CN101064707B - 一种带限随机序列生成方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随机序列生成方法及其装置，尤其是涉及可以使用在基于OFDM的数字广播系统中的带限随机序列生成方法及其装置。该随机序列生成方法，其特征在于，包括：在频域中生成频域序列的步骤；将频域生成的频域序列转换到时域的步骤；将从频域转换到时域的时域序列进行截短的步骤。该方法及装置生成的随机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，其所生成的随机序列在带内各频点的功率可以随意分配，并具有充分的随机性，能够确保同步捕获和频偏估计等系统性能的需要，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。

Description

一种带限随机序列生成方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种带限随机序列生成方法及其装置，尤其是涉及可以使用在基于OFDM的数字广播系统中的带限随机序列生成方法及其装置。

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。

在数字广播系统中，为了方便接收机实现同步捕获和初始频偏估计等功能，经常需要在发射信号中加入一段已知的随机序列。

现有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，使用BPSK映射的方式产生时域随机序列。但是在基于OFDM的系统中，系统采样率经常高于系统带宽，例如10MHz采样率的系统带宽仅为8MHz。这样，使用现有技术在10MHz采样率的条件下生成的随机序列的带宽至少为10MHz，从而超过系统带宽8MHz的限制。

因此，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。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明要实现的目的之一是提供一种随机序列生成方法及其装置，其所生成的随机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。

本发明的另一目的是提供一种随机序列生成方法及其装置，其所生成的随机序列在带内各频点的功率可以随意分配。

本发明的另一目的是提供一种随机序列生成方法及其装置，其所生成的随机序列具有充分的随机性，能够确保同步捕获和频偏估计等系统性能的需要。

本发明的另一目的是提供一种随机序列生成方法及其装置，其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。

为实现上述目的，本发明公开了一种随机序列生成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a，在频域中生成频域序列；步骤b，将频域生成的频域序列转换到时域；步骤c，将从频域转换到时域的时域序列进行截短。

优选地，所述步骤a包括：在频域中生成随机序列的步骤；将该随机序列映射为复符号的步骤；将得到的复符号随机序列定位在频域适当位置的步骤；根据系统通带内功率分布特性，生成增益函数的步骤；将定位后的复符号随机序列与增益函数运算，得到变换前的频域序列的步骤。

为实现上述目的，本发明公开了一种随机序列生成装置，其特征在于，包括：用于在频域中生成频域序列的序列生成装置；用于将频域序列转换到时域的频-时转换装置；用于将从频域转换到时域的时域序列进行截短的时域截短装置.

优选地，所述序列生成装置，包括：用于将随机序列转化为复符号随机序列的序列发生器；用于将复符号随机序列定位在频域适当位置的随机序列定位器；根据系统通带内功率分布特性，生成增益函数的增益函数生成器；对随机序列定位器与增益函数生成器的输出做运算的运算器。

该方法及装置生成的随机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，其所生成的随机序列在带内各频点的功率可以随意分配，并具有充分的随机性，能够确保同步捕获和频偏估计等系统性能的需要，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。

附图说明

图1为带限随机序列生成方法流程示意图。

图2为卫星广播系统所采用的具有两种带限随机序列而形成的信标的结构示意图。

图3为一种带限随机序列生成装置结构示意图。

图4为另一种带限随机序列生成装置结构示意图。

图5为长同步m序列生成器。

图6为短同步m序列生成器。

图7为短同步Gold序列生成器。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明内容做进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的带限随机序列生成方法包括频域序列生成，频-时域变换和时域截短三个步骤。其中，频域序列生成步骤用于产生频域复符号随机序列：

X(n)＝A(n)·m(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复符号随机序列，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。频、时域变换器将频域随机序列变换到时域，可以选用Fourier变换、Walsh变换、Hadamard变换、小波变换等变换方式。时域截短步骤根据系统性能需求，对频-时域变换产生的时域序列进行截短。

例如，在采样率为10MHz，系统带宽为8MHz的卫星广播系统中，采用带限随机序列作为信标，该信标包括如图2所示的2个1024点的长同步序列和8个250点的短同步序列。

两个随机序列均采用如图3所示的带限随机序列生成装置得到带宽为8M、无直流分量的带限随机序列。

如图3所示的生成长同步序列的带限随机序列生成装置，包括在频域中生成频域序列的序列生成装置01，用于将频域序列转换到时域的频-时转换装置02；用于将从频域转换到时域的时域序列进行截短的时域截短装置03，其中所述序列生成装置01，具体由如下装置组成：

1.1复m序列发生器1

通过生成多项式为x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+1的移位寄存器生成m序列M(n)，0≤n≤1023，如图5所示，移位寄存器初始状态为00 0000 0001。然后将m序列映射为复符号：

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

1.2m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序列定位在域变换前频域的适当位置，得到序列

$P\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& n=0\\ K(n-1),& 1\≤n\≤383\\ 0,& 384\≤n\≤640\\ K(n-257),& 641\≤n\≤1023\end{array}\right.$

1.3增益函数生成器3

信号在通带内高频段功率为1，低频段功率为0.5，产生增益函数

1.4乘法器4

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≤n≤1023

其中所述频-时转换装置02可以选用如下：

1.5Fourier变换器5

使用Fourier变换将X(n)变换到时域，得到

$x\left(k\right)=\mathrm{FFT}\left[X\left(n\right)\right]=\frac{1}{32}{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{1024}X\left(n\right)\·e^{-j2\mathrm{\πnk}/1024},0\≤k\≤1023$

其中所述时域截短装置03可以选用如下：

1.6序列截短器6

由于需要的长同步序列为1024点，因此不对Fourier变换产生的序

与如上所述生成长同步序列的带限随机序列生成装置一样，如图3所示的带限随机序列生成装置还可生成短同步序列，其包括在频域中生成频域序列的序列生成装置01，用于将频域序列转换到时域的频-时转换装置02；用于将从频域转换到时域的时域序列进行截短的时域截短装置03，其中所述序列生成装置01，具体由如下装置组成：

2.1复m序列发生器1

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，如图6所示，移位寄存器初始状态为00000001。

然后将m序列映射为复符号：

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

2.2m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序列定位在域变换前频域的适当位置，得到序列

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

2.3增益函数生成器3

根据通带内功率平均分布的信号频域特性，产生增益函数

2.4乘法器4

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≤n≤255

其中所述频-时转换装置02可选用如下：

2.5Fourier变换器5

使用Fourier变换将X(n)变换到时域，得到

$x\left(k\right)=\mathrm{FFT}\left[X\left(n\right)\right]=\frac{1}{16}{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{255}X\left(n\right)\·e^{-j2\mathrm{\πnk}/256},0\≤k\≤255$

其中所示时域截短装置03可以选用如下：

2.6序列截短器6

系统采用2个相邻的相同的长同步序列进行帧同步捕获。由于长同步序列为1024点，如果短同步序列为256点，则连续8个相同的短同步序列可能让接收机发生同步错误。因此，需要将时域序列x(k)截短至250点，得到最后的发送时域序列

y(k)＝x(k)，0≤k≤249

如上所述的实施例，频域序列由m序列随机序列产生，频-时转换由Fourier变换完成，实际上，根据本发明的带限随机序列生成方法及其装置，频域序列以及频-时转换可以任意选用不同的方式完成，例如上述实施例中生成短随机序列装置也可以用如图4的装置完成：

3.1使用复Gold序列发生器10代替复m序列发生器1

其中，Gold序列生成器由生成多项式为x⁸+x⁷+x⁶+x+1的m序列和生成多项式为x⁸+x⁷+x²++x+1的m序列模二加得到，记为M(n)，0≤n≤254，如图7所示，移位寄存器初始状态均为0000 0001。

然后将Gold序列映射为复符号

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

3.2使用Gold序列定位器20代替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Gold序列定位在域变换前频域的适当位置，得到序列

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

其中增益函数生成器以及乘法器均可选用与图3所示相同的装置，

3.3增益函数生成器3

根据通带内功率平均分布的信号频域特性，产生增益函数

3.4乘法器4

将定位后的Gold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≤n≤255

然后，

3.5使用Walsh变换器50代替Fourier变换器5

使用Walsh变换将X(n)变换到时域，得到

$x\left(k\right)=\mathrm{WT}\left[X\left(n\right)\right]=\frac{1}{16}{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{255}X\left(n\right)\·{(-1)}^{\underset{i=0}{\overset{255}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i\left(n\right)b_{255-i}\left(k\right)},0\≤k\≤255$

其中b_i(j)是j写成二进制形式后的第(i+1)个比特。

3.6序列截短器6

将时域序列x(k)截短至250点，得到最后的发送时域序列

y(k)＝x(k)，0≤k≤249

本发明并不局限于上述特定实施例，在不背离本发明精神及其实质情况下，本领域的普通技术人员可根据本发明作出各种相应改变和变形。这些相应改变和变形都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种随机序列生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a，在频域中生成频域序列；

步骤b，将频域生成的频域序列转换到时域；

步骤c，按照系统性能需要对从频域转换到时域的时域序列进行截短；

其中，所述步骤a包括：在频域中生成随机序列的步骤；将该随机序列映射为复符号的步骤；将得到的复符号随机序列定位在频域适当位置的步骤，所述频域适当位置为符合系统带宽要求以及无直流分量的位置；根据系统通带内功率分布特性，生成增益函数的步骤；将定位后的复符号随机序列与增益函数运算，得到变换前的频域序列的步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b可以使用Fourier变换、Walsh变换、Hadamard变换或小波变换完成。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述随机序列可以是m序列、Gold序列。

4.一种随机序列生成装置，其特征在于，包括：用于在频域中生成频域序列的序列生成装置；用于将频域序列转换到时域的频-时转换装置；用于将从频域转换到时域的时域序列进行截短的时域截短装置；

其中，所述序列生成装置包括：用于将随机序列转化为复符号随机序列的序列发生器；用于将复符号随机序列定位在频域适当位置的随机序列定位器，所述频域适当位置为符合系统带宽要求以及无直流分量的位置；根据系统通带内功率分布特性，生成增益函数的增益函数生成器；对随机序列定位器与增益函数生成器的输出做运算的运算器。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述频-时转换装置，可以是Fourier、Walsh、Hadamard或小波变换器。

6.如权利要求4所述的装置，其中，所述随机序列可以是m序列、Gold序列。

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