CN107135042B - Dvb-t2标准中的无线广播信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DVB‑T2标准中的无线广播信号检测方法，主要解决现有检测方法中检测时间长和检测概率低的问题，其实现方案是：首先对接收信号与本地时域导频序列进行滑动互相关并归一化，通过对归一化互相关序列进行峰值检测和周期检测，获得接收信号的子载波数；然后对接收信号进行滑动自相关并归一化，通过计算归一化自相关序列的峰值宽度，获得接收信号的保护间隔。本发明通过对子载波数和保护间隔的检测，为其他无线通信业务提供可用频段，同时为全球广播漫游接收机中无线广播信号的选择提供参考信息。本发明降低了检测时间、提高了检测概率，可用于认知无线电的频谱感知环节和地面数字电视的全球广播漫游中。

Description

DVB-T2标准中的无线广播信号检测方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及对第二代地面数字电视广播标准DVB-T2中的无线广播信号检测，可用于认知无线电的频谱感知环节和地面数字电视的全球广播漫游中。

背景技术

近年来，无线通信业务在移动通信、广播电视和互联网方面的发展迅速，用户对于无线业务的需求也在不断增长。然而有限的频谱和低效固定的频谱分配导致频谱资源日益匮乏，严重制约着无线通信技术的发展。地面数字电视广播业务占用了相当可观的频谱资源，欧洲第二代地面数字电视广播标准DVB-T2是目前世界上应用最为广泛的地面数字电视标准，该DVB-T2标准占用的频段为54MHz的VHF到862MHz的UHF频段，由于该标准带宽较宽且空闲频段较多，造成了频谱资源的浪费，同时影响了其他无线通信业务的正常接入，因此检测并利用DVB-T2的空闲频段，可以有效地提高频谱利用率，节省频谱资源。另外，全球广播漫游是未来地面数字电视发展的一个趋势，即数字电视用户在使用同一终端的情况下，无论在什么地方都可以接收到当地的数字电视信号并享受当地的数字电视服务。因此，为了实现接收机的全球广播漫游，不仅要对当地的DVB-T2广播信号进行检测，还要对其使用的子载波数和保护间隔进行检测。

发明内容

本发明的目的在于针对DVB-T2标准频带宽，频谱利用率低，同时影响了其他无线通信业务的正常接入的问题，提出一种DVB-T2标准中的无线广播信号检测方法，以利用DVB-T2标准的空闲频段，有效地提高频谱利用率，节省频谱资源，减小地面数字电视广播业务对其他无线通信业务的影响。

本发明的技术方案是这样实现的：

一、技术原理

为了便于接收机进行时间同步、频率同步和信道估计等，DVB-T2标准在每个OFDM符号内插入了导频子载波。导频是对预先定义的参考序列调制得到的数据单元，其数量、幅度、分布这些信息在接收端都是已知的，因此可以在接收端生成本地导频序列，利用本地导频序列与接收信号的相关性来完成对DVB-T2广播信号的检测。在DVB-T2系统中，多径时延扩展会使得接收端接收到的信号之间发生混叠，产生符号间干扰ISI，为了消除该干扰，DVB-T2标准提供了7种可选的保护间隔，使得发射信号中的多径分量不会对后面的信号造成干扰。所述保护间隔是指在每个OFDM符号的前面插入一段数据，数据长度等于当前设置的保护间隔长度，且这段数据与该OFDM符号后面同等长度的数据相同，保护间隔的存在使得接收信号之间具有很强的相关性，而且从相关结果中可以提取出保护间隔的信息。这7种可选的保护间隔长度分别为OFDM符号中子载波数的1/128、1/32、1/16、19/256、1/8、19/128和1/4。

根据上述原理，本发明对该无线广播信号中的子载波数

和保护间隔

进行检测，若对子载波数

和保护间隔

的检测成功，可确定当前待检测频段中存在DVB-T2无线广播信号，即当前频段为已占用频段，其他无线通信业务不能接入该频段，另外可以为全球广播漫游接收机中无线广播信号的选择提供参考信息；若对子载波数

和保护间隔

的检测不成功，可确定当前待检测频段中不存在DVB-T2无线广播信号，即当前频段为空闲频段，因此可将该频段用于其他无线通信业务中，检测步骤包括如下：

1)接收基带采样信号r(n)，取部分采样点作为待检测信号x(n)；

2)设置初始子载波数N₀＝8192；

3)设置当前子载波数N＝N₀；

4)根据当前子载波数N计算相应的时域导频序列S(n)，将待检测信号x(n)与时域导频序列S(n)进行滑动互相关，并进行能量归一化，得到归一化后互相关序列R'_corr(n)；

5)对归一化后互相关序列R'_corr(n)进行峰值检测和周期检测，得出子载波数检测结果

5a)计算在当前子载波模式下第二个最大可能OFDM符号内的归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max1及其所在位置P_max1；

5b)设置互相关判决门限λ_corr，将第二个最大可能OFDM符号内的归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max1与互相关判决门限λ_corr进行比较，如果R_max1＞λ_corr，则峰值检测成立，执行5c)，否则，峰值检测不成立，设置子载波数为当前子载波数的1/2倍，执行步骤6)；

5c)从位置P_max1处开始，分别计算相邻两个最大可能OFDM符号内归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max2和R_max3；

5d)将相邻两个最大可能OFDM符号内归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max2和R_max3与互相关判决门限λ_corr进行比较，如果R_max2＞λ_corr和R_max3＞λ_corr同时成立，则周期检测成立，子载波数检测结果

为当前子载波数N，执行步骤7)，否则，周期检测不成立，设置子载波数为当前子载波数的2倍，执行步骤6)；

6)根据峰值检测和周期检测结果更改当前子载波数：若当前子载波数数小于1024或者大于32768，则检测结束，判定待检测信号中不含有DVB-T2广播信号，否则，返回步骤4)；

7)根据子载波数检测结果

对待检测信号x(n)进行滑动自相关，并进行能量归一化处理，得到归一化后自相关序列R'_auto(n)；

8)由归一化后自相关序列R'_auto(n)得出保护间隔检测结果

8a)计算归一化后自相关序列R'_auto(n)的最大值R'_max及其位置P'_max；

8b)设置自相关判决门限λ_auto为归一化后自相关序列最大值R'_max的0.7倍，从位置P'_max处开始，分别向左和向右寻找第一个小于自相关判决门限λ_auto的归一化自相关序列R'_auto(n)的左位置P_left和右位置P_right；

8c)计算左位置P_left和右位置P_right之间的差值与最小保护间隔长度的和，得到保护间隔长度的近似值：GI_app＝P_right-P_left+L_min；

8d)计算近似值GI_app与当前子载波模式下各种可能保护间隔间的归一化偏差：

其中，k＝1,2,...,N_GI，GI表示当前子载波模式下的保护间隔集合，N_GI表示当前子载波模式下的保护间隔个数；

8e)计算归一化偏差D_error(k)的最小值

其中k_min为D_error(k)取得最小值时对应的索引，当前子载波模式下的保护间隔集合GI中的第k_min个值GI(k_min)即为待检测信号x(n)使用的保护间隔

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

第一，本发明对基于导频的时域互相关算法进行了改进，对相关结果增加了归一化处理，且将四种不同的时域导频信号相加，大大减少了感知时间，并有效改善了低信噪比环境下检测概率低、虚警概率高的问题。

第二，本发明根据时域导频自相关结果的特性，使用了一种高效的子载波数选择策略，根据峰值检测和周期检测结果更改待检测子载波数，有效地减少了检测时间。

第三，本发明在峰值检测的基础上，增加了周期性检测，大大降低了低信噪比下检测算法的虚警概率。

第四，本发明使用了一种优化的保护间隔识别方法，改进了现有技术中判决门限设置困难的问题，有效降低了保护间隔的错误识别概率。

附图说明

图1是本发明的实现总流程图；

图2是总流程图中的峰值检测和周期检测子流程图；

图3是本发明的信号成功检测概率仿真图；

图4是本发明的子载波数成功检测概率仿真图。

图5是本发明的保护间隔成功检测概率仿真图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明中的技术进行详细完整的描述。本实施例以本发明的技术为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明对DVB-T2标准中的无线广播信号进行检测的对象，是对该无线广播信号中的子载波数

和保护间隔

进行检测，通过对子载波数

和保护间隔

的检测，判定当前检测频段是否为空闲频段：如果没有检测到子载波数，即当前频段中不存在DVB-T2广播信号，则判定当前频段为空闲频段，可将该频段用于其他无线通信业务中；如果子载波数

和保护间隔

检测成功，则判定当前频段中存在DVB-T2广播信号，全球广播漫游接收机利用检测到的子载波数

和保护间隔

对接收信号进行同步和解调，为漫游用户提供可靠的当地DVB-T2广播服务。

参照图1，本实施例对DVB-T2标准中的无线广播信号进行检测的方法，包括对子载波数

的检测和保护间隔

的检测：

一、子载波数

的检测

步骤1，接收基带采样信号，得到待检测信号x(n)，并设置初始子载波数。

1.1)对基带采样信号r(n)进行4倍上采样，n表示采样点数；然后取M＝4*32768*4个采样点作为待检测信号x(n)；

1.2)选定初始待检测子载波数为N₀＝8192；

1.3)设置当前子载波数N＝N₀。

步骤2，将检测信号x(n)与时域导频序列S(n)进行滑动互相关，并进行能量归一化处理。

2.1)根据当前子载波数N，对仅由离散导频子载波组成的向量C_k,d进行傅里叶反变换，得到四个时域导频序列S_d(m)：

其中，m＝0,1,2...,N-1，d表示离散导频的模式，d＝1,2,3,4，k表示子载波序号，ψ_d表示导频模式为d的导频子载波位置的集合，对于第1种导频模式，ψ₁＝0,12,24,...，C_k,d表示导频模式为d的第k个子载波；

2.2)对上述四个时域导频序列求和，得到累加时域导频序列：

2.3)对待测信号x(n)和时域导频序列S(m)进行滑动互相关，得到互相关序列R_corr(n)：

其中，x(n+p)表示延时p个采样点后的待检测信号，x*(n+p)表示对信号x(n+p)取共轭，S(p)表示时域导频序列S(m)中的第p个采样点，p＝0,1,2...N-1；

2.4)对互相关序列取绝对值，并进行能量归一化处理，得到归一化后互相关序列R'_corr(n)：

其中，|·|表示取绝对值，

表示参与相关的两个信号x(n+p)和S(p)的平均能量。

步骤3，对归一化后互相关序列R'_corr(n)进行峰值检测和周期检测，得出子载波数检测结果

参照图2，本步骤的具体实现如下：

3.1)计算当前子载波模式第二个最大可能OFDM符号内的归一化互相关序列的最大值R_max1及其所在位置P_max1：

R_max1＝max(R'_corr(n₁))，

其中，max(·)表示取最大值，

表示计算最大值对应的索引，n₁＝N+L_max+(0,1,2...N+L_max-1)，L_max表示当前子载波模式下的最大保护间隔，如表1所示；

3.2)设置互相关判决门限λ_corr，将第二个最大可能OFDM符号内的归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max1与互相关判决门限λ_corr进行比较，如果R_max1＞λ_corr，则峰值检测成立，执行步骤3.3)，否则，峰值检测不成立，设置子载波数为当前子载波数的1/2，执行步骤3.5)，其中互相关判决门限λ_corr通过对实际的信号进行仿真获得；

3.3)从当前子载波模式下第二个最大可能OFDM符号内的归一化互相关序列的最大值所在位置P_max1处开始，计算相邻两个最大可能OFDM符号内归一化互相关序列的最大值R_max2和R_max3：

R_max2＝max(R'_corr(n₂))，

R_max3＝max(R'_corr(n₃))，

其中，n₂＝P_max1+N+(L_min,L_min+1,...L_max-1)，n₃＝P_max1-N-(L_min,L_min+1,...L_max-1)，L_min表示当前子载波数下最小的保护间隔，如表1所示；

表1不同子载波模式下的最小保护间隔和最大保护间隔

FFT	L<sub>min</sub>	L<sub>max</sub>
			1K	64	256
2K	64	512
			4K	128	1024
8K	64	2048
			16K	128	4096
32K	256	4864

3.4)分别将相邻两个最大OFDM符号内的归一化互相关序列最大值R_max2和R_max3与互相关判决门限λ_corr进行比较，如果R_max2＞λ_corr和R_max3＞λ_corr同时成立，则周期检测成立，子载波数检测结果

为当前子载波数N，执行步骤4，否则，周期检测不成立，设置子载波数为当前子载波数的2倍，执行步骤3.5)。

3.5)根据峰值检测和周期检测结果更改当前子载波数：若当前子载波数数小于1024或者大于32768，则检测结束，判定待检测信号中不含有DVB-T2广播信号，否则，返回步骤2。

二、保护间隔

的检测

步骤4，根据子载波数检测结果

得到归一化后自相关序列R'_auto(n)。

4.1)将待检测信号x(n)延迟

个采样点，得到延迟后的待检测信号

4.2)对延迟后的待检测信号取共轭，并与待检测信号x(n)相乘，得到共轭相乘结果

4.3)分别对共轭相乘结果M(n)中长度为L_min的连续数据相加求和，得到自相关序列

其中M(q)表示共轭相乘结果M(n)中的第q个采样点；

4.4)计算参与相关的待检测信号x(n+q)的能量，利用下式对自相关序列进行能量归一化，得到归一化后自相关序列R'_auto(n)：

其中，|·|表示取绝对值，

表示延迟后的待检测信号x(n+q)的能量。

步骤5，由归一化后自相关序列R'_auto(n)得出保护间隔检测结果

参照图3，本步骤具体实现如下：

5.1)计算归一化后自相关序列R'_auto(n)的最大值R'_max及其位置P'_max：

R'_max＝max(R'_auto(n₄)),

其中，

5.2)设置自相关判决门限λ_auto为归一化后自相关序列最大值R'_max的0.7倍，从位置P'_max处开始，分别向左和向右寻找第一个小于自相关判决门限λ_auto的归一化自相关序列R'_auto(n)的左位置P_left和右位置P_right；

5.3)计算左位置P_left和右位置P_right之间的差值与最小保护间隔长度的和，得到保护间隔长度的近似值：GI_app＝P_right-P_left+L_min；

5.4)计算近似值GI_app与当前子载波模式下各种可能保护间隔间的归一化偏差：

其中，k＝1,2,...,N_GI，GI表示当前子载波模式下的保护间隔集合，N_GI表示当前子载波模式下的保护间隔个数；

5.5)计算归一化偏差D_error(k)的最小值

其中k_min为D_error(k)取得最小值时对应的索引；

5.6)取当前子载波模式下的保护间隔集合GI中的第k_min个值GI(k_min)，即为待检测信号x(n)使用的保护间隔

至此完成对DVB-T2广播信号中子载波数

和保护间隔

的检测。

本实施例的效果可通过以下仿真进一步说明：

一、仿真条件：采用MATLAB软件对上述检测方法进行仿真。

二、仿真内容：

仿真1，设待检测的DVB-T2广播信号的子载波数为1024、保护间隔长度为128，用本发明实施例对该信号进行检测，分别在高斯信道、莱斯信道和瑞利信道这三种不同信道下仿真该子载波数被成功检测的概率，结果如图4所示。

从图4可以看出，随着信噪比的增加，子载波数成功检测概率不断提高，当信噪比为-26dB时，本发明在上述三种信道下的子载波数成功检测概率高于0.3，当信噪比为0dB时，本发明的子载波数成功检测概率在三种信道下都能达到1。

仿真2，设待检测的DVB-T2广播信号的子载波数为1024、保护间隔长度为128，用本发明实施例对该信号进行检测，分别在高斯信道、莱斯信道和瑞利信道这三种不同信道下仿真该保护间隔被成功检测的概率，结果如图5所示。

从图5中可以看出，随着信噪比的增加，保护间隔成功检测概率不断提高，当信噪比为5dB时，三种信道下的保护间隔成功检测概率可以达到1。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.DVB-T2标准中的无线广播信号检测方法，是对该无线广播信号中的子载波数N和保护间隔

进行检测，其特征在于检测步骤包括如下：

1)接收基带采样信号r(n)，取部分采样点作为待检测信号x(n)；

2)设置初始子载波数N₀＝8192；

3)设置当前子载波数N＝N₀；

4)根据当前子载波数N计算相应的时域导频序列S(n)，将待检测信号x(n)与时域导频序列S(n)进行滑动互相关，并进行能量归一化，得到归一化后互相关序列R'_corr(n)；

5)对归一化后互相关序列R'_corr(n)进行峰值检测和周期检测，得出子载波数检测结果

5a)计算在当前子载波模式下第二个最大可能OFDM符号内的归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max1及其所在位置P_max1；

5b)设置互相关判决门限λ_corr，将第二个最大可能OFDM符号内的归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max1与互相关判决门限λ_corr进行比较，如果R_max1＞λ_corr，则峰值检测成立，执行5c)，否则，峰值检测不成立，设置子载波数为当前子载波数的1/2倍，执行步骤6)；

5c)从位置P_max1处开始，分别计算相邻两个最大可能OFDM符号内归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max2和R_max3；

5d)将相邻两个最大可能OFDM符号内归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max2和R_max3与互相关判决门限λ_corr进行比较，如果R_max2＞λ_corr和R_max3＞λ_corr同时成立，则周期检测成立，子载波数检测结果

为当前子载波数N，执行步骤7)，否则，周期检测不成立，设置子载波数为当前子载波数的2倍，执行步骤6)；

6)根据峰值检测和周期检测结果更改当前子载波数：若当前子载波数小于1024或者大于32768，则检测结束，判定待检测信号中不含有DVB-T2广播信号，否则，返回步骤4)；

7)根据子载波数检测结果

对待检测信号x(n)进行滑动自相关，并进行能量归一化处理，得到归一化后自相关序列R'_auto(n)；

8)由归一化后自相关序列R'_auto(n)得出保护间隔检测结果

8a)计算归一化后自相关序列R'_auto(n)的最大值R'_max及其位置P'_max；

8b)设置自相关判决门限λ_auto为归一化后自相关序列最大值R'_max的0.7倍，从位置P'_max处开始，分别向左和向右寻找第一个小于自相关判决门限λ_auto的归一化自相关序列R'_auto(n)的左位置P_left和右位置P_right；

8c)计算左位置P_left和右位置P_right之间的差值与最小保护间隔长度的和，得到保护间隔长度的近似值：GI_app＝P_right-P_left+L_min；

8d)计算近似值GI_app与当前子载波模式下各种可能保护间隔间的归一化偏差：

其中，k＝1,2,...,N_GI，GI表示当前子载波模式下的保护间隔集合，N_GI表示当前子载波模式下的保护间隔个数；

8e)计算归一化偏差D_error(k)的最小值D_min|_k＝kmin，其中k_min为D_error(k)取得最小值时对应的索引，当前子载波模式下的保护间隔集合GI中的第k_min个值GI(k_min)即为待检测信号x(n)使用的保护间隔

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中将待检测信号x(n)与时域导频序列S(n)进行滑动互相关，并进行能量归一化处理，按如下步骤进行：

4a)根据当前子载波数N，对仅由离散导频子载波组成的向量进行傅里叶反变换，得到四个参考序列S_d(m)：

其中，m＝0,1,2...,N-1，d表示离散导频的模式，d＝1,2,3,4，ψ_d表示对应导频模式的导频子载波位置的集合，C_k,d表示导频模式为d的第k个子载波，k表示子载波序号；

4b)对这四个参考序列求和，得到累加时域导频序列：

4c)对待检测信号x(n)和累加时域导频序列S(m)进行滑动互相关，即将待检测信号x(n)中长度为N的信号与累加时域导频序列S(m)共轭相乘并求和，得到互相关序列R_corr(n)：

其中，x^*(n+p)表示对信号x(n+p)取共轭；

4d)计算参与相关的两组数据x(n+p)和S(p)的能量，p＝0,1,2...N-1，利用下式对互相关序列进行能量归一化：

其中，

和

分别表示参与相关的两个信号x(n+p)和S(p)的能量和。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤7)中对待检测信号x(n)进行滑动自相关，并进行能量归一化处理，按如下步骤进行：

7a)根据子载波数检测结果

计算当前子载波模式下最小保护间隔长度L_min；

7b)将待检测信号x(n)延迟

个采样点，得到延迟后的待检测信号

7c)对延迟后的待检测信号取共轭，并与待检测信号x(n)相乘，得到共轭相乘结果

7d)分别对共轭相乘结果M(n)中长度为L_min的连续数据相加求和，得到自相关序列

7e)计算参与相关的待检测信号x(n+q)的能量，q＝0,1,2,...,L_min-1，利用下式对自相关序列进行能量归一化，得到归一化后自相关序列：

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤5a)中计算在当前子载波模式下第二个最大可能OFDM符号内的归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max1及其所在位置P_max1，通过如下公式计算：

R_max1＝max(R'_corr(n₁))，

其中n₁＝N+L_max+(0,1,2...N+L_max-1)，L_max表示当前子载波模式下的最大保护间隔长度。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤5c)中从位置P_max1处开始，分别计算相邻两个最大可能OFDM符号内归一化后互相关序列R'_corr(n)的最大值R_max2和R_max3，通过如下公式计算：

R_max2＝max(R'_corr(n₂))，

R_max3＝max(R'_corr(n₃))，

其中，n₂＝P_max1+N+(L_min,L_min+1,...L_max-1)，n₃＝P_max1-N-(L_min,L_min+1,...L_max-1)，L_min表示当前子载波模式下的最小保护间隔长度。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤8a)中计算归一化后自相关序列R'_auto(n)的最大值R'_max及其位置P'_max，通过如下公式计算：

R'_max＝max(R'_auto(n₄))，

其中，

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