CN1913396A - 单/多载波共融数字广播系统通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单/多载波共融数字广播系统中通信方法，适用于同时存在单载波和多载波两种工作模式的数字广播系统。在发送端，由于系统分为单载波和多载波两种工作模式，不同的工作模式下对信号帧的结构要求不同。本发明中采用特定信号帧帧头，可以兼容单/多载波两种工作模式。在接收端，首先本地序列和接收到的序列进行相关运算，完成定时同步，然后根据单/多载波不同工作模式采用相应信道估计方法和均衡。

Description

单/多载波共融数字广播系统通信方法

技术领域

本发明涉及一种单/多载波共融数字广播系统的通信方法。采用兼容单/多载波模式的帧头，完成同步和信道估计或均衡，提高系统的性能。

背景技术

单载波通信系统作为一种传统的成熟的通信系统，已经广泛的应用于无线通信领域和广播领域。多载波通信系统是一种新兴的先进通信系统，已经成功应用于无线局域网、数字广播以及固定本地无线接入系统中，并且是超三代移动通信系统中最有前景的技术之一。单/多载波共融数字广播系统则是同时具有上述两种工作模式的融合系统，可以根据不同的环境选择合适的工作模式，发挥各自特点。

信道估计是通信系统应用研究的关键技术，利用信道估计获得的信道信息可被系统用作信道均衡。信道估计算法可分为盲估计和基于训练序列的算法，由于后者具有更好的性能，因此在实际通信系统中获得广泛应用。对信道估计算法而言，设计出简单、有效的训练序列成为评估信道估计算法的重要因素之一。在单/多载波共融数字广播系统中，不同的工作模式下对信号帧的结构要求不同，对单载波工作模式，由于采用自适应滤波完成信道均衡，通常需要较长的训练序列进行均衡系数的训练，这样就需要采用较长的训练序列作为信号帧帧头；对多载波工作模式，由于在信号帧前后添加保护间隔，有效克服信道多径信道的影响，而且信道估计可以简单在频域进行，因此不需要采用较长的训练序列作为信号帧头。综上所述，在单/多载波共融数字广播系统中，信号帧帧头需要考虑上述多种因素，能够兼容单/多载波两种工作模式，在低复杂度的前提下保证同步和信道估计算法的高准确度，以此为目标具有工程应用价值和前景。

本发明提出的通信方法中，采用了一种可满足单/多载波共融结构下信号帧帧头，利用该帧头可简单有效的完成单/多载波两种工作模式下的同步功能，并依据特定的信道估计算法完成信道估计或均衡功能。

发明内容

本发明提出了一种用于单/多载波共融数字广播系统中的通信方法，适用于同时存在单载波和多载波两种工作模式的数字广播系统，所述单/多载波共融数字广播系统发送端由单/多模式调制器、帧生成器、发送成型滤波器，射频发射器构成，接收端由接收成型滤波器、同步器、信道估计模块、单/多载波解调器构成，所述方法包括如下步骤：

a)数据信号经过单/多模式调制器，根据开关选择不同调制模式生成帧体数据符号，帧体符号数为3780；

b)帧生成器在帧体数据符号前加入帧头以生成信号帧，216个信号帧组成一个超帧，信号帧头的符号数为595，其中对应于单载波工作模式和多载波工作模式，所述帧头都采用10阶m序列PN1023的截短即取其前595个符号作为训练序列；

c)帧生成器的输出在经过发送成型滤波器滤波成型后，经由射频发射器发送；

d)接收端将射频信号转变为基带信号，经过接收成型滤波器恢复出接收序列，同步器利用本地序列与接收序列完成定时功能，其中

1)对单载波模式，利用本地序列和接收序列，根据最小均方误差自适应算法，得出滤波器系数，进一步完成时域信道均衡功能；

2)对多载波模式，利用本地序列和接收序列进行时域信道估计算法，得到时域信道信息，然后经过快速傅立叶变换得到频域信道信息，进一步完成频域信道均衡；以及

e)单/多模式解调器利用上述信道估计信息对接收序列完成解调，得到所述数据信号。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于单/多载波共融数字广播系统中的通信方法，适用于同时存在单载波和多载波两种工作模式的数字广播系统，所述单/多载波共融数字广播系统发送端由单/多模式调制器、帧生成器、发送成型滤波器，射频发射器构成，接收端由接收成型滤波器、同步器、信道估计模块、单/多载波解调器构成，所述方法包括如下步骤：

a)数据信号经过单/多模式调制器，根据开关选择不同调制模式生成帧体数据符号，帧体符号数为3780；

b)帧生成器在帧体数据符号前加入帧头以生成信号帧，216个信号帧组成一个超帧，信号帧头的符号数为595，其中对应于单载波工作模式采用9阶m序列PN511并在其后填充84个零符号来形成所述信号帧头；以及对多载波模式采用8阶m序列PN255并在其前、后各填充170个零符号或同步符号来形成所述信号帧头，其中同步符号定义为PN255的循环扩展；

c)帧生成器的输出在经过发送成型滤波器滤波成型后，经由射频发射器发送；

d)接收端将射频信号转变为基带信号，经过接收成型滤波器恢复出接收序列，同步器利用本地序列与接收序列完成定时功能，其中

1)对单载波模式，利用本地序列和接收序列，根据最小均方误差自适应算法，得出滤波器系数，进一步完成时域信道均衡功能；

2)对多载波模式，利用本地序列和接收序列进行时域信道估计算法，得到时域信道信息，然后经过快速傅立叶变换得到频域信道信息，进一步完成频域信道均衡；以及

e)单/多模式解调器利用上述信道估计信息对接收序列完成解调，得到所述数据信号。

这里所公开的系统和方法在其各种实施例中克服了上述现有技术的缺点，并且实现了这种系统和方法之前不可能存在的优点。

以下将参考附图更完整地描述本发明，附图中示出了本发明的优选实施例。但是本发明可体现在许多其他的形式中，而不应当被理解为限于这里所述的实施例；相反提供这些实施例是为了公开内容将会详尽和完整，并且将会完整地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。从始至终类似的标号都表示类似的元件。

在前述描述和相关附图中给出的教导的帮助下，本发明所属领域的技术人员将会想到本发明的许多修改和其他实施例。因此，要理解本发明不限于所公开的特定实施例，修改和其他实施例想要被包括在所附权利要求书的范围内。虽然这里采用了特定术语，但是它们只是在一般的描述性意义上使用的，而不是用于限制目的。

附图说明

下面结合附图并参照具体实施方式来描述本发明，其中：

图1是根据本发明一个实施例的用于单/多载波共融数字广播系统的超帧的结构示意图。

图2是根据本发明一个实施例的一种单/多载波共融数字广播系统发送与接收框图。

图3是根据本发明一个实施例的第一种信号帧帧头训练序列。

图4是根据本发明一个实施例的第二种信号帧帧头训练序列。

具体实施方式

附图1显示了本发明的单/多载波共融数字广播系统的超帧的结构示意图。所述超帧由P个信号帧组成，例如，优选的，P是200到225之间的整数。假设所述超帧的持续时间为T，系统的符号速率为R，则一个超帧内所含符号数M_sf＝T×R。优选的，T＝125ms，R＝7.56Msps，从而计算出一个超帧的传输符号数M_sf＝T×R＝945000symbol。

如附图1所示，所述信号帧包括：帧头部分和帧体数据部分，帧头部分由训练序列构成。优选的，帧体数据部分包括3780个符号，即500us。

所述帧头部分包括N个符号，N是这样确定的：超帧的持续时间为T，系统的符号速率为R，则一个超帧内所含符号数M_sf＝T×R，还要保证每帧内的符号数为整数，从而确定P只能取200，210，216，225。设每信号帧包含符号数为M_f，根据M_f＝M_sf/P和上述规定帧体符号数为3780，得到帧头符号长度N，见表1：

信号帧数P	200	210	216	225
					帧头长度N	945	720	595	420

表1

由于单载波模式下需要一定长度的训练序列进行信道均衡，而过长的训练序列长度会降低系统的效率，因此在保证单/多载波共融数字广播系统都能工作的前提下，优选的，帧头长度可以为595和720。

在本发明的以下的说明中，以帧头595为例。但是，如本领域的技术人员所能理解的，这里给出的例子仅仅是示例性的，而非限制性的。在本发明公开的发明构思基础上，本领域的技术人员容易想到所述帧头采用其他长度。

参看图2，显示了本发明的一种单/多载波共融数字广播系统发送与接收框图。如图所示，所述单/多载波共融数字广播系统发送端由单/多模式调制器、帧生成器、发送成型滤波器，射频发射器构成。所述系统的上述诸个元件可以以多种现有技术来实施，只要它们执行如下所述的通信过程。所述通信过程包括的步骤如下所述：

在发送端，数据信号经过单/多模式调制器，根据开关选择不同调制模式生成帧体数据符号。单/多模式调制器功能为：在单载波模式下，将数据信号顺序映射到帧体数据中；在多载波模式下，对数据信号进行FFT变换，然后顺序映射到帧体数据中。

帧生成器在帧体数据符号前加入帧头，生成信号帧，若干个信号帧组成一个超帧，例如，取220到225之间的整数。如上所述，取216时，其中信号帧帧体长度为3780，帧头长度为595。

帧头所采用的训练序列有两种。

如附图3所示，第一种是对单载波和多载波采用相同的训练序列，即采用10阶m序列PN1023的截短，取其前595个符号作为训练序列。

如附图4所示，是第二种训练序列。其中对单载波采用9阶m序列PN511并在其后填充84个零符号；对多载波模式采用8阶m序列PN255，并在其前、后各填充170个零符号或同步符号，其中同步符号定义为PN255的循环扩展。

帧生成器的输出在经过发送成型滤波器滤波成型后，经由射频发射器发送。发送成型滤波器功能是使发送信号的频谱与信道带宽相匹配。

在接收端，利用变频器将射频信号转变为基带信号，然后经过接收成型滤波器恢复出接收序列。设帧头部分的接收序列为u(n)，本地序列为d(n)，则根据【公式1】可完成系统定时估计：

【公式1】：

$\tilde{n}=\arg \left(\underset{n}{\max }{|\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{d}^{\′}\left(m\right)\·u(m+n)|}^2\right)$

其中表示共轭运算，【公式1】的含义就是选择使接收序列和本地序列相关值最大的起始位置作为系统定时估计。

接下来根据不同的工作模式选择特定的信道估计算法，完成信道均衡功能，具体如下：

1)在单载波模式下，利用本地序列和接收序列，采用自适应LMS算法，得到滤波器系数，完成信道均衡。

2)在多载波模式下，首先根据发送的训练序列的设计方法对接收序列进行处理，如果采用第一种训练序列，则将帧头全部595个符号作为本地序列，如果采用第二种训练序列，则将去除前后同步的PN255序列作为本地序列。根据【公式2】得到时域的信道响应 估计：

【公式2】：

$\tilde{h}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{d}^{\′}\left(m\right)\·u(\tilde{n}+m+\mathrm{\τ})$

其中M为595或255，根据使用的不同训练序列，τ的取值范围为0到M-1。对不同的h(τ)，利用信道特征确定其门限值θ，选择h(τ)≥θ的L条径作为信道时域冲击响应，然后对其进行FFT变换。如果FFT变换的尺度M为595或255，那么通过频域插值得到3780个子载波的频域信道信息H(k)，然后利用此频域信道信息对接收数据进行信道均衡。也可以在长度为M的时域信道后补零，得到3780点时域信道，然后利用3780点FFT变换，直接得到3780个子载波的频域信道信息H(k)，然后利用此频域信道信息对接收数据进行信道均衡。经过信道均衡后的数据经过单/多载波解调器后，最终得到解调后的数据信号。

以上实施例中仅仅是示例性的，如表1所示，还可以采用其他实施方式来实现本发明的技术效果。

此外，如本领域的技术人员所公知的，基于本发明的上述描述，上述通信系统的发送端和接收端可以以多种方式来实施。所述的单/多载波调制器、帧生成器、发送成型滤波器，射频发射器，以及接收成型滤波器、同步器、信道估计模块、单/多载波解调器等的功能都可以采用现有技术中的各种技术来实现，在此不再赘述。本领域技术人员完全可以基于本发明给出的功能性描述来实施这些通信部件。

在本发明中，兼容单/多载波两种工作模式，简单有效的信号帧帧头是本发明的关键所在。采用此信号帧帧头，可以使单/多载波共融数字广播系统完成精度较高的同步功能，同时借助于本发明所采用的特定的信道估计和均衡技术，可以在较低的系统复杂度下提高共融系统的接收性能。

以上已经描述了本发明的各种实施例，应该理解它们通过示例的方式呈现，但并不作为限制。对相关领域的熟练技术人员来说在不背离本发明的精神和范围下，在形式和细节上进行各种改变是明显的。这里所描述的处理、分析和/或其他功能也可以通过诸如数字信号处理器电路、软件控制的微处理器或专用集成电路之类的功能上等同的电路来实现。实现为软件的组件不局限于任何特定的编程语言。更确切地说，这里的描述提供了本领域的技术人员可以用来制造电路或生成计算机软件以执行本发明的处理的信息。将会意识到，本系统和方法的功能和/或行为中的某些或全部可以实现为如上定义的逻辑。

Claims (2)

1.一种用于单/多载波共融数字广播系统中的通信方法，适用于同时存在单载波和多载波两种工作模式的数字广播系统，所述单/多载波共融数字广播系统的发送端由单/多模式调制器、帧生成器、发送成型滤波器，射频发射器构成，接收端由接收成型滤波器、同步器、信道估计模块、单/多载波解调器构成，所述方法包括如下步骤：

a)数据信号经过单/多模式调制器，根据开关选择不同调制模式生成帧体数据符号，帧体符号数为3780；

b)帧生成器在帧体数据符号前加入帧头以生成信号帧，216个信号帧组成一个超帧，信号帧头的符号数为595，其中对应于单载波工作模式和多载波工作模式，所述帧头都采用10阶m序列PN1023的截短即取其前595个符号作为训练序列；

c)帧生成器的输出在经过发送成型滤波器滤波成型后，经由射频发射器发送；

d)接收端将射频信号转变为基带信号，经过接收成型滤波器恢复出接收序列，同步器利用本地序列与接收序列完成定时功能，其中

1)对单载波模式，利用本地序列和接收序列，根据最小均方误差自适应算法，得出滤波器系数，进一步完成时域信道均衡功能；

2)对多载波模式，利用本地序列和接收序列进行时域信道估计算法，得到时域信道信息，然后经过快速傅立叶变换得到频域信道信息，进一步完成频域信道均衡；以及

e)单/多模式解调器利用上述信道估计信息对接收序列完成解调，得到所述数据信号。

2.一种用于单/多载波共融数字广播系统中的通信方法，适用于同时存在单载波和多载波两种工作模式的数字广播系统，所述单/多载波共融数字广播系统发送端由单/多模式调制器、帧生成器、发送成型滤波器，射频发射器构成，接收端由接收成型滤波器、同步器、信道估计模块、单/多载波解调器构成，所述方法包括如下步骤：

a)数据信号经过单/多模式调制器，根据开关选择不同调制模式生成帧体数据符号，帧体符号数为3780；

b)帧生成器在帧体数据符号前加入帧头以生成信号帧，216个信号帧组成一个超帧，信号帧头的符号数为595，其中对应于单载波工作模式采用9阶m序列PN511并在其后填充84个零符号来形成所述信号帧头；以及对多载波模式采用8阶m序列PN255并在其前、后各填充170个零符号或同步符号来形成所述信号帧头，其中同步符号定义为PN255的循环扩展；

c)帧生成器的输出在经过发送成型滤波器滤波成型后，经由射频发射器发送；

d)接收端将射频信号转变为基带信号，经过接收成型滤波器恢复出接收序列，同步器利用本地序列与接收序列完成定时功能，其中

1)对单载波模式，利用本地序列和接收序列，根据最小均方误差自适应算法，得出滤波器系数，进一步完成时域信道均衡功能；

2)对多载波模式，利用本地序列和接收序列进行时域信道估计算法，得到时域信道信息，然后经过快速傅立叶变换得到频域信道信息，进一步完成频域信道均衡；以及

e)单/多模式解调器利用上述信道估计信息对接收序列完成解调，得到所述数据信号。

Images