專利名稱：基于低峰谷比序列傳輸?shù)膐fdm調(diào)制系統(tǒng)性能測試方法
技術領域：
本發(fā)明屬于數(shù)字信息傳輸技術領域，特別涉及正交頻分復用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)多載波(Multi Carrier，MC)調(diào)制系統(tǒng)中基于低峰谷比序列傳輸?shù)南到y(tǒng)性能測試方法。
背景技術：
調(diào)制系統(tǒng)性能測試主要解決的問題是如何構(gòu)建系統(tǒng)性能測試模型以反映該調(diào)制系統(tǒng)特性，以及基于該測試模型如何精確測量模型參數(shù)。
OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)已被廣泛應用于數(shù)字電視地面廣播傳輸技術領域。參見歐洲標準(可參見ETSI EN 300 744“Digital Video Broadcasting(DVB)Framing structure，channelcoding and modulation for digital terrestrial television”)和國家標準(可參見GB20600-2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制，2006-08-18)。準確測試OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)的系統(tǒng)性能是必需的。
目前測試OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)性能的參數(shù)主要包括調(diào)制誤差比(Modulation ErrorRatio，MER)、系統(tǒng)目標誤差(System Target Error，STE)及正交誤差(Quadrature Error，QE)等。參見(ETSI TR 101 290“Digital Video Broadcasting(DVB)；Measurement guidelinesfor DVB systems”)。
OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制輸出信號由于受濾波器帶內(nèi)紋波以及數(shù)模轉(zhuǎn)換等過程的影響會產(chǎn)生微小畸變，用現(xiàn)有多載波調(diào)制系統(tǒng)性能參數(shù)難以精確測量該微小畸變。本發(fā)明針對OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)提出一種新的系統(tǒng)性能測試模型，并且基于該測試模型提出一種新的基于低峰谷比(Low Peak-to-Volley，LPVR)序列傳輸?shù)木_測量上述微小畸變的測量方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)提出一種系統(tǒng)性能測試模型，并針對該模型提出一種精確測量模型參數(shù)的方法。該性能測試模型可用于所有OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)。
本發(fā)明定義了一種針對OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)的性能測試模型。該模型將待測OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流與測試系統(tǒng)收端基帶數(shù)據(jù)流之間的傳輸過程模型化為一個帶有高斯白噪聲的線性信道，即待測OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)發(fā)端基帶數(shù)據(jù)t(n)和測試系統(tǒng)收端基帶數(shù)據(jù)r(n)可由r(n)＝h(n)*t(n)+v(n)描述，其中，符號*表示線性卷積運算，h(n)為該性能測試模型中線性信道的沖激響應，v(n)為該性能測試模型中的高斯白噪聲。被模型化的傳輸過程包括待測OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換和上變至射頻發(fā)送等過程及測試系統(tǒng)的下變頻至基帶、數(shù)模轉(zhuǎn)換、載波恢復、定時恢復及同步等過程。如圖1所示。
本發(fā)明定義了一種新的傳輸序列，即低峰谷比序列(Low Peak-to-Volley Ratio，LPVR)。定義LPVR序列的離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform，DFT)序列的幅度峰值與谷值之比不大于3，如偽隨機或偽噪聲序列(Pseudo Noise，PN)，參見(Muquet B，Wang Z，Giannakis G.B，Courville M.de，and Duhamel P，Cyclic Prefixing or Zero Padding forWireless Multicarrier Transmissions，IEEE Trans.on Communications，2002，50(12)2136-2148)和(GB 20600-2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制，2006-08-18)。經(jīng)QPSK和16QAM映射的序列經(jīng)反離散傅立葉變換(Inverse Discrete FourierTransform，IDFT)后得到的均為LPVR序列。
本發(fā)明針對上述OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)性能測試模型提出了基于LPVR序列的性能測試模型參數(shù)h(n)的估計方法，其特征在于采用LPVR序列作為待測系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)。該方法在數(shù)字集成電路或計算機中依次按如下步驟實現(xiàn)在待測端 步驟(1)，根據(jù)待測的OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)塊長度N，任意選擇一組長度為N的LPVR序列x(n)； 步驟(2)，對待測系統(tǒng)，用該LPVR序列x(n)填充其傳輸數(shù)據(jù)塊； 步驟(3)，保護間隔和LPVR序列填充的傳輸數(shù)據(jù)塊依次經(jīng)組幀和后端處理后得到發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流；以x(n)作為數(shù)據(jù)塊所填充的數(shù)據(jù)幀記為t(n)，其長度為M； 步驟(4)，將發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換以及模擬調(diào)制得到射頻發(fā)射信號后送至測試端；在測試端 步驟(1’)，將待測系統(tǒng)所發(fā)射的射頻信號經(jīng)過模擬解調(diào)和模數(shù)轉(zhuǎn)換及前期數(shù)據(jù)恢復得到收端基帶數(shù)據(jù)流，前期數(shù)據(jù)恢復保證該收端基帶數(shù)據(jù)流與待測系統(tǒng)發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流之間保持幀同步、定時同步及載波同步；記以t(n)為發(fā)端基帶數(shù)據(jù)的收端基帶數(shù)據(jù)為r(n)； 步驟(2’)，根據(jù)上述收端基帶數(shù)據(jù)流得到LPVR序列x(n)和性能測試模型中信道沖激響應h(n)的循環(huán)卷積y(n)y(n)＝h(n)x(n)+w(n)，其中，符號表示循環(huán)卷積運算，h(n)該測試模型信道的沖激響應，w(n)是循環(huán)卷積結(jié)果疊加的高斯白噪聲和數(shù)據(jù)干擾； 步驟(3’)，計算LPVR序列x(n)和循環(huán)卷積結(jié)果y(n)的離散傅立葉變換X(k)＝DFT(x(n))，
Y(k)＝DFT(y(n))，根據(jù)LPVR序列性質(zhì)，X(k)是峰值幅度與谷值幅度之比不大于3的序列； 步驟(4’)，通過除法得到測試模型信道沖激響應h(n)的離散傅立葉變換H(k)的估計值 H^(k)=Y(k)/X(k),]]>x(n)為LPVR序列，其DFT序列X(k)的峰值幅度與谷值幅度之比不大于3，從而該除法運算精度得到保證； 步驟(5’)計算 的反離散傅立葉變換，得到測試模型信道沖激響應h(n)的估計值h^(n)=IDFT(H^(k));]]> 步驟(6’)根據(jù)v^(n)=r(n)-h^(n)*t(n),]]>計算出噪聲估計


圖1說明針對OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)的性能測試模型所模型化的傳輸過程；圖2說明DTMB多載波調(diào)制系統(tǒng)的幀格式和發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流格式圖2.a說明DTMB多載波調(diào)制系統(tǒng)的幀格式；圖2.b說明DTMB多載波調(diào)制系統(tǒng)的發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流格式；圖3說明針對實際的QPSK映射的DTMB多載波調(diào)制系統(tǒng)的測試結(jié)果圖3.a說明針對實際DTMB多載波調(diào)制系統(tǒng)測得的h(n)參數(shù)的幅度譜；圖3.b說明實際DTMB多載波調(diào)制系統(tǒng)的輸出信號的星座圖映射情況；圖3.c說明圖3.b中信號經(jīng)過圖3.a中h(n)參數(shù)均衡后的星座圖映射情況；具體實施方式
本發(fā)明的目的是提出一種新的正交頻分復用多載波調(diào)制系統(tǒng)的性能測試模型。本發(fā)明將待測系統(tǒng)發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流和測試系統(tǒng)收端基帶數(shù)據(jù)流之間的傳輸過程模型化為一個帶高斯白噪聲的線性信道。本發(fā)明針對上述模型提出了一種基于低峰谷比序列(Low Peak-to-VolleyRatio，LPVR)傳輸?shù)哪Ｐ蛥?shù)測量方法。
以當前國家標準(可參見GB 20600-2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制，2006-08-18)采用QPSK映射模式的DTMB多載波調(diào)制系統(tǒng)為例。該調(diào)制系統(tǒng)采用時域同步的正交頻分復用(Timing Domain Synchronous Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，TDS-OFDM)多載波調(diào)制方式，其組幀過程中保護間隔長度為420，數(shù)據(jù)塊長度為3780，如圖2.a所示。參見國家標準(GB 20600-2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制，2006-08-18)。此例中本發(fā)明在數(shù)字集成電路或計算機中具體實施方式
如下
在待測端在該調(diào)制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)流經(jīng)QPSK映射及經(jīng)3780點的IDFT運算后填充入數(shù)據(jù)塊再與保護間隔組幀。記第i幀中保護間隔填充序列為pi(n)，1≤n≤420，記第i幀數(shù)據(jù)塊中填充的序列為xi(n)，1≤n≤3780，則xi(n)的DFT序列幅度峰值與谷值之比為1，該序列為LPVR序列。
將上述數(shù)據(jù)塊作為測試所需的LPVR序列填充數(shù)據(jù)塊與保護間隔依次經(jīng)組幀和后端處理，得到發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換以及模擬調(diào)制得到射頻發(fā)射信號發(fā)射。記發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流為t(n)，如圖2.b所示。
上述操作與該調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制過程完全相同，無需對該系統(tǒng)作任何修改。
在測試端 步驟1，將上述采用QPSK映射模式的DTMB多載波調(diào)制系統(tǒng)所發(fā)射的射頻信號經(jīng)過模擬解調(diào)和模數(shù)轉(zhuǎn)換及前期數(shù)據(jù)恢復得到收端基帶數(shù)據(jù)流，前期數(shù)據(jù)恢復包括定時恢復，載波恢復以及幀同步，以保證收端基帶數(shù)據(jù)流相對于發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流保持幀同步、定時同步及載波同步；記收端基帶數(shù)據(jù)流為r(n)；根據(jù)性能測試模型假設，r(n)＝h(n)*t(n)+v(n)；其中，符號*表示線性卷積運算，h(n)為該性能測試模型中線性信道的沖激響應，v(n)為該性能測試模型中的高斯白噪聲； 步驟2，由收端基帶數(shù)據(jù)流r(n)得到發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流中第i幀數(shù)據(jù)塊xi(n)和測試模型信道沖激響應的循環(huán)卷積結(jié)果yi(n)yi(n)＝h(n)xi(n)+w(n)，1≤n≤3780，其中，符號表示循環(huán)卷積運算，h(n)該測試模型信道的沖激響應，w(n)是循環(huán)卷積結(jié)果疊加的噪聲和數(shù)據(jù)干擾； 步驟3，計算序列xi(n)和循環(huán)卷積結(jié)果yi(n)的離散傅立葉變換Xi(k)＝DFT(xi(n))，1≤n≤3780，1≤k≤3780，Y1(k)＝DFT(yi(n))，1≤n≤3780，1≤k≤3780，根據(jù)該QPSK映射的DTMB調(diào)制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，Xi(k)是峰值幅度與谷值幅度之比為1的序列； 步驟4，通過除法得到測試模型信道沖激響應h(n)的離散傅立葉變換H(k)的估計值 H^(k)=Yi(k)/Xi(k),]]>1＜k＜3780，xi(n)為LPVR序列，則序列X(k)的峰值幅度與谷值幅度之比等于1，該除法運算精度得到保證； 步驟5計算 的反離散傅立葉變換，得到測試模型信道沖激響應h(n)的估計值h^(n)=IDFT(H^(k)),]]>1≤n≤3780，1≤k≤3780； 步驟6根據(jù)v^(n)=r(n)-h^(n)*t(n)]]>可以估計測試模型中高斯白噪聲估計 的能量，由于上述運算始終針對第i幀數(shù)據(jù)塊，從而該高斯白噪聲能量估計的估計范圍也限于第i幀幀內(nèi)；
步驟7重復上述步驟，變換i值，可以得到逐幀的測試模型信道估計和噪聲能量估計。
圖3.a為根據(jù)實際的QPSK映射的DTMB調(diào)制系統(tǒng)所測得的該性能測試模型的h(n)參數(shù)，這里僅繪制了h(n)主徑附近100點的信道情況，而根據(jù)更進一步的計算可以得到，主徑能量占總能量的99.92％。圖3.b為該調(diào)制系統(tǒng)輸出信號的星座圖映射情況，其MER值為31.086dB。圖3.c為該調(diào)制系統(tǒng)輸出信號經(jīng)過上述測試模型參數(shù)h(n)均衡之后的星座圖映射情況，其MER值為43.874dB。對比圖3.b與圖3.c可以看出，由于傳輸過程中的等效的微小多徑h(n)的影響，使得輸出信號的MER惡化了接近13dB。OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)本身具有很強的抗多徑能力，上述微小等效多徑所帶來的MER惡化并不足以影響調(diào)制系統(tǒng)性能，采用h(n)對其進行描述則更為精確。
本發(fā)明在本例對采用QPSK映射的DMBT調(diào)制系統(tǒng)進行性能測試過程中，沒有對該系統(tǒng)作任何改動，具有實施效率高，運算精度高的特點。
上面對本發(fā)明的具體實施實例進行了詳細說明，但本發(fā)明并不限制于上述實施實例，在不脫離本申請的權(quán)利要求的精神和范圍情況下，本領域的技術人員可做出各種修改或改型。
權(quán)利要求
1.一種基于LPVR序列傳輸?shù)腛FDM調(diào)制系統(tǒng)性能測試方法，其特征在于將待測OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)發(fā)端數(shù)據(jù)流與測試系統(tǒng)手段數(shù)據(jù)流之間的傳輸過程模型化為一個帶高斯白噪聲的線性信道，即調(diào)制系統(tǒng)發(fā)端數(shù)據(jù)x(n)和測試系統(tǒng)收端數(shù)據(jù)r(n)之間的關系可由r(n)＝h(n)*x(n)+v(n)描述，其中，符號*表示線性卷積運算，h(n)該測試模型信道的沖激響應，v(n)是線性卷積系統(tǒng)的噪聲和數(shù)據(jù)干擾；該方法在數(shù)字集成電路或計算機仿真的待測端和測試端中依次按如下步驟實現(xiàn)在待測端 步驟(1)，根據(jù)待測的OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)塊長度N，任意選擇一組長度為N的LPVR序列x(n)，其離散傅立葉變換序列的幅度峰值與谷值之比不大于3； 步驟(2)，對待測系統(tǒng)，用該LPVR序列x(n)填充其傳輸數(shù)據(jù)塊； 步驟(3)，保護間隔和LPVR序列填充的傳輸數(shù)據(jù)塊依次經(jīng)組幀和后端處理后得到發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流；以x(n)作為數(shù)據(jù)塊所填充的數(shù)據(jù)幀記為t(n)，其長度為M； 步驟(4)，將發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換以及模擬調(diào)制得到射頻發(fā)射信號后送至測試端；在測試端 步驟(1’)，將待測系統(tǒng)所發(fā)射的射頻信號經(jīng)過模擬解調(diào)和模數(shù)轉(zhuǎn)換及前期數(shù)據(jù)恢復得到收端基帶數(shù)據(jù)流，前期數(shù)據(jù)恢復保證該收端基帶數(shù)據(jù)流與待測系統(tǒng)發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流之間保持幀同步、定時同步及載波同步；記以t(n)為發(fā)端基帶數(shù)據(jù)的收端基帶數(shù)據(jù)為r(n)； 步驟(2’)，根據(jù)上述收端基帶數(shù)據(jù)流得到LPVR序列x(n)和性能測試模型中信道沖激響應h(n)的循環(huán)卷積y(n)y(n)＝h(n)x(n)+w(n)，其中，符號表示循環(huán)卷積運算，h(n)該測試模型信道的沖激響應，w(n)是循環(huán)卷積結(jié)果疊加的噪聲和數(shù)據(jù)干擾； 步驟(3’)，計算LPVR序列x(n)和循環(huán)卷積結(jié)果y(n)的離散傅立葉變換X(k)＝DFT(x(n))，Y(k)＝DFT(y(n))； 步驟(4’)，通過除法得到測試模型信道沖激響應h(n)的離散傅立葉變換H(k)的估計值 H^(k)=Y(k)/X(k);]]> 步驟(5’)計算 的反離散傅立葉變換，得到測試模型信道沖激響應h(n)的估計值h^(n)=IDFT(H^(k));]]> 步驟(6’)根據(jù)v^(n)=r(n)-h^(n)*t(n),]]>計算出噪聲估計
全文摘要
本發(fā)明屬于數(shù)字信息傳輸技術領域，其特征在于，它針對OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)提出了一種新的性能測試模型。該模型將調(diào)制系統(tǒng)發(fā)端基帶數(shù)據(jù)流與測試系統(tǒng)收端基帶數(shù)據(jù)流之間的傳輸過程模型化為一個帶有高斯白噪聲的線性信道，即調(diào)制系統(tǒng)發(fā)端數(shù)據(jù)x(n)和測試系統(tǒng)收端數(shù)據(jù)r(n)之間的關系可由r(n)＝h(n)*x(n)+v(n)描述，其中，符號*表示線性卷積運算，h(n)該測試模型信道的沖激響應，v(n)是線性卷積系統(tǒng)的噪聲和數(shù)據(jù)干擾。并針對該模型提出一種精確測量模型參數(shù)的方法，其特征在于采用LPVR待測系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)進行上述模型參數(shù)估計。此方法具有對現(xiàn)有OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)改動小，估計精度高等特點。
文檔編號H04J11/00GK101083508SQ200710119270
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者宋健, 毛嵩, 楊昉, 王勁濤, 潘長勇, 王軍 申請人:清華大學