CN102916775B - 无线宽带数据传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种无线宽带数据传输方法及系统，该方法包括步骤：发送方发送同步信号，所述同步信号的同步帧包括PN时隙和勤务时隙，所述PN时隙内包括循环前缀以及两个同等长度的伪随机序列，所述勤务时隙内包括采用预设编码方式对CRC校验码、循环前缀以及信源信息编码后的勤务时隙信号。根据发明方案，其所采用的同步时隙结构简单，其同步序列可以同时用于校正采样点、频偏和信道均衡，复用率较高，因而同步时间较短，而且，本发明方案采用较长的同步序列和循环前缀，并结合具有强纠错能力的信道编码，实现了多径复杂、信道恶劣环境下的同步检测。

Description

无线宽带数据传输方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种无线宽带数据传输方法及无线宽带数据传输系统。

背景技术

应急通信是一种应对自然或者认为的突然性紧急情况下的特殊通信机制，其应用场合通常是在自然灾害救助、局部军事冲突、恐怖袭击预防以及其他紧急情况。紧急情况下的应急通信，通常需要实时地对语音、图像、视频信息等进行传输，因而具有实时性要求高、数据容量大以及部署快捷的特点。

无线宽带通信由于不受时间、地点的限制，只要在覆盖区域内都能够进行自由通信，且能够满足大容量的数据实时传输的需求，因而成为应急通信的首选技术手段。由于应急通信通常需要在恶劣的环境下进行通信，例如建筑密集的城市、丘陵、山林、丛林地带等等，复杂的地形地貌产生的散射、反射等现象会导致接收信号的多径复杂，信噪比较低。然而，目前已有的无线通信技术，一般并未考虑如此恶劣的应用环境，从而导致同步入网和数据传输的可靠性降低，需要多次重传入网，延时较大，影响了应急通信的效果。

发明内容

基于此，针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种无线宽带数据传输方法以及一种无线宽带数据传输系统，其能够实现信道衰落情况复杂、信噪比较低的环境下的可靠的同步。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无线宽带数据传输方法，包括步骤：

发送方发送同步信号，所述同步信号的同步帧包括PN时隙和勤务时隙，所述PN时隙内包括循环前缀以及两个同等长度的伪随机序列，所述勤务时隙内包括采用预设编码方式对CRC校验码以及信源信息编码后添加循环前缀的勤务时隙信号。

一种无线宽带数据传输方法，包括步骤：

接收方搜索同步信号，进行同步信号到达检测；

对检测到的同步信号进行频偏估计与校正；

将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列进行运算，确定多径窗起始位置、最佳采样点位置；

根据所述多径窗起始位置、所述最佳采样点位置确定用于信道估计的接收信号，进行信道估计，获得信道估计参数；

根据所述信道估计参数对勤务时隙信号进行频域均衡；

对频域均衡后的勤务时隙信号进行解调、译码以及CRC校验，完成同步过程。

一种无线宽带数据传输系统，包括发射机，其中：

所述发射机发送同步信号，所述同步信号的同步帧包括PN时隙和勤务时隙，所述PN时隙内包括循环前缀以及两个同等长度的伪随机序列，所述勤务时隙内包括采用预设编码方式对CRC校验码以及信源信息编码后添加循环前缀的勤务时隙信号。

一种无线宽带数据传输系统，包括接收机，其中：

所述接收机用于搜索同步信号，进行同步信号到达检测，对检测到的同步信号进行频偏估计与校正，将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列进行运算，确定多径窗起始位置、最佳采样点位置，根据多径窗起始位置、最佳采样点位置确定用于信道估计的接收信号，进行信道估计，获得信道估计参数，并根据该信道估计参数对勤务时隙信号进行频域均衡，对频域均衡后的勤务时隙信号进行解调、译码以及CRC校验，完成同步过程。

根据发明方案，其所采用的同步时隙结构简单，其同步序列可以同时用于校正采样点、频偏和信道均衡，复用率较高，因而同步时间较短，而且，本发明方案采用较长的同步序列和循环前缀，并结合具有强纠错能力的信道编码，实现了多径复杂、信道恶劣环境下的同步检测。

附图说明

图1是本发明的无线宽带数据传输方法实施例的流程示意图；

图2是一个具体示例中生成勤务时隙信号的原理示意图；

图3是一个具体示例中所生成的同步信号的同步帧的结构示意图；

图4是一个具体示例中进行同步信号到达检测的原理示意图；

图5是本发明的无线宽带数据传输系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合其中的较佳实施方式对本发明方案进行详细阐述。本发明的无线宽带数据传输方法，在具体实现时，可以是只包括发送方发送的过程，也可以只包括接收方接收的过程，也可以同时包括发送方发送与接收方接收的过程，为了能够从一个完整通信过程来更好地对本发明进行说明，在下述实施例的说明中，是以结合了发送方与接收方为例进行说明，但这种说明并不用以对本发明方案构成限定。

图1中示出了本发明的无线宽带数据传输方法实施例的示意图。如图1所示，本实施例中的无线宽带数据传输方法包括步骤：

步骤S101：发送方发送同步信号，其中，该同步信号的同步帧包括PN时隙和勤务时隙，该PN时隙内包括循环前缀以及两个同等长度的伪随机序列，该勤务时隙内包括采用预设编码方式对CRC校验码以及信源信息编码后添加循环前缀的勤务时隙信号；

步骤S102：接收方搜索同步信号，进行同步信号到达检测；

步骤S103：接收方对检测到的同步信号进行频偏估计与校正；

步骤S104：接收方将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列进行运算，确定多径窗起始位置、最佳采样点位置；

步骤S105：根据上述多径窗起始位置、最佳采样点位置确定用于信道估计的接收信号，进行信道估计，获得信道估计参数；

步骤S106：根据上述信道估计参数对勤务时隙信号进行频域均衡；

步骤S107：对频域均衡后的勤务时隙信号进行解调、译码以及CRC校验，完成同步过程。

根据本实施例中的方案，其所采用的同步时隙结构简单，其同步序列可以同时用于校正采样点、频偏和信道均衡，复用率较高，因而同步时间较短，而且，本发明方案采用较长的同步序列和循环前缀，并结合具有强纠错能力的信道编码，实现了多径复杂、信道恶劣环境下的同步检测。

在其中一个具体示例中，上述同步帧中的PN时隙内的伪随机序列的长度可以是512bit，PN时隙内的循环前缀的长度可以是128bit。

其中，上述发送方在进行编码、生成勤务时隙信号时，可以采用Walsh编码(沃尔什编码)方式进行编码，即上述预设编码方式可以是Walsh编码。

基于此，图2中示出了一个具体示例中生成勤务时隙信号的原理示意图。如图2所示，生成勤务时隙信号的过程具体可以是：

将长度为48bit的信源信息添加16bit的校验码后，以8bit为一个符号、采用长度为128bit的Walsh编码生成长度为1024bit的信源编码数据，并将该信源编码数据分为两个长度为512bit的信源编码数据后、分别添加64bit的循环前缀，从而生成上述勤务时隙信号。

据此，图3中示出了所生成的同步信号的同步帧的结构示意图。如图3所示，在该同步帧中，PN时隙包括有128bit的循环前缀(即图3中所示的CP128)、以及两个长度为512bit的伪随机序列(即图3中所示的PN512)，勤务时隙包括有两个长度为64bit的循环前缀CP(即图3中所示的CP64)以及两个长度分别为512bit的信源编码数据(即图3中所示的勤务512)。

在接收机一方，其对发送方发送的信号进行检测，检测同步信号的到达。在本发明的一个具体示例中，接收方可以通过采用状态机切换的方式来检测同步信号的到达。

结合图3中所示的同步帧为例，其进行同步信号到达检测的过程可以是：

逐点计算接收信号的自相关值以及间隔512点的互相关值，并用长度为64的窗函数对上述自相关值、互相关值进行处理；

判断窗函数处理后的自相关值与窗函数处理后的互相关值的比值是否小于第一预设门限值、且窗函数处理后的自相关值是否大于第二预设门限值；

若是，进行状态机搜索，确定当前同步状态。

图4中示出了进行同步信号到达检测的原理示意图。如图4所示，在一个具体的同步信号检测的过程中，具体的检测过程可以是如下所述。

首先，可以按照FIFO(先进先出)的方式读入数据，然后针对读入的当前数据点，执行下述操作：

计算当前数据点的自相关值以及间隔512点的互相关值；

用长度为64的窗函数分别对上述自相关值、互相关值进行处理，分别得到窗函数处理后的自相关值、窗函数处理后的互相关值；

判断窗函数处理后的自相关值与窗函数处理后的互相关值的比值是否小于第一预设门限值，该第一预设门限值可以根据实际需要进行设定，在一个具体示例中，如图4所示，该第一预设门限值可以设为8，并判断窗函数处理后的自相关值是否大于第二预设门限值；

若判断结果为是，即窗函数处理后的自相关值与窗函数处理后的互相关值的比值小于第一预设门限值，且窗函数处理后的自相关值大于第二预设门限值，则进行状态机进行搜索，在本示例中，根据发送的PN时隙的特点，分为三种状态：初判、到达确认、到达检测完成，在图4所示中，分别表示为状态0、状态1、状态2。

如图4所示，在用状态机进行搜索时，首先判断当前状态机处于什么状态：

若处于状态0，即初判状态，则用长度为64的窗函数判断该数据点的窗值是否大于60：若没有，则维持状态机的状态为状态0，返回对下一个数据点进行判断；若大于60，将计数值加1，则将状态机的状态更改为状态1，说明可能找到了同步信号的开始点，并返回对下一个数据点进行判断；

若处于状态1，即到达确认状态，则用长度为64的窗函数判断该数据点的窗值是否大于60：若没有，则说明之前确认的数据点并不是实际的同步信号开始的数据点，将计数值归0，并将状态机的状态更新为状态0，返回对下一个数据点进行判断；若大于60，则将计数值加1后，判断加1后的计数值是否大于预设计数阈值，该预设计数阈值可以根据实际需要进行设定，在图4所示的示例中，以该预设计数阈值为32为例进行说明，若大于预设计数阈值，则将状态机的状态更改为状态2，说明当前找到的是同步信号，但是需要对同步信号的结束点进行判断，并返回对下一个数据点进行判断；若不大于预设计数阈值，保持当前状态机的状态为状态1不变，返回对下一个数据点进行判断；

若处于状态2，即达到到达检测完整状态，则用长度为64的窗函数判断该数据点的窗值是否大于60：若大于60，则将计数值加1，保持状态机的状态为状态2不变，返回对下一个数据点进行判断；若没有大于60，说明上一个数据点已经是同步信号的结束点，因而设置同步信号到达的标志，识别出同步信号。

在识别出同步信号后，即可根据识别出的同步信号进行频偏估计与校正，并将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列进行运算，确定多径窗起始位置、最佳采样点位置。

在进行频偏估计与校正时，具体可以是根据互相关值进行频偏估计与校正，具体的方式在此不予赘述。

在确定多径窗起始位置时，可以是通过将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列做FFT运算实现圆卷积的方式来确定，具体可以通过2次FFT运算来较快速地实现接收信号与本地伪随机序列的逐点相关，并根据循环前缀的设定来查找多径窗的起始位置，具体的实现方式在此不予多加赘述。

在确定最佳采样点位置时，可以是通过将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列做共轭互相关运算来确定，具体可以是以多径窗起始位置取数，通过与本地伪随机序列做共轭互相关运算来确定最佳采样点位置，具体的实现方式在此不予多加赘述。

根据上述得到的多径窗起始位置、最佳采样点位置，确定用于信道估计所使用的接收信号，进行信道估计，获得信道估计参数。在其中一个具体实现方式中，可以通过广义逆矩阵的方式进行信道估计，获得信道估计参数，具体的信道估计的方式在此不予多加赘述。

然后根据获得的信道估计参数进行频域均衡。在进行频域均衡时，在其中一个具体实现方式中，可以是通过单载波频域均衡的方式将信道估计参数变换到频域，然后采用最小均方误差的方式在频域计算均衡系数，所谓均衡是指将多径信号恢复为单径信号，然后通过将接收到的同步信号中的勤务时隙信号变为频域信号，再将该频域信号与上述均衡系数相乘，从而完成频域均衡。

然后对频域均衡后的勤务时隙信号进行解调、译码以及CRC校验，如果CRC校验通过，则完成同步过程，否则重新进行搜索。

根据上述本发明的无线宽带数据传输方法，本发明还提供一种无线宽带数据传输系统。

本发明提供的无线宽带数据传输系统，可以只包括发射机，也可以只包括接收机，也可以同时包括发射机与接收机。为方便说明，以下同时结合发射机与接收机的交互过程为例进行说明。

图5中示出了本发明的无线宽带数据传输系统实施例的结构示意图，在本实施例中，出于方便说明的目的，是以同时包括发射机与接收机为例进行说明，这种说明并不用以对本发明构成限定。

如图5所示，本实施例中的无线宽带数据传输系统，包括发射机501以及接收机502，其中：

该发射机501，用于发送同步信号，其中，该同步信号的同步帧包括PN时隙和勤务时隙，该PN时隙内包括循环前缀以及两个同等长度的伪随机序列，且该勤务时隙内包括采用预设编码方式对CRC校验码以及信源信息编码后添加循环前缀的勤务时隙信号；

该接收机502，用于搜索同步信号，进行同步信号到达检测，对检测到的同步信号进行频偏估计与校正，将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列进行运算，确定多径窗起始位置、最佳采样点位置，根据多径窗起始位置、最佳采样点位置确定用于信道估计的接收信号，进行信道估计，获得信道估计参数，并根据该信道估计参数对勤务时隙信号进行频域均衡，对频域均衡后的勤务时隙信号进行解调、译码以及CRC校验，完成同步过程。

在其中一个具体示例中，上述同步帧中，PN时隙内的伪随机序列的长度可以是512bit，PN时隙内的循环前缀的长度可以是128bit。

其中，上述发射机501在进行编码、生成勤务时隙信号时，可以采用Walsh编码方式进行编码，即上述预设编码方式可以是Walsh编码。

基于此，图2中示出了一个具体示例中生成勤务时隙信号的原理示意图。如图2所示，生成勤务时隙信号的过程具体可以是：

将长度为48bit的信源信息添加16bit的校验码后，以8bit为一个符号、采用长度为128bit的Walsh编码生成长度为1024bit的信源编码数据，并将该信源编码数据分为两个长度为512bit的信源编码数据后、分别添加64bit的循环前缀，生成上述勤务时隙信号。

据此，图3中示出了所生成的同步信号的同步帧的结构示意图。如图3所示，在该同步帧中，PN时隙包括有128bit的循环前缀(即图3中所示的CP128)、以及两个长度为512bit的伪随机序列(即图3中所示的PN512)，勤务时隙包括有两个长度为64bit的循环前缀CP(即图3中所示的CP64)以及两个长度分别为512bit的信源编码数据(即图3中所示的勤务512)。

如图5所示，在其中一个具体示例中，上述接收机502可以包括：

同步检测单元5021，用于搜索同步信号，进行同步信号到达检测；

频偏估计单元5022，用于对检测到的同步信号进行频偏估计与校正；

信道估计单元5023，用于将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列进行运算，确定多径窗起始位置、最佳采样点位置，并根据所述多径窗起始位置、所述最佳采样点位置确定用于信道估计的接收信号，进行信道估计，获得信道估计参数；

均衡单元5024，用于根据所述信道估计参数对勤务时隙信号进行频域均衡；

解调单元5025，用于对频域均衡后的勤务时隙信号进行解调、译码以及CRC校验。

在其中一个具体示例中，上述同步信号检测单元5021可以采用状态机切换方式检测同步信号的到达。

在一个具体示例中，上述同步检测单元5021可以通过下述方式进行同步信号到达检测：逐点计算接收信号的自相关值以及间隔512点的互相关值，并用长度为64的窗函数对所述自相关值、互相关值进行处理；判断窗函数处理后的自相关值与窗函数处理后的互相关值的比值是否小于第一预设门限值、且窗函数处理后的自相关值是否大于第二预设门限值；若是，进行状态机搜索，确定当前同步状态。具体的采用状态接切换方式进行检测的具体实现方式可以与上述本发明的无线宽带数据传输方法中的相同，在此不予赘述。

在其中一个具体示例中，上述信道估计单元5023，可以通过将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列做FFT运算实现圆卷积的方式确定上述多径窗起始位置，通过将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列做共轭互相关运算确定上述最佳采样点位置。

在一个具体示例中，上述均衡单元5024，可以采用单载波频域均衡、最小均方误差法的方式进行频域均衡，将多径信号恢复为单径信号。

本发明的无线宽带数据传输系统中的各单元的具体实现方式，可以与本发明的无线宽带数据传输方法中的相同，在此不予多加赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种无线宽带数据传输方法，其特征在于，包括步骤：

发送方发送同步信号，所述同步信号的同步帧包括PN时隙和勤务时隙，所述PN时隙内包括循环前缀以及两个同等长度的伪随机序列，各所述伪随机序列的长度为512bit，所述PN时隙内的循环前缀的长度为128bit，所述勤务时隙内包括采用预设编码方式对CRC校验码以及信源信息编码后添加循环前缀的勤务时隙信号；

通过下述方式确定所述勤务时隙内的勤务时隙信号：将长度为48bit的所述信源信息添加16bit的校验码后，以8bit为一个符号、采用长度为128bit的Walsh编码生成长度为1024bit的信源编码数据，并将该信源编码数据分为两个长度为512bit的信源编码数据后、分别添加64bit的循环前缀，生成所述勤务时隙信号。

2.一种无线宽带数据传输方法，其特征在于，包括步骤：

接收方搜索同步信号，进行同步信号到达检测；

对检测到的同步信号进行频偏估计与校正；

将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列进行运算，确定多径窗起始位置、最佳采样点位置，通过将所述频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列做FFT运算实现圆卷积的方式确定所述多径窗起始位置，通过将所述频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列做共轭互相关运算确定所述最佳采样点位置；

根据所述多径窗起始位置、所述最佳采样点位置确定用于信道估计的接收信号，进行信道估计，获得信道估计参数；

根据所述信道估计参数对勤务时隙信号进行频域均衡；

对频域均衡后的勤务时隙信号进行解调、译码以及CRC校验，完成同步过程；

进行同步信号到达检测的过程包括：逐点计算接收信号的自相关值以及间隔512点的互相关值，并用长度为64的窗函数对所述自相关值、互相关值进行处理；判断窗函数处理后的自相关值与窗函数处理后的互相关值的比值是否小于第一预设门限值、且窗函数处理后的自相关值是否大于第二预设门限值；若是，进行状态机搜索，确定当前同步状态。

3.根据权利要求2所述的无线宽带数据传输方法，其特征在于：

采用单载波频域均衡、最小均方误差法的方式进行所述频域均衡。

4.一种无线宽带数据传输系统，包括发射机，其特征在于：

所述发射机发送同步信号，所述同步信号的同步帧包括PN时隙和勤务时隙，所述PN时隙内包括循环前缀以及两个同等长度的伪随机序列，各所述伪随机序列的长度为512bit，所述PN时隙内的循环前缀的长度为128bit，所述勤务时隙内包括采用预设编码方式对CRC校验码以及信源信息编码后添加循环前缀的勤务时隙信号；

所述发射机通过下述方式确定所述勤务时隙内的勤务时隙信号：将长度为48bit的所述信源信息添加16bit的校验码后，以8bit为一个符号、采用长度为128bit的Walsh编码生成长度为1024bit的信源编码数据，并将该信源编码数据分为两个长度为512bit的信源编码数据后、分别添加64bit的循环前缀，生成所述勤务时隙信号。

5.一种无线宽带数据传输系统，包括接收机，其特征在于：

所述接收机用于搜索同步信号，进行同步信号到达检测，对检测到的同步信号进行频偏估计与校正，将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列进行运算，确定多径窗起始位置、最佳采样点位置，根据多径窗起始位置、最佳采样点位置确定用于信道估计的接收信号，进行信道估计，获得信道估计参数，并根据该信道估计参数对勤务时隙信号进行频域均衡，对频域均衡后的勤务时隙信号进行解调、译码以及CRC校验，完成同步过程；

所述接收机包括：

同步检测单元，用于搜索同步信号，进行同步信号到达检测；

频偏估计单元，用于对检测到的同步信号进行频偏估计与校正；

信道估计单元，用于将频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列进行运算，确定多径窗起始位置、最佳采样点位置，并根据所述多径窗起始位置、所述最佳采样点位置确定用于信道估计的接收信号，进行信道估计，获得信道估计参数；

均衡单元，用于根据所述信道估计参数对勤务时隙信号进行频域均衡；

解调单元，用于对频域均衡后的勤务时隙信号进行解调、译码以及CRC校验；

所述同步检测单元通过下述方式进行同步信号到达检测：逐点计算接收信号的自相关值以及间隔512点的互相关值，并用长度为64的窗函数对所述自相关值、互相关值进行处理；判断窗函数处理后的自相关值与窗函数处理后的互相关值的比值是否小于第一预设门限值、且窗函数处理后的自相关值是否大于第二预设门限值；若是，进行状态机搜索，确定当前同步状态；

所述信道估计单元通过将所述频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列做FFT运算实现圆卷积的方式确定所述多径窗起始位置，通过将所述频偏估计与校正后的信号与本地预设PN序列做共轭互相关运算确定所述最佳采样点位置。

6.根据权利要求5所述的无线宽带数据传输系统，其特征在于：

所述均衡单元采用单载波频域均衡、最小均方误差法的方式进行所述频域均衡。