CN101997806A - 用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法及系统，该方法包括步骤：用所需携带的信令对同步子序列进行调制，得到调制子序列；将所述调制子序列与全零序列进行复接，得到复接序列；对所述复接序列进行循环移位；对循环移位后的数据进行差分编码的数据处理，或差分编码及傅立叶反变换/傅立叶变换的数据处理，得到数据块；对所述数据块进行保护前缀及保护后缀插入，得到最终的帧同步序列。利用本发明所提供方法及系统生成的用于数字传输的物理层帧同步序列，作为数字传输物理层帧结构的一部分，可同时用于模式识别、帧同步、定时同步、载波初始同步、部分信令传输等功能。

Description

用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法及系统

技术领域

本发明涉及数字传输技术领域，尤其涉及一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法及系统。

背景技术

正交频分复用技术(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技术被广泛应用于数字传输领域，包括数字广播和数字通信系统，比如数字视频广播(Digital VideoBroadcasting，DVB)、中国地面数字电视国家标准(Digital TelevisionMultimedia Broadcast，DTMB)和全球微波互联接入(WorldwideInteroperability for Microwave Access，WiMAX)等。这些标准或系统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由帧同步序列、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，即m大于或等于1，n大于或等于1。在DVB-T2中，所使用的物理层帧同步序列为P1符号，为一个长度为1024的OFDM数据块在时域加入保护所得到，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差分编码、扰码、子载波选取、1024点IFFT，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。在DTMB中，物理层帧同步序列为一组循环移位的PN序列，其多层的帧结构如图3所示，该种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用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法及系统，使得所生成的帧同步序列作为数字传输的物理层帧结构的一部分，可作为参考符号同时用于模式识别、帧同步、定时同步、载波初始同步、部分信令传输等功能，以克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种实施方案提供一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，该方法包括步骤：

S1.用所需携带的K个信令对K个同步子序列

进行调制，得到K个调制子序列，其中，K为任意大于等于0且小于等于N的整数；

S2.将所述K个调制子序列与P个全零序列

进行复接，得到长度为N的复接序列；

S3.对所述复接序列进行循环移位；

S4.对循环移位后的数据进行差分编码的数据处理，或差分编码及傅立叶反变换/傅立叶变换的数据处理，得到长度为N的数据块；

S5.对所述数据块进行保护前缀及保护后缀插入，得到最终的帧同步序列。

其中，同步子序列为PN序列，或GOLD序列，或WALSH序列。

其中，所述步骤S1中的调制方法为BPSK调制，或QPSK调制，或QAM调制。

其中，所述步骤S2中的复接方法为连续复接，或交替复接。

其中，所述连续复接的方法为：将所述调制子序列连续放置，将所述全零序列也连续放置，将二者复接；或将所述调制子序列分为两段放置，将所述全零序列放置于两段调制子序列之间复接；所述交替复接的方法为：将所述调制子序列与所述全零子序列交替放置复接。

其中，所述同步子序列S_i的长度为L_i，所述全零序列Z_j的长度为T_j，所述L_i、T_j、K、P满足等式

其中，

P为任意大于等于0且小于等于N的整数。

其中，所述数据块为单载波数据块或OFDM数据块。

其中，所述保护前缀为所述单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块，所述保护后缀为所述单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块逐点乘以-1，其中，M为小于等于N的正整数。

其中，所述保护前缀及保护后缀均为所述单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块，其中，M为小于等于N的正整数。

本发明另一实施方案还提供了一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，所述帧同步序列由长度为N的单载波数据块或OFDM数据块及其保护前缀和保护后缀构成，N为正整数，该方法包括步骤：将所述单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块作为所述保护前缀；将所述单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块逐点乘以-1作为所述保护后缀，M为小于等于N的正整数。

本发明另一实施方案还提供了一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，所述帧同步序列由长度为N的单载波数据块或OFDM数据块及其保护前缀和保护后缀构成，N为正整数，该方法包括步骤：将所述单载波数据块或OFDM数据块的后M个数据块作为所述保护前缀及保护后缀，M为小于等于N的正整数。

本发明另一实施方案还提供了一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成系统，该系统包括：调制模块，用于用所需携带的K个信令对K个同步子序列

进行调制，得到K个调制子序列；复接模块，用于将所述K个调制子序列与P个全零序列

进行复接，得到长度为N的复接序列，其中N为任意正整数，K为任意大于等于0且小于等于N的整数；移位模块，用于对所述复接序列进行循环移位；数据处理模块，用于对循环移位后的数据进行差分编码的数据处理，或差分编码及傅立叶反变换/傅立叶变换的数据处理，得到长度为N的数据块；辅助数据插入模块，用于对所述数据块进行保护前缀及保护后缀插入，得到最终的帧同步序列。

利用本发明所提供方法及系统生成的用于数字传输的物理层帧同步序列，作为数字传输物理层帧结构的一部分，可同时用于模式识别、帧同步、定时同步、载波初始同步、部分信令传输等功能。

附图说明

图1为数字传输系统帧结构示意图；

图2为DVB-T2中使用的帧同步序列的产生方法；

图3为DTMB中使用的物理层帧结构；

图4为依照本发明一种实施方式的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法流程图；

图5为依照本发明一种实施方式的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中连续复接方式示意图；

图6为依照本发明一种实施方式的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中另一种连续复接方式的示意图；

图7为依照本发明一种实施方式的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中交替复接方式示意图；

图8为依照本发明一种实施方式的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中保护前缀及后缀插入方式示意图；

图9为依照本发明一种实施方式的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中保护前缀及后缀另一种插入方式示意图；

图10为依照本发明一种实施方式的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成系统框图。

具体实施方式

本发明提出的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法及系统，结合附图和实施例说明如下。

如图4所示，为依照本发明一种实施方案的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法流程图，所生成的帧同步序列由长度为N的数据块及其保护前缀和保护后缀构成，N为正整数，该方法包括步骤：

S1.将所需携带的K个信令

对K个同步子序列

进行调制，得到K个调制子序列

的取值范围为大于等于0且小于q的整数，调制方式可以采用BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM等调制方式，所对应的q分别为2、4、16、64、256，以一种QPSK调制方式为例：

$U_i=\left\{\begin{array}{cc}{S}_i+\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=0\\ {-S}_i+\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=1\\ S_i-\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=2\\ -S_i-\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=3\end{array}\right.,1\≤i\≤K$

同步子序列可以选取PN序列，GOLD序列、WALSH序列等；

S2.在K个调制子序列

之间插入P个全零序列

进行复接，得到长度为N的复接序列V，其中，同步子序列S_j的长度为L_i，全零序列Z_i的长度为T_i，L_i、T_j、K、P满足等式

在此条件下，

K和P为任意大于等于0且小于等于N的整数；

S3.对复接序列V进行循环移位，循环移位可以是左循环移位或右循环移位，循环移位的个数为大于等于0且小于等于N的整数；

S4.对循环移位后的数据进行差分编码等的数据处理，或差分编码及傅立叶反变换/傅立叶变换等数据处理，得到长度为N的单载波数据块或OFDM数据块；

S5.对长度为N的单载波数据块或OFDM数据块进行保护前缀及保护后缀插入，得到最终的帧同步序列。

步骤S2中的复接方式有两种，一种是连续复接，一种是交替复接，连续复接方式有两种，连续复接方式1如图5所示，将调制子序列

连续放置，并将全零序列

连续放置，然后复接成复接序列V；连续复接方式2如图6所示，将调制子序列分成两段

和

将全零序列放置在

和之间，然后复接成复接序列V，其中K_l小于等于K；交替复接方式如图7所示，将调制子序列

与全零子序列

交替放置，然后复接成复接序列V。

其中，长度为N的数据块可以是长度为N的单载波数据块，或长度为N的OFDM数据块。

步骤S5中保护前缀以及保护后缀的插入方法也有两种，第一种插入方式如图8所示，保护前缀为单载波数据块或OFDM数据块的后M个数据块B，保护后缀为单载波数据块或OFDM数据块的后M个数据块逐点乘以-1，即-B，其中，N为任意正整数，M为任意小于等于N的正整数；第二种插入方式如图9所示，保护前缀及保护后缀均为单载波数据块或OFDM数据块的后M个数据块B，其中，N为任意正整数，M为任意小于等于N的正整数。

本发明另一实施方案还提供了一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，该帧同步序列由长度为N的单载波数据块或OFDM数据块及其保护前缀和保护后缀构成，N为正整数，该方法包括步骤：将单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块作为保护前缀；将单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块逐点乘以-1作为保护后缀，M为小于等于N的正整数。

本发明另一实施方案还提供了一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，该帧同步序列由长度为N的单载波数据块或OFDM数据块及其保护前缀和保护后缀构成，N为正整数，该方法包括步骤：将单载波数据块或OFDM数据块的后M个数据块作为保护前缀及保护后缀，M为小于等于N的正整数。

如图10所示，为依照本发明一种实施方案的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成系统框图，该系统包括：调制模块，用于用所需携带的K个信令对K个同步子序列

进行调制，得到K个调制子序列；复接模块，用于将K个调制子序列与P个全零序列

进行复接，得到长度为N的复接序列，其中N为任意正整数，K为任意大于等于0且小于等于N的整数；移位模块，用于对复接序列进行循环移位；数据处理模块，用于对循环移位后的数据进行差分编码的数据处理，或差分编码及傅立叶反变换/傅立叶变换的数据处理，得到长度为N的数据块；辅助数据插入模块，用于对数据块进行保护前缀及保护后缀插入，得到最终的帧同步序列。

实施例1

本实施例的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中，选取N＝1024，K＝7，P＝1，

为所需传输的7个信令，

为7个完全相同的长度为127的PN序列PN127，即S_i＝PN127，L_i＝127，1≤i≤7，Z₁＝zeros(135)，即Z₁为长度为135的全零序列，T₁＝135。

该方法包括步骤：

S1.将

分别按照

进行BPSK调制，得到调制子序列

即

$U_i=\left\{\begin{array}{cc}{S}_i,& b_i=1\\ {-S}_i,& b_i=0\end{array}\right.,1\≤i\≤7;$

S2.采用图5所示的连续复接方式1，在

之间插入1个全零序列Z₁＝zeros(135)，得到长度为1024的复接序列V，即V＝{U₁，U₂，U₃，U₄，U₅，U₆，U₇，Z₁}；

S3.将复接序列V左循环移位444个符号；

S4.将循环移位后的复接序列V经过差分编码和傅立叶反变换得到1024点OFDM数据块；

S5.按照图8所示的保护前缀、保护后缀插入方式将OFDM数据块的后512点(即B)作为保护前缀，将OFDM数据块的后512点逐点乘以-1(即-B)作为保护后缀，得到最终的长度为2048点的帧同步序列。

实施例2

本实施例的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中，选取N＝1024，K＝7，P＝1，

为所需传输的7个信令，

为7个完全相同的长度为127的PN序列PN127，即S_i＝PN127，L_i＝127，1≤i≤7，Z₁＝zeros(135)，即Z₁为长度为135的全零序列，T₁＝135。

该方法包括步骤：

S1.将

分别按照

进行BPSK调制，得到调制子序列

即

$U_i=\left\{\begin{array}{cc}{S}_i,& b_i=1\\ {-S}_i,& b_i=0\end{array}\right.,1\≤i\≤7;$

S2.采用图5所示的连续复接方式1，在

之间插入1个全零序列Z₁＝zeros(135)，得到长度为1024的复接序列V，即V＝{U₁，U₂，U₃，U₄，U₅，U₆，U₇，Z₁}；

S3.将复接序列V右循环移位444个符号；

S4.将循环移位后的复接序列V经过差分编码和傅立叶反变换得到1024点OFDM数据块；

S5.按照图9所示的保护前缀、保护后缀插入方式将OFDM数据块的后512点(即B)作为保护前缀，将OFDM数据块的后512点(即B)作为保护后缀，得到最终的长度为2048点的帧同步序列。

实施例3

本实施例的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中，选取N＝2048，K＝6，P＝1，

为所需传输的6个信令，

为6个完全相同的长度为256的WALSH序列WALSH256，即S_i＝WALSH256，L_i＝256，1≤i≤6，Z₁＝zeros(512)，即Z₁为长度为512的全零序列，T₁＝512。

该方法包括步骤：

S1.将

分别按照

进行QPSK调制，得到调制子序列

即

$U_i=\left\{\begin{array}{cc}{S}_i+\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=2\\ {-S}_i+\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=3\\ S_i-\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=0\\ -S_i-\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=1\end{array}\right.,1\≤i\≤6;$

S2.采用图6所示的连续复接方式1，在

之间插入1个全零序列Z₁＝zeros(512)，得到长度为2048的复接序列V，即V＝{U₁，U₂，U₃，Z₁，U₄，U₅，U₆}；

S3.将复接序列V右循环移位256个符号；

S4.将循环移位后的复接序列V经过差分编码和傅立叶反变换得到2048点OFDM数据块；

S5.按照图8所示的保护前缀、保护后缀插入方式将OFDM数据块的后1024点(即B)作为保护前缀，将OFDM数据块的后1024点逐点乘以-1(即-B)作为保护后缀，得到最终的长度为4096点的帧同步序列。

实施例4

本实施例的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中，选取N＝2048，K＝6，P＝1，

为所需传输的6个信令，

为6个完全相同的长度为256的WALSH序列WALSH256，即S_i＝WALSH256，L_i＝256，1≤i≤6，Z₁＝zeros(512)，即Z₁为长度为512的全零序列，T₁＝512。

该方法包括步骤：

S1.将

分别按照

进行QPSK调制，得到调制子序列

即

$U_i=\left\{\begin{array}{cc}{S}_i+\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=0\\ {-S}_i+\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=1\\ S_i-\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=2\\ -S_i-\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=3\end{array}\right.,1\≤i\≤6;$

S2.采用图5所示的连续复接方式1，在

之间插入1个全零序列Z₁＝zeros(512)，得到长度为2048的复接序列V，即V＝{U₁，U₂，U₃，U₄，U₅，U₆，Z₁}；

S3.将复接序列V左循环移位256个符号；

S4.将循环移位后的复接序列V经过差分编码换得到2048点单载波数据块；

S5.按照图9所示的保护前缀、保护后缀插入方式将单载波数据块的后1024点(即B)作为保护前缀，将单载波数据块的后1024点(即B)作为保护后缀，得到最终的长度为4096点的帧同步序列。

实施例5

本实施例的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中，选取N＝4096，K＝4，P＝1，

为所需传输的4个信令，

为4个完全相同的长度为63的GOLD序列GOLD63，即S_i＝GOLD63，L_i＝63，1≤i≤4，Z₁＝zeros(3844)，即Z₁为长度为3844的全零序列，T₁＝3844。

该方法包括步骤：

S1.将分别按照

进行BPSK调制，得到调制子序列

即

$U_i=\left\{\begin{array}{cc}{S}_i+\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=2\\ {-S}_i+\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=3\\ S_i-\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=0\\ -S_i-\mathrm{sqrt}(-1)\×S_i,& b_i=1\end{array}\right.,1\≤i\≤4$

S2.采用图5所示的连续复接方式1，在之间插入1个全零序列Z₁＝zeros(3844)，得到长度为4096的复接序列V，即V＝{U₁，U₂，U₃，U₄，Z₁}；

S3.将复接序列V右循环移位1922个符号；

S4.将循环移位后的复接序列V经过差分编码和傅立叶反变换得到4096点OFDM数据块；

S5.按照图8所示的保护前缀、保护后缀插入方式将OFDM数据块的后2048点(即B)作为保护前缀，将OFDM数据块的后2048点逐点乘以-1(即-B)作为保护后缀，得到最终的长度为8192点的帧同步序列。

实施例6

本实施例的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法中，选取N＝4096，K＝4，P＝1，为所需传输的4个信令，

为4个完全相同的长度为63的GOLD序列GOLD63，即S_i＝GOLD63，L_i＝63，1≤i≤4，

为4个完全相同的长度为961的全零序列，z_j＝zeros(961)，即T_j＝961。

该方法包括步骤：

S1.将

分别按照

进行QPSK调制，得到调制子序列

即

$U_i=\left\{\begin{array}{cc}{S}_i,& b_i=0\\ {-S}_i,& b_i=1\end{array}\right.,1\≤i\≤4$

S2.采用图7所示的连续复接方式2，在

之间插入4个全零序列Z_i＝zeros(961)，得到长度为4096的复接序列V，即V＝{U₁，Z₁，U₂，Z₂，U₃，Z₃，U₄，Z₄}；

S3.将复接序列V右循环移位1922个符号；

S4.将循环移位后的复接序列V经过差分编码得到4096点单载波数据块；

S5.按照图9所示的保护前缀、保护后缀插入方式将单载波数据块的后2048点(即B)作为保护前缀，将单载波数据块的后2048点(即B)作为保护后缀，得到最终的长度为8192点的帧同步序列。

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 (12)

1.一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，所述帧同步序列由长度为N的数据块及其保护前缀和保护后缀构成，N为正整数，该方法包括步骤：

S1.用所需携带的K个信令对K个同步子序列

进行调制，得到K个调制子序列，其中，K为任意大于等于0且小于等于N的整数；

S2.将所述K个调制子序列与P个全零序列

进行复接，得到长度为N的复接序列；

S3.对所述复接序列进行循环移位；

S4.对循环移位后的数据进行差分编码的数据处理，或差分编码及傅立叶反变换/傅立叶变换的数据处理，得到长度为N的数据块；

S5.对所述数据块进行保护前缀及保护后缀插入，得到最终的帧同步序列。

2.如权利要求1所述的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，其特征在于，同步子序列为PN序列，或GOLD序列，或WALSH序列。

3.如权利要求1所述的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，其特征在于，所述步骤S1中的调制方法为BPSK调制，或QPSK调制，或QAM调制。

4.如权利要求1所述的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，其特征在于，所述步骤S2中的复接方法为连续复接，或交替复接。

5.如权利要求4所述的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，其特征在于，

所述连续复接的方法为：将所述调制子序列连续放置，将所述全零序列也连续放置，将二者复接；或

将所述调制子序列分为两段放置，将所述全零序列放置于两段调制子序列之间复接；

所述交替复接的方法为：将所述调制子序列与所述全零子序列交替放置复接。

6.如权利要求1所述的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，其特征在于，所述同步子序列S_i的长度为L_i，所述全零序列Z_j的长度为T_i，所述L_i、T_j、K、P满足等式

其中，

P为任意大于等于0且小于等于N的整数。

7.如权利要求1所述的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，其特征在于，所述数据块为单载波数据块或OFDM数据块。

8.如权利要求7所述的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，其特征在于，所述保护前缀为所述单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块，所述保护后缀为所述单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块逐点乘以-1，其中，M为小于等于N的正整数。

9.如权利要求7所述的用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，其特征在于，所述保护前缀及保护后缀均为所述单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块，其中，M为小于等于N的正整数。

10.一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，所述帧同步序列由长度为N的单载波数据块或OFDM数据块及其保护前缀和保护后缀构成，N为正整数，该方法包括步骤：将所述单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块作为所述保护前缀；将所述单载波数据块或OFDM数据块后M个数据块逐点乘以-1作为所述保护后缀，M为小于等于N的正整数。

11.一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成方法，所述帧同步序列由长度为N的单载波数据块或OFDM数据块及其保护前缀和保护后缀构成，N为正整数，该方法包括步骤：将所述单载波数据块或OFDM数据块的后M个数据块作为所述保护前缀及保护后缀，M为小于等于N的正整数。

12.一种用于数字传输的物理层帧同步序列的生成系统，其特征在于，该系统包括：

调制模块，用于用所需携带的K个信令对K个同步子序列

进行调制，得到K个调制子序列；

复接模块，用于将所述K个调制子序列与P个全零序列

进行复接，得到长度为N的复接序列，其中N为任意正整数，K为任意大于等于0且小于等于N的整数；

移位模块，用于对所述复接序列进行循环移位；

数据处理模块，用于对循环移位后的数据进行差分编码的数据处理，或差分编码及傅立叶反变换/傅立叶变换的数据处理，得到长度为N的数据块；

辅助数据插入模块，用于对所述数据块进行保护前缀及保护后缀插入，得到最终的帧同步序列。

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