CN101102446B - 一种数字视频广播信号的检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字视频广播信号的检测方法，该数字视频广播信号为具有循环前缀的正交频分复用信号，该方法包括：A、对接收信号r(k)与r(k+N)进行共轭相乘，并对共轭相乘的乘积在L长度内进行累加取模，其中r(k+N)是将r(k)时延N的结果，N为正交频分复用符号内的载波数，L为循环前缀的长度；B、当累加取模的结果出现峰值时，确定接收信号r(k)为数字视频广播信号。本发明还公开了一种数字视频广播信号的检测装置。应用本发明能够确定数字视频广播信号的存在性，并且租赁用户可以有效使用未被电视台占用的频谱，能够极大地节省频谱资源。另外，本发明的适用范围也非常广泛。

Description

一种数字视频广播信号的检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及数字视频广播技术领域，更具体地说，本发明涉及一种数字视频广播信号的检测方法及检测装置。

背景技术

进入二十一世纪以来，无线通信技术正以前所未有的速度向前发展。随着用户对各种实时多媒体业务需求的增加以及互联网技术的迅猛发展，未来的无线通信技术将会有更高的信息传输速率，以为用户提供更大的便利。为了支持更高的信息传输速率和更高的用户移动速度，在下一代的无线通信中需要采用频谱效率更高、抗多径干扰能力更强的无线传输技术。在当前提供高速率传输的各种无线方案中，以正交频分复用(OFDM)为代表的多载波调制技术是最有前途的方案之一。

另外，经过多年的发展，以数字视频广播技术为代表的数字多媒体广播(DMB)技术也取得了大量的成果。卫星数字视频广播(比如欧洲的DVB-S、DVB-S2，韩国和日本的S-DMB)、有线数字视频广播(比如欧洲的DVB-C)、地面数字视频广播(比如欧洲的DVB-T、美国的ATSC、日本的IDSB-T)、移动数字视频广播(比如欧洲的DVB-H、美国高通公司的Media-FLO)等，已经在许多国家和地区获得广泛的应用，取得了丰硕的社会和经济效益。

目前，在地面数字视频广播中，采用美国ATSC标准的有5个国家或地区，其中已有两家经过技术比较研究后退出，而决定采用欧洲DVB-T标准的已有33个国家或地区。

在各种数字视频广播中，无线频谱是一种非常宝贵的自然资源，对它的使用均需要得到有关部门的授权才可以。但是随着科学技术的发展以及人们对生活质量要求的日益提高，频谱资源日益紧缺。与此同时，很多被授权的频谱资源没有被充分利用，它们在时间、频率或者空间上经常处于空闲状态；而另一方面，很多需要使用某个频段的频谱资源的用户由于没有被授权而不能使用。由此造成了频谱资源的极大浪费。比如电视信号，一般说来，在同一个地方所有被授权的电视频段并没有被完全占用。越来越多的机构、公司等意识到这一问题，提出“租赁用户(SU)”机会性使用这些频谱资源。因此，可靠地检测某个电视频段上是否被电视台所占用，以使得租赁用户可以有效使用未被电视台占用的频谱显得日益重要。

然而，现有技术中并没有检测基于OFDM的数字视频广播信号存在性的相关技术，因此无法判断某个频段上是否存在数字视频广播信号。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种数字视频广播信号的检测方法，以确定数字视频广播信号的存在性。

本发明的另一目的是提出一种数字视频广播信号的检测装置，以确定数字视频广播信号的存在性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样确定的：

一种数字视频广播信号的检测方法，该数字视频广播信号为具有循环前缀的正交频分复用信号，该方法包括：

A、对接收信号r(k)与r(k+N)进行共轭相乘，并对所述共轭相乘的乘积在L长度内进行累加取模，其中r(k+N)是将r(k)时延N个采样时间间隔的结果，N为正交频分复用符号内的载波数，L为所述循环前缀的长度；

B、当所述累加取模的结果出现峰值时，确定所述接收信号r(k)为数字视频广播信号。

步骤A所述在L长度内进行累加取模为：

对所述共轭相乘的乘积在[θ，θ+N+L-1)的范围内进行累加取模，θ为接收信号r(k)与发射信号之间时延了θ个采样时间间隔，所述累加取模的结果为Λ_{B_CP}，其中：

${\mathrm{\Λ}}_{B\_\mathrm{CP}}=\left|\underset{k=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+N)\right|,$ 其中r^*(k)为接收信号r(k)的共轭。

所述θ的取值范围为[0，N+L-1)。

所述θ的取值范围为[0，N+L-1)中的整数。

所述数字视频广播信号为DVB-T信号、DVB-H信号、DVB-S信号、DVB-S2信号、S-DMB信号、DVB-C信号、Media-FLO信号、或IDSB-T信号。

一种数字视频广播信号的检测装置，该数字视频广播信号为具有循环前缀的正交频分复用信号，该装置包括：

共轭单元，用于对接收信号r(k)取共轭，得到r^*(k)；

时延单元，用于将接收信号r(k)延时N个采样时间间隔，得到r(k+N)；

乘法器，用于将r^*(k)与r(k+N)相乘，并将乘积送到累加取模单元；

累加取模单元，用于对所述乘积在L长度内进行累加取模，并将累加取模的结果发送到峰值检测单元，其中L为所述循环前缀的长度；

峰值检测单元，用于当所述累加取模的结果出现峰值时，确定所述接收信号r(k)为数字视频广播信号。

所述累加取模单元，用于在[θ，θ+N+L-1)的范围内对所述乘积进行累加取模，θ为r(k)与发射信号之间时延了θ个采样时间间隔，所述累加取模的结果为Λ_{B_CP}，其中：

${\mathrm{\Λ}}_{B\_\mathrm{CP}}=\left|\underset{k=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+N)\right|.$

所述θ的取值范围为[0，N+L-1)。

所述θ的取值范围为[0，N+L-1)中的整数。

所述数字视频广播信号为DVB-T信号、DVB-H信号、DVB-S信号、DVB-S2信号、S-DMB信号、DVB-C信号、Media-FLO信号、或IDSB-T信号。

一种数字视频广播信号接收机，该接收机包括如上任一项所述的数字视频广播信号的检测装置。

从上述技术方案中可以看出，在本发明中，首先对接收信号r(k)与r(k+N)进行共轭相乘，并对所述共轭相乘的乘积在L长度内进行累加取模，其中r(k+N)是将r(k)时延N的结果，N为正交频分复用符号内的载波数，L为所述循环前缀的长度，然后当所述累加取模的结果出现峰值时，确定所述接收信号为数字视频广播信号。由此可见，本发明充分利用了循环前缀内的采样与同符号内相隔N的采样之间的相关性，通过判断累加取模的结果是否出现峰值而实现了对数字视频广播信号存在性的判断。本发明能够判断某个频段上是否存在数字视频广播信号。正是根据本发明，租赁用户可以有效使用未被电视台占用的频谱资源，从而极大地节省了频谱资源。

另外，本发明能够适用于具有循环前缀的所有正交频分复用视频信号，因此适用范围也非常广泛。

附图说明

图1为连续导引(pilot)信号的载波位置示意图。

图2为8MHz的电视信道下的循环前缀设置示意图。

图3为OFDM符号结构示范性示意图。

图4为根据本发明的数字视频广播信号检测方法的示范性流程图。

图5为根据本发明的数字视频广播信号检测装置的示范性结构图。

图6为最大似然(ML)估计算法和根据本发明实施例对DVB-T电视信号存在性进行检测的比较图，其中虚警概率为0.01。

图7为ML估计算法和根据本发明实施例对DVB-T电视信号存在性进行检测的比较图，其中虚警概率为0.05。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明所提出的数字视频广播信号的检测方法，适用于具有循环前缀(CP)的正交频分复用(OFDM)信号。DVB-T电视信号是一种典型的具有循环前缀的OFDM信号。为了阐述方便。下面以DVB-T电视信号为例对本发明进行详细说明。

首先，对DVB-T的技术作出说明。DVB-T电视信号采用OFDM调制方式将电视信号通过快速傅立叶反变换(IFFT)调制到N个正交子载波上。根据子载波的个数，分为2k模式与8k模式。在这N个子载波中，有的携带电视信号，有的则携带用以同步的导引信号。DVB-T标准定义了两种导引信号：连续导引信号与分散导引信号。

携带连续导引信号的载波的序号k(k＝0，...，N-1)是固定的，其具体取值如图1所示；而携带分散导引信号载波的序号取值在1个OFDM符号内是变化的，但在每4个OFDM符号内是相同的。用c_m，l，k表示进行IFFT变换前，对应于第m个OFDM帧内第l个OFDM符号的第k个载波上的调制信号(调制方式可以为QPSK、16-QAM或者64-QAM)。在第l(0≤l≤67)个OFDM符号内，分配给分散导引信号的载波序号k满足：

{k＝K_min+3×(1 mod 4)+12p|p为整数，p≥0，k∈[K_min，K_max]}  (1)

其中K_min＝0，在2k、8k两种模式下K_max分别为1704、6816。调制到第k个载波上的分散导引信号具体取值为

Re{c_m，l，k}＝4/3×2(1/2-w_k)                               (2)

Im{c_m，l，k}＝0                                            (3)

其中w_k为伪随机二进制序列(PRBS)中第k个比特，具体取值为0或1。

此外，为了防止符号间干扰(ISI)以及载波间干扰(ICI)，进行IFFT变换得到的时域OFDM符号的最后L个采样被复制到该OFDM符号的前面，作为其前缀，又称为循环前缀(CP)。图2为8MHz的电视信道下的循环前缀设置图。这两部分共同构成一个完整的OFDM符号。

用r(k)表示接收信号在时域上的第k个采样，s(k)表示发射的DVB-T电视信号，n(k)表示加性噪声及干扰，h_l(l＝0，...，L_h-1)表示多径衰落信道第l径的系数。判断DVB-T电视信号是否存在的检测问题可归为如下的假设检验：

$\left\{\begin{array}{c}{H}_1:r\left(k\right)=\underset{l=0}{\overset{L_h-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{l}s(k-1)+n\left(k\right)\\ H_0:r\left(k\right)=n\left(k\right)\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中H₁、H₀分别表示DVB-T电视信号存在、不存在两种情况；其中w_k为伪随机二进制序列(PRBS)中第k个比特，具体取值为0或1。

基于上述检测模型，下面详细描述本发明。

图3为OFDM符号结构示范性示意图。用N表示1个OFDM符号内的载波数，L表示循环前缀(CP)的长度，因此发射的1个OFDM符号在时域上的长度为N+L。由于每个OFDM符号的前L个采样为其循环前缀，且与该符号内最后L个数据相同，因此循环前缀内的每个采样与同符号内相距N的采样之间具有较强的相关性。

根据这一特性，在AWGN信道下用于确定OFDM符号时延大小的最大似然(ML)估计，该检测统计量为：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_{\mathrm{ML}}=\arg \underset{\mathrm{\θ}}{\max }\left\{\right|\underset{k=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+N)|-\frac{\mathrm{\ρ}}{2}(\underset{k=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(k\right)\right|}^2+{\left|r(k+N)\right|}^2)\}---\left(5\right)$

其中θ表示发射机与接收机之间，参数ρ为

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{SNR}}{\mathrm{SNR}+1}---\left(6\right)$

如果直接以式(5)作为进行DVB-T电视信号存在性检测的统计量，得到的仿真性能并不十分理想，这是因为该式是以时延θ为自变量而建立的目标函数，与本发明检测信号是否存在的目的不尽相同。可以去掉式(5)中的第二部分，直接将第一部分作为检测DVB-T电视信号是否存在的检测统计量，即

${\mathrm{\Λ}}_{B\_\mathrm{CP}}=\left|\underset{k=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+N)\right|---\left(7\right)$

可以如此理解式(7)：将接收信号r(k)与r(k+N)进行共轭相乘，并在L长度内进行累加取模。若接收信号为DVB-T电视信号，则累加取模的结果会出现峰值；若没有DVB-T电视信号存在，则这种累加取模得到的结果出现随机波动，没有峰值出现。

在实际环境中由于信道等因素的影响，接收信号r(k)与发射信号s(k)之间存在一定的时延θ。因此需要将接收信号逐采样滑动相关，然后累加，若在1个OFDM符号内找到峰值，则判H₁为真，否则判H₀为假。根据这种思想，得到用以检测DVB-T信号是否存在的基于循环前缀的滑动相关算法。其中θ的取值范围为[0，N+L-1)，优选θ的取值范围为[0，N+L-1)中的整数。如前所述，由于时延θ是未知的，因此在接收端将接收信号逐采样滑动，滑动的范围即为θ的取值范围，即[0，N+L-1)。

显然，本领域技术人员可以意识到，以上以DVB-T电视信号为例进行说明仅是示范性的，并不用于限制本发明的保护范围。本发明实质上适用于确定任意类型的具有循环前缀的OFDM视频信号存在性的情形。

图4为根据本发明的数字视频广播信号检测方法的示范性流程图。如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤401：对接收信号r(k)与r(k+N)进行共轭相乘，并对所述共轭相乘的乘积在L长度内进行累加取模，其中r(k+N)是将r(k)时延N的结果，N为正交频分复用符号内的载波数，L为所述循环前缀的长度；

其中，当考虑到接收信号r(k)与发射信号之间存在时延时，在L长度内进行累加取模可以具体为：

对所述共轭相乘的乘积在[θ，θ+N+L-1)的范围内进行累加取模，θ为接收信号r(k)与发射信号之间，所述累加取模的结果为Λ_{B_CP}，其中：

${\mathrm{\Λ}}_{B\_\mathrm{CP}}=\left|\underset{k=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+N)\right|,$ 其中r^*(k)为接收信号r(k)的共轭。

优选地，θ的取值范围为[0，N+L-1)。更加优选地，一般取θ为整数，则θ的取值范围可以为[0，N+L-1)中的整数。

其中，所述数字视频广播信号可以为具有循环前缀的任意OFDM视频广播信号。比如：DVB-T信号、DVB-H信号、DVB-S信号、DVB-S2信号、S-DMB信号、DVB-C信号、Media-FLO信号、IDSB-T信号等。

步骤402：当所述累加取模的结果出现峰值时，确定所述接收信号r(k)为数字视频广播信号。

若接收信号为数字视频广播信号，则累加取模的结果会出现峰值；若没有数字视频广播信号存在，则这种累加取模得到的结果出现随机波动，没有峰值出现。因此，可以通过检测是否存在峰值来确定数字视频广播信号是否存在。

优选地，当θ的取值范围可以为[0，N+L-1)中的整数时，由 ${\mathrm{\Λ}}_{B\_\mathrm{CP}}=\left|\underset{k=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+N)\right|$ 可以计算得到N+L个数值，然后从这N+L个数值中选取最大的一个输出，并将该输出结果与预先设定的门限值进行比较，如果大于该门限值，则认为数字视频广播信号存在，否则判决数字视频广播信号是不存在。

通常，接收信号r(k)与发射信号s(k)之间存在一定的时延θ，因此优选将接收信号逐采样滑动相关，然后累加，若在1个OFDM符号内找到峰值，则判数字视频广播信号存在，否则判数字视频广播信号不存在。优选在接收端将接收信号逐采样滑动，滑动的范围即为θ的取值范围，即[0，N+L-1)。

根据上述方法，本发明还提出了一种数字视频广播信号的检测装置，该数字视频广播信号为具有循环前缀的正交频分复用信号。图5为根据本发明的数字视频广播信号检测装置的示范性结构图。如图5所示，该装置包括：

共轭单元501，用于对接收信号r(k)取共轭，得到r^*(k)；

时延单元502，用于将接收信号r(k)延时N，得到r(k+N)；

乘法器503，用于将r^*(k)与r(k+N)相乘，并将乘积送到累加取模单元504；

累加取模单元504，用于对所述乘积在L长度内进行累加取模，并将累加取模的结果发送到峰值检测单元505，其中L为所述循环前缀的长度；

峰值检测单元505，用于当所述累加取模的结果出现峰值时，确定所述接收信号r(k)为数字视频广播信号。

优选地，累加取模单元504，用于在[θ，θ+N+L-1)的范围内对所述乘积进行累加取模，θ为r(k)与发射信号之间，所述累加取模的结果为Λ_{B_CP}，其中：

${\mathrm{\Λ}}_{B\_\mathrm{CP}}=\left|\underset{k=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+N)\right|.$

同样，此处的数字视频广播信号优选为DVB-T信号、DVB-H信号、DVB-S信号、DVB-S2信号、S-DMB信号、DVB-C信号、Media-FLO信号、或IDSB-T信号等。

本发明所提出的检测装置可以有多种应用场所，既可以独立成为单一设备，也可以并入到数字视频广播信号接收机等设备中。

下面以DVB-T电视信号为例对本发明进行仿真说明。同样，本领域技术人员可以意识到，以DVB-T电视信号为例进行仿真仅是示范性的，并不用于限制本发明的保护范围。

图6与图7给出了基于同步算法中ML估计以及本发明利用循环前缀对DVB-T信号存在性进行检测的仿真曲线。其中，图6中虚警概率为0.01，图7中虚警概率为0.05。上述都仿真采用ATSC信道，DVB-T信号采用2k模式，即N＝2048，循环前缀类型为1/4，即L＝512，DVB-T电视信号采用64QAM调制，检测时间为4个OFDM符号长度，即1.12ms。

由图6和图7可见，相比ML算法，本发明的误检测概率(Probability ofMiss Detection)有了明显的下降，对DVB-T信号存在性检测有了极大的改善。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种数字视频广播信号的检测方法，其特征在于，该数字视频广播信号为具有循环前缀的正交频分复用信号，该方法包括：

A、对接收信号r(k)与r(k+N)进行共轭相乘，并对所述共轭相乘的乘积在L长度内进行累加取模，其中r(k+N)是将r(k)时延N个采样时间间隔的结果，N为正交频分复用符号内的载波数，L为所述循环前缀的长度；

B、当所述累加取模的结果出现峰值时，确定所述接收信号r(k)为数字视频广播信号。

2.根据权利要求1所述的数字视频广播信号的检测方法，其特征在于，步骤A所述对共轭相乘的乘积在L长度内进行累加取模为：

对所述共轭相乘的乘积在[θ，θ+N+L-1)的范围内进行累加取模，θ为接收信号r(k)与发射信号之间时延了θ个采样时间间隔，所述累加取模的结果为Λ_{B_CP}，其中：

${\mathrm{\Λ}}_{B\_\mathrm{CP}}=\left|\underset{k=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+N)\right|,$ 其中r^*(k)为接收信号r(k)的共轭。

3.根据权利要求2所述的数字视频广播信号的检测方法，其特征在于，所述θ的取值范围为[0，N+L-1)。

4.根据权利要求3所述的数字视频广播信号的检测方法，其特征在于，所述θ的取值范围为[0，N+L-1)中的整数。

5.根据权利要求1所述的数字视频广播信号的检测方法，其特征在于，所述数字视频广播信号为DVB-T信号、DVB-H信号、DVB-S信号、DVB-S2信号、S-DMB信号、DVB-C信号、Media-FLO信号、或IDSB-T信号。

6.一种数字视频广播信号的检测装置，其特征在于，该数字视频广播信号为具有循环前缀的正交频分复用信号，该装置包括：

共轭单元，用于对接收信号r(k)取共轭，得到r^*(k)；

时延单元，用于将接收信号r(k)延时N个采样时间间隔，得到r(k+N)；

乘法器，用于将r^*(k)与r(k+N)相乘，并将乘积送到累加取模单元；

累加取模单元，用于对所述乘积在L长度内进行累加取模，并将累加取模的结果发送到峰值检测单元，其中L为所述循环前缀的长度；

峰值检测单元，用于当所述累加取模的结果出现峰值时，确定所述接收信号r(k)为数字视频广播信号。

7.根据权利要求6所述的数字视频广播信号的检测装置，其特征在于，所述累加取模单元，用于在[θ，θ+N+L-1)的范围内对所述乘积进行累加取模，θ为r(k)与发射信号之间时延了θ个采样时间间隔，所述累加取模的结果为Λ_{B_CP}，其中：

${\mathrm{\Λ}}_{B\_\mathrm{CP}}=\left|\underset{k=\mathrm{\θ}}{\overset{\mathrm{\θ}+L-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+N)\right|.$

8.根据权利要求7所述的数字视频广播信号的检测装置，其特征在于，所述θ的取值范围为[0，N+L-1)。

9.根据权利要求8所述的数字视频广播信号的检测装置，其特征在于，所述θ的取值范围为[0，N+L-1)中的整数。

10.根据权利要求6所述的数字视频广播信号的检测装置，其特征在于，所述数字视频广播信号为DVB-T信号、DVB-H信号、DVB-S信号、DVB-S2信号、S-DMB信号、DVB-C信号、Media-FLO信号、或IDSB-T信号。

11.一种数字视频广播信号接收机，其特征在于，该接收机包括如权利要求6-10中任一项所述的数字视频广播信号的检测装置。

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