CN107566310B

CN107566310B - 电子设备及前导信号生成、发送、接收方法及装置

Info

Publication number: CN107566310B
Application number: CN201610502482.XA
Authority: CN
Inventors: 李明齐; 张想; 张身志
Original assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Current assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: CN107566310A

Abstract

本发明提供一种电子设备及前导信号生成、发送、接收方法及装置，包括生成长度均为N的第一符号和第二符号，第二符号位将第一符号循环左移或循环右移m个采样点而得到的，将第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个第二符号，以形成前导信号。本发明为在随机接入的情况下，自相关能量值的起始部分即会出现峰值，与设定的阈值进行比较即可判断出检测信号是否存在。因此所需的侦测时间较短。其次，在定时估计方面，在接收装置中进行对偶自相关运算后会出现明显的峰值，根据峰值位置进行定时估计，避免了传统方案中所产生的峰值平台带来的定时模糊，峰值更明显，定时误差小，提高了定时估计性能。

Description

电子设备及前导信号生成、发送、接收方法及装置

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别是涉及一种电子设备及前导信号生成、发送、接收方法及装置。

背景技术

在自组织网络等无线网络中，在初始链路建立前，通信双方未知发送信号的频点。此时，发端一般先在其工作频点发送一段寻呼前导信号，以便收端在一定的捕获时间窗内完成对寻呼前导信号的捕获。捕获时间窗一般远小于寻呼前导信号长度，以保证收端在遍历搜索多个不同的频点时，可使其捕获时间窗处于寻呼前导信号持续时间内。由于要捕获的寻呼前导信号采用的频点只是收端搜索的频点之一，因此在给定寻呼前导信号长度的条件下，捕获时间窗越短，收端可搜索遍历的频点数就越多，搜索的频带越宽，在给定工作频宽的条件下初始链路建立的时间也就越短。

链路的正常建立依赖于接端对发端发出的寻呼前导信号的有效捕获和寻呼信息解调。而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码的优化设计和接收算法。另外，检测到寻呼前导信号后，接收端还需完成寻呼帧的时频同步，以便完成后续的寻呼信息解调。寻呼帧的时频同步主要作用是利用前导进行定时同步、小数倍和整数倍载波频偏估计。完成时频同步工作后，接收端通信才能进入正常的信息解调过程。

前导符号信息主要用于通信链路的建立阶段，因此优化设计的前导符号有利于接收端尽快发现和检测信号是否存在。前导符号也应使初始同步过程尽量简单可靠。

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：

一、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。

二、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电子设备及前导信号生成、发送、接收方法及装置，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，本发明还提供一种前导信号生成方法，包括：生成一段长度为N的第一符号；将所述第一符号循环左移或循环右移m个采样点以得到第二符号；其中，1≤m≤N-1；将所述第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号，以形成前导信号。

于本发明一具体实施例中，所述第一符号以及所述第二符号为时域符号。

于本发明一具体实施例中，所述时域符号由预设符号序列经过OFDM调制获得。

于本发明一具体实施例中，所述预设符号序列为常模零自相关序列。

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发送方法，包括：生成一段长度为N的第一符号；将所述第一符号循环左移或循环右移m个采样点以得到第二符号；其中，1≤m≤N-1；将所述第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号，以形成前导信号；将所述前导信号进行相应处理后形成发射信号以发送至预设信道。

于本发明一具体实施例中，所述将所述前导信号进行相应处理后形成发射信号以发送至预设信道的步骤包括：在所述前导信号后级联信令帧或数据帧，生成前导基带帧；将所述前导基带帧进行上变频后形成射频信号以发送至所述预设信道。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种前导信号发送装置，包括：符号生成模块，用以生成一段长度为N的第一符号，且将所述第一符号循环左移或循环右移m个采样点以得到第二符号；其中，1≤m≤N-1；前导信号生成模块，用以将所述第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号，以形成前导信号。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种电子设备，包括如上所述的前导信号发送装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种前导信号接收方法，包括：从信道中接收信号；对接收到的所述信号进行处理，以获得基带信号；依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号中截取长度为2N的第一序列；其中，所述N为构成前导信号的第一符号和第二符号的长度，所述第二符号为将所述第一符号循环左移或循环右移m个采样点而得到的，其中，1≤m≤N-1；将所述第一序列看作两段长度为N的序列Y1和序列Y2的级联，计算所述序列Y1和序列Y2的自相关值，且将所述自相关值的能量与预设的阈值进行比较；根据所述比较结果判断是否检测出所述前导信号。

于本发明一具体实施例中，当所述自相关值的能量小于所述阈值时，则判断没有检测出所述前导信号，切换信道频点，返回所述从信道中接收信号的步骤；当所述自相关值的能量大于或等于所述阈值时，则判断检测到所述前导信号，并继续执行以下步骤：依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号中滑动截取长度为2N的第二序列，且将所述第二序列看作两段长度均为N的序列Y3和序列Y4的级联；根据所述第一符号被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4的对偶自相关能量值；根据所述对偶自相关能量值进行峰值检测，以获得在指定的采样范围内的最大的对偶自相关能量值的采样值序号；根据所述最大的对偶自相关能量值的采样值序号确定所述第一符号或所述第二符号在所述基带信号中的时间位置和/或根据所述能量最大的对偶自相关值的两个分量的相位确定所接收的信号在被发送过程中的频偏。

于本发明一具体实施例中，当所述第二符号为将所述第一符号循环左移m个采样点而得到的时，所述根据所述第一符号被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4对偶自相关值的步骤包括：将所述序列Y3的前m点采样值与所述序列Y4的后m点采样值对应共轭相乘，并将所述序列Y3的后N-m点采样值与所述序列Y4的前N-m点采样值对应共轭相乘，获得对偶自相关值的两个分量；当所述第二符号为将所述第一符号循环右移m个采样点而得到的时，所述根据所述第一符号被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4对偶自相关值的步骤包括：将所述序列Y3的前N-m点采样值与所述序列Y4的后N-m点采样值对应共轭相乘，并将所述序列Y3的后m点采样值与所述序列Y4的前m点采样值对应共轭相乘，获得对偶自相关值的两个分量。然后，根据所述对偶自相关值的两个分量，计算所述序列Y3和所述序列Y4的对偶自相关能量值。

于本发明一具体实施例中，当所述自相关值的能量大于或等于所述阈值时，从所述基带信号的起始位置开始，依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号中滑动截取长度为2N的第二序列。

于本发明一具体实施例中，所接收的信号为射频信号，所述对接收到的所述信号进行处理，以获得基带信号的步骤包括：将所述射频信号进行下变频，且对经过所述下变频后而得到的信号进行模数转换，以获得所述基带信号，所述基带信号为离散信号。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种前导信号接收装置，包括：信号接收模块，用以从信道中接收信号；信号处理模块，用以对接收到的所述信号进行处理，以获得基带信号；前导信号检测模块，用以依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号中截取长度为2N的第一序列；其中，所述N为构成前导信号的第一符号和第二符号的长度，所述第二符号为将所述第一符号循环左移或循环右移m个采样点而得到的，其中，1≤m≤N-1；且将所述第一序列看作两段长度为N的序列Y1和序列Y2的级联，计算所述序列Y1和序列Y2的自相关值，且将所述自相关值的能量与预设的阈值进行比较；并根据所述比较结果判断是否检测出所述前导信号。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种电子设备，包括如上所述的前导信号接收装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种电子设备，包括如上所述的前导信号生成装置。

于本发明一具体实施例中，还包括如上所述的前导信号发送装置。

于本发明一具体实施例中，还包括如上所述的前导信号接收装置。

如上所述，本发明的电子设备及前导信号生成、发送、接收方法及装置，包括生成长度均为N的第一符号和第二符号，第二符号位将第一符号循环左移或循环右移m个采样点而得到的，将第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号，以形成前导信号。本发明首先在快速检测到信号方面，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2*N，随机接入的情况下，自相关能量值的起始部分即会出现峰值，与设定的阈值进行比较即可判断出检测信号是否存在。因此所需的侦测时间较短，为两个符号长度。其次，在定时估计方面，在接收装置中进行对偶自相关运算后会出现明显的峰值，根据峰值位置进行定时估计，避免了传统方案中所产生的峰值平台带来的定时模糊，峰值更明显，定时误差小，提高了定时估计性能。

附图说明

图1显示为本发明的前导信号生成方法在一具体实施例中的流程示意图。

图2显示为本发明的前导信号生成装置在一具体实施例中的模块示意图。

图3显示为本发明的前导信号发送在一具体实施例中的流程示意图。

图4显示为本发明一具体实施例中基带帧的构成示意图。

图5显示为本发明的前导信号发送装置在一具体实施例中的模块示意图。

图6显示为本发明的前导信号接收方法在一具体实施例中的流程示意图。

图7显示为本发明的前导信号接收装置在一具体实施例中的模块示意图。

图8显示为应用本发明的前导信号与应用一传统参考方案的检测特性的比较示意图。

图9显示为本发明的电子设备在一具体实施例中的模块示意图。

图10显示为本发明的电子设备在一具体实施例中的模块示意图。

图11显示为本发明的电子设备在一具体实施例中的模块示意图。

图12显示为本发明的电子设备在一具体实施例中的模块示意图。

图13显示为本发明一具体实施例中基带帧的构成示意图。

图14显示为一传统方案中基带帧的构成示意图。

图15显示为应用本发明的前导信号结构与应用一传统的前导信号结构的性能对比示意图。

图16显示为应用本发明的前导信号结构与应用一传统的前导信号结构的性能对比示意图。

图17显示为应用本发明的前导信号结构与应用一传统的前导信号结构的性能对比示意图。

元件标号说明

1 前导信号生成装置

11 符号生成模块

12 前导信号生成模块

2 前导信号发送装置

21 符号生成模块

22 前导信号生成模块

23 发送模块

3 前导信号接收装置

31 信号接收模块

32 信号处理模块

33 前导信号检测模块

4 电子设备

5 电子设备

6 电子设备

7 电子设备

S11～S13、S21～S24、S31～S35 步骤

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。

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，遂图示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。

请参阅图1，显示为本发明的前导信号生成方法在一具体实施例中的流程示意图。

所述方法，包括：

S11：生成一段长度为N的第一符号；

S12：将所述第一符号循环左移或循环右移m个采样点以得到第二符号；其中，1≤m≤N-1。

S13：将所述第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号，以形成前导信号。

请参阅图2，显示为本发明的前导信号生成装置在一具体实施例中的模块示意图。

所述前导信号生成装置1包括符号生成模块11，用以生成一段长度为N的第一符号A，且将所述第一符号A循环左移或循环右移m个采样点以得到第二符号A'；其中，1≤m≤N-1；

前导信号生成模块12，用以将所述第一符号A级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号A'，以形成前导信号。

于本发明一具体实施例中，所述第一符号A以及所述第二符号A'为时域符号。

请参阅图3，显示为本发明的前导信号发送方法在一具体实施例中的流程示意图。所述前导信号发送方法优选应用于自组织网络等无线网络中，所述前导信号发送方法包括：

S21：生成一段长度为N的第一符号A；

S22：将所述第一符号A循环左移或循环右移m个采样点以得到第二符号A'；其中，1≤m≤N-1；

S23：将所述第一符号A级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号A'，以形成前导信号。

S24：将所述前导信号进行相应处理后形成发射信号以发送至预设信道。

于本发明一具体实施例中，所述将所述前导信号进行相应处理后形成发射信号以发送至预设信道的步骤包括：

在所述前导信号后级联信令帧或数据帧，生成前导基带帧S；

将所述前导基带帧S进行上变频后形成射频信号以发送至所述预设信道。在一具体实施例中，通过以上方法构成的前导基带帧为如图4所示，其中，前导信号由若干基符号A与其循环左移位A1或循环右移位A2的复制符号A’级联扩展构成，且在其后级联信令帧。

请参阅图5，显示为本发明的前导信号发送装置在一具体实施例中的模块示意图。所述前导信号发送装置2，包括：

符号生成模块21，用以生成一段长度为N的第一符号A，且将所述第一符号A循环左移或循环右移m个采样点以得到第二符号A'；其中，1≤m≤N-1；

前导信号生成模块22，用以将所述第一符号A级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号A'，以形成前导信号；

还包括发送模块23用以将所述前导信号进行相应处理后形成发射信号以发送至预设信道。

于本发明一具体实施例中，所述发送模块24还包括：基带帧S生成单元，用以在所述前导信号后级联信令帧或数据帧，生成前导基带帧S；射频信号发送单元，用以将所述前导基带帧S进行上变频后形成射频信号以发送至所述预设信道。

所述前导信号发送装置2为与所述前导信号发送方法对应的装置项，两者技术方案一一对应，所有关于所述前导信号发送方法的描述均可应用于本实施例中，在此不一一赘述。

请参阅图6，显示为本发明的前导信号接收方法在一具体实施例中的流程示意图。所述前导信号接收方法优选应用于自组织网络等无线网络中，所述前导信号接收方法包括：

S31：从信道中接收信号；

S32：对接收到的所述信号进行处理，以获得基带信号y(n)；于本发明一具体实施例中，所接收的信号为射频信号，所述对接收到的所述信号进行处理，以获得基带信号y(n)的步骤包括：将所述射频信号进行下变频，且对经过所述下变频后而得到的信号进行模数转换，以获得所述基带信号y(n)，所述基带信号y(n)为离散信号。

S33：依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号y(n)中截取长度为2N的第一序列；其中，所述N为构成前导信号的第一符号A和第二符号A'的长度，所述第二符号A'为将所述第一符号A循环左移或循环右移m个采样点而得到的，其中，1≤m≤N-1；

S34：将所述第一序列看作两段长度为N的序列Y1和序列Y2的级联，计算所述序列Y1和序列Y2的自相关值，且将所述自相关值的能量与预设的阈值进行比较；

计算所述序列Y1和序列Y2的自相关值，即将Y1的N个采样点与Y2的N个采样点依次对应共轭相乘相加，应用的公式为：C(n)＝y(n)*y^*(n+N)。

S35：根据所述比较结果判断是否检测出所述前导信号。

于本发明一具体实施例中，当所述自相关值的能量小于所述阈值时，则判断没有检测出所述前导信号，切换信道频点，返回所述从信道中接收信号的步骤；

当所述自相关值的能量大于或等于所述阈值时，则判断检测到所述前导信号，并继续执行以下步骤：

依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号y(n)中滑动截取长度为2N的第二序列，且将所述第二序列看作两段长度均为N的序列Y3和序列Y4的级联；

根据所述第一符号A被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4的对偶自相关能量值E(n)；

根据所述对偶自相关能量值进行峰值检测，以获得在指定的采样范围内的最大的对偶自相关能量值的采样值序号n’；

根据所述最大的对偶自相关能量值的采样值序号n’确定所述第一符号A或所述第二符号A'在所述基带信号y(n)中的时间位置和/或根据所述能量最大的对偶自相关值确定所接收的信号在被发送过程中的频偏。具体的，根据最大的对偶自相关能量值的采样值序号n’，确定发射时域符号A在接收信号y(n)中的对应时间位置。且根据能量最大的对偶自相关值的两个分量的相位确定接收信号y(n)与发射信号之间频率偏差。

于本发明一具体实施例中，当所述第二符号A'为将所述第一符号A循环左移m个采样点而得到的时，所述根据所述第一符号A被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4对偶自相关能量值的步骤包括：

将所述序列Y3的前m点采样值与所述序列Y4的后m点采样值对应共轭相乘，并将所述序列Y3的后N-m点采样值与所述序列Y4的前N-m点采样值对应共轭相乘，获得对偶自相关值的两个分量；

应用的公式为：

表示序号。

当所述第二符号A'为将所述第一符号A循环右移m个采样点而得到的时，所述根据所述第一符号A被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4对偶自相关值的步骤包括：

将所述序列Y3的前N-m点采样值与所述序列Y4的后N-m点采样值对应共轭相乘，并将所述序列Y3的后m点采样值与所述序列Y4的前m点采样值对应共轭相乘，获得对偶自相关值的两个分量；

应用的公式为：

表示序号。

根据所述对偶自相关值的两个分量，计算所述序列Y3和所述序列Y4的对偶自相关能量值，应用的公式为：E(n)＝|C₁(n)|²+|C₂(n)|²。

根据所述对偶自相关能量值进行峰值检测，以获得在指定的采样范围内的最大的对偶自相关能量值的采样值序号n’，应用的公式为：

根据能量最大的对偶自相关值的两个分量的相位，确定接收信号y(n)与发射信号之间频率偏差，应用的公式为：

于本发明一具体实施例中，当所述自相关值的能量大于或等于所述阈值时，从所述基带信号y(n)的起始位置开始，依据滑动窗从所述基带信号y(n)中滑动截取长度为2N的第二序列。

请参阅图7，显示为本发明的前导信号接收装置在一具体实施例中的模块示意图。所述前导信号接收装置3包括：

信号接收模块31，用以从信道中接收信号；

信号处理模块32，用以对接收到的所述信号进行处理，以获得基带信号y(n)；

前导信号检测模块33，用以依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号y(n)中截取长度为2N的第一序列；其中，所述N为构成前导信号的第一符号A和第二符号A'的长度，所述第二符号A'为将所述第一符号A循环左移或循环右移m个采样点而得到的，其中，1≤m≤N-1；且将所述第一序列看作两段长度为N的序列Y1和序列Y2的级联，计算所述序列Y1和序列Y2的自相关值，且将所述自相关值的能量与预设的阈值进行比较；并根据所述比较结果判断是否检测出所述前导信号。

于本发明一具体实施例中，所述前导信号检测模块还用以当所述自相关值的能量小于所述阈值时，则判断没有检测出所述前导信号，切换信道频点，返回所述从信道中接收信号的步骤；

所述前导信号检测模块还用以当所述自相关值的能量大于或等于所述阈值时，则判断检测到所述前导信号，并继续执行以下操作：

根据所述最大的对偶自相关能量值的采样值序号确定所述第一符号A或所述第二符号A'在所述基带信号y(n)中的时间位置和/或根据所述能量最大的对偶自相关值确定所接收的信号在被发送过程中的频偏。

应用的公式为：

表示序号。

当所述第二符号A'为将所述第一符号A循环右移m个采样点而得到的时，所述根据所述第一符号A被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4对偶自相关值的操作包括：

将所述序列Y3的前N-m点采样值与所述序列Y4的后N-m点采样值对应共轭相乘，并将所述序列Y3的后m点采样值与所述序列Y4的前m点采样值对应共轭相乘，获得对偶自相关值的两个分量。

应用的公式为：

表示序号。

于本发明一具体实施例中，还包括处理模块，用以对所述所信号接收模块21接收的信号进行处理，以获得基带信号y(n)，具体操作包括：

将所述射频信号进行下变频，且对经过所述下变频后而得到的信号进行模数转换，以获得所述基带信号y(n)，所述基带信号y(n)为离散信号。

所述前导信号接收装置为与所述前导信号接收方法对应的装置项，两者技术方案一一对应，所有关于所述前导信号接收方法的描述均可应用于本实施例中，在此不一一赘述。

请参阅图8，显示为本发明所提前导信号与一传统参考方案的检测特性的比较示意图。

其中传统参考方案的前导符号由多个第一符号重复级联而成，从图8可看出：本发明所提出的前导信号结构，在保证频偏估计准确性的基础上，还具有以下两个方面的性能优势。

一、在快速检测到信号方面：

本发明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2*N，随机接入的情况下，自相关运算的起始部分即会出现峰值，与设定的阈值进行比较即可判断出检测信号是否存在。因此所需的侦测时间较短，为两个符号长度。

二.在符号的定时估计方面：

本发明的前导结构的设计在接收端进行对偶自相关运算时，会有明确的峰值，避免了传统参考方案中所产生的峰值平台带来的定时模糊。且由于在对偶自相关运算时，加入了相位调整因子，因此频偏估计可达到较为理想的效果，即估计的自相关峰值与其附近的自相关值的相位均可用于频偏估计。因此，本发明定时估计更加准确，定时估计性能相对于传统参考方案会有较大提升。

请参阅图9，显示为本发明的电子设备在一具体实施例中的模块示意图。

所述电子设备4例如为通信电台、智能手机、平板电脑、台式电脑、以及智能可穿戴设备等可处于无线网络中进行网络通信的设备，所述电子设备4包括如上所述的前导信号生成装置1，用于生成前导信号，根据前导信号以及信令或数据帧生成发射信号后向指定的地址或信道进行发送，以与信号接收端进行通信。

请参阅图10，显示为本发明的电子设备在一具体实施例中的模块示意图。

所述电子设备5例如为通信电台、智能手机、平板电脑、台式电脑、以及智能可穿戴设备等可处于无线网络中进行网络通信的设备，所述电子设备5包括如上所述的前导信号发送装置2，用于生成前导信号，根据前导信号以及信令或数据帧生成发射信号后向指定的地址或信道进行发送，以与信号接收端进行通信。

请参阅图11，显示为本发明的电子设备在一具体实施例中的模块示意图。

所述电子设备6例如为通信电台、智能手机、平板电脑、台式电脑、以及智能可穿戴设备等可处于无线网络中进行网络通信的设备，所述电子设备6包括如上所述的前导信号接收装置3，用于从指定地址或信道侦测到信号后，对信号进行相应处理以获取前导信号，并获取信号发送的频点，从而实现与信号发送端的通信连接。

请参阅图12，显示为本发明的电子设备在一具体实施例中的模块示意图。所述电子设备7例如为智能手机、平板电脑、台式电脑、以及智能可穿戴设备等可处于无线网络中进行网络通信的设备，包括如上所述的前导信号发送装置2以及如上所述的前导信号接收装置3。

下面再以本发明的具体应用对本发明进行阐述：

由于CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation，恒包络零自相关序列)具有理想的周期自相关特性、良好的互相关特性等性能，于是，在本发明一具体实施例中，采用CAZAC序列生成方法得到72点的频域符号；对所得序列补零，得到128点序列；进行逆傅里叶反变换(IFFT)将上述频域符号转换至时域，得到所述第一符号A；对A循环移位1/2符号长度，得到所述第二符号A’；将第一符号A进行任意扩展后，再级联第二符号A’，形成前导符号P，且前导符号P设置为四个符号长度，如图10所示，同时，为了与实际应用场景相近，在其后接入数据帧。发送信号过加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)信道，仿真中信噪比采用5dB并加入归一化频偏，此处归一化频偏设置为0.45。为了得到统计结果，仿真对每种结构均循环10000次，并统计每次的定时和频偏误差。于一传统方案中，采用图13所示的结构形成基带帧，图14为将第一符号A重复级联后，在其后再级联一个数据帧，图14所示的传统方案为方案一，图13所示的采用本发明的方案为方案二，且将本发明的仿真结果与采用图14所示的方案一的仿真结果进行比较。

具体如下：

参阅图15，为方案一自相关、方案二自相关、和方案二对偶自相关能量曲线仿真对比图。方案一的自相关曲线具有峰值平台，根据平台的下降沿位置进行定时估计。但由于在噪声环境下，下降沿位置容易出现较大的模糊，因此定时性能相对较差。

对方案二采取自相关运算时，有两个位置可作为参考位置：峰值下降沿和能量最低的位置，但两个位置仍易出现模糊。因为根据峰值下降沿进行定时估计时，即会出现方案一自相关中的峰值平台，造成定时模糊；根据能量最低的位置进行定时估计时，由上图可知，能量最低的位置并不是一个明显的最小值，较易出现模糊。

对方案二进行对偶自相关运算后会出现明显的峰值，根据峰值位置进行定时估计，克服了方案一的定时模糊问题，峰值更明显，提高了定时估计性能。

参阅图16，为方案一自相关、方案二自相关和方案二对偶自相关的定时误差累积分布概率对比，由上述结果可得方案二采取对偶自相关时的定时性能明显优于另外两种情况。这是由于方案二在进行对偶自相关运算时会出现明显峰值，检测峰值位置的准确性更高，克服了方案一和方案二自相关运算中的定时模糊问题。

参阅图17，为频偏估计误差累积分布概率，由仿真结果可得：

方案一自相关、方案二自相关以及方案二对偶自相关三者的频偏估计性能基本一致。

虽然方案一的定时性能较差，但由于方案一是由相同符号级联构成前导符号采用自相关峰值的相位进行频偏估计时，自相关峰值是连续的，即没有特定的某个自相关峰，因此自相关峰值的相位对定时误差不敏感，即估计的自相关峰值与其附近的自相关值的相位均可用于频偏估计，而不会导致显著的频偏估计性能损失。

采用自相关运算的方案二，也可在得到定时位置后，取其前一个符号长度的位置的样点进行频偏估计，以使频偏估计准确度达到方案一的效果。

采用对偶自相关运算的方案二，在所采用的频偏估计算法下，可获得与方案一相近的效果。

综上所述，本发明的电子设备及前导信号生成、发送、接收方法及装置，包括生成长度均为N的第一符号和第二符号，第二符号位将第一符号循环左移或循环右移m个采样点而得到的，将第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号，以形成前导信号。本发明首先在快速检测到信号方面，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2*N，随机接入的情况下，自相关能量值的起始部分即会出现峰值，与设定的阈值进行比较即可判断出检测信号是否存在。因此所需的侦测时间较短，为两个符号长度。其次，在定时估计方面，在接收装置中进行对偶自相关运算后会出现明显的峰值，根据峰值位置进行定时估计，避免了传统方案中所产生的峰值平台带来的定时模糊，峰值更明显，定时误差小，提高了定时估计性能。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

1.一种前导信号生成方法，其特征在于，包括：

生成一段长度为N的第一符号；

将所述第一符号循环左移或循环右移m个采样点以得到第二符号；其中，1≤m≤N-1；

将所述第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号，以形成前导信号；所述前导信号为第一符号、第一符号……第一符号、第二符号，所述第一符号以及所述第二符号为时域符号；所述前导信号用于自组织无线网络；

其中，将所述第一符号级联扩展至任意长度用于接收端通过自相关运算在一个前导信号持续时间内完成对多个频点的检测；在其后级联一个所述第二符号用于所述接收端进行对偶自相关运算。

2.根据权利要求1所述的前导信号生成方法，其特征在于：所述时域符号由预设符号序列经过OFDM调制获得。

3.根据权利要求2所述的前导信号生成方法，其特征在于：所述预设符号序列为常模零自相关序列。

4.一种前导信号生成装置，其特征在于，包括：

符号生成模块，用以生成一段长度为N的第一符号，且将所述第一符号循环左移或循环右移m个采样点以得到第二符号；其中，1≤m≤N-1；

前导信号生成模块，用以将所述第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号，以形成前导信号；所述前导信号为第一符号、第一符号……第一符号、第二符号，所述第一符号以及所述第二符号为时域符号；所述前导信号用于自组织无线网络；其中，将所述第一符号级联扩展至任意长度用于接收端通过自相关运算在一个前导信号持续时间内完成对多个频点的检测；在其后级联一个所述第二符号用于所述接收端进行对偶自相关运算。

5.一种前导信号发送方法，其特征在于，包括：

生成一段长度为N的第一符号；

将所述第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号，以形成前导信号；所述前导信号为第一符号、第一符号……第一符号、第二符号，所述第一符号以及所述第二符号为时域符号；所述前导信号用于自组织无线网络；其中，将所述第一符号级联扩展至任意长度用于接收端通过自相关运算在一个前导信号持续时间内完成对多个频点的检测；在其后级联一个所述第二符号用于所述接收端进行对偶自相关运算；

将所述前导信号进行相应处理后形成发射信号以发送至预设信道。

6.根据权利要求5所述的前导信号发送方法，其特征在于：所述将所述前导信号进行相应处理后形成发射信号以发送至预设信道的步骤包括：

在所述前导信号后级联信令帧或数据帧，生成前导基带帧；

将所述前导基带帧进行上变频后形成射频信号以发送至所述预设信道。

7.一种前导信号发送装置，其特征在于，包括：

前导信号生成模块，用以将所述第一符号级联扩展至任意长度后，在其后级联一个所述第二符号，以形成前导信号；所述前导信号为第一符号、第一符号……第一符号、第二符号，所述第一符号以及所述第二符号为时域符号；所述前导信号用于自组织无线网络；其中，将所述第一符号级联扩展至任意长度用于接收端通过自相关运算在一个前导信号持续时间内完成对多个频点的检测；在其后级联一个所述第二符号用于所述接收端进行对偶自相关运算；

发送模块，用以将所述前导信号进行相应处理后形成发射信号以发送至预设信道。

8.一种前导信号接收方法，其特征在于，包括：

从信道中接收信号；

对接收到的所述信号进行处理，以获得基带信号；

依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号中截取长度为2N的第一序列；其中，所述N为构成前导信号的第一符号和第二符号的长度，所述第二符号为将所述第一符号循环左移或循环右移m个采样点而得到的，其中，1≤m≤N-1；所述前导信号为第一符号、第一符号……第一符号、第二符号，所述第一符号以及所述第二符号为时域符号；所述前导信号用于自组织无线网络；

将所述第一序列看作两段长度为N的序列Y1和序列Y2的级联，计算所述序列Y1和序列Y2的自相关值，且将所述自相关值的能量与预设的阈值进行比较；

当所述自相关值的能量小于所述阈值时，则判断没有检测出所述前导信号，切换信道频点，返回所述从信道中接收信号的步骤；

依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号中滑动截取长度为2N的第二序列，且将所述第二序列看作两段长度均为N的序列Y3和序列Y4的级联；

根据所述第一符号被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4的对偶自相关能量值；

根据所述对偶自相关能量值进行峰值检测，以获得在指定的采样范围内的最大的对偶自相关能量值的采样值序号；

根据所述最大的对偶自相关能量值的采样值序号确定所述第一符号或所述第二符号在所述基带信号中的时间位置和/或根据所述能量最大的对偶自相关值的两个分量的相位确定所接收的信号在被发送过程中的频偏。

9.根据权利要求8所述的前导信号接收方法，其特征在于，

当所述第二符号为将所述第一符号循环左移m个采样点而得到的时，所述根据所述第一符号被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4对偶自相关能量值的步骤包括：

将所述序列Y3的前m点采样值与所述序列Y4的后m点采样值对应共轭相乘，并将所述序列Y3的后N-m点采样值与所述序列Y4的前N-m点采样值对应共轭相乘；

当所述第二符号为将所述第一符号循环右移m个采样点而得到的时，所述根据所述第一符号被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4对偶自相关能量值的步骤包括：

根据所述对偶自相关值的两个分量，计算所述序列Y3和所述序列Y4的对偶自相关能量值。

10.根据权利要求8所述的前导信号接收方法，其特征在于，当所述自相关值的能量大于或等于所述阈值时，从所述基带信号的起始位置开始，依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号中滑动截取长度为2N的第二序列。

11.根据权利要求8所述的前导信号接收方法，其特征在于，所接收的信号为射频信号，所述对接收到的所述信号进行处理，以获得基带信号的步骤包括：

将所述射频信号进行下变频，且对经过所述下变频后而得到的信号进行模数转换，以获得所述基带信号，所述基带信号为离散信号。

12.一种前导信号接收装置，其特征在于，包括：

信号接收模块，用以从信道中接收信号；

信号处理模块，用以对接收到的所述信号进行处理，以获得基带信号；

前导信号检测模块，用以依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号中截取长度为2N的第一序列；其中，所述N为构成前导信号的第一符号和第二符号的长度，所述第二符号为将所述第一符号循环左移或循环右移m个采样点而得到的，其中，1≤m≤N-1；所述前导信号为第一符号、第一符号……第一符号、第二符号，所述第一符号以及所述第二符号为时域符号；所述前导信号用于自组织无线网络；且将所述序列看作两段长度为N的序列Y1和序列Y2的级联，计算所述序列Y1和序列Y2的自相关值，且将所述自相关值的能量与预设的阈值进行比较；当所述自相关值的能量小于所述阈值时，则判断没有检测出所述前导信号，切换信道频点，返回所述从信道中接收信号的步骤；当所述自相关值的能量大于或等于所述阈值时，则判断检测到所述前导信号，并继续执行以下步骤：依据长度为2N的滑动窗从所述基带信号中滑动截取长度为2N的第二序列，且将所述第二序列看作两段长度均为N的序列Y3和序列Y4的级联；根据所述第一符号被循环移动的采样点个数m，计算所述序列Y3和所述序列Y4的对偶自相关能量值；根据所述对偶自相关能量值进行峰值检测，以获得在指定的采样范围内的最大的对偶自相关能量值的采样值序号；根据所述最大的对偶自相关能量值的采样值序号确定所述第一符号或所述第二符号在所述基带信号中的时间位置和/或根据所述能量最大的对偶自相关值的两个分量的相位确定所接收的信号在被发送过程中的频偏。

13.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求4所述的前导信号生成装置。

14.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求7所述的前导信号发送装置。

15.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求12所述的前导信号接收装置。

16.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，还包括如权利要求7所述的前导信号发送装置。