CN1960354B - 多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法及装置。其中所述发送方法为：将需要传送的信息比特流经时-频域二维编码后，将经编码的比特流通过映射得到带有编码信息的连续导频，随后根据负载、离散导频和连续导频在子载波上的分布，将负载、离散导频和经映射得到的带有编码信息的连续导频复接到一起，生成频域信号，最后将生成的频域信号经过频-时域变换后得到时域采样点。所述接收方法为：从多载波信号的有效载波中提取连续导频后，将提取到的连续导频经过时-频域解码得到解码信息。本发明通过在连续导频中用编码的方式携带信息，在不使用额外带宽资源的同时实现了信息的可靠传送。

Description

多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法及装置

技术领域

本发明涉及信号发送和接收方法及装置，特别涉及一种多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法及装置。 

背景技术

在采用多载波的信息传输系统中，为了接收机能进行载波频偏跟踪和采样频偏跟踪等，需要加入一定量的连续导频。 

传统的连续导频完全采用已知信号，不携带任何信息。而有些信息传播系统如广播系统等，经常需要以极低的错误概率传送时隙号和帧号等信息控制信号，这些是传统的连续导频所不能实现的。 

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的。为此本发明一方面提出了一种多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法。 

其中所述发送方法包含以下步骤：根据不同的系统帧结构，将需要传送的信息比特流经时-频域二维编码后，得到编码比特流；将编码比特流通过映射得到带有编码信息的连续导频；根据负载、离散导频和连续导频在子载波上的分布，将负载、离散导频和经映射得到的连续导频复接到一起，生成频域信号；将频域信号经过频-时域变换后得到时域采样点；

所述接收方法包含以下步骤：从OFDM信号的有效载波中提取带有编码信息的连续导频；将提取的连续导频经过时-频域解码得到解码信息。 

所述时-频域二维编码是在连续导频中选取部分导频进行编码，为包含重复码、Walsh码、RS码、BCH码在内的编码方案。 

所述映射步骤中采用包含BPSK、QPSK、16QAM在内的信号映射方法。 

在接收方法中，用包括时-频域分集和时域分集在内的分集方法对带有编码信息的连续导频进行解码；用包括Walsh判决在内的判决方法对带有编码信息的连续导频进行判决。 

所述带有编码信息的连续导频编码的发送和接收方法适用于采用包括Fourier变换、Walsh变换、小波变换在内的变换形式的多载波系统。 

本发明另一方面提出了一种多载波系统中连续导频编码的发送和接收装置。 

其中所述发送装置包括：时-频域编码器，其用于根据不同的系统帧结构，将需要传送的信息比特流经时-频域二维编码后，得到编码比特流；映射器，其用于将编码比特流通过映射得到带有编码信息的连续导频；频域信号生成器，其用于根据负载、离散导频和连续导频在子载波上的分布，将负载、离散导频和经映射得到的带有编码信息的连续导频复接到一起，生成频域信号；频-时域变换器，其用于将频域信号经过频-时域变换后得到时域采样点；

所述接收装置包括：时-频域解码器，其用于从OFDM信号的有效载波中提取连续导频之后，将提取到的连续导频经过时-频域解码得到解码信息。 

本发明提出的用于多载波数字广播系统中的在连续导频上利用时-频域二维编码发送和接收信息的方法及装置，在连续导频中通过编码的方式携带信息，在不使用额外带宽资源的同时实现了信息的可靠传送。本发明具有以下特点：充分利用时-频域分集，传输可靠性高；不占用更多的带宽资源，频谱利用率高；时-频域编码方式灵活；本发明可以广泛应用于卫星广播、地面无线广播、有线广播等各数字广播领域。 

附图说明

图1为OFDM连续导频编码发送方法流程图； 

图2为OFDM连续导频编码接收方法流程图； 

图3为时-频域编码器结构； 

图4为BPSK星座映射图； 

图5为频域信号生成模块结构； 

图6为频域信号子载波结构； 

图7为时-频域解码器结构； 

图8为时-频域编码器另一种结构； 

图9为时-频域解码器另一种结构。 

具体实施方式

图1为OFDM连续导频编码发送方法流程图。 

如图1所示，所述发送方法包括时-频域编码、映射、频域信号生成、频-时域变换四个步骤。根据系统帧结构，将需要传送的信息比特流经过时-频域编码后，得到编码比特流；经过映射步骤后，编码比特流转换为带有编码信息的连续导频；随后，根据连续导频、负载及离散导频在子载波上的分布要求，通过频域信号生成步骤将负载、离散导频和连续导频复接到一起，生成频域信号；该频域信号再经过频-时域变换后，生成最后所需的时域采样点。 

图2为OFDM连续导频编码接收方法流程图。 

如图2所示，所述接收方法包括连续导频提取和时-频域解码两个步骤，从OFDM信号的有效载波中提取带有编码信息的连续导频后，经过时-频域解码得到解码信息。 

下面结合附图对本发明的方法流程图以及优选实施例中具体通过装置的实现进行详细说明。 

本发明第一实施例为基于OFDM的卫星广播系统，其传输结构由超帧、帧和OFDM信号这3层组成。每超帧分为5帧，每帧分为10个时隙，每时隙分为42个OFDM信号。另外，除了“帧号”和“时隙号”外，还需要传输“下一帧的控制信道是否变化”的标识。以上信息需要8比特传输，如表1所示： 

  

比特	0-2	3-6	7
				信息	帧号	时隙号	下一帧的控制信道是否变化

[0031] 表1、控制信息列表 

本实施例的广播系统采样率为10MHz，通过4096点IFFT在7.51MHz的带宽内使用3077个子载波，其中1个虚拟子载波，48个连续导频，384个离散导频，2644个负载子载波。在频域上，系统在48个连续导频中选取32个连续导频，采用4倍重复码的方式传送8比特信息；在时域上，每时隙的42个信号中再采用42倍重复码的方式传送以上48个连续导频。 

本广播系统的连续导频编码的发送包括时-频域编码、映射、频域信号生成、频-时域变换四个部分。 

图3为时-频域编码器结构。 

如图3所示，时-频域编码器包括频域编码部分和时域编码部分。需传送的8比特控制信息x(n)，0≤n≤7输入频域编码器，该编码器将8比特控制信息通过4倍重复编码放到了48比特的第1-16和第31-46比特，得到输出的编码后的48比特信息y(n)，0≤n≤47如下： 

随后，频域编码器的输出信息y(n)输入时域编码器，该编码器的输出为z(m，n)＝y(n)，0≤m≤41，0≤n≤47，其中z(m，n)是第m个OFDM信号的第n个连续导频点。 

图4为BPSK星座映射图。

如图4所示，映射模块采用BPSK映射方式，将编码后的比特流信息映射到星座点上，其功率归一化因子为

图5为频域信号生成模块结构图。 

如图5所示，频域信号生成模块分为复接部分和加入虚拟子载波部分。 

复接部分的输入信号为经星座映射后的48个连续导频信号、3028个离散导频和负载信号。经过复接后得到的每个OFDM信号中有3076个有效子载波，包括了48个连续导频，384个离散导频，2644个负载。复接成3076个有效子载波信号。其中连续导频放在第0、32、86、184、324、380、424、544、564、600、650、720、832、990、1044、1096、1164、1232、1292、1352、1444、1498、1510、1537、1538、1564、1576、1630、1722、1782、1842、1910、1978、2030、2084、2242、2354、2424、2474、2510、2530、2650、2694、2750、2912、2988、3042、3075点上。 

然后经由加入虚拟子载波部分向从复接部分输出的OFDM频域信号中加入1020个虚拟子载波，得到4096点的OFDM频域信号。 

记有效子载波的信号为a(m，n)，OFDM频域信号为b(m，n)，则其间的对应关系如下式： 

生成的4096点频域信号子载波结构如图6所示，其中直流信号和1019个高频子载波作为虚拟子载波。 

最后一个部分是频-时域变换部分，在本实施例中，采用离散反Fourier变换将频域信号变换到时域，得到最终的时域采样信号如下： 

$c\left(k\right)=\mathrm{IFFT}\[b\left(n\right)\]=\frac{1}{4096}{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{4095}b\left(n\right)\·e^{j2\mathrm{\πnk}/4096},0\≤k\≤4095$

本广播系统的连续导频编码的接收包括连续导频提取和时-频域解码两个部分。 

连续导频提取部分的作用是从42个OFDM信号经信道均衡的3076个有效子载波中提取第0、32、86、184、324、380、424、544、564、600、650、720、832、990、1044、1096、1164、1232、1292、1352、1444、1498、1510、1537、1538、1564、1576、1630、1722、1782、1842、1910、1978、2030、2084、2242、2354、2424、2474、2510、2530、2650、2694、2750、2912、2988、3042、3075子载波上的星座点，即48个复连续导频，记为r(m，n)，其中0≤m≤41，表示OFDM信号编号，0≤n≤47表示连续导频编号。 

时-频域解码部分参见图7。如图7所示，时-频域解码器包括时-频域分集和判决两部分。 

其中，时-频域分集模块根据所输入的连续导频得到软信息： 

$p\left(n\right)=\mathrm{Re}\[{\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{41}(r(m,n+1)+r(m,n+9)+r(m,n+31)+r(m,n+39))\]$

$+\mathrm{Im}\[{\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{41}(r(m,n+1)+r(m,n+9)+r(m,n+31)+r(m,n+39))\],$

其中，0≤n≤7，Re[]是取复数的实部，Im[]是取复数的虚部。

判决模块则对上述的软信息进行正、负判决，得到需进行传输的8比特信息： 

   0≤n≤7 

本发明第二实施例为改变了“时-频域编码”和“时-频域解码”这两个部分的实施例1的情形。 

图8为时-频域编码器另一种结构。 

如图8所示，在时-频域编码中，系统先使用时域编码，再使用频域编码。 

需传送的控制信息x(floor(m/4))，0≤m≤31输入时域编码部分，采用4倍重复码的方式将8比特控制信息放在42个OFDM信号的前32个上后，输出y(m)为： 

$y\left(m\right)=\left\{\begin{array}{cc}x\left(\mathrm{floor}(m/4)\right),& 0\≤m\≤31\\ 0,& 32\≤m\≤41,\end{array}\right.$     0≤m≤41 

y(m)输入频域编码部分，在第1～16和31～46子载波上采用Wa1sh码，即Walsh(0)＝00000000000000000000000000000000，其余子载波上为0，Wa1sh(1)＝01010101010101010101010101010101，该频域编码部分的输出为： 

$z(m,n)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Walsh}\left(y\left(m\right)\right),& 1\≤n\≤\mathrm{16,31}\≤n\≤46\\ 0,& n=\mathrm{0,17}\≤n\≤30,n=47\end{array}\right.,$       0≤m≤41 

图9为时-频域解码器另一种结构。

如图9所示，在时-频域解码器中，先对接收到的连续导频进行时域分集，再进行Walsh判决，得到所需的信息比特流。 

时域分集部分提取接收到的连续导频中前32个OFDM信号中的导频，并按照4倍重复码进行时域分集如下： 

p(m，n)＝r(4*m，n)+r(4*m+1，n)+r(4*m+2，n)+r(4*m+3，n)，0≤m≤7，0≤n≤47 

Walsh判决部分先计算每个比特对Walsh(0)和Walsh(1)的似然值： 

$q_0\left(m\right)=\mathrm{Re}\[{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{16}p(m,n)+{\mathrm{\Σ}}_{n=31}^{46}p(m,n)\]+\mathrm{Im}\[{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{16}p(m,n)+{\mathrm{\Σ}}_{n=31}^{46}p(m,n)\],$

0≤m≤7 

$q_1\left(m\right)=\mathrm{Re}\[{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{7}p(m,2*n+1){\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{7}p(m,2*n+2)+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{7}p(m,2*n+31)-{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{7}p(m,2*n+32)\]$

$+\mathrm{Im}\[{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{7}p(m,2*n+1)-{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{7}p(m,2*n+2)+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{7}p(m,2*n+31)-{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{7}p(m,2*n+32)\]$

，0≤m≤7 

然后根据计算出的似然值进行如下判决： 

　　　0≤m≤7 

从而完成时-频域解码的过程。 

以上通过优选实施例对本发明的实现做出了说明，但本发明不局限于上述特定实施例子，在不背离本发明精神及其实质情况下，熟悉本领域技术人员可根据本发明作出各种相应改变和变形，但这些相应改变和变形都应属于本发明所附权利要求保护范围之内。

Claims (24)

1.一种多载波系统中连续导频编码的发送方法，包含以下步骤：

根据不同的系统帧结构，将需要传送的信息比特流经时-频域二维编码后，得到编码比特流；

将编码比特流通过映射得到携带有编码信息的连续导频；

根据负载、离散导频和连续导频在子载波上的分布，将负载、离散导频和经映射得到的连续导频复接到一起，生成频域信号；

将频域信号经过频-时域变换后得到时域采样点。

2.如权利要求1所述的多载波系统中连续导频编码的发送方法，其特征在于，所述时-频域二维编码为包含重复码、Walsh码、RS码、BCH码在内的编码方案。

3.如权利要求1所述的多载波系统中连续导频编码的发送方法，其特征在于，所述时-频域二维编码是在连续导频中选取部分导频进行编码。

4.如权利要求1所述的多载波系统中连续导频编码的发送方法，其特征在于，所述映射步骤中采用包含BPSK、QPSK、16QAM在内的信号映射方法。

5.如权利要求1所述的多载波系统中连续导频编码的发送方法，其特征在于，适用于采用包括Fourier变换、Walsh变换、小波变换在内的变换形式的多载波系统。

6.如权利要求1所述的多载波系统中连续导频编码的发送方法，其特征在于，适用于包括卫星广播、地面无线广播、地面手持广播在内的数字广播系统。

7.一种多载波系统中连续导频编码的接收方法，包含以下步骤：

接收如权利要求1所述的多载波系统中连续导频编码的发送方法发送的多载波信号；

从多载波信号的有效载波中提取连续导频；将提取的连续导频经过时-频域解码得到解码信息。

8.如权利要求7所述的多载波系统中连续导频编码的接收方法，其特征在于，用包括时-频域分集和时域分集在内的分集方法对连续导频进行解码。

9.如权利要求7所述的多载波系统中连续导频编码的接收方法，其特征在于，用包括Walsh判决在内的判决方法对连续导频进行判决。

10.如权利要求7所述的多载波系统中连续导频编码的接收方法，其特征在于，适用于包括卫星广播、地面无线广播、地面手持广播在内的数字广播系统。

11.一种多载波系统中连续导频编码的发送装置，包括：

时-频域编码器，其用于根据不同的系统帧结构，将需要传送的信息比特流经时-频域二维编码后，得到编码比特流；

映射器，其用于将编码比特流通过映射得到连续导频；

频域信号生成器，其用于根据负载、离散导频和连续导频在子载波上的分布，将负载、离散导频和经映射得到的连续导频复接到一起，生成频域信号； 

频-时域变换器，其用于将频域信号经过频-时域变换后得到时域采样点。

12.如权利要求11所述的多载波系统中连续导频编码的发送装置，其特征在于，适用于包括卫星广播、地面无线广播、地面手持广播在内的数字广播系统。

13.一种多载波系统中连续导频编码的接收装置，包括：

所述接收装置接收如权利要求11所述的多载波系统中连续导频编码的发送装置发送的OFDM信号；

时-频域解码器，其用于从OFDM信号的有效载波中提取连续导频之后，将提取到的连续导频经过时-频域解码得到解码信息。

14.如权利要求13所述的多载波系统中连续导频编码的接收装置，其特征在于，适用于包括卫星广播、地面无线广播、地面手持广播在内的数字广播系统。 

15.一种多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法，其中所述发送方法包含以下步骤：

根据不同的系统帧结构，将需要传送的信息比特流经时-频域二维编码后，得到编码比特流； 

将编码比特流通过映射得到携带有编码信息的连续导频；

根据负载、离散导频和连续导频在子载波上的分布，将负载、离散导频和经映射得到的连续导频复接到一起，生成频域信号；

将频域信号经过频-时域变换后得到时域采样点；

所述接收方法包含以下步骤：从多载波信号的有效载波中提取连续导频；将提取的连续导频经过时-频域解码得到解码信息。

16.如权利要求15所述的多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法，其特征在于，所述时-频域二维编码为包含重复码、Walsh码、RS码、BCH码在内的编码方案。

17.如权利要求15所述的多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法，其特征在于，所述时-频域二维编码是在连续导频中选取部分导频进行编码。

18.如权利要求15所述的多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法，其特征在于，所述映射步骤中采用包含BPSK、QPSK、16QAM在内的信号映射方法。

19.如权利要求15所述的多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法，其特征在于，适用于采用包括Fourier变换、Walsh变换、小波变换在内的变换形式的多载波系统。

20.如权利要求15所述的多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法，其特征在于，在接收方法中，用包括时-频域分集和时域分集在内的分集方法对连续导频进行解码。

21.如权利要求15所述的多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法，其特征在于，在接收方法中，用包括Walsh判决在内的判决方法对连续导频进行判决。

22.如权利要求15所述的多载波系统中连续导频编码的发送和接收方法，其特征在于，适用于包括卫星广播、地面无线广播、地面手持广播在内的数字广播系统。

23.一种多载波系统中连续导频编码的发送和接收装置，其中所述发送装置包括： 

时-频域编码器，其用于根据不同的系统帧结构，将需要传送的信息比特流经时-频域二维编码后，得到编码比特流；

映射器，其用于将编码比特流通过映射得到连续导频；

频域信号生成器，其用于根据负载、离散导频和连续导频在子载波上的分布，将负载、离散导频和经映射得到的连续导频复接到一起，生成频域信号；

频-时域变换器，其用于将频域信号经过频-时域变换后得到时域采样点；

所述接收装置包括：时-频域解码器，其用于从OFDM信号的有效载波中提取连续导频之后，将提取到的连续导频经过时-频域解码得到解码信息。

24.如权利要求23所述的多载波系统中连续导频编码的发送和接收装置，其特征在于，适用于包括卫星广播、地面无线广播、地面手持广播在内的数字广播系统。 

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