專利名稱：一種ofdm通信系統(tǒng)的時域整形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種OFDM通信系統(tǒng)的時域整形方法，用于減小系統(tǒng)通信中因越界引起的信息能量的損失。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一種多載波寬帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)。OFDM技術(shù)具有很好的抗干擾能力，頻譜利用率高，傳輸容量大等特點，各子信道中的正交調(diào)制與解調(diào)是通過快速傅里葉反變換(IFFT )或快速傅里葉變換(FFT)來實現(xiàn)的。在傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)中,輸入比特序列完成串并變換后,根據(jù)米用的調(diào)制方式，完成相應(yīng)的調(diào)制映射，形成調(diào)制信息序列對，對該信息對進行IFFT，計算出OFDM已調(diào)信 號的時域抽樣序列，加上循環(huán)前綴CP，再作D/A變換，得到OFDM已調(diào)信號的時域波形。接收端先對接收時域信號進行A/D變換，去掉循環(huán)前綴CP，得到OFDM已調(diào)信號的抽樣序列，對該抽樣序列作FFT即得到原調(diào)制信息序列。OFDM系統(tǒng)通過引入循環(huán)前綴從而形成保護間隔GI，來有效地對抗由于多徑時延帶來的碼間干擾(Inter-Symbol Interference,簡稱ISI)和子載波間干擾(Inter-CarrierInterference，簡稱ICI)。但是過寬的保護間隔時間段會使得系統(tǒng)效率變差，因而又出現(xiàn)了低保護間隔OFDM方案。無論如何，在某些情況下，信號仍然會越過保護間隔時間，從而出現(xiàn)信號能量損失，以及ISI和ICI。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有OFDM通信系統(tǒng)所存在的由于信號越過保護間隔而出現(xiàn)的信號能量損失問題，提供一種OFDM通信系統(tǒng)的時域整形方法，從而減小系統(tǒng)通信中因越界引起的信息能量的損失，提高系統(tǒng)性能。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題一種OFDM通信系統(tǒng)的時域整形方法，在OFDM通信系統(tǒng)的發(fā)送端，對數(shù)字調(diào)制后得到的所傳輸數(shù)據(jù)的頻域信號進行以下處理將所述頻域信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到新的頻域信號；對該新的頻域信號進行快速傅里葉逆變換；將經(jīng)快速傅里葉逆變換得到的信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到最終的傳輸數(shù)據(jù)的時域整形信號；在OFDM通信系統(tǒng)的接收端，對于接收到的傳輸數(shù)據(jù)的時域整形信號進行以下處理將所述時域整形信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行快速傅里葉變換；將經(jīng)快速傅里葉變換得到的信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到所傳輸數(shù)據(jù)的頻域信號。本發(fā)明針對OFDM幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)部分進行時域整形，將信號能量集中在OFDM符號的中間部分，兩邊部分能量較少，從而有效減小了因信號越界引起的信息能量的損失，提高了系統(tǒng)性能。


圖1為OFDM通信系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)；圖2a為基本OFDM時域整形方案發(fā)送端的流程圖；圖2b為基本OFDM時域整形方案接收端的流程圖；圖3a是DCO-OFDM時域整形方案發(fā)送端的流程圖；圖3b是DCO-OFDM時域整形方案接收端的流程圖；圖4a是周期為127的偽隨機序列經(jīng)BPSK調(diào)制后，按傳統(tǒng)的無線OFDM方法得到的頻域圖，圖4b是得到的時域圖；圖5a是周期為127的偽隨機序列經(jīng)BPSK調(diào)制后，采用本發(fā)明方法進行時域整形 得到的頻域圖，圖5b是得到的時域圖；圖6a是周期為63的偽隨機序列經(jīng)BPSK調(diào)制后，按傳統(tǒng)的DCO-OFDM方法得到的頻域圖，圖6b是得到的時域圖；圖7a是周期為63的偽隨機序列經(jīng)BPSK調(diào)制后，采用本發(fā)明方法進行時域整形得到的頻域圖，圖7b是得到的時域圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明本發(fā)明的思路是對現(xiàn)有OFDM通信系統(tǒng)進行改進，對OFDM幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)部分進行時域整形，將信號能量集中在OFDM符號的中間部分，兩邊部分能量較少，從而減小因信號越界引起的信息能量的損失。OFDM信號幀的結(jié)構(gòu)如圖1所示，本發(fā)明僅對其中的數(shù)據(jù)部分進行整形，其它部分不變。本發(fā)明具體采用以下方法在OFDM通信系統(tǒng)的發(fā)送端，對數(shù)字調(diào)制后得到的所傳輸數(shù)據(jù)的頻域信號進行以下處理將所述頻域信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到新的頻域信號；對該新的頻域信號進行快速傅里葉逆變換；將經(jīng)快速傅里葉逆變換得到的信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到最終的傳輸數(shù)據(jù)的時域整形信號；在OFDM通信系統(tǒng)的接收端，對于接收到的傳輸數(shù)據(jù)的時域整形信號進行以下處理將所述時域整形信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行快速傅里葉變換；將經(jīng)快速傅里葉變換得到的信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到所傳輸數(shù)據(jù)的頻域信號。采用上述方案得到的時域波形其實是對按傳統(tǒng)OFDM方法得出的時域波形的整
NMM,V
形，即第O到個點依次向右平移了個點,第至Ij N-1個點依次向左平移個點，這樣就2 2 2 2
將信號能量集中在OFDM符號的中間部分。本發(fā)明方法可用于傳統(tǒng)的無線OFDM通信系統(tǒng)，也可以用于非相干系統(tǒng)如光通信系統(tǒng)中的0FDM。為便于公眾理解，下面分別以無線OFDM通信系統(tǒng)和DCO-OFDM (直流偏置光0FDM)通信系統(tǒng)為例對本發(fā)明技術(shù)方案進行進一步說明。對于無線OFDM通信系統(tǒng)，系統(tǒng)的發(fā)送端先對通信數(shù)據(jù)進行QAM或QPSK等方式的數(shù)字調(diào)制，即將被傳輸?shù)臄?shù)字信號轉(zhuǎn)換成子載波幅度和相位的映射，得到調(diào)制后的所傳輸數(shù)據(jù)的頻域信號序列，記為x(k) (k = O, I, -,N-1);將頻域信號X(k) (k = O, I, -,N-1)分為偶數(shù)項X(2m) (m=0, I,…，N/2-1)和奇數(shù)項X(2m+1) (m=0, I,…，N/2-1);保持偶數(shù)項X(2m) (m=0, I,…，N/2-1)不變，將奇數(shù)項X(2m+l) (m=0, I,…，N/2-1)乘以_1，得到新的頻域信號；將該新的頻域信號進行N點IFFT運算后得X’ (η) (η=0, I,…，N_l);再將序列χ' (η)分為偶數(shù)項 X’ (2r) (r = O, I, "'NA-1),奇數(shù)項 x' (2r+l) (r = O, I, ···, N/2-1);將序列X' (η)的偶數(shù)項 X’ (2r) (r = O, I, ···, N/2-1)不變,奇數(shù)項 x’ (2r+l) (r = O, I,…，N/2-1)乘以-1，得到最終的整形后的時域信號x(n) (η=0，1，···，Ν-1)。上述整形流程如圖2a所示。發(fā)送端將整形后的時域信號加入保護間隔(或循環(huán)前綴)，形成OFDM符號，然后在組幀時加入同步序列，信道估計序列等，得到基帶信號并輸出。系統(tǒng)接收端對于接收到的基帶信號，先進行時間同步、小數(shù)倍頻估計和糾正后，得到整形后的時域信號X" (11)(11=0，1，"％^1)，將信號序列1" (η)(η=0，1，···，Ν-1)的奇數(shù)項 X" (2m+l) (m=0，1，...，Ν/2-1)乘以 _1，偶數(shù)項 x" (2m) (m=0, I, - ,N/2-1)保持不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行N點FFT運算后得X" (k) (k = 0,1,-,N-1)；將信號序列 X " (k) (k = O, I, - ,N-1)中的奇數(shù)項 X " (2r+l) (r = O, I, - ,N/2-1)乘 以-1，保持偶數(shù)項X" (2Γ)(Γ=0，1，···，Ν/2-1)不變，得到最終的頻域信號X' (k)(k =O, 1，-,N-1)，即發(fā)送端將要傳輸?shù)臄?shù)字序列經(jīng)數(shù)字調(diào)制后的頻域信號。上述流程如圖2b所示。對頻域信號Γ (k)(k = 0，l，一，N_l)進行相應(yīng)的數(shù)字解調(diào)，即可得到所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特流。傳統(tǒng)光傳輸系統(tǒng)，接收端采用直接檢測，產(chǎn)生的光信號強度與輸入電信號有關(guān)，信息承載在光強度上，要求輸入電信號非負，而OFDM為雙極性信號，所以要實現(xiàn)OFDM技術(shù)在光傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用，則要求OFDM符號為正實數(shù)。其中一種方法是采用DC0-0FDM(直流偏置光0FDM)方法。對于DCO-OFDM通信系統(tǒng)，發(fā)送端所傳輸信息比特流經(jīng)數(shù)字調(diào)制后的頻域信號x(n) (n=l,…，N/2-1)需進行相應(yīng)地映射來實現(xiàn)OFDM符號的實數(shù)化，實數(shù)化后的頻域信號以的映射表達式如下
_ W== [O W，ο d 勝 i]類似地，將信號序列的奇數(shù)項s(2m+l) (m=0, I, - ,N/2-1)乘以_1，偶數(shù)項s(2m) (m=0, I,…，N/2-1)保持不變，得到新的頻域信號；對該新的頻域信號進行N點IFFT運算后得時域信號序列 (η) (η=0, I,…，N_l);將時域信號序列y' (η)的奇數(shù)項I' (2r+l) (r=0, I, ···, N/2-1)乘以-1,偶數(shù)項 y' (2r) (r=0, I, ···, N/2-1)保持不變,得到最終的整形后的時域信號7(η)(η=0，1，···，Ν-1)。上述流程如圖3a所示。發(fā)送端將整形后的時域信號y(n)加入保護間隔(或循環(huán)前綴)，形成OFDM符號，然后在組幀時加入同步序列，信道估計序列等，得到基帶信號并輸出。系統(tǒng)接收端對于接收到的基帶信號，先進行時間同步、小數(shù)倍頻估計和糾正后，得到整形后的時域信號y" (n) (n=0, I, ···, N-l);將信號序列y" (η) (η=0, I, ···, Ν-1)的奇數(shù)項 y" (2m+1) (m=0, I, - ,N/2-1)乘以-1，偶數(shù)項 y" (2m) (m=0, I, - ,N/2-1)不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行N點FFT運算后得s " (η)(η=0，1，···，Ν-1);將頻域信號序列 s" (η)的奇數(shù)項 s" (2r+l) (r=0, I, ···, N/2-1)乘以-1,偶數(shù)項 s" (2r) (r =O, 1，…，N/2-1)保持不變，得到信號序列s' (η) (η=0, I, -,N-l);取信號序列s' (η)的第項，得 即為發(fā)送端所傳輸數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字調(diào)制后的頻域信號。上述流
程如圖3b所示。對 進行相應(yīng)的數(shù)字解調(diào)，即得到發(fā)送端所傳輸?shù)脑紨?shù)
據(jù)比特流。 為了驗證本發(fā)明方法的效果，分別將傳統(tǒng)的無線OFDM通信系統(tǒng)、DCO-OFDM通信系統(tǒng)與采用本發(fā)明方法的無線OFDM通信系統(tǒng)、DCO-OFDM通信系統(tǒng)進行了對比。圖4a、圖4b分別是周期為127的偽隨機序列經(jīng)BPSK調(diào)制后，按傳統(tǒng)的無線OFDM方法得到的頻域圖和時域圖；圖5a、圖5b分別是周期為127的偽隨機序列經(jīng)BPSK調(diào)制后，采用本發(fā)明方法進行時域整形得到的頻域圖和時域圖；圖6a、圖6b分別是周期為63的偽隨機序列經(jīng)BPSK調(diào)制后，按傳統(tǒng)的DCO-OFDM方法得到的頻域圖和時域圖；圖7a、圖7b分別是周期為63的偽隨機序列經(jīng)BPSK調(diào)制后，采用本發(fā)明方法進行時域整形得到的頻域圖和時域圖。從圖4b和圖5b可以看出，圖5b其實是圖4b的平移，將信號的能量集中在OFDM符號的中間部分，兩邊部分能量較少，這樣當信號出現(xiàn)越界時，信號能量損失的就較少，對系統(tǒng)的影響也減至最低。同樣地，由圖6b和圖7b可看出，在DCO-OFDM通信系統(tǒng)中，本發(fā)明的時域整形方案也使得OFDM符號的能量集中在中間部分，這樣當信號越界時，同樣能降低對系統(tǒng)的影響，保證系統(tǒng)的性能。
權(quán)利要求
1.一種OFDM通信系統(tǒng)的時域整形方法，其特征在于，在OFDM通信系統(tǒng)的發(fā)送端，對數(shù)字調(diào)制后得到的所傳輸數(shù)據(jù)的頻域信號進行以下處理將所述頻域信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到新的頻域信號；對該新的頻域信號進行快速傅里葉逆變換；將經(jīng)快速傅里葉逆變換得到的信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到最終的傳輸數(shù)據(jù)的時域整形信號；在OFDM通信系統(tǒng)的接收端，對于接收到的傳輸數(shù)據(jù)的時域整形信號進行以下處理將所述時域整形信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行快速傅里葉變換；將經(jīng)快速傅里葉變換得到的信號的奇數(shù)項乘以-1，偶數(shù)項保持不變，得到所傳輸數(shù)據(jù)的頻域信號。
2.如權(quán)利要求1所述OFDM通信系統(tǒng)的時域整形方法，其特征在于，所述OFDM通信系統(tǒng)為無線OFDM通信系統(tǒng)，所述時域整形方法具體如下在無線OFDM通信系統(tǒng)的發(fā)送端，將數(shù)字調(diào)制后得到的所傳輸數(shù)據(jù)的頻域信號Z(幻 (左=0，I, - ,#-1)分為偶數(shù)項 Z(2 ) Qn=Q, I, - ,#/2-1)和奇數(shù)項 Z(2 +1) Qn=O, I, ... ,N/2-1)；保持偶數(shù) X(2m) Qb=O, 1，- ,#/2-1)不變，將奇數(shù)項 Z(2 +1) ( =0, I, ... ,#/2-1)乘以-1，得到新的頻域信號；將該新的頻域信號進行N點IFFT運算后得 :.(>) Qi=O, I, ''',N-1);再將序列 x_0)分為偶數(shù)項 x(2r) (r=0, I,…，#/2-1),奇數(shù)項^(2r+l) (r=0, I, ···,#/2-1);將序列 x'O)的偶數(shù)項 (r=0, I, ···,#/2-1)不變，奇數(shù)項乂(2r+l) (r=0, I,…，#/2-1)乘以_1，得到最終的整形后的時域信號x(/ ) Qi=O, 1，…AM)； 在無線OFDM通信系統(tǒng)的接收端，將整形后的時域信號x#( ) Qi=O, 1，…#-1)的奇數(shù)項 f(2 +l) Ob=O, I, - ,#/2-1)乘以-1，偶數(shù)項 f(2w) ( =0, I,…，#/2-1)保持不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行N點FFT運算后得Alt) (^=0,1,-,^-1);將信號序歹Ij AD 0=0，1，…，Ar-1)中的奇數(shù)項+1) 0=0，1，…，#/2-1)乘以-1,保持偶數(shù)項 JP(2r) (r=0, I,…，#/2-1)不變，得到最終的頻域信號X⑷(k=0, 1，…，ΛΜ)。
3.如權(quán)利要求1所述OFDM通信系統(tǒng)的時域整形方法，其特征在于，所述OFDM通信系統(tǒng)為直流偏置光OFDM通信系統(tǒng)，所述時域整形方法具體如下在直流偏置光OFDM通信系統(tǒng)的發(fā)送端，將數(shù)字調(diào)制并實數(shù)化后的所傳輸數(shù)據(jù)的頻域信號的奇數(shù)項·5(2 +1) Qn=O, 1，…，#/2-1)乘以-1，偶數(shù)項·5(2 ) Qn=O, 1，…，#/2-1) 保持不變，得到新的頻域信號；對該新的頻域信號進行N點IFFT運算后得時域信號序列 /( ) (n=0, 1，…，#-1);將時域信號序列/⑷的奇數(shù)項^>+|) (r=0, I,…，T/2-1)乘以_1，偶數(shù)項^O) (r=0，l，…，#/2-1)保持不變，得到最終的整形后的時域信號y( ) (/7=0，1，... ,N-D ；在直流偏置光OFDM通信系統(tǒng)的接收端，將接收到的整形后的時域信號 (n=0, I, ...,Ar-1)的奇數(shù)項+ 0=0, I, ---,#/2-1)乘以-1,偶數(shù)項Qn=Q, I, ... ，#/2-1)不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行N點FFT運算后得s'n)fc=0, 1，…，於1);將頻域信號序列八《)的奇數(shù)項#分+|) ^=0, 1，…，#/2-1)乘以-1，偶數(shù) 項s (2r) (r=0，l，…，A72-1)保持不變，得到信號序列s切)fc=0，1，…，#_1);取信號序列s切)的第廣1項，得
全文摘要
本發(fā)明公開了一種OFDM通信系統(tǒng)的時域整形方法，用于減小系統(tǒng)通信中因越界引起的信息能量的損失，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法針對OFDM幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)部分進行時域整形，將信號能量集中在OFDM符號的中間部分，兩邊部分能量較少，從而有效減小了因信號越界引起的信息能量的損失，提高了系統(tǒng)性能。本發(fā)明方法實現(xiàn)簡單，可用于現(xiàn)有的各種OFDM通信系統(tǒng)。
文檔編號H04L27/26GK103001916SQ201210501668
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者陳健, 馬新鳳 申請人:南京郵電大學(xué)