CN102891814B - 一种基于p1符号实现信道多径检测的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于P1符号实现信道多径检测的方法。本发明利用P1符号的两个特点：P1符号由一个有用部分A及其前后保护C、B构成，这是P1符号区别于P2及OFDM数据符号的结构特点；P1符号的自相关及互相关特性良好。本发明方法具体包括：在接收信号中利用P1符号本身结构特点进行同步，识别出P1符号所在位置；将本地P1符号与同步后的接收信号进行互相关获得相关峰；识别有效多径进行多径检测。本发明无需获取OFDM符号中的导频信息，运算复杂度大大降低；利用P1自身结构特点进行P1符号同步，无需预知其它系统传输参数；多径检测的时延估计不受OFDM符号时间长度的限制，理论上可以检测两个T2帧时间长度内的任意时延多径。

Description

一种基于P1符号实现信道多径检测的方法

技术领域

本发明涉及DVB-T2(Second Generation Digital Terrestrial TelevisionBroadcasting System，第二代欧洲数字地面电视广播传输标准)信号分析领域，特别是涉及一种基于P1符号的信道多径检测方法。

背景技术

DVB-T2标准于2008年6月公布,相对DVB-T(Digital Terrestrial TelevisionBroadcasting System，欧洲数字地面电视广播传输标准)致力于提高近30％的系统容量，在8MHz频谱带宽内所支持的最高TS(Transport Stream，传送流)流传输速率约50.1Mbit/s。DVB-T2提供了三层帧结构:第一层为超帧，第二层为T2帧，第三层为OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)符号，其中T2帧是基本元素。每一个T2帧(最长250ms)由多个OFDM符号组成，包括一个P1符号、若干个P2符号和多个数据OFDM符号。

DVB-T2系统中含有5种导频:离散导频、连续导频、边界导频、P2符号导频和帧结束导频，并且DVB-T2提供了8种不同的离散导频图案，该导频图案参数由FFT点数和保护间隔大小共同决定。

传统方式的多径检测是基于OFDM符号的CIR(Channel Impulse Response，信道冲击响应)进行的，所估计的多径时延局限在一个OFDM符号内。即传统方式首先由OFDM符号中的导频信息得到CFR(Channel Frequency Response，信道频率响应)，再经过IFFT(Inverse Fast Fourier Transform快速傅里叶逆变换)得到CIR，从而实现信道中的多径时延及幅度估计。

为了更好的解释本发明，首先对DVB-T2系统中的P1符号结构及其生成过程进行说明。

P1符号在DVB-T2系统中格式固定，为1024点FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)的OFDM块及其前后保护，携带7比特信令。P1符号在8MHz系统中持续时间共224μs(2048个采样点)。其结构如图1所示，1024点FFT符号的A部分有用信号持续时间112μs，另外两个改进的保护间隔C和B的持续时间分别是59μs(542个采样点)和53μs(482个采样点)。图2示出了生成P1符号的流程图。

P1载波分布：在1k的853个有用载波中，考虑中间的766个载波，这766个载波里面只有384个有效载波携带信息，其余载波均置为0。有效载波是通过DBPSK(DifferentialBinary Phase Shift Keying，差分二进制移相键控)调制S₁,S₂实现的，其中S₁有8个有效值(编码3比特信息，转化成互相正交的序列是64比特的CSS_s1)，S₂有16个有效值(编码4比特信息，转化成互相正交的序列是256比特的CSS_s2)，S₁,S₂的调制模式见表1。P1载波分布如表2所示,表中k_p1(0)...k_p1(383)表示P1中有用载波序号。

表1

表2

产生最终调制信号的过程如下：

1383比特调制序列MSS_SEQ由两个64比特CSS_s1和一个256比特CSS_s2串联构成

{MSS_SEQ₀..MSS_SEQ_383}＝{CSS_S1，CSS_S2，CSS_S1}

＝{CSS_S1，0，...，CSS_S1，63，CSS_S2，0，...，CSS_S2，255，CSS_S1，0，...，CSS_S1，63}。

2然后将MSS_SEQ序列进行DBPSK调制

MSS_DIFF＝DBPSK(MSS_SEQ)

式中DBPSK()表示DBPSK调制，DBPSK调制实现方式如下

$\mathrm{MSS}\_{\mathrm{DIFF}}_i=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{MSS}\_{\mathrm{DIFF}}_{i-1}& \mathrm{MSS}\_{\mathrm{SEQ}}_i=0\\ -\mathrm{MSS}\_{\mathrm{DIFF}}_{i-1}& \mathrm{MSS}\_{\mathrm{SEQ}}_i=0\end{array}\right.$

式中i表示序列的序号，差分编码序列的第一个值定义为+1，即MSS_DIFF_-1＝+1,特别指出第一个值不作用于任何载波。

3接下来对384比特MSS_DIFF序列进行逐比特加扰得到序列MSS_SCR

$\mathrm{MSS}\_{\mathrm{SCR}}_i=\mathrm{MSS}\_{\mathrm{DIFF}}_i\×2(\frac{1}{2}-{\mathrm{PRBS}}_i)$

式中PRBS表示扰码序列，取值+1或-1，截取自PRBS(Pseudo-Random Binary Sequence，伪随机二进制序列)发生器采用初相‘100111001000110’产生的PRBS序列的前384比特符号，在这里PRBS产生器的输出0需要转换为+1,1需要转换为-1。PRBS发生器如图3。

4由序列MSS_SCR生成有用部分A

$p_{1A}\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{384}}\underset{i=0}{\overset{383}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{MSS}\_{\mathrm{SCR}}_i\×e^{j2\mathrm{\π}\frac{k_{P1}\left(i\right)-426}{1024T}t}$

这里p_1A表示P1符号有用部分A的基带波形,T表示基本时间周期如表3所示，t表示时间，k_p1(i)是384个有效载波的序号。

表3

带宽

1.7MHz

5MHz

6MHz

7MHz

8MHz

10MHz

基本时间周期T

71/131μs

7/40μs

7/48μs

1/8μs

7/64μs

7/80μs

为了增强P1符号的鲁棒性,在有用部分A的两边分别设计了两个保护间隔。相对于传统OFDM符号的循环前缀，DVB-T2在复制部分增加了频率偏移。用P1[C]代表前面的保护间隔，P1[A]代表P1符号的有用部分，P1[B]代表符号后面的保护间隔。其中P1[C]由P1[A]前542个载波进行频率偏移产生，P1[B]由P1[A]后482个载波进行频率偏移产生。

用于P1[C]和P1[B]的频率偏移定义为

f_SH＝1/(1024T)

因此，P1符号的时域基带波形p₁(t)可以表示为

$p_1\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{p}_{1A}\left(t\right)e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{1024T}t}& 0\&le;t\&le;542T\\ p_{1A}(t-542T)& 542T\&le;t<1566T\\ p_{1A}(t-1024T)e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{1024T}t}& 1566\&le;t<2048T\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

由于P1符号含P1[B]和P1[C]两个前后保护,所以P1自相关峰有4个固有旁刺,分别在主峰左右各482、542点处,如图4所示。经推算，距离主径482处的旁刺与主径的线性比值是0.1538，距离主径542处的旁刺与主径的线性比值是0.1841。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于P1符号实现DVB-T2系统中信道多径检测的方法,既能克服传统方式多径时延检测受OFDM符号时间长度限制的缺点,又能具有较低的运算复杂度。

本发明提供的基于P1符号实现DVB-T2系统中信道多径检测的方法，主要利用P1符号的两个特点：1)P1符号由一个有用部分A及其前后保护C、B构成，这是P1符号区别于P2及OFDM数据符号的结构特点；2)P1符号的自相关及互相关特性良好。

本发明方法主要包含以下5个步骤(步骤流程图见图5)：

第1步：

P1符号携带7比特信息，所以共2⁷＝128种类型，按照DVB-T2标准中P1符号的生成原理生成本地128种类型的P1符号作为本地参考信号。

第2步：

由于一个T2帧最长是250ms，故需采集大于250ms的DVB-T2信号以确保包含P1符号,并对数据进行下变频、低通滤波处理转成符号点数为N的基带信号。利用P1自带的两个前后保护做自相关进行同步,本步又包含4个子步骤,流程图见图6，描述如下：

第2.1步

截取2048点长滑动窗口W1(n)＝window(i),其中n＝0,1，…,N-2048,表示滑动窗口的序号，i＝0,1,…,2047,表示滑动窗口内符号点的序号；

第2.2步

分别截取window窗口内的第一部分C(第1至542个点)和第二部分A_C(第543至1084个点),对第一部分C做频率反偏移预处理,取第二部分A_C的共轭，将这两部分进行相乘累加运算求相关值A1(n)；

共轭变换；

第2.3步

分别截取window窗口内的第三部分A_B(第1085至1566个点)和第四部分B(第1567至2048个点),对第四部分B做频率反偏移预处理,取第三部分A_B的共轭，将这两部分进行相乘累加运算求相关值A2(n)；

$A2\left(n\right)={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^{481}\mathrm{conj}\left(\mathrm{window}(i+1084)\right)\left(\mathrm{window}(i+1566)e^{-\frac{j2\mathrm{\&pi;}(i+1566)}{1024}}\right)$

第2.4步

进行P1符号判决:将第2.2步和第2.3步求得的两个相关值相加得到A(n)＝A1(n)+A2(n),设定判决门限M，M为可配置参数,当A(n)/A(n-1024)〉M时,判决此滑动窗口W1(n)为P1符号所在位置；

第3步

将第2.4步后得到的window所含P1符号与P1符号的本地参考信号进行互相关运算，当window所含P1符号类型与P1符号的本地参考信号类型一致时出现最大相关峰，提取此类型P1符号的本地参考信号备用。以window窗口中心为基点，向左右截取所需观测多径时间窗口W2，W2长度应小于两个T2帧时长。将W2与所选备用P1符号的本地参考信号进行互相关运算，得到多径检测待处理数据。

第4步

首先计算第3步得到的多径检测待处理数据的功率最大值peak(p)，p表示最大值所在位置，然后按照背景技术中所述比例分别在功率最大值左右两侧482、542处去除固有的四个旁刺：

peak(p-542)＝peak(p-542)*(1-0.1841)；

peak(p-482)＝peak(p-482)*(1-0.1538)；

peak(p+542)＝peak(p+542)*(1-0.1841)；

peak(p+482)＝peak(p+482)*(1-0.1538)；

这里“＝”代表赋值；

第5步

设定峰值功率与各点功率间的门限值为ratio，ratio为可配置参数,若某点功率相对于功率最大值peak(p)衰减小于ratio,则判断该径为有效多径，记录此多径幅度及位置δ，再由基本时间周期T推算出多径时延τ＝(δ-p)*T；

依次用此方法完成所测多径时间窗口W2内的其他有效多径的幅度及时延检测。

本发明的优点和积极效果：

本发明的基于P1符号实现DVB-T2系统中信道多径检测的方法具有以下优势：

1无需获取OFDM符号中的导频信息，运算复杂度大大降低；

2利用P1自身结构特点进行P1符号同步，无需预知其它系统传输参数；

3多径检测的时延估计不受OFDM符号时间长度的限制，理论上可以检测两个T2帧时间长度内的任意时延多径。

4.方法简单易实现，其所测时延宽度较传统方式得到很大扩展。

附图说明

图1为P1符号的结构图；

图2为P1符号的生成流程图；

图3为PRBS发生器框图；

图4为P1符号的自相关结果图；

图5为根据本发明的基于P1符号实现多径检测方法的流程图；

图6为图5中P1符号同步的结构示意图。

具体实施方式

此实施例选用DekTec 115型信号发生器作为DVB-T2信号源。基本发射参数为带宽8MHz、SISO模式、FFT点数4k、OFDM保护间隔1/4(即OFDM符号时间长度是448+448/4＝560μs)，设定一个后向多径，其时延是600μs，功率相对主径损耗10dB。其它发射参数与多径检测过程无关，不予累述。

应特别注意的是，在具体实施方式所描述的参数取值，仅是为了方便实施例的描述，绝不用于限制本发明。

第1步：

按照P1符号的生成原理生成本地128种类型的P1符号作为本地参考信号；

第2步：

采集300ms的DVB-T2信号，并对数据进行下变频、低通滤波处理转成符号点数为300ms/(7/64μs)＝2742857的基带信号。利用P1自带的两个前后保护做自相关进行同步，具体操作如下：

截取2048点长滑动窗口W1(n)＝window(i),其中n＝0,1，…,2740809,表示滑动窗口的序号，i＝0,1,…,2047,表示滑动窗口内符号点的序号；

求滑动窗口的相关值

$\begin{array}{c}A\left(n\right)=A1\left(n\right)+A2\left(2\right)\\ ={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^{541}\left(\mathrm{window}\left(i\right)e^{-\frac{j2\mathrm{\&pi;i}}{1024}}\right)\mathrm{conj}\left(\mathrm{window}(i+542)\right)\\ +{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^{481}\mathrm{conj}\left(\mathrm{window}(i+1084)\right)\left(\mathrm{window}(i+1566)e^{-\frac{j2\mathrm{\&pi;}(i+1566)}{1024}}\right)\end{array}$

设定判决门限M＝13,本例中当n＝46781时,A(46781)/A(45757)〉13,故判决窗口W1(46781)为P1符号所在位置。

第3步

将第2步得到的window所含P1符号与P1符号的本地参考信号进行互相关运算，当window所含P1符号类型与P1符号的本地参考信号类型一致时出现最大相关峰，本例中P1符号类型是S1＝000、S2＝0100，提取此类型P1符号的本地参考信号备用。以window窗口中心为基点，截取1600μs的观测多径时间窗口W2。将W2与所选备用P1符号的本地参考信号进行互相关运算，得到多径检测待处理数据。

第4步

首先计算第3步得到的多径检测待处理数据的功率最大值peak(p)，p表示最大值所在位置，然后按照背景技术中所述比例分别在功率最大值左右两侧482、542处去除固有的四个旁刺：

peak(p-542)＝peak(p-542)*(1-0.1841)；

peak(p-482)＝peak(p-482)*(1-0.1538)；

peak(p+542)＝peak(p+542)*(1-0.1841)；

peak(p+482)＝peak(p+482)*(1-0.1538)；

这里＝代表赋值；

第5步

本例设定峰值功率与各点功率间的门限值为ratio＝20dB，若某点功率相对于峰值功率衰减小于20dB,则判断该径为有效多径，本例中可以得到与peak距离5486点处有一个相对peak功率衰减10dB的次峰，由于8MHz的基本符号周期为7/64μs(见表3)，故所测多径时延是600μs(大于本例中OFDM符号长度560μs)，与发端所设多径时延一致。

以上通过具体实施例对本发明进行了说明，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以做出许多变形及改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于P1符号实现信道多径检测的方法，其特征在于该方法包括以下5个步骤：

第1步：

按照P1符号的生成原理生成本地128种类型的P1符号作为本地参考信号；

第2步：

采集大于250ms的DVB-T2信号以确保包含P1符号，并对数据进行下变频、低通滤波处理转成符号点数为N的基带信号；利用P1自带的两个前后保护做自相关进行同步，具体操作如下：

第2.1步

截取2048点长滑动窗口W1(n)＝window(i),其中n＝0,1，…,N-2048,表示滑动窗口的序号，i＝0,1,…,2047,表示滑动窗口内符号点的序号；

第2.2步

分别截取window窗口内的第一部分C，即第1至542个点，以及第二部分A_C，即第543至1084个点,对第一部分C做频率反偏移预处理,取第二部分A_C的共轭，将这两部分进行相乘累加运算求相关值A1(n)；

$A1\left(n\right)={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^{541}\left(\mathrm{window}\left(i\right)e^{-\frac{j2\mathrm{\&pi;i}}{1024}}\right)\mathrm{conj}\left(\mathrm{window}(i+542)\right)$

其中j表示虚数单位，j²＝-1, $e^{-\frac{i2\mathrm{\&pi;i}}{1024}}=\cos (2\mathrm{\&pi;i}/1024)-j\sin (2\mathrm{\&pi;i}/1024),$ conj()表示共轭变换；

第2.3步

分别截取window窗口内的第三部分A_B，即第1085至1566个点，以及第四部分B，即第1567至2048个点,对第四部分B做频率反偏移预处理,取第三部分A_B的共轭，将这两部分进行相乘累加运算求相关值A2(n)；

$A2\left(n\right)={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=0}^{481}\mathrm{conj}\left(\mathrm{window}(i+1084)\right)\left(\mathrm{window}(i+1566)e^{-\frac{j2\mathrm{\&pi;}(i+1566)}{1024}}\right);$

第2.4步

进行P1符号判决:将第2.2步和第2.3步求得的两个相关值相加得到A(n)＝A1(n)+A2(n),设定判决门限M，M为可配置参数,当A(n)/A(n-1024)〉M时,判决此滑动窗口W1(n)为P1符号所在位置；

第3步

将第2.4步后得到的window所含P1符号与P1符号的本地参考信号进行互相关运算，当window所含P1符号类型与P1符号的本地参考信号类型一致时出现最大相关峰，提取此类型P1符号的本地参考信号备用；以window窗口中心为基点，向左右截取所需观测多径时间窗口W2，W2长度应小于两个T2帧时长；将W2与所选备用P1符号的本地参考信号进行互相关运算，得到多径检测待处理数据；

第4步

首先计算第3步得到的多径检测待处理数据的功率最大值peak(p)，p表示最大值所在位置，然后分别在功率最大值peak(p)左右两侧482、542处去除固有的四个旁刺：

peak(p-542)＝peak(p-542)*(1-0.1841)；

peak(p-482)＝peak(p-482)*(1-0.1538)；

peak(p+542)＝peak(p+542)*(1-0.1841)；

peak(p+482)＝peak(p+482)*(1-0.1538)；

这里“＝”代表赋值；

第5步

设定峰值功率与各点功率间的门限值为ratio，ratio为可配置参数,若某点功率相对于功率最大值peak(p)衰减小于ratio,则判断该径为有效多径，记录此多径幅度及位置δ，再由基本时间周期T推算出多径时延τ＝(δ-p)*T；

依次用此方法完成所测多径时间窗口W2内的其他有效多径的幅度及时延检测。