一種基于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)物理層的幀結(jié)構(gòu)及其配置方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于OFDM技術(shù)的物理層幀結(jié)構(gòu)配置方法，生成由相互獨(dú)立的前導(dǎo)字、幀控制頭、有效數(shù)據(jù)段和延時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)組成的幀；所述的前導(dǎo)字包括1個(gè)或2個(gè)OFDM符號(hào)，所述的幀控制頭包括1個(gè)OFDM符號(hào)，所述的有效數(shù)據(jù)段包括整數(shù)個(gè)OFDM符號(hào)，由1個(gè)或多個(gè)突發(fā)組成，所述的延時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)不包含OFDM信號(hào)。本發(fā)明幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以有效的緩解相位噪聲對(duì)于OFDM通信系統(tǒng)的影響，同時(shí)提高了OFDM帶寬的利用率，從而提高了無(wú)線通信的質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】
-種基于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)物理層的順結(jié)構(gòu)及其配置方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無(wú)線通信領(lǐng)域，具體是一種在無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于正交頻分復(fù)用技 術(shù)(OFDM)的物理層帖結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，需要固定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和基站支持，才能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的 轉(zhuǎn)發(fā)和用戶的服務(wù)控制。而無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)MA肥T(Mobile Ad化C Network),不需要固定 的設(shè)備支持，各個(gè)節(jié)點(diǎn)即用戶終端可W自行組網(wǎng)。通信時(shí)，其他的用戶節(jié)點(diǎn)可W作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 發(fā)的中間節(jié)點(diǎn)。運(yùn)種網(wǎng)絡(luò)組織形式在一定的程度上削弱了傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的地理局限性，其 高效便捷的特性適用于一些緊急場(chǎng)合的通信需要，在軍事通信中占有很重要的位置。但是， 無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)也存在著網(wǎng)絡(luò)帶寬受限，安全性不高等弊端。
[000引為了降低無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中弊端對(duì)于通信的影響，正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM (Orthogonal Frequenc^y Division Multiplexing),得到了廣泛的應(yīng)用。正交頻分復(fù)用技 術(shù)就是將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到 在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可W通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開，運(yùn)樣可W減 少子信道之間的相互干擾ICI。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子 信道可W看成平坦性衰落，從而可W消除碼間串?dāng)_。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原 信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。
[0004] OFDM技術(shù)能夠在窄帶帶寬下發(fā)出大量的數(shù)據(jù)，運(yùn)對(duì)于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的有限帶 寬傳輸有很大的幫助。同時(shí)，該技術(shù)可W自動(dòng)地檢測(cè)到傳輸介質(zhì)下哪一個(gè)特定的載波存在 高的信號(hào)衰減或干擾脈沖，然后采取合適的調(diào)制措施來(lái)使指定頻率下的載波進(jìn)行成功通 信，運(yùn)可W很好的解決無(wú)線通信中信道干擾的問(wèn)題。但是，盡管有諸多的優(yōu)點(diǎn)，OFDM技術(shù)也 存在著一定的缺陷。整個(gè)OFDM系統(tǒng)對(duì)各個(gè)子載波之間的正交性要求格外嚴(yán)格，任何一點(diǎn)小 的載波頻偏都會(huì)破壞子載波之間的正交性，引起ICI。所W ,OFDM系統(tǒng)對(duì)于相位噪聲和載波 頻偏十分敏感。另外，0抑M信號(hào)由多個(gè)子載波信號(hào)組成，運(yùn)些子載波信號(hào)由不同的調(diào)制符號(hào) 獨(dú)立調(diào)制。同傳統(tǒng)的恒包絡(luò)的調(diào)制方法相比，CFDM調(diào)制存在一個(gè)很高的峰值因子。因?yàn)?FDM 信號(hào)是很多個(gè)小信號(hào)的總和，運(yùn)些小信號(hào)的相位是由要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列決定的。對(duì)某些數(shù) 據(jù)，運(yùn)些小信號(hào)可能同相，而在幅度上疊加在一起從而產(chǎn)生很大的瞬時(shí)峰值幅度。而峰均比 過(guò)大，將會(huì)增加A/D和D/A的復(fù)雜性，而且會(huì)降低射頻功率放大器的效率。同時(shí)，在發(fā)射端，放 大器的最大輸出功率就限制了信號(hào)的峰值，運(yùn)會(huì)在OFDM頻段內(nèi)和相鄰頻段之間產(chǎn)生干擾。
[0005] 在通信中，帖是長(zhǎng)度固定或可變的數(shù)據(jù)包，其依照數(shù)字傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議編碼。帖結(jié) 構(gòu)限定了復(fù)用器將通信信道劃分成帖W用于傳輸?shù)姆绞健FDM系統(tǒng)的帖結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的性能 有主要影響。目前，對(duì)高性能0抑M和(FDM帖結(jié)構(gòu)的選擇有限。因此，需要為高性能(FDM系統(tǒng) 提供一種新的帖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)彌補(bǔ)OFDM技術(shù)在應(yīng)用于無(wú)線通信時(shí)所存在的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中OFDM在無(wú)線通信中存在的缺陷的不足，本發(fā)明的目的是提出 一種基于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)物理層的帖結(jié)構(gòu)及其配置方法，可W有效地減輕相位噪聲對(duì)系統(tǒng) 通信的影響，同時(shí)可W有效的利用OFDM帶寬，提高無(wú)線通信的質(zhì)量。
[0007] 一種無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于OFDM技術(shù)的物理層帖結(jié)構(gòu)配置方法，其特點(diǎn)在于，生 成由相互獨(dú)立的前導(dǎo)字、帖控制頭、有效數(shù)據(jù)段和延時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)組成的帖；
[0008] 所述的前導(dǎo)字包括1個(gè)或2個(gè)OFDM符號(hào)，所述的帖控制頭包括1個(gè)OFDM符號(hào)，所述的 有效數(shù)據(jù)段包括整數(shù)個(gè)0抑M符號(hào)，由1個(gè)或多個(gè)突發(fā)組成，所述的延時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)不包含OFDM 信號(hào)。
[0009] 時(shí)隙種類分為節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)段、基本通信時(shí)隙和業(yè)務(wù)通信時(shí)隙；
[0010] 所述的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)段包括Ims時(shí)隙和2ms時(shí)隙，所述的基本通信時(shí)隙為Ims時(shí)隙，所述 的業(yè)務(wù)通信時(shí)隙包括2ms和4ms時(shí)隙。
[0011] 所述的前導(dǎo)字包括長(zhǎng)前導(dǎo)和短前導(dǎo)兩種；
[0012] 所述的長(zhǎng)前導(dǎo)由兩個(gè)OFDM符號(hào)組成:第一個(gè)OFDM符號(hào)使用編號(hào)為四的倍數(shù)的子載 波，在時(shí)域上的波形為4個(gè)重復(fù)的抽樣值為512的分片組成，分片的前部帶有循環(huán)前綴;第二 個(gè)OFDM符號(hào)使用偶數(shù)個(gè)子載波，其時(shí)域結(jié)構(gòu)由2個(gè)重復(fù)的抽樣值為1024的分片組成，并帶有 一個(gè)循環(huán)前綴；
[0013] 所述的短前導(dǎo)占用1個(gè)(FDM符號(hào)，其時(shí)域結(jié)構(gòu)由2個(gè)重復(fù)的抽樣值為1024的分片組 成，并帶有一個(gè)循環(huán)前綴。
[0014] 所述的帖控制頭的長(zhǎng)度為一個(gè)OFDM符號(hào)，使用BPSK調(diào)制方式和1/2速率的編碼;帖 控制頭中包括整個(gè)數(shù)據(jù)帖的具體的調(diào)制信息，其中3bit表示調(diào)制方式，2bit表示碼長(zhǎng)，碼率 占化it長(zhǎng)度，突發(fā)中的OFDM符號(hào)個(gè)數(shù)占IObit長(zhǎng)度，頭校驗(yàn)序列占Sbit長(zhǎng)度。
[0015] 所述的有效數(shù)據(jù)段由整數(shù)個(gè)OFDM符號(hào)組成，每個(gè)符號(hào)時(shí)間為90ys，選擇突發(fā)的個(gè) 數(shù)由MC層的通道性質(zhì)確定。循環(huán)前綴的長(zhǎng)度為10,數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為80。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該帖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可W有效的緩解相位噪 聲對(duì)于OFDM通信系統(tǒng)的影響，同時(shí)提高了OFDM帶寬的利用率，從而提高了無(wú)線通信的質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明基于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)物理層的帖結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為長(zhǎng)前導(dǎo)的時(shí)域結(jié)構(gòu)；
[0019] 圖3為短前導(dǎo)的時(shí)域結(jié)構(gòu)；
[0020] 圖4為物理層帖數(shù)據(jù)部分結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0022] 一.無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)物理層
[0023] 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的帖結(jié)構(gòu)，主要針對(duì)于基于OFDM技術(shù)的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)。所W無(wú)線 自組織網(wǎng)絡(luò)的物理層參數(shù)對(duì)于帖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尤為重要。所設(shè)計(jì)的帖結(jié)構(gòu)是針對(duì)于無(wú)線自組 織網(wǎng)絡(luò)的物理層的基本參數(shù)設(shè)計(jì)而成的，可W很好的用于物理層數(shù)據(jù)信息的傳輸。
[0024] 二.物理層帖結(jié)構(gòu)
[0025] 圖2為本發(fā)明基于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)物理層的帖結(jié)構(gòu)示意圖，參考MAC部分的設(shè)計(jì)， 可W根據(jù)MAC層的具體參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)出物理層適配MAC后的幾種帖結(jié)構(gòu)。
[0026] 物理層的帖結(jié)構(gòu)主要由四部分構(gòu)成，分別為:前導(dǎo)字，帖控制頭，有效數(shù)據(jù)段和延 時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)。
[0027] 1.前導(dǎo)字
[0028] 前導(dǎo)字分為兩種一一長(zhǎng)前導(dǎo)和短前導(dǎo)。
[0029] 長(zhǎng)前導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖2所示，由兩個(gè)OFDM符號(hào)組成。第一個(gè)OFDM符號(hào)只使用編號(hào)為4的 倍數(shù)的子載波，在時(shí)域上的波形為4個(gè)重復(fù)的抽樣值為512的分片組成，分片的前部帶有循 環(huán)前綴(CP);第二個(gè)OFDM符號(hào)僅使用偶數(shù)個(gè)子載波，其時(shí)域結(jié)構(gòu)由2個(gè)重復(fù)的抽樣值為1024 的分片組成，并帶有一個(gè)循環(huán)前綴。
[0030] 短前導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖3所示。短前導(dǎo)占用1個(gè)OFDM符號(hào)，其時(shí)域結(jié)構(gòu)由2個(gè)重復(fù)的抽樣值 為1024的分片組成，并帶有一個(gè)循環(huán)前綴。
[0031] 2.帖控制頭
[0032] 帖控制頭(FCH)部分的長(zhǎng)度為一個(gè)OFDM符號(hào)。使用BPSK調(diào)制方式和1/2速率的編 碼。FCH中包含的信息如表1所示：
[0033] 表1帖控制(FCH)的具體信息
[0034]
[0035] 由表1可W看出，該帖結(jié)構(gòu)的信息域子帶填充的速率域由7個(gè)比特組成，可W根據(jù) 運(yùn)7個(gè)比特的信息，確定該速率域所在子帶包含的數(shù)據(jù)域的調(diào)制方式和碼長(zhǎng)W及編碼速率。 當(dāng)調(diào)制方式為OOl，碼率為01時(shí)，所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)域的調(diào)制方式為BPSK，編碼速率為1/2，相當(dāng) 于每副載波每0抑M符號(hào)上的編碼比特?cái)?shù)為1比特，每副載波每(FDM符號(hào)可W傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比 特?cái)?shù)為1/2比特；當(dāng)調(diào)制方式為OOl，碼率為11時(shí)，所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)域的調(diào)制方式為BPSK，編碼 速率為3/4,相當(dāng)于每副載波每(FDM符號(hào)上的編碼比特?cái)?shù)為1比特，每副載波每OFDM符號(hào)可 W傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特?cái)?shù)為3/4比特；當(dāng)調(diào)制方式為010,碼率為Ol時(shí)，所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)域的調(diào)制方 式為QPSK，編碼速率為1/2,相當(dāng)于每副載波每(FDM符號(hào)上的編碼比特?cái)?shù)為2比特，每副載波 每OFDM符號(hào)可W傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特?cái)?shù)為1比特;當(dāng)調(diào)制方式為100,碼率為10時(shí)，所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù) 域的調(diào)制方式為64QAM，編碼速率為2/3,相當(dāng)于每副載波每(FDM符號(hào)上的編碼比特?cái)?shù)為化k 特，每副載波每0抑M符號(hào)可W傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特?cái)?shù)為4比特。
[0036] 3.有效數(shù)據(jù)段
[0037] 有效數(shù)據(jù)段的帖結(jié)構(gòu)如圖4所示，有效數(shù)據(jù)段由整數(shù)個(gè)OFDM符號(hào)組成，每個(gè)符號(hào)時(shí) 間為90iis，選擇突發(fā)的個(gè)數(shù)由MC層的通道性質(zhì)確定。CP的長(zhǎng)度為10，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為80。
[0038] 物理層傳輸過(guò)程
[0039] 數(shù)據(jù)帖在物理層傳輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程主要包括:擾碼、多級(jí)碼率編碼和交織、調(diào)制映 射、PN序列發(fā)生器、組帖、上采樣和成形濾波等。
[0040] 1.信道編碼與調(diào)制
[0041] 本編碼方案目前為L(zhǎng)DPC的編碼方案。包括了3個(gè)長(zhǎng)度的編碼。
[0042] LDPC編碼的具體碼字結(jié)構(gòu)為信息位在前，校驗(yàn)位在后。W1536長(zhǎng)，1/2碼率的碼字 為例。
[0043] 2.交織
[0044] 交織主要完成兩個(gè)工作:不同LDPC模塊之間的映射;高階映射不同保護(hù)bits的交 織。
[0045] 3.映射
[0046] 映射方式采用BPSK，QPSK(4QAM) ,16QAM和64QAM星座圖。
[0047] 4.插導(dǎo)頻
[0048] 根據(jù)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)物理層的導(dǎo)頻子載波的頻率編號(hào)等間隔的插入導(dǎo)頻。需要注 意的是兩邊的保護(hù)子載波W及DC載波的值都為OdOFDM調(diào)制
[00例 （FDM的調(diào)制過(guò)程:首先數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)IFFT，最后再通過(guò)并串轉(zhuǎn)換輸 出。
[0化0] 5.加 CP
[0051] 插入導(dǎo)頻之后是對(duì)0抑細(xì)寸域發(fā)射信號(hào)加CP的過(guò)程。應(yīng)用(FDM的一個(gè)重要原因是它 可W有效地對(duì)抗多徑時(shí)延擴(kuò)展。除了通過(guò)數(shù)據(jù)并行傳送的方法消除符號(hào)間干擾之外，還需 要在兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)之間插入時(shí)間保護(hù)間隔，一般采用循環(huán)前綴實(shí)現(xiàn)。
[0052] 最后所應(yīng)說(shuō)明的是，W上實(shí)施例僅用W說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W對(duì)發(fā)明的 技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于OFDM技術(shù)的物理層幀結(jié)構(gòu)配置方法，其特征在于，生成 由相互獨(dú)立的前導(dǎo)字、幀控制頭、有效數(shù)據(jù)段和延時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)組成的幀； 所述的前導(dǎo)字包括1個(gè)或2個(gè)OFDM符號(hào)，所述的幀控制頭包括1個(gè)OFDM符號(hào)，所述的有效 數(shù)據(jù)段包括整數(shù)個(gè)OFDM符號(hào)，由1個(gè)或多個(gè)突發(fā)組成，所述的延時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)不包含OFDM信 號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理層幀結(jié)構(gòu)配置方法，其特征在于，時(shí)隙種類分為節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn) 段、基本通信時(shí)隙和業(yè)務(wù)通信時(shí)隙； 所述的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)段包括lms時(shí)隙和2ms時(shí)隙，所述的基本通信時(shí)隙為lms時(shí)隙，所述的業(yè) 務(wù)通信時(shí)隙包括2ms和4ms時(shí)隙。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理層幀結(jié)構(gòu)配置方法，其特征在于，所述的前導(dǎo)字包括長(zhǎng)前 導(dǎo)和短前導(dǎo)兩種； 所述的長(zhǎng)前導(dǎo)由兩個(gè)OFDM符號(hào)組成：第一個(gè)OFDM符號(hào)使用編號(hào)為四的倍數(shù)的子載波， 在時(shí)域上的波形為4個(gè)重復(fù)的抽樣值為512的分片組成，分片的前部帶有循環(huán)前綴;第二個(gè) OFDM符號(hào)使用偶數(shù)個(gè)子載波，其時(shí)域結(jié)構(gòu)由2個(gè)重復(fù)的抽樣值為1024的分片組成，并帶有一 個(gè)循環(huán)前綴； 所述的短前導(dǎo)占用1個(gè)OFDM符號(hào)，其時(shí)域結(jié)構(gòu)由2個(gè)重復(fù)的抽樣值為1024的分片組成， 并帶有一個(gè)循環(huán)前綴。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理層幀結(jié)構(gòu)配置方法，其特征在于，所述的幀控制頭的長(zhǎng)度 為一個(gè)OFDM符號(hào)，使用BPSK調(diào)制方式和1 /2速率的編碼;幀控制頭中包括整個(gè)數(shù)據(jù)幀的具體 的調(diào)制信息，其中3bit表示調(diào)制方式，2bit表示碼長(zhǎng)，碼率占2bit長(zhǎng)度，突發(fā)中的OFDM符號(hào) 個(gè)數(shù)占 lObit長(zhǎng)度，頭校驗(yàn)序列占8bit長(zhǎng)度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理層幀結(jié)構(gòu)配置方法，其特征在于，所述的有效數(shù)據(jù)段由整 數(shù)個(gè)OFDM符號(hào)組成，每個(gè)符號(hào)時(shí)間為90ys，選擇突發(fā)的個(gè)數(shù)由MAC層的通道性質(zhì)確定。循環(huán) 前綴的長(zhǎng)度為1 〇，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為80。
【文檔編號(hào)】H04L5/00GK105978672SQ201610235715
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】孫飛, 歸琳, 劉勃, 田豐
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)