一種偏移正交多載波基帶系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及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幀同步和位同步；所述多載波分析濾波器組用于實現(xiàn)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)。本發(fā)明專利技術(shù)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。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種多載波基帶系統(tǒng)，特別是涉及一種偏移正交多載波基帶系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
OFDM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(qiáng)了系統(tǒng)抵抗干擾能力；其次，通過添加循環(huán)前綴，可以更方便地消除多徑干擾，降低信道均衡的復(fù)雜度；第三，OFDM的正交性保證子載波之間可以相互重疊，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)可以提高系統(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(qiáng)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(yùn)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；第三，OFDM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輻射。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。OFDM-OQAM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(diǎn)的前提下，彌補(bǔ)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TFL濾波器來降低OFDM的頻偏敏感度，減少帶外雜散等。當(dāng)然，OFDM-OQAM也存在一些固有的缺點(diǎn)，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)雜度都大幅提高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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。本專利技術(shù)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幀同步和位同步；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)。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(jìn)行順序合并，以數(shù)據(jù)為一組，變換后的時鐘速率是變換前的其中，N為QAM星座點(diǎn)數(shù)；所述OQAM映射模塊根據(jù)QAM的星座圖，將一組的數(shù)據(jù)映射到N點(diǎn)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)頻模塊以塊狀方式插入三個連續(xù)的導(dǎo)頻符號；第一個導(dǎo)頻符號和第三個導(dǎo)頻符號為零值符號，第二個導(dǎo)頻符號以1,-j,-1,j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。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)乘以相位因子；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(yùn)算完成2N點(diǎn)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。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(biāo)到極坐標(biāo)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)的幅度門限值通過所述比較器進(jìn)行比較，如果超出門限則進(jìn)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(biāo)到直角坐標(biāo)表示形式的變換，得到正交和同相兩路數(shù)據(jù)。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)合估計出幀同步和位同步，估計方法為滑動相關(guān)和自適應(yīng)門限判決。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(jìn)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。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)的原始數(shù)據(jù)；所述并串變換模塊以數(shù)據(jù)為一組順序輸出，變換后的時鐘速率是變換前的倍，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。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本專利技術(shù)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，以適應(yīng)FPGA有限的硬件資源。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的系統(tǒng)方框圖；圖2是基于Radix-22蝶形運(yùn)算結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是限幅器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是成形濾波器PPN結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是信道估計模塊結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本專利技術(shù)。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本專利技術(shù)而不用于限制本專利技術(shù)的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本專利技術(shù)講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本專利技術(shù)作各種改動或修改，這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。...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種偏移正交多載波基帶系統(tǒng)，其特征在于，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幀同步和位同步；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)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種偏移正交多載波基帶系統(tǒng)，其特征在于，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幀同步和位同步；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)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏移正交多載波基帶系統(tǒng)，其特征在于，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(jìn)行順序合并，以數(shù)據(jù)為
一組，變換后的時鐘速率是變換前的其中，N為QAM星座點(diǎn)數(shù)；所述OQAM
映射模塊根據(jù)QAM的星座圖，將一組的數(shù)據(jù)映射到N點(diǎn)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)頻模塊以塊狀方式插入三個連續(xù)的導(dǎo)頻符號；第一
個導(dǎo)頻符號和第三個導(dǎo)頻符號為零值符號，第二個導(dǎo)頻符號以1,-j,-1,j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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏移正交多載波基帶系統(tǒng)，其特征在于，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)乘以相位因子；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(yùn)算完成2N點(diǎn)
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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏移正交多載波...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：施玉松，王康如，周靜，汪涵，羅炬鋒，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31