專利名稱：通過時域過采樣分集接收ofdm信號的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種通過時域過采樣分集接收OFDM信號的方法與裝置。它屬于數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)中接收機(jī)解調(diào)器設(shè)計的技術(shù)。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)是在信道上高效率發(fā)送數(shù)據(jù)的性能比較優(yōu)越的技術(shù)，該技術(shù)使用了信道帶寬內(nèi)的多個子載波發(fā)送數(shù)據(jù)。與頻分復(fù)用(FDM)相比，后者為了避免載波間的干擾，需要將副載波分隔開來，從而浪費了一部分頻率資源。而OFDM系統(tǒng)的副載波盡管可能相互重疊，但仍然能夠在接收端使已經(jīng)調(diào)制在每個副載波上的信息得到分辨和恢復(fù)。同時，OFDM系統(tǒng)在有效碼元前部加上循環(huán)前綴構(gòu)成的保護(hù)間隔，具有對多徑延遲擴(kuò)展和頻率選擇性衰落的耐受程度、有效的頻譜使用和良好的抗干擾等特性。目前在高比特數(shù)字用戶線(HDSL)，數(shù)字音頻廣播(DAB)，數(shù)字視頻廣播(DVB)，無線局域網(wǎng)(WLAN)IEEE 802.11a/HiperLAN2標(biāo)準(zhǔn)，無線城域網(wǎng)(WMAN)IEEE 802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)中的OFDM模式，IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)中的OFDMA模式等數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。
通常OFDM發(fā)送系統(tǒng)采用快速付立葉變換(FFT)經(jīng)子載波發(fā)送信息。如附圖1所示，發(fā)射數(shù)據(jù)經(jīng)過子載波調(diào)制，IFFT變換，并行串行轉(zhuǎn)換，加入循環(huán)前綴后，DA變換器以采樣間隔 發(fā)送。其中Tb表示發(fā)射的OFDM符號中，有效數(shù)據(jù)長度，即除去循環(huán)前綴后的符號長度，NFFT代表FFT變換用的點數(shù)，即子載波個數(shù)。最后信號通過RF器件變頻放大發(fā)射。在接收端，射頻信號經(jīng)天線進(jìn)入RF器件放大與下變頻，以AD變換器以同樣的時間間隔 采樣接收，去除循環(huán)前綴后，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換，F(xiàn)FT變換，子載波解調(diào)，得到輸出數(shù)據(jù)。
在射頻端引入的噪聲使得通信系統(tǒng)的性能下降。通信系統(tǒng)中的噪聲來自各種沒有用的射頻干擾和射頻電路元件本身的各種噪聲，如MOS晶體管寄生電阻所產(chǎn)生的各種噪聲。對于接收機(jī)的設(shè)計來講，為了提高性能，就必須降低噪聲的影響，提高接收機(jī)的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高OFDM系統(tǒng)在噪聲環(huán)境下通信的性能，本發(fā)明采用在時域過采樣，頻域子載波相位補(bǔ)償后分集合并的方法，以增加少量系統(tǒng)運算復(fù)雜度為代價，降低了噪聲對通信系統(tǒng)的整體影響，提高了系統(tǒng)性能。
發(fā)射的OFDM基帶信號可以表示為s(t)=Σk=-NFFT/2NFFT/2-1ck·ej2πkΔf(t-Tg)]]>設(shè)信道沖擊響應(yīng)函數(shù)為h(τ)，則對應(yīng)基帶等效接收信號為r(t)＝h(τ)*s(t)+n(t)r(t)表示接收機(jī)基帶模擬信號，n(t)表示接收端的噪聲，通常噪聲具有加性高斯白噪聲的性質(zhì)。由OFDM系統(tǒng)的特性可知，見附圖2，只要FFT窗口的起始位置位于循環(huán)前綴扣除信道沖擊響應(yīng)h(τ)長度起到有效數(shù)據(jù)起始位置之間，將FFT窗口內(nèi)的信號依采樣間隔 采樣，再通過FFT變換后校正子載波相位偏差即可以恢復(fù)出發(fā)射調(diào)制數(shù)據(jù)。用任意一個起始時刻的FFT窗內(nèi)以 間隔采樣的采樣數(shù)據(jù)都能恢復(fù)出發(fā)射的調(diào)制數(shù)據(jù)，且性能相同。注意到噪聲n(t)具有一定的不相關(guān)特性，采樣的數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT變換后疊加在每個子載波上的噪聲也具有一定的獨立性。那么將來自不同起始時刻的采樣數(shù)據(jù)分別經(jīng)過FFT變換，再將相同子載波的數(shù)據(jù)經(jīng)過相位補(bǔ)償后相疊加，噪聲就可以得到抑制，接收機(jī)整體性能可以獲得相應(yīng)提高。
本發(fā)明的特征在于，它依次含有以下步驟(1)首先以高于頻率Δf·NFFT的A/D采樣率采集射頻輸出的模擬基帶信號，其中Δf表示OFDM子載波間隔，NFFT代表FFT變換用的點數(shù)，即子載波個數(shù)(2)將A/D采樣后的信號通過插值器得到整倍數(shù)于頻率Δf·NFFT的數(shù)字基帶信號，即過采樣頻率為Noversampling·Δf·NFFT，Noversampling表示過采樣倍數(shù)。
(3)利用位同步與FFT窗口調(diào)整單元模塊獲取正確的FFT窗口位置?？勺屧揊FT窗起始位置稍提前于有效數(shù)據(jù)的起始位置處。由于過采樣，此時FFT窗口內(nèi)包含整數(shù)倍個FFT變換點數(shù)的采樣點，即Noversampling·NFFT個采樣點。
(4)采樣的信號依采樣間隔 通過分路選通單元分為并列的幾路信號。見附圖4中所描述的分路選通單元的示意圖。其中Tb表示發(fā)射的OFDM符號中，有效數(shù)據(jù)長度，即除去循環(huán)前綴后的符號長度。
(5)并列的幾路信號分別通過FFT單元(6)FFT單元的各路輸出子載波數(shù)據(jù)分別做子載波的相位補(bǔ)償(7)將相位補(bǔ)償后的各路FFT輸出子載波數(shù)據(jù)，依據(jù)相同的子載波號相加合并(8)將合并后的信號送給后續(xù)下游均衡，信道解碼等模塊處理上述步驟描述的方法中，OFDM接收系統(tǒng)的A/D變換的采樣間隔小于 其中Tb表示發(fā)射的OFDM符號中，有效數(shù)據(jù)長度，即除去循環(huán)前綴后的符號長度。如果過采樣的速率恰好為Noversampling·Δf·NFFT，則第二個步驟重采樣的過程就可以省略。對于多路采樣信號的FFT處理，既可以通過多個FFT單元模塊并行完成，也可以通過一個高速FFT單元模塊串行處理完成。
上述步驟描述的方法中，將依據(jù)以下公式完成FFT輸出子載波數(shù)據(jù)的相位補(bǔ)償。
Δθ(m,k)=-2π·k·(m-1)NFFT·Noversampling---(1)]]>其中m代表該FFT模塊對應(yīng)的分路選通單元序號，1≤m≤Noversampling，k代表子載波的序號，-NFFT2≤k≤NFFT2-1,]]>Δθ(m，k)代表對第m路FFT輸出的第k個子載波的補(bǔ)償角。其特征在于，對于子載波相位補(bǔ)償?shù)奶幚恚瓤梢酝ㄟ^多個子載波相位補(bǔ)償單元模塊并行完成，也可以通過一個高速子載波相位補(bǔ)償單元模塊串行處理完成。


圖1表示通常的OFDM收發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框2表示可選的FFT窗位置示意3表示采用本發(fā)明的OFDM基帶接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4表示本發(fā)明中分路選通模塊的具體工作示意圖具體實施方式
基于本發(fā)明的實施實例，應(yīng)用于無線局域網(wǎng)IEEE 802.11a協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的OFDM接收機(jī)。參照附圖3，附圖4，給出具體實施步驟。其中附圖4為附圖3中的單元模塊(40)的詳細(xì)描述。
OFDM接收機(jī)的AD采樣器(10)以50Msps采樣速率過采樣。
將過采樣的數(shù)據(jù)通過插補(bǔ)器模塊(20)，獲得40Mbps的采樣速率，因此過采樣倍數(shù)為2。
利用位同步與FFT窗口調(diào)整單元模塊(30)對幀前導(dǎo)序列Short Preamble與Long Preamble同步，同時進(jìn)行頻偏估計與校正，以及獲取FFT窗口位置。
通過FFT窗口去除循環(huán)前綴，將截取的40Mbps的采樣數(shù)據(jù)流依每個OFDM符號128個數(shù)據(jù)點，通過分路選通器(40)分成并列的兩路64點數(shù)據(jù)(見附圖4)，通過2個并行的64點FFT模塊(50)，得到2組64點FFT的輸出。
將得到的第二路FFT輸出數(shù)據(jù)，依照公式Δθ(k)=-π·k64,]]>-26≤k≤26對52個子載波數(shù)據(jù)依據(jù)子載波號通過子載波相位補(bǔ)償單元模塊(60)分別補(bǔ)償。
將補(bǔ)償后的52個子載波數(shù)據(jù)與第一路FFT輸出52個子載波數(shù)據(jù)依相同子載波號分別相加，具體在圖3中的分路合并單元(70)完成。
將合并完成后的數(shù)據(jù)送給下游的模塊(80)來完成載波跟蹤，采樣跟蹤，均衡，解碼等后續(xù)一系列處理。
在AWGN信道下與通常采用20Msps采樣率的系統(tǒng)對比，該方法實現(xiàn)的40Msps采樣率系統(tǒng)的8種速率對應(yīng)的誤碼率性能曲線(BER vs SNR)與誤幀率性能曲線(FER vs SNR)能獲得大于2dB的SNR性能提升。
這里描述的模塊以及單元既可以采用硬件實現(xiàn)，也可以采用軟件實現(xiàn)，或軟硬件的組合方式來實現(xiàn)。本發(fā)明技術(shù)方法并不局限于上述實施例，本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員應(yīng)理解的是可在本發(fā)明范圍內(nèi)做各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。本發(fā)明可用于符合IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)、HiperLAN2標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)中的OFDM，OFDMA系統(tǒng)以及其他采用OFDM模式的通信系統(tǒng)。本發(fā)明的最大優(yōu)點在于通過過采樣引入了噪聲獨立的多組數(shù)據(jù)，依據(jù)OFDM系統(tǒng)自身的特點，在頻域完成數(shù)據(jù)的分集合并，從而降低了噪聲對系統(tǒng)的影響。提高了通信系統(tǒng)的性能。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種在正交頻分復(fù)用接收系統(tǒng)中利用時域信號過采樣分集接收信號的方法，其特征在于該方法包括下列步驟●以高于頻率Δf·NFFT的A/D采樣頻率采集射頻輸出的基帶模擬信號，其中Δf表示OFDM子載波間隔，NFFT代表FFT變換用的點數(shù)，即子載波個數(shù)●將A/D采樣后的信號通過插值的方法得到整倍數(shù)于頻率Δf·NFFT的數(shù)字基帶信號，即過采樣的采樣頻率為Noversampling·Δf·NFFT，Noversampling表示過采樣倍數(shù)●利用位同步與FFT窗口調(diào)整單元模塊獲取正確的FFT窗口位置。由于過采樣，此時FFT窗口內(nèi)包含整數(shù)倍個FFT變換點數(shù)的采樣點，即Noversampling·NFFT個采樣點●將過采樣的信號依發(fā)射信號D/A變換采樣間隔 通過分路選通單元分為并列的幾路信號，其中Tb表示發(fā)射的OFDM符號中，有效數(shù)據(jù)長度，即除去循環(huán)前綴后的符號長度?！駥⒉⒘械膸茁沸盘柗謩e通過FFT單元●將FFT單元的各路輸出信號分別做子載波的相位補(bǔ)償●將相位補(bǔ)償后的各路FFT輸出信號，依據(jù)相同的子載波號相加合并●將合并后的信號送給下游后續(xù)均衡，信道解碼等模塊處理
2.如權(quán)利要求1所述，其特征在于，方法描述的OFDM接收系統(tǒng)中，A/D變換的采樣間隔小于 其中Tb表示發(fā)射的OFDM符號中，有效數(shù)據(jù)長度，即除去循環(huán)前綴后的符號長度。
3.如權(quán)利要求1所述，其特征在于，對于多路采樣信號的FFT處理，既可以通過多個FFT單元模塊并行完成，也可以通過一個高速FFT單元模塊串行處理完成。
4.如權(quán)利要求1所述，其特征在于，將依據(jù)以下公式完成FFT輸出數(shù)據(jù)的子載波相位補(bǔ)償。Δθ(m,k)=-2π·k·(m-1)NFFT·Noversampling---(1)]]>其中m代表該FFT模塊對應(yīng)的分路選通單元序號，1≤m≤Noversampling，k代表子載波的序號，-NFFT2≤k≤NFFT2-1,]]>Δθ(m，k)代表對第m路FFT輸出的第k個子載波的補(bǔ)償角。
5.如權(quán)利要求1所述，其特征在于，對于子載波相位補(bǔ)償?shù)奶幚恚瓤梢酝ㄟ^多個子載波相位補(bǔ)償單元模塊并行完成，也可以通過一個高速子載波相位補(bǔ)償單元模塊串行處理完成
6.如權(quán)利要求1所述，一種在正交頻分復(fù)用接收系統(tǒng)中利用時域信號過采樣分集接收信號的裝置，其特征在于該裝置包括下列模塊單元●用于以高于頻率Δf·NFFT的采樣頻率采集模擬信號的A/D采樣單元●用于將信號變換至整數(shù)倍于采樣頻率Δf·NFFT的插值重采樣單元(插補(bǔ)器)●用于獲取位同步以及FFT窗口位置的位同步與FFT窗口調(diào)節(jié)單元●用于將過采樣信號以采樣間隔 分配到多路FFT輸入的分路選通單元●用于多路信號FFT變換的多路并行FFT單元模塊或一個高速串行FFT單元模塊●用于將各FFT變換輸出的信號，依據(jù)公式(1)補(bǔ)償子載波相位偏差的多路并行子載波相位偏差補(bǔ)償單元，或者一個對應(yīng)的高速串行子載波相位偏差補(bǔ)償單元●用于將相位補(bǔ)償后的信號依據(jù)相同子載波號合并的多路合并單元
全文摘要
本發(fā)明提供了一種OFDM接收機(jī)的分集接收方法與裝置。該方法首先在時域過采樣OFDM信號，通過插值將時域信號以發(fā)射信號采樣頻率的整倍數(shù)重采樣。在同步調(diào)整完成之后，將信號分成多路分別通過FFT模塊，再將各路FFT的輸出結(jié)果做相應(yīng)的子載波相位校正，然后將各路信號合并，再做后續(xù)均衡解碼等處理。該方法通過時域信號的過采樣，增加部分運算復(fù)雜度來獲取OFDM系統(tǒng)的分集增益，降低了噪聲對系統(tǒng)的影響，提高了接收機(jī)的整體性能。
文檔編號H04L27/26GK1905547SQ20051008552
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者滕煒亮, 孫靜 申請人:北京中電華大電子設(shè)計有限責(zé)任公司