專利名稱：一種正交頻分時(shí)分發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，尤其涉及一種在無線通信系統(tǒng)中通過 多個(gè)正交載波來傳輸信號(hào)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，尤其在寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)中，空中信號(hào)傳輸技
術(shù)正成為研究的焦點(diǎn)。為了獲得較高的，例如高達(dá)10bps/Hz的，頻語效 率，支持多種場(chǎng)景的通信需求，支持各種自適應(yīng)控制技術(shù)，寬帶移動(dòng)通 信系統(tǒng)的信號(hào)傳輸技術(shù)必須支持比以往任何一種同類技術(shù)更好的性能， 同時(shí)維持可控制的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度?，F(xiàn)在，寬帶移動(dòng)通信的信號(hào)傳輸技術(shù)主 要以O(shè)FDM (正交頻分復(fù)用)技術(shù)為基礎(chǔ)，并衍生出各種變種技術(shù)，如 OFDMA(正交頻分多址)、MC-CDMA(多載波-碼分多址)、MT-CDMA (多音-碼分多址)、VSF-OFCDM (正交頻分碼分復(fù)用)等，此外，基 于濾波器組的廣義多載波調(diào)制技術(shù)(GMC)和傳統(tǒng)CDMA的增強(qiáng)4支術(shù) CP-CDMA (循環(huán)前綴-碼分多址)等也受到人們的關(guān)注和重視。
然而，綜合現(xiàn)有這些傳輸技術(shù)的性能，它們?cè)谝欢ǖ臈l件下均表現(xiàn) 出優(yōu)越的性能，但是，適用的場(chǎng)景仍然不夠?qū)拸V，例如，OFDM技術(shù)的 符號(hào)長(zhǎng)度、CP長(zhǎng)度和頻鐠利用率直接相關(guān)，影響了它對(duì)不同地形和移動(dòng) 場(chǎng)景的適應(yīng)性設(shè)計(jì)，而且由它衍生出來的其它技術(shù)也有這個(gè)缺點(diǎn)；而單 載波技術(shù)，如CP-CDMA等技術(shù)對(duì)于信道頻域的適應(yīng)性不夠，直接影響 了它的頻域分集性能；而置于OFDM技術(shù)和單載波技術(shù)之間的GMC技 術(shù)，則不具備象OFDM和CP-CDMA等技術(shù)那樣的內(nèi)在的、對(duì)信道時(shí) 頻平面的適應(yīng)性，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度上顯得人工痕跡很重，設(shè)計(jì)不夠自然， 同時(shí)，它也存在和OFDM技術(shù)一樣的、場(chǎng)景適應(yīng)性4交差的缺點(diǎn)。
與本發(fā)明密切相關(guān)的技術(shù)主要有OFDM和SC/FDE (單載波-頻域均衡)兩種，它們分別代表了兩種不同的信息傳輸方法多載波通信和 單載波通信。
正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，它采用并行傳輸， 將所傳送的高速數(shù)據(jù)分解并調(diào)制到多個(gè)重疊但又正交的子信道(頻域) 中，使得每個(gè)調(diào)制信號(hào)的周期大于多徑時(shí)延擴(kuò)展，若在調(diào)制符號(hào)之間增 加一定寬度的保護(hù)間隔，則多徑傳輸引起的符號(hào)間干擾基本上被消除， 因此OFDM系統(tǒng)具有很高的頻謙利用率，對(duì)多徑傳輸引起的符號(hào)間干擾 具有很強(qiáng)的魯棒性，能夠支持高速數(shù)據(jù)傳輸。
OFDM這種多載波通信方法將要傳輸?shù)姆?hào)序列映射到并行的多個(gè) 子載波上去發(fā)送；在傳輸過程中，每個(gè)子載波上的符號(hào)僅為其對(duì)應(yīng)的子 信道幅頻響應(yīng)加權(quán)，以及高斯加性噪聲污染；在接收側(cè)，只要將子信道 的幅頻響應(yīng)歸一，就可以估計(jì)出子載波上發(fā)送來的符號(hào)，從而估計(jì)到發(fā) 送序列。為了便于在接收側(cè)無損地均衡子信道的幅頻響應(yīng)特性，必須在 每個(gè)OFDM發(fā)送符號(hào)的前端添加至少長(zhǎng)度為信道最大時(shí)延擴(kuò)展的循環(huán) 前綴(CP)，它是從OFDM符號(hào)的尾端拷貝來的。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的OFDM無線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的框圖。其中，無 線發(fā)射機(jī)l，包括一個(gè)串并轉(zhuǎn)換裝置11，，用于將經(jīng)過數(shù)據(jù)調(diào)制映射得到 的串行符號(hào)流串并轉(zhuǎn)換為多個(gè)并行符號(hào)流； 一個(gè)IFFT變換裝置12，，用 于通過逆IDFT變換來將所述多個(gè)并行符號(hào)流調(diào)制到多個(gè)正交子載波上 并合成為OFDM符號(hào)； 一個(gè)加CP裝置13'，用于將所述OFDM符號(hào)尾 部的一部分復(fù)制到符號(hào)的前端，形成最終的帶CP的OFDM符號(hào)，CP 使所傳輸?shù)姆?hào)具有周期性，當(dāng)CP的長(zhǎng)度比信號(hào)在信道中傳輸?shù)难舆t 時(shí)間長(zhǎng)，則碼間干擾(ISI)僅僅會(huì)影響OFDM符號(hào)前端的CP,從而在 接收機(jī)端可以簡(jiǎn)單通過去除CP就可消除ISI。當(dāng)然，該無線發(fā)射機(jī)還應(yīng) 包括用于對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼和數(shù)據(jù)調(diào)制的信道編碼和調(diào)制裝 置；以及將OFDM符號(hào)進(jìn)行D/A變換和模擬信號(hào)處理(例如信道成形 濾波)，并調(diào)制到射頻，然后通過天線發(fā)送出去，由于這些部分與本發(fā) 明并無直接關(guān)系，因此為簡(jiǎn)明起見，在此省略。
相應(yīng)地，在接收機(jī)2，中，包括一個(gè)去CP裝置21'，用于將下變頻到基帶所獲得的OFDM符號(hào)前端的CP去除； 一個(gè)FFT裝置22，，用于通 過DFT變換來對(duì)去除CP后的OFDM符號(hào)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，獲得解調(diào)后 的并行符號(hào)流； 一個(gè)并串轉(zhuǎn)換裝置23，，用于將所解調(diào)得到的并行符號(hào) 流并串轉(zhuǎn)換為串行符號(hào)流。當(dāng)然，該無線接收機(jī)機(jī)還應(yīng)包括接收射頻信 號(hào)的接收天線；將射頻信號(hào)下變頻到基帶的下變頻裝置和對(duì)下變頻后的 基帶信號(hào)進(jìn)行匹配濾波的匹配濾波裝置等；以及，基于發(fā)射端的信道編 碼和調(diào)制規(guī)則來對(duì)所述串行符號(hào)流進(jìn)行相應(yīng)的信道譯碼和解調(diào)，從而獲得最初傳輸?shù)男盘?hào)流的信il^奪碼和解調(diào)裝置，由于這些部分與本發(fā)明并無 直接關(guān)系，因此為簡(jiǎn)明起見，在此省略。
與傳統(tǒng)的基于橫向?yàn)V波器架構(gòu)的接收機(jī)的單載波通信系統(tǒng)相比， OFDM系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低(基于IFFT/FFT實(shí)現(xiàn)子信道信號(hào)成形和接 收匹配濾波)，頻語效率高，便于在寬帶無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，但是， OFDM的頻i普利用率和功率效率隨著CP在OFDM中包含的CP長(zhǎng)度的 增長(zhǎng)而下降，并且，為了保持較高水平的頻譜利用率和功率效率，不得 不將OFDM符號(hào)的發(fā)送數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度和CP長(zhǎng)度的比值保持在一定的倍 數(shù)以上(例如，至少為4倍)，這樣，就直接導(dǎo)致了 OFDM符號(hào)的子載 波數(shù)量在寬帶無線通信場(chǎng)景下一般呈現(xiàn)較大的數(shù)值(例如，256個(gè)子載 波)，致使子載波的等效帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信道的相千帶寬，提升了接收機(jī) 對(duì)頻率同步精度的敏感度，并且降低了 OFDM系統(tǒng)的頻域分集性能；同 時(shí)，因大數(shù)量子載波的時(shí)域疊加造成了發(fā)送信號(hào)峰均比的大幅度提升， 又提高了發(fā)射機(jī)對(duì)功率放大期線形度的指標(biāo)要求?？傊?，OFDM雖然對(duì) 信道時(shí)頻平面的適應(yīng)性較強(qiáng)，但是，它的符號(hào)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度受頻譜利用率的 影響太大，頻域子載波劃分富有冗余，非常不利于在移動(dòng)速度快、載波 頻率高、多普勒(Doppler)頻移大的通信場(chǎng)景中使用；反之，在低速移動(dòng)、 載波頻率低、Doppler頻移小的通信場(chǎng)景中，OFDM符號(hào)的長(zhǎng)度又不能 適當(dāng)加長(zhǎng)，以提升頻譜利用率，因此，整個(gè)OFDM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯得比較 呆板，其符號(hào)長(zhǎng)度必須針對(duì)通信場(chǎng)景的惡劣場(chǎng)景設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致了潛在 的容量損失。
SC/FDE(單載波頻域均衡)通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單載波通信系統(tǒng)非常 接近，但是，它將發(fā)送的符號(hào)序列劃分成一塊塊等長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊，并為每 個(gè)數(shù)據(jù)塊拷貝一個(gè)循環(huán)前綴(CP),這個(gè)CP的設(shè)計(jì)原則類同于本發(fā)明的
OFDM正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，所不同的是待拷貝的數(shù)據(jù)是各個(gè)數(shù)據(jù)塊的尾 部。這樣，接收機(jī)側(cè)就可以基于頻域均衡方法對(duì)信道相應(yīng)進(jìn)行均衡，從 而修復(fù)信道對(duì)發(fā)送符號(hào)的損傷，進(jìn)而估計(jì)出相應(yīng)的發(fā)送符號(hào)序列。 SC/FDE系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低(接收端基于FFT/IFFT變換和單點(diǎn)迫零均銜二 器完成頻域均衡)，有完備的均衡器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，信號(hào)峰均比不高，CP和 數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)比較靈活，便于在寬帶無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，但是， 這種方案的設(shè)計(jì)沒有考慮對(duì)信道時(shí)頻特性的適應(yīng)性，致使接收機(jī)很難提 供給信道譯碼較大的頻域分集增益，綜合性能不高；同時(shí)，單載波接收 算法容易造成噪聲增強(qiáng)和擴(kuò)散的后果，這也會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的接收誤碼 性能。
本發(fā)明正是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題而提出的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在綜合各種傳統(tǒng)單載波和多載波傳輸技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上 提出的一種新型的正交多載波頻分時(shí)分技術(shù)_ OFTDM。
本發(fā)明的無線發(fā)射機(jī)首先基于快速傅立葉逆變換(IFFT)將經(jīng)過串 并轉(zhuǎn)換后的多個(gè)并行調(diào)制符號(hào)流變換成相應(yīng)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊序列，并對(duì)多 個(gè)經(jīng)過IFFT變換的數(shù)據(jù)塊按照時(shí)間順序進(jìn)行數(shù)據(jù)塊復(fù)用，將復(fù)用后的 多個(gè)數(shù)據(jù)塊定義為一個(gè)OFTDM(正交頻分-時(shí)分復(fù)用)符號(hào)數(shù)據(jù)部分；其 次，將該OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)部分的尾部多個(gè)數(shù)據(jù)拷貝，作為循環(huán)前綴(CP ) 部分，到該OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)部分的最前部，乂人而生成該OFTDM符號(hào) 的；再次，對(duì)OFTDM符號(hào)的組成部分(數(shù)據(jù)部分和CP部分)進(jìn)行信 道成形濾波；最后，將OFTDM系統(tǒng)的基帶信號(hào)變換成射頻(RF)信號(hào)， 并由天線系統(tǒng)輻射到無線信道上去。
本發(fā)明的無線接收機(jī)首先將接收到的無線信號(hào)變換成基帶信號(hào)，并 對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，完成符號(hào)定時(shí)和頻率同步；隨后，去除 OFTDM符號(hào)前端的循環(huán)前綴，再對(duì)OFTDM符號(hào)的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行解復(fù)用，恢復(fù)成和發(fā)送端長(zhǎng)度一樣的多個(gè)數(shù)據(jù)塊序列；最后，基于FFT傅立 葉變換將發(fā)送端數(shù)據(jù)塊映射為相應(yīng)的調(diào)制符號(hào)流。優(yōu)選地，還可在進(jìn)行 OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)部分的解復(fù)用之前，基于信道估計(jì)、與OFTDM符號(hào) 的數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度相等的FFT/IFFT正反傅立葉變換、信道均衡器等實(shí)現(xiàn) OFTDM符號(hào)級(jí)別的頻域均衡(FDE )，再將經(jīng)過頻域均衡的OFTDM符 號(hào)數(shù)據(jù)部分提供給解復(fù)用步驟。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的無線發(fā)射^L中，還提出如下用于對(duì)IFFT變換矩 陣大小、循環(huán)前綴長(zhǎng)度以及數(shù)據(jù)塊解復(fù)用的數(shù)目進(jìn)行調(diào)整的控制方法
1 )根據(jù)信道帶寬和信道時(shí)延長(zhǎng)度來調(diào)整所述IFFT變換裝置的變換 矩陣的大?。?br> 2) 根據(jù)信道時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度和IFFT變換矩陣的大小來調(diào)整所述循 環(huán)前綴的長(zhǎng)度，使其大于等于信道時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度，和小于等于所述 IFFT變換矩陣的大??；也即，循環(huán)前綴(CP)必須大于信道擴(kuò)展長(zhǎng)度； 發(fā)射機(jī)IFFT變換長(zhǎng)度至少大于CP長(zhǎng)度(在通信過程中保持不變)；
3) 與多普勒(Doppler)頻移(或者信道相干時(shí)間)的大小變化相 應(yīng)地調(diào)整發(fā)射機(jī)IFFT變換數(shù)據(jù)塊時(shí)域復(fù)用的數(shù)量，以使其OFTDM符 號(hào)的等效時(shí)間長(zhǎng)度'J 、于所述信道相干時(shí)間長(zhǎng)度。
根據(jù)本發(fā)明的第 一方面，提供了 一種在無線通信系統(tǒng)中用于通過多個(gè) 正交載波傳輸信號(hào)的無線發(fā)射機(jī)，包括 一個(gè)串并轉(zhuǎn)換裝置，用于將輸入 的串行符號(hào)數(shù)據(jù)序列串并轉(zhuǎn)換多個(gè)并行的符號(hào)數(shù)據(jù)序列； 一個(gè)IFFT變 換裝置，用于對(duì)所述多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)序列中進(jìn)行IFFT正交變換，生 成多個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)塊；其特征在于，還包括 一個(gè)數(shù)據(jù)塊復(fù)用裝置，用于將 所述經(jīng)過IFFT正交變換后的多個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)塊按生成時(shí)間的先后順序復(fù) 用為基帶的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列；和一個(gè)保護(hù)間隔添加裝置，用于在 所述基帶的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列頭部或尾部生成特定長(zhǎng)度的保護(hù)間 隔，以生成待傳輸?shù)幕鶐FTDM信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了 一種在無線通信系統(tǒng)的無線發(fā)射機(jī) 中用于通過多個(gè)正交載波發(fā)送信號(hào)的方法，其包括以下步驟將輸入的 串行符號(hào)數(shù)據(jù)序列串并轉(zhuǎn)換多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)序列；對(duì)所述多個(gè)并行符
號(hào)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行IFFT正交變換，生成多個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)塊；將所述經(jīng)過IFFT 正交變換后的多個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)塊按生成時(shí)間的先后順序復(fù)用為基帶的 OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列；在所述基帶的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列頭部或尾 部添加特定長(zhǎng)度的保護(hù)間隔。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了 一種在無線通信系統(tǒng)中用于接收通 過多個(gè)正交載波傳輸?shù)腛FTDM信號(hào)的無線接收機(jī)，其包括.'一個(gè)保護(hù)間 隔去除裝置，用于去除變換到基帶的具有保護(hù)間隔的OFTDM符號(hào)序列 之間的保護(hù)間隔； 一個(gè)數(shù)據(jù)塊解復(fù)用裝置，用于將所述去除保護(hù)間隔的 OFTDM符號(hào)序列解復(fù)用為多個(gè)數(shù)據(jù)塊序列； 一個(gè)FFT變換裝置，用于按接收時(shí)間的先后順序?qū)λ龆鄠€(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行FFT變換，將其變換為多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)序列；和一個(gè)并串轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述多個(gè)并行符號(hào) 數(shù)據(jù)序列變換為串行符號(hào)數(shù)據(jù)序列。
優(yōu)選地，所述無線接收機(jī)還包括 一個(gè)信道估計(jì)裝置，用于根據(jù)所述變換到基帶的OFTDM符號(hào)序列來對(duì)時(shí)域的信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，以獲得信道響應(yīng)的估計(jì)值； 一個(gè)時(shí)/頻變換裝置，用于將所述去除保護(hù)間隔的 OFTDM數(shù)據(jù)塊序列變換為頻域的OFTDM數(shù)據(jù)塊序列； 一個(gè)頻域均衡 器，用于基于所述信道響應(yīng)的估計(jì)值，來對(duì)所述被變換到頻域的OFTDM 數(shù)據(jù)塊序列進(jìn)行信道損傷的相位補(bǔ)償和幅度補(bǔ)償，以獲得經(jīng)過頻域均衡 的頻域OFTDM數(shù)據(jù)塊序列； 一個(gè)頻/時(shí)變換裝置，用于將已經(jīng)過頻域均 衡的頻域OFTDM數(shù)據(jù)塊序列重新變換為時(shí)域的OFTDM數(shù)據(jù)塊序列， 傳輸給所述數(shù)據(jù)塊解復(fù)用裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了 一種在無線通信系統(tǒng)的無線接收才幾 中用于接收通過多個(gè)正交載波傳輸?shù)腛FTDM信號(hào)的方法，其包括以下 步驟去除基帶OFTDM符號(hào)的保護(hù)間隔;將所述去除保護(hù)間隔的 OFTDM符號(hào)序列解復(fù)用為多個(gè)數(shù)據(jù)塊序列；按接收時(shí)間的先后順序?qū)?所述多個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行FFT變換，將其變換為多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)序列；和， 將所述多個(gè)并行數(shù)據(jù)符號(hào)序列并串變換為串行符號(hào)數(shù)據(jù)序列。
優(yōu)選地，所述接收方法還包括以下步驟根據(jù)所述變換到基帶的 OFTDM符號(hào)序列或?qū)ьl訓(xùn)練序列來對(duì)時(shí)域的信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，以獲得信道響應(yīng)的估計(jì)值；將所述去除保護(hù)間隔的OFTDM數(shù)據(jù)塊序列變換 為頻域的OFTDM數(shù)據(jù)塊序列；基于所述信道響應(yīng)的估計(jì)值，來對(duì)所述 被變換到頻域的OFTDM數(shù)據(jù)塊序列進(jìn)行信道損傷的相位補(bǔ)償和幅度補(bǔ) 償，以獲得經(jīng)過頻域均衡的頻域OFTDM數(shù)據(jù)塊序列；將已經(jīng)過頻域均 衡的頻域OFTDM數(shù)據(jù)塊序列重新變換為時(shí)域的OFTDM數(shù)據(jù)塊序列， 用于進(jìn)行所述數(shù)據(jù)塊解復(fù)用操作。
本發(fā)明的無線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)是傳統(tǒng)基于循環(huán)前綴(CP)的正交頻 分復(fù)用系統(tǒng)(OFDM)和單載波頻域均衡系統(tǒng)(SC/FDE)的一種新穎的 結(jié)合和擴(kuò)展方案，既具有OFDM的低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、高頻譜效率的優(yōu)點(diǎn)， 又具有SC/FDE的頻移穩(wěn)健、易于頻率同步的優(yōu)點(diǎn)；既具有和OFDM等 同的接收誤碼性能特性，又具有比OFDM大得多的移動(dòng)速度適應(yīng)范圍。 基于OFTDM技術(shù)方案，可以在同 一種通信系統(tǒng)上同時(shí)集成多載波通信 和單載波通信的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，又可以盡量避免它們的不足，使系統(tǒng) 總體性能和復(fù)雜度達(dá)到較好的折衷。
更具體地，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明既具有多載波傳輸技術(shù)(如 OFDM)的頻語適應(yīng)性，又具有單載波通信的靈活性，并且在傳輸性能 上與OFDM技術(shù)相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較低。更為重要的是，通過控制發(fā)射 機(jī)IFFT變換數(shù)據(jù)塊時(shí)域復(fù)用數(shù)量的大小，系統(tǒng)可以獲得較大的吞吐量 增益，范圍更加寬廣的移動(dòng)速度適應(yīng)性；通過基于信道相干帶寬設(shè)計(jì)發(fā) 射機(jī)IFFT變換的大小，可以提升系統(tǒng)的頻移魯棒性；通過引進(jìn)CP前綴， 可以使OFTDM保持系統(tǒng)與OFDM在定時(shí)方面類似的穩(wěn)健性能。


下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其中相同或相似的附圖標(biāo) 記代表相同的部件。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的OFDM無線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的框圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
的在寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中用 于經(jīng)由正交多載波傳輸信號(hào)的無線發(fā)射機(jī)的框圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
的在寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中用
于經(jīng)由正交多載波傳輸信號(hào)的無線發(fā)射方法的流程圖4為添加了循環(huán)前綴的OFTDM符號(hào)序列的構(gòu)造示意圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
的在寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中用
于經(jīng)由正交多載波傳輸信號(hào)的無線接收機(jī)的框圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
的在寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中用
于經(jīng)由正交多載波傳輸信號(hào)的無線接收方法的流程圖7示出了基于MATLAB/SIMULink仿真平臺(tái)的仿真原理圖8示出在圖6所示仿真平臺(tái)上對(duì)本發(fā)明的OFTDM方案與現(xiàn)有技術(shù) 的OFDM和SC/FDE方案等三種方案在如下仿真參數(shù)條件下進(jìn)行仿真 運(yùn)算獲得的結(jié)果(誤碼率)。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖，并結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理 解，本發(fā)明并不限于具體實(shí)施例。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
的在無線通信網(wǎng)絡(luò)，尤其 是寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中用于通過多個(gè)正交載波發(fā)送信號(hào)的無線發(fā)射 機(jī)1的框圖。其中包括一個(gè)信道編碼裝置11、 一個(gè)數(shù)字調(diào)制裝置12、 一個(gè)串并轉(zhuǎn)換裝置13、 一個(gè)逆傅立葉(IDFT)變換裝置14、 一個(gè)數(shù) 據(jù)塊復(fù)用裝置15、一個(gè)保護(hù)間隔添加裝置16、一個(gè)成形濾波裝置17、 一個(gè)RF變頻裝置18和一個(gè)發(fā)射天線19。
需要說明的是，圖2中所示出的信道編碼裝置、數(shù)字調(diào)制裝置、 成形濾波裝置、RF變頻裝置和發(fā)射天線與本發(fā)明的目的并無直接關(guān) 系，僅作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在此一并進(jìn)行描述。
假定{ak，k = 0，1，2....}為輸入無線發(fā)射機(jī)的輸出數(shù)字序列，下面參照?qǐng)D2 并結(jié)合圖3來對(duì)本發(fā)明的無線發(fā)射機(jī)進(jìn)行詳細(xì)說明
信道編碼裝置11用于采用預(yù)定的信道編碼規(guī)則來對(duì)輸入數(shù)據(jù)序列 k,^0,l,2…J信道編碼，將其變換成輸出數(shù)據(jù)序列{~,^ = 0，1,2....},其中所述 信道編碼身見則可以采用例如RS碼和巻積碼組成的《及聯(lián)碼，Turbo碼，或 者LDPC碼，也可以為多種一支術(shù)組成的自適應(yīng)編碼方案，如自適應(yīng)編碼調(diào)制方案(AMC);
數(shù)字調(diào)制裝置12用于，例如依據(jù)Gray編碼規(guī)范，將經(jīng)過信道編碼 的數(shù)據(jù)序列映射到調(diào)制符號(hào)的點(diǎn)陣圖上去，所選擇的調(diào)制方式由系統(tǒng)設(shè) 計(jì)決定，可以確定為BPSK、 QPSK、 QAM調(diào)制方式中的一種，也可以 為根據(jù)誤碼率和載擾比自適應(yīng)選擇的多種動(dòng)態(tài)調(diào)制方式。經(jīng)過數(shù)字調(diào)制 裝置12，輸入數(shù)據(jù)序列^^ = 0,1，2....}變換成輸出符號(hào)序列{《,* = 0,1,2....};
串/并轉(zhuǎn)換裝置13用于將數(shù)字調(diào)制映射得到的串行符號(hào)序列按照其 后的IFFT變換矩陣的大小分為多個(gè)串行符號(hào)數(shù)據(jù)塊，并對(duì)所述多個(gè)串 行符號(hào)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換操作，以形成相應(yīng)多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)塊。經(jīng) 過串/并轉(zhuǎn)換裝置13，輸入的串行符號(hào)序列{《,^-0,1,2....}變換成多個(gè)并行 的符號(hào)數(shù)據(jù)塊^，/t-0,1,2....}，這里，^表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和IFFT變換大 小一樣的列向量；
逆傅立葉(IDFT)變換裝置14，優(yōu)選地，可由逆快速傅立葉變換 (IFFT )模塊來實(shí)現(xiàn)，用于對(duì)輸入的每個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行IDFT變 換，生成相應(yīng)的多個(gè)時(shí)域符號(hào)數(shù)據(jù)塊，其中該IDFT變換等同于對(duì)所述 輸入的并行數(shù)據(jù)進(jìn)行正交多載波調(diào)制和合成，經(jīng)過IFFT變換模塊，輸 入并行的數(shù)據(jù)塊序列^ J = 0，l，2,...}變換成相應(yīng)的時(shí)域數(shù)據(jù)塊序列 {, = 0，1，2,.-.},相互之間的關(guān)系服從/;=/^^(^),這里，A也表示一個(gè)元 素?cái)?shù)量和IFFT變換大小 一樣的列向量；
數(shù)據(jù)塊復(fù)用裝置15用于將特定數(shù)目的經(jīng)過IFFT變換后的數(shù)據(jù)塊按 照產(chǎn)生的先后次序復(fù)用成長(zhǎng)度更長(zhǎng)的正交頻分時(shí)分復(fù)用(OFTDM)符 號(hào)的數(shù)據(jù)部分。經(jīng)過數(shù)據(jù)塊復(fù)用，輸入的數(shù)據(jù)塊序列{力，^ = 0，1,2,...}變換 成OFTDM符號(hào)的數(shù)據(jù)部分的序列{&,& = 0,1,2，...},這里，^表示一個(gè)元 素?cái)?shù)量和OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)部分大小 一樣的列向量；
保護(hù)間隔添加裝置16用于在經(jīng)過數(shù)據(jù)塊復(fù)用后的OFTDM)符號(hào)數(shù) 據(jù)部分的頭或尾部添加一個(gè)特定長(zhǎng)度的保護(hù)間隔，用于減少信道間干擾 (該保護(hù)間隔的長(zhǎng)度應(yīng)大于信道最大時(shí)延擴(kuò)展長(zhǎng)度)。優(yōu)選地，保護(hù)間 隔添加裝置可采用循環(huán)前綴(CP)添加裝置，也即將所述OFTDM符號(hào) 數(shù)據(jù)部分尾部的一部分復(fù)制到OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)部分的前端，形成最終的帶CP的OFTDM符號(hào)，CP使所傳輸?shù)姆?hào)具有周期性，當(dāng)CP的長(zhǎng) 度比信號(hào)在信道中傳輸?shù)淖畲笱舆t時(shí)間長(zhǎng)，則碼間干擾(ISI)僅僅會(huì)影 響OFTDM符號(hào)前端的CP,從而在接收機(jī)端可以簡(jiǎn)單通過去除CP就可 消除ISI。經(jīng)過循環(huán)前綴添加裝置，輸入序列{^,^ = 0,1,2,..}變換成完整的 OFTDM符號(hào)序列{hk,k= 0,1,2，...},這里，^表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和OFTDM 符號(hào)大小一樣的列向量，其構(gòu)造示意圖如圖4所示；
信道信號(hào)成形裝置17用于按照頻語模板對(duì)待發(fā)送的OFTDM信號(hào)波 形進(jìn)行成形濾波。經(jīng)過信號(hào)成形裝置17，輸入的OFTDM符號(hào)序列{hk,k= 0,1,2，...}變換成輸出波形序列列{ik,k = 0,1,2,..-};
RF 變換裝置18用于將基帶的OFTDM 符號(hào)序列變換成射頻信號(hào)，并經(jīng)由發(fā)射天線發(fā)射到無線信道中去。 ' 、'
優(yōu)選地，無線發(fā)射機(jī)1還包括一個(gè)控制裝置19 (圖中未示出)，用 于執(zhí)行以下功能
1 )根據(jù)信道帶寬和信道時(shí)延長(zhǎng)度來調(diào)整所述IFFT變換裝置的變換 矩陣的大?。?br> 2) 根據(jù)信道時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度和IFFT變換矩陣的大小來調(diào)整所述循 環(huán)前綴的長(zhǎng)度，使其大于等于信道時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度，和小于等于所述 IFFT變換矩陣的大?。灰布?，循環(huán)前綴(CP)必須大于信道擴(kuò)展長(zhǎng)度； 發(fā)射機(jī)IFFT變換長(zhǎng)度至少大于CP長(zhǎng)度(在通信過程中保持不變)；
3) 與多普勒(Doppler)頻移(或者信道相千時(shí)間)的大小變化成 反向地?cái)U(kuò)大或者縮小發(fā)射機(jī)IFFT時(shí)域復(fù)用的數(shù)量；并根據(jù)信道相干時(shí) 間長(zhǎng)度來調(diào)整所述數(shù)據(jù)塊復(fù)用的數(shù)量，以使其OFTDM符號(hào)的等效時(shí)間 長(zhǎng)度小于所述信道相干時(shí)間長(zhǎng)度。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
的在寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中用 于經(jīng)由正交多載波傳輸信號(hào)的無線發(fā)射方法的流程圖。
需要說明的是，圖2中所示出的信道編碼步驟、數(shù)字調(diào)制步驟、 成形濾波步驟、RF變頻步驟和發(fā)射無線信號(hào)的步驟與本發(fā)明的目的 本無直接關(guān)系，僅作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在此一并進(jìn)行描述。
同樣，假定{ak, k=0，1,2......}為輸入無線發(fā)射機(jī)的輸出數(shù)字序列；
在步驟S101中，釆用預(yù)定信道編碼規(guī)則來對(duì)輸入數(shù)據(jù)序列 k，"0，l,2.…H言道編碼，將其變換成輸出數(shù)據(jù)序列{6^ = 0,1,2....},其中所述
信道編碼身見則可以采用例如RS碼和巻積碼組成的級(jí)聯(lián)碼，Turbo碼，或 者LDPC碼，也可以為多種4支術(shù)組成的自適應(yīng)編碼方案，如自適應(yīng)編碼 調(diào)制方案(AMC);
在步驟S102中，例如依據(jù)Gray編碼規(guī)范，將經(jīng)過信道編碼的數(shù)據(jù) 序列映射到調(diào)制符號(hào)的點(diǎn)陣圖上去，所選擇的調(diào)制方式由系統(tǒng)設(shè)計(jì)決 定，可以確定為BPSK、 QPSK、 QAM調(diào)制方式中的一種，也可以為才艮 據(jù)誤碼率和載擾比自適應(yīng)選擇的多種動(dòng)態(tài)調(diào)制方式。經(jīng)過調(diào)制操作，輸 入數(shù)據(jù)序列K,* = 0,1,2....}變換成輸出符號(hào)序列,/t = 0,1,2....};
在步驟S103中，將符號(hào)調(diào)制之后的串行符號(hào)序列按照其后的IFFT 變換矩陣的大小分為多個(gè)串行符號(hào)數(shù)據(jù)塊，并對(duì)所述多個(gè)串行符號(hào)數(shù)據(jù) 塊進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換操作，以形成相應(yīng)多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)塊。經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換 操作，輸入的串行符號(hào)序列= 0,1,2....}變換成多個(gè)并行的符號(hào)數(shù)據(jù)塊 k，& = 0,1,2....},這里，^表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和IFFT變換大小一樣的列向
曰
f;
在步驟S104中，對(duì)輸入的每個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行IDFT變換，生 成相應(yīng)的多個(gè)時(shí)域符號(hào)數(shù)據(jù)塊(其中該IDFT變換等同于對(duì)所述輸入的 并行數(shù)據(jù)進(jìn)行正交多載波調(diào)制和合成)，優(yōu)選地，IDFT變換可由逆快速 傅立葉變換(IFFT)算法來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過IFFT變換操作，輸入并行的數(shù) 據(jù)塊序列&,A = 0,1,2, .}變換成相應(yīng)的時(shí)域數(shù)據(jù)塊序列= 0,l,2, ..}，相互 之間的關(guān)系服從/^/i^T(q)，這里，A也表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和IFFT變換 大小一樣的列向量；
在步驟S105中，將特定數(shù)目的經(jīng)過IFFT變換后的數(shù)據(jù)塊按照產(chǎn)生 的先后次序復(fù)用成長(zhǎng)度更長(zhǎng)的正交頻分時(shí)分復(fù)用(OFTDM)符號(hào)的數(shù)
據(jù)部分。經(jīng)過數(shù)據(jù)塊復(fù)用操作，輸入的數(shù)據(jù)塊序列= 0,1，2,...}變換成
OFTDM符號(hào)的數(shù)據(jù)部分的序列fe，A-0,l，2,…"這里，^表示一個(gè)元素?cái)?shù) 量和OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)部分大小一樣的列向量；
在步驟S106中，在經(jīng)過數(shù)據(jù)塊復(fù)用后的OFTDM )符號(hào)數(shù)據(jù)部分的頭或尾部添加一個(gè)特定長(zhǎng)度的保護(hù)間隔，用于減少信道間干擾(該保護(hù) 間隔的長(zhǎng)度應(yīng)大于信道最大時(shí)延擴(kuò)展長(zhǎng)度)。優(yōu)選地，保護(hù)間隔為循環(huán)前綴(CP),也即，將所述OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)部分尾部的一部分復(fù)制到 OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)部分的前端，形成最終的帶CP的OFTDM符號(hào)，CP使所傳輸?shù)姆?hào)具有周期性，當(dāng)CP的長(zhǎng)度比信號(hào)在信道中傳輸?shù)淖畲?延遲時(shí)間長(zhǎng)，則碼間干擾(ISI)僅僅會(huì)影響OFTDM符號(hào)前端的CP, 從而在接收機(jī)端可以簡(jiǎn)單通過去除CP就可消除ISI。經(jīng)過循環(huán)前綴添加 步驟，輸入序列{&J = o,l,2，...}變換成完整的OFTDM符號(hào)序列 {/^,/t = 0,1,2,...},這里，/^表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和OFTDM符號(hào)大小一樣的列 向量，其構(gòu)造示意圖如圖4所示；
在步驟S107中，按照頻語模板對(duì)待發(fā)送的OFTDM信號(hào)波形進(jìn)行成 形濾波。經(jīng)過信號(hào)成形操作，輸入的OFTDM符號(hào)序列{/^,^ = 0,1,2，...}變 換成輸出波形序列化,A = 0,l,2,...};
在步驟S108中，將基帶的OFTDM符號(hào)序列變換成射頻信號(hào)；
在步驟S109中，經(jīng)由發(fā)射天線發(fā)射到無線信道中去。
優(yōu)選地，本發(fā)明的無線發(fā)射方法還包括如下控制步驟
1 )根據(jù)信道帶寬和信道時(shí)延長(zhǎng)度來調(diào)整所述IFFT變換裝置的變換 矩陣的大??；
2) 根據(jù)信道時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度和IFFT變換矩陣的大小來調(diào)整所述循 環(huán)前綴的長(zhǎng)度，使其大于等于信道時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度，和小于等于所述 IFFT變換矩陣的大??；也即，循環(huán)前綴(CP)必須大于信道擴(kuò)展長(zhǎng)度； 發(fā)射機(jī)IFFT變換長(zhǎng)度至少大于CP長(zhǎng)度(在通信過程中保持不變)；
3) 與多普勒(Doppler)頻移(或者信道相干時(shí)間)的大小變化相 應(yīng)地?cái)U(kuò)大或者縮小發(fā)射機(jī)IFFT時(shí)域復(fù)用的數(shù)量；并根據(jù)信道相干時(shí)間 長(zhǎng)度來調(diào)整所述數(shù)據(jù)塊復(fù)用的數(shù)量，以使其OFTDM符號(hào)的等效時(shí)間長(zhǎng) 度小于所述信道相干時(shí)間長(zhǎng)度。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
的在無線通信網(wǎng)絡(luò)，尤其是寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中用于接收經(jīng)由多個(gè)正交載波傳輸?shù)男盘?hào)的無線 接收機(jī)2的框圖。其中，無線接收機(jī)包括匹配濾波/同步裝置21、保
護(hù)間隔去除裝置22、信道估計(jì)裝置23、頻/時(shí)變換裝置24、單點(diǎn)頻域 均衡裝置25、時(shí)/頻變換裝置26、數(shù)據(jù)塊解復(fù)用裝置27、 FFT變換裝 置28、并/串變換裝置29、解碼裝置30、信道譯碼裝置31。
其中，需要說明的是，用于基帶處理的匹配濾波裝置、解碼裝置、 信道譯碼裝置與本發(fā)明的目的并無直接關(guān)系，僅作為 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在此一并進(jìn)行描述。另外，無線接收機(jī)還應(yīng)包括用于接收無線信 號(hào)的接收天線和用于將無線信號(hào)下變頻到基帶的射頻變頻裝置，它們 與本發(fā)明的目的也無直接關(guān)系，由于為簡(jiǎn)明起見，在圖中未示出。
假定經(jīng)過接收天線和RF射頻轉(zhuǎn)換模塊，無線接收機(jī)2可以獲得一 個(gè)基帶信號(hào)仏,/^0,1,2，...}。下面，參照?qǐng)D5并結(jié)合圖6來對(duì)本發(fā)明的無線 接收才幾進(jìn)行詳細(xì)說明
匹配濾波與同步裝置21用于對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，同 時(shí)，完成接收信號(hào)的時(shí)頻同步功能。經(jīng)過匹配濾波與同步裝置21，輸入 數(shù)據(jù)序列仏,= o,l,2,...}變換成輸出數(shù)據(jù)序列{ ,& = o,i,2,...};
保護(hù)間隔去除裝置22用于去除添加在OFTDM符號(hào)序列上的保護(hù)間 隔。當(dāng)保護(hù)間隔為循環(huán)前綴時(shí)，其用于去除OFTDM符號(hào)前端的循環(huán)前 綴(CP)，從而可以消除OFTDM符號(hào)間的千擾。經(jīng)過去除循環(huán)前綴， 輸入數(shù)據(jù)序列{ ,= 0,1,2，. }變換成輸出數(shù)據(jù)塊序列{ J = 0,1,2,...},這里， ",表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和3-5中的FFT變換大小一樣的列向量；
信道估計(jì)裝置23用于基于所述OFTDM符號(hào)序列或?qū)ьl訓(xùn)練序列來 在時(shí)域?qū)π诺理憫?yīng)進(jìn)行估計(jì)。經(jīng)過信道估計(jì)裝置23，可以獲得信道響應(yīng) 的估計(jì)值{^,/1 = 0,1,2,...丄-1},這里，L為時(shí)域響應(yīng)的最大時(shí)延；
時(shí)/頻變換裝置24用于將所接收的一定長(zhǎng)度的時(shí)域數(shù)據(jù)塊變換到頻 域中去，以便頻域均衡器能夠消除信道對(duì)該數(shù)據(jù)塊的影響，具體地，時(shí) /頻變換裝置可通過DFT、 FFT變換等算法來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過時(shí)/頻變換裝置， 輸入數(shù)據(jù)塊序列{nJ = o, 1,2，...}變換成輸出數(shù)據(jù)塊序列h,"o,l,2,,相互 之間的關(guān)系服從o^^T("j，這里，^表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和FFT變換大小一樣的列向量；
頻域均衡裝置25用于基于信道估計(jì)裝置23所提供的信道估計(jì)值來 在頻域?qū)λ鋈コh(huán)前綴的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道損傷的相位和 幅度補(bǔ)償。其中，頻域均衡裝置可以采用單點(diǎn)頻域最小均方誤差MMSE 均衡器或者單點(diǎn)頻域迫零均衡器。具體地，如果通過單點(diǎn)迫零(ZF)方 法來完成頻域均衡，則經(jīng)過頻域均衡裝置25，輸出數(shù)據(jù)塊序列 {0K,K = 0,1,2，...}和輸入數(shù)據(jù)塊序歹'J {0/^ = 0,1,2，.--}之間的關(guān)系為 pk=diag{[1/W0,1/W1,...,1/WL-1]}0K,這里，diag()表示對(duì)某個(gè)矢量的對(duì)角化操作，t =FFT(w)， 而后者w=[w。
w1 … wL-1]t, 即信道響應(yīng)歹'J向量。
頻/時(shí)變換裝置26用于將將已經(jīng)經(jīng)過頻域均衡的頻域子帶信號(hào)合成
恢復(fù)到時(shí)域中去，以便進(jìn)一步處理，具體地，頻/時(shí)變換裝置可以通過
IDFT, IFFT變換等算法來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過頻/時(shí)變換裝置26,輸入數(shù)據(jù)塊序 列{A,/t = 0,1,2，...}變換成輸出數(shù)據(jù)塊序列{^,^ = 0，1,2,...},這里，& =/^T(A),
而且，a和&表示元素?cái)?shù)量和IFFT變換大小一樣的列向量；
數(shù)據(jù)塊解復(fù)用裝置27用于將與無線發(fā)射機(jī)端的OFTDM符號(hào)的數(shù)據(jù) 部分大小相同的數(shù)據(jù)塊解復(fù)用成與無線發(fā)射機(jī)端IFFT變換矩陣大小相 同的數(shù)據(jù)塊序列。經(jīng)過數(shù)據(jù)塊解復(fù)用裝置27,輸入的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)
}被變換成多個(gè)數(shù)據(jù)塊序列化，"0，1,2，...},這里，^表示一個(gè)
元素?cái)?shù)量和發(fā)射機(jī)端IFFT變換大小一樣的列向量；
與上述OFTDM發(fā)射機(jī)端IFFT變換裝置的變換矩陣大小 一樣的FFT 變換裝置28用于對(duì)所述多個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)塊執(zhí)行與發(fā)射機(jī)端IFFT變換對(duì)應(yīng) 的逆操作，用于將輸入的時(shí)域數(shù)據(jù)塊重新映射到頻域中去。經(jīng)過FFT變 換裝置28，輸入OFTDM數(shù)據(jù)塊序列{^* = 0,1,2，...}變換成并行的符號(hào)數(shù) 據(jù)塊塊序列^J-(U，2，…"^表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和FFT變換大小一樣的 列向量；
并/串變換裝置29用于將輸入的并行符號(hào)數(shù)據(jù)塊序列變換成串行的 符號(hào)數(shù)據(jù)序列。經(jīng)過并/串變換裝置29，輸入的符號(hào)數(shù)據(jù)塊序列 ",A = o, l， 2，...}變換成串行數(shù)據(jù)序列仏，A: = o, l, 2, };
數(shù)字解調(diào)裝置30用于依據(jù)發(fā)射機(jī)端的Gray編碼規(guī)則將輸入的數(shù)據(jù) 序列解調(diào)成相應(yīng)的數(shù)字序列。如果即將執(zhí)行的信道譯碼算法基于硬判決 輸入信息，則輸出的硬信息數(shù)字序列是{0}和{1}的隨機(jī)排列，否則，符 號(hào)解調(diào)裝置30將提供相應(yīng)的基于數(shù)比特量化的軟信息數(shù)字序列。經(jīng)過 數(shù)字解調(diào)裝置30,輸入的數(shù)據(jù)序列{tk,k=0,1,2,..}變換成輸出的數(shù)字信息{uk,k=0,1,2,..};
信道譯碼裝置31用于基于發(fā)射機(jī)端的信道編碼規(guī)則來執(zhí)行信道譯 碼算法。經(jīng)過信道譯碼裝置31，輸入數(shù)字序列{uk,k=0,1,2,..},變換成輸出 數(shù)字序列{vk,k=0,1,2,..}.
圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
的在寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中用
于經(jīng)由正交多載波傳輸信號(hào)的無線接收方法的流程圖。
需要說明的是，圖中所示出的接收無線信號(hào)的步驟、將無線信號(hào) 下變頻到基帶的步驟、匹配濾波步驟、數(shù)字解調(diào)步驟、信道譯碼步驟 與本發(fā)明的目的本無直接關(guān)系，僅作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在此一并
進(jìn)行描迷。
其中，在步驟S201中，通過接收天線接收無線信號(hào)；
在步驟S202中，將無線信號(hào)下變頻為基帶OFTDM信號(hào)，假定經(jīng) 過接收步驟和下變頻步驟，獲得基帶OFTDM信號(hào){lk,k=0,1,2,..},
在步驟S203中，對(duì)接收到的基帶OFTDM信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，同時(shí)， 完成接收信號(hào)的時(shí)頻同步功能。經(jīng)過匹配濾波與同步步驟，輸入數(shù)據(jù)序 列{lk,k=0,1,2,..},變換成OFTDT符號(hào)數(shù)據(jù)序列{mk,k=0,1,2,...L-1};
在步驟S204中，去除添加在OFTDM符號(hào)序列上的保護(hù)間隔。當(dāng)保 護(hù)間隔為循環(huán)前綴時(shí)，其用于去除OFTDM符號(hào)前端的循環(huán)前綴(CP), 從而可以消除OFTDM符號(hào)間的干擾。經(jīng)過所述去除循環(huán)前綴步驟，輸 入數(shù)據(jù)序列{mk,k=0,l,2,…)變換成輸出數(shù)據(jù)塊序列{nk,k=0,1,2,..},這里，nk 表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和3-5中的FFT變換大小一樣的列向量；
在步驟S205中，基于所述OFTDM符號(hào)序列或?qū)ьl訓(xùn)練序列來在時(shí) 域?qū)π诺理憫?yīng)進(jìn)行估計(jì)，以獲得信道估計(jì)值{wk,k=0,1,2,...L-1}，這里，L 為時(shí)域響應(yīng)的最大時(shí)延；
在步驟S206中，將一定長(zhǎng)度的接收數(shù)據(jù)塊變換到頻域中去，以便能 夠通過頻域均衡來消除信道對(duì)該數(shù)據(jù)塊的影響，具體地，該步驟可通過DFT、 FFT變換等算法來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過時(shí)/頻轉(zhuǎn)換步驟，輸入數(shù)據(jù)塊序列 {nk,k=0， 1,2，..}變換成輸出數(shù)據(jù)塊序列= {0k,k=0,1,2， },相互之間的關(guān)系服從0k=FFT(nk),這里，ok表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和FFT變換大小一樣的列向量；
在步驟S207中，用于基于上述信道估計(jì)值，通過單點(diǎn)頻域均衡來在 頻域?qū)λ鋈コh(huán)前綴的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道損傷的相位和幅 度補(bǔ)償。其中，頻域均衡裝置可以采用單點(diǎn)頻域最小均方誤差MMSE 均衡器或者單點(diǎn)頻域迫零均衡器。具體地，如果通過單點(diǎn)迫零(ZF)方 法來完成頻域均衡，則經(jīng)過頻域均衡操作，輸出數(shù)據(jù)塊序列{pk，k = 0,1,2，...} 和輸入數(shù)據(jù)塊序列 {ok,k = 0,l,2,..}之間的關(guān)系為pk=diag{1/w0,1/w1...,1/w1.1]}ok,這里，diag()表示對(duì)某個(gè)矢量的對(duì)角化操作，[w0,w1...wl-1]T=FFT(w),而后者w=[w0,w1...wb-1]T,即信道響應(yīng)列向量。
在步驟S208中，將已經(jīng)經(jīng)過頻域均衡的頻域子帶信號(hào)合成恢復(fù)到時(shí) 域中去，以便進(jìn)一步處理，具體地，其可以通過IDFT, IFFT變換等算 法來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過頻/時(shí)變換裝置26,輸入數(shù)據(jù)塊序列{qk,k=0,1,2...},這里，qk=IFFT(Pk),而且，Pk和qk表示 元素?cái)?shù)量和IFFT變換大d、一樣的列向量；
在步驟S209中，將與無線發(fā)射機(jī)端的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)部分大小 相同的數(shù)據(jù)塊解復(fù)用成與無線發(fā)射機(jī)端IFFT變換矩陣大小相同的數(shù)據(jù) 塊序列。經(jīng)過所述數(shù)據(jù)塊解復(fù)用步驟，輸入OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列{qk,k=0,1,2...}變換成多個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)塊序列{rk,k=0,1,2，...}，這里，rk表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和發(fā)射機(jī)端IFFT變換大小一樣的列向量；
在步驟S210中，通過與上述OFTDM發(fā)射機(jī)端IFFT變換矩陣大小 一樣的FFT變換矩陣來對(duì)所述多個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)塊執(zhí)行與發(fā)射機(jī)端IFFT變 換對(duì)應(yīng)的逆操作，用于將輸入的時(shí)域數(shù)據(jù)塊重新映射到頻域中去。經(jīng)過 所述FFT變換步驟，輸入的多個(gè)OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)塊序列{rk,k= 0,1,2,...}變 換成多個(gè)并行的符號(hào)數(shù)據(jù)塊塊序列{sk,k = o，l,2,..}， sk表示一個(gè)元素?cái)?shù)量和FFT變換大小一樣的列向量；
在步驟S211中，將輸入的并行符號(hào)數(shù)據(jù)塊序列并/串變換成串行的 符號(hào)數(shù)據(jù)序列。經(jīng)過并/串變換操作，輸入的多個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)塊序列{sk,k= 0,1,2， .}變換成串行數(shù)據(jù)序列{tk,k= o,l,2,.. };
在步驟S212中，依據(jù)發(fā)射機(jī)端的Gray編碼少見則將輸入的數(shù)據(jù)序列 解調(diào)成相應(yīng)的數(shù)字序列。如果即將執(zhí)行的信道譯碼算法基于硬判決輸入 信息，則輸出的硬信息數(shù)字序列是{0}和{1}的隨機(jī)排列，否則，將輸出 相應(yīng)的基于數(shù)比特量化的軟信息數(shù)字序列。經(jīng)過符號(hào)解調(diào)步驟，輸入的 數(shù)據(jù)序列{ik,k= o,l,2, }變換成輸出的數(shù)字信息{uk,k = o, 1,2,...};
在步驟S213中，基于發(fā)射機(jī)端的信道編碼規(guī)則來執(zhí)行信道譯碼算 法。經(jīng)過信道譯碼步驟，輸入數(shù)字序列{uk,k = 0，1,2,...}變換成輸出數(shù)字序列 {vk,k=0,l，2,...}。
圖7示出了基于MATLAB/SIMULink仿真平臺(tái)德方針原理圖8示出在圖6所示仿真平臺(tái)上對(duì)本發(fā)明的OFTDM方案與現(xiàn)有技術(shù) 的OFDM和SC/FDE方案等三種方案在如下仿真參數(shù)條件下進(jìn)行仿真 運(yùn)算獲得的結(jié)果(誤碼率)，由圖7可以看出，本發(fā)明的OFTDM的 誤碼率明顯優(yōu)于SC/FDE方案的誤碼率，與OFDM的誤碼率相當(dāng)，但 由于本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性(256個(gè)子載波)由于OFDM ( 2048個(gè)子載 波)，因此本發(fā)明在性能和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度之間獲得了一個(gè)良好的折中。
設(shè)定仿真環(huán)境參數(shù)如下
信道帶寬IOM，信道模型SUI-4，信道編碼巻積碼(編碼碼率 1/2,約束長(zhǎng)度7，生成多項(xiàng)式[171, 133],譯碼8級(jí)3bit量化，Viterbi軟 譯碼，譯碼深度34)
設(shè)定系統(tǒng)仿真參數(shù)
OFTDM子載波個(gè)數(shù)256，數(shù)據(jù)塊復(fù)用個(gè)數(shù)8,頻域均衡點(diǎn)數(shù)2048， 頻域均衡方法單點(diǎn)迫零(ZF)均衡器
設(shè)定參與比較的系統(tǒng)參數(shù)
OFDM:
子載波個(gè)數(shù)2048,頻域均衡點(diǎn)數(shù)2048，頻域均衡方法單點(diǎn)迫零(ZF) 均衡器；
SC-FDE/LE:
頻域均衡點(diǎn)數(shù)2048,頻域均衡方法單點(diǎn)迫零(ZF)均tf器；
基于MATLAB/SIMULink仿真平臺(tái)的仿真原理圖
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解對(duì)是，本發(fā)明 并不局限于上述特定對(duì)實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在所附權(quán)利要 求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改。
權(quán)利要求
1.一種在無線通信系統(tǒng)中用于通過多個(gè)正交載波傳輸信號(hào)的無線發(fā)射機(jī)，包括一個(gè)串并轉(zhuǎn)換裝置，用于將輸入的串行符號(hào)數(shù)據(jù)序列串并轉(zhuǎn)換多個(gè)并行的符號(hào)數(shù)據(jù)序列；一個(gè)IFFT變換裝置，用于對(duì)所述多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)序列中進(jìn)行IFFT正交變換，生成多個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)塊；其特征在于，還包括一個(gè)數(shù)據(jù)塊復(fù)用裝置，用于將所述經(jīng)過IFFT正交變換后的多個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)塊按生成時(shí)間的先后順序復(fù)用為基帶的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列；和一個(gè)保護(hù)間隔添加裝置，用于在所述基帶的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列頭部或尾部生成特定長(zhǎng)度的保護(hù)間隔，以生成待傳輸?shù)幕鶐FTDM信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，還包括 所述保護(hù)間隔添加裝置為一個(gè)循環(huán)前綴生成裝置，其用于將所述OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列的尾部的特定數(shù)量數(shù)據(jù)，作為循環(huán)前綴，復(fù)制到 所述OFTDM數(shù)據(jù)序列的頭部，生成具有循環(huán)前綴的正交頻分時(shí)分符號(hào)序列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，還包括 一個(gè)控制裝置，還用于根據(jù)信道帶寬，信道相干帶寬和信道時(shí)延長(zhǎng)度來調(diào)整所述IFFT變換裝置的變換矩陣的大小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線發(fā)射機(jī)，其特征在于， 所述控制裝置還用于根據(jù)信道時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度和IFFT變換矩陣的大小來調(diào)整所述循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，使其大于等于信道時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度， 和小于等于所述IFFT變換矩陣的大小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線發(fā)射機(jī)，其特征在于， 所述控制裝置還用于與多普勒頻移或信道相千時(shí)間的大小變化相應(yīng)地調(diào)整所述數(shù)據(jù)塊復(fù)用的數(shù)量，以使其OFTDM符號(hào)的等效時(shí)間長(zhǎng)度小 于所述信道相干時(shí)間長(zhǎng)度。
6. —種在無線通信系統(tǒng)的無線發(fā)射機(jī)中用于通過多個(gè)正交載波發(fā)送信號(hào)的方法，其包括以下步驟將輸入的串行符號(hào)數(shù)據(jù)序列串并轉(zhuǎn)換多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)序列； 對(duì)所述多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行IFFT正交變換，生成多個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)塊；將所述經(jīng)過IFFT正交變換后的多個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)塊按生成時(shí)間的先后 順序復(fù)用為基帶的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列；在所述基帶的OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列頭部或尾部添加特定長(zhǎng)度的保護(hù)間隔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述生成保護(hù)間隔的步驟 包括將所述OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列的尾部的特定數(shù)量數(shù)據(jù)，作為循環(huán)前 綴，復(fù)制到所述OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)序列的頭部，生成具有循環(huán)前綴的 OFTDM符號(hào)序列。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟 根據(jù)信道帶寬和信道時(shí)延長(zhǎng)度來調(diào)整所述IFFT變換裝置的變換矩陣的大小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，根據(jù)信道時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度和IFFT變換矩陣的大小來調(diào)整所述循環(huán) 前綴的長(zhǎng)度，使其大于等于信道時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度，和小于等于所述IFFT 變換矩陣的大小自適應(yīng)地調(diào)整所述IFFT變換裝置的變換矩陣的長(zhǎng)度， 使其大于等于所述循環(huán)前綴的長(zhǎng)度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟 與多普勒偏移或信道相干時(shí)間的大小變化相應(yīng)地調(diào)整所述IFFT變換裝置的數(shù)量，以使其OFTDM符號(hào)的等效時(shí)間長(zhǎng)度小于所述信道相干 時(shí)間長(zhǎng)度
11. 一種在無線通信系統(tǒng)中用于接收通過多個(gè)正交載波傳輸?shù)?OFTDM信號(hào)的無線接收機(jī)，其包括一個(gè)保護(hù)間隔去除裝置，用于去除變換到^_的具有保護(hù)間隔的OFTDM符號(hào)序列之間的保護(hù)間隔；一個(gè)數(shù)據(jù)塊解復(fù)用裝置，用于將所述去除保護(hù)間隔的OFTDM符號(hào) 序列解復(fù)用為多個(gè)數(shù)據(jù)塊序列；一個(gè)FFT變換裝置，用于按接收時(shí)間的先后順序?qū)λ龆鄠€(gè)數(shù)據(jù)塊 進(jìn)行FFT變換，將其變換為多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)序列；一個(gè)并串轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)序列變換為串行 符號(hào)數(shù)據(jù)序列。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的無線接收機(jī)，其特征在于，還包括 一個(gè)信道估計(jì)裝置，用于根據(jù)所述變換到基帶的OFTDM符號(hào)序列來對(duì)時(shí)域的信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，以獲得信道響應(yīng)的估計(jì)值；一個(gè)時(shí)/頻變換裝置，用于將所述去除保護(hù)間隔的OFTDM數(shù)據(jù)塊序列變換為頻域的OFTDM數(shù)據(jù)塊序列；一個(gè)頻域均衡器，用于基于所述信道響應(yīng)的估計(jì)值，來對(duì)所述被變換到頻域的OFTDM數(shù)據(jù)塊序列進(jìn)行信道損傷的相位補(bǔ)償和幅度補(bǔ)償，以獲得經(jīng)過頻域均衡的頻域OFTDM數(shù)據(jù)塊序列；一個(gè)頻/時(shí)變換裝置，用于將已經(jīng)過頻域均衡的頻域OFTDM數(shù)據(jù)塊序列重新變換為時(shí)域的OFTDM數(shù)據(jù)塊序列，傳輸給所述數(shù)據(jù)塊解復(fù)用裝置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的無線接收機(jī)，其特征在于， 所述頻域均衡器包括單點(diǎn)頻域最小均方誤差MMSE均衡器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的無線接收機(jī)，其特征在于， 所述頻域均衡器為單點(diǎn)頻域迫零均衡器。
15. —種在無線通信系統(tǒng)的無線接收機(jī)中用于接收通過多個(gè)正交載 波傳輸?shù)腛FTDM信號(hào)的方法，其包括以下步驟去除基帶OFTDM符號(hào)的保護(hù)間隔；將所述去除保護(hù)間隔的OFTDM符號(hào)序列解復(fù)用為多個(gè)數(shù)據(jù)塊序列；為多個(gè)并行符號(hào)數(shù)據(jù)序列；將所述多個(gè)并行數(shù)據(jù)符號(hào)序列并串變換為串行符號(hào)數(shù)據(jù)序列。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟 根據(jù)所述變換到基帶的OFTDM符號(hào)序列或?qū)ьl訓(xùn)練序列來對(duì)時(shí)域的信道響應(yīng)進(jìn)4于估計(jì)，以獲得信道響應(yīng)的估計(jì)值；將所述去除保護(hù)間隔的OFTDM凄t據(jù)塊序列變換為頻域的OFTDM 數(shù)據(jù)塊序列；基于所述信道響應(yīng)的估計(jì)值，來對(duì)所述^^皮變換到頻域的OFTDM數(shù) 據(jù)塊序列進(jìn)行信道損傷的相位補(bǔ)償和幅度補(bǔ)償，以獲得經(jīng)過頻域均衡的 頻域OFTDM數(shù)據(jù)塊序列；將已經(jīng)過頻域均衡的頻域OFTDM數(shù)據(jù)塊序列重新變換為時(shí)域的 OF丁DM數(shù)據(jù)塊序列，用于進(jìn)行所述數(shù)據(jù)塊解復(fù)用操作。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于， 所述頻域均衡步驟為單點(diǎn)頻域最小均方誤差MMSE均ff方法。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于， 所述頻域均衡步驟為單點(diǎn)頻域迫零均衡方法。
全文摘要
本發(fā)明基于在現(xiàn)有技術(shù)中的正交頻分復(fù)用技術(shù)和單點(diǎn)-頻域均衡技術(shù)基礎(chǔ)上提出的一種新穎的正交多載波頻分時(shí)分(OFTDM)技術(shù)。在發(fā)射機(jī)端，對(duì)輸入的串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行串并變換和IFFT變換，隨后對(duì)多個(gè)經(jīng)過IFFT變換的數(shù)據(jù)塊按照時(shí)間順序來復(fù)用為一個(gè)OFTDM符號(hào)數(shù)據(jù)部分；然后在其前端添加上循環(huán)前綴以形成最終的OFTDM符號(hào)。在接收機(jī)端，首先將變頻到基帶的OFTDM符號(hào)前端的循環(huán)前綴去除，在進(jìn)行與發(fā)射機(jī)端相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)解復(fù)用、FFT變換和并串變換等操作后即可恢復(fù)最初傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)流。除包含上述現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還避免它們的不足，使系統(tǒng)總體性能和復(fù)雜度達(dá)到較好的折衷。
文檔編號(hào)H04J11/00GK101204030SQ200580049922
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者卜智勇, 平 周, 斌 周, 張小東, 李明齊, 楊秀梅 申請(qǐng)人:上海無線通信研究中心;中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所