CN101335733B - 正交频分复用系统中的载波间干扰测量 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于测量OFDM系统中的载波间干扰(ICI)的系统，包括耦合到OFDM系统的发送机的测试符号生成器，用于生成由N×N个测试符号构成的N×N正交矩阵，并将N×N个测试符号以测试符号流的形式经由发送机发送到OFDM系统的接收机。该系统还包括耦合到接收机的ICI测量模块，用于检测在接收机中接收到的N×N个测试符号，并将这些测试符号以与发送机中的正交矩阵相同的方式排列成接收矩阵。ICI测量模块输出接收矩阵作为OFDM系统的ICI矩阵，其中ICI矩阵的第k行第l列的元素代表第l个子载波对第k个子载波的干扰，其中k≠l。

Description

正交频分复用系统中的载波间干扰测量

技术领域

本发明涉及涉及高速无线通信，更具体而言涉及正交频分复用(OFDM)系统中的载波间干扰测量。

背景技术

OFDM系统可用于高速无线电信系统中。在OFDM系统的发送机中，具有高传输速率的数据流被分割成多个分别具有较低传输速率的数据流。使用多个正交子载波同时并行传输这些数据流。随后在OFDM系统的接收机中，这些数据流被重新组合以获得原数据流。

图1示出了典型OFDM系统100的离散时间基带等价模型，OFDM系统100包括发送机110、接收机120和信道130。发送机110包括编码器111、串并行(S/P)转换器112、逆快速傅立叶变换(IFFT)模块113、并串行(P/S)转换器114，和数模(D/A)转换器115。接收机120包括解码器121、P/S转换器122、快速傅立叶变换(FFT)模块123、S/P转换器124，和A/D转换器125。

在发送机110中，编码器111首先例如使用M-QAM(Multiple-levelQuadrature Amplitude Modulation，多级正交幅度调制)将输入比特流编码为符号流。然后，符号流在S/P转换器112中被转换为N个并行符号流(N是IFFT的点数，也是OFDM系统中要使用的子载波总数)，其中第k个符号流将在第k个子载波上传输。然后，N个并行符号流被发送到IFFT模块113进行IFFT调制。IFFT模块113的输出在P/S转换器114处被串行化。P/S转换器114的输出在D/A转换器115处被转换成模拟信号，然后模拟信号被发送到接收机120。

在接收机120中，接收到的模拟信号首先在A/D转换器125处被转换成数字信号。然后，数字信号在S/P转换器124处被转换成并行信号，并被提供到FFT模块123进行解调。通过解调获得的符号流在P/S转换器122处被串行化以获得与从编码器111输出的符号流相对应的符号流。然后，从P/S转换器122输出的符号流在解码器121处被解码，以获得与输入比特流相对应的输出比特流。

在这种OFDM系统中，发送机和接收机处的任何缺陷都将导致性能下降，因为这些缺陷将破坏子载波波形的正交性。如果没有正交性，则当到达信号在接收机处被转换到基带时会发生载波间干扰(ICI)。ICI是指一个子载波对其他子载波(主要是对相邻子载波)的信号干扰。

在OFDM发送机中，诸如振荡器误差、噪声、时钟抖动等很多因素都会造成缺陷。在这种情况下，发送机处的子载波正交性不复存在。发送机还对RF(射频)部件设计的选择、电路板布图和实现，以及组件修改和改变等敏感。这些方面的任何缺陷或误差都会导致发送机处的正交性丢失。OFDM系统可能采用的不同调制类型和频带使得情况愈发复杂。由于ICI是影响OFDM系统性能的关键因素之一，对ICI的测量成为评价OFDM系统性能的重要方面。

发明内容

一种用于测量OFDM系统中的载波间干扰(ICI)的系统，包括耦合到OFDM系统的发送机的测试符号生成器，用于生成由N×N个测试符号构成的N×N正交矩阵，并将N×N个测试符号以测试符号流的形式经由发送机发送到OFDM系统的接收机。该系统还包括耦合到接收机的ICI测量模块，用于检测在接收机中接收到的N×N个测试符号，并将这些测试符号以与发送机中的正交矩阵相同的方式排列成接收矩阵。ICI测量模块输出接收矩阵作为OFDM系统的ICI矩阵，其中ICI矩阵的第k行第l列的元素代表第l个子载波对第k个子载波的干扰，其中k≠l。

附图说明

在附图中，相似的标号指示相似的元件。

图1是示出现有技术OFDM系统的框图；

图2是示出包含根据本发明实施例的用于测量OFDM系统中的载波间干扰(ICI)的ICI测量系统的OFDM系统的框图，其中ICI测量系统包括测试符号生成器216和ICI测量模块226，ICI测量模块226还包括接收矩阵生成器2261；

图3示出了具有排列为矩阵的测试符号并被图2的ICI测量系统用来测量图2的OFDM系统中的ICI的测试帧；

图4是图2的测试符号生成器216在生成图3的测试帧时的流程图；

图5是图2的接收矩阵生成器2261在生成代表图2的OFDM系统的被测ICI的ICI矩阵时的流程图；

图6是示出了具有根据本发明另一实施例的ICI测量系统的OFDM系统的框图，其中ICI测量系统包括测试符号生成器616和ICI测量模块626，ICI测量模块626还包括接收矩阵生成器6261、逆矩阵生成器6262，和乘法模块6263；

图7示出了具有排列为矩阵的测试符号并被图6的ICI测量系统用来测量图6的OFDM系统中的ICI的测试帧；

图8示出了图6的测试符号生成器生成图7的测试帧的流程图。

具体实施方式

下面参考附图描述本发明的实施例。

图2示出了OFDM系统200的框图。OFDM系统200包括发送机210、接收机220和信道230。发送机210包括编码器211、S/P转换器212、IFFT模块213、P/S转换器214，和D/A转换器215。接收机220包括解码器221、P/S转换器222、FFT模块223、S/P转换器224，和A/D转换器225。组件和/或模块211-215和221-225的结构和功能可以使用已知技术实现，因此下面不再详述。

此外，OFDM系统200还包括根据本发明一个实施例的ICI测量系统。ICI测量系统被用来进行OFDM系统200的ICI测量。从图2可见，ICI测量系统包括测试符号生成器216和ICI测量模块226。ICI测量模块226包括接收矩阵生成器2261。测试符号生成器216连接到S/P转换器212的输入。ICI测量模块226连接到P/S转换器222的输出。

简言之，根据本发明一个实施例的ICI测量系统通过生成从OFDM系统200的发送机210发送到接收机220的正交排列的测试符号矩阵来测量OFDM系统200的ICI。然后，在接收机220中分析接收到的测试符号，以获得OFDM系统200的ICI信息。此外，可以在根据载波频偏获得的理论结果和使用根据本发明一个实施例的ICI测量系统获得的测试结果之间进行验证。

具体而言，测试符号生成器216生成由N×N个测试符号构成的N×N正交矩阵，并将这N×N个测试符号以测试符号流的形式发送通过OFDM系统200(即从发送机210到接收机220)，使得OFDM系统200的ICI信息被嵌入测试符号流。在一个实施例中，正交矩阵是单位矩阵。在另一实施例中，正交矩阵可以是其他类型的矩阵(例如哈达马(Hadamard)矩阵)。然后，ICI测量模块226接收测试符号，并将它们重新排列为相同形式的矩阵，以获得OFDM系统200的ICI信息。下面详细描述该操作。测试符号生成器216、ICI测量模块226，和接收矩阵生成器2261可以在硬件、软件或它们的任意组合中实现。

在ICI测量期间，S/P转换器212接收来自测试符号生成器216的测试符号流而非来自编码器211的符号流。在一个实施例中，测试符号流包括构成测试符号生成器216生成的N×N正交矩阵的N×N个测试符号。图3示出了测试符号生成器216生成的测试符号流，如下面所详述的那样。然后，测试符号流被从发送机210发送到接收机220。

ICI测量模块226连接到P/S转换器222的输出。模块226包括接收矩阵生成器2261，用于接收P/S转换器222的输出符号流并将输出符号以与上述正交矩阵相同的方式排列为接收矩阵。ICI测量模块226输出接收矩阵作为OFDM系统200的ICI矩阵，其中ICI矩阵的第k行第l列的元素代表第l个子载波对第k个子载波的干扰，其中k≠l。这将在下面联系图3-5更详细地描述。

如图3所示，图2的测试符号生成器216生成的测试符号流包括N×N个符号{x₁₁，x₂₁，...，x_N1，x₁₂，x₂₂，...，x_N2，...，x_1N，x_2N，...，x_NN}，它们可以构成单位矩阵I(这里称为测试帧)。

图4示出了测试符号生成器216用来生成测试符号流的流程。应当注意，图4的流程仅是示例性的。其他已知流程也可被用来生成这样的测试符号流。

图5示出了图2的接收矩阵生成器2261执行的操作流程。具体而言，接收矩阵生成器2261接收来自P/S转换器222的输出符号流，该符号流对应于测试符号流(对应于图2的测试符号生成器216生成的测试帧)，并包括N×N个符号{y₁，y₂，...，y_N*N}。然后，输出符号流中的符号被以与图2的发送机210中的测试帧相同的方式排列。根据图5所示的流程获得以下N×N矩阵(这里称为接收矩阵R)：

其中R_k，l(k≠l)当信号仅在第l个子载波上传输时在第k个子载波上接收到的符号，R_l，l是当信号仅在第l个子载波上传输时在第l个子载波上接收到的符号。

在同时传输的所有N个子载波中，因为只有一个子载波上有信号(参见图3的测试帧)，所以在其他子载波上接收到的信号就是这一个子载波对其他子载波造成的干扰信号。因此，接收矩阵R代表了OFDM系统200的ICI矩阵C，即：

其中C_k，l(k≠l)代表第l个子载波对第k个子载波的干扰。

ICI矩阵C可用来计算OFDM系统的多个性能参数。例如，它可被用于计算平均载干功率比(CIR)：

${\mathrm{CIR}}_{\mathrm{MATRIX}}=\frac{\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|C_{l,l}\right|}^2}{\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l\≠k}{\overset{N}{\underset{k=1}{\mathrm{\Σ}}}}{\left|C_{l,k}\right|}^2}$

测试符号生成器216生成的测试符号流的速率可以根据需要来确定。例如，该速率可以是被测OFDM系统的带宽。在不同带宽下工作的OFDM系统的ICI矩阵可以通过使用不同速率的测试符号流来获得。

现在根据本发明的图6描述本发明的另一实施例。图6示出了包含根据本发明另一实施例的ICI测量系统的OFDM系统600。OFDM系统600包括发送机610、接收机620和信道630。发送机610包括编码器611、S/P转换器612、IFFT模块613、P/S转换器614，和D/A转换器615。接收机620包括解码器621、P/S转换器622、FFT模块623、S/P转换器624，和A/D转换器625。

此外，OFDM系统600还包括具有测试符号生成器616和ICI测量模块626的ICI测量系统。ICI测量模块626包括接收矩阵生成器6261、逆矩阵生成器6262，和乘法模块6263。测试符号生成器616连接到S/P转换器612的输入。ICI测量模块626连接到P/S转换器622的输出。组件和/或模块611-615和621-625的结构和功能是已知的，因此下面不再详述。接收矩阵生成器6261的结构和功能与图2的接收矩阵生成器2261相同，因此下面不再详述。

在OFDM系统600中，测试符号生成器616生成的测试符号构成正交矩阵。在一个实施例中，该正交矩阵可以是一个非单位矩阵(例如哈达马矩阵H)。在此情形下，从接收矩阵生成器6261输出的接收矩阵R不是ICI矩阵。为了获得该情形下的ICI矩阵，乘法模块6263需要将在逆矩阵生成器6262中生成的测试帧的逆矩阵(H^-1)乘以接收矩阵R来获得ICI矩阵，即C＝H^-1*R。或者，所述正交矩阵可以是单位阵。

图7示出了用于测量OFDM系统600的ICI信息的非单位矩阵测试符号流。在测量期间，测试符号生成器616生成由N×N个符号{x₁₁，x₂₁，...，x_N1，x₁₂，x₂₂，...，x_N2，...，x_1N，x_2N，...，x_NN，N＝8}构成的测试符号流，这些符号可以构成哈达马矩阵H。在此情形下，测试符号流的速率也可以根据需要确定。应当注意N＝8仅是一个示例。被测OFDM系统600的不同子载波数可以对应于不同的N值。

图8示出了测试符号生成器616用来生成图7的测试符号流的流程。

由于N×N个符号被用来建立测试帧，因此由于频率选择特性，时间长度在衰落信道上较长。因此，本发明的方法非常适用于用线缆作为直接链路的发送机测试。

测试符号生成器616、接收矩阵生成器6261、逆矩阵生成器6262，和乘法模块6263(均在图6中示出)可以在硬件、软件或它们的任意组合中实现。

虽然结合了具体实施例描述了本发明，但是以上描述仅是说明性而非限制性的。本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求及其等同物的范围的情况下可以根据设计需要和其他因素做出各种修改、组合、子组合和替换。

Claims (12)

1.一种用于测量正交频分复用系统中的载波间干扰的系统，包括：

耦合到所述正交频分复用系统的发送机的测试符号生成器，用于生成由N×N个测试符号构成的N×N正交矩阵，其中所述测试符号被所述发送机发送到所述正交频分复用系统的接收机，并且N是大于等于2的整数；以及

耦合到所述接收机的载波间干扰测量模块，该载波间干扰测量模块包括接收矩阵生成器，该接收矩阵生成器用于检测在所述接收机中接收到的N×N个测试符号，并将所述测试符号以与所述发送机中的所述正交矩阵相同的方式排列成接收矩阵，并输出所述接收矩阵作为所述正交频分复用系统的载波间干扰矩阵，其中所述载波间干扰矩阵的第k行第l列的元素代表第l个子载波对第k个子载波的干扰，其中k≠l，k和l是整数，并且1≤k≤N，1≤l≤N。

2.如权利要求1所述的系统，其中N×N个测试符号以测试符号流的形式经由所述发送机发送到所述接收机，并且所述测试符号流的速率是所述正交频分复用系统的带宽。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述正交矩阵是单位矩阵。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述N×N正交矩阵是哈达马矩阵，其中所述载波间干扰测量模块还包括：

逆矩阵生成器，用于生成所述正交矩阵的逆矩阵；以及

乘法模块，用于将所述正交矩阵的逆矩阵乘以所述接收矩阵来输出所述正交频分复用系统的载波间干扰矩阵。

5.一种正交频分复用系统，包括：

用于发送信号的发送机；

用于接收信号的接收机；以及

载波间干扰测量系统，该载波间干扰测量系统包括：

耦合到所述发送机的测试符号生成器，用于生成由N×N个测试符

号构成的N×N正交矩阵，其中所述测试符号被所述发送机发送到所述接收机，并且N是大于等于2的整数；以及

耦合到所述接收机的载波间干扰测量模块，该载波间干扰测量模块包括接收矩阵生成器，该接收矩阵生成器用于检测在所述接收机中接收到的N×N个测试符号，并将所述测试符号以与所述发送机中的所述正交矩阵相同的方式排列成接收矩阵，并输出所述接收矩阵作为所述正交频分复用系统的载波间干扰矩阵，其中所述载波间干扰矩阵的第k行第l列的元素代表第l个子载波对第k个子载波的干扰，其中k≠l，k和l是整数，并且1≤k≤N，1≤l≤N。

6.如权利要求5所述的系统，其中N×N个测试符号以测试符号流的形式经由所述发送机发送到所述接收机，并且所述测试符号流的速率是所述正交频分复用系统的带宽。

7.如权利要求5所述的系统，其中所述正交矩阵是单位矩阵。

8.如权利要求5所述的系统，其中所述N×N正交矩阵是哈达马矩阵，其中所述载波间干扰测量模块还包括：

逆矩阵生成器，用于生成所述正交矩阵的逆矩阵；以及

乘法模块，用于将所述正交矩阵的逆矩阵乘以所述接收矩阵来输出所述正交频分复用系统的载波间干扰矩阵。

9.一种用于测量正交频分复用系统中的载波间干扰的方法，包括：

生成由N×N个测试符号构成的N×N正交矩阵，其中N是大于等于2的整数；

将所述测试符号从所述正交频分复用系统的发送机发送到所述正交频分复用系统的接收机；以及

检测在所述接收机中接收到的N×N个测试符号，并将所述测试符号以与所述发送机中的所述正交矩阵相同的方式排列成接收矩阵，其中所述载波间干扰矩阵的第k行第l列的元素代表第l个子载波对第k个子载波的干扰，其中k≠l，k和l是整数，并且1≤k≤N，1≤l≤N，然后输出所述接收矩阵作为所述正交频分复用系统的载波间干扰矩阵。

10.如权利要求9所述的方法，其中N×N个测试符号以测试符号流的形式经由所述发送机发送到所述接收机，并且所述测试符号流的速率是所述正交频分复用系统的带宽。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述正交矩阵是单位矩阵。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述N×N正交矩阵是哈达马矩阵，其中所述检测步骤还包括：

生成所述正交矩阵的逆矩阵；以及

将所述正交矩阵的逆矩阵乘以所述接收矩阵来输出所述正交频分复用系统的载波间干扰矩阵。

Images