專利名稱：用于車載ofdm通信系統(tǒng)的基帶符號映射及解映射方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基帶符號映射及解映射方法,特別是用于車載OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,即正交頻分復用)通信系統(tǒng)的基帶符號映射方法及解映射方法。
背景技術：
近年來，隨著人們對智能交通系統(tǒng)日益關注，道路環(huán)境中的通信系統(tǒng)設計及可靠性問題得到了越來越多的研究。2010年下半年正式推出的IEEE802. Ilp標準為道路環(huán)境中的通信標準提出了 MAC和PHY層規(guī)范。該標準基于IEEE802. 11標準中OFDM結(jié)構的基本設置，作為一個802. Ila這種室內(nèi)通信標準的改進版本，在應對車輛間通信環(huán)境時存在潛在的不足。道路通信環(huán)境按收發(fā)機類型可分為車輛與路邊設施 (Vehicle-to-Infrastructure, V2I)信道環(huán)境以及車輛對車輛(Vehicle-to-Vehicle, V2V) 信道環(huán)境。其中前者與傳統(tǒng)的蜂窩通信信道有一定的相似之處；而后者則更為復雜，是研究車間通信系統(tǒng)可靠性時的重點研究對象。系統(tǒng)中除了接收機以外，發(fā)射機以及一些主要的散射體都可能處于移動狀態(tài)，且在某些應用環(huán)境如高速公路環(huán)境中，此移動速度還可達到一個相對較快的程度，一般為100km/h左右；另外，車輛所處的道路環(huán)境中各種散射體的情況十分復雜，包括建筑、道路設施、路邊樹木等都將對信號在發(fā)射機與接收機之間的傳播造成影響，而且一些研究已經(jīng)表明，道路環(huán)境中存在著較多的漫散射體，這些漫散射體對通信的影響十分顯著。由于以上這些特點，車間通信環(huán)境中的多徑信道，尤其是V2V信道，與以往人們較為熟悉的蜂窩系統(tǒng)信道或者室內(nèi)信道都有著顯著的區(qū)別，可以概括為兩點由通信系統(tǒng)中多種構成因素的高速運動性導致的信道嚴重的時變性，以及由通信環(huán)境中復雜的散射體分布情況造成的復雜的信道衰落特性。IEEE 802. I Ip采用了 802. 11標準中的OFDM結(jié)構。與同樣采用了 OFDM結(jié)構、針對室內(nèi)通信應用需求的IEEE 802. Ila標準相比，它根據(jù)車間通信需求對一些關鍵參數(shù)進行了修改。發(fā)射機的基本結(jié)構如圖I :數(shù)據(jù)依次經(jīng)過擾碼、卷積碼編碼、交織、映射和OFDM調(diào)制后得到物理層信號。交織處理用于減輕突發(fā)錯誤帶來的影響。OFDM調(diào)制利用64點的快速傅里葉逆變換(IFFT)實現(xiàn)，在64個子載波中，52個子載波由攜帶信息的基帶符號組成， 11個子載波作為保護間隔以避免子載波間的串擾(ICI)，另外一個位于直流分量位置的子載波則置為零值。其中52個攜帶信息的子載波的具體內(nèi)容為48個子載波攜帶數(shù)據(jù)，另外 4個子載波作為導頻。在存在頻偏和相位噪聲的情況下，導頻的引入可使相關檢測具有更高的可靠性。經(jīng)過利用IFFT的調(diào)制，為了防止多徑效應產(chǎn)生的符號間干擾(ISI)，在每個OFDM 符號前采用循環(huán)前綴的方式設置了保護間隔。接收機的工作過程主要為發(fā)射機的逆過程。 為了保證接收的可靠性，接收時還需經(jīng)過自動增益控制(AGC)、定時同步及載波恢復、均衡、 信道估計等步驟。
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802. Ilp標準作為適用于車間通信環(huán)境的DSRC標準，其物理層結(jié)構與面向室內(nèi)通信需求的802. Ila標準相比，主要區(qū)別在于為了適應車間通信中較大的多徑傳播延時等特點，對信道帶寬等參數(shù)做出修改。但是，由于主要繼承了與802. Ila標準相同的多種特性， 802. Ilp在解決道路環(huán)境中可靠通信這種更為復雜的問題上仍具有諸多潛在的不足?，F(xiàn)有標準在對抗復雜的信道衰落特性、提高系統(tǒng)可靠性方面，可能仍需要從更多角度考慮對系統(tǒng)結(jié)構的調(diào)整和改進。在時變性嚴重的車間通信信道尤其是V2V信道環(huán)境中，標準采用的OFDM調(diào)制結(jié)構變得較為脆弱。OFDM結(jié)構在提高了頻譜利用效率的同時，也帶來了對頻域中各種失真更為敏感的缺點。而在車間通信信道中，諸如Doppler擴展、相位噪聲、頻率選擇性衰落等不利因素都較為明顯。這要求系統(tǒng)在接收端采用多種措施以保證通信的質(zhì)量。其中十分重要的一項就是信道響應的估計與均衡。為此802. IIp標準采用了基于導頻輔助的信道估計方案，并同時使用了兩種導頻，即塊狀導頻和梳狀導頻。塊狀導頻即每幀的前兩個OFDM符號的所有子載波都攜帶導頻信息，用于信道的初始估計。梳狀導頻通過在每個OFDM符號的子頻帶中插入導頻子載波實現(xiàn)。標準規(guī)定的OFDM符號僅使用4個子載波攜帶導頻信息。在接收端首先估計這些導頻子載波處的信道響應，然后通過插值獲得其他48個數(shù)據(jù)子載波對應的信道響應并進行相應的均衡操作。通過分析車間通信遇到的問題可發(fā)現(xiàn)，造成系統(tǒng)可靠性下降的根本原因是惡劣的信道環(huán)境。當由此使得接收機無法進行準確的信道估計時，可能導致對子載波符號的誤判。 其中的影響因素包括噪聲、信道恢復偏差等。在OFDM中，如果對每個子載波上的這些影響進行單獨的分析，當子載波位置處的信道響應無法被準確估計時，可以視為其遭遇了一個無法恢復的嚴重衰落。為了減輕這種誤差的影響，可以采用子載波分組來改進基帶符號映射的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于車載OFDM通信系統(tǒng)的基帶符號映射及解映射方法，以提高車載OFDM通信系統(tǒng)在惡劣信道環(huán)境下的可靠性。本發(fā)明的總體構思是將原本加載于單一子載波的數(shù)據(jù)擴散到多個子載波上，在信道編碼的基礎上對數(shù)據(jù)進一步引入一定的冗余，以期在某個子載波遭遇不可準確恢復的衰落后仍然可以對數(shù)據(jù)進行解調(diào)。這相當于一種載波層面的重復傳輸編碼。在此基礎之上，還可進一步設計攜帶相關數(shù)據(jù)的子載波分布，以達到類似于交織的效果。當一個子頻帶遭遇隨機性的衰落導致失真甚至無法恢復時，這種進一步的編碼有望提高數(shù)據(jù)恢復的準確性， 減輕衰落的影響。本發(fā)明用于車載OFDM通信系統(tǒng)的基帶符號映射方法，包括以下步驟
將所有子載波分為#個子載波組，每個子載波組由#個子載波組成；
在一個OFDM符號時間內(nèi)存儲#個基帶符號，遍歷所述#個子載波組，在每個子載波組的#個子載波加載所述#個基帶符號，形成一個OFDM符號。優(yōu)選地，所述#個基帶符號在所述#個子載波組中的加載位置不同。優(yōu)選地，所述基帶符號映射方法還包括對所述#個基帶符號在每個子載波組中的加載位置進行編碼的步驟，以達到類似于交織的效果。本發(fā)明用于車載OFDM通信系統(tǒng)的基帶符號解映射方法，包括以下步驟收集到一個OFDM符號后，分別從#個子載波組的相應子載波提取基帶數(shù)據(jù)并加以合并，恢復出相應的基帶符號。本發(fā)明通過子載波分組映射對子載波上攜帶的數(shù)據(jù)加以調(diào)整，來提高車載OFDM 通信系統(tǒng)在惡劣信道環(huán)境下的可靠性，這種對基帶符號映射的改進主要集中于數(shù)據(jù)操作方面，因此不會對物理層的結(jié)構產(chǎn)生較大的影響從而保證了其可用性，同時又使這種改進的系統(tǒng)只需在原802. Ilp系統(tǒng)的基礎上做出少量改動便可實現(xiàn)。


圖I為802. 11標準中的OFDM發(fā)射機的結(jié)構示意圖。圖2為本發(fā)明基帶符號映射方法中子載波的結(jié)構示意圖。圖3為采用本發(fā)明基帶符號映射方法的一種發(fā)射機的結(jié)構示意圖。圖4為采用本發(fā)明基帶符號解映射方法的一種接收機的結(jié)構示意圖。圖5為本發(fā)明解映射方法的一種實現(xiàn)結(jié)構。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖2示出了本發(fā)明基帶符號映射方法中子載波的結(jié)構。如圖2所示，本發(fā)明用于車載OFDM通信系統(tǒng)的基帶符號映射方法，首先將所有子載波分為#組，每組包含#個子載波；在一個OFDM符號時間內(nèi)存儲#個基帶符號，遍歷所述#個子載波組，在每個子載波組的 #個子載波加載所述#個基帶符號，形成一個OFDM符號。換言之，在基帶符號映射中，各組子載波上將加載相同的一組數(shù)據(jù)。在一些較佳的實施例中，所述N個基帶符號在所述M個子載波組中的加載位置不同。例如，將基帶符號分別加載在第I個子載波組的第I個子載波、第2個子載波的第 2個子載波、……、第#個子載波組的第#個子載波，將基帶符號Z2分別加載在第I個子載波組的第2個子載波、第2個子載波的第3個子載波、……、第#個子載波組的第I個子載波。在一些更佳的實施例中，基帶符號映射方法還包括對所述#個基帶符號在每個子載波組中的加載位置進行編碼的步驟，以達到類似于交織的效果。與上述基帶符號映射方法對應的解映射方法包括以下步驟收集到一個OFDM符號后，分別從#個子載波組的相應子載波提取基帶數(shù)據(jù)并加以合并，恢復出相應的基帶符號。然后進行解調(diào)、解交織、譯碼等后續(xù)處理。由于本映射方法比傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)的映射方法弓IA 了更多的數(shù)據(jù)冗余，在系統(tǒng)中其他部分參數(shù)不變的情況下，將會損失一定的數(shù)據(jù)率。另外，本映射方法將產(chǎn)生額外的接收延時，這主要是由于改進后的系統(tǒng)中用于判決的基帶符號為多組子載波中不同子載波所攜帶數(shù)據(jù)的合并結(jié)果，而該合并過程必須在收集所有相關子載波信息后進行。因此，與傳統(tǒng) OFDM系統(tǒng)中每收集到一個符號即可進行基帶符號解映射的方法相比，本映射方法的接收延時將數(shù)倍于傳統(tǒng)系統(tǒng)。考慮車輛以100km/h行駛的情況，在標準規(guī)定的一個OFDM符號持續(xù)時間6. 4us內(nèi)，車輛行駛的距離僅為0. 178mm。即使由于采用本映射方法而使信號接收延時增加數(shù)倍，其增加的車輛反應距離與由于駕駛員反應速度等帶來的車輛反應距離(一般為十米量級)相比仍可忽略。因此可以認為，即使在某些與車輛行駛安全相關并對系統(tǒng)延時要求較為嚴格的關鍵應用中，采用本映射方法帶來的系統(tǒng)響應時間的增加并不會對應用的性能帶來明顯的影響。從系統(tǒng)實現(xiàn)角度考慮，由于本映射方法實際上只對數(shù)據(jù)本身進行操作，因此可以在現(xiàn)有802. Ilp OFDM結(jié)構的基礎上較為簡便的加以實現(xiàn)。利用已經(jīng)存在的符號同步、載波同步等功能，只需規(guī)定統(tǒng)一的子頻帶間編碼規(guī)則，并對發(fā)射/接收端的相應OFDM符號按照相同的規(guī)則對數(shù)據(jù)進行子載波層面的編碼/解碼即可。圖3示出了一種采用本發(fā)明基帶符號映射方法的發(fā)射機的結(jié)構，如圖3所示，該發(fā)射機包括卷積碼編碼器31、交織器32、基帶符號映射器33、IFFT34、保護間隔加入模塊35， 其中，基帶符號映射器33是在傳統(tǒng)基帶符號映射器中增加了子載波分組映射處理模塊形成，該子載波分組映射處理模塊中存儲預設的分組加載方案，用于將所有子載波分為#個子載波組，每個子載波組由#個子載波組成；并且在一個OFDM符號時間內(nèi)存儲#個基帶符號，以供后續(xù)#個子載波組加載使用，通過遍歷所述#個子載波組，在每個子載波組的#個子載波加載所述N個基帶符號,形成一個OFDM符號。進一步的改進方案包括在子載波間對數(shù)據(jù)進行編碼等操作。通過改變子載波分組映射處理模塊中預設的分組加載方案可簡單的實現(xiàn)不同編碼方式。圖4示出了一種采用本發(fā)明基帶符號解映射方法的接收機的結(jié)構，如圖4所示，該接收機包括保護間隔移除模塊41、FFT42、基帶符號解映射器43、解交織器44、譯碼器45，其中，基帶符號解映射器43是在傳統(tǒng)基帶符號解映射器中增加了子載波合并處理模塊形成， 該子載波合并處理模塊用于在收集到一個OFDM符號后，分別從#個子載波組的相應子載波提取基帶數(shù)據(jù)并加以合并，恢復出相應的基帶符號。合并時，采用的規(guī)則與發(fā)射機中子載波分組映射處理模塊預設的加載規(guī)則相對應。利用原系統(tǒng)中已具備的定時同步功能，可以準確的定位一個新的OFDM符號的起止位置。圖5示出了本發(fā)明解映射方法的一種實現(xiàn)結(jié)構，即一種子載波合并模塊。通過圖5 中所示的結(jié)構，可對原基帶符號進行恢復。與傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)相比，基帶符號在傳統(tǒng)的解映射處理前先經(jīng)過合并處理。通過合理的設計子載波分組映射方案并控制其合并過程，可以減輕信道估計不準確造成的系統(tǒng)性能惡化。
權利要求
1.一種用于車載OFDM通信系統(tǒng)的基帶符號映射方法，其特征在于包括以下步驟將所有子載波分為#個子載波組，每個子載波組由#個子載波組成；在一個OFDM符號時間內(nèi)存儲#個基帶符號，遍歷所述#個子載波組，在每個子載波組的#個子載波加載所述#個基帶符號，形成一個OFDM符號。
2.根據(jù)權利要求I所述的基帶符號映射方法，其特征在于所述#個基帶符號在所述# 個子載波組中的加載位置不同。
3.根據(jù)權利要求I所述的基帶符號映射方法，其特征在于還包括對所述#個基帶符號在每個子載波組中的加載位置進行編碼的步驟。
4.一種用于車載OFDM通信系統(tǒng)的基帶符號解映射方法，其特征在于包括以下步驟收集到一個OFDM符號后，分別從#個子載波組的相應子載波提取基帶數(shù)據(jù)并加以合并，恢復出相應的基帶符號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于車載OFDM通信系統(tǒng)的基帶符號映射及解映射方法，映射方法包括以下步驟將所有子載波分為M個子載波組，每個子載波組由N個子載波組成；在一個OFDM符號時間內(nèi)存儲N個基帶符號，遍歷所述M個子載波組，在每個子載波組的N個子載波加載所述N個基帶符號，形成一個OFDM符號。解映射方法包括以下步驟收集到一個OFDM符號后，分別從M個子載波組的相應子載波提取基帶數(shù)據(jù)并加以合并，恢復出相應的基帶符號。本發(fā)明基帶符號映射及解映射方法能夠提高車載OFDM通信系統(tǒng)在惡劣信道環(huán)境下的可靠性。
文檔編號H04L27/26GK102594765SQ20121007940
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權日2012年3月23日
發(fā)明者康茂義, 張盛, 秦博, 黎傳禮 申請人:清華大學深圳研究生院