CN105024952B - 频域ofdm符号的生成方法及前导符号的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频域OFDM符号的生成方法及前导符号的生成方法，其中，频域OFDM符号的生成方法包括：在频域上分别生成固定序列和信令序列；其中，所述固定序列和信令序列都为恒模序列，且固定序列和信令序列中各个复数的模都相等；将固定序列和信令序列填充至有效子载波上，且所述固定序列和信令序列之间呈奇偶交错排列；在所述有效子载波两侧分别填充零序列子载波以形成预定长度的频域OFDM符号。本技术方案避免了产生的信令序列在时域有循环移位或者循环移位加相移的特性，并且解决了频域信道估计性能下降的问题。进一步地，保证了载波频率偏差在‑500kHz至500kHz范围内接收端仍可以处理接收信号。

Description

频域OFDM符号的生成方法及前导符号的生成方法
技术领域
本发明涉及无线广播通信技术领域，特别涉及一种频域OFDM符号的生成方法及物理帧中前导符号的生成方法。
背景技术
通常为了使OFDM系统的接收端能正确解调出发送端所发送的数据，OFDM系统必须实现发送端和接收端之间准确可靠的时间同步。同时，由于OFDM系统对载波的频偏非常敏感，OFDM系统的接收端还需要提供准确高效的载波频谱估计方法，以对载波频偏进行精确的估计和纠正。
目前，OFDM系统中实现发送端和接收端时间同步的方法基本是基于前导符号来实现的。前导符号是OFDM系统的发送端和接收端都已知的符号序列，前导符号做为物理帧的开始(命名为P1符号)，P1符号在每个物理帧内只出现一次，它标志了该物理帧的开始。P1符号的用途包括有：
1)使接收端快速地检测以确定信道中传输的是否为期望接收的信号；
2)提供基本传输参数(例如FFT点数、帧类型信息等)，以使接收端可以进行后续接收处理；
3)检测出初始载波频偏和定时误差，进行补偿后达到频率和定时同步。
DVB_T2标准中提出了基于CAB时域结构的P1符号设计，较好地实现了上述功能。但是，在低复杂度接收算法上仍然有一些局限。例如，在1024、542、或者482个符号的长多径信道时，利用CAB结构进行定时粗同步会发生较大偏差，导致频域上估计载波整数倍频偏出现错误。
另外，在生成频域OFDM符号过程中，需要先在频域上生成固定序列和信令序列。但利用现有技术生成的信令序列，其峰值平均功率比较高，而且该信令序列在时域上循环移位或者循环移位加相移的问题，这会导致利用时域已知序列集合与接收信号进行相关检测发送序列时，在多径信道下会失败。
发明内容
本发明解决的问题是利用现有技术生成的信令序列，其峰值平均功率比较高，且信令序列在时域上循环移位或者循环移位加相移的问题。而且DVB_T2标准中提出了基于CAB时域结构的P1符号设计会引起频域信道估计性能下降的问题。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种频域OFDM符号的生成方法，包括如下步骤：在频域上分别生成固定序列和信令序列；其中，所述固定序列和信令序列都为恒模序列，且固定序列和信令序列中各个复数的模都相等；将固定序列和信令序列填充至有效子载波上，且所述固定序列和信令序列之间呈奇偶交错排列；在所述有效子载波两侧分别填充零序列子载波以形成预定长度的频域OFDM符号。
可选的，在频域上生成信令序列包括：
确定信令序列的长度和个数；
基于所述信令序列的长度和个数确定CAZAC序列生成公式中的root值；其中，信令序列的长度小于或者等于root值，且root值大于或者等于信令序列的个数的两倍；root值优先选取为信令序列的长度.
选择不同的q值产生CAZAC序列，其中q值的个数等于信令序列的个数，且任意两个q值之和不等于root值；
根据所确定的信令序列的长度从得到的每一个CAZAC序列中选取所述信令序列。
可选的，在频域上生成信令序列包括：
确定信令序列的长度和个数；
基于所述信令序列的长度和个数确定CAZAC序列生成公式中若干个root值；其中，信令序列的长度小于或者等于所选择的若干个root值中的最小值，且所选择的若干个root值之和大于或者等于信令序列的个数的两倍；
针对每一个root值，选择不同的q值产生CAZAC序列，其中q值的个数小于或者等于相应的root值的1/2，且任意两个q值之和不等于相应的root值；
根据所确定的信令序列的长度从得到的每一个CAZAC序列中选取所述信令序列。
可选的，针对每一个root值，选择q值的个数不同，且这些q值的个数总和等于信令序列的个数。
可选的，若干个root值中的一个root值选取为信令序列的长度。
可选的，所述根据所确定的信令序列的长度从得到的每一个CAZAC序列中选取所述信令序列包括：根据选取为信令序列的长度的root值所产生的CAZAC序列确定所述信令序列。
可选的，所述root值为质数。
可选的，所述固定序列的长度与所述信令序列的长度相等，且该长度小于所述预定长度的1/2。
可选的，在所述有效子载波两侧分别填充零序列子载波以形成预定长度的频域OFDM符号包括：在所述有效子载波两侧分别填充等长度的零序列子载波以形成预定长度的频域OFDM符号。
可选的，每侧填充的零序列子载波的长度大于临界长度值，该临界长度值由系统采样率、符号率和预定长度来确定。
可选的，所述预定长度为1024。
本发明实施例还提供了一种物理帧中前导符号的生成方法，包括如下步骤：依照上述频域OFDM符号的生成方法得到预定长度的频域OFDM符号；对该预定长度的频域OFDM符号作离散傅里叶反变换以得到时域OFDM符号；确定循环前缀长度；从所述时域OFDM符号截取所述循环前缀长度的时域OFDM符号作为循环前缀；基于上述截取的所述循环前缀长度的时域OFDM符号生成调制信号；基于所述循环前缀、所述时域OFDM符号和所述调制信号生成前导符号。
可选的，在所述基于上述截取的所述循环前缀长度的时域OFDM符号生成调制信号之后还包括：根据所述调制信号的长度；选取所述时域OFDM符号中用于截取循环前缀部分的不同起点，从该起点之后截取长度为所述调制信号的长度的部分用于传输信令信息。
可选的，所述信令信息包括hook信息、发射机标志信息或者其他传输参数。
可选的，所述预定长度为1024、所述循环前缀长度和所述调制信号的长度为512。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：
根据本发明实施例提供的频域OFDM符号的生成方法，将固定序列和信令序列以奇偶交错的方式填充至有效子载波上，通过这样特定的频域结构设计，其中固定序列可以作为物理帧中的导频，从而便于接收端对接收到的物理帧中前导符号进行解码解调。
而且，信令序列和固定序列都采用恒模序列，有较小的峰值平均功率比(Peak toAverage Power Ratio，PAPR)，同时避免产生的信令序列在时域有循环移位或者循环移位加相移的特性，该特性会导致利用时域已知序列集合与接收信号进行相关来检测发送序列时，在多径信道下会失败的问题。
根据本发明实施例提供的物理帧中前导符号的生成方法，根据不同的信道环境确定循环前缀长度，并从时域OFDM符号截取所述循环前缀长度的时域OFDM符号作为循环前缀，从而解决了频域信道估计性能下降的问题。并且基于上述截取的所述循环前缀长度的时域OFDM符号生成调制信号，使得生成的前导符号具有良好的小数倍频偏估计性能和定时同步性能。
进一步地，调制信号中可取时域OFDM符号中复制给循环前缀的部分或者全部数据段，并通过选择不同的起始位置传输信令参数。
更进一步地，利用时域OFDM符号的调制信号与时域OFDM符号的结构(作为前导符号)保证了在接收端利用延迟相关可以得到明显的峰值。并且，在生成该前导符号过程中，设计时域OFDM符号的调制信号可以避免接收端受到连续波干扰或者单频干扰，或者出现与调制信号长度等长的多径信道，或者接收信号中保护间隔长度和调制信号的长度相同时出现误检测峰值。
附图说明
图1是本发明的一种频域OFDM符号的生成方法的具体实施方式的流程示意图；
图2是本发明的一种物理帧中前导符号的生成方法的具体实施方式的流程示意图。
具体实施方式
发明人发现利用现有技术生成的信令序列，其峰值平均功率比较高，且信令序列在时域上循环移位或者循环移位加相移的问题。
针对上述问题，发明人经过研究，提供了一种频域OFDM符号的生成方法及物理帧中前导符号的生成方法。避免产生的信令序列在时域有循环移位或者循环移位加相移的特性。并且解决了频域信道估计性能下降的问题，利用该时域OFDM符号生成调制信号，使得生成的前导符号具有良好的小数频偏估计和定时同步性能。进一步地，保证了载波频率偏差在-500kHz至500kHz范围内接收端仍可以处理接收信号。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
如图1所示的是本发明的一种频域OFDM符号的生成方法的具体实施方式的流程示意图。参考图1，频域OFDM符号的生成方法包括如下步骤：
步骤S11：在频域上分别生成固定序列和信令序列；其中，所述固定序列和信令序列都为恒模序列，且固定序列和信令序列中各个复数的模都相等；
步骤S12：将固定序列和信令序列填充至有效子载波上，且所述固定序列和信令序列之间呈奇偶交错排列；
步骤S13：在所述有效子载波两侧分别填充零序列子载波以形成预定长度的频域OFDM符号。
具体来说，如步骤S11所述，在频域上分别生成固定序列和信令序列。其中，所述固定序列包括接收端可用来做载波频率同步和定时同步的相关信息、所述信令序列包括各个基本传输参数。
在本实施例中，所述固定序列和信令序列都为恒模序列，且固定序列和信令序列中各个复数的模都相等。需要说明的是，所述复数包括实数(即复数的虚部为零)。
在本实施例中，在频域上生成信令序列可以采用如下两种方式中的任一种，下面详细描述这两种生成信令序列的具体方式。
方式1：
1.1确定信令序列的长度和个数；
1.2基于所述信令序列的长度和个数确定CAZAC序列生成公式中的root值；其中，信令序列的长度小于或者等于root值，且root值大于或者等于信令序列的个数的两倍。优选地，root值选取为信令序列的长度。
例如，确定序列长度L以及信令个数。比如，要传N个bit，则信令个数num为2N并选择CAZAC序列生成公式中exp(jπqn(n+1)/root)的值。其中，序列长度L小于或者等于root值，且root值要大于等于2*num。通常root值为质数。
1.3选择不同的q值产生CAZAC序列，其中q值的个数等于信令序列的个数，且任意两个q值之和不等于root值。
例如，选择num个不同的q0、q1、……、qnum-1产生CAZAC序列：
exp(jπqn(n+1)/root),n＝0,...root-1。
需要说明的是，在本实施例中，选出的qi(0≤i≤num-1)必须满足下述条件：任何2个qi、qj(0≤i,j≤num-1)满足qi+qj≠root.
在上述条件下，优先选择使得整体频域OFDM符号PAPR低的序列。且如果L大于等于2*num，优先选择root＝L.这样序列的自相关值为零。
1.4根据所确定的信令序列的长度从得到的每一个CAZAC序列中选取所述信令序列。需要说明的是，若L＝root，则不需要截取，所得到的CAZAC序列即可作为信令序列。
例如，将num个序列中每一个序列截取长度为L的连续部分序列或者全部序列作为信令序列。
举例来说，L＝350，num＝256。选择root为751，然后选择q＝0,1,…255,满足qi+qj≠751，(0≤i,j≤256-1)。
或者，L＝353，num＝128。选择root为353，然后选择q＝0,1,…127,满足qi+qj≠353,(0≤i,j≤128-1)。
方式2：
2.1确定信令序列的长度和个数；
2.2基于所述信令序列的长度和个数确定CAZAC序列生成公式中若干个root值；其中，信令序列的长度小于或者等于所选择的若干个root值中的最小值，且所选择的若干个root值之和大于或者等于信令序列的个数的两倍。优选地，root值选取为信令序列的长度。
例如，确定序列长度L以及信令个数。比如，要传N个bit，则信令个数num为2N，并选择CAZAC序列生成公式中exp(jπqn(n+1)/root)的若干K个rootk(0≤k≤K-1)。其中，信令序列长度L小于或者等于所有rootk中的最小值，并且若干个rootk的和大于等于2*num，即通常rootk值为质数。
2.3针对每一个root值，选择不同的q值产生CAZAC序列，其中q值的个数小于或者等于相应的root值的1/2，且任意两个q值之和不等于相应的root值。
例如，针对每个rootk(0≤k≤K-1)，选择numk个不同的q0、q1、产生CAZAC序列exp(jπqn(n+1)/rootk),n＝0,...rootk-1。其中，
且
需要说明的是，在本实施例中，选出的qi(0≤i≤numk-1)必须满足下述条件：任意2个qi、qj(0≤i,j≤numk-1)满足qi+qj≠rootk。
在上述条件下，优先选择使得整体频域OFDM符号PAPR低的序列。且可优先选择其中一个root＝L。这样该root产生的序列的自相关值为零。
2.4根据所确定的信令序列的长度从得到的每一个CAZAC序列中选取所述信令序列。需要强调的是，若其中某个root＝L，则根据选取为信令序列的长度的root值所产生的CAZAC序列确定所述信令序列。
例如，将num个序列中每一个序列截取长度为L的连续部分序列或者全部序列作为信令序列。
举例来说，例如，L＝353，num＝128。按方式1优先选择root为353。然后，选择q＝0,1,…127。满足qi+qj≠353,(0≤i,j≤128-1)。最后，将每个序列截取到长度为353。
又例如，L＝350，num＝256。按方式2选择root1为353、root2＝359,然后针对root1＝353，选出q＝0,1,2,…127共128个序列,qi+qj≠353。然后针对root2＝359，选出q＝100,101,102,…227共128个序列，总共256个序列.。最后将每个序列截取到长度为350。
如步骤S12所述，将所述固定序列和信令序列填充至有效子载波上，且所述固定序列和信令序列之间呈奇偶交错排列。
在一个优选的实施方式中，所述固定序列的长度与所述信令序列的长度相等，且该长度小于所述预定长度的1/2。其中，所述预定长度为1024，但实际应用中也可以根据系统需求而改变。
以预定长度为1024为例，设固定序列的长度为N(即承载固定序列的有效子载波的个数为N)、信令序列的长度为M(即承载信令序列的有效子载波的个数为M)，在本实施例中，M＝N。在其他实施例中，N也可以略大于M。
所述固定序列和信令序列之间呈奇偶交错排列，即固定序列填充至偶子载波(或奇子载波)位置上，相应地，信令序列填充至奇子载波(或偶子载波)位置上，从而在频域的有效子载波上呈现固定序列和信令序列奇偶交错排列的分布状态。需要说明的是，当固定序列和信令序列的长度不一致时(例如M>N)，可以通过补零序列子载波的方式来实现固定序列和信令序列奇偶交错排列。
如步骤S13所述，在所述有效子载波两侧分别填充零序列子载波以形成预定长度的频域OFDM符号。
在优选的实施方式中，本步骤包括：在所述有效子载波两侧分别填充等长度的零序列子载波以形成预定长度的频域OFDM符号。
沿用以预定长度为1024的例子，零序列子载波的长度的G＝1024-M-N，两侧填充(1024-M-N)/2个零序列子载波。
进一步地，为了保证在载波频率偏差在-500kHz至500kHz范围内接收端仍可以处理接收信号，(1024-M-N)/2的值通常大于临界长度值(设为TH)，该临界长度值由系统符号率和预定长度来确定。例如，预定长度为1024，7.61M的系统符号率，9.14M的采样率，则 例如，M＝N＝350，则G＝324，两侧各填充162个零序列子载波。
因此，预定长度(1024个)的子载波(即频域OFDM符号)P1_X0,P1_X1,,P1_X1023由以下方式填充生成：
其中，所处的奇偶位置可以互换。
如图2所示的是本发明的一种物理帧中前导符号的生成方法的具体实施方式的流程示意图。参考图2，物理帧中前导符号的生成方法包括如下步骤：
步骤S21：依照上述频域OFDM符号的生成方法生成预定长度的频域OFDM符号；
步骤S22：对预定长度的频域OFDM符号作离散傅里叶反变换以得到时域OFDM符号；
步骤S23：确定循环前缀长度；
步骤S24：从所述时域OFDM符号截取所述循环前缀长度的时域OFDM符号作为循环前缀；
步骤S25：基于上述截取的所述循环前缀长度的时域OFDM符号生成调制信号；
步骤S26：基于所述循环前缀、所述时域OFDM符号和所述调制信号生成前导符号。
在本实施例中，所述步骤S21的实现方式可以参考上文实施例的描述，在此不再赘述。
如步骤S22所述，对预定长度的频域OFDM符号作离散傅里叶反变换以得到时域OFDM符号。
本步骤所述的离散傅里叶反变换是常用的将频域信号转换成时域信号的方式，在此不予赘述。
P1_Xi作离散傅里叶反变换后得到时域OFDM符号：
如步骤S23所述，确定循环前缀长度。
与现有技术不同，在本实施例中，需要在时域OFDM符号前添加循环前缀(CP)，无线广播通信系统可以根据不同的信道环境来确定该循环前缀长度(设为Ncp)。例如，可以根据无线广播通信系统需要对抗的多径长度来确定循环前缀长度。也就是说，在生成前导符号时，无线广播通信系统已能确定该前导符号所需要对抗的多径长度，并以此确定循环前缀。
如步骤S24所述，从所述时域OFDM符号截取所述循环前缀长度的时域OFDM符号作为循环前缀。
在本实施例中，所述循环前缀长度等于或者小于所述预定长度。以所述预定长度为1024为例，所述循环前缀长度可以是1024或者小于1024。优选地，所述循环前缀长度为512，也就是说，在本步骤中，截取该时域OFDM符号的后半部分(长度为512)作为循环前缀，从而解决了频域信道估计性能下降的问题。
如步骤S25所述，基于上述截取的所述循环前缀长度的时域OFDM符号生成调制信号。在实践中，调制信号的长度不能超出循环前缀部分的长度。
具体地，本步骤包括：
1)设置一个频移序列；
2)将所述时域OFDM符号或者部分所述时域OFDM符号乘以该频移序列以得到所述调制信号。
例如，设Ncp为确定的循环前缀长度，LenB为调制信号的长度。N1为选择复制给调制信号段的起点对应的时域OFDM符号的采样点序号，N2为选择复制给调制信号段的终点对应的时域OFDM符号采样点序号.N2＝N1+LenB-1。优选地，所述时域OFDM符号的长度为1024，Ncp为512，LenB也为512。
该频移序列为其中fSH可选取为A符号对应的子载波间隔即1/NAT，其中NA为A的长度。为了使相关峰值尖锐，fSH也可以选择为1/(LenBT)。当LenB＝NCP时，fSH＝1/NCPT。
M(t)也可以被设计成其他序列，如m序列或一些简化的窗序列等。
该部分时域OFDM符号的调制信号为P1_B(t)，P1_B(t)是通过该部分时域OFDM符号乘以频移序列M(t)得到，即P1_B(t)为：
其中，N1为选择复制给B段的 起点对应的A段ofdm符号采样点序号。
如步骤S26所述，基于所述循环前缀、所述时域OFDM符号和所述调制信号生成前导符号。
具体地，将所述循环前缀拼接在所述时域OFDM符号的前部作为保护间隔，并将所述调制信号拼接在所述OFDM符号的后部作为调制频偏序列以生成前导符号。
例如，前导符号可以根据采用如下时域表达式：
在其他实施例中，若所述预定长度取其他数值(即不是1024)，则上述P1(t)公式中的1024将改成相应的数值(即与预定长度一致)，而Ncp也可以改成其他数值，优选地，Ncp为所述预定长度的一半。
进一步地，在上述步骤S14之后还包括如下步骤：
1)根据所述调制信号的长度；
2)选取所述时域OFDM符号中用于截取循环前缀部分的不同起点，从该起点之后截取长度为所述调制信号的长度的部分用于传输信令信息。
例如，所述预定长度为1024,NCP为512，LenB为256。
其中，N1可取512+i*160≤i＜16,则可表示16种不同的取法,传输4bit信令参数。不同的发射机可以通过取不同的N1来传输该发射机的对应的标识、同一个发射机也可以通过分时地改变N1来发送传输参数。
在其他实施例中，基于上文中所述的频域OFDM符号的生成方法，本领域技术人员可以在此基础上采用其他实施方式(并不限于本实施例提供的物理帧中前导符号的生成)对该频域OFDM符号进行处理，以生成时域上的前导符号。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种物理帧中前导符号的生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
对预定长度的频域OFDM符号作离散傅里叶反变换以得到时域OFDM符号；
确定循环前缀长度；
从所述时域OFDM符号的后部分截取所述循环前缀长度的时域OFDM符号作为循环前缀；
基于上述截取的所述循环前缀长度的时域OFDM符号的一部分生成调制信号；
基于所述循环前缀、所述时域OFDM符号和所述调制信号生成前导符号。
2.如权利要求1所述的物理帧中前导符号的生成方法，其特征在于，在所述基于上述截取的所述循环前缀长度的时域OFDM符号生成调制信号之后还包括：
根据所述调制信号的长度；
选取所述时域OFDM符号中用于截取循环前缀部分的不同起点，从该起点之后截取长度为所述调制信号的长度的部分用于传输信令信息。
3.如权利要求2 所述的物理帧中前导符号的生成方法，其特征在于，所述信令信息包括hook信息、发射机标志信息或者其他传输参数。
4.如权利要求1所述的物理帧中前导符号的生成方法，其特征在于，
将所述循环前缀拼接在所述时域OFDM符号的前部，并将所述调制信号拼接在所述OFDM符号的后部，和所述时域OFDM符号，以生成前导符号，
所述预定长度为1024、所述循环前缀长度和所述调制信号的长度为512。
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