CN113114440A - 数字通信系统的前导序列生成方法、装置及数字通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字通信系统的前导序列生成方法、装置及数字通信系统，属于数字通信技术领域。该方法包括以下步骤：生成第一、第二伪随机序列；将两个伪随机序列平均截取为M段，得到M个通道对应的长序列和短序列；对长序列和短序列进行调制；将长调制序列和短调制序列映射到N个子载波；对第一、第二映射序列分别进行相应处理和采样；对第一采样序列做重复操作得到长训练序列；从第二采样序列中截取子序列做重复操作得到短训练序列；拼接长训练序列和短训练序列得到前导序列。本发明可使接收机实现准确的同步、频偏纠正和相偏纠正，是对现有技术的一种重要改进。

Description

数字通信系统的前导序列生成方法、装置及数字通信系统

技术领域

本发明属于数字通信技术领域，具体涉及一种数字通信系统的前导序列生成方法、装置和数字通信系统。

背景技术

前导序列用在数字通信系统的帧结构设计中，在连续物理层帧和突发物理层帧传输系统中最为常见。在数字通信系统中，前导序列先于有用数据被发射机发送至接收机，接收机利用收到的前导序列进行延迟自相关操作，或将收到的前导序列与本地存储的前导序列进行互相关操作，从而实现同步、频偏纠正和相偏纠正。

由于无线信道存在多种干扰，如多径效应、脉冲干扰等等，这些干扰容易导致前导序列在无线信道传输中被干扰，影响同步、频偏纠正和相偏纠正的精度。因此，急需一种生成前导序列的方法，使得数字通信系统的接收机能够准确地实现同步、频偏纠正和相偏纠正。

发明内容

为了使得数字通信系统的接收机能够准确地实现同步、频偏纠正和相偏纠正，本发明提供了一种数字通信系统的前导序列生成方法、装置和数字通信系统。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种数字通信系统的前导序列生成方法，应用于数字通信系统，所述数字通信系统具有M个通道，M≥2；包括以下步骤：

生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；所述第一伪随机序列比所述第二伪随机序列长；

将所述第一伪随机序列平均截取为M段，得到M个长序列；以及，将所述第二伪随机序列平均截取为M段，得到M个短序列；所述数字通信系统的M个通道分别与M个长序列和M个短序列一一对应；

对所述长序列和所述短序列进行π/2-BPSK调制，得到长调制序列和短调制序列；

将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列；以及，将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列；其中，N大于所述长调制序列的符号个数；

对每个通道的第一映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理以及频域上采样，得到该通道的第一采样序列；以及，对每个通道的第二映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理、频域上采样以及时域上采样，得到第二采样序列；

对每个通道的第一采样序列做重复操作，得到该通道的长训练序列；以及，从每个通道的第二采样序列中截取一段子序列，并对所述子序列做重复操作，得到该通道的短训练序列；所述长训练序列和所述短训练序列的长度相等；

分别对每个通道的长训练序列和短训练序列进行拼接，得到每个通道的前导序列。

进一步的，所述将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列，包括：

将所述长调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第一子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第一子载波的序号连续，且所述各个第一子载波的序号排在该通道的N个子载波的序号的中段。

进一步的，所述各个第一子载波为所述N个子载波中的第b至第N-b+1个子载波，b为正整数，且M＜b＜2×M。

进一步的，所述将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列，包括：

将所述短调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第二子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第二子载波的序号的间隔为N，且所述各个第二子载波的序号排在该通道的N个子载波的序号的中段。

进一步的，所述各个第二子载波的序号集合为[a，a+M，a+2M，...，a+n×M，N-a]；其中，a为正整数，且2×M＜a＜3×M，N-a＝a+(n+1)×M，n等于所述短调制序列的长度减2。

进一步的，所述生成第一伪随机序列和第二伪随机序列，包括：

利用预设的生成多项式生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；所述生成多项式为：

g(x)＝1+x⁴+x⁵+x⁶+x⁸；

其中，x代表所述生成多项式的初始状态，生成所述第一伪随机序列和所述第二伪随机序列的所述初始状态不相同；g(x)代表生成的第一伪随机序列或第二伪随机序列。

进一步的，所述第一采样序列和所述第二采样序列的采样频率等于所述数字通信系统的帧结构中数据部分的采样频率。

本发明还提供一种数字通信系统的前导序列生成装置，其包括：

伪随机序列生成模块，用于生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；所述第一伪随机序列比所述第二伪随机序列长；

截取模块，用于将所述第一伪随机序列平均截取为M段，得到M个长序列；以及，将所述第二伪随机序列平均截取为M段，得到M个短序列；数字通信系统的M个通道分别与M个长序列和M个短序列一一对应；M≥2；

调制模块，用于对所述长序列和所述短序列进行π/2-BPSK调制，得到长调制序列和短调制序列；

映射模块，用于将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列；还用于将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列；

处理和采样模块，用于对每个通道的第一映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理以及频域上采样，得到该通道的第一采样序列；还用于对每个通道的第二映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理、频域上采样以及时域上采样，得到第二采样序列；

训练序列生成模块，用于对每个通道的第一采样序列做重复操作，得到该通道的长训练序列；以及，从每个通道的第二采样序列中截取一段子序列，并对所述子序列做重复操作，得到该通道的短训练序列；所述长训练序列和所述短训练序列的长度相等；

拼接模块，用于分别对每个通道的长训练序列和短训练序列进行拼接，得到每个通道的前导序列。

进一步的，所述映射模块中，将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列，具体方式为：

将所述长调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第一子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第一子载波的序号连续且排在该通道的N个子载波的序号的中段；

所述映射模块中，将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列，具体方式为：

将所述短调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第二子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第二子载波的序号间隔为N且排在该通道的N个子载波的序号的中段。

本发明还提供一种数字通信系统，其包括发射机和接收器；

所述发射机和所述接收机中均集成有非易失性存储器；所述非易失性存储器中存储有前导序列；所述前导序列是采用如上任一项所述的数字通信系统的前导序列生成方法所生成的；

所述发射机，用于从自身集成的非易失性存储器中获取并发送所述前导序列；

所述接收机，用于接收所述前导序列；基于所接收的前导序列执行延迟自相关操作，得到自相关结果；基于自身集成的非易失性存储器中的前导序列与所接收的前导序列执行延迟自相关操作，得到互相关结果；基于所述自相关结果和所述互相关结果进行同步、频偏纠正和相偏纠正。

本发明的有益效果在于：

1、本发明基于两个伪随机序列分别截取多个通道对应的长序列和短序列，并在频域生成最终的长训练序列和短训练序列，能够满足数字通信系统在具有一定带宽的频带内传输的需求。

2、本发明中由长训练序列和短训练序列拼接而得到的前导序列具有特定的周期性结构特点，将该前导序列应用到数字通信系统中后，接收机基于该周期性结构特点执行延迟自相关操作和互相关操作可以准确地实现同步、频偏纠正和相偏纠正。

3、采用本发明的技术方案，接收机可以利用短训练序列的周期性结构特点进行延迟自相关，对自相关值的模值归一化后，通过设定阈值可以找到粗同步的帧头位置。该延迟自相关值的相位还可以用于粗频偏的估计。在粗同步和粗相偏纠正的基础上，接收机进一步对本地存储的长训练序列与收到的前导序列中的长训练序列做互相关操作可以实现载波同步和帧头精同步。此外，通过对长训练序列做FFT运算后在频域进行移位操作便可以实现细小偏的频偏估计和相偏估计。可见，本发明可以使得接收机实现准确的同步、频偏纠正和相偏纠正。

附图说明

图1是本发明实施例中一种数字通信系统的前导序列生成方法的流程示意图。

图2是根据图1所示方法示例性示出的一种前导序列的帧结构示意图。

图3是本发明实施例中一种数字通信系统的前导序列生成装置的结构示意图。

图4是本发明实施例中一种数字通信系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的详细描述，但本发明的保护范围不限于此。

一种数字通信系统的前导序列生成方法，应用于数字通信系统，所述数字通信系统具有M个通道，M≥2；包括以下步骤：

生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；所述第一伪随机序列比所述第二伪随机序列长；

将所述第一伪随机序列平均截取为M段，得到M个长序列；以及，将所述第二伪随机序列平均截取为M段，得到M个短序列；所述数字通信系统的M个通道分别与M个长序列和M个短序列一一对应；

对所述长序列和所述短序列进行π/2-BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)调制，得到长调制序列和短调制序列；

将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列；以及，将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列；其中，N大于所述长调制序列的符号个数；

对每个通道的第一映射序列依次做IFFT(Invert Fast FourierTransformation，反向快速傅里叶变换)、功率归一化处理以及频域上采样，得到该通道的第一采样序列；以及，对每个通道的第二映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理、频域上采样以及时域上采样，得到第二采样序列；

对每个通道的第一采样序列做重复操作，得到该通道的长训练序列；以及，从每个通道的第二采样序列中截取一段子序列，并对所述子序列做重复操作，得到该通道的短训练序列；所述长训练序列和所述短训练序列的长度相等；

分别对每个通道的长训练序列和短训练序列进行拼接，得到每个通道的前导序列。

该方法中，基于两个伪随机序列分别截取多个通道对应的长序列和短序列；然后，对长序列和短序列进行π/2-BPSK调制，并将长调制序列和短调制序列分别映射到多个子载波中后，再进行IFFT变换、功率归一化处理以及频域上采样等操作，从而在频域生成最终的长训练序列和短训练序列，能够满足数字通信系统在具有一定带宽的频带内传输的需求。其中，长训练序列是通过对第一采样序列做重复操作得到的，短训练序列是从第二采样序列中截取一段子序列做重复操作得到的，且长训练序列和短训练序列的长度相等。这样，对长训练序列和短训练序列进行拼接得到的前导序列具有特定的周期性结构特点，将该前导序列应用到数字通信系统中后，接收机基于该周期性结构特点执行延迟自相关操作和互相关操作可以准确地实现同步、频偏纠正和相偏纠正。具体而言，接收机可以利用短训练序列的周期性结构特点进行延迟自相关，对自相关值的模值归一化后，通过设定阈值可以找到粗同步的帧头位置。该延迟自相关值的相位还可以用于粗频偏的估计。在粗同步和粗相偏纠正的基础上，接收机进一步对本地存储的长训练序列与收到的前导序列中的长训练序列做互相关操作可以实现载波同步和帧头精同步；通过对长训练序列做FFT运算后在频域进行移位操作便可以实现细小偏的频偏估计和相偏估计。可见，本方法可以使得接收机实现准确的同步、频偏纠正和相偏纠正。

在一种可选实现方式中，所述将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列，包括：

将所述长调制序列中的符号分别映射到该通道的N个子载波中的各个第一子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第一子载波的序号连续，且所述各个第一子载波的序号排在该通道的N个子载波的序号的中段。

本方法中，在将长调制序列映射到数字通信系统的N个子载波时，在N个子载波两端留有了一定的保护间隔，从而可以提高第一映射序列的抗干扰性能。

在一种可选实现方式中，所述各个第一子载波为所述N个子载波中的第b至第N-b+1个子载波，b为正整数，且M＜b＜2×M。

本方法中，在将长调制序列映射到N个子载波时，在N个子载波两端留有的保护间隔大于子载波总数量且不超过载波总数量的2倍，在确保第一映射序列的抗干扰性能的基础上，无需第一映射序列具有较长的长度。

在一种可选实现方式中，所述将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列，包括：

将所述短调制序列中的符号分别映射到该通道的N个子载波中的各个第二子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第二子载波的序号的间隔为N，且所述各个第二子载波的序号排在该通道的N个子载波的序号的中段。

本方法中，在将短调制序列映射到N个子载波时，在N个子载波两端留有了一定的保护间隔，从而可以提高第二映射序列的抗干扰性能。并且，映射完成后，相邻子载波的间隔等于子载波总数量，确保了相邻子载波之间的正交性。

在一种可选实现方式中，所述各个第二子载波的序号集合为[a，a+M，a+2M，...，a+n×M，N-a]；其中，a为正整数，且2×M＜a＜3×M，N-a＝a+(n+1)×M，n等于所述短调制序列的长度减2。

本方法中，在将短调制序列映射到N个子载波时，在N个子载波两端留有的保护间隔大于子载波总数量的2倍且不超过载波总数量的3倍，在确保第二映射序列的抗干扰性能的基础上，无需第二映射序列具有较长的长度。且第二映射序列使用了与第一映射序列不同的映射规则，从而使得最终生成的前导序列具有更高的抗干扰性能。

在一种可选实现方式中，所述生成第一伪随机序列和第二伪随机序列，包括：

利用预设的生成多项式生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；所述生成多项式为：

g(x)＝1+x⁴+x⁵+x⁶+x⁸。

其中，x代表所述生成多项式的初始状态，生成所述第一伪随机序列和所述第二伪随机序列的所述初始状态不相同；g(x)代表生成的第一伪随机序列或第二伪随机序列。

本方法中，利用一个生成多项式分别生成两种不同长度的伪随机序列，可以减轻前导序列生成方法的执行主体的复杂度。

在一种可选实现方式中，所述第一采样序列和所述第二采样序列的采样频率等于所述数字通信系统的帧结构中数据部分的采样频率。

本方法中，第一采样序列和第二采样序列采样频率等于帧结构中数据部分的采样频率，使得生成的前导序列与帧结构中数据部分的采样频率相同，从而降低了使用该前导序列的数字通信系统中的发射极和接收机的复杂度。

一种数字通信系统的前导序列生成装置，其包括：

伪随机序列生成模块，用于生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；所述第一伪随机序列比所述第二伪随机序列长。

截取模块，用于将所述第一伪随机序列平均截取为M段，得到M个长序列；以及，将所述第二伪随机序列平均截取为M段，得到M个短序列；所述数字通信系统的M个通道分别对应一个所述长序列和一个所述短序列；M≥2。

调制模块，用于对所述长序列和所述短序列进行π/2-BPSK调制，得到长调制序列和短调制序列。

映射模块，用于将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列；还用于将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列。

处理和采样模块，用于对每个通道的第一映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理以及频域上采样，得到该通道的第一采样序列；还用于对每个通道的第二映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理、频域上采样以及时域上采样，得到第二采样序列。

训练序列生成模块，用于对每个通道的第一采样序列做重复操作，得到该通道的长训练序列；以及，从每个通道的第二采样序列中截取一段子序列，并对所述子序列做重复操作，得到该通道的短训练序列；所述长训练序列和所述短训练序列的长度相等。

拼接模块，用于分别对每个通道的长训练序列和短训练序列进行拼接，得到每个通道的前导序列。

在一种可选实现方式中，所述映射模块，将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列，包括：

将所述长调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第一子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第一子载波的序号连续且排在该通道的N个子载波的序号的中段。

所述映射模块，将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列，包括：

将所述短调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第二子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第二子载波的序号间隔为N且排在该通道的N个子载波的序号的中段。

在一种可选实现方式中，所述各个第一子载波为所述N个子载波中的第b至第N-b+1个子载波，b为正整数，且M＜b＜2×M。

在一种可选实现方式中，所述各个第二子载波的序号集合为[a，a+M，a+2M，...，a+n×M，N-a]；其中，a为正整数，且2×M＜a＜3×M，N-a＝a+(n+1)×M，n等于所述短调制序列的长度减2。

在一种可选实现方式中，所述伪随机序列生成模块，具体用于：

利用预设的生成多项式生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；所述生成多项式为：

g(x)＝1+x⁴+x⁵+x⁶+x⁸。

其中，x代表所述生成多项式的初始状态，生成所述第一伪随机序列和所述第二伪随机序列的所述初始状态不相同；g(x)代表生成的第一伪随机序列或第二伪随机序列。

在一种可选实现方式中，所述第一采样序列和所述第二采样序列的采样频率等于所述数字通信系统的帧结构中数据部分的采样频率。

该前导序列生成装置可以使得接收机实现准确的同步、频偏纠正和相偏纠正。

一种数字通信系统，包括发射机和接收器。

所述发射机和所述接收机中均集成有非易失性存储器；所述非易失性存储器中存储有前导序列；所述前导序列是采用上述任一种数字通信系统的前导序列生成方法所生成的。

所述发射机，用于从自身集成的非易失性存储器中获取并发送所述前导序列。

所述接收机，用于接收所述前导序列；基于所接收的前导序列执行延迟自相关操作，得到自相关结果；基于自身集成的非易失性存储器中的前导序列与所接收的前导序列执行延迟自相关操作，得到互相关结果；基于所述自相关结果和所述互相关结果进行同步、频偏纠正和相偏纠正。

上述前导序列生成方法的执行主体可以为上述前导序列生成装置，该装置可以应用于电子设备中。在具体应用中，该电子设备可以是计算机。或者，在一种可选实现方式中，该电子设备可以是数字通信系统中的发射机和接收机。上述电子设备利用该方法生成前导序列后，该前导序列可以被存储在非易失性存储器中，以便后续的使用。其中，数字通信系统的发射机和接收机均可以集成有这该非易失性存储器，从而可以直接获取并使用该前导序列。或者，在另一种可选实现方式中，数字通信系统的发射机和接收机均可以在开机初始化过程中执行本发明实施例提供的前导序列生成方法，从而将生成的前导序列存储在自身集成的非易失性存储器或RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)中。

图1所示为一种数字通信系统的前导序列生成方法，其包括以下步骤：

S10：生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；第一伪随机序列比第二伪随机序列长。

在具体应用中，可以使用不同的生成多项式分别生成不同长度的第一伪随机序列和第二伪随机序列，或者，也可以使用相同的生成多项式分别生成不同长度的第一伪随机序列和第二伪随机序列。

S20：将第一伪随机序列平均截取为M段，得到M个长序列；以及，将第二伪随机序列平均截取为M段，得到M个短序列；数字通信系统的M个通道分别对应一个长序列和一个短序列；M≥2。

可以理解的是，平均截取到的M个长序列的长度相等；平均截取到的M个短序列的长度相等。

然后，给数字通信系统的每个通道对应一个长序列和一个短序列。优选地，可以按照通道顺序依次为各个通道对应长序列和短序列。例如，假设数字通信系统的通道数为4，即M＝4，则第一伪随机序列可以被截取为L1、L2、L3以及L4共4段长序列，第二伪随机序列可以被截取为L5、L6、L7以及L8共4段短序列；那么，可以给第1个通道对应L1和L5，给第2个通道对应L2和L6，给第3个通道对应L3和L7，给第4个通道对应L4和L8。

S30：对长序列和短序列进行π/2-BPSK调制，得到长调制序列和短调制序列。

具体的，针对每个长序列，将其中的符号0调制为-1/sqrt(2)×(1+1j)，将其中的符号1调制为1/sqrt(2)×(1+1j)，sqrt(·)代表开平方根；针对每个短序列，将其中的符号0调制为-1/sqrt(2)×(1+1j)，将其中的符号1调制为1/sqrt(2)×(1+1j)。由此，每个长序列得到一个对应的长调制序列，每个短序列得到一个对应的短调制序列；也就是说，每个通道均对应一个长调制序列和一个短调至序列。

S40：将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列；以及，将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列；其中，N大于长调制序列的符号个数。

具体的，将每个通道对应的长调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波；将每个通道对应的短调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波。具体的映射关系可以存在多种，为了方案布局清晰，后续对具体的映射关系进行举例说明；其中，长调制序列和短调制序列的映射规则优选不相同，这样能够提高最终生成的前导序列的抗干扰性。

可以理解的是，映射得到的第一映射序列和第二映射序列的长度均等于N。

S50：对每个通道的第一映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理以及频域上采样，得到该通道的第一采样序列；以及，对每个通道的第二映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理、频域上采样以及时域上采样，得到第二采样序列。

其中，对第一映射序列做IFFT变换后再进行功率归一化处理的具体实现方式包括：将IFFT变换结果乘以对应的归一化因子；这里，根据数字通信系统的带宽限制要求，需要选用若干个有效子载波，故归一化因子取sqrt(p/q)，p为选取的有效子载波的个数，q为长调制序列的长度。

对第二映射序列做IFFT变换后再进行功率归一化处理的具体实现方式包括：将IFFT变换结果乘以对应的归一化因子。这里，归一化因子取

j代表频域上采样的倍数，p为选取的有效子载波的个数，N为每个通道的子载波的个数。

该步骤中，第一采样序列和第二采样序列的采样频率优选与数字通信系统的帧结构中数据部分的采样频率相同，这样能够降低使用该前导序列的发射极和接收机的复杂度。另外，关于频域上采样以及频域上采样的倍数，以想要得到的长训练序列以及短训练序列的长度为目标而相应设置，后续将以举例的方式进行详细举例说明。

S60：对每个通道的第一采样序列做重复操作，得到该通道的长训练序列；以及，从每个通道的第二采样序列中截取一段子序列，并对子序列做重复操作，得到该通道的短训练序列；长训练序列和短训练序列的长度相等。

该步骤中，通过执行序列的重复操作得到相同长度的长训练序列和短训练序列的具体实现方式存在多种。在具体执行该重复操作时，可以通过调整两种重复操作的重复倍数、调整截取子序列时的截取长度两种手段或者两种手段的结合来实现。需要说明的是，这里说的重复倍数可以是整数倍，也可以是非整数倍。例如，将待重复的序列做1.5倍的重复可以指的是对该序列做1倍重复后，再截取该序列的一半做1次重复；将待重复的序列做2.6倍的重复指的是对第一采样序列做1倍重复后，再截取该序列的60％做1次重复；其中，具体截取时从该序列的开头截取或从序列的结尾截取可以预先设定。可以理解的是，在序列长度给定的前提下，当重复倍数不是整数倍时，非整倍重复的部分与整倍重复的部分之间的拼接关系变换时，可以得到不同的重复后的序列，具体到本发明实施例中，在得到预定长度的长训练序列或短训练序列的前提下，非整倍重复的部分与整倍重复的部分之间的拼接关系变换时，可以分别得到不同的长训练序列或短训练序列。例如，假设第一采样序列为1001；那么，对第一采样序列做2.5倍的重复，得到该通道的长训练序列可以为1001+1001+10＝1001100110，也可以为10+1001+1001＝1010011001，或者为01+1001+1001＝0110011001，这里的加号代表符号拼接的含义。需要说明的是，这里示出的第一采样序列1001是为了方案清楚所列举的特殊示例，实际应用中的第一采样序列和第二采样序列的长度不限于此。

另外，可以理解的是，在对从第二采样序列中截取的子序列做重复操作时，通过变换截取子序列时的截取位置也可以分别得到多种不同的短训练序列。

S70：分别对每个通道的长训练序列和短训练序列进行拼接，得到每个通道的前导序列。

该步骤中，拼接得到的前导序列中，可以是短训练序列在先，长训练序列在后，或者也可以是长训练序列在先，短训练序列在后。

在一种可选实现方式中，将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列，可以包括：

将长调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第一子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，各个第一子载波的序号连续，且各个第一子载波的序号排在该通道的N个子载波的序号的中段。

可以理解的是，各个第一子载波即是N个子载波中的中间子载波，给两侧的子载波映射符号0，起到了在N个子载波两端留有了一定的保护间隔的作用，从而可以提高第一映射序列的抗干扰性能。

优选地，各个第一子载波为数字通信系统的N个子载波中的第b至第N-b+1个子载波，b为正整数，且M＜b＜2×M。

举例而言，假设N＝64，M＝4，且长调制序列具有56个符号，则b可以优选为5，即可以将这56个符号映射给这64个子载波中的第5至60个子载波。此时得到的第一映射序列中，第1至5位为0，第5至60位等于长调制序列的56个符号，第61至64位为0。

这里，在N个子载波两端留有的保护间隔大于子载波总数量且不超过载波总数量的2倍，可以在确保第一映射序列的抗干扰性能的基础上，无需第一映射序列具有较长的长度。

在一种可选实现方式中，将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列，包括：

将短调制序列中的符号分别映射到该通道的N个子载波中的各个第二子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，各个第二子载波的序号的间隔为N，且各个第二子载波的序号排在该通道的N个子载波的序号的中段。

同理，这里在N个子载波两端留有一定的保护间隔，同样可以提高第二映射序列的抗干扰性能。并且，映射完成后，相邻子载波的间隔等于子载波总数量，还可以确保相邻子载波之间的正交性。

优选地，各个第二子载波的序号集合可以为[a，a+M，a+2M，...，a+n×M，N-a]；其中，a为正整数，且2×M＜a＜3×M，N-a＝a+(n+1)×M，n等于短调制序列的长度减2。

举例而言，假设N＝64，M＝4，并假设n＝10，即短调制序列具有10+2＝12个符号，则a优选为10，即可以将这12个符号映射给这64个子载波中的第10、14、18、22、26、30、34、38、42、46、50、54个子载波。此时得到的第二映射序列中，第10、14、18、22、26、30、34、38、42、46、50、54位分别对应短调制序列的12个符号，其余位为0。

另外，可以理解的是，第二映射序列使用了与第一映射序列不同的映射规则，可以使得最终生成的前导序列具有更高的抗干扰性能。

在一种可选实现方式中，生成第一伪随机序列和第二伪随机序列，可以包括：

利用预设的生成多项式生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；生成多项式为：

g(x)＝1+x⁴+x⁵+x⁶+x⁸。

其中，x代表生成多项式的初始状态，生成第一伪随机序列和第二伪随机序列的初始状态不相同；g(x)代表生成的第一伪随机序列或第二伪随机序列。

可以理解的是，生成多项式的初始状态不为全0。利用一个生成多项式分别生成两种不同长度的伪随机序列，可以减轻前导序列生成方法的执行主体的复杂度。

示例性的，生成第一伪随机序列的初始状态可以为10100101，生成第一伪随机序列的初始状态可以为10001001，当然，并不局限于此处所示出的。

以下为一个更具体的例子：

一种数字通信系统的前导序列生成方法，包括以下步骤：

(1)使用生成多项式g(x)＝1+x⁴+x⁵+x⁶+x⁸生成长度为448的第一伪随机序列S_a和长度为96第二伪随机序列S_b。

(2)将S_a平均截取为8段，得到8个长序列S_L；以及，将S_b平均截取为8段，得到8个短序列S_S，给数字通信系统的8个通道分别对应一个S_L和一个S_S；其中，S_L的长度为56，S_S的长度为12。

然后，针对每个通道分别执行下述的步骤(3)～步骤(7)：

(3)对S_L和S_S进行π/2-BPSK调制，得到长度为56的长调制序列S_LM和长度为12的短调制序列S_SM。

(4)将S_LM包含的56个符号映射给64个子载波中的第5至第60个子载波，并给其余的8个子载波映射符号0，得到长度为64的第一映射序列S_LM-M；以及，将S_SM包含的12个符号映射给64个子载波中的第10、14、18、22、26、30、34、38、42、46、50、54个子载波，并给其余的52个子载波映射符号0，得到长度为64的第二映射序列S_SM-M。

(5)对S_LM-M依次做IFFT变换、乘以归一化因子sqrt(52/12)以及32倍的频域上采样，得到长度为64×32＝2048的第一采样序列S’_LM-M；以及，对S_SM-M依次做IFFT变换、乘以归一化因子

32倍的频域上采样以及8倍的时域上采样，得到长度为64×32×8＝16382的第二采样序列S’_SM-M。

(6)对S’_LM-M做2.5倍的重复，得到长度为2048×2.5＝5120的长训练序列S_LTS；从S’_SM-M中截取长度为512的子序列S₀，并对该子序列S₀做10倍的重复，得到长度为512×10＝5120的短训练序列S_STS。

(7)拼接S_LTS和S_STS得到前导序列S，该前导序列S的帧结构可以参见图2所示。

图3所示为一种数字通信系统的前导序列生成装置，其包括：

伪随机序列生成模块301，用于生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；第一伪随机序列比第二伪随机序列长。

截取模块302，用于将第一伪随机序列平均截取为M段，得到M个长序列；以及，将第二伪随机序列平均截取为M段，得到M个短序列；数字通信系统的M个通道分别对应一个长序列和一个短序列；M≥2。

调制模块303，用于对长序列和短序列进行π/2-BPSK调制，得到长调制序列和短调制序列。

映射模块304，用于将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列；还用于将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列。

处理和采样模块305，用于对每个通道的第一映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理以及频域上采样，得到该通道的第一采样序列；还用于对每个通道的第二映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理、频域上采样以及时域上采样，得到第二采样序列。

训练序列生成模块306，用于对每个通道的第一采样序列做重复操作，得到该通道的长训练序列；以及，从每个通道的第二采样序列中截取一段子序列，并对子序列做重复操作，得到该通道的短训练序列；长训练序列和短训练序列的长度相等。

拼接模块307，用于分别对每个通道的长训练序列和短训练序列进行拼接，得到每个通道的前导序列。

在一种可选实现方式中，映射模块304，将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列，包括：

将长调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第一子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，各个第一子载波的序号连续且排在该通道的N个子载波的序号的中段。

映射模块304，将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列，包括：

将短调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第二子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，各个第二子载波的序号间隔为N且排在该通道的N个子载波的序号的中段。

在一种可选实现方式中，各个第一子载波为N个子载波中的第b至第N-b+1个子载波，b为正整数，且M＜b＜2×M。

在一种可选实现方式中，各个第二子载波的序号集合为[a，a+M，a+2M，...，a+n×M，N-a]；其中，a为正整数，且2×M＜a＜3×M，N-a＝a+(n+1)×M，n等于短调制序列的长度减2。

在一种可选实现方式中，伪随机序列生成模块301，具体用于：

利用预设的生成多项式生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；生成多项式为：

g(x)＝1+x⁴+x⁵+x⁶+x⁸。

其中，x代表生成多项式的初始状态，生成第一伪随机序列和第二伪随机序列的初始状态不相同；g(x)代表生成的第一伪随机序列或第二伪随机序列。

在一种可选实现方式中，第一采样序列和第二采样序列的采样频率等于数字通信系统的帧结构中数据部分的采样频率。

该前导序列生成装置中，基于两个伪随机序列分别截取多个通道对应的长序列和段序列；然后，对长序列和短序列进行π/2-BPSK调制，并将长调制序列和短调制序列分别映射到多个子载波中后，再进行IFFT变换、功率归一化处理以及频域上采样等操作，从而在频域生成最终的长训练序列和短训练序列，能够满足数字通信系统在具有一定带宽的频带内传输的需求。其中，长训练序列是通过对第一采样序列做重复操作得到的，短训练序列是从第二采样序列中截取一段子序列做重复操作得到的，且长训练序列和短训练序列的长度相等。这样，对长训练序列和短训练序列进行拼接得到的前导序列具有特定的周期性结构特点，将该前导序列应用到数字通信系统中后，接收机基于该周期性结构特点执行延迟自相关操作或互相关操作可以实现同步、频偏纠正和相偏纠正。具体而言，接收机可以利用短训练序列的周期性结构特点进行延迟自相关，对自相关值的模值归一化后，通过设定阈值可以找到粗同步的帧头位置。该延迟自相关值的相位还可以用于粗频偏的估计。在粗同步和粗相偏纠正的基础上，接收机进一步对本地存储的长训练序列与收到的前导序列中的长训练序列做互相关操作可以实现载波同步和帧头精同步；通过对长训练序列做FFT运算后在频域进行移位操作便可以实现细小偏的频偏估计和相偏估计。可见，该装置可以使得接收机实现准确的同步、频偏纠正和相偏纠正。

图4所示为一种数字通信系统，其包括发射机401和接收器402。

其中，发射机401和接收机402中均集成有非易失性存储器；非易失性存储器中存储有前导序列；该前导序列是采用上述任一种数字通信系统的前导序列生成方法所生成的。

该发射机401，用于从自身集成的非易失性存储器中获取并发送前导序列。

该接收机402，用于接收前导序列；基于所接收的前导序列执行延迟自相关操作，得到自相关结果；基于自身集成的非易失性存储器中的前导序列与所接收的前导序列执行延迟自相关操作，得到互相关结果；基于自相关结果和互相关结果进行同步、频偏纠正和相偏纠正。

具体而言，接收机402可以利用短训练序列的周期性结构特点进行延迟自相关，得到自相关结果，对自相关结果进行模值归一化后，通过设定阈值可以找到粗同步的帧头位置。该自相关结果的相位还可以用于粗频偏的估计。在粗同步和粗相偏纠正的基础上，接收机402进一步对本地存储的长训练序列与收到的前导序列中的长训练序列做互相关操作，得到互相关结果；该互相关结果可以用于实现载波同步和帧头精同步；另外，通过对长训练序列做FFT运算后在频域进行移位操作，便可以实现细小偏的频偏估计和相偏估计。关于接收机402实现同步、相偏估计和频偏估计的具体实现方式，非本发明实施例的发明点，可以参见相关现有技术，本发明实施例不做赘述。

需要说明的是，对于装置/系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种数字通信系统的前导序列生成方法，其特征在于，应用于数字通信系统，所述数字通信系统具有M个通道，M≥2；包括以下步骤：

生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；所述第一伪随机序列比所述第二伪随机序列长；

将所述第一伪随机序列平均截取为M段，得到M个长序列；以及，将所述第二伪随机序列平均截取为M段，得到M个短序列；所述数字通信系统的M个通道分别与M个长序列和M个短序列一一对应；

对所述长序列和所述短序列进行π/2-BPSK调制，得到长调制序列和短调制序列；

将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列；以及，将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列；其中，N大于所述长调制序列的符号个数；

对每个通道的第一映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理以及频域上采样，得到该通道的第一采样序列；以及，对每个通道的第二映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理、频域上采样以及时域上采样，得到第二采样序列；

对每个通道的第一采样序列做重复操作，得到该通道的长训练序列；以及，从每个通道的第二采样序列中截取一段子序列，并对所述子序列做重复操作，得到该通道的短训练序列；所述长训练序列和所述短训练序列的长度相等；

分别对每个通道的长训练序列和短训练序列进行拼接，得到每个通道的前导序列。

2.根据权利要求1所述的数字通信系统的前导序列生成方法，其特征在于，所述将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列，包括：

将所述长调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第一子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第一子载波的序号连续，且所述各个第一子载波的序号排在该通道的N个子载波的序号的中段。

3.根据权利要求2所述的数字通信系统的前导序列生成方法，其特征在于，所述各个第一子载波为所述N个子载波中的第b至第N-b+1个子载波，b为正整数，且M＜b＜2×M。

4.根据权利要求1所述的数字通信系统的前导序列生成方法，其特征在于，所述将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列，包括：

将所述短调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第二子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第二子载波的序号的间隔为N，且所述各个第二子载波的序号排在该通道的N个子载波的序号的中段。

5.根据权利要求4所述的数字通信系统的前导序列生成方法，其特征在于，所述各个第二子载波的序号集合为[a，a+M，a+2M，...，a+n×M，N-a]；其中，a为正整数，且2×M＜a＜3×M，N-a＝a+(n+1)×M，n等于所述短调制序列的长度减2。

6.根据权利要求1所述的数字通信系统的前导序列生成方法，其特征在于，所述生成第一伪随机序列和第二伪随机序列，包括：

利用预设的生成多项式生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；所述生成多项式为：

g(x)＝1+x⁴+x⁵+x⁶+x⁸；

其中，x代表所述生成多项式的初始状态，生成所述第一伪随机序列和所述第二伪随机序列的所述初始状态不相同；g(x)代表生成的第一伪随机序列或第二伪随机序列。

7.根据权利要求1所述的数字通信系统的前导序列生成方法，其特征在于，所述第一采样序列和所述第二采样序列的采样频率等于所述数字通信系统的帧结构中数据部分的采样频率。

8.一种数字通信系统的前导序列生成装置，其特征在于，包括：

伪随机序列生成模块，用于生成第一伪随机序列和第二伪随机序列；所述第一伪随机序列比所述第二伪随机序列长；

截取模块，用于将所述第一伪随机序列平均截取为M段，得到M个长序列；以及，将所述第二伪随机序列平均截取为M段，得到M个短序列；数字通信系统的M个通道分别与M个长序列和M个短序列一一对应；M≥2；

调制模块，用于对所述长序列和所述短序列进行π/2-BPSK调制，得到长调制序列和短调制序列；

映射模块，用于将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列；还用于将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列；

处理和采样模块，用于对每个通道的第一映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理以及频域上采样，得到该通道的第一采样序列；还用于对每个通道的第二映射序列依次做IFFT变换、功率归一化处理、频域上采样以及时域上采样，得到第二采样序列；

训练序列生成模块，用于对每个通道的第一采样序列做重复操作，得到该通道的长训练序列；以及，从每个通道的第二采样序列中截取一段子序列，并对所述子序列做重复操作，得到该通道的短训练序列；所述长训练序列和所述短训练序列的长度相等；

拼接模块，用于分别对每个通道的长训练序列和短训练序列进行拼接，得到每个通道的前导序列。

9.根据权利要求8所述的数字通信系统的前导序列生成装置，其特征在于，

所述映射模块中，将每个通道对应的长调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第一映射序列，具体方式为：

将所述长调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第一子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第一子载波的序号连续且排在该通道的N个子载波的序号的中段；

所述映射模块中，将每个通道对应的短调制序列映射到该通道的N个子载波，得到该通道的第二映射序列，具体方式为：

将所述短调制序列中的符号分别映射给该通道的N个子载波中的各个第二子载波，并为剩余的子载波映射符号0；其中，所述各个第二子载波的序号间隔为N且排在该通道的N个子载波的序号的中段。

10.一种数字通信系统，其特征在于，包括发射机和接收器；

所述发射机和所述接收机中均集成有非易失性存储器；所述非易失性存储器中存储有前导序列；所述前导序列是采用如权利要求1-7任一项所述的数字通信系统的前导序列生成方法所生成的；

所述发射机，用于从自身集成的非易失性存储器中获取并发送所述前导序列；

所述接收机，用于接收所述前导序列；基于所接收的前导序列执行延迟自相关操作，得到自相关结果；基于自身集成的非易失性存储器中的前导序列与所接收的前导序列执行延迟自相关操作，得到互相关结果；基于所述自相关结果和所述互相关结果进行同步、频偏纠正和相偏纠正。

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