專利名稱：一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法
一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種廣播定位信號，尤其涉及一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法。背景技術：
公開日為2011. 02. 16日，公開號為CN101977172A中國專利“廣播定位信號生產方法、定位方法及裝置”，在原有的基于0FDM(正交頻分復用)技術的廣播系統(tǒng)中通過增加擴頻碼的方式來生產廣播定位信號，增加的擴頻碼在一幀的一小段時間內傳輸電文，并將原廣播信號去掉，在大部分時間段內不傳輸電文，保留原廣播信號，并將擴頻信號的能量降低到基本不影響原廣播信號的程度，接收機通過接收該信號，既能夠接收廣播節(jié)目，又能夠實現(xiàn)定位功能。幀同步是處理廣播定位信號最基礎的步驟，通過幀同步可以獲得廣播定位信號的幀起點。公開號為CN101193087A的中國專利“一種信號捕獲方法”，公開了一種信號捕獲方法，用于在信號接收端的信號同步過程中捕獲信號同步位置，即進行幀同步。該方法適用于CMMB (中國移動多媒體廣播)標準的廣播信號，同樣適用于基于CMMB標準的廣播定位信號。該方法雖然能夠進行幀同步，但是其性能是根據(jù)廣播系統(tǒng)設計的，而廣播定位系統(tǒng)對擴頻信號的接收靈敏度要遠高于OFDM信號，這樣才能夠在基本不增加發(fā)射裝置的情況下同時收到多個發(fā)射裝置的擴頻碼，從而實現(xiàn)定位。如果直接利用原廣播系統(tǒng)的幀同步方法，在一些無法正確接收OFDM信號的地方就無法完成幀同步?，F(xiàn)有技術還提供一種數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)的信號幀同步方法，見2008年 10月四號公開的中國發(fā)明專利申請公開號為CN101296311 ；該方法是包括如下步驟本地 PN序列產生器，用于產生本地PN序列；相關器，對輸入的采樣信號進行相關運算；動態(tài)門限確定器，用于確定門限值；峰值檢測器，將每個相關器的輸出結果與門限值進行比較，確定相關峰值。該專利是基于DMB-TH(中國數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴?的，該標準的幀頭信號本身就是PN序列，因此用本地PN序列產生器來產生本地PN序列，從而對輸入的采樣信號進行相關運算，其具有局限性，只有針對幀頭信號本身就是PN序列的信號才能進行幀同步。而如果基于該標準設計廣播定位系統(tǒng)，需要將原來的PN序列去掉，會影響到原廣播接收機的正常接收。另外，該方法對所有數(shù)據(jù)進行移位相關運算，運算復雜度很大。

發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題，在于提供一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法，本發(fā)明的運算量小，提高了幀同步的靈敏度和準確性。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法，包括如下步驟步驟10、利用原廣播系統(tǒng)的幀同步方法進行幀同步，如果成功，則幀同步完成；否則，進入步驟20 ；步驟20、將輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)與本地存儲的擴頻碼列表中各個需要檢測的擴頻碼進行滑動相關，在至少1幀時間長度的滑動相關的結果中找到相關模值峰值的位置，并與門限值比較，判斷幀同步是否成功，當有一擴頻碼對應的幀同步判斷成功，則幀同步成功；否則幀同步失敗，轉入步驟10重新進行幀同步。進一步的，步驟20中做滑動相關的信號長度優(yōu)選為小于一幀數(shù)據(jù)中傳輸電文的擴頻信號的長度且為擴頻碼周期的整數(shù)倍；所述輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)用分塊進行FFT的方法降低運算復雜度，其分塊的大小為所述滑動相關的信號長度；所述輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)長度要超過1幀加一塊的數(shù)據(jù)長度。其中步驟20中的門限值比較采用峰值與固定數(shù)值比較，或采用峰均比與固定數(shù)值比較；若峰值或峰均比大于固定值，則該擴頻碼對應的幀同步成功，否則該擴頻碼對應的幀同步失敗。進一步的，所述用分塊進行FFT的方法具體為首先將輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)進
行分塊，并將每塊數(shù)據(jù)進行FFT變換得到一組序列A” A2.......AN，其中該組序列Ap
A2.......An分別代表對應塊數(shù)據(jù)進行FFT變換的結果；對本地存儲的擴頻碼列表中各個需要檢測的擴頻碼分別執(zhí)行如下操作步驟21、將本地存儲的序列H分別與序列ApA2.......An按序列元素相乘得到另
一組序列Bi、4....... ，進入步驟22 ；其中，序列H是將各個需要檢測的擴頻碼中的一擴
頻碼按與輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)相同的采樣率采樣得到的序列做FFT結果的共軛得到的，事先計算好后存儲在本地；步驟22、分別對序列B1A2.......Bn進行IFFT，得到一組序列C^C2.......Cn,并
進入步驟23 ；步驟23、將序列CpC2.......Cn進行相鄰2個序列的每個元素求模值并相加得到
序列D1、D2.......Dm，進入步驟24 ；步驟對、對各序列DpD2.......Dn^1對應的各元素求一最大值，并找出最大值對應
的元素所在的序列號m及其在對應序列中的位置k，其序列中的元素起始位置從0開始計數(shù)，進入步驟25 ；步驟25、假設分塊大小長度為L，即每塊數(shù)據(jù)進行FFT變換得到的序列長度為L，分別以序列Am和Am+1的第L-1-k的元素點為起點，各取一塊長度為L的輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)與本地存儲的該擴頻碼按與所述輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)相同的采樣率采樣得到的序列進行序列相關，得到兩塊數(shù)據(jù)對應的序列相關值后再進行求模值，比較這兩個模值大小，得到最大值及其對應的序列號，并將最大值與門限值進行比較，若最大值超過門限值，則該擴頻碼幀同步成功，該塊輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)的起點即為碼頭部分擴頻碼的起始位置，若最大值小于門限值，則該擴頻碼幀同步失敗。本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明首先用原廣播系統(tǒng)的幀同步方法進行幀同步，如果成功，則轉入基帶處理的后續(xù)模塊；否則，將輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)與收到的擴頻碼列表中各個需要檢測的的擴頻碼，做滑動相關運算，找到相關峰的位置，并與門限值比較，判斷幀同步是否成功，如果成功，則轉入基帶處理的后續(xù)模塊，不成功，則繼續(xù)進行幀同步。本發(fā)明根據(jù)信號的強弱使用不同的幀同步方法，使得在大部分信號強的地方能夠快速完成幀同步， 在信號弱的地方能夠提高幀同步的性能和準確性。
圖1為本發(fā)明方法流程示意圖。圖2為廣播信號CMMB的幀結構示意圖。圖3為一種基于CMMB的廣播定位信號疊加的擴頻碼的幀結構示意圖。圖4為CMMB信標的結構示意圖。
具體實施方式如圖1所示，一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法，包括如下步驟步驟10、利用原廣播系統(tǒng)的幀同步方法(其原廣播系統(tǒng)的幀同步方法，為現(xiàn)有技術中幀同步方法中的任意一種，其可參見背景技術中指出的“一種信號捕獲方法”)進行幀同步，如果成功，則幀同步完成；否則，進入步驟20 ；步驟20、將輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)與本地存儲的擴頻碼列表中各個需要檢測的擴頻碼進行滑動相關，在至少1幀時間長度的滑動相關的結果中找到相關模值峰值的位置， 并與門限值比較，判斷幀同步是否成功，當有一擴頻碼對應的幀同步判斷成功，則幀同步成功；否則幀同步失敗，轉入步驟10重新進行幀同步。其中，步驟10中用原廣播系統(tǒng)的幀同步方法進行幀同步，與廣播定位系統(tǒng)選取的廣播系統(tǒng)有關，如果基于CMMB (中國移動多媒體廣播)，則可以采用原廣播系統(tǒng)的幀同步方法中找兩個相同的同步符號相關峰的方法進行；如果基于DAB(數(shù)字音頻廣播)，則可以采用原廣播系統(tǒng)的幀同步方法中檢測空符號(NULL符號)的方法進行。進一步的，步驟20中做滑動相關的信號長度優(yōu)選為小于一幀數(shù)據(jù)中傳輸電文的擴頻信號的長度且為擴頻碼周期的整數(shù)倍；所述輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)用分塊進行FFT的方法降低運算復雜度，其分塊的大小為所述滑動相關的信號長度；所述輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)長度要超過1幀加一塊的數(shù)據(jù)長度。其中步驟20中的門限值比較可以用峰值與固定數(shù)值比較，也可以用峰均比與固定數(shù)值比較；若峰值或峰均比大于固定值，則該擴頻碼對應的幀同步成功，否則該擴頻碼對應的幀同步失敗。其中所述用分塊進行FFT的方法具體為首先將輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)進行分塊，
并將每塊數(shù)據(jù)進行FFT變換得到一組序列~、A2.......AN，其中該組序列A^ A2.......An
分別代表對應塊數(shù)據(jù)進行FFT變換的結果；對本地存儲的擴頻碼列表中各個需要檢測的擴頻碼分別執(zhí)行如下操作步驟21、將本地存儲的序列H分別與序列ApA2.......An按序列元素相乘得到另
一組序列Bi、4....... ，進入步驟22 ；其中，序列H是將各個需要檢測的擴頻碼中的一擴
頻碼按與輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)相同的采樣率采樣得到的序列做FFT結果的共軛得到的，事先計算好后存儲在本地；步驟22、分別對序列B1J2.......Bn進行IFFT，得到一組序列C1J2.......Cn，并
進入步驟23 ；步驟23、將序列CpC2.......Cn進行相鄰2個序列的每個元素求模值并相加得到
序列D1、D2.......Dm，進入步驟24 ；步驟M、對各序列DpD2.......Dn^1對應的各元素求一最大值，并找出最大值對應
5的元素所在的序列號m及其在對應序列中的位置k，其序列中的元素起始位置從0開始計數(shù)，進入步驟25 ；步驟25、假設分塊大小長度為L即每塊數(shù)據(jù)進行FFT變換得到的序列長度為L，分別以序列Am和Am+1的第L-1-k的元素點為起點，各取一塊長度為L的輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù) (按輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)的順序依次取)與本地存儲的該擴頻碼(即步驟21中的各個需要檢測的擴頻碼中的一擴頻碼)按與所述輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)相同的采樣率采樣得到的序列進行序列相關，得到兩塊數(shù)據(jù)(兩塊長度為L的輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù))對應的序列相關值后再進行求模值，比較這兩個模值大小，得到最大值(兩個模值中的最大一個)及其對應的序列號，并將最大值與門限值進行比較，若最大值超過門限值，則該擴頻碼幀同步成功，該塊輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)的起點即為碼頭部分擴頻碼的起始位置，若最大值小于門限值，則該擴頻碼幀同步失敗。值得一提的是步驟21中將本地存儲的一擴頻碼按與所述輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)相同的采樣率采樣得到序列并做FFT結果的共軛得到另一序列，可以優(yōu)選為將多個基站的擴頻碼相加，然后按相同采樣率采樣得到的序列做FFT結果的共軛取出，這樣可以有效的減少運算量，但同時也會犧牲部分性能。步驟23中將相鄰2個序列的每個元素的模值相加是因為輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)的起始點是任意的，需要2塊輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)才能保證包含相關模值峰值最大的那塊輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)，但這樣在找到最大值后無法判斷哪塊數(shù)據(jù)才是真正的相關模值峰值的那塊輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)，因此需要步驟25來確認到底是哪塊數(shù)據(jù)才是真正的相關模值峰值的那塊輸入數(shù)據(jù)。步驟25中與門限值的比較也可以放到步驟23計算好一個序列Dk(k = 1， 2，......，N-1)后就立刻執(zhí)行。前面所述的模值可以用模值的平方或實部和虛部的絕對值和來代替，以減少運算量。下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖2所示，為廣播信號CMMB (中國移動多媒體廣播)的幀結構，其每1秒為1中貞， 劃分為40個時隙，每個時隙的長度為25ms，包括1個信標和53個OFDM符號，碼速率為10M。 廣播定位信號是在CMMB信號上疊加511位的Gold碼，Gold碼的碼速率為5M，而且疊加的 Gold碼以時隙為周期重復。如圖3所示，為一種基于CMMB的廣播定位信號疊加的擴頻碼的幀結構示意圖。其中，碼頭部分將原來的CMMB信號去掉，只有Gold碼，信號能量與后面的CMMB信號能量相當；疊加碼部分保持原有的CMMB信號，疊加的Gold碼的信號能量低于碼頭20db。碼頭部分的Gold碼以BPSK (全稱=Binary Phase Shift Keying，利用偏離相位的復數(shù)波浪組合來表現(xiàn)信息鍵控移相方式)調制電文，每比特電文的持續(xù)時間為50ms ；疊加碼部分不調制電文。如圖4所示，為CMMB信標的結構示意圖，其CMMB信標是由TxID(發(fā)射機標識信號)和兩個完全相同的同步符號組成。對于該廣播定位信號，用20M的時鐘進行采樣，其廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法，具體如下步驟步驟1、對接收的廣播定位信號的基帶信號取連續(xù)的兩個204. Sus長度的序列進行滑動自相關，在25ms時間內統(tǒng)計相關值的模值，求其模值中的一最大值及其對應位置， 如果最大值超過預先存儲的閾值，則認為幀同步成功，此時進行計算的這兩個序列即對應信標中的兩個同步信號的位置，第一個序列起始位置前36us的位置即為擴頻碼碼頭的起始位置；如果最大值未超過閾值，則幀同步未成功，跳到步驟2。步驟2、以擴頻碼周期時間(102. 2us，2044個采樣點)內的長度為分塊長度，對 246個擴頻碼周期時間長度的數(shù)據(jù)(25141. 2us，保證數(shù)據(jù)長度超過一個時隙加上一個擴頻碼周期時間)用分塊進行FFT (快速傅里葉變換)的方法，執(zhí)行如下步驟2. 1、將每塊2044點的輸入數(shù)據(jù)線性插值為大小為2048點的數(shù)據(jù)后，進行
FFT變換得到一組序列、、A2.......An，其中Ai代表第i塊(i即為序列組ApA2.......An
中下標值，Ai為序列組中的一個)插值后的數(shù)據(jù)進行FFT變換的結果，N取值為M6，跳到步驟2. 2 ；步驟2. 2、若所有的擴頻碼都已經計算完畢，則跳到步驟1 ；否則定義幀同步成功標志變量SynFlag的初值為0，將序列編號k初始化為1，門限值THRESHOLD進行初始化，然后執(zhí)行步驟2. 3 ；步驟2. 3、將本地存儲的各個需要檢測的擴頻碼中某個擴頻碼按 (20MX 2048/2044)的采樣率得到的序列做FFT結果的共軛序列M與序列Ak按元素相乘得到序列Bk。步驟2. 4、序列 進行IFFT (反快速傅里葉變換)運算并對各個元素求模值得到
CkO 步驟2. 5、當1 < k < = N時，將序列Ck與Clri按元素相加得到序列Dlri ；計算序列 Dk^1各個元素的一最大值MaxValue，如果該最大值MaxValue超過門限THRESHOLD，將變量 SynFlag賦值為1，該最大值的位置記為index (取值范圍為0到2047)，將序列號k_l賦值給變量P，并更新門限THRESHOLD的值為該最大值。對k進行重新賦值k = k+Ι，當k大于 N時，表示序列已經遍歷一遍，執(zhí)行步驟2. 6，否則返回執(zhí)行步驟2. 3 ；步驟2. 6、判斷變量SynFlag是否等于1，如果不是，則執(zhí)行步驟2. 2 ；如果是，則執(zhí)行步驟2. 7 ；步驟2. 7、分別以序列 Ap 和 Alrt 的第 G2047_index) X 2044+1024)/2048 點為起點，取一塊長度為2044的輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)與本地存儲的該擴頻碼按相同采樣率采樣得到的序列進行相關，得到2個相關值的模值，比較這兩個值得到最大值的序列號，該數(shù)字信號數(shù)據(jù)塊的起點即為碼頭部分擴頻碼的起始位置，將幀同步成功標志SynFlag置1，完成幀同步。這里要說明的是用分塊進行FFT的方法的每塊輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)的長度不是2 的冪次時，可以先進行線性插值使其變?yōu)?的冪次，本地存儲的擴頻碼要用相應的采樣率使一塊數(shù)據(jù)的長度與插值后的輸入數(shù)據(jù)長度相同，找到的起始點為插值后的序列的起始點，需要換算到處理前的輸入序列中的對應位置。另外，也可以參考GPS軟件接收機中利用 FFT的粗捕獲方法中將輸入數(shù)據(jù)變?yōu)?的冪次的方法。值得一提的是其中如果所述輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)采用IPDL(Idle Period Downlink,空閑周期下行鏈路)的方法，則應將發(fā)射裝置分為若干組，每組發(fā)射裝置以幀為單位按一定周期輪流暫停發(fā)射某些幀信號中有傳輸電文部分(即未與原OFDM信號疊加的部分)的擴頻碼，則步驟2處理的數(shù)據(jù)長度要保證包含所有發(fā)射裝置未暫停發(fā)射時有傳輸電文部分的擴頻碼。例如，將發(fā)射裝置分為3組，每組發(fā)射裝置在3幀信號中暫停發(fā)射某1 幀信號中有傳輸電文部分的擴頻碼，則步驟2處理的數(shù)據(jù)長度至少要2幀加一塊數(shù)據(jù)長度的時間長度。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法，其特征在于包括如下步驟步驟10、利用原廣播系統(tǒng)的幀同步方法進行幀同步，如果成功，則幀同步完成；否則， 進入步驟20 ；步驟20、將輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)與本地存儲的擴頻碼列表中各個需要檢測的擴頻碼進行滑動相關，在至少1幀時間長度的滑動相關的結果中找到相關模值峰值的位置，并與門限值比較，判斷幀同步是否成功，當有一擴頻碼對應的幀同步判斷成功，則幀同步成功；否則幀同步失敗，轉入步驟10重新進行幀同步。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法，其特征在于步驟20中做滑動相關的信號長度優(yōu)選為小于一幀數(shù)據(jù)中傳輸電文的擴頻信號的長度且為擴頻碼周期的整數(shù)倍；所述輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)用分塊進行FFT的方法降低運算復雜度，其分塊的大小為所述滑動相關的信號長度；所述輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)長度要超過1幀加一塊的數(shù)據(jù)長度。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法，其特征在于步驟20中的門限值比較采用峰值與固定數(shù)值比較，或采用峰均比與固定數(shù)值比較；若峰值或峰均比大于固定值，則該擴頻碼對應的幀同步成功，否則該擴頻碼對應的幀同步失敗。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法，其特征在于所述用分塊進行FFT的方法具體為首先將輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)進行分塊，并將每塊數(shù)據(jù)進行FFT變換得到一組序列~、A2.......AN，其中該組序列~、A2.......An分別代表對應塊數(shù)據(jù)進行FFT變換的結果；對本地存儲的擴頻碼列表中各個需要檢測的擴頻碼分別執(zhí)行如下操作步驟21、將本地存儲的序列H分別與序列ApA2.......An按序列元素相乘得到另一組序列Bph....... ，進入步驟22 ；其中，序列H是將各個需要檢測的擴頻碼中的一擴頻碼按與輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)相同的采樣率采樣得到的序列做FFT結果的共軛得到的，事先計算好后存儲在本地；步驟22、分別對序列B1A2.......Bn進行IFFT，得到一組序列C^C2.......Cn,并進入步驟23 ；步驟23、將序列CpC2.......Cn進行相鄰2個序列的每個元素求模值并相加得到序列D1^D2,......Dm，進入步驟 24 ；步驟M、對各序列D1A2.......Dn^1對應的各元素求一最大值，并找出最大值對應的元素所在的序列號m及其在對應序列中的位置k，其序列中的元素起始位置從0開始計數(shù)，進入步驟25 ；步驟25、假設分塊大小長度為L，即每塊數(shù)據(jù)進行FFT變換得到的序列長度為L，分別以序列Am和Am+1的第L-1-k的元素點為起點，各取一塊長度為L的輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)與本地存儲的該擴頻碼按與所述輸入數(shù)字信號數(shù)據(jù)相同的采樣率采樣得到的序列進行序列相關，得到兩塊數(shù)據(jù)對應的序列相關值后再進行求模值，比較這兩個模值大小，得到最大值及其對應的序列號，并將最大值與門限值進行比較，若最大值超過門限值，則該擴頻碼幀同步成功，該塊輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)的起點即為碼頭部分擴頻碼的起始位置，若最大值小于門限值，則該擴頻碼幀同步失敗。
全文摘要
本發(fā)明提供一種廣播定位系統(tǒng)的幀同步方法，包括如下步驟步驟10、利用原廣播系統(tǒng)的幀同步方法進行幀同步，如果成功，則幀同步完成；否則，進入步驟20；步驟20、將輸入的數(shù)字信號數(shù)據(jù)與本地存儲的擴頻碼列表中各個需要檢測的擴頻碼進行滑動相關，在至少1幀時間長度的滑動相關的結果中找到相關模值峰值的位置，并與門限值比較，判斷幀同步是否成功，當有一擴頻碼對應的幀同步判斷成功，則幀同步成功；否則幀同步失敗，轉入步驟10重新進行幀同步。本發(fā)明的運算量小，提高了幀同步的靈敏度和準確性。
文檔編號H04B1/7095GK102158274SQ20111011241
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權日2011年5月3日
發(fā)明者夏海軍, 張善旭, 張毅敏 申請人:福州瑞芯微電子有限公司