超帧信号生成方法、信道估计方法及信号传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种超帧信号生成方法，涉及数字信息传输技术领域，包括：生成已知的训练序列C，且C由N个时域符号组成；将训练序列C在时域分成K段相等长度的部分，按照从左到右的顺序分别记为C1，C2，…，CK，每一段的长度为N/K；将训练序列C进行循环块移位，得到K个训练序列；在K个训练序列后面分别插入相应长度为N/K的循环后缀，得到K个帧头序列；将所述K个帧头序列分别插入到帧体数据之前形成信号帧，并将K个信号帧组合得到超帧信号。还公开了基于上述超帧信号的信道估计方法及信号传输系统。本发明专利技术同时保证了低复杂度的数据重构以及高精度信道估计的同时显著的提高了系统的频谱利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字信息传输
，特别涉及一种超帧信号生成方法、信道估计方法及信号传输系统。
技术介绍
随着现代通信技术的飞速发展以及人们对无线通信业务需求的日益增长，人们希望能够在有限的信号带宽内取得尽可能高的数据传输率。随着频率资源日趋紧张，迫切需要能够采取各种有效的手段来提高频谱利用率，降低各种不必要系统开销。各种信号处理方法，诸如单多载波传输技术、编码调制技术、自适应均衡技术等等，都为提高系统传输的鲁棒性和有效性提供了有力的技术手段。而宽带传输系统，尤其是无线宽带传输系统，由于传输信道的多径效应以及时变效应，会带来严重的频率选择性和时间选择性，从而对传输信号造成严重的符号间干扰(Inter Symbol Interference，ISI)。多载波正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术是目前无线通信系统中广泛应用的一种信号传输方式。由于在多载波系统中，高速串行的数据流被分割成为低速并行的数据流，并且映射到频域正交的子载波上，从而每个子载波的时域符号显著增长。通过引入循环前缀或者保护间隔，OFDM系统可以有效地消除符号间干扰，并且可以应用非常简便的频域均衡方法消除多径效应。正是由于上述优点，OFDM被广泛应用于各种无线传输标准中。与传统的OFDM系统不同，时域同步正交频分复用(Time Domain Synchronous OFDM，TDS-OFDM)技术作为一种新型的多载波传输方法，已被中国地面数字电视传输DTMB标准采用为其核心关键技术。在TDS-OFDM系统中，已知的伪随机序列(Pseudo-random Noise，PN)代替了OFDM中循环前缀并用于时间同步、频率同步和信道估计。已知训练序列在对抗块间干扰起到保护间隔作用的同时，还可以辅助进行同步、定时恢复、载波恢复、信道估计和噪声估计等。TDS-OFDM系统的信号传输结构如图1所示。然而，由于训练序列和帧体数据之间在多径信道下存在互相干扰，因此需要采用复杂的迭代干扰消除方法来消除PN对数据的干扰以及数据对PN的干扰，不但增加了系统的实现复杂度，而且会带来残留的干扰误差，从而造成了在采用更高阶的星座映射方式时会带来性能恶化。在传统TDS-OFDM帧结构的基础上，一种改进型的帧结构如图2所示。该帧结构中，每个信号帧头均由两段相同的PN序列构成，即双PN结构，前一个PN序列构成了后一个序列的循环保护，从而消除了数据对PN序列的干扰。在信道长度不超过单个PN序列的长度时，接收端可以直接利用第二个PN序列对信道状态进行估计，从而得到非常干净的信道估计结果。同时，由于帧体数据前后均为固定的已知PN序列，PN序列对数据的干扰则可以通过非常高效的加减消除或者数据重构的方式实现，其信道估计与数据重构算法如图3所示。该结构有效的降低了系统的实现复杂度，并且用于信道估计的训练序列不会受到干扰，可适用于高阶星座调制的传输情况，传输数据率高。然而，由于每个帧头均由两段PN序列构成，双PN帧结构在降低复杂度、提高信号处理精度的同时也降低了频谱利用率。因此，本专利技术的目的在于设计一种既能保持双PN结构的信号处理精度和复杂度，又能够显著提高频谱利用率的信息传输方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何在保证信号处理精度和复杂度的情况下，显著提高频谱利用率。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种超帧信号生成方法，包括以下步骤：S1：生成已知的训练序列C，且C由N个时域符号组成；S2：将所述训练序列C在时域分成K段相等长度的部分，按照从左到右的顺序分别记为C1，C2，…，CK，每一段的长度为N/K，N≥K≥1；S3：将所述训练序列C进行循环块移位，得到K个训练序列；S4：在K个训练序列后面分别插入相应长度为N/K的循环后缀，得到K个帧头序列；S5：将所述K个帧头序列分别插入到事先生成的K个帧体数据之前形成K个信号帧，并将K个信号帧组合得到超帧信号。其中，所述循环块移位的方式为：第l个训练序列为训练序列C在时域向左循环移位(l-1)N/K个符号长度，l＝1，2，…，K。其中，所述训练序列C为时域序列、频域序列或者时频序列的变形或组合。其中，所述帧体数据的调制方式为单载波调制方式或多载波调制方式。本专利技术还提供了一种信道估计方法，包括以下步骤：A1：接收按上述任一项所述的超帧信号生成方法生成超帧信号并同步，分离帧体数据和帧头序列；A2：对超帧信号中的K个信号帧，分别取出每个信号帧中帧头序列的最后N/K个时域符号的循环后缀；A3：将K个长度为N/K的循环后缀在时域按照接收先后顺序拼接，重构长度为N的训练序列C′；A4：通过重构之后的训练序列C′与已知的训练序列C对传输多径信道进行估计，得到传输信道状态信息。其中，所述步骤A4中采用基于循环卷积的信道估计方式对传输多径信道进行估计。本专利技术还提供了一种信号传输系统，包括：信号发射端设备，用于上述任一项所述的超帧信号生成方法生成超帧信号并发射；信号接收端设备，用于接收所述超帧信号，并从其中解调出源信息。其中，所述信号发射端设备包括：帧体数据生成模块、训练序列生成模块、训练序列循环移位模块、循环后缀插入模块、信号帧生成模块及后处理模块，所述帧体数据生成模块调制待发送的源信息生成K个帧体数据，并将所述帧体数据输出给所述信号帧生成模块；所述训练序列生成模块生成已知的训练序列C，并将训练序列C输出给所述训练序列循环移位模块；所述训练序列循环移位模块将所述训练序列C分成K段并进行循环块移位，生成一个超帧中的K个训练序列，并将K个训练序列输出给所述循环后缀插入模块；所述循环后缀插入模块在训练序列循环移位模块生成的K个训练序列的末尾分别插入循环后缀，得到K个帧头序列，并将K个帧头序列输出给所述信号帧生成模块；信号帧生成模块将帧头序列和帧体数据组合成K个信号帧，并将K个信号帧复接在一起，得到超帧信号，并将超帧信号输出给所述后处理模块；后处理模块对所述超帧信号经过进行信号后处理之后得到发送信号进行发射。其中，所述信号接收端设备包括：帧体数据分离模块、训练序列重构模块、信道估计模块、信道均衡模块及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超帧信号生成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：生成已知的训练序列C，且C由N个时域符号组成；S2：将所述训练序列C在时域分成K段相等长度的部分，按照从左到右的顺序分别记为C1，C2，…，CK，每一段的长度为N/K，N≥K≥1；S3：将所述训练序列C进行循环块移位，得到K个训练序列；S4：在K个训练序列后面分别插入相应长度为N/K的循环后缀，得到K个帧头序列；S5：将所述K个帧头序列分别插入到事先生成的K个帧体数据之前形成K个信号帧，并将K个信号帧组合得到超帧信号。

【技术特征摘要】
1.一种超帧信号生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：生成已知的训练序列C，且C由N个时域符号组成；
S2：将所述训练序列C在时域分成K段相等长度的部分，按照从
左到右的顺序分别记为C1，C2，…，CK，每一段的长度为N/K，N≥K≥1；
S3：将所述训练序列C进行循环块移位，得到K个训练序列；
S4：在K个训练序列后面分别插入相应长度为N/K的循环后缀，
得到K个帧头序列；
S5：将所述K个帧头序列分别插入到事先生成的K个帧体数据之
前形成K个信号帧，并将K个信号帧组合得到超帧信号。
2.如权利要求1所述的超帧信号生成方法，其特征在于，所述
循环块移位的方式为：第l个训练序列为所述训练序列C在时域向左
循环移位(l-1)N/K个符号长度，l＝1，2，…，K。
3.如权利要求1或2所述的超帧信号生成方法，其特征在于，
所述训练序列C为时域序列、频域序列或者时频序列的变形或组合。
4.如权利要求1所述的超帧信号生成方法，其特征在于，所述
帧体数据的调制方式为单载波调制方式或多载波调制方式。
5.一种信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1：接收按权利要求1～4中任一项所述方法生成超帧信号并同
步，分离帧体数据和帧头序列；
A2：对超帧信号中的K个信号帧，分别取出每个信号帧中帧头序
列的最后N/K个时域符号的循环后缀；
A3：将K个长度为N/K的循环后缀在时域按照接收先后顺序拼接，
重构长度为N的训练序列C′；
A4：通过重构之后的训练序列C′与已知的训练序列C对传输多
径信道进行估计，得到传输信道状态信息。
6.如权利要求5所述的信道估计方法，其特征在于，所述步骤

\tA4中采用基于循环卷积的信道估计方式对传输多径信道进行估计。
7.一种信号传输系统，其特征在于，包括：
信号发射端设备，用于按权利要求1～4中任一项所述的方法生成
超帧信号并发射；
信号接收端设备，用于接收所述超帧信号，并从其中解调出源信
息。
8.如权利要求7所述的信号传输系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昭诚，张超，杨知行，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：