CN102123112B - 基于伪随机序列循环前缀的前向多径检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于伪随机序列循环前缀的前向多径检测方法，选取PN循环前缀保护间隔内的所需序列C1和C2；对两个序列分别进行快速沃尔什变换信道估计，并根据对应相位进行循环移位，得到序列W1和W2；按底部噪声门限对序列W1进行挑选，通过比较选中位置上数据W1和W2的相对大小关系来确定前向多径的位置p。本发明还公开了一种基于伪随机序列循环前缀的前向多径检测的装置。本发明通过比较两组沃尔什变换相对大小的方式，有效的避免了由于循环前缀引入的多径模糊问题；同时采用快速沃尔什变换，具有较低的运算复杂度，以便于适应动态信道环境进行实时检测。本发明适用于DTMB等无线通信系统。
Description
技术领域
本发明涉及无线信号传输领域，特别是涉及一种无线通信接收系统中基于PN(Pseudo-random Number伪随机序列)循环前缀的前向多径检测方法。本发明还涉及一种基于伪随机序列循环前缀的前向多径检测装置。
背景技术
在我国自主推出的数字电视地面广播国家标准——数字地面多媒体广播的系统(DTMB Digital Terrestrial Mult imedia Broadcast ing数字地面多媒体广播)中，发射端采用了以循环PN序列的时域填充作为保护间隔的时域同步正交频分复用技术(TDS-OFDM)。由于循环PN序列是接收端已知的，PN保护间隔可以用于快速系统同步和信道估计。
由于地面无线传输环境复杂多变(尤其是在城市中)，传播路径中很容易引入前向多径。能否准确检测前向多径的位置将对接收系统的性能产生直接影响，而且由于传播路径的时变性，要求进行前向多径的实时检测，这样才能保证地面接收的动态性能。这就对基于PN保护间隔的前向多径检测提出了较高要求。另外由于保护间隔的长度大于一个PN周期的长度，使得采用传统相关方法得到的多径位置具有模糊性，也给前向多径检测带来了困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无线通信接收系统中基于PN循环前缀的前向多径检测方法，既能克服传统相关方法引入的多径模糊性问题以保证前向多径检测的准确性，又能具有较低的运算复杂度，以便于适应动态信道环境进行实时检测；为此，本发明还要提供一种基于伪随机序列循环前缀的前向多径检测装置。
为解决上述技术问题，本发明的无线通信接收系统中基于PN循环前缀的前向多径检测方法，包括如下步骤：
步骤1、选取PN循环前缀保护间隔内，从保护间隔头部开始且长度为PN周期N的数据C1，对该数据C1进行快速沃尔什变换信道估计，得到结果序列S1；其中，N为大于1的整数；
步骤2、选取PN循环前缀保护间隔内，以保护间隔尾部为结束且长度为PN周期N的数据C2，对该数据C2进行快速沃尔什变换信道估计，得到结果序列S2；
步骤3、对步骤1得到的序列S1按照数据C1对应的PN循环前缀的相位进行相应循环移位得到序列W1；
步骤4、对步骤2得到的序列S2按照数据C2对应的PN循环前缀的相位进行相应循环移位得到序列W2；
步骤5、对步骤3得到的序列W1进行寻找底部噪声的操作，得到的W1序列的底部噪声为σ1；
步骤6、采用一个底部躁声门限thr_0对W1进行挑选，该门限为W1序列位置的分段函数，即在W1的不同区间位置上采用不同的底部噪声σ1的若干倍作为挑选门限，得到的位置为p；
步骤7、通过比较步骤6得到的位置p上W1和W2的相对大小关系来确定这些位置是否为前向多径。
根据选中位置p的具体位置采用不同的判据来判断相对大小，即判据为位置p的分段函数。
本发明的无线通信接收系统中基于PN循环前缀的前向多径检测装置，包括：
PN保护间隔截取模块，从接收的数据r中截取当前帧PN保护间隔中的长度为PN周期N，位置如所述方法中步骤1和步骤2所述的数据C1和C2；
数据处理沃尔什变换信道估计模块，与所述PN保护间隔截取模块相连，对来自PN保护间隔截取模块的数据C1和C2进行快速沃尔什变换信道估计，并对得到的序列按照数据C1和数据C2对应的PN循环前缀的相位进行相应循环移位，得到序列W1和W2；
前向多径判断模块，与所述数据处理沃尔什变换处理模块相连，对来自数据处理沃尔什变换信道估计模块的序列W1进行按底部噪声门限的挑选，通过比较选中位置上序列W1和W2的相对大小关系来确定前向多径的位置p。
采用本发明的方法和装置可以为后继信道估计模块的跟踪提供准确的前向多径位置，可以克服由PN循环引起的前向多径模糊问题；同时，本发明比传统相关方法具有更低的运算复杂度，可以适用于动态信道环境进行每帧实时跟踪。本发明不只适用于DTMB无线通信系统的接收系统，只要是采用了循环PN为前缀且前缀长度介于1个PN周期和几个PN周期之间的通信系统，在接收端都可以用本发明进行前向多径的位置估计。例如PN循环长度介于2至3个PN周期时，只需在方法中采用三个基于快速沃尔什变换的信道估计，然后比较相对大小。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明基于PN循环前缀的前向多径检测装置一实施例结构图；
图2是图1中PN保护间隔截取模块的控制过程示意图；
图3是图1中前向多径判断模块寻找底部噪声的控制过程示意图。
具体实施方式
在下面的描述中将以PN周期为255且循环保护间隔长度为420的DTMB接收系统中的前向多径检测为实施例对本发明进行说明。当然，对于PN周期为511且循环保护间隔长度为945的DTMB接收系统中的前向多径检测，本发明同样适用。应特别注意的是，在下面的描述中所述参数的常数取值，仅是为了方便实施例的描述，绝不用于限制本发明。
对于PN周期为255且循环保护间隔长度为420的DTMB接收系统，图1中的PN保护间隔截取模块分别选取从保护间隔头部开始且长度为255的数据C1和以保护间隔尾部为结束且长度为255的数据C2。PN保护间隔截取模块选取数据C1和数据C2的过程示意图可参见图2。
数据处理沃尔什变换处理模块对PN保护间隔截取模块得到的数据C1和数据C2进行快速沃尔什变换(Fast Walsh-Hadamard Transform)信道估计；快速沃尔什变换信道估计的具体实现方法可以参见本申请人已申请的中国发明专利申请公布说明书CN101330482A(公开日：2008年12月24日)，然后分别按照数据C1和数据C2对应的相位对变换结果进行相应的循环移位，得到结果序列W1和W2。注意C1和C2的相位如图2所示相差165，所以两者的沃尔什变换结果循环移位的偏移量也相差165。
前向多径判断模块对W1和W2进行寻找底部噪声的操作，W1和W2均为长为255的复数序列，底部噪声定义为序列模值的窗口宽度为M滑动平均的最小值。前向多径判断模块寻找底部噪声的控制过程如图3所示。把得到的W1序列的底部噪声记为σ1。
采用一个门限thr_0对W1进行挑选，该门限为W1序列位置的分段函数，如公式1所示。
(公式1)
其中ratio_1，ratio_2和ratio_3为可配置参数，用来控制每段区间内的门限大小，区间[1255]分段由参数a，b决定。
采用该门限thr_0对W1进行挑选，得到位置p。然后通过比较位置p上W1和W2的相对大小关系来确定这些位置是否为前向多径。相对大小的判据为位置p的分段函数。相对大小关系的具体比较方法如下：
计算位置p上W1和W2的模值大小，记为wa与wb，然后根据p的位置应用不同的判断标准来判断该位置上的多径是否为前向多径，如果前者大，则该p位置上的多径为前向多径。具体过程如下：
(1).p＜90时，比较ra*wa*p与(165+p)*wb的大小；
(2).90＜＝p＜128时，比较ra*wa*p与255*wb的大小；
(3).128＜＝p＜165时，比较255*wa与rb*wb*(255-p)的大小；
(4).165＜＝p＜＝255时，比较(420-p)*wa与rb*wb*(255-p)的大小。其中，ra，rb为可调参数。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进；例如，本发明的前向多径检测方法不只适用于DTMB系统，只要前后帧保护间隔为循环PN序列且保护间隔长度介于1个PN周期和几个PN周期之间的系统都可适用；这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于伪随机序列循环前缀的前向多径检测的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、选取PN循环前缀保护间隔内，从保护间隔头部开始且长度为PN周期N的数据C1，对该数据C1进行快速沃尔什变换信道估计，得到结果序列S1；
步骤2、选取PN循环前缀保护间隔内，以保护间隔尾部为结束且长度为PN周期N的数据C2，对该数据C2进行快速沃尔什变换信道估计，得到结果序列S2；
步骤3、对得到的序列S1和S2按照数据C1和C2对应的PN循环前缀的相位进行相应循环移位得到序列W1和W2；
步骤4、按底部噪声门限对序列W1进行挑选，得到位置p；底部噪声定义为序列模值的窗口宽度为M滑动平均的最小值；
步骤5、通过比较选中位置p上数据W1和W2的模值的相对大小关系来确定前向多径的位置p。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4中采用的底部噪声门限为W1序列位置的分段函数，即在W1的不同区间位置上采用不同的底部噪声的若干倍作为挑选门限。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5中所述的比较相对大小的具体方法是，根据选中位置p的具体位置采用不同的判据来判断该位置是否为前向多径，即判据为位置p的分段函数。
4.一种基于伪随机序列循环前缀的前向多径检测的装置，其特征在于，包括：
PN保护间隔截取模块，从接收的数据r中截取当前帧PN保护间隔中的长度为PN周期N，位置分别为从保护间隔头部开始的数据C1和以保护间隔尾部为结束的数据C2；
数据处理沃尔什变换信道估计模块，与所述PN保护间隔截取模块相连，对数据C1和C2进行快速沃尔什变换信道估计，并对得到的序列按照数据C1和数据C2对应的PN循环前缀的相位进行相应循环移位，得到序列W1和W2；
前向多径判断模块，与所述数据处理沃尔什变换信道估计模块相连，对数据W1按底部噪声门限进行挑选，通过比较选中位置上数据W1和W2的模值的相对大小关系来确定前向多径的位置p；底部噪声定义为序列模值的窗口宽度为M滑动平均的最小值。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述前向多径判断模块比较选中位置上数据W1和W2的相对大小关系来确定前向多径的位置p的过程是，计算位置p上W1和W2的模值大小，然后根据p的位置应用不同的判断标准来判断该位置上的多径是否为前向多径。
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