CN101989969B - Pn序列相位检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PN序列初始相位检测方法，将接收信号与本地PN序列相关，获得一系列相关值；从所述一系列相关值中去除PN序列长度超过一个周期而产生的相关值，称之为寄生峰；从去除寄生峰之后的相关值中按照同一规律获取多个相关值，并求出相邻两个相关值之间的距离与发射端PN序列之间的长度的差值，简称峰值距离差；从多个相邻的峰值距离差中挑选其中可信度高的用于计算检测相位；并根据相位校验判断检测相位是否可信。本发明还公开了一种PN序列初始相位检测装置。本发明能提高具有时钟误差下的检测相位的正确性、可靠性及检测速度；通过相位校验判断检测相位是否可信，提高在多径信道下的检测正确概率。

Description

PN序列相位检测方法及装置

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，特别是涉及一种用于数字信号接收的PN序列相位检测方法。本发明还涉及实现该方法的装置。

背景技术

中国数字电视地面广播标准GB 20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》规定信号帧由帧头、帧体组成。帧头模式有三种，其中模式1、模式3产生PN序列的LFSR(Liner Feedback ShiftRegister，线性反馈移位寄存器)的初始相位有变化和不变化两种模式。多个信号帧组成1个超帧，当系统要求指示信号帧的序号时，每个超帧内的信号帧的帧头采用不同相位的PN序列作为识别符。

由于接收机需要利用PN序列进行帧同步、频率同步、定时同步、信道冲激响应估计、跟踪相位噪声，因此国家标准数字电视地面广播系统的接收机需要检测接收PN序列的相位以及相位是否旋转。

中国发明专利申请公开说明书CN1677909A(公开日：2005年10月5日)公开了一种“时域同步正交频分复用接收机的帧同步方法及其系统”，涉及到了相位计算的方法，但其只是中国数字电视地面广播标准GB20600-2006规定的相位改变规则的反变化，直接使用会导致在多径信道且存在时钟误差的情况下，相位检测错误概率非常高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种PN序列初始相位检测方法，能够提高PN相位检测的正确性、可靠性以及检测速度；为此本发明还提供一种PN序列初始相位检测装置。

为解决上述技术问题，本发明的PN序列初始相位检测方法是采用如下技术方案实现的：

将接收信号与本地PN序列相关，获得一系列相关值；从所述一系列相关值中去除PN序列长度超过一个周期而产生的寄生峰；从去除寄生峰之后的相关值中按照同一规律获取多个相关值，并求出相邻两个相关值之间的距离与发射端PN序列之间的长度的差值，该差值称为峰值距离差；从连续的多个峰值距离差中选择可信度高的用于计算检测相位；进行相位校验，判断检测相位是否可信。

本发明的PN序列初始相位检测装置包括：

计算单元，用于将接收信号与本地PN序列相关，获得一系列相关值；

去除寄生峰单元，与计算单元连接，去除PN序列长度超过一个周期而产生的寄生峰；

获取单元，与去除寄生峰单元连接，用于从去除寄生峰后的相关值中挑选多个相关值并求出峰值距离差，从连续的多个峰值距离差中挑选符合规律的其中一个峰值距离差；

相位计算单元，与获取单元连接，利用峰值距离差与相位之间的关系得出检测相位；

相位校验单元，与相位计算单元连接，用于判断检测相位是否可信，若检测相位不可信，则重新获取峰值距离差并计算检测相位。

本发明通过从多个峰值距离差中选择可信度高的进行相位计算，提高具有时钟误差下的检测相位的正确性、可靠性及检测速度；通过相位校验判断检测相位是否可信，提高在多径信道下的检测正确概率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是PN序列相位检测方法流程图；

图2是PN序列相位检测装置结构示意图；

图3是帧头模式1、3结构示意图；

图4是PN序列相关峰值示意图；

图5是时钟误差干扰示意图；

图6是强多径干扰示意图。

具体实施方式

参见图1所示，本发明所述的PN序列相位检测方法包括以下步骤：

第一步，将本地PN序列与接收信号进行相关运算，得到一系列相关值。接收信号可以按照符号速率进行采样，也可以过采样，为了方便说明，本发明以符号速率进行说明。本地的PN序列的初始相位可以变化也可以不变化。

第二步，若发射端的PN序列长度超过一个周期，则需要消除拓展部分造成的相关值。当接收信号中的PN序列的长度超过一个周期，在没有多径的信道下，与本地PN序列滑动相关仍然会产生多个较大的相关值，这里将最大的一个相关值称为相关峰，其余由PN序列长度超过一个周期而产生的相关值称为寄生峰。根据不同的相位校验方法，有可能需要去除寄生峰。

去除寄生峰：在上述一系列相关值中，去除较小的相关值(即去除干扰)，并在剩余的相关值中逐个判定是否为寄生峰。若与当前的峰值相距一个PN序列周期的位置上也出现峰值，则当前的峰值不是寄生峰，否则是需要去除的寄生峰。

图3是帧头模式1、3结构示意图；其中，图3(a)为帧头模式1结构示意图；图3(b)为帧头模式3结构示意图。图4中所示的较小的峰值就是寄生峰。

第三步，选择可信度高的峰值距离差。

从去除寄生峰之后的相关值中按照同一规律获取多个相关值，并求出相邻两个相关值之间的距离与发射端PN序列之间的长度的差值，该差值称为峰值距离差。所述的同一规律指的是幅度规律、位置规律或使用幅度规律和位置规律两者组合定义的规律。从连续的多个峰值距离差中选择可信度高的峰值距离差。

由于接收机的时钟与发射机的时钟具有误差，叫做时钟误差，因此相邻两帧的峰值的距离与帧长度的差值Δd由于时钟误差的影响变为：Δd+τ，τ是时钟误差引入的误差，如图5所示。由于引入了时钟误差，因此需要将包含时钟误差的峰值距离差排除，选择不包含时钟误差的峰值距离差计算相位。例如：在GB 20600-2006中，可以通过将连续多个峰值距离差用于递增或递减的判断，并从中挑选符合正奇数负偶数或负奇数正偶数规律的其中一个峰值距离差作为可信的峰值距离差。选择可信的峰值距离差的方法还有：当多个峰值距离差都符合GB 20600-2006中的变化规律才进行选择，但是在时钟误差相对较大时，检测相位所花的时间较长，或很难检测出相位。

以中国数字电视地面广播标准GB 20600-2006所规定的帧头模式1为例(参见图3a)，PN序列相位变化顺序及与相位为0的PN序列相关，相邻两帧的峰值距离差如下表1所示。

相邻两个峰值距离差分别表示为：Δd_i、Δd_i+1，理想情况下||Δd_i+1|-|Δd_i||＝1，但现实中存在时钟误差，因此||Δd_i+1|-|Δd_i||＝1+τ，τ是时钟误差引入的误差，其中Δd_i表示第i帧与第i-1帧的峰值的距离与帧长度的差值。由于引入了时钟误差，相邻的|Δd|有可能相等。因此为了抗时钟误差，使用相邻的n个峰值距离差相互作比较。只要保证|Δd_i+n|＞|Δd_i|且|Δd_i+n|≥|Δd_i+n-1|≥…≥|Δd_i|；或|Δd_i+n|＜|Δd_i|，且|Δd_i|≥…≥|Δd_i+n-1|≥|Δd_i+n|，就可以估计出峰值距离差的变化关系(递增或递减)。

理想条件下，|Δd_i|与|Δd_i+n|的差值应为n，考虑时钟误差的影响，差值可能为n+nτ。因此当判定峰值距离差递增，且|Δd_i+n|-|Δd_i|＜n+nτ时，认为这相邻的n个峰值距离差中存在符合计算PN序列相位的Δd；若判定峰值距离差递减，且|Δd_i|-|Δd_i+n|＜n+nτ时，认为这相邻的n个峰值距离差中存在符合计算PN序列相位的Δd。若判定峰值距离差递增，则选择负奇数或正偶数的Δd；若判定峰值距离差递减，则选择正奇数或负偶数的Δd。

表1

PN序列相位序号	Δd	PN序列相位序号	Δd
				0	0	113	-112
1	-1	114	111
				2	2	115	-110
3	-3	116	109

4	4	117	-108
				......	......	......	......
109	-109	221	-4
				110	110	222	3
111	-111	223	-2
				112	112	224	1

第四步，计算检测相位，相邻两个信号帧的峰值距离差是唯一的，并且与初始相位一一对应(参见表1)，利用峰值距离差与相位之间的关系计算出检测相位。对于中国数字电视地面广播标准GB 20600-2006的帧头模式1而言，当峰值距离差递增时，检测相位phase＝|Δd|；当峰值距离差递减时，检测相位phase＝phase_num-|Δd|，phase_num表示初始相位的总数。

第五步，相位校验。校验检测相位是否计算正确。如图6所示，若使用最强的相关峰进行相位检测，当存在多个强度相等的相关峰时，由于受到噪声的影响，有可能造成选择参与相位校验的相关峰不一致，从而造成检测错误。除此之外，以任何一种方式选择参与相位校验的相关峰，都有可能出现类似的情况，为了避免检测错误，需要进行相位校验。

进行相位校验采用下述任意一种方法或下述方法的任意组合，

方法一，使用连续两次或两次以上的检测相位计算结果相互校验。

方法二，根据检测相位计算结果，若后续的峰值距离差为零则通过校验。

方法三，使用不同的准则选择相关值并分别得出峰值距离差，分别计算计算检测相位，通过比较两个检测相位是否相同，判定该检测相位是否可靠。例如用每一个PN序列周期内的同一个相关峰计算检测相位，之后利用该检测相位得到以后的PN序列的相位，以后每一帧的相关峰之间的采样数量与信号帧长度一致那么通过检验，该检测相位正确。

参见图2所示，在本发明的一实施例中PN序列相位检测装置包括：

计算单元，将本地PN序列与接收信号进行相关运算，得到一系列相关值。

去除寄生峰单元，与计算单元连接，去除PN序列长度超过一个周期时相关产生的寄生峰。若与当前的峰值相距一个PN序列周期的位置上也出现峰值，则当前的峰值不是寄生峰，否则是需要去除的寄生峰。

获取单元，与去除寄生峰单元连接，用于从去除寄生峰后的相关值中挑选多个相关值，并求出峰值距离差，并用于从连续多个峰值距离差中挑选符合规律的其中一个峰值距离差。连续多个峰值距离差用于递增、递减的判断，并从中挑选符合正奇数负偶数或负奇数正偶数规律的其中一个峰值距离差作为可信的峰值距离差。

相位计算单元，与获取单元连接，利用峰值距离差与相位之间的关系计算出检测相位。以中国数字电视地面广播标准GB 20600-2006的帧头模式1为例，当峰值距离差递增时，检测相位phase＝|Δd|；当峰值距离差递减时，检测相位phase＝phase_num-|Δd|。

相位校验单元，与相位计算单元连接，用于判断检测相位是否可信，若检测相位不可信，则重新获取峰值距离差并计算相位。需要存储已检测出的相位，并对检测出的相位逐帧进行累加，直到计算出所有检测相位，之后比较两个相位是否相同，从而判定该相位是否可靠。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种PN序列初始相位检测方法，其特征在于：将接收信号与本地PN序列相关，获得一系列相关值；从所述一系列相关值中去除PN序列长度超过一个周期而产生的寄生峰；所述寄生峰是指由于PN序列长度超过一个周期，滑动相关得到的，除最大相关峰之外的相关峰；从去除寄生峰之后的相关值中按照同一规律获取多个相关值，所述的同一规律指的是幅度规律、位置规律或使用幅度规律和位置规律两者组合定义的规律；并求出相邻两个相关值之间的距离与发射端PN序列之间的长度的差值，该差值称为峰值距离差；从连续的多个峰值距离差中选择可信度高的用于计算检测相位；进行相位校验，判断检测相位是否可信。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述选择可信度高的峰值距离差的方法是，将连续的多个峰值距离差按递增或递减进行判断，从中挑选符合正奇数负偶数或负奇数正偶数规律的其中一个峰值距离差作为可信度高的峰值距离差。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述相位校验的方法是，采用下述任意一种方法或下述方法的任意组合：

方法一，使用两次或两次以上的检测相位计算结果相互校验；

方法二，根据检测相位计算结果，若后续的峰值距离差为零则通过校验；

方法三，使用不同的准则选择相关值，利用不同的相关值计算检测相位，通过比较两个检测相位是否相同，判定该检测相位是否可靠。

4.一种PN序列初始相位检测装置，其特征在于，包括：

计算单元，用于将接收信号与本地PN序列相关，获得一系列相关值；

去除寄生峰单元，与计算单元连接，去除PN序列长度超过一个周期而产生的寄生峰；若与当前的峰值相距一个PN序列周期的位置上也出现峰值，则当前的峰值不是寄生峰，否则是要去除的寄生峰；

获取单元，与去除寄生峰单元连接，用于从去除寄生峰后的相关峰中挑选多个相关值并求出峰值距离差，从连续的多个峰值距离差中挑选符合规律的其中一个峰值距离差；挑选相关峰时，按照同一规律获取多个相关值，所述的同一规律指的是幅度规律、位置规律或使用幅度规律和位置规律两者组合定义的规律；

相位计算单元，与获取单元连接，利用峰值距离差与相位之间的关系得出检测相位；

相位校验单元，与相位计算单元连接，用于判断检测相位是否可信，若检测相位不可信，则重新获取峰值距离差并计算检测相位。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的相位校验单元包括：

存储单元，用于存储检测相位；

累加单元，用于在下一个PN序列到来时，在已得出的检测相位的基础上进行累加操作；

比较单元，用于比较两个检测相位是否相同。

Images