CN101252563A

CN101252563A - 一种新的ofdm系统多载波合路方法

Info

Publication number: CN101252563A
Application number: CNA2008100453171A
Authority: CN
Inventors: 刘田军; 唐友喜; 孙德福; 符初生; 利强; 任彦之
Original assignee: CHENGDU TUFADA SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU TUFADA SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2028-01-30
Also published as: CN101252563B

Abstract

本发明提出了OFDM系统多载波一种新的合路方法及系统。该方法在加入循环前缀、进行成形滤波、D/A变换等处理过程之前，首先对N个载波数据进行合并，然后在做IFFT变换，从而既完成各载波内的正交频分复用调制，也完成各个载波间的频分合路。与传统正弦波频谱搬移频分合路方法相比，实现简单，计算复杂度低，减少载波供给器件，省去了大量中频合路器与分路器，降低硬件成本。

Description

一种新的OFDM系统多载波合路方法

技术领域

本方法涉及正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)多载波通信系统，尤其是一种正交频分复用多载波的基带合路方法。

背景技术

目前，WiMAX发展迅速，已成为3G的标准之一，商用化进程不断推进。但是WiMAX协议对20MHz带宽的支持还不完善，对系统容量形成了一定限制，OFDM多载波系统在解决这个问题以及进一步增加OFDM系统容量方面有重要意义。同时，OFDM多载波系统还具备以下优点，良好系统兼容性，带宽要求灵活性，硬件设备成本低等。因此，在市场需求推动下，多载波成为OFDM系统发展的一个重要方向。

现有的OFDM多载波系统主要以频分方式合路，常见的合路方法与GSM、TD-SCDMA、WCDMA等通信系统的多载波合路相同，通常采用正弦波频谱搬移、中频合并多路载波，如图1所示，其处理过程如下：

1.分别对N路载波数据进行串并转换、IFFT变换、加入CP(Cyclic Prefix，循环前缀)、成形滤波及D/A转换(数字模拟转换)；

2.分别将各路载波信号调制到不同频率的中心频率上；

3.将由步骤2得到的信号进行中频合路，实现功率迭加；

4.最后对中频合路输出信号完成射频调制；

采用这种合路方式，上述步骤2中需要复杂的载波供给系统，步骤3中需要数量较多的功率合路器，同时由于不同载波迭加，OFDM系统高峰平比问题更加严重，对高功率放大器的提出更高要求，载波数越多，上述问题越严重。硬件电路复杂、价格昂贵、调试难度大、调整困难。这种方法的实质是：在中频上合路多载波，并采用了正弦波频谱搬移技术。

发明内容

为了降低OFDM多载波系统中现有的频分方式合路方法中实现复杂度问题，本方法提出一种在基带处理阶段进行合路的OFDM系统多载波合路方法，该方法首先对多载波数据符号重新组合与子载波分配，再进行IFFT变换，实现载波间的基带频分合路。本方法包括如下步骤：

步骤1.按每路载波中心频率顺序，将N(N是对于1的整数)路载波数据合并成一路数据，得到合并后的组合数据；在所述的合并过程中，为了减小各路载波间的干扰，要根据应用场景或协议，在各载波数据左右添加一定长度的保护数据；同时在合并过程中，还要考虑将要分配给各路载波频带是否连续，当出现相临频段的两载波间不连续时，要在对应的两载波数据间填充为零的数据。

步骤2.判断步骤2中所得的组合数据的长度是否是2的幂次，当步骤2中所得的组合数据的长度不是2的幂次时，在所述的组合数据后面填充零，使所述的组合数据成为2的幂次；

步骤3.对所述的组合数据进行IFFT变换；

步骤4.对步骤4处理后的数据加入循环前缀，循环前缀长度参考相关协议或由应用场景决定；

步骤6.对步骤5加入循环前缀处理后的数据进行成形滤波，对信号进行脉冲成形，减小带外噪声各载波使用频段之外的频段噪声，包括小于或大于各载波使用频段的频段噪声，各载波频段不连续时载波间未使用频段的噪声和载波间相互干扰噪声；

步骤7.对步骤6所完成的成形滤波后的信号进行D/A转换，然后进行射频调制。需要说明的是：所述的载波数据是将分配到某频段上传输的一串数据符号；在所述的合并后的组合数据中，表示每路载波数据的一串数据符号是连续放在一起的。

发明实质以及效益：

由于本发明是在基带将多路载波数据合并成一路数据(发明内容中步骤1)，再使用IFFT变换合路多路载波(发明内容中步骤3)，从而实现了各载波内数据符号的正交频分复用调制和多路，同时也实现了不同载波数据段间的频分复用。各载波数据合并方便，不需要象传统的方法将各路载波信号调制或搬移到不同频率的中心频率上，因此省去了多组正弦载波，减少了振荡源，同时，不需要中频合路与功率迭加，又省去了大量昂贵的中频功率分路器和功率合路器，从而降低基站硬件成本。

本方法实现简单，消耗资源少，计算复杂度低；由于合路信号处于基带，使得对合路信号的其他处理更容易、更灵活，例如：合路信号的峰平比抑制处理等，从发明内容的步骤7看出采用单一载波供给系统和调制器，一致性好，调试开发简便；同时由于使用单一载波，接收机载波同步更简单，有利于提高接收机检测性。

附图说明：

图1是传统多载波正弦波频谱搬移、中频合并系统框图；

图2是本发明一个实施例；

其中，1是对各载波数据进行串并转换模块，2是实现对多路载波数据及保护数据进行合并处理与子载波分配模块，3是对2输出数据做合路IFFT变换模块，4是加入循环前缀模块，5是滤除带外噪声模块，进行波束成形，6是将输入的数字信号转变为模拟信号模块，7是信号调制到中心频率为f_c的频段模块。

图3是本发明实例中合并前N路载波数据示意图；

图4是图2所示的实施例中对载波数据合并后的组合数据示意图

其中，8是各载波左右或前后的保护数据，9是填充零。

图5是图2所示的实施例中当载波数为2时合路信号的子载波段与频谱分配示意图

具体实施方式：

图2是本发明的一个实施例，设载波数为N，各路载波数据分别为；b₁、b₂、…、b_n(其中，

b_{1} = \{\begin{matrix} b_{1,1} & b_{1,2} & \cdot \cdot \cdot & b_{1, m_{1}} \end{matrix}\}, b_{2} = \{\begin{matrix} b_{2, 1} & b_{2,2} & \cdot \cdot \cdot & b_{2, m_{2}} \end{matrix}\}, \cdot \cdot \cdot,

b_{n} = \{\begin{matrix} b_{n, 1} & b_{n, 2} & \cdot \cdot \cdot & b_{n, m_{n}} \end{matrix}\}),

各路载波数据包括将分配到某频段上传输的一串数据符号，图3是N路载波数据示意图。由具体协议或使用场景要求确定每个载波数据符号串b₁、b₂、…、b_n的长度。例如Wimax协议中，对于PUSC(Partial Usage of Subchannels)、FUSC(Full Usage of Subchannels)等模式，有确定的对每各载波数据符号串有相应规定。假设载波1、载波2、…、载波i、…、载波j…、载波N的中心频率点位置依次增大，且某些载波间有未用频带；设将要分配给载波1、载波2、载波N的频带宽度分别为B₁、B₂、…、B_n；若各载波中子载波频带间隔均为Δf(由相关协议或具体应用场景要求确定)，假设各载波的中心频率差均为Δf的整数倍。

模块1中，按每路载波中心频率大小顺序，将模块1中得到的N路并行数据合并成一路数据，根据上述假设载波1、载波2、…、载波i、…、载波j…、载波N的中心频率点位置依次增大，则载波1、载波2、…、载波i、…、载波j…、载波N的数据从左到右依次排列，得到组合数据{b₁、b₂、…、b_n}；在合并过程中，要考虑各路载波间的干扰，设根据需要第i个载波需要前后保护带宽度分别为F_Gi ¹、F_Gi ²(假设F_Gi ¹、F_Gi ²为Δf的整数倍)，F_Gi ¹、F_Gi ²的值由应用场景或协议确定，通常在系统设计时，要预先将可用频段分配给各载波数据频带与保护频带。因此，在第i个载波前后分别添加长度为F_Gi ¹/Δf、F_Gi ²/Δf的零作为左保护数据、右保护数据，添加保护数据后组合数据变为{b₁′、b₂′、…、b_i′、…、b_n′}(其中，

b_{1}^{'} = \{\begin{matrix} 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 & b_{1,1} & b_{1,2} & \cdot \cdot \cdot & b_{1, m_{1}} & 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \end{matrix}\}, b_{2}^{'} = \{\begin{matrix} 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 & b_{2,1} & b_{2,2} & \cdot \cdot \cdot & b_{2, m_{2}} & 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \end{matrix}\}, \cdot \cdot \cdot,

b_{i}^{'} = \{\begin{matrix} 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 & b_{i, 1} & b_{i, 2} & \cdot \cdot \cdot & b_{i, m_{i}} & 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \end{matrix}\}, b_{n}^{'} = \{\begin{matrix} 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 & b_{n, 1} & b_{n, 2} & \cdot \cdot \cdot & b_{n, m_{n}} & 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \end{matrix}\});

经过上述处理后，要考虑将要分配给各路载波频带是否连续，当出现相临频段的两载波间不连续时，要在对应的两载波数据间填充零，例如，载波i与载波i+1的中心频率间隔为ΔF_i、i+1，并且ΔF_i、i+1在数值上大于(B_i+B_i+1)/2，则两载波间存在未使用频段，则在载波i后填充零，填充零(记为0_si)个数为[ΔF_i、i+1-(B_i+B_i+1)/2]/Δf(根据以上假设[ΔF_i、i+1-(B_i+B_i+1)/2]/Δf值为整数)，填充零后，组合数据记为D_n ¹，且

D_{n}^{1} = \{\begin{matrix} b_{1}^{'} & b_{2}^{'} & \cdot \cdot \cdot & b_{i}^{'} & 0_{s_{i}} & \cdot \cdot \cdot & b_{j}^{'} & \cdot \cdot \cdot & b_{n}^{'} \end{matrix}\};

判断所得的组合数据D_n的长度是否是2的幂次，所得的组合数据D_n的长度不是2的幂次时，在所述的组合数据后面填充零，使所述的组合数据成为2的幂次。例如，本实例中，经上述处理后组合数据长度为L，L长度不等于2的幂次方，按照上述规则尾端填充零，得到0_sn，0_sn的长度为2^p-L(其中p＝int(log₂L)+1，int表示取整)，组合数据长度变为2的幂次方。该模块的输出记为D_n，且

D_{n} = \{\begin{matrix} b_{1} & b_{2} & \cdot \cdot \cdot & b_{i} & 0_{s_{i}} & \cdot \cdot \cdot & b_{j} & \cdot \cdot \cdot & b_{n} & 0_{s_{n}} \end{matrix}\} .

模块2将模块1输出的组合数据D_n转变为并行数据；

模块3中对模块2输出数据D_n做IFFT变换，完成各路数据的正交复用调制，同时实现各路载波数据的频分合路；模块4加入循环前缀，循环前缀长度由相关协议或应用场景决定，例如Wimax协议中可取数据长度的1/8。

模块5进行成形滤波，对信号进行脉冲成形，控制带外噪声，使之满足协议规定要求。带外噪声是指各载波使用频段之外的频段噪声，包括小于或大于各载波使用频段的频段噪声，各载波频段不连续时载波间未使用频段的噪声和载波间相互干扰噪声。因此成形滤波器设计要求可为多带滤波器或多个滤波器组合而成。

模块6对模块5输出信号完成D/A转换；

模块7将信号调制到中心频率为f_c的频段。

具体地，当系统为OFDM系统，其载波数为2(N＝2)，两个载波带宽均为11.2M，且它们所在频段相邻，则两载波中心频率间隔11.2M；载波1中心频率小于载波2的中心频率，两个载波子载波频宽间隔均为Δf；两个载波数据b₁、b₂(其中，

b_{1} = \{\begin{matrix} b_{1,1} & b_{1,2} & \cdot \cdot \cdot & b_{1, m_{1}} \end{matrix}\}, b_{2} = \{\begin{matrix} b_{2, 1} & b_{2,2} & \cdot \cdot \cdot & b_{2, m_{2}} \end{matrix}\}

)均为841点。时，其中对应的处理过程如下：

所述的模块1对b₁、b₂进行合并与分配子载波方法为：由于载波1与载波2在频带上是连续的，无未使用频带，中间不用填充零，将载波1、载波2数据顺序合并，得到的组合数据{b₁、b₂}；再对两个载波数据添加保护数据，其左保护数据长度度184点，右保护数据长度为183点，组合数据变为{0_184×1、b₁、0_183×1、0_184×1、b₂、0_183×1} ；此时，组合数据总长度为2048点，为2的幂次方，因此不需做尾端填充零处理，数据组合完成，模块2输出的组合数据记为D₂，且D₂＝{0_184×1、b₁、0_183×1、0_184×1、b₂、0_183×1}。

所述的模块2对所述的组合数据D₂进行串并转换，得到并行数据。所述的模块3对所述的并行数据进行IFFT变换，实现频率正交服用和两载波频分合路。所述的模块4根据协议对输出数据加入一定长度的循环前缀。所述的模块5对所述的模块4输出信号进行脉冲成形，减少带外噪声，此时由于两载波频带连续，根据发明内容所述，成形滤波器设计主要考虑小于或大于两载波使用频段的频段噪声和两载波间互相干扰噪声。所述的模块6对所述的模块5输出信号完成D/A转换，所述的模块7将信号调制到中心频率为f_c的频段。

各载波数据所在子载波段与频谱分配情况如图5。可以看到，载波1、载波2数据b₁、b₂在频谱上是分开的，b₁在较低频段，b₂在较高频段，且它们相邻，载波1的上保护带和载波2的下保护带组成两载波间的中间保护带，中间保护带宽度等于它们之和。对于上述两载波IFFT变换合路预设条件下，上保护带占有91个子载波，下保护带占有92个子载波，中间保护带占有183个子载波。同时，两个载波内的数据符号在频率上是正交的，而两个载波间在频带上是分开的，即模块2与模块3中的处理，既实现了两载波内部的正交调制，也实现了上述两个载波的频分合路。

Claims

1、一种新的OFDM系统多载波合路方法，由加入循环前缀、进行成形滤波、D/A变换等处理过程组成，其特征在于：在加入循环前缀前还包括如下步骤：

步骤1.按每路载波中心频率顺序，将N(N是对于1的整数)路载波数据合并成一路数据，得到组合数据；在合并过程中，要考虑将要分配给各路载波频带是否连续，当出现相临频段的两载波间不连续时，要在对应的两载波数据间填充零；

步骤2.判断步骤1中所得的一路数据的长度是否是2的幂次，当步骤2中所得的组合数据的长度不是2的幂次时，在所述的组合数据后面填充零，使所述的组合数据成为2的幂次；

步骤3.对所述的组合数据进行IFFT变换。

2、根据权利要求1所述的一种新的OFDM系统多载波合路方法，其特征在于：在步骤1中所述的合并过程中，为了防止各路载波间的干扰，要根据应用场景或协议，在各载波数据左右或前后添加的保护数据。

3、根据权利要求1或2之一所述的一种新的OFDM系统多载波合路方法，其特征在于：在步骤2所述的合并过程之后，且在步骤3所述的IFFT变换之前，将所述的组合数据进行串并变换，变成并行数据。