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大频偏系统中的信号检测方法和系统

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本发明涉及一种大频偏系统中的信号检测方法和系统，其中，方法包括以下步骤：在本地存储第一Chu序列；接收发射端发送的第一序列；其中，所述第一序列包括第一循环前缀、第一Chu序列、第一循环后缀、第二循环前缀、第二Chu序列和第二循环后缀；所述第二Chu序列是第一Chu序列的共轭等长序列；将本地存储的第一Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置和第二相关峰位置；根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测。上述大频偏系统中的信号检测方法和系统，无需进行频偏纠正，有效节约了系统资源，提高了计算效率。

著录项

公开/公告号CN105162572A

专利类型发明专利
公开/公告日2015-12-16

原文格式PDF
申请/专利权人广州海格通信集团股份有限公司;
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申请/专利号CN201510628377.6
发明设计人刘绍华;郑晨熹;王云飞;王健;
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申请日2015-09-25
分类号H04L7/00;
代理机构广州华进联合专利商标代理有限公司;
代理人王程
地址 510663 广东省广州市科学城海云路88号
入库时间 2023-12-18 12:50:07

法律信息

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态
2018-11-20

授权

授权
2016-01-13

实质审查的生效 IPC(主分类):H04L7/00 申请日:20150925

实质审查的生效
2015-12-16

公开

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说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种大频偏系统中的信号检测方法和系统。

背景技术

在无线通信系统中，由于发送设备和接收设备的频差，以及客户端设备移动所带来的多普勒频移等影响，使得载波频率与本地频率之间存在着频率偏移。对接收信号的正确检测是进行正确解调的前提，所以，对于频偏，首先要解决的问题便是如何在频偏下进行准确的信号检测。互相关检测算法是信号检测中广泛使用的方法，但是如果频偏较大，可能使得相关峰值变得很小，大大影响信号检测的性能。

在大频偏下的信号检测，通常将信号检测序列设计为Chu序列后面紧跟m 序列(或其他序列)，其做法是利用Chu在频偏下的性质，给出若干可能的信号位置，然后在每个位置上首先进行该位置的可能频偏值的纠正，然后才再与m 序列(或其他序列)做相关，并寻找相关值最大者。在序列长度较长，或者系统最大频偏可能值较大的情形下，该方法会消耗大量的计算资源，检测的效率低。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术检测效率低的问题，提供一种大频偏系统中的信号检测方法和系统。

一种大频偏系统中的信号检测方法，包括以下步骤：

在本地存储第一Chu序列；

接收发射端发送的第一序列；其中，所述第一序列包括第一循环前缀、第一Chu序列、第一循环后缀、第二循环前缀、第二Chu序列和第二循环后缀，所述第一循环前缀、第一循环后缀、第二循环前缀、第二循环后缀分别是第一 Chu序列的尾部若干个元素、第一Chu序列的头部若干个元素、第二Chu序列的尾部若干个元素、第二Chu序列的头部若干个元素；所述第二Chu序列是第一Chu序列的共轭等长序列；

将本地存储的第一Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置和第二相关峰位置；

根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测。

一种大频偏系统中的信号检测方法，包括以下步骤：

在本地存储第一Chu序列和第二Chu序列；

接收发射端发送的第一序列；其中，所述第一序列包括第一循环前缀、第一Chu序列、第一循环后缀、第二循环前缀、第二Chu序列和第二循环后缀，所述第一循环前缀、第一循环后缀、第二循环前缀、第二循环后缀分别是第一 Chu序列的尾部若干个元素、第一Chu序列的头部若干个元素、第二Chu序列的尾部若干个元素、第二Chu序列的头部若干个元素；所述第一Chu序列的长度为所述第二Chu序列的t倍；

将本地存储的第一Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置；

将本地存储的第二Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第二相关峰位置；

根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测。

一种大频偏系统中的信号检测系统，包括：

存储装置，用于在本地存储第一Chu序列；

接收装置，用于接收发射端发送的第一序列；其中，所述第一序列包括第一循环前缀、第一Chu序列、第一循环后缀、第二循环前缀、第二Chu序列和第二循环后缀，所述第一循环前缀、第一循环后缀、第二循环前缀、第二循环后缀分别是第一Chu序列的尾部若干个元素、第一Chu序列的头部若干个元素、第二Chu序列的尾部若干个元素、第二Chu序列的头部若干个元素；所述第二 Chu序列是第一Chu序列的共轭等长序列；

相关运算装置，用于将本地存储的第一Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置和第二相关峰位置；

估算装置，用于根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测。

一种大频偏系统中的信号检测系统，包括：

存储装置，用于在本地存储第一Chu序列和第二Chu序列；

接收装置，用于接收发射端发送的第一序列；其中，所述第一序列包括第一循环前缀、第一Chu序列、第一循环后缀、第二循环前缀、第二Chu序列和第二循环后缀，所述第一循环前缀、第一循环后缀、第二循环前缀、第二循环后缀分别是第一Chu序列的尾部若干个元素、第一Chu序列的头部若干个元素、第二Chu序列的尾部若干个元素、第二Chu序列的头部若干个元素；所述第一 Chu序列的长度为所述第二Chu序列的t倍；

第一相关运算装置，用于将本地存储的第一Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置；

第二相关运算装置，用于将本地存储的第二Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第二相关峰位置；

估算装置，用于根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测。

上述大频偏系统中的信号检测方法和系统，通过采用预存的Chu序列与从发射端接收到的Chu序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置和第二相关峰位置，并根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测，无需进行频偏纠正，有效节约了系统资源，提高了计算效率。

附图说明

图1为第一实施例的大频偏系统中的信号检测方法流程图；

图2为一个实施例的共轭等长序列的结构示意图；

图3为第二实施例的大频偏系统中的信号检测方法流程图；

图4为一个实施例的倍数序列的结构示意图；

图5为第一实施例的大频偏系统中的信号检测系统结构示意图；

图6为第二实施例的大频偏系统中的信号检测系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述。

设虚数单位为j，长为N参数为k的Chu序列可定义为

式中，i和k为正整数。

Chu序列具有良好的周期自相关特性，上述Chu序列的离散周期自相关函数(PeriodicAuto-CorrelationFunction，PACF)特性为：

$R_{k, k} (s) = \frac{1}{N} Σ_{i = 0}^{N - 1} u_{i}^{(k)} u_{i + s}^{* (k)} = (\begin{matrix} 1, & s \equiv 0 \mod >N \\ 0, & o t h e r s \end{matrix}) - - - (2)$

假设系统的符号率(码片速率)为B(symbol/s)，令f₀＝kB/N，假设系统的频偏为Δf＝mf₀(Hz)，其中，m＝0,±1,±2…，并假定序列起始位置的初始相位为若N为偶数，则经过上述频偏系统后的接收到的序列为：

其中，φ₁＝-πkm²/N。

若N为奇数，则经过上述频偏系统后的接收到的序列为：

其中，φ₂＝-πk(m²+m)/N。

假定系统频偏Δf∈[-f_max,f_max]，令其中f₀＝kB/N，通常选择k＝1，于是f₀＝B/N。在实际情况下，也可将k选为其他值。k值的选择不影响接下来的运算分析。为方便起见，下文令k＝1。

将所述序列发送到接收端，并与接收端预存的序列进行互相关运算。在频偏为Δf＝mf₀(m＝0,±1,±2,…,±M)(Hz)时，互相关特性为：

其模值为

$| R_{k, k} (s) | = \frac{1}{N} Σ_{i = 0}^{N - 1} y_{i}^{(k)} u_{i + s}^{* (k)} = (\begin{matrix} 1, & s \equiv m >\mod>N0, & o t h e r s---(4) \end{matrix})$

从上面的分析计算可知，频偏值Δf＝mf₀(m＝0,±1,±2,…,±M)(Hz)时相关峰的模值为1，而且相关峰相对与没有频偏时左移m个符号。而在其他的频偏值时，只会使得相关峰有所下降。

下面的讨论中，我们只假定系统的频偏值为f₀的整数倍，对于非f₀整数倍的频偏值，至多引入f₀/2的频偏误差，如有需要，可以在信号检测成功后再将这个的频偏误差作估算并补偿即可。

接下来的讨论中，为方便起见，总假定相关峰出现的位置是做相关的序列的起始位置。事实上，所述起始位置的选取不会对以下计算分析结果造成影响。

假设信号检测的相关峰的位置为q₁，则可能的情况有2M+1种：Pn1的起始位置的为q₁+m，频偏为mf₀Hz，其中m＝0,±1,±2,…,±M，这2M+1种情形是无法区分的，因为它们的出现相关峰的位置均为q₁。

为了解决上述问题，现有方法一般在上述的序列后面添加一个m序列(或其他序列)，对于上述的每种情形的序列的起始位置q₁+m，对接收到的相应的m 序列按mf₀Hz进行纠正，然后再和m序列做相关，对这2M+1种相关峰进行比较。找到最大相关峰对应的情形，就可以知道信号的准确位置。这种方法，每次需要对频偏进行纠正，然后才进行相关运算，尤其对序列长度较长、系统可能的最大频偏值较大的情形，会消耗大量的计算资源。

本发明通过设置两个Chu序列来进行改进。

图1为第一实施例的大频偏系统中的信号检测方法流程图。如图1所示，本发明的大频偏系统中的信号检测方法可包括以下步骤：

S11，在本地存储第一Chu序列；

S12，接收发射端发送的第一序列；其中，所述第一序列包括第一循环前缀、第一Chu序列和第一循环后缀，所述第二序列包括第二循环前缀、第二Chu序列和第二循环后缀，所述第一循环前缀、第一循环后缀、第二循环前缀、第二循环后缀分别是第一Chu序列的尾部若干个元素、第一Chu序列的头部若干个元素、第二Chu序列的尾部若干个元素、第二Chu序列的头部若干个元素；

S13，将本地存储的第一Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置和第二相关峰位置；

S14，根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测。

在本实施例中，首先在本地存储第一序列Pn1；然后，接收发射端发送的第一序列Pnc1；其中，所述第一序列Pnc1包括第一循环前缀Circ1、第一Chu序列Pn1、第一循环后缀Circ2、第二循环前缀Circ3、第二Chu序列Pn2和第二循环后缀Circ4。

在本实施例中，第二Chu序列Pn2可以是第一Chu序列Pn1的等长共轭序列。第一循环前缀Circ1可以是第一Chu序列Pn1的尾部M个元素；第一循环后缀Circ2可以是第一Chu序列Pn1的头部M个元素；第二循环前缀Circ3可以是第二Chu序列Pn2的尾部M个元素；第二循环后缀Circ4可以是第二Chu序列Pn2的头部M个元素。循环前缀和循环后缀的长度可根据实际需要来确定，其长度越长，可估算的频偏值越大。

设计如图2所示的序列，该序列称为等长共轭序列。

将第一序列Pnc1发送到接收端。接收端收到第一序列Pnc1之后，利用第一序列Pnc1与预存的Pn1进行相关检测，得到第一相关峰位置和得到第二相关峰位置。

假定系统频偏Δf∈[-f_max,f_max]。令其中f₀＝kB/(Nt)，通常选择 k＝1，于是f₀＝B/(Nt)。假设第一相关峰的位置为q₁，第二相关峰位置为q₂，假设系统频偏为mf₀Hz，m∈[-M,M]，且为整数。真实的信号位置如下：第一Chu 序列Pn1起始位置为p₁，第二Chu序列Pn2起始位置为p₂，于是第一Chu序列 Pn1与第二Chu序列Pn2起始位置的中点的位置为p＝(p₁+p₂)/2。根据上面的分析可知，信号检测的相关峰的位置q₁＝p₁-m。由于第二Chu序列Pn2是第一Chu 序列Pn1的共轭，假设第一Chu序列Pn1为上述若N为偶数，则通过频偏系统后，接收到的第一序列Pnc1为：

同理，若N为奇数，也有于是第二相关峰的位置q₂＝p₂+m。所以有：

$\frac{q_{1} + q_{2}}{2} = \frac{p_{1} - m + p_{2} + m}{2} = \frac{p_{1} + p_{2}}{2} = p - - - (5)$

式中，p为第一Chu序列Pn1与第二Chu序列Pn2起始位置的中点的位置。

由于序列总长度为2M+N，可得：

p₂-p₁＝2M+N(6)

从而，接收信号的起始位置为：

$p_{1} = \frac{q_{2} + q_{1} - N - 2 M}{2} - - - (7)$

进一步，可估算出系统的频偏为：

$Δ f = (p_{1} - q_{1}) f_{0} = \frac{q_{2} - q_{1} - N - 2 M}{2} f_{0} - - - (8)$

上述大频偏系统中的信号检测方法，通过采用预存的Chu序列与从发射端接收到的Chu序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置和第二相关峰位置，并根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测，无需进行频偏纠正，有效节约了系统资源，提高了计算效率。

在另一个实施例中，如果在系统资源有限，无法满足第二Chu序列Pn2的长度和第一Chu序列Pn1的长度相同，可以将第一Chu序列Pn1的长度设计为第二Chu序列Pn2的长度的整数倍，于是第二Chu序列Pn2的长度变短，节省了资源。

图3为第二实施例的大频偏系统中的信号检测方法流程图。如图3所示，本发明的大频偏系统中的信号检测方法可包括以下步骤：

S21，在本地存储第一Chu序列和第二Chu序列；

S22，接收发射端发送的第一序列；其中，所述第一序列包括第一循环前缀、第一Chu序列、第一循环后缀、第二循环前缀、第二Chu序列和第二循环后缀，所述第一循环前缀、第一循环后缀、第二循环前缀、第二循环后缀分别是第一 Chu序列的尾部若干个元素、第一Chu序列的头部若干个元素、第二Chu序列的尾部若干个元素、第二Chu序列的头部若干个元素；所述第一Chu序列的长度为所述第二Chu序列的t倍；

S23，将本地存储的第一Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置；

S24，将本地存储的第二Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第二相关峰位置；

S25，根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测。

在本实施例中，首先在本地存储第一序列Pn1和第二序列Pn2；然后，接收发射端发送的第一序列Pnc1；其中，所述第一序列Pnc1包括第一循环前缀Circ1、第一Chu序列Pn1、第一循环后缀Circ2、第二循环前缀Circ3、第二Chu序列 Pn2和第二循环后缀Circ4。

在本实施例中，第一Chu序列的长度可以是第二Chu序列的t倍。第一循环前缀Circ1可以是第一Chu序列Pn1的尾部M个元素；第一循环后缀Circ2可以是第一Chu序列Pn1的头部M个元素；第二循环前缀Circ3可以是第二Chu序列Pn2的尾部Mt个元素；第二循环后缀Circ4可以是第二Chu序列Pn2的头部Mt 个元素。循环前缀和循环后缀的长度可根据实际需要来确定，其长度越长，可估算的频偏值越大。

设计如图4所示的序列，该序列称为倍数序列。

将第一序列Pnc1发送到接收端。接收端收到第一序列Pnc1之后，首先利用第一序列Pnc1与预存的Pn1进行相关检测，得到第一相关峰位置后，再利用第一序列Pnc1与预存的Pn2进行相关检测，得到第二相关峰位置。

假定系统频偏Δf∈[-f_max,f_max]。令其中f₀＝kB/(Nt)，通常选择 k＝1，于是f₀＝B/(Nt)。假设第一相关峰的位置为q₁，第二相关峰位置为q₂，假设系统频偏为mf₀Hz，m∈[-M,M]，且为整数。根据Chu序列在频偏下的性质，有q₁＝p₁-m，q₂＝p₂-mt，所以

$m = \frac{(p_{2} - p_{1}) - (q_{2} - q_{1})}{t - 1} = \frac{d - (q_{2} - q_{1})}{t - 1} - - - (9)$

把上式带入q₁＝p₁-m，再根据d＝M(t+1)+Nt，便有

$p_{1} = q_{1} + \frac{d - (q_{2} - q_{1})}{t - 1} = q_{1} + \frac{M (t + 1) + N t - (q_{2} - q_{1})}{t - 1} - - - (10)$

再根据Pn1的相关峰的位置为q₁和Pn1起始位置为p₁，便可以估算出频偏值为：

$Δ f = \frac{M (t + 1) + N t - (q_{2} - q_{1})}{t - 1} f_{0} - - - (11)$

下面结合附图对本发明的大频偏系统中的信号检测系统的实施例进行阐述。

图5为第一实施例的大频偏系统中的信号检测系统结构示意图。如图5所示，本发明的大频偏系统中的信号检测系统包括：

存储装置110，用于在本地存储第一Chu序列；

接收装置120，用于接收发射端发送的第一序列；其中，所述第一序列包括第一循环前缀、第一Chu序列、第一循环后缀、第二循环前缀、第二Chu序列和第二循环后缀，所述第一循环前缀、第一循环后缀、第二循环前缀、第二循环后缀分别是第一Chu序列的尾部若干个元素、第一Chu序列的头部若干个元素、第二Chu序列的尾部若干个元素、第二Chu序列的头部若干个元素；所述第二Chu序列是第一Chu序列的共轭等长序列；

相关运算装置130，用于将本地存储的第一Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置和第二相关峰位置；

检测装置140，用于根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测。

所述检测装置140可包括：

第一检测单元，用于采用如下公式检测接收信号的起始位置：

$p_{1} = \frac{q_{2} + q_{1} - N - 2 M}{2},$

其中，p₁为第一Chu序列的起始位置，q₁为第一相关峰位置，q₂为第二相关峰位置，N为第一Chu序列的长度，M为第一循环前缀的长度。

图6为第二实施例的大频偏系统中的信号检测系统结构示意图。如图6所示，本发明的大频偏系统中的信号检测系统包括：

存储装置210，用于在本地存储第一Chu序列和第二Chu序列；

接收装置220，用于接收发射端发送的第一序列；其中，所述第一序列包括第一循环前缀、第一Chu序列、第一循环后缀、第二循环前缀、第二Chu序列和第二循环后缀，所述第一循环前缀、第一循环后缀、第二循环前缀、第二循环后缀分别是第一Chu序列的尾部若干个元素、第一Chu序列的头部若干个元素、第二Chu序列的尾部若干个元素、第二Chu序列的头部若干个元素；所述第一Chu序列的长度为所述第二Chu序列的t倍；

第一相关运算装置230，用于将本地存储的第一Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置；

第二相关运算装置240，用于将本地存储的第二Chu序列与第一序列进行互相关运算，得到第二相关峰位置；

检测装置250，用于根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测。

所述检测装置250可包括：

第二检测单元，用于采用如下公式检测接收信号的起始位置：

$p_{1} = q_{1} + \frac{M (t + 1) + N t - (q_{2} - q_{1})}{t - 1},$

其中，p₁为第一Chu序列的起始位置，q₁为第一相关峰位置，q₂为第二相关峰位置，N为第二Chu序列的长度，M为第三循环前缀的长度，t为正整数。

上述大频偏系统中的信号检测系统，通过采用预存的Chu序列与从发射端接收到的Chu序列进行互相关运算，得到第一相关峰位置和第二相关峰位置，并根据第一相关峰位置和第二相关峰位置对接收信号进行检测，无需进行频偏纠正，有效节约了系统资源，提高了计算效率。

本发明的大频偏系统中的信号检测系统与本发明的大频偏系统中的信号检测方法一一对应，在上述大频偏系统中的信号检测方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于大频偏系统中的信号检测系统的实施例中，特此声明。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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