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CN110838900B - 可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法 - Google Patents

可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法 Download PDF

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CN110838900B
CN110838900B CN201810936479.8A CN201810936479A CN110838900B CN 110838900 B CN110838900 B CN 110838900B CN 201810936479 A CN201810936479 A CN 201810936479A CN 110838900 B CN110838900 B CN 110838900B
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frequency
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Shanghai Jiao Tong University
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Abstract

本发明提供了一种可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，包括：步骤1：以预定序列生成规则生成频域主体序列集合；步骤2：在所述频域主体序列集合中，根据待传输的信令选取一个序列作为频域主体序列；步骤3：根据选取的频域主体序列，以预定填充规则将所述频域主体序列加载到频域子载波上，组成前导符号的频域主体信号。基于本发明提供的频域主体信号生成方法所生成的前导符号，接收机在对其第一个OFDM符号进行盲检测结束后，可以根据解析出的带宽信令自适应调整接收方案，进而在保证系统兼容性的前提下，充分利用前导符号传输时的带宽资源。

Description

可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法
技术领域
本发明涉及通信信号处理技术领域，具体地，涉及可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法。尤其地，涉及应用于移动通信网与地面数字电视广播网协同传输场景下的前导符号的频域主体信号的生成方法。
背景技术
前导符号是无线通信系统中的重要组成一部分，由于其接收方法与数据部分几乎独立，因此具有极高的设计灵活度。该信号具有信号检测、同步、均衡和信令传输等功能，是整个系统中接收信噪比门限最低的部分。随着多元化媒体服务的日益丰富，以及移动终端业务的飞速发展。近年来，地面数字电视广播传输模式(DTTB)在移动终端上的应用受到了广播业界的广泛关注。另外，DTTB与移动宽带通信系统的协同传输因其高效的传输效率也吸引了越来越多研究者的注意。在时分复用模式下，前导符号可以用于系统的唤醒和快速盲检测，并携带系统指示信息以帮助接收机进行相应的配置。因此，具有信令传输功能并适配各种主流无线传输系统的高鲁棒性前导符号是未来融合网络系统的重要组成部分。
与传统的固定接收相比，移动终端所接收的信号经历的信道环境更加复杂，在高速移动场景下的高多普勒频移与强多径干扰对系统同步的鲁棒性提出了更高的要求。另外，随着无线系统的应用场景不断丰富，目前的物理层信号的设计需要满足不同的应用需求，如适配不同的终端和提供不同质量的视频服务等。因此，在有效载荷部分之前需要添加信令信息来指示接收机的参数配置，并且随着应用的逐渐丰富，信令传输容量也需要不断提高。ATSC3.0系统的前导符号Bootstrap采用多个OFDM符号在时域上级联的方式，每个OFDM符号传输8比特系统信息，理论上可以实现任意容量的信令传输。对Bootstrap信号可以采用迭代的方式解调信令，即前一个OFDM符号解调后，可作为已知信号用于信道估计，然后将信道估计结果用于下一个符号进行均衡，最后进行信令解调。利用上述迭代的方法可以使Bootstrap信号在恶劣信道环境中依然具有较好的信令解调性能。同时，Bootstrap信号的带宽为4.5MHz，低于地面数字电视广播系统的常用带宽6MHz和8Mhz，也低于移动宽带通信系统常用的5M/10M/20MHz带宽。因此，Bootstrap符号适合作为不同无线传输系统的统一前导符号。
ATSC3.0的Bootstrap采用时域循环移位的方式传输信令，利用的是时域序列的自相关特性，这种信令传输方案在0dB echo信道下的传输性能较差。另外，为了实现与移动宽带通信系统的带宽兼容，占用4.5MHz带宽的Bootstrap信号的频域序列长度为1499，因此除直流分量外多达548个子载波被添零填充。这种方法一方面限制了序列的时频域自相关特性，另一方面影响了迭代时的频域均衡性能，因此对信令解调性能产生了不利影响。针对上述前导符号所存在的问题，我们提出了与移动通信网和数字电视广播网带宽自适应的前导符号的频域主体信号的生成方法，与Bootstrap符号相比，利用该方法可以生成信令解调性能更优异的统一前导符号。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法。
根据本发明提供一种可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，包括：
步骤1：以预定序列生成规则生成频域主体序列集合；
步骤2：在所述频域主体序列集合中，根据待传输的信令选取一个序列作为频域主体序列；
步骤3：根据选取的频域主体序列，以预定填充规则将所述频域主体序列加载到频域子载波上，组成前导符号的频域主体信号。
优选地，所述前导符号由多个OFDM符号在时域级联组成；
所述OFDM符号由频域主体信号经傅里叶反变换得到；
每个OFDM符号所对应的频域主体信号所占用的带宽由传输网络的类型决定；
多个OFDM符号中的第一个OFDM符号携带带宽指示信令，带宽指示信令表征该前导符号所占用的带宽；
每个OFDM符号所对应的频域主体信号所占用的带宽由所述频域主体序列集合的预定序列长度N控制，并由第一个OFDM符号所携带前导符号带宽信令表征，所述频域主体序列集合的预定序列长度N由传输网络的类型决定。
优选地，所述步骤1包括：
步骤1.1：利用不同的根值生成序列长度为Ntot1的恒包络零自相关CAZAC序列集构成频域序列候选集A；利用伪随机m序列优选对生成序列长度为Ntot2的Gold序列集，二进制相移键控BPSK调制后构成频域序列候选集B；
步骤1.2：选取频域序列候选集A中的部分或全部序列中的Ntot个元素与频域序列候选集B中部分或全部序列中的Ntot个元素对应相乘，将相乘后得到的全部序列组成序列长度为Ntot的频域组合序列候选集合C；
步骤1.3：将频域组合序列候选集合C中的元素按预定排序规则排序，按预定抽取规则取频域组合序列候选集C中的部分或全部组成频域组合序列集合；
步骤1.4：对频域组合序列集合中的每个序列从预定位置m开始连续取预定长度N个元素得到的子序列组成序列长度为N的频域主体序列集合。
优选地，所述步骤1.1构成频域序列候选集A的步骤包括：
Figure BDA0001767959630000031
A＝Z
其中，
Z表示利用根值为a的恒包络零自相关CAZAC序列构成长度为Ntot1的序列集；
Z(k)表示生成的CAZAC序列在索引k处的值；
e表示自然对数的底数；
j表示虚数单位；
π表示圆周率；
k表示生成的CAZAC序列中元素的索引；
a表示根值；
A表示利用根值为a的恒包络零自相关CAZAC序列构成长度为Ntot1的频域序列集。
优选地，所述步骤1.1构成频域序列候选集B的步骤包括：
g1(x)＝x11+x2+1
g2(x)＝x11+x8+x5+x2+1
Figure BDA0001767959630000032
B1＝[M,T1]
B＝1-2·B1
其中，
g1(x)、g2(x)表示m序列优选对的生成多项式；
x表示元；
M表示利用上述m序列优选对T1和T2，使用移位模二加操作生成的序列长度为Ntot2的Gold序列初始集合；
M(l,k1)表示生成的Gold序列初始集合中第l个序列中第k1个元素的值；
T1表示利用m序列优选对的生成多项式g1(x)及状态为[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]的移位寄存器生成的m序列；
T2表示利用m序列优选对的生成多项式g2(x)及状态为[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]的移位寄存器生成的m序列；
mod(k1+l,Ntot2)表示对k1+l除以Ntot2的值取余数；
T1(mod(k1+l,Ntot2))表示序列T1在索引mod(k1+l,Ntot2)处的值
l为Gold序列初始集合的序列号索引，0≤l≤Ntot2-1，l为整数；
k1表示生成的Gold序列初始集合中每个序列中元素的索引，k1为正整数；
Figure BDA0001767959630000043
表示异或；
B1表示将Gold序列初始集合M与m序列T1合并，组成序列长度为Ntot2，序列个数为Ntot2+1的频域序列初始候选集B1；
B表示将频域序列初始候选集B1中的0/1序列转换为双极性序列，生成的频域序列候选集B。
优选地，所述步骤1.2包括：
Figure BDA0001767959630000041
其中，
Cl1表示生成的频域组合序列候选集合C中序列号索引为l1的序列；
ANtot表示取频域序列候选集A中序列的Ntot个元素组成的序列；
Figure BDA0001767959630000042
表示取频域序列候选集B中序列索引为l2的序列的Ntot个元素组成的序列；
×表示对乘号两边序列中的元素进行一一对应相乘。
优选地，所述预定排序规则包括：
对频域组合序列候选集合C中的每个序列分别做周期自相关运算，将频域组合序列候选集合C中的每个序列按峰均功率比从大到小进行排序，并从0开始递增编号。
所述预定抽取规则包括：
前导符号由频域主体信号经傅里叶反变换得到的OFDM符号，即时域主体信号，在时域组合得到，设与频域主体信号一一对应的时域主体信号的符号数索引为L，L为大于0的正整数；
当L＝1时，生成第L个时域主体信号时，取频域组合序列候选集合C中编号为0、1的2个序列组成频域组合序列集合；
当L>1时，生成后续第L个时域主体信号时，选取频域组合序列候选集合中编号为2+256·(L-2)到1+256·(L-1)的256个序列组成频域组合序列集合。
所述预定序列选取规则包括：
步骤2.1：将待传输的信令转换为十进制表示形式；
步骤2.2：将十进制信令信息与频域主体序列集合中的元素按编号等值对应，得到与信令信息一一对应的频域主体序列。
优选地，所述步骤2.1包括：
当原始信令信息以二进制形式表示时，对信令信息进行格雷编码，得到编码后的二进制信令信息，然后转换为十进制形式表示；
当原始信令信息以非二进制表示时，首先将原始信令信息转换为二进制形式表示，然后对转换后的二进制信令信息进行格雷编码得到编码后的信令信息，然后再转换为十进制形式表示。
优选地，所述预定填充规则包括：
主体序列集合的预定序列长度N不大于所述频域主体信号具有的傅里叶变换长度Nfft，参照预定序列长度N将所述频域主体序列映射成正频率子载波和负频率子载波；
根据所述傅里叶变换长度Nfft在正频率子载波和负频率子载波外边缘填充预定个数的虚拟子载波和直流子载波，生成频域主体信号。
优选地，生成频域主体信号的表达式为：
Figure BDA0001767959630000051
其中，
Figure BDA0001767959630000052
表示第L个时域主体信号一一对应的频域主体信号在子载波索引为k2处的值；
L表示与频域主体信号一一对应的时域主体信号的符号数索引值；
Figure BDA0001767959630000053
表示根据待传输信令τ生成的第L个时域主体信号一一对应的频域主体序列值；
τ为待传输信令的十进制表示形式；
k2表示子载波索引值；
Figure BDA0001767959630000061
表示对
Figure BDA0001767959630000062
进行上取整操作；
Ntot表示频域组合序列候选集合C中的每个序列的长度；
Figure BDA0001767959630000063
表示频域组合序列候选集合C中的每个序列的长度除以2；
Figure BDA0001767959630000064
表示对
Figure BDA0001767959630000065
进行上取整操作；
N表示频域主体序列集合的预定序列长度N；
Figure BDA0001767959630000066
表示频域主体序列集合的预定序列长度N除以2；
Figure BDA0001767959630000067
表示
Figure BDA0001767959630000068
进行下取整操作。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
基于本发明提供的频域主体信号生成方法所生成的前导符号，接收机在对其第一个OFDM符号进行盲检测结束后，可以根据解析出的带宽信令自适应调整接收方案，进而在保证系统兼容性的前提下，充分利用前导符号传输时的带宽资源。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为根据本发明优选例的频域主体信号生成的前导符号在移动通信网与地面数字电视广播网以时分复用方式进行协同传输场景下的应用示意图；
图2为根据本发明优选例的一种与移动通信网和数字电视广播网带宽自适应的前导符号的频域主体信号的生成方法示意图；
图3为根据本发明优选例的频域主体信号生成的前导符号在0dB多径信道下与ATSC3.0标准的前导符号Bootstrap的信令传输性能比较示意图；
图4为根据本发明优选例的频域主体信号生成的前导符号在TU6信道下与ATSC3.0标准的前导符号Bootstrap的信令传输性能比较示意图；
图5为根据本发明的可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法的流程步骤示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如附图5所示，根据本发明提供一种可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，包括：
步骤S101：以预定序列生成规则生成频域主体序列集合；
步骤S102：在所述频域主体序列集合中，根据待传输的信令选取一个序列作为频域主体序列；
步骤S103：根据选取的频域主体序列，以预定填充规则将所述频域主体序列加载到频域子载波上，组成前导符号的频域主体信号。
具体地，所述前导符号由多个OFDM符号在时域级联组成；
所述OFDM符号由频域主体信号经傅里叶反变换得到；
每个OFDM符号所对应的频域主体信号所占用的带宽由传输网络的类型决定；
多个OFDM符号中的第一个OFDM符号携带带宽指示信令，带宽指示信令表征该前导符号所占用的带宽；
每个OFDM符号所对应的频域主体信号所占用的带宽由所述频域主体序列集合的预定序列长度N控制，并由第一个OFDM符号所携带前导符号带宽信令表征，所述频域主体序列集合的预定序列长度N由传输网络的类型决定。
具体地，所述步骤S101包括：
步骤1.1：利用不同的根值生成序列长度为Ntot1的恒包络零自相关CAZAC序列集构成频域序列候选集A；利用伪随机m序列优选对生成序列长度为Ntot2的Gold序列集，二进制相移键控BPSK调制后构成频域序列候选集B；
步骤1.2：选取频域序列候选集A中的部分或全部序列中的Ntot个元素与频域序列候选集B中部分或全部序列中的Ntot个元素对应相乘，将相乘后得到的全部序列组成序列长度为Ntot的频域组合序列候选集合C；
步骤1.3：将频域组合序列候选集合C中的元素按预定排序规则排序，按预定抽取规则取频域组合序列候选集C中的部分或全部组成频域组合序列集合；
步骤1.4：对频域组合序列集合中的每个序列从预定位置m开始连续取预定长度N个元素得到的子序列组成序列长度为N的频域主体序列集合。
具体地，所述步骤1.1构成频域序列候选集A的步骤包括：
Figure BDA0001767959630000081
A＝Z
其中，
Z表示利用根值为a的恒包络零自相关CAZAC序列构成长度为Ntot1的序列集；
Z(k)表示生成的CAZAC序列在索引k处的值；
e表示自然对数的底数；
j表示虚数单位；
π表示圆周率；
k表示生成的CAZAC序列中元素的索引；
a表示根值；
A表示利用根值为a的恒包络零自相关CAZAC序列构成长度为Ntot1的频域序列集。
具体地，所述步骤1.1构成频域序列候选集B的步骤包括：
g1(x)＝x11+X2+1
g2(x)＝x11+x8+x5+x2+1
Figure BDA0001767959630000082
B1＝[M,T1]
B＝1-2·B1
其中，
g1(X)、g2(X)表示m序列优选对的生成多项式；
x表示元；进一步地，x表示未定元；
M表示利用上述m序列优选对T1和T2，使用移位模二加操作生成的序列长度为Ntot2的Gold序列初始集合；
M(l,k1)表示生成的Gold序列初始集合中第l个序列中第k1个元素的值；
T1表示利用m序列优选对的生成多项式g1(x)及状态为[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]的移位寄存器生成的m序列；
T2表示利用m序列优选对的生成多项式g2(x)及状态为[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]的移位寄存器生成的m序列；进一步地，本领域技术人员参照现有技术，可以实现根据m序列优选对的生成多项式及移位寄存器的状态可生成m序列T1、T2，在此不予赘述；
mod(k1+l,Ntot2)表示对k1+l除以Ntot2的值取余数；
T1(mod(k1+l,Ntot2))表示序列T1在索引mod(k1+l,Ntot2)处的值
l为Gold序列初始集合的序列号索引，0≤l≤Ntot2-1，l为整数；
k1表示生成的Gold序列初始集合中每个序列中元素的索引，k1为正整数；
Figure BDA0001767959630000091
表示异或；
B1表示将Gold序列初始集合M与m序列T1合并，组成序列长度为Ntot2，序列个数为Ntot2+1的频域序列初始候选集B1；
B表示将频域序列初始候选集B1中的0/1序列转换为双极性序列，生成的频域序列候选集B。
具体地，所述步骤1.2包括：
Figure BDA0001767959630000092
其中，
Cl1表示生成的频域组合序列候选集合C中序列号索引为l1的序列；
ANtot表示取频域序列候选集A中序列的Ntot个元素组成的序列；
Figure BDA0001767959630000093
表示取频域序列候选集B中序列索引为l2的序列的Ntot个元素组成的序列；
×表示对乘号两边序列中的元素进行一一对应相乘。
具体地，所述预定排序规则包括：
对频域组合序列候选集合C中的每个序列分别做周期自相关运算，将频域组合序列候选集合C中的每个序列按峰均功率比从大到小进行排序，并从0开始递增编号。
所述预定抽取规则包括：
前导符号由频域主体信号经傅里叶反变换得到的OFDM符号，即时域主体信号，在时域组合得到，设与频域主体信号一一对应的时域主体信号的符号数索引为L，L为大于0的正整数；
当L＝1时，生成第L个时域主体信号时，取频域组合序列候选集合C中编号为0、1的2个序列组成频域组合序列集合；
当L>1时，生成后续第L个时域主体信号时，选取频域组合序列候选集合中编号为2+256·(L-2)到1+256·(L-1)的256个序列组成频域组合序列集合。
所述预定序列选取规则包括：
步骤2.1：将待传输的信令转换为十进制表示形式；
步骤2.2：将十进制信令信息与频域主体序列集合中的元素按编号等值对应，得到与信令信息一一对应的频域主体序列。
具体地，所述步骤2.1包括：
当原始信令信息以二进制形式表示时，对信令信息进行格雷编码，得到编码后的二进制信令信息，然后转换为十进制形式表示；进一步地，本领域技术人员参照现有技术，可以实现对信令信息进行格雷编码，在此不予赘述。
当原始信令信息以非二进制表示时，首先将原始信令信息转换为二进制形式表示，然后对转换后的二进制信令信息进行格雷编码得到编码后的信令信息，然后再转换为十进制形式表示。
具体地，所述预定填充规则包括：
主体序列集合的预定序列长度N不大于所述频域主体信号具有的傅里叶变换长度Nfft，参照预定序列长度N将所述频域主体序列映射成正频率子载波和负频率子载波；
根据所述傅里叶变换长度Nfft在正频率子载波和负频率子载波外边缘填充预定个数的虚拟子载波和直流子载波，生成频域主体信号。
具体地，生成频域主体信号的表达式为：
Figure BDA0001767959630000101
其中，
Figure BDA0001767959630000102
表示第L个时域主体信号一一对应的频域主体信号在子载波索引为k2处的值；
L表示与频域主体信号一一对应的时域主体信号的符号数索引值；
Figure BDA0001767959630000103
表示根据待传输信令τ生成的第L个时域主体信号一一对应的频域主体序列值；
τ为待传输信令的十进制表示形式；
k2表示子载波索引值；
Figure BDA0001767959630000104
表示对
Figure BDA0001767959630000105
进行上取整操作；
Ntot表示频域组合序列候选集合C中的每个序列的长度；
Figure BDA0001767959630000106
表示频域组合序列候选集合C中的每个序列的长度除以2；
Figure BDA0001767959630000107
表示对
Figure BDA0001767959630000108
进行上取整操作；
N表示频域主体序列集合的预定序列长度N；
Figure BDA0001767959630000109
表示频域主体序列集合的预定序列长度N除以2；
Figure BDA00017679596300001010
表示
Figure BDA00017679596300001011
进行下取整操作。
进一步地，在6.144MHz采样率及频域主体信号的傅里叶变换长度Nfft为2048时，当前导符号带宽信令表征4.5MHz时，对频域组合序列集合中的每个序列从序列的第275个位置开始连续取1498个元素得到的子序列组成频域主体序列集合；当前导符号带宽信令表征6MHz时，对频域组合序列集合中的每个序列从序列的第1个位置开始连续取所有2047个元素得到的序列组成频域主体序列集合。
下面通过优选例，对本发明进行更为具体的说明：
实施例1：
本发明提供一种应用于移动通信网与地面数字电视广播网以时分复用方式进行协同传输场景下的基于OFDM系统的前导符号的频域主体信号生成方法，该前导符号由多个OFDM符号级联组成，每个OFDM符号所对应的频域主体信号所占用的带宽由传输网络的类型决定，其中第一个OFDM符号需携带该带宽信令，表征该前导符号所占用的带宽；不同传输网络下，每个OFDM符号对应的频域主体信号采用相同的生成规则生成。
频域主体信号的生成规则包括如下步骤：
步骤S1:以预定序列生成规则生成频域主体序列集合；
步骤S2:根据预定序列选取规则从所述频域主体序列集合中选取一个序列作为频域主体序列；
步骤S3:根据预定填充规则将频域主体序列加载到频域子载波上组成频域主体信号；
可选地，步骤S1中的预定序列生成规则包括如下两个步骤：
步骤SA1：利用不同的根值a生成序列长度Ntot1为2047的恒包络零自相关(CAZAC)序列构成频域序列候选集A，可选地，该根值a取值为139，频域序列候选集A中的序列个数为1，可表示为：
Figure BDA0001767959630000111
其中，
e表示自然对数的底数
π表示圆周率
k表示生成的CAZAC序列中元素的索引
Z(k)表示生成的CAZAC序列在索引k处的值
利用m序列优选对生成序列长度Ntot2为2047的Gold序列集，然后经BPSK调制后构成频域序列候选集B，可选地，m序列优选对的生成多项式表示如下，两个移位寄存器初始状态均为[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]：
g1(x)＝x11+x2+1
g2(x)＝x11+x8+x5+x2+1
频域序列候选集B中的序列个数为2048。
步骤SA2:取频域序列候选集A中的序列，与频域序列候选集B中的所有2048个序列分别对应相乘得到序列长度为2047的频域组合序列候选集合。
步骤SA3:对频域组合序列候选集合中的元素按预定排序规则排序后，按预定抽取规则取频域组合序列候选集中的部分或全部组成频域组合序列集合。
可选地，对频域组合序列候选集合中的每个序列分别做周期自相关运算，以峰均功率比为参数对每个序列按峰均功率比从大到小进行排序，并从0开始递增编号。
可选地，前导符号由频域主体信号经傅里叶反变换得到的OFDM符号即时域主体信号在时域组合得到，当前导符号由多个时域主体信号生成时，对与频域主体信号一一对应的时域主体信号的符号数从1开始递增编号为L。
可选地，当L＝1时，取频域组合序列候选集合中编号为0、1的2个序列组成频域组合序列集合；当L>1时，取频域组合序列候选集合中编号为2+256*(L-2)到1+256*(L-1)的256个序列组成频域组合序列集合。
步骤SA4：对频域组合序列集合中的每个序列从预定位置m开始连续取预定长度N个元素得到的子序列组成频域主体序列集合；
每个OFDM符号所对应的频域主体信号所占用的带宽由上述频域主体序列集合的预定序列长度N控制，并由第一个OFDM符号所携带的信令指示，该序列长度N由传输网络的类型决定。
可选地，在6.144MHz采样率及频域主体信号的傅里叶变换长度Nfft为2048时，当前导符号带宽信令表征4.5MHz时，对频域组合序列集合中的每个序列从序列的第275个位置开始连续取1498个元素得到的子序列组成频域主体序列集合；
当前导符号带宽信令表征6MHz时，对频域组合序列集合中的每个序列从序列的第1个位置开始连续取所有2047个元素得到的序列组成频域主体序列集合。
可选地，步骤S2中的预定序列选取规则包括以下两个步骤：
步骤SC1：以预定转换规则将待传输的信令转换为十进制表示形式；
可选地，当原始信令信息以二进制形式表示时，对信令信息进行格雷编码，得到编码后的二进制信令信息，然后转换为十进制形式表示；
当原始信令信息以非二进制表示时，首先将原始信令信息转换为二进制形式表示，然后对转换后的二进制信令信息进行格雷编码得到编码后的信令信息，然后再转换为十进制形式表示。
步骤SC2：将十进制信令信息与频域主体序列集合中的序列按预定对应规则对应，得到与信令信息一一对应的频域主体序列。
可选地，步骤SC2中的预定对应规则进一步具有这样的特征，取频域主体序列集合中序列编号等于十进制信令信息的序列作为频域主体序列。
可选地，当采用移动通信网进行传输时，L＝1的十进制信令信息为0，当采用数字电视广播网进行传输时，L＝1的十进制信令信息为1。
可选地，步骤S3中的预定填充规则，其特征在于：
频域主体序列具有的预定长度N不大于所述时域主体信号具有的傅里叶变换长度Nfft，Nfft为2048，参照预定序列长度N将所述频域主体序列映射成正频率子载波和负频率子载波；
参照所述傅里叶变换长度2048，在正频率子载波和负频率子载波的外边缘填充预定个数的虚拟子载波和直流子载波，生成频域主体信号。其中，设τ为待传输信令的十进制表示形式，L为与频域主体信号一一对应的时域主体信号的符号数索引，
Figure BDA0001767959630000131
为生成的频域主体序列，
Figure BDA00017679596300001310
为上取整操作，
Figure BDA00017679596300001311
为下取整操作，则频域主体信号
Figure BDA0001767959630000132
的表达式为：
Figure BDA0001767959630000133
Figure BDA0001767959630000134
表示根据待传输信令τ生成的第L个时域主体信号一一对应的频域主体序列值
k表示子载波索引值
Figure BDA0001767959630000135
表示对
Figure BDA0001767959630000136
进行上取整操作
Figure BDA0001767959630000137
表示
Figure BDA0001767959630000138
进行下取整操作
Figure BDA0001767959630000139
表示第L个时域主体信号一一对应的频域主体信号在子载波索引为k处的值
实施例2：
前导符号的设计主要分为两个步骤：频域主体信号的生成和时域保护间隔的插入。其中，时域保护间隔的插入主要考虑前后缀的插入方案，用于对抗多径信道衰落以及实现快速的信号检测与时频域粗同步。频域主体信号的生成主要考虑频域序列的选取以及系统信令的传输方案，用于实现高精度的时频同步与高鲁棒性的信令传输。本实施例针对移动通信网与地面数字电视广播网以时分复用方式进行协同传输的场景下，提供了一种统一前导符号的频域主体信号的生成方法，该前导符号可灵活配置带宽，兼具高鲁棒性与高灵活性的特点。
如附图1所示，前导符号由多个OFDM符号级联组成，出现在有效载荷信号的最前部。其中，第一个OFDM符号携带了表征网络类型的信令，该信令决定了前导符号所占用的频带宽度。具体而言，当该前导符号出现在数字电视广播帧之前时，该前导符号所占用的带宽与广播信号载荷部分占用的带宽相同；当该前导符号出现在移动通信帧之前时，该前导符号所占用的带宽与移动通信信号载荷部分占用的较小带宽相同。由于移动通信信号具有多种传输模式，每种传输模式下所占用的带宽差别巨大，因此考虑大部分情况下的兼容性，当该前导符号出现在移动通信帧之前时，占用4.5MHz带宽。由于前导符号在不同系统中采用统一的生成方法生成，因此在接收端可以采用统一的接收方法解析信号。所占用的带宽由频域主体信号对应的频域主体序列长度决定。下面对该频域主体信号的生成方法进行详细说明。
如附图2所示，本实施例提供的前导符号的频域主体信号生成方法，包括以下步骤：
步骤S1:以预定序列生成规则生成频域主体序列集合；
步骤S2:根据预定序列选取规则在所述频域主体序列集合中选取一个序列作为频域主体序列；
步骤S3:根据预定填充规则将频域主体序列加载到频域子载波上组成频域主体信号；
所述步骤S1包括：
步骤SA1：以预定序列生成式1生成序列长度为2047的频域序列候选集A,和以预定序列生成式2生成序列长度为2047的频域序列候选集B；
所述步骤SA1包括：
步骤A1:利用根值为139的恒包络零自相关(CAZAC)序列构成长度为2047的频域序列候选集A，该集合仅包含一个序列元素，即A＝Z：
Figure BDA0001767959630000141
步骤A2:利用下述m序列优选对的生成多项式系数分别生成两个长度为2047的m序列T1和T2，初始移位寄存器状态为[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]：
g1(x)＝x11+x2+1
g2(x)＝x11+x8+x5+x2+1
步骤A3:利用上述两个m序列优选对T1和T2，使用如下移位模二加操作生成Gold序列初始集合M:
Figure BDA0001767959630000151
其中l为Gold序列初始集合的序列号索引，l＝0,1,…,2046；
k表示生成的Gold序列初始集合中每个序列中元素的索引
mod(k+l,2047)表示对k+l除以2047的值取余数
Figure BDA0001767959630000152
表示异或
步骤A4:将Gold序列初始集合M与m序列T1合并，组成序列长度为2047，序列个数为2048的频域序列初始候选集B1，即B1＝[M,T1]；
步骤A5:将频域序列初始候选集B1中的0/1序列转换为双极性序列，生成频域序列候选集B，即B＝1-2·B1。
步骤SA2：将频域序列候选集A中的序列元素与频域序列候选集B中的所有序列元素对应相乘，得到序列长度为2047的频域组合序列候选集合C,即Cl＝A×Bl，其中l为频域序列候选集B的序列号索引；
Cl表示生成的频域组合序列候选集合C中序列号索引为l的序列
Bl表示频域序列候选集B中序列号索引为l的序列
×表示对乘号两边序列中的元素进行一一对应相乘操作
步骤SA3:对频域组合序列候选集合C中的每个序列分别做周期自相关运算，以峰均功率比为参数对每个序列按峰均功率比从大到小进行排序，并从0开始递增编号，同时对时域主体信号的符号数从1到4递增编号为L。当L＝1时，取频域组合序列候选集合中编号为0、1的2个序列组成频域组合序列集合；当L>1时，取频域组合序列候选集合中编号为2+256*(L-2)到1+256*(L-1)的256个序列组成频域组合序列集合；
步骤SA4:在6.144MHz采样率及频域主体信号的傅里叶变换长度Nfft为2048时，当前导符号带宽信令表征4.5MHz时，对频域组合序列集合中的每个序列从序列的第275个位置开始连续取1498个元素得到的子序列组成频域主体序列集合；当前导符号带宽信令表征6MHz时，对频域组合序列集合中的每个序列从序列的第1个位置开始连续取所有2047个元素得到的序列组成频域主体序列集合；
所述步骤S2包括：
步骤SC1：将待传输的信令转换为十进制表示形式，具体操作如下：
当原始信令信息以二进制形式表示时，对信令信息进行格雷编码，得到编码后的二进制信令信息，然后转换为十进制形式表示；
当原始信令信息以非二进制表示时，首先将原始信令信息转换为二进制形式表示，然后对转换后的二进制信令信息进行格雷编码得到编码后的信令信息，然后再转换为十进制形式表示。
对上述格雷编码进行如下具体描述：假设二进制信令表示为
Figure BDA0001767959630000161
Nb为信令容量，本实施例取Nb＝8。将格雷编码后的信令信息按比特从0开始进行递增编号为i,其中最低位信息比特编号为0，则格雷编码后的信令信息表示为
Figure BDA0001767959630000162
具体操作如下：
Figure BDA0001767959630000163
i表示格雷编码后每比特信令信息的位置索引
mi表示格雷编码后第i个比特信令信息的值
mod2表示除以2并取余数操作
将上述格雷编码后的二进制信令信息转换为十进制表示为D.
步骤SC2：取频域主体序列集合中序列编号等于十进制信令信息D的序列作为频域主体序列。
所述步骤S3包括：
将上述频域主体序列映射成正频率子载波和负频率子载波，然后参照所述傅里叶变换长度2048在正频率子载波和负频率子载波外边缘填充预定个数的虚拟子载波和直流子载波，生成频域主体信号。其中，设N为频域主体序列长度，可取2047和1498，分别对应6MHz与4.5MHz系统，τ为转换后的十进制待传输信令，L为与频域主体信号一一对应的时域主体信号的符号数索引，
Figure BDA0001767959630000164
为生成的频域主体序列，
Figure BDA0001767959630000165
为上取整操作，
Figure BDA0001767959630000166
为下取整操作，则频域主体信号
Figure BDA0001767959630000167
的表达式为：
Figure BDA0001767959630000168
由附图3、附图4可以看出，根据本发明的生成方法所得到的前导符号在较小的带宽资源条件下也可以取得比Bootstrap更好的信令传输性能。另外，在地面数字电视广播系统中，充分利用带宽资源可以进一步降低前导符号的工作门限，即获得更好的信令传输性能。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，其特征在于，包括：
步骤1：以预定序列生成规则生成频域主体序列集合；
步骤2：在所述频域主体序列集合中，根据待传输的信令选取一个序列作为频域主体序列；
步骤3：根据选取的频域主体序列，以预定填充规则将所述频域主体序列加载到频域子载波上，组成前导符号的频域主体信号；
所述前导符号由多个OFDM符号在时域级联组成；
所述OFDM符号由频域主体信号经傅里叶反变换得到；
每个OFDM符号所对应的频域主体信号所占用的带宽由传输网络的类型决定；
多个OFDM符号中的第一个OFDM符号携带带宽指示信令，带宽指示信令表征该前导符号所占用的带宽；
每个OFDM符号所对应的频域主体信号所占用的带宽由所述频域主体序列集合的预定序列长度N控制，并由第一个OFDM符号所携带前导符号带宽信令表征，所述频域主体序列集合的预定序列长度N由传输网络的类型决定。
2.根据权利要求1所述的可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤1.1：利用不同的根值生成序列长度为Ntotl的恒包络零自相关CAZAC序列集构成频域序列候选集A；利用伪随机m序列优选对生成序列长度为Ntot2的Gold序列集，二进制相移键控BPSK调制后构成频域序列候选集B；
步骤1.2：选取频域序列候选集A中的部分或全部序列中的Ntot个元素与频域序列候选集B中部分或全部序列中的Ntot个元素对应相乘，将相乘后得到的全部序列组成序列长度为Ntot的频域组合序列候选集合C；
步骤1.3：将频域组合序列候选集合C中的元素按预定排序规则排序，按预定抽取规则取频域组合序列候选集C中的部分或全部组成频域组合序列集合；
步骤1.4：对频域组合序列集合中的每个序列从预定位置m开始连续取预定长度N个元素得到的子序列组成序列长度为N的频域主体序列集合。
3.根据权利要求2所述的可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，其特征在于，所述步骤1.1构成频域序列候选集A的步骤包括：
Figure FDA0002694715990000021
A＝Z
其中，
Z表示利用根值为a的恒包络零自相关CAZAC序列构成长度为Ntot1的序列集；
Z(k)表示生成的CAZAC序列在索引k处的值；
e表示自然对数的底数；
j表示虚数单位；
π表示圆周率；
k表示生成的CAZAC序列中元素的索引；
a表示根值；
A表示利用根值为a的恒包络零自相关CAZAC序列构成长度为Ntotl的频域序列集。
4.根据权利要求3所述的可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，其特征在于，所述步骤1.1构成频域序列候选集B的步骤包括：
g1(x)＝x11+x2+1
g2(x)＝x11+x8+x5+x2+1
Figure FDA0002694715990000022
B1＝[M，T1]
B＝1-2·B1
其中，
g1(x)、g2(x)表示m序列优选对的生成多项式；
x表示元；
M表示利用上述m序列优选对T1和T2，使用移位模二加操作生成的序列长度为Ntot2的Gold序列初始集合；
M(l，k1)表示生成的Gold序列初始集合中第l个序列中第k1个元素的值；
T1表示利用m序列优选对的生成多项式g1(x)及状态为[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]的移位寄存器生成的m序列；
T2表示利用m序列优选对的生成多项式g2(x)及状态为[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]的移位寄存器生成的m序列；
mod(k1+l，Ntot2)表示对k1+l除以Ntot2的值取余数；
T1(mod(k1+l，Ntot2))表示序列T1在索引mod(k1+l，Ntot2)处的值
l为Gold序列初始集合的序列号索引，0≤l≤Ntot2-1，l为整数；
k1表示生成的Gold序列初始集合中每个序列中元素的索引，k1为正整数；
Figure FDA0002694715990000031
表示异或；
B1表示将Gold序列初始集合M与m序列T1合并，组成序列长度为Ntot2，序列个数为Ntot2+1的频域序列初始候选集B1；
B表示将频域序列初始候选集B1中的0/1序列转换为双极性序列，生成的频域序列候选集B。
5.根据权利要求4所述的可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，其特征在于，所述步骤1.2包括：
Figure FDA0002694715990000032
其中，
Cl1表示生成的频域组合序列候选集合C中序列号索引为l1的序列；
ANtot表示取频域序列候选集A中序列的Ntot个元素组成的序列；
Figure FDA0002694715990000033
表示取频域序列候选集B中序列索引为l2的序列的Ntot个元素组成的序列；
×表示对乘号两边序列中的元素进行一一对应相乘。
6.根据权利要求2所述的可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，其特征在于，所述预定排序规则包括：
对频域组合序列候选集合C中的每个序列分别做周期自相关运算，将频域组合序列候选集合C中的每个序列按峰均功率比从大到小进行排序，并从0开始递增编号；
所述预定抽取规则包括：
前导符号由频域主体信号经傅里叶反变换得到的0FDM符号，即时域主体信号，在时域组合得到，设与频域主体信号一一对应的时域主体信号的符号数索引为L，L为大于0的正整数；
当L＝1时，生成第L个时域主体信号时，取频域组合序列候选集合C中编号为0、1的2个序列组成频域组合序列集合；
当L＞1时，生成后续第L个时域主体信号时，选取频域组合序列候选集合中编号为2+256·(L-2)到1+256·(L-1)的256个序列组成频域组合序列集合；
所述预定序列选取规则包括：
步骤2.1：将待传输的信令转换为十进制表示形式；
步骤2.2：将十进制信令信息与频域主体序列集合中的元素按编号等值对应，得到与信令信息一一对应的频域主体序列。
7.根据权利要求6所述的可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，其特征在于，所述步骤2.1包括：
当原始信令信息以二进制形式表示时，对信令信息进行格雷编码，得到编码后的二进制信令信息，然后转换为十进制形式表示；
当原始信令信息以非二进制表示时，首先将原始信令信息转换为二进制形式表示，然后对转换后的二进制信令信息进行格雷编码得到编码后的信令信息，然后再转换为十进制形式表示。
8.根据权利要求7所述的可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，其特征在于，所述预定填充规则包括：
主体序列集合的预定序列长度N不大于所述频域主体信号具有的傅里叶变换长度Nfft，参照预定序列长度N将所述频域主体序列映射成正频率子载波和负频率子载波；
根据所述傅里叶变换长度Nfft在正频率子载波和负频率子载波外边缘填充预定个数的虚拟子载波和直流子载波，生成频域主体信号。
9.根据权利要求8所述的可变带宽的前导符号的频域主体信号的生成方法，其特征在于，生成频域主体信号的表达式为：
Figure FDA0002694715990000041
其中，
Figure FDA0002694715990000042
表示第L个时域主体信号一一对应的频域主体信号在子载波索引为k2处的值；
L表示与频域主体信号一一对应的时域主体信号的符号数索引值；
Figure FDA0002694715990000043
表示根据待传输信令τ生成的第L个时域主体信号一一对应的频域主体序列值；
τ为待传输信令的十进制表示形式；
k2表示子载波索引值；
Figure FDA0002694715990000044
表示对
Figure FDA0002694715990000045
进行上取整操作；
Ntot表示频域组合序列候选集合C中的每个序列的长度；
Figure FDA0002694715990000046
表示频域组合序列候选集合C中的每个序列的长度除以2；
Figure FDA0002694715990000047
表示对
Figure FDA0002694715990000048
进行上取整操作；
N表示频域主体序列集合的预定序列长度N；
Figure FDA0002694715990000051
表示频域主体序列集合的预定序列长度N除以2；
Figure FDA0002694715990000052
表示
Figure FDA0002694715990000053
进行下取整操作。
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