專利名稱：一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)及選擇性映射發(fā)送和接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及OFDM(正交頻分復(fù)用)通信系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種用于正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)中選擇性映射(SLM)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)以降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比(PAPR)的方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前的各種傳輸技術(shù)中，OFDM技術(shù)受到相當(dāng)?shù)年P(guān)注，因?yàn)樗抢迷诰哂薪化B頻譜的間隔很小的子載波上并行發(fā)送數(shù)據(jù)，從而大大提高了頻譜效率，顯著增加了數(shù)據(jù)傳輸速率。在OFDM技術(shù)中，通過IFFT(快速傅立葉逆變換)進(jìn)行調(diào)制，并通過FFT(快速傅立葉變換)進(jìn)行解調(diào)。
下面將簡單描述OFDM無線通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的操作。
OFDM發(fā)射機(jī)在擾碼、編碼和交織之后，在子載波上調(diào)制輸入數(shù)據(jù)，并提供可變數(shù)據(jù)率。根據(jù)該數(shù)據(jù)率來確定編碼率、交織器尺寸、以及調(diào)制方案。一般來說，使用1/2或3/4的編碼率，并且交織器尺寸取決于每OFDM碼元所編碼比特的數(shù)目。關(guān)于調(diào)制，根據(jù)需要的數(shù)據(jù)率而采用QPSK(四相鍵控)、8PSK(八相鍵控)、16QAM(16正交調(diào)幅)或64QAM(64正交調(diào)幅)。預(yù)定數(shù)目的導(dǎo)頻被添加到另一預(yù)定數(shù)目子載波上。然后，IFFT塊以這些子載波和導(dǎo)頻作為其輸入，并產(chǎn)生OFDM信號。保護(hù)間隔被插入到OFDM信號中以消除多路徑信道環(huán)境中的碼元間干擾(ISI)。其后，OFDM波形在信號波形發(fā)生器中產(chǎn)生，并最終在無線電信道上從RF(射頻)模塊發(fā)送。
除了附加同步之外，OFDM接收機(jī)以與發(fā)射機(jī)操作相反的順序執(zhí)行解調(diào)。首先，利用預(yù)定的訓(xùn)練碼元估計(jì)頻率偏移和碼元偏移。然后由FFT將消除了保護(hù)間隔的數(shù)據(jù)碼元恢復(fù)為包含預(yù)定數(shù)目的導(dǎo)頻的預(yù)定數(shù)目的子載波。均衡器估計(jì)信道條件，并從所接收信號中去除信道引起的信號失真，以防止多路徑延遲。已在均衡器中補(bǔ)償了信道響應(yīng)的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為比特流，并被去交織。在解碼和解擾之后，數(shù)據(jù)恢復(fù)為原始數(shù)據(jù)。
取代以高速率在單一載波上發(fā)送數(shù)據(jù)，在OFDM技術(shù)中，OFDM將數(shù)據(jù)劃分為并行數(shù)據(jù)流，并以低速率在多個(gè)載波上并行發(fā)送它們。由此，OFDM使得調(diào)制器/解調(diào)器的有效數(shù)字實(shí)現(xiàn)成為可能，并對頻率選擇性衰落或窄帶干擾具有魯棒性。由于這些優(yōu)點(diǎn)，OFDM技術(shù)作為當(dāng)前歐洲數(shù)字廣播業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和IEEE 802.11a和IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)而采用的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。
考慮到多個(gè)載波上的數(shù)據(jù)傳輸，用多個(gè)載波的振幅之和代表OFDM信號的振幅。如果這些載波彼此同相，則OFDM信號具有非常高的峰均比(PAPR)，這樣的OFDM信號降低了高功率線性放大器的效率，并在非線性區(qū)域操作高功率放大器，從而在載波之間引入了互調(diào)失真和頻譜再生。因此，已對OFDM系統(tǒng)的PAPR降低進(jìn)行了許多研究。
PAPR降低方法包括限幅(clipping)、塊編碼、以及相位調(diào)整。限幅是將輸入信號的最大振幅限制到期望的最大振幅的方案。它很容易降低PAPR，然而，由于非線性操作，限幅引起帶內(nèi)失真，增加了BER(誤碼率)，并引入了帶外限幅噪聲，所以，產(chǎn)生相鄰信道干擾。
對額外載波執(zhí)行塊編碼，以降低整個(gè)載波的PAPR。該方案在沒有信號失真的情況下實(shí)現(xiàn)了糾錯(cuò)和PAPR降低。然而，如果副載波帶寬大，則頻譜效率非常差，并且查找表或生成矩陣的尺寸變得太大。結(jié)果，塊編碼非常復(fù)雜，并且需要大量計(jì)算。
最后，利用選擇性映射(SLM)方案或部分發(fā)送序列(PTS)執(zhí)行相位調(diào)整。PTS是沒有非線性失真的降低PAPR的靈活方案。輸入數(shù)據(jù)被劃分為M個(gè)子塊。并在L點(diǎn)(L-point)IFFT之后，每個(gè)子塊被乘以使PAPR最小化的相位因子。在發(fā)送之前將這些乘積相加。盡管存在優(yōu)點(diǎn)，但PTS需要與子塊數(shù)目M一樣多的IFFT，并且隨著子塊數(shù)目的增加，計(jì)算相位因子所需要的計(jì)算量變得巨大。因此，高速信息傳輸受到抑制。
可替換地，SLM方案將M個(gè)相同數(shù)據(jù)塊乘以長度為N的不同相位序列，并選擇具有最低PAPR的乘積，以便發(fā)送。該方案需要M次IFFT運(yùn)算，但是有利地，顯著降低了PAPR，并且不限制載波數(shù)目。
圖1是傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)中的SLM發(fā)射機(jī)的方框圖。如圖1所示，SLM發(fā)射機(jī)100由映射表110、串并(S/P)轉(zhuǎn)換器120、分配器130、相位序列發(fā)生器140、多個(gè)乘法器150到154、多個(gè)IFFT160到164、和選擇器170組成。
參考圖1，在以預(yù)定編碼率編碼，并進(jìn)行交織之后，要發(fā)送的信息被施加到映射表110，映射表110根據(jù)預(yù)置調(diào)制方案將輸入數(shù)據(jù)映射到調(diào)制碼元。S/P轉(zhuǎn)換器120根據(jù)IFFT 160到164的輸入抽頭的數(shù)目(L點(diǎn))而將從映射表110接收的連續(xù)碼元轉(zhuǎn)換為L個(gè)并行碼元。分配器130為U個(gè)IFFT 160到164而將這些并行碼元復(fù)制為U個(gè)數(shù)據(jù)塊，并將這些數(shù)據(jù)塊發(fā)往乘法器150到154。
相位序列發(fā)生器140將統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的U個(gè)長度為N的相位序列提供給乘法器150到154。使用這些相位序列來調(diào)整輸入數(shù)據(jù)的相位。乘法器150到154給從分配器130接收的數(shù)據(jù)乘以從相位序列發(fā)生器140接收的不同相位序列。
IFFT 160到164對乘法器150到154的輸出執(zhí)行IFFT，而選擇器170從IFFT 160到164的輸出中選擇具有最小PAPR的IFFT輸出。
如圖1所示，盡管SLM需要U次IFFT操作，但其有利地降低PAPR，并且與載波數(shù)目無關(guān)地可適用。而且與PTS相比，計(jì)算量不大并且計(jì)算時(shí)間不長。所以，SLM有利于高速信息傳輸。
然而SLM的特別的缺點(diǎn)在于接收機(jī)必須知道所選擇的相位序列，以使得接收機(jī)能恢復(fù)數(shù)據(jù)。由此，需要有效發(fā)送相位序列選擇信息以在OFDM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)SLM的方法。
在申請?zhí)枮?3816132.X的發(fā)明專利中，該發(fā)明提供了一種SLM方法發(fā)送輔助信息的設(shè)備和方法，其發(fā)明專利SLM發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的方框圖如圖2及圖3所示。SLM發(fā)射機(jī)由映射表210、S/P轉(zhuǎn)換器220、分配器230、相位序列和輔助信息發(fā)生器240、多個(gè)乘法器250到254、多個(gè)輔助信息插入器260到264、多個(gè)IFFT270到274，以及選擇器280組成。
輸入數(shù)據(jù)在以預(yù)定編碼率編碼，并進(jìn)行交織之后，輸入數(shù)據(jù)被施加到映射表210。盡管可用許多方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，但是最普通的編碼類型是用于糾錯(cuò)的turbo編碼。編碼率可為1/2或3/4。
映射表210根據(jù)預(yù)置調(diào)制方案將輸入數(shù)據(jù)映射到調(diào)制碼元。S/P轉(zhuǎn)換器220將從映射表210接收的順序碼元轉(zhuǎn)換為并行碼元。分配器230為U各IFFT 260到264而將這些并行碼元復(fù)制為U個(gè)數(shù)據(jù)塊，并將這些數(shù)據(jù)塊發(fā)往乘法器250到254。每個(gè)數(shù)據(jù)塊包括多個(gè)碼元并被并行地同時(shí)輸出。
相位序列和輔助信息發(fā)生器240將U個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的長度為N的相位序列提供給乘法器250到254，并將標(biāo)識(shí)相位序列的標(biāo)識(shí)符(ID)作為輔助信息提供到輔助信息插入器260到264。使用這些相位序列來調(diào)整輸入數(shù)據(jù)的相位，并且相位序列ID是長度為log2U比特的索引類型。
乘法器250到254給從分配器230接收的數(shù)據(jù)乘以從相位序列和輔助信息發(fā)生器240接收的不同相位序列，從而旋轉(zhuǎn)這些數(shù)據(jù)塊的相位。輔助信息插入器260到264插入相位序列ID到U個(gè)經(jīng)相位旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)塊前面或者后面。換言之，輔助信息提供關(guān)于相位旋轉(zhuǎn)的信息。IFFT270到274對輔助信息插入器260到264的輸出執(zhí)行IFFT。最后選擇器280計(jì)算經(jīng)過快速傅立葉逆變換的數(shù)據(jù)塊的PAPR，并選擇一個(gè)具有最小PAPR的經(jīng)過快速傅立葉逆變換的數(shù)據(jù)塊作為OFDM信號。
對于該算法的接收機(jī)來說，SLM接收機(jī)由S/P轉(zhuǎn)換器、FFT、并串轉(zhuǎn)換器、乘法器、輔助信息監(jiān)測器、相位序列發(fā)生器、輔助信息去除器，以及去映射表等組成。
多個(gè)載波上的RF信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字基帶信號，并在用于同步和噪聲消除的預(yù)定處理之后，作為輸入信號而施加到S/P轉(zhuǎn)換器。S/P轉(zhuǎn)換器根據(jù)FFT的輸入抽頭數(shù)目(L點(diǎn))以碼元為基準(zhǔn)將輸入信號轉(zhuǎn)換為L個(gè)并行信號。FFT對并行碼元執(zhí)行FFT。P/S轉(zhuǎn)換器將并行FFT碼元轉(zhuǎn)換為長度為L的串行數(shù)據(jù)塊，并將其輸出到乘法器和輔助信息檢測器。
輔助信息檢測器從預(yù)定位置，即數(shù)據(jù)塊的開頭或結(jié)尾，檢測輔助信息。該輔助信息是log2U比特的索引，表示用于數(shù)據(jù)塊的相位旋轉(zhuǎn)的相位序列。該相位序列發(fā)生器產(chǎn)生與該索引對應(yīng)的相位序列的取反值。
乘法器給接收的數(shù)據(jù)塊乘以取反后的相位序列。輔助信息去除器從乘法器的輸出中去除輔助信息。去映射表根據(jù)預(yù)定調(diào)制方案對輔助信息去除器的輸出進(jìn)行去映射，從而恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。
同時(shí)，輔助信息去除器可以在乘法器的前端運(yùn)行。也就是說，從數(shù)據(jù)塊中去除輔助信息，隨后乘以取反后的相位序列。
通過對該專利的分析，我們不妨發(fā)現(xiàn)該方法存在著以下缺陷(一)浪費(fèi)了一定的資源用來傳輸輔助信息，造成系統(tǒng)傳輸效率的下降。而且隨著發(fā)射機(jī)相位輔助序列選擇范圍的增大，其資源浪費(fèi)就越顯著，系統(tǒng)傳輸效率大大降低。
(二)通過信道的傳輸，噪聲的干擾，輔助信息的發(fā)送存在著與數(shù)據(jù)信息相同的誤差影響，而輔助信息的獲得沒有通過特別的編碼和抗干擾措施，造成輔助信息的正確獲取存在著相當(dāng)大概率的誤差，從而嚴(yán)重影響到輔助相位序列的正確判斷，造成系統(tǒng)性能的嚴(yán)重下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)以及選擇性映射發(fā)送和接收方法。
本發(fā)明所提供的選擇性映射發(fā)送方法包括經(jīng)過編碼、交織處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)入星座映射表進(jìn)行映射后輸出復(fù)數(shù)序列；該復(fù)數(shù)序列流進(jìn)入串并轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)流由串行變換成對應(yīng)的并行數(shù)據(jù)流；然后并行數(shù)據(jù)流進(jìn)入分配器，將并行數(shù)據(jù)流復(fù)制成U路；U路并行數(shù)據(jù)流分別和相位序列發(fā)生器所產(chǎn)生的U路相位進(jìn)行相乘，從而完成數(shù)據(jù)流的相位偏轉(zhuǎn)；相位序列發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)相位的同時(shí)，按照一一對應(yīng)的關(guān)系產(chǎn)生輔助信息復(fù)數(shù)流，經(jīng)過相位偏轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)流和對應(yīng)的輔助信息復(fù)數(shù)流按照一定的功率比例關(guān)系進(jìn)行復(fù)數(shù)相加求和，產(chǎn)生U路包含相位偏轉(zhuǎn)和輔助信息流的并行數(shù)據(jù)；U路并行數(shù)據(jù)分別進(jìn)行N點(diǎn)的IFFT變換，輸出U路變換后的時(shí)域信號序列；選擇器從U路輸出信號序列中選擇峰均功率比最低的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。
本發(fā)明所提供的選擇性映射接收方法包括步驟首先接收到的信號經(jīng)過模數(shù)變換、去除循環(huán)前綴、同步校準(zhǔn)、頻偏校正等處理流程后的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)入串并轉(zhuǎn)換器，將串行數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)；并行數(shù)據(jù)經(jīng)過N點(diǎn)FFT變換后輸出頻域的復(fù)數(shù)序列流；并行數(shù)據(jù)再經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換器變成串行復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)流，串行數(shù)據(jù)流以及輔助信息發(fā)生器產(chǎn)生的輔助信息流進(jìn)入相關(guān)器進(jìn)行共軛相關(guān)，通過比較U種已知的發(fā)送輔助信息復(fù)數(shù)流進(jìn)行相關(guān)后的峰值，可以得知發(fā)射器選擇傳輸?shù)妮o助信息復(fù)數(shù)序列值；將FFT變換后接收到的串行數(shù)據(jù)流減去輔助信息復(fù)數(shù)序列值，可以得到經(jīng)過相位偏轉(zhuǎn)以后的原始數(shù)據(jù)；由于輔助信息數(shù)據(jù)流和相位發(fā)生器的相位序列具有一一對應(yīng)的關(guān)系，通過輔助信息復(fù)數(shù)序列值的確認(rèn)，同時(shí)便得知了發(fā)射器所選擇的隨機(jī)相位序列偏轉(zhuǎn)值，相位序列發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)射器選擇的相位序列的反相序列值，乘以上述對應(yīng)的接收數(shù)據(jù)，便可以獲得未加相位偏轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)；將原始數(shù)據(jù)經(jīng)過星座去映射，便可以獲得數(shù)據(jù)比特流。
本發(fā)明所提供的發(fā)射機(jī)包括映射表，其根據(jù)預(yù)置調(diào)制方案將經(jīng)過預(yù)定編碼率編碼，并進(jìn)行交織以后的輸入數(shù)據(jù)比特映射到調(diào)制碼元；S/P轉(zhuǎn)換器，其將從映射表接收的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的并行數(shù)據(jù)流；分配器將并行數(shù)據(jù)復(fù)制成U個(gè)數(shù)據(jù)塊；相位序列和輔助信息發(fā)生器，產(chǎn)生U個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的相位序列，每一個(gè)相位序列的長度為N，同時(shí)根據(jù)相位序列產(chǎn)生一一對應(yīng)的U個(gè)長度為N的輔助復(fù)數(shù)信息；乘法器，其用于將分配器出來的U個(gè)數(shù)據(jù)塊分別與U個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的相位序列相乘；加法器，將U個(gè)經(jīng)不同相位偏轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)序列分別加上與該相位序列對應(yīng)的輔助信息序列，得到U個(gè)不同的數(shù)據(jù)序列流；IFFT變換器，用于將U個(gè)數(shù)據(jù)塊然后分別進(jìn)行快速傅立葉逆變換，得到U個(gè)時(shí)域信號數(shù)據(jù)塊。
本發(fā)明所提供的接收機(jī)包括串并變換器，將接收機(jī)接收到的進(jìn)行了數(shù)模變換，符號同步定時(shí)以及頻偏處理和去除循環(huán)前綴后的信號的串行數(shù)據(jù)流變換成并行數(shù)據(jù)塊；FFT變換器，對上述并行數(shù)據(jù)塊進(jìn)行FFT變換并輸出頻域并行數(shù)據(jù)塊；并串變換器，用于將輸入的并行數(shù)據(jù)塊變換為串行數(shù)據(jù)流；輔助信息發(fā)生器，用于產(chǎn)生與發(fā)射機(jī)相同的U種輔助信息序列；相關(guān)器，用于將接收信號與這U種輔助信息序列分別進(jìn)行相關(guān)，通過比較相關(guān)器的輸出能量峰值，輸出發(fā)射機(jī)所選擇的確定輔助信息序列；減法器，用于將接收的信號減去上述相關(guān)器的輸出得到相位偏轉(zhuǎn)后的相位序列；相位序列發(fā)生器，通過相關(guān)器輸出的輔助信息，得到正交頻分復(fù)用系統(tǒng)SLM發(fā)射機(jī)對原始數(shù)據(jù)所進(jìn)行的相位偏轉(zhuǎn)；乘法器，用于將減法器輸出的相位偏轉(zhuǎn)后的相位序列與相位序列發(fā)生器輸出的相反相位序列進(jìn)行相乘以便得到原始數(shù)據(jù)；去映射表，用于對乘法器輸出的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行逆映射、解交織及解碼。
通過本發(fā)明的方法和發(fā)射機(jī)以及接收機(jī)，我們可以獲得下列顯著優(yōu)勢本發(fā)明的SLM輔助邊信息的發(fā)射和接收過程，不需要浪費(fèi)系統(tǒng)的資源，大大提高了系統(tǒng)的傳輸效率。本發(fā)明利用了N點(diǎn)相關(guān)器進(jìn)行輔助信息的探察，增強(qiáng)了系統(tǒng)抵抗信道和隨機(jī)噪聲干擾的能力。我們知道在頻率選擇性衰落信道中，某些頻率可能受到干擾，發(fā)生畸變。然而通過N點(diǎn)長度的相關(guān)器進(jìn)行共軛相乘后求和，部分頻率的衰減影響到的只是相關(guān)器的部分序列值，仍然存在著大量的具有強(qiáng)相關(guān)性的序列值，也就是說相關(guān)器輸出的峰值略微受到影響，而不會(huì)影響到對輔助信息發(fā)送序列的判斷，從而正確判斷對應(yīng)的相位偏轉(zhuǎn)值。本發(fā)明的方法隨著IFFT點(diǎn)數(shù)的增加，不會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)降低PAPR的性能下降。相反，隨著IFFT點(diǎn)數(shù)的增加，輔助信息復(fù)數(shù)序列值的長度增加，相關(guān)器的長度增大，使得相關(guān)器的輸出峰值更加尖銳，從而大大增強(qiáng)了系統(tǒng)對抗干擾的能力，提高了正確接收和判斷輔助信息的能力，從而增加了系統(tǒng)的性能。


圖1是傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)中的SLM發(fā)射機(jī)的方框圖；圖2是傳統(tǒng)的SLM發(fā)射機(jī)的方框圖；
圖3是傳統(tǒng)的SLM接收機(jī)的方框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的OFDM系統(tǒng)的SLM發(fā)射機(jī)的框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的OFDM系統(tǒng)SLM接收機(jī)的框圖；圖6是相關(guān)器能量輸出仿真圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明通過對已公布的專利(其專利申請?zhí)枮?3816132.X)的分析，設(shè)計(jì)出一種克服該專利缺陷的更加有效的方法，用來傳輸SLM發(fā)射機(jī)輔助信息，不但大大提高了系統(tǒng)傳輸效率，而且增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾的能力，從而提高了OFDM系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明的SLM發(fā)射機(jī)框圖如圖4，接收機(jī)框圖如圖5所示，其數(shù)據(jù)流程及算法原理如下經(jīng)過編碼、交織處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)入星座映射表進(jìn)行映射后輸出復(fù)數(shù)序列；該復(fù)數(shù)序列流進(jìn)入串并轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)流由串行變換成對應(yīng)的并行數(shù)據(jù)流；然后并行數(shù)據(jù)流進(jìn)入分配器，將并行數(shù)據(jù)流復(fù)制成U路；U路并行數(shù)據(jù)流分別和相位序列發(fā)生器所產(chǎn)生的U路相位進(jìn)行相乘，從而完成數(shù)據(jù)流的相位偏轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)過程中，U路相位的產(chǎn)生方式是隨機(jī)化的過程，產(chǎn)生后的U路相位在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別予以確定并保存，以方便解調(diào)；相位序列發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)相位的同時(shí)，按照一一對應(yīng)的關(guān)系產(chǎn)生輔助信息復(fù)數(shù)流，對應(yīng)每一路相位值的輔助信息復(fù)數(shù)流的長度為IFFT變換長度N，各路輔助信息復(fù)數(shù)流之間滿足共軛正交的關(guān)系(對應(yīng)位上的復(fù)數(shù)進(jìn)行共軛相乘后的求和值為0)；經(jīng)過相位偏轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)流和對應(yīng)的輔助信息復(fù)數(shù)流按照一定的功率比例關(guān)系進(jìn)行復(fù)數(shù)相加求和，產(chǎn)生U路包含相位偏轉(zhuǎn)和輔助信息流的并行數(shù)據(jù)；U路并行數(shù)據(jù)分別進(jìn)行N點(diǎn)的IFFT變換，輸出U路變換后的時(shí)域信號序列；選擇器從U路輸出信號序列中選擇PAPR最低的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。
SLM接收機(jī)的數(shù)據(jù)處理流程為首先接收到的信號經(jīng)過模數(shù)變換、去除循環(huán)前綴、同步校準(zhǔn)、頻偏校正等處理流程后的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)入串并轉(zhuǎn)換器，將串行數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)(同步、頻偏等數(shù)據(jù)處理流程也可能在FFT變換之后進(jìn)行)；并行數(shù)據(jù)經(jīng)過N點(diǎn)FFT變換后輸出頻域的復(fù)數(shù)序列流；并行數(shù)據(jù)再經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換器變成串行復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)流，由SLM發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)處理流程，我們知道該復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)流包含了輔助復(fù)數(shù)序列值以及經(jīng)過相位偏轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)值；串行數(shù)據(jù)流以及輔助信息發(fā)生器產(chǎn)生的輔助信息流進(jìn)入相關(guān)器(相關(guān)器的長度為N)進(jìn)行共軛相關(guān)，通過比較U種已知的發(fā)送輔助信息復(fù)數(shù)流進(jìn)行相關(guān)后的峰值，從而可以得知發(fā)射器選擇傳輸?shù)妮o助信息復(fù)數(shù)序列值；將FFT變換后接收到的串行數(shù)據(jù)流減去輔助信息復(fù)數(shù)序列值，便可以得到經(jīng)過相位偏轉(zhuǎn)以后的原始數(shù)據(jù)；由于輔助信息數(shù)據(jù)流和相位發(fā)生器的相位序列具有一一對應(yīng)的關(guān)系，通過輔助信息復(fù)數(shù)序列值的確認(rèn)，同時(shí)便得知了發(fā)射器所選擇的的隨機(jī)相位序列偏轉(zhuǎn)值，相位序列發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)射器選擇的相位序列的反相序列值，乘以對應(yīng)的接收數(shù)據(jù)，于是便可以獲得未加相位偏轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)；將原始數(shù)據(jù)經(jīng)過星座去映射，便可以獲得數(shù)據(jù)比特流，從而繼續(xù)完成接收數(shù)據(jù)的下續(xù)處理流程。
下面結(jié)合發(fā)明框圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)說明。
在OFDM系統(tǒng)中，在以預(yù)定編碼率編碼，并進(jìn)行交織以后，輸入數(shù)據(jù)比特進(jìn)入映射表，映射表根據(jù)預(yù)置調(diào)制方案將輸入數(shù)據(jù)映射到調(diào)制碼元(在WiMAX系統(tǒng)中映射輸出為順序的復(fù)數(shù)序列流)，S/P轉(zhuǎn)換器將從映射表接收的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的并行數(shù)據(jù)流。分配器將并行數(shù)據(jù)復(fù)制成U個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊包含N個(gè)數(shù)據(jù)符號(X＝X1，X2…XN)。
相位序列和輔助信息發(fā)生器產(chǎn)生U個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的相位序列P1，P2，…PU，每一個(gè)相位序列的長度為N(p1，p2，…PN)，同時(shí)根據(jù)相位序列產(chǎn)生一一對應(yīng)的U個(gè)長度為N的輔助復(fù)數(shù)信息A1，A2，…AU，U個(gè)長度為N的輔助信息序列之間要求滿足相互正交，即Ax·Ay=Σa=1Naibi=0(x≠y),]]>其中a1，a2，…aN；b1，b2，…bN表示Ax，Ay對應(yīng)的長度為N的復(fù)數(shù)序列(根據(jù)調(diào)制方式不同，復(fù)數(shù)序列的取值亦可以有所不同，如采用QPSK調(diào)制的時(shí)候，復(fù)數(shù)序列的取值范圍為{1+j；1-j；-1+j；-1-j})。
然后，分配器出來的U個(gè)數(shù)據(jù)塊分別與U個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的相位序列相乘，產(chǎn)生U個(gè)不同相位偏轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)序列X·Pi={X1p1i,X2p2i,...XNpNi},i=1,2,...N.]]>U個(gè)經(jīng)不同相位偏轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)序列分別加上與該相位序列對應(yīng)的輔助信息序列，得到U個(gè)不同的數(shù)據(jù)序列流X·Pi+Ai={X1p1i+xa1i,X2p2i+xa2i,...XNpNi+xaNi},i=1,2,...N.]]>為了有效利用發(fā)射功率，增大系統(tǒng)覆蓋面積，可以將輔助信息功率和數(shù)據(jù)功率按照一定的比例取值x進(jìn)行相加合成(x取值建議為1～1/5)，從而提高系統(tǒng)有效發(fā)射功率。
U個(gè)數(shù)據(jù)塊然后分別進(jìn)行IFFT變換，得到U個(gè)時(shí)域信號數(shù)據(jù)塊x1i，x2i，…xNi，i＝1，2，…N。選擇器對這U個(gè)輸出的時(shí)域數(shù)據(jù)塊分別進(jìn)行計(jì)算，比較選擇其中峰均比PAPR最小的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行放大，調(diào)制到射頻后發(fā)送出去。
對于該方法的OFDM系統(tǒng)SLM接收機(jī)來說，其數(shù)據(jù)接收處理流程為接收機(jī)將接收到的信號進(jìn)行數(shù)模變換，符號同步定時(shí)以及頻偏處理(注意，在設(shè)計(jì)的實(shí)際OFDM系統(tǒng)中，符號同步定時(shí)以及頻偏校正等處理流程也可以在FFT變換之后進(jìn)行)，去除循環(huán)前綴以后的串行數(shù)據(jù)流進(jìn)入串并變換器，將串行數(shù)據(jù)變換成并行數(shù)據(jù)塊，然后進(jìn)行FFT變換，輸出頻域并行數(shù)據(jù)塊，并行數(shù)據(jù)塊進(jìn)入并串變換器，得到串行數(shù)據(jù)流。由SLM發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)處理流程，我們知道該數(shù)據(jù)流為包含了相位偏轉(zhuǎn)與輔助信息的原始數(shù)據(jù)流疊加了信道噪聲后的接收信號。
輔助信息發(fā)生器產(chǎn)生與發(fā)射機(jī)相同的U種輔助信息序列，將接收信號與這U種輔助信息序列分別進(jìn)行相關(guān)，通過比較相關(guān)器的輸出能量峰值，可以找到發(fā)射機(jī)所選擇的確定輔助信息序列。由于接收信號中包含了某種輔助信息序列值，所以當(dāng)且僅當(dāng)進(jìn)入相關(guān)器的輔助信息序列與接收信號中的輔助信息序列完全相同的時(shí)候，相關(guān)器輸出的能量取得最大峰值；對于其他進(jìn)入相關(guān)器的輔助信息序列，由于與接收信號中包含的輔助信息序列完全正交，其相關(guān)器輸出能量表現(xiàn)為隨機(jī)噪聲，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于能量峰值。對于疊加在信號中的噪聲與發(fā)生了相位偏轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)來說，其與輔助信息序列的相關(guān)性很差，其相關(guān)輸出能量仍然表現(xiàn)為噪聲能量，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相關(guān)器能量峰值。圖6為包含了某種輔助信息的發(fā)送數(shù)據(jù)疊加了信噪比為20dB的白高斯信道噪聲后，與200個(gè)完全正交的輔助信息進(jìn)行相關(guān)后輸出的仿真能量圖(N取值為512)，從該仿真圖中我們可以正確獲得OFDM系統(tǒng)SLM發(fā)射機(jī)所選擇的輔助信息序列。
由于某種輔助信息與某種相位序列之間存在著一一對應(yīng)的關(guān)系，通過輔助信息的獲得，我們可以得到OFDM系統(tǒng)SLM發(fā)射機(jī)對原始數(shù)據(jù)所進(jìn)行的相位偏轉(zhuǎn)。將通過P/S轉(zhuǎn)換器所接收到的數(shù)據(jù)減去輔助信息，然后與相位序列發(fā)生器產(chǎn)生的相反相位序列進(jìn)行相乘，便得到了原始數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行逆映射、解交織及解碼等過程，我們便恢復(fù)了原始數(shù)據(jù)比特。
權(quán)利要求
1.一種用于正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)中發(fā)送關(guān)于選擇性映射的輔助信息的方法，其特征在于包括以下步驟(1)經(jīng)過編碼、交織處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)入星座映射表進(jìn)行映射后輸出復(fù)數(shù)序列；(2)該復(fù)數(shù)序列流進(jìn)入串并轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)流由串行變換成對應(yīng)的并行數(shù)據(jù)流；(3)然后并行數(shù)據(jù)流進(jìn)入分配器，將并行數(shù)據(jù)流復(fù)制成U路；(4)U路并行數(shù)據(jù)流分別和相位序列發(fā)生器所產(chǎn)生的U路相位進(jìn)行相乘，從而完成數(shù)據(jù)流的相位偏轉(zhuǎn)；(5)相位序列發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)相位的同時(shí)，按照一一對應(yīng)的關(guān)系產(chǎn)生輔助信息復(fù)數(shù)流，經(jīng)過相位偏轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)流和對應(yīng)的輔助信息復(fù)數(shù)流按照一定的功率比例關(guān)系進(jìn)行復(fù)數(shù)相加求和，產(chǎn)生U路包含相位偏轉(zhuǎn)和輔助信息流的并行數(shù)據(jù)；(6)U路并行數(shù)據(jù)分別進(jìn)行N點(diǎn)的IFFT變換，輸出U路變換后的時(shí)域信號序列；(7)選擇器從U路輸出信號序列中選擇峰均功率比最低的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于U路相位的產(chǎn)生方式是隨機(jī)化的過程，產(chǎn)生后的U路相位在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別予以確定并保存，以方便解調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于對應(yīng)每一路相位值的輔助信息復(fù)數(shù)流的長度為IFFT變換長度N，各路輔助信息復(fù)數(shù)流之間滿足共軛正交的關(guān)系。
4.一種用于正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)中接收關(guān)于選擇性映射的輔助信息的方法，其特征在于包括以下步驟(a)首先接收到的信號經(jīng)過模數(shù)變換、去除循環(huán)前綴、同步校準(zhǔn)、頻偏校正等處理流程后的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)入串并轉(zhuǎn)換器，將串行數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)；(b)并行數(shù)據(jù)經(jīng)過N點(diǎn)FFT變換后輸出頻域的復(fù)數(shù)序列流；(c)并行數(shù)據(jù)再經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換器變成串行復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)流，串行數(shù)據(jù)流以及輔助信息發(fā)生器產(chǎn)生的輔助信息流進(jìn)入相關(guān)器進(jìn)行共軛相關(guān)，通過比較U種已知的發(fā)送輔助信息復(fù)數(shù)流進(jìn)行相關(guān)后的峰值，可以得知發(fā)射器選擇傳輸?shù)妮o助信息復(fù)數(shù)序列值；(d)將FFT變換后接收到的串行數(shù)據(jù)流減去輔助信息復(fù)數(shù)序列值，可以得到經(jīng)過相位偏轉(zhuǎn)以后的原始數(shù)據(jù)；(e)由于輔助信息數(shù)據(jù)流和相位發(fā)生器的相位序列具有一一對應(yīng)的關(guān)系，通過輔助信息復(fù)數(shù)序列值的確認(rèn)，同時(shí)便得知了發(fā)射器所選擇的隨機(jī)相位序列偏轉(zhuǎn)值，相位序列發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)射器選擇的相位序列的反相序列值，乘以上述對應(yīng)的接收數(shù)據(jù)，便可以獲得未加相位偏轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)；(f)將原始數(shù)據(jù)經(jīng)過星座去映射，便可以獲得數(shù)據(jù)比特流。
5.一種正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)，包括選擇性映射SLM發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，其特征在于所述發(fā)射機(jī)包括映射表，其根據(jù)預(yù)置調(diào)制方案將經(jīng)過預(yù)定編碼率編碼，并進(jìn)行交織以后的輸入數(shù)據(jù)比特映射到調(diào)制碼元；S/P轉(zhuǎn)換器，其將從映射表接收的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的并行數(shù)據(jù)流；分配器將并行數(shù)據(jù)復(fù)制成U個(gè)數(shù)據(jù)塊；相位序列和輔助信息發(fā)生器，產(chǎn)生U個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的相位序列，每一個(gè)相位序列的長度為N，同時(shí)根據(jù)相位序列產(chǎn)生一一對應(yīng)的U個(gè)長度為N的輔助復(fù)數(shù)信息；乘法器，其用于將分配器出來的U個(gè)數(shù)據(jù)塊分別與U個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的相位序列相乘；加法器，將U個(gè)經(jīng)不同相位偏轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)序列分別加上與該相位序列對應(yīng)的輔助信息序列，得到U個(gè)不同的數(shù)據(jù)序列流；IFFT變換器，用于將U個(gè)數(shù)據(jù)塊然后分別進(jìn)行快速傅立葉逆變換，得到U個(gè)時(shí)域信號數(shù)據(jù)塊；上述接收機(jī)包括串并變換器，將接收機(jī)接收到的進(jìn)行了數(shù)模變換，符號同步定時(shí)以及頻偏處理和去除循環(huán)前綴后的信號的串行數(shù)據(jù)流變換成并行數(shù)據(jù)塊；FFT變換器，對上述并行數(shù)據(jù)塊進(jìn)行FFT變換并輸出頻域并行數(shù)據(jù)塊；并串變換器，用于將輸入的并行數(shù)據(jù)塊變換為串行數(shù)據(jù)流；輔助信息發(fā)生器，用于產(chǎn)生與發(fā)射機(jī)相同的U種輔助信息序列；相關(guān)器，用于將接收信號與這U種輔助信息序列分別進(jìn)行相關(guān)，通過比較相關(guān)器的輸出能量峰值，輸出發(fā)射機(jī)所選擇的確定輔助信息序列；減法器，用于將接收的信號減去上述相關(guān)器的輸出得到相位偏轉(zhuǎn)后的相位序列；相位序列發(fā)生器，通過相關(guān)器輸出的輔助信息，得到正交頻分復(fù)用系統(tǒng)SLM發(fā)射機(jī)對原始數(shù)據(jù)所進(jìn)行的相位偏轉(zhuǎn)；乘法器，用于將減法器輸出的相位偏轉(zhuǎn)后的相位序列與相位序列發(fā)生器輸出的相反相位序列進(jìn)行相乘以便得到原始數(shù)據(jù)；去映射表，用于對乘法器輸出的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行逆映射、解交織及解碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于可以將輔助信息功率和數(shù)據(jù)功率按照一定的比例取值進(jìn)行相加合成，該取值的范圍為1～1/5。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于在相關(guān)器中，當(dāng)進(jìn)入相關(guān)器的輔助信息序列與接收信號中的輔助信息序列完全相同的時(shí)候，相關(guān)器輸出的能量取得最大峰值；對于其他進(jìn)入相關(guān)器的輔助信息序列，由于與接收信號中包含的輔助信息序列完全正交，其相關(guān)器輸出能量表現(xiàn)為隨機(jī)噪聲，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于能量峰值，因此得到發(fā)射機(jī)所選擇的確定輔助信息序列。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射機(jī)中的相位序列和輔助信息發(fā)生器以及接收機(jī)中的輔助信息發(fā)生器產(chǎn)生的輔助信息序列都是相互正交的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)以及選擇性映射發(fā)送和接收方法。本發(fā)明利用了N點(diǎn)相關(guān)器進(jìn)行輔助信息的探察，增強(qiáng)了系統(tǒng)抵抗信道和隨機(jī)噪聲干擾的能力。通過N點(diǎn)長度的相關(guān)器進(jìn)行共軛相乘后求和，部分頻率的衰減影響到的只是相關(guān)器的部分序列值，不會(huì)影響到對輔助信息發(fā)送序列的判斷，從而正確判斷對應(yīng)的相位偏轉(zhuǎn)值。本發(fā)明的方法隨著IFFT點(diǎn)數(shù)的增加，不會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)降低PAPR的性能下降。相反，隨著IFFT點(diǎn)數(shù)的增加，輔助信息復(fù)數(shù)序列值的長度增加，相關(guān)器的長度增大，使得相關(guān)器的輸出峰值更加尖銳，從而大大增強(qiáng)了系統(tǒng)對抗干擾的能力，提高了正確接收和判斷輔助信息的能力。
文檔編號H04L27/26GK1885846SQ20061008146
公開日2006年12月27日 申請日期2006年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者吳永東, 胡建武, 余建國 申請人:北京北方烽火科技有限公司