔什序列w(n)，得到的沃尔什序列也转换成复频域序列W(n)：

$W\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}1+0\·j,& w\left(n\right)=0\\ -1+0\·j,& w\left(n\right)=1\end{array}\right.$

乘法器输出X(n)和沃尔什序列W(n)对应元素相乘后得到长度为256的复符号序列，序列截短器5根据系统需要把该复符号序列的第66个到第256个元素取出，得到长度为19l的频域复随机序列S(n)。

序列定位器6根据信号带宽为8M、且无直流分量的要求，将m序列定位在域变换前频域的适当位置，得到256点频域随机序列：

$P\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& n=0\\ S(n-1),& 1\≤n\≤95\\ 0,& 96\≤n\≤159\\ S(n-65),& 160\≤n\≤255\end{array}\right.$

Fourier变换器7将P(n)变换到时域，得到时域随机序列：

$p\left(k\right)=\mathrm{FFT}\left[P\left(n\right)\right]=\frac{1}{16}\underset{n=0}{\overset{255}{\mathrm{\Σ}}}P\left(n\right)e^{j2\mathrm{\πnk}/256},$         0≤k≤255

由于系统要求发射机标识序列在时域内有280点，而此处进行的是256点时频变换，所以此处由周期延拓器8把获得的256点时域序列周期延拓至280点。

经过前述步骤可以得到256个伪随机的发射机标识序列。如果进行二级划分，即把全国划分为128个分区，每个分区内最多配置128个发射机。可以把得到的256个发射机标识序列任意分为两个集，每个集包含128个标识序列，一个集内的序列分配给128个不同的分区，另一个集内的序列分配给各分区内的发射机。区的标识可以在偶数时隙发送，发射机本身的标识可以在奇数时隙发送，或者相反。

如果进行4级划分，则全国被划分为64个分区，每个分区又划分为64个1级子分区，每个1级子分区又划分为64个2级子分区，每个2级子分区内可设64个发射机。把得到的256个标识序列分成4个子集，每个子集包含64个不同的标识序列。第一个子集中的64个序列分配给最上层的64个分区，第二个子集中的64个序列分配给每个分区内的64个1级子分区，第3个子集中的64个序列分配给每个1级子分区内的64个2级子分区，第4个子集中的64个标识序列分配给每个2级子分区内的64个发射机。各级分区及发射机的标识序列可以在相邻的4个时隙轮流发射。

如果进行其它方式的分区，得到的标识序列依照上述方法也可以灵活分配。

为了在接收端获知接收信号的来源，接收机有必要通过对接收信号携带的发射机标识信息进行检测。

接收端的发射机标识序列检测装置如图6所示。具体说明如下。

时域截短器1在接收数据r(k)的相应位置上截取256符号长的数据序列y(k)，0≤k≤255。

Fourier变换器2把时域上的标识序列变换到频域，得到频域序列：

$Y\left(n\right)=\mathrm{FFT}\left[y\left(k\right)\right]=\frac{1}{16}\underset{k=0}{\overset{255}{\mathrm{\Σ}}}y\left(k\right)e^{-j2\mathrm{\πnk}/256},$        0≤n≤255

复m序列发生器3、增益函数生成器4和乘法器5的功能与图4中的复m序列生成器1、增益函数生成器2和乘法器3的功能相同。

乘法器的输出是长度为256的复符号序列X′(n)，为了和发射端相一致，m序列截短器6把该复符号序列的第66个到第256个元素取出，得到长度为191的频域复随机序列S′(n)，以便在频域进行解扰。

沃尔什序列生成器7与图4中的沃尔什序列生成器4的功能相同。

沃尔什序列生成器生成长度为256的复符号序列W′(n)，为了和发射端相一致，沃尔什序列截短器8把该复符号序列的第66个到第256个元素取出，得到长度为191的频域复随机序列Z(n)，以便在频域进行相关操作。

频域相关器9把解扰得到的Y′(n)和复沃尔什序列Z(n)进行相关运算，求得：

$R_{Y\′Z}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{n=0}{\overset{190}{\mathrm{\Σ}}}Y\′\left(n\right)\·Z(n-\mathrm{\τ})$

最后，阈值检测器把相关值R_Y′z(0)和预设阈值Threshold进行比较，如果R_Y′Z(0)≥Threshold，则此时沃尔什序列生成器产生的沃尔什序列便是某一确定的发射机的标识序列，否则不是。阈值Threshold根据系统实际情况进行设置。

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质情况下，熟悉本领域技术人员可根据本发明作出各种相应改变和变形，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。

Claims (2)

1、一种带限发射机标识序列生成及检测系统，包括标识序列生成装置及标识序列检测装置，其特征在于，

所述标识序列生成装置包括：

频域随机序列生成装置，用于生成频域随机序列，所述频域随机序列生成装置所生成的频域随机序列为X(n)＝A(n)·m(n)，其中，m(n)是根据系统带宽生成的随机序列，A(n)是该随机序列在各频点处的幅值增益，其根据系统带内的功率分布进行选定；

频域正交序列生成装置，用于生成频域正交序列；

频域截短装置，用于对经所述频域随机序列扰码的频域正交序列进行频域截短；

频时变换装置，用于对上述经截短的频域序列进行频时域变换；

周期延拓装置，用于对变换到时域的信号进行周期延拓；

所述标识序列接收装置包括：

时域截短装置，用于对接收到的信号进行时域截短；

时频域变换装置，用于对上述经截短的时域信号进行时频域变换，得到频域信号；

频域随机序列生成装置，用于生成频域随机序列；

频域正交序列生成装置，用于生成频域正交序列；

频域相关器，用于将所述频域正交序列与经频域随机序列解扰的所述频域信号进行相关；

阀值检测装置，用于检测频域相关器输出的结果并判断该发射机标识序列所属的发射机，即：阈值检测器将相关值R_Y′Z(0)和预设阈值Threshold进行比较，如果R_Y′Z(0)≥Threshold，则序列生成器产生的序列是某一确定的发射机的标识序列，否则不是，阈值Threshold根据系统实际情况进行设置。

2、一种带限发射机标识序列生成及检测方法，包括标识序列生成方法及标识序列检测方法，其特征在于，

所述标识序列生成方法包括：

通过频域随机序列生成装置生成频域随机序列，所述通过频域随机序列生成装置所生成的频域随机序列为X(n)＝A(n)·m(n)，其中，m(n)是根据系统带宽生成的随机序列，A(n)是该随机序列在各频点处的幅值增益，其根据系统带内的功率分布进行选定；

通过频域正交序列生成装置生成频域正交序列；

通过频域截短装置，对经所述频域随机序列扰码的频域正交序列进行频域截短；

通过频时变换装置对上述经截短的频域序列进行频时域变换，得到时域信号；

通过周期延拓装置对所述时域的信号进行周期延拓；

所述标识序列接收方法包括：

通过时域截短装置对接收到的信号进行时域截短；

通过时频域变换装置对上述经截短的时域信号进行时频域变换，得到频域信号；

通过频域随机序列生成装置生成频域随机序列；

通过频域正交序列生成装置生成频域正交序列；

通过频域相关器将所述频域正交序列与经频域随机序列解扰的所述频域信号进行相关；

通过阀值检测装置检测频域相关器输出的结果并对发射机标识序列进行判断，即：阈值检测器将相关值R_Y′Z(0)和预设阈值Threshold进行比较，如果R_Y′Z(0)≥Threshold，则序列生成器产生的序列是某一确定的发射机的标识序列，否则不是，阈值Threshold根据系统实际情况进行设置。

Images