一種偏移正交多載波基帶系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種多載波基帶系統(tǒng)，特別是設(shè)及一種偏移正交多載波基帶系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] (FDM正交多載波調(diào)制技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的寬帶無線調(diào)制技術(shù)，在城市復(fù)雜環(huán) 境的應(yīng)用中具有極大的優(yōu)勢。首先，將寬帶信道劃分為多個并行窄帶子信道，增強了系統(tǒng)抵 抗干擾能力；其次，通過添加循環(huán)前綴，可W更方便地消除多徑干擾，降低信道均衡的復(fù)雜 度;第S，(FDM的正交性保證子載波之間可W相互重疊，能有效提高頻譜利用率;第四，窄帶 干擾只會影響個別子載波，通過信道編譯碼技術(shù)可W提高系統(tǒng)抗窄帶干擾的能力；最后， OFDM在多址接入、功率分配等方面具有很強的靈活性。但其也存在一些缺陷，首先，循環(huán)前 綴的加入降低了系統(tǒng)的功率效率;其次，基于IFFT運算的OFDM調(diào)制濾波器為矩形函數(shù)形式， 導(dǎo)致系統(tǒng)對載波偏移十分敏感;第=，〇抑M信號的峰均比很高，對功放的線性度有苛刻的要 求;最后，OFDM信號具有較高的帶外福射。
[0003] 相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)偏移正交多載波基帶系統(tǒng)，也叫OFDM-OQAM系統(tǒng)，也許是一種更優(yōu)的 選擇。(FDM-0QAM是一種廣義的正交多載波基帶系統(tǒng)，其方法是在每個子載波上均采用交錯 偏移QAM調(diào)制，即將一個復(fù)數(shù)信號拆成實部和虛部兩個時間上相差半個周期的實數(shù)信號，數(shù) 據(jù)速率不變，并將正交條件放寬至實域正交，且引入一個時頻聚焦特性優(yōu)良的脈沖成形濾 波器，使得信號對于收發(fā)兩端的頻率偏移不敏感。偏移正交多載波基帶系統(tǒng)在保留OFDM諸 多優(yōu)點的前提下，彌補了上述的一些缺陷，比如通過不使用循環(huán)前綴來提升信道容量，通過 引入WL濾波器來降低OFDM的頻偏敏感度，減少帶外雜散等。當然，OFDM-OQAM也存在一些固 有的缺點，比如因為存在虛部干擾，導(dǎo)致從導(dǎo)頻設(shè)計到信道估計、均衡的實現(xiàn)復(fù)雜度都大幅 提局。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種偏移正交多載波基帶系統(tǒng)，能夠簡化信道 估計、均衡器和限幅器，使得實現(xiàn)復(fù)雜度大幅降低。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種偏移正交多載波基帶系 統(tǒng)，包括子載波調(diào)制器、多載波綜合濾波器組、同步器、多載波分析濾波器組和子載波解調(diào) 器;所述子載波調(diào)制器用于完成子載波調(diào)制；所述多載波綜合濾波器組用于對調(diào)制后的子 載波實現(xiàn)時頻聚焦濾波成形;所述同步器用于估計出帖同步和位同步;所述多載波分析濾 波器組用于實現(xiàn)所述所述多載波綜合濾波器組的逆過程;所述子載波解調(diào)器用于完成子載 波解調(diào)。
[0006] 所述子載波調(diào)制器包括依次相連的串并變換模塊、OQAM映射模塊和插入導(dǎo)頻模 塊;所述串并變換模塊與信源或信道編碼器的輸出相連，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的序號進行順序合 并，Wlogf bit數(shù)據(jù)為一組，變換后的時鐘速率是變換前的1/1雌f，其中，N為QAM星座點數(shù)； 所述OQAM映射模塊根據(jù)QAM的星座圖，將Iog^t bil-組的數(shù)據(jù)映射到N點星座圖上，并給出對 應(yīng)的復(fù)數(shù)表示形式，同時將該復(fù)數(shù)拆分成實部和虛部兩個實數(shù)，先傳輸M個實部數(shù)據(jù)，再傳 輸M個虛部數(shù)據(jù);所述插入導(dǎo)頻模塊W塊狀方式插入=個連續(xù)的導(dǎo)頻符號;第一個導(dǎo)頻符號 和第=個導(dǎo)頻符號為零值符號，第二個導(dǎo)頻符號Wl,為重復(fù)結(jié)構(gòu)的已知復(fù)數(shù)符號， 同時完成子載波映射。
[0007]所述多載波綜合濾波器組包括相位旋轉(zhuǎn)模塊、IFFT變換模塊、限幅器模塊和成形 濾波模塊;所述相位旋轉(zhuǎn)模塊為一個復(fù)數(shù)乘法器，其用于將輸入數(shù)據(jù)乘W相位因子;所述 IFFT變換模塊包括IFFT控制器和FFT核;所述的FFT核采用基于Radix-22的結(jié)構(gòu)，并由IFFT 控制器產(chǎn)生設(shè)置參數(shù)，把子載波調(diào)制器輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過N/2級基于Radix-22的蝶形運算完成/ 點的快速傅里葉變換;所述限幅器模塊用于抑制多載波調(diào)制信號較高的峰值;所述成形濾 波模塊連接限幅器的輸出，其起始相位分為M組，分別對應(yīng)IFFT變換模塊的M路輸出，每路僅 需要K個乘加器，每次濾波將會覆蓋K/2個符號，濾波結(jié)果通過延遲器按時鐘周期順序輸出。 [000引所述限幅器包括兩個cordic變換器，一個比較器和一個低通濾波器;其中，第一個 cordic變換器實現(xiàn)直角坐標到極坐標表示形式的變換，輸出時域信號的幅度和相位信息， 第一個cordic變換器輸出的幅度值和預(yù)設(shè)的幅度口限值通過所述比較器進行比較，如果超 出口限則進行硬限幅;所述低通濾波器用來濾除硬限幅引入的高頻分量，并保證信號的完 整性;所述低通濾波器的輸出和已知的相位信息作為第二個cordic變換器的輸入，第二個 cordic變換器實現(xiàn)極坐標到直角坐標表示形式的變換，得到正交和同相兩路數(shù)據(jù)。
[0009] 所述同步器基于前導(dǎo)序列，通過128bit短碼和1024bit的導(dǎo)頻聯(lián)合估計出帖同步 和位同步，估計方法為滑動相關(guān)和自適應(yīng)口限判決。
[0010] 所述多載波分析濾波器包括匹配濾波模塊、FFT變換模塊和相位旋轉(zhuǎn)模塊;所述匹 配濾波模塊在進行多相濾波的同時完成信號下采樣;所述FFT變換模塊與匹配濾波模塊相 連，包括FFT控制器和FFT核;其中，F(xiàn)FT核的參數(shù)與所述IFFT變換模塊的一致，所述FFT控制 器產(chǎn)生FFT變換的控制參數(shù);所述相位旋轉(zhuǎn)模塊為發(fā)射端多載波綜合濾波器組的相位旋轉(zhuǎn) 模塊的逆過程。
[0011] 所述子載波解調(diào)器包括依次相連的信道估計模塊、均衡器模塊、取實部模塊、OQAM 解映射模塊和并串變換模塊;所述信道估計模塊采用單次解干擾法得到信道估計結(jié)果;所 述均衡器模塊用于消除相位偏差;所述取實部模塊用于取實部操作;所述OQAM解映射模塊 根據(jù)子載波映射關(guān)系去除空子載波，將連續(xù)兩個OQAM的實部符號和虛部符號還原成一個 QAM復(fù)數(shù)符號，再根據(jù)QAM的星座圖，通過硬判決恢復(fù)出其對應(yīng)的Iogf b化原始數(shù)據(jù);所述并 串變換模塊W l〇g:\ bk數(shù)據(jù)為一組順序輸出，變換后的時鐘速率是變換前的Iogf倍，并串變 換模塊模塊的輸出與信源或信道解碼器的輸入相連。
[0012]有益效果
[0013]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下的優(yōu)點和積極效 果:本發(fā)明在算法仿真的基礎(chǔ)上，結(jié)合FPGA的邏輯資源結(jié)構(gòu)，提出一種工程上易于實現(xiàn)的偏 移正交多載波基帶系統(tǒng)基帶方案。該方案優(yōu)選一種資源節(jié)約和性能優(yōu)良的時頻聚焦濾波器 和信道估計方法，同時簡化均衡器和限幅器的實現(xiàn)方法，W適應(yīng)FPGA有限的硬件資源。
【附圖說明】
[0014]圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)方框圖；
[001引圖視基于Radix-22蝶形運算結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3是限幅器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖4是成形濾波器PPN結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖5是信道估計模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，運些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可W對本發(fā)明作各種改動或修改，運些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明至少包括子載波調(diào)制器、多載波綜合濾波器組、同步器、多載波 分析濾波器組、子載波解調(diào)器等五部分。其中子載波調(diào)制器包括串并變換、OQAM映射、插入 導(dǎo)頻等模塊，多載波綜合濾波器組包括相位旋轉(zhuǎn)、IFFT變換、限幅器、成形濾波等模塊，多載 波分析濾波器組包括匹配濾波、FFT變換、相位旋轉(zhuǎn)等模塊，子載波解調(diào)器包括信道估計、均 衡器、取實部、OQAM解映射、并串變換等模塊。
[0021] 所述的子載波調(diào)制器包含一個串并變換模塊，一個OQAM映射模塊和一個插入導(dǎo)頻 模塊。
[0022] 所述的串并變換模塊與信源或信道編碼器的輸出相連，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的序號順序 合并，WlogM川數(shù)據(jù)為一組，變換后的時鐘速率是變換前的l/l〇gf(N為QAM的星座點數(shù)）。
[0023] 所述的OQAM映射模塊，根據(jù)QAM的星座圖，將log;' bit -組的數(shù)據(jù)映射到N點星座圖 上，并給出對應(yīng)的復(fù)數(shù)表示形式，同時將該復(fù)數(shù)拆分成實部和虛部兩個實數(shù)，先傳輸M個實 部數(shù)據(jù)，再傳輸M個虛部數(shù)據(jù)(M為子載波數(shù)）。
[0024] 所述的插入導(dǎo)頻模塊，因為存在虛部干擾，需要W塊狀方式插入=個連續(xù)的導(dǎo)頻 符號。第一和第=個導(dǎo)頻符號為零值符號，第二個導(dǎo)頻符號Wl,為重復(fù)結(jié)構(gòu)的已知 復(fù)數(shù)符號，運樣做的目的是盡量抑制干擾噪聲的影響，簡化算法設(shè)計。所述的插入導(dǎo)頻模塊 需要同時完成子載波映射，子載波映射包含兩個RAM存儲器，I路數(shù)據(jù)存入實部存儲器，Q路 數(shù)據(jù)存入虛部存儲器，兩個存儲器的寫地址由一個控制邏輯產(chǎn)生，根據(jù)偏移正交多載波基 帶系統(tǒng)的子載波映射關(guān)系決定下一個寫入地址，未寫入位置為虛子載波。兩個存儲器的讀 地址順序產(chǎn)生，每次讀出全部I路和Q路數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一個使能信號。
[0025] 所述的多載波綜合濾波器組包含一個相位旋轉(zhuǎn)模塊，一個IFFT變換模塊，一個限 幅器模塊和一個成形濾波模塊。
[0026] 所述的相位旋轉(zhuǎn)模塊包含一個復(fù)數(shù)乘法器，計算流程為輸入數(shù)據(jù)乘W相位因子
其中n表示多載波實值符號的序號，m表示多載波實值符號中的子載波序號。
[0027] 所述的IFFT變換模塊包含一個IFFT控制器和一個FFT核。所述的FFT核采用基于 Radix-22的結(jié)構(gòu)，既有Radix-2的蝶形結(jié)構(gòu)，又具有和Radix-4同樣計算要求的結(jié)構(gòu)。采用S 維線性下標映射：
[0030] 如圖2所示，所述的FFT核由IFFT控制器產(chǎn)生設(shè)置參數(shù)，首先把子載波調(diào)制器輸出 的I、Q兩路送到第一級蝶形運算