專(zhuān)利名稱(chēng)：基于小波包變換的多載波通信系統(tǒng)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種基于小波包變換的多載波通信系統(tǒng)方案。屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，適用于第四代移動(dòng)通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多載波調(diào)制(MCM，Multi-Carrier Modulation)是將串行傳送的高速率數(shù)據(jù)流分解成若干低速率子數(shù)據(jù)流，并用這些數(shù)據(jù)流并行地調(diào)制若干個(gè)子載波，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行傳輸。
多載波調(diào)制的優(yōu)勢(shì)是在高速無(wú)線(xiàn)傳輸中，能有效地對(duì)抗多徑傳播所造成的符號(hào)間干擾；有效地對(duì)抗窄帶干擾。
多載波調(diào)制可通過(guò)正交頻分復(fù)用(OFDM)、離散多音調(diào)制(DMT)和多載波調(diào)制(MCM)等技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)。在OFDM中各子載波相互正交，允許子信道的頻譜相互交疊，因而頻譜利用率高，基本上被公認(rèn)為是第四代通信的核心技術(shù)。
正交頻分復(fù)用(OFDM)的概念早在60年代就提出來(lái)了。在小波分析理論提出之前，OFDM中相互正交的子載波集只使用相互正交的余弦函數(shù)-基于快速傅立葉變換的OFDM；小波分析理論提出之后，OFDM中相互正交的子載波集合還可以選用相互正交的小波基(基于小波變換的多載波調(diào)制)和相互正交的小波包基(基于小波包變換的多載波調(diào)制)。
以上方案中，基于小波/小波包變換的多載波調(diào)制比基于快速傅立葉變換的OFDM，性能更為優(yōu)良基于傅立葉變換的OFDM方案，子波頻譜的第一個(gè)旁瓣只比峰值下降13dB，易引入ICI和ISI，為消除ICI和ISI，需加循環(huán)前綴；而小波/小波包變換的旁瓣比主瓣低45dB，所以其抗ICI、ISI能力比基于傅立葉變換的OFDM強(qiáng)，不需加循環(huán)前綴，故其傳輸速率比基于傅立葉變換的OFDM高。
基于小波包變換的多載波調(diào)制與基于小波變換的多載波調(diào)制相比，基于小波包變換的多載波調(diào)制性能更好(1)基于小波變換的多載波調(diào)制，相鄰子信道帶寬為2倍頻程關(guān)系，信道分配固定。而基于小波包變換的多載波調(diào)制，信道分配靈活。
(2)基于小波包變換的多載波調(diào)制的抗窄帶干擾性能優(yōu)于基于小波變換的多載波調(diào)制。
綜上述，以上方案中，基于小波包變換的多載波調(diào)制的性能最佳。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)對(duì)基于小波包變換的多載波通信系統(tǒng)的性能進(jìn)行了仿真和討論，支持了上述結(jié)論，但該系統(tǒng)的完整的具體實(shí)現(xiàn)方案未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于小波包變換的多載波通信系統(tǒng)方案，該方案可用于無(wú)線(xiàn)信道環(huán)境下的通信，對(duì)抗惡劣信道環(huán)境的能力較強(qiáng)，可提供優(yōu)質(zhì)高速的無(wú)線(xiàn)傳輸。
本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)在發(fā)送端，信源數(shù)據(jù)依次通過(guò)RS編碼、交織編碼和TCM-QAM編碼，加入導(dǎo)頻信號(hào)，進(jìn)行小波包調(diào)制，再經(jīng)D/A變換及射頻調(diào)制，送入帶通信道；在接收端，經(jīng)A/D變換，估計(jì)頻率偏差與符號(hào)定時(shí)，然后進(jìn)行小波包解調(diào)，再經(jīng)信道校正，對(duì)應(yīng)發(fā)送端的調(diào)制方式，依次經(jīng)過(guò)維特比(Viterbi)譯碼、反交織和RS譯碼，還原出信源的信息。如圖1。
上述的RS編譯碼、正反交織、TCM-QAM編碼和維特比譯碼都是先進(jìn)的信道編解碼方式。小波包調(diào)制是由串/并變換模塊、小波包綜合模塊和脈沖成型模塊構(gòu)成；小波包解調(diào)是由匹配濾波模塊、小波包分解模塊和并/串變換模塊構(gòu)成。
上述的小波包分解模塊和小波包綜合模塊均采用Mallat算法。
對(duì)于并行的數(shù)據(jù)diN-k，2n，2n和diN-k，2n+1，Mallat綜合算法為djN-k+1,n=Σi(pj-2idiN-k,2n+qj-2idiN-k,2n+1)]]>其中，p和q是小波包綜合算法的等效濾波器系數(shù)。
對(duì)于單路數(shù)據(jù)，用于解調(diào)的Mallat分解算法 其中，a和b是小波包分解算法的等效濾波器系數(shù)。
Mallat算法以簡(jiǎn)單的濾波器組理論為基礎(chǔ)，大大降低了運(yùn)算的復(fù)雜度和所需存儲(chǔ)空間。此算法中用到的濾波器系數(shù)來(lái)源于已經(jīng)相當(dāng)完善的小波包理論，應(yīng)用非常方便。圖2中，一路高速數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)串/并變換轉(zhuǎn)化為多路低速信號(hào)，用小波包綜合算法的等效濾波器系數(shù)以Mallat算法進(jìn)行多次綜合，最終形成一路信號(hào)，該路信號(hào)就包含了原高速數(shù)字信號(hào)的所有信息。此后經(jīng)過(guò)脈沖成形產(chǎn)生小波包調(diào)制基帶信號(hào)。脈沖成形使用與小波包綜合同基的尺度函數(shù)等效濾波器濾波，濾波一次即可產(chǎn)生小波包調(diào)制基帶信號(hào)。實(shí)際中可以用相同的濾波器進(jìn)行多次脈沖成形操作以減少碼間串?dāng)_，同時(shí)減小信號(hào)帶寬，濾波次數(shù)可由系統(tǒng)仿真確定。
脈沖成形后的信號(hào)經(jīng)頻譜搬移送入信道。在接收端，將頻譜反向搬移和匹配濾波，用小波包分解算法的等效濾波器系數(shù)進(jìn)行多級(jí)濾波，得到多路并行低速數(shù)據(jù)，再經(jīng)并/串變換，最終還原出所傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)，如圖3。
本發(fā)明方案中信道編碼由內(nèi)信道編碼和外信道編碼組成。內(nèi)信道編碼使用了格狀編碼(TCM)技術(shù)，將編碼和調(diào)制結(jié)合在一起，使符號(hào)系列映射到信號(hào)空間所形成的路徑之間的最小歐氏距離為最大，從而在不改變帶寬的條件下，通過(guò)擴(kuò)展使用的信號(hào)的電平數(shù)，使符號(hào)錯(cuò)誤概率性能得到改善；外信道編碼采用RS編碼，進(jìn)一步改善了系統(tǒng)的抗干擾性能。這一信道編碼設(shè)計(jì)與小波包多載波調(diào)制有機(jī)結(jié)合，使本發(fā)明方案不僅具有傳統(tǒng)的基于正交余弦函數(shù)的OFDM的優(yōu)點(diǎn)，即抗碼間串?dāng)_性能好，抗多徑衰落性能好和頻譜利用率高，而且其頻譜旁瓣衰減快無(wú)需添加循環(huán)前綴，從而具有更高的傳輸速率和更強(qiáng)的抗干擾能力，并兼具信道分配靈活等優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明更適合用于各種無(wú)線(xiàn)信道的通信，尤其是移動(dòng)通信環(huán)境。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。在頻帶傳輸情況下，信號(hào)送入信道前要進(jìn)行射頻調(diào)制。
圖2為小波包調(diào)制結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為小波包解調(diào)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明方案的各模塊除A/D和D/A外，均可由DSP或FPGA+DSP實(shí)現(xiàn)。
下面以DSP實(shí)現(xiàn)為例說(shuō)明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案的主體部分(RS編譯/碼、交織/去交織、TCM-QAM編碼/Viterbi譯碼、小波包調(diào)制/小波包解調(diào))已在DSP芯片(TMS320C6701)上編程實(shí)現(xiàn)。以8路信號(hào)的小波包調(diào)制為例，RS編碼選用RS(31，23)編碼，每組RS碼可以補(bǔ)齊到32數(shù)據(jù)單元，并將數(shù)組RS編碼進(jìn)行交織。TCM-QAM編碼選用TCM64QAM，TCM-QAM的結(jié)果可以靈活分配到小波包調(diào)制的各子信道中去。解調(diào)過(guò)程是調(diào)制的逆過(guò)程，應(yīng)注意調(diào)制和解調(diào)參數(shù)選擇的一致性。
編程在CCS編譯環(huán)境下進(jìn)行。程序先用C語(yǔ)言編寫(xiě)，并使用CCS編譯環(huán)境提供的C語(yǔ)言?xún)?yōu)化選項(xiàng)提高性能。由于小波包調(diào)制的Mallat算法要進(jìn)行大量的卷積計(jì)算，對(duì)程序性能影響較大，故卷積運(yùn)算關(guān)鍵代碼用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)并全部用軟件流水優(yōu)化，對(duì)數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)格式和存放位置用偽指令進(jìn)行規(guī)范，防止對(duì)相同存儲(chǔ)區(qū)的存取產(chǎn)生沖突。經(jīng)過(guò)CCS環(huán)境的測(cè)量，小波包調(diào)制共花費(fèi)17901個(gè)時(shí)鐘周期。結(jié)果表明軟件流水方法產(chǎn)生的目標(biāo)代碼達(dá)到了DSP處理器的性能上限。
權(quán)利要求
1.一種基于小波包變換的多載波通信系統(tǒng)方案，其特征在于發(fā)送端，信源數(shù)據(jù)依次通過(guò)RS編碼、交織編碼和TCM-QAM編碼后，加入導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行小波包調(diào)制，產(chǎn)生基帶信號(hào)，經(jīng)D/A變換為模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)射頻調(diào)制，送入帶通信道；在接收端，經(jīng)A/D變換，估計(jì)頻率偏差與符號(hào)定時(shí)，然后進(jìn)行小波包解調(diào)，再經(jīng)信道校正，然后對(duì)應(yīng)發(fā)送端的調(diào)制方式，依次經(jīng)過(guò)維特比譯碼、反交織和RS譯碼，還原出信源的信息。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的方案，其特征在于小波包調(diào)制由串/并變換模塊、小波包綜合模塊和脈沖成型模塊構(gòu)成；小波包解調(diào)由匹配濾波模塊、小波包分解模塊和并/串變換模塊構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方案，其特征在于小波包綜合模塊、小波包分解模塊均采用Mallat算法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于小波包變換的多載波通信系統(tǒng)方案。該方案發(fā)送端，信源數(shù)據(jù)通過(guò)RS、交織和TCM－QAM的編碼后，加入導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行小波包調(diào)制，產(chǎn)生基帶信號(hào)，經(jīng)D/A變換為模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)射頻調(diào)制，送入帶通信道；在接收端，經(jīng)A/D變換，估計(jì)頻率偏差與符號(hào)定時(shí)，進(jìn)行小波包解調(diào)，再經(jīng)信道校正，對(duì)應(yīng)發(fā)送端，經(jīng)過(guò)維特比譯碼、反交織和RS譯碼，還原出信源信息。小波包調(diào)制由串/并變換模塊、小波包綜合模塊和脈沖成型模塊構(gòu)成；小波包解調(diào)由匹配濾波模塊、小波包分解模塊和并/串變換模塊構(gòu)成。小波包綜合、分解均采用Mallat算法。系統(tǒng)模塊可由DSP或FPGA+DSP實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明在抗干擾能力、頻譜利用率、數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)安全性比基于快速傅立葉變換的OFDM更具優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1599366SQ20041002037
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月25日
發(fā)明者郝久玉, 李惠敏, 張巖 申請(qǐng)人:天津大學(xué)