CN107294894B - 一种前导信号的生成、发送、接收方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于异步通信系统中前导信号的生成、发送、接收方法和系统，其中，前导信号的生成方法包括生成第一符号A和第二符号B；第一符号A和第二符号B是长度相同的时域符号；将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照级联排列生成前导信号；其中，K表示搜索频点数目。前导信号的接收方法包括：从信道中接收信号；对接收到的信号进行信号处理，获得基带信号；依据滑动窗将基带信号截取为多个序列；计算截取的多个序列对应的自相关值，依据预设的检测门限对自相关值对应的自相关能量值进行检测以确定是否接收到前导信号。本发明确保了接收端一定能检测到前导信号，保证了频偏估计的精度，增加了定时估计的精确度。

Description

一种前导信号的生成、发送、接收方法和系统

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别是涉及一种异步通信系统中前导信号的生成、发送、接收方法和系统。

背景技术

短波通信是指在3MHz～30MHz频段范围内，通过电离层反射进行远距离通信的一种途径。是实现无中继全球通信的唯一手段，在无线通信领域具有不可替代的位置。短波通信被广泛运用于需要远距离覆盖的点对点、点对面的传输应用领域。

短波通信系统是借助电离层反射方式进行通信的，相比于借助基站通信的移动通信系统，短波通信具有传输距离远、抗毁性强等优点。然而，电离层的不稳定性、短波信道的衰落特性以及短波频段占用拥挤等因素，使得短波信道具有非常高的不稳定性，在短波频段内很难保持在某一固定频率信道上进行长时间稳定可靠的通信。因此，在短波通信中，发送端和接收端一般会根据实际情况，约定多个可选的通信频点。在初始链路建立时，发送端选定一个信道状态良好的频点发送一段寻呼前导信号，接收端则依次在所约定的各个频点上，对前导信号进行侦听和捕获，直至前导信号被捕获，完成异步建链过程。在一个频点上完成前导信号捕获所需的时间，称为捕获时间窗。在保证能建立异步链接的前提下，前导信号和捕获时间窗的绝对长度一般越短越好。前导信号越短，系统传输效率越高，捕获时间窗越短，系统建立链接的速度越快。捕获时间窗的长度直接影响前导信号的长度，一般而言，要求捕获时间窗长相对于前导信号时长越短越好。特别地，在短波通信系统中，前导信号的长度还取决于所约定的可用目标频点个数。最短的前导信号时长，一般为收端在建链接最坏情况下，即接收端在扫描完最后一个频点才完成前导信号的捕获的情况所需的长度。因此频点个数越多，前导信号时长越长。

因此，如何保障接收端在给定的扫描频点和捕获时间窗内快速准确地捕获到前导信号，主要取决于前导信号的优化设计和接收算法。接收端在正确捕获前导信号后，还会利用所捕获的前导信号，进行一定的操作，完成行定时同步、小数倍和整数倍载波频偏估计，为后续信息数据解调提供必要的信道信息。

目前，比较常见的前导信号的优化设计和接收算法主要有以下两种：

1)利用频域中两个重复的OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用技术)符号作为前导信号，计算载波频偏的算法，此种前导信号的结构是前导信号的结构设计的基础。此后该循环重复的前导信号在OFDM系统中的取得了广泛研究。

2)在短波通信系统中，采用重复的m序列作为前导信号，以克服短波信道的衰落特性造成的同步误差。仿真表明该算法在低信噪比下，检测率及同步性能具有明显优势。

对于采用循环重复的OFDM符合或m序列作为前导信号的方案，为了保证出现峰值以判断检测信号是否存在，所需的最小相关周期(即滑动窗的最小开窗长度)为2N，最小相关长度为N，其中，N为一个OFDM符号的长度或一个m序列的长度。成功检测到信号最少需要2个符号长度，即2N。

但是，在利用循环重复的OFDM符合或m序列作为前导信号的自相关运算进行同步的过程中，则会出现连续的峰值，该峰值一直持续到前导信号的数据段起始位置之前一个符号长度处。因此，采用该方案时定时位置可根据峰值平台的下降沿确定，然而由于信道的多径特性以及噪声的影响，检测峰值平台的下降沿的误差将会较大。

为了克服直接重复级联的前导信号的结构在自相关运算时带来的峰值平台问题，提出了一种引用于DVB-T2(第二代欧洲数字地面电视广播传输标准)的前导信号的结构。DVB-T2中，采用的前导信号的结构为[C A B]，其中，A、B和C分别表示一个OFDM符号，OFDM符号A采用1024个子载波，OFDM符号B采用482个子载波，OFDM符号C采用542个子载波。且，OFDM符号B和OFDM符号C是由OFDM符合A的时域数据经频移后生成的。采用此种结构的前导信号虽然克服了峰值平台造成的定时误差，提高了前导信号的检测准确率，但是，此种前导信号的结构对于应用场景要求比较严格，主要用于载波频率已知或对检测时间不敏感的场景下。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种前导信号的生成、发送、接收方法和系统，用于解决现有技术中，如何快速建立异步通信链路，并准确进行定时同步和频偏估计的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种前导信号的生成方法，适用于异步通信系统，所述前导信号的生成方法包括：生成第一符号A和第二符号B；其中，所述第一符号A和所述第二符号B是长度相同的时域符号；将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号；其中，K表示搜索频点数目。

于本发明的一实施例中，所述第一符号A和所述第二符号B具有周期自相关性；所述第一符号A和所述第二符号B之间具有互相关性。

本发明还公开了一种前导信号的发送方法，适用于异步通信系统，所述前导信号的发送方法包括：生成第一符号A和第二符号B；其中，所述第一符号A和所述第二符号B均为时域符号，且所述第一符号A和所述第二符号B的长度一致；将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号；其中，K表示搜索频点数目；将所述前导信号作为基带帧并进行信号处理；将信号处理后的信号发送至信道。

于本发明的一实施例中，所述将所述前导信号作为基带帧并进行信号处理的步骤还包括：将所述前导信号与信令帧和/或数据帧共同组装为基带帧，且所述基带帧中，信令帧和/或数据帧是排列在所述前导信号之后；对由所述前导信号和所述数据信号组装成的所述基带帧进行信号处理；其中，所述信号处理包括上变频处理和数模转换处理。

本发明公开了一种前导信号的接收方法，适用于异步通信系统，所述前导信号的接收方法包括：步骤S310，从信道中接收信号；步骤S320，对接收到的信号进行信号处理，获得基带信号；步骤S330，依据滑动窗将所述基带信号截取为多个序列；其中，所述滑动窗的长度为2N，N为构成所述前导信号的第一符号或第二符号的长度；步骤S340，计算截取的多个所述序列对应的自相关值，依据预设的检测门限对所述自相关值对应的自相关能量值进行检测：当所述自相关能量值大于或等于所述检测门限，则判定检测出接收到所述前导信号；当所述自相关能量值小于所述检测门限，则切换信道频点，重新跳转至所述步骤S310接收信号。

于本发明的一实施例中，所述步骤S330中，所述序列是从所述基带信号的起始位置开始，依据所述滑动窗口对所述基带信号进行滑动截取获得的。

于本发明的一实施例中，所述自相关值是所述序列通过自相关操作和能量统一化累积而获得的。

于本发明的一实施例中，所述前导信号的接收方法还包括确定接收到的所述前导信号的定时位置：获取处于非峰值平台时的多个所述自相关能量值的最大值作为第一自相关能量值，并将所述第一自相关能量值对应的所述序列的序号作为所述前导信号的定时位置。

于本发明的一实施例中，所述前导信号的接收方法还包括根据所述第一自相关能量值对应的自相关值或第二自相关能量值对应的自相关值确定接收的信号与发送的信号之间的频率偏差；所述第二自相关能量值是处于峰值平台时的多个所述自相关能量值的最大值。

本发明还公开了一种前导信号的发送系统，适用于异步通信系统，所述前导信号的发送系统包括：符号生成模块，用于生成构成所述前导信号的第一符号A和第二符号B；其中，所述第一符号A和所述第二符号B是长度相同的时域符号；前导信号生成模块，用于将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号；其中，K为搜索频点数目；信号处理模块，用于将所述前导信号作为基带帧并进行信号处理；发送模块，用于所述信号处理模块处理后的信号发送至信道。

于本发明的一实施例中，所述信号处理模块还包括组装子模块，用于将信令帧和/或数据帧排列在所述前导信号之后，从而组装成所述基带帧。

本发明还公开了一种前导信号的接收系统，适用于异步通信系统，所述前导信号的接收系统包括：接收模块，用于从信道中接收信号；信号处理模块，用于对接收的信号进行信号处理，获得基带信号；序列截取模块，用于依据滑动窗口将所述基带信号截取为多个序列；其中，所述滑动窗口的长度为2N，N为构成所述前导信号的第一符号或第二符号的长度；检测模块，用于计算截取的多个所述序列对应的自相关值，依据预设的检测门限检测所述自相关值对应的自相关能量值，从而判定是否接收到所述前导信号；切换模块，用于在所述检测模块检测出未接收到所述前导信号时，切换信道频点。

于本发明的一实施例中，所述前导信号的接收系统还包括：定时位置确定模块，用于获取第一自相关能量值，并根据所述第一自相关能量值确定所述前导信号的定时位置；频率偏差确定模块，用于根据所述第一自相关能量值对应的自相关值或第二自相关能量值对应的自相关值确定接收的信号与发送的信号之间的频率偏差；其中，所述第一自相关能量值是是处于非峰值平台时的多个所述自相关能量值的最大值；所述第二自相关能量值是处于峰值平台时的多个所述自相关能量值的最大值。

如上所述，本发明的一种前导信号的生成、发送、接收方法和系统，具有以下有益效果：

1)本发明的前导信号的结构包括2K个第一符号A，可保证接收端以长度为2N的滑动窗在这K个频点处轮循搜索，保证一定能检测到相关峰值(自相关能量值的最大值)，从而能确保检测到前导信号。

2)本发明的前导信号的最末尾是两个第二符号B，在进行滑动截取序列及其自适应序列能量值的相关操作时，在非峰值平台会出现明确峰值，即第一自相关能量值，因此，以第一自相关能量值为依据进行定时估计，精确度更高；并且，根据第一自相关能量值对应的自相关值和/或第二自相关能量值对应的自相关值进行频偏估计，也可保证频偏估计的精度。

3)本发明为了保证接收端能完成前导信号的检测、定时估计以及频偏估计，将前导信号的最小长度设置为K*2N+2N，相较于现有方案，当K较小时，本发明的前导信号长度较短；当K较大时，本发明的前导信号也仅与现有方案相当。

综上所述，相较于现有方案，本发明采用较小长度的前导信号，确保了接收端一定能检测到前导信号，保证了频偏估计的精度，增加了定时估计的精确度。

附图说明

图1显示为本发明实施例公开的一种前导信号的生成方法的流程示意图。

图2显示为本发明实施例公开的一种前导信号的发送方法的流程示意图。

图3显示为本发明实施例公开的一种前导信号的接收方法的流程示意图。

图4显示为本发明实施例公开的一种前导信号的接收方法中按照滑动窗截取序列的示意图。

图5显示为本发明实施例公开的一种前导信号的帧结构的示意图。

图6显示为参考方案中的前导信号的帧结构的示意图。

图7显示为本发明实施例公开的一种前导信号的接收方法与参考方案的自相关能量值的仿真对比图。

图8显示为本发明实施例公开的一种前导信号的接收方法与参考方案的定时误差累积分布函数对比图。

图9显示为本发明实施例公开的一种前导信号的接收方法与参考方案的频偏估计误差累积分布函数对比图。

图10显示为本发明实施例公开的一种前导信号的发送系统的结构示意图。

图11显示为本发明实施例公开的一种前导信号的接收系统的结构示意图。

元件标号说明

S110～S120 步骤

S210～S240 步骤

S310～S60 步骤

110 符号生成模块

120 前导信号生成模块

130 信号处理模块

131 组装子模块

140 发送模块

210 接收模块

220 信号处理模块

230 序列截取模块

240 检测模块

250 切换模块

260 定时位置确定模块

270 频率偏差确定模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅附图，需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

本实施例公开了一种适用于异步通信系统的前导信号的生成方法，以便于实现异步通信链路的快速建立，并进行更准确地定时估计和频偏估计。

如图1所示，本实施例的前导信号的生成方法包括：

步骤S110，生成第一符号A和第二符号B；

第一符号A和第二符号B为长度相同的时域基符号，第一符号A和第二符号B具备较好的周期自相关特性，且第一符号A和第二符号B之间具有较好的互相关特性。

在本实施例中，第一符号A和第二符号B是由序列生成的，其中，生成用的序列包括但不限于：OFDM符号、m序列和CAZAC(Const Amplitude Zero Auto-Correlation，恒包络零自相关)序列。

步骤S120，将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号；其中，K表示搜索频点数目。

也就是说，前导信号的长度为2K*N+2N；其中，N表示第一符号A、第二符号B的长度。

实施例2

本实施例公开了一种适用于异步通信系统的前导信号的发送方法，具体如图2所示，包括：

步骤S210，生成第一符号A和第二符号B；

第一符号A和第二符号B为长度相同的时域基符号，第一符号A和第二符号B具备较好的周期自相关特性，且第一符号A和第二符号B之间具有较好的互相关特性。

在本实施例中，第一符号A和第二符号B是由序列生成的，其中，生成用的序列包括但不限于：OFDM符号、m序列和CAZAC(Const Amplitude Zero Auto-Correlation，恒包络零自相关)序列。

步骤S220，将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号P；其中，K表示搜索频点数目；

前导信号P的长度为2K*N+2N；其中，N表示第一符号A、第二符号B的长度。

步骤S230，将所述前导信号P作为基带帧S并进行信号处理；

进一步地，还可对前导信号P进行组装以生成基带帧S。在本实施例中，可将信令帧和/或与数据帧前导信号P进行组装，从而生成基带帧S；且在基带帧S中，信令帧和/或数据帧是排列在前导信号P之后的。

在本实施例中，对基带帧S的信号处理包括但不限于：上变频处理、编码处理、调制处理和/或数模转换处理等等。

步骤S240，将信号处理后的信号发送至信道。

实施例3

本实施例公开了一种适用于异步通信系统的前导信号的接收方法，具体如图3所示，包括：

步骤S310，从信道中接收信号；

步骤S320，对接收到的信号进行信号处理，获得基带信号y(n)；

其中，对接收到的信号的信号处理包括但不限于：下变频处理、解码处理、解调处理和/或数模转换处理等等。

步骤S330，依据滑动窗将所述基带信号截取为多个序列；

滑动窗的长度与构成前导信号P的第一符号A和第二符号B的长度N有关。在本实施例中，滑动窗的长度采用2N。

进一步地，对基带信号y(n)的截取是从基带信号y(n)的起始位置开始，按照滑动窗的长度2N，依次滑动截取序列Y(n)，如图4所示。

步骤S340，计算截取的多个所述序列对应的自相关值，依据预设的检测门限对所述自相关值对应的自相关能量值进行检测：

当所述自相关能量值大于或等于所述检测门限，则检测出接收到所述前导信号；

当所述自相关能量值小于所述检测门限，则切换信道频点，重新跳转至所述步骤S310接收信号。

其中，自相关值C(n)是对截取的序列Y(n)采用自相关操作，即将序列Y(n)的前N点采样值与序列Y(n)的后N点采样值对应共轭相乘，并进行能量归一化累加而获得的：

n＝1,2,3...，n表示序号。

自相关能量值|C(n)|²等于自相关值C(n)与其共轭C(n)^*的乘积。

检测门限是依据于信道的情况而预先设置的。

在本实施中对是否接收到前导信号的检测按照如下操作：

按照滑动截取顺序，对第一个截取的序列Y(1)进行计算，获得自相关值C(1)；

根据自相关值C(1)，得到自相关能量值|C(1)|²；

将自相关能量值|C(1)|²与检测门限进行比较：

当自相关能量值|C(1)|²大于或等于检测门限，则检测出接收到前导信号；

当自相关能量值|C(1)|²小于检测门限，则检测出未接收到前导信号，继续按照如上操作，对第二个截取的序列Y(2)进行检测；

以此类推，直至检测出接收到前导信号；或是对所有截取的序列检测完毕，都没有检测出接收到前导信号，那么则切换信道频点，跳转至步骤S310重新接收信号。

进一步地，在检测出接收到前导信号后，本实施例的前导信号的接收方法还包括：

步骤S350，确定接收到的前导信号的定时位置：

计算出截取的所有序列Y(n)的自相关值C(n)，并对自相关值C(n)进行能量检测，得到自相关能量值|C(n)|²；

获取处于非峰值平台时的多个自相关能量值|C(n)|²的最大值，即第一自相关能量值|C'(a)|²，序号a为接收到的前导信号的定时位置。

步骤S360，根据第一自相关能量值|C'(a)|²对应的自相关值C'(a)或第二自相关能量值|C”(b)|²对应的自相关值C”(b)确定接收的信号与发送的信号之间的频率偏差。

其中，第二自相关能量值|C”(b)|²是处于峰值平台时的多个自相关能量值|C(n)|²的最大值。

对于接收的信号与发送的信号之间的频率偏差的计算，目前的技术已经比较成熟，在此就不再赘述。

为了进一步清楚地说明前导信号的生成、发送和接收方法和有益效果，分别仿真了采用重复的m序列作为前导信号的参考方案和采用了由CAZAC序列生成的第一符号A和第二符号B组成的前导信号的本实施例进行对比说明。

本次仿真中，本实施例和参考方案中，m序列的长度、第一符号A的长度和第二符号B的长度均为N，且N为128。搜索频点数目K为1。本次仿真的本实施例和参考方案的前导信号的长度为5N。

本实施例的前导信号的帧结构如图5所示，本实施例中组成前导信号的第一符号A和第二符号B是按照[AAABB]顺序级联的。

参考方案的前导信号的帧结构如图6所示，前导信号是由5个重复的m序列构成。

对本实施例的仿真，首先是对前导信号进行发送：

i.生成72点频域CAZAC序列，补零形成128点数据，做IFFT(逆傅里叶变换)得到第一符号A。

ii.调整生成CAZAC序列的系数，依据步骤i，得到第二符号B。

iii.将3个第一符号A和1个第二符号B按[AAABB]顺序级联成一个前导信号P1。

iiii.将前导信号P1与一个数据符号级联成基带帧S1。

iiiii.将基带帧S1进行过AWGN(additive white Gaussian noise，加性高斯白噪声)信道处理，设置信噪比为5dB，归一化频偏为0.01。

其次，接收前导信号：

i.对经过信道的基带帧S1信号，进行滑动截取和自相关操作，并记录输出的最后一个最大值，即第一自相关能量值|C1'(a)|²。图7给出了本实施例和参考方案的归一化自相关能量值的曲线仿真对比图：其中，方案一指的是参考方案，方案二指的是本实施例。从图7中不难看出，参考方案和本实施例的自相关能量值曲线都经过一个峰值平台并下降，认为接收端识别到前导信号。参考方案的|C1'(a)|²出现在峰值平台下降沿，由于在噪声环境下，下降沿位置容易出现较大的模糊。本实施例的|C1'(a)|²出现在峰值平台之后一个峰值处，位置更为精确。

ii.按照如上所述的方法确定接收到的前导信号的定时位置。图8给出了参考方案和本实施例的定时误差累积分布函数仿真结果。同样地，方案一指的是参考方案，方案二指的是本实施例。从图8可见，本实施例的定时同步准确性优于参考方案。

iii.按照如上所述的方法进行频偏估计。图9给出了参考方案和本实施例的频偏估计误差累积分布曲线仿真结果。从图9可见，本实施例的频偏估计性能与参考方案相当。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

实施例4

本实施例公开了一种适用于异步通信系统的前导信号的发送系统，如图10所示包括：

符号生成模块110，用于生成构成前导信号的第一符号A和第二符号B；其中，第一符号A和第二符号B为长度相同的时域基符号，第一符号A和第二符号B具备较好的周期自相关特性，且第一符号A和第二符号B之间具有较好的互相关特性。

在本实施例中，第一符号A和第二符号B是由序列生成的，其中，生成用的序列包括但不限于：OFDM符号、m序列和CAZAC(Const Amplitude Zero Auto-Correlation，恒包络零自相关)序列。

前导信号生成模块120，用于将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号；其中，K为搜索频点数目：

前导信号的长度为2K*N+2N；其中，N表示第一符号A、第二符号B的长度。

信号处理模块130，用于将前导信号作为基带帧并进行信号处理，其中，信号处理包括但不限于：上变频处理、编码处理、调制处理和/或数模转换处理等。

信号处理模块130还包括组装子模块131，用于将信令帧和/或数据帧排列在前导信号之后，从而组装成基带帧。

发送模块140，用于信号处理模块130处理后的信号发送至信道。

此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的模块引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的模块。

并且不难发现，本实施例为与第二实施例相对应的系统实施例，本实施例可与第二实施例互相配合实施。第二实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在第二实施例中。

实施例5

本实施例公开了一种适用于异步通信系统的前导信号的接收系统，如图11所示，包括：

接收模块210，用于从信道中接收信号；

信号处理模块220，用于对接收的信号进行信号处理，获得基带信号；其中，对接收到的信号的信号处理包括但不限于：下变频处理、解码处理、解调处理和/或数模转换处理等等。

序列截取模块230，用于依据滑动窗口将基带信号截取为多个序列；其中，滑动窗口的长度为2N，N为构成前导信号的第一符号或第二符号的长度；

检测模块240，用于计算截取的多个序列对应的自相关值，依据预设的检测门限检测所述自相关值对应的自相关能量值，从而检测出是否接收到前导信号；

切换模块250，用于在检测模块240检测出未接收到前导信号时，切换信道频点，以便于重新开始信号接收与相关操作。

定时位置确定模块260，用于获取第一自相关能量值，并根据第一自相关能量值确定前导信号的定时位置。

频率偏差确定模块270，用于根据第一自相关能量值对应的自相关值或第二自相关能量值对应的自相关值确定接收的信号与发送的信号之间的频率偏差。

其中，第一自相关能量值是是处于非峰值平台时的多个自相关能量值的最大值；第二自相关能量值是处于峰值平台时的多个自相关能量值的最大值。

此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的模块引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的模块。

并且不难发现，本实施例为与第三实施例相对应的系统实施例，本实施例可与第三实施例互相配合实施。第三实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在第三实施例中。

综上所述，本发明的一种前导信号的生成、发送、接收方法和系统，前导信号的结构包括2K个第一符号A，可保证接收端以长度为2N的滑动窗在这K个频点处轮循搜索，保证一定能检测到相关峰值(自相关能量值的最大值)，从而能确保检测到前导信号；并且，前导信号的最末尾是两个第二符号B，在进行滑动截取序列及其自适应序列能量值的相关操作时，在非峰值平台会出现明确峰值，即第一自相关能量值，因此，以第一自相关能量值为依据进行定时估计，精确度更高；并且，根据第一自相关能量值对应的自相关值和/或第二自相关能量值对应的自相关值进行频偏估计，也可保证频偏估计的精度；而且，为了保证接收端能完成前导信号的检测、定时估计以及频偏估计，将前导信号的最小长度设置为K*2N+2N，相较于现有方案，当K较小时，本发明的前导信号长度较短；当K较大时，本发明的前导信号也仅与现有方案相当。综上所述，相较于现有方案，本发明采用较小长度的前导信号，确保了接收端一定能检测到前导信号，保证了频偏估计的精度，增加了定时估计的精确度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种前导信号的生成方法，适用于异步通信系统，其特征在于，所述前导信号的生成方法包括：

生成第一符号A和第二符号B；其中，所述第一符号A和所述第二符号B是长度相同的时域符号；

将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号；其中，K表示搜索频点数目；

所述第一符号A和所述第二符号B具有周期自相关性；所述第一符号A和所述第二符号B之间具有互相关性。

2.一种前导信号的发送方法，适用于异步通信系统，其特征在于：所述前导信号的发送方法包括：

生成第一符号A和第二符号B；其中，所述第一符号A和所述第二符号B均为时域符号，且所述第一符号A和所述第二符号B的长度一致；

将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号；其中，K表示搜索频点数目；所述第一符号A和所述第二符号B具有周期自相关性；所述第一符号A和所述第二符号B之间具有互相关性；

将所述前导信号作为基带帧并进行信号处理；

将信号处理后的信号发送至信道。

3.根据权利要求2所述的前导信号的发送方法，其特征在于：所述将所述前导信号作为基带帧并进行信号处理的步骤还包括：

将所述前导信号与信令帧和/或数据帧共同组装为基带帧，且所述基带帧中，信令帧和/或数据帧是排列在所述前导信号之后；

对由所述前导信号和所述信令帧和/或数据帧组装成的所述基带帧进行信号处理；其中，所述信号处理包括上变频处理和数模转换处理。

4.一种前导信号的接收方法，适用于异步通信系统，其特征在于：所述前导信号的接收方法包括：

步骤S310，从信道中接收信号；所述信号的生成方法包括：生成第一符号A和第二符号B；其中，所述第一符号A和所述第二符号B是长度相同的时域符号；将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号；其中，K表示搜索频点数目；所述第一符号A和所述第二符号B具有周期自相关性；所述第一符号A和所述第二符号B之间具有互相关性；

步骤S320，对接收到的信号进行信号处理，获得基带信号；

步骤S330，依据滑动窗将所述基带信号截取为多个序列；其中，所述滑动窗的长度为2N，N为构成所述前导信号的第一符号或第二符号的长度；

步骤S340，计算截取的多个所述序列对应的自相关值，依据预设的检测门限对所述自相关值对应的自相关能量值进行检测：

当所述自相关能量值大于或等于所述检测门限，则判定检测出接收到所述前导信号；

当所述自相关能量值小于所述检测门限，则切换信道频点，重新跳转至所述步骤S310接收信号。

5.根据权利要求4所述的前导信号的接收方法，其特征在于：所述步骤S330中，所述序列是从所述基带信号的起始位置开始，依据所述滑动窗对所述基带信号进行滑动截取获得的。

6.根据权利要求4所述的前导信号的接收方法，其特征在于：所述自相关值是所述序列通过自相关操作和能量归一化累积而获得的。

7.根据权利要求4所述的前导信号的接收方法，其特征在于：所述前导信号的接收方法还包括确定接收到的所述前导信号的定时位置：

获取处于非峰值平台时的多个所述自相关能量值的最大值作为第一自相关能量值，并将所述第一自相关能量值对应的所述序列的序号作为所述前导信号的定时位置。

8.根据权利要求7所述的前导信号的接收方法，其特征在于：所述前导信号的接收方法还包括根据所述第一自相关能量值对应的自相关值或第二自相关能量值对应的自相关值确定接收的信号与发送的信号之间的频率偏差；所述第二自相关能量值是处于峰值平台时的多个所述自相关能量值的最大值。

9.一种前导信号的发送系统，适用于异步通信系统，其特征在于：所述前导信号的发送系统包括：

符号生成模块，用于生成构成所述前导信号的第一符号A和第二符号B；其中，所述第一符号A和所述第二符号B是长度相同的时域符号；

前导信号生成模块，用于将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号；其中，K为搜索频点数目；所述第一符号A和所述第二符号B具有周期自相关性；所述第一符号A和所述第二符号B之间具有互相关性；

信号处理模块，用于将所述前导信号作为基带帧并进行信号处理；

发送模块，用于所述信号处理模块处理后的信号发送至信道。

10.根据权利要求9所述的前导信号的发送系统，其特征在于：所述信号处理模块还包括组装子模块，用于将信令帧和/或数据帧排列在所述前导信号之后，从而组装成所述基带帧。

11.一种前导信号的接收系统，适用于异步通信系统，其特征在于：所述前导信号的接收系统包括：

接收模块，用于从信道中接收信号；所述信号的生成方法包括：生成第一符号A和第二符号B；其中，所述第一符号A和所述第二符号B是长度相同的时域符号；将至少2K个第一符号A和2个第二符号B按照[AA...ABB]级联排列生成前导信号；其中，K表示搜索频点数目；所述第一符号A和所述第二符号B具有周期自相关性；所述第一符号A和所述第二符号B之间具有互相关性；

信号处理模块，用于对接收的信号进行信号处理，获得基带信号；

序列截取模块，用于依据滑动窗口将所述基带信号截取为多个序列；其中，所述滑动窗口的长度为2N，N为构成所述前导信号的第一符号或第二符号的长度；

检测模块，用于计算截取的多个所述序列对应的自相关值，依据预设的检测门限检测所述自相关值对应的自相关能量值，从而判定是否接收到所述前导信号；

切换模块，用于在所述检测模块检测出未接收到所述前导信号时，切换信道频点。

12.根据权利要求11所述的前导信号的接收系统，其特征在于：所述前导信号的接收系统还包括：

定时位置确定模块，用于获取第一自相关能量值，并根据所述第一自相关能量值确定所述前导信号的定时位置；

频率偏差确定模块，用于根据所述第一自相关能量值对应的自相关值或第二自相关能量值对应的自相关值确定接收的信号与发送的信号之间的频率偏差；

其中，所述第一自相关能量值是处于非峰值平台时的多个所述自相关能量值的最大值；所述第二自相关能量值是处于峰值平台时的多个所述自相关能量值的最大值。

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