CN101459640B

CN101459640B - 基于子载波编码的正交频分复用超宽带通信系统及其通信方法

Info

Publication number: CN101459640B
Application number: CN200710179456A
Authority: CN
Inventors: 邹卫霞; 刘琪; 周正; 王树彬; 扬程; 宋琦军
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: CN101459640A

Abstract

本发明公开了一种基于子载波编码的超宽带通信系统及通信方法，系统包括有正交频分复用超宽带模块、可生成基本编码策略文件的频谱模板匹配模块、可侦测信道占用情况的侦测与回避模块、编码模块。编码模块中预置有或可通过文件下载的针对三类特点子载波的编码算法，其依照接收的完整编码策略对输入的子载波信息序列、导频及保护序列数据做编码处理；再输出给正交频分复用超宽带模块发射。其融合了多种编码算法，通过软件配置的方式灵活改变发送机工作频带，可以符合各国UWB频谱模板，还能针对干扰产生特定位置的频谱凹槽，有效避免互干扰。

Description

基于子载波编码的正交频分复用超宽带通信系统及其通信方法

技术领域

本发明提出了一种基于子载波编码的OFDM UWB(正交频分复用超宽带，Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ultra Wide-Band)系统及其应用方法，属于通信领域。

背景技术

目前越来越多的研究机构和学者认识到UWB(超宽带，Ultra Wide-Band)广泛的应用前景。UWB系统需要考虑与窄带通信系统的互干扰问题，另一方面各国有不同的频谱规划，全世界范围内关于UWB系统的规范还没有完全确定，所以UWB系统还应该灵活的适应各国不同标准。芯片厂商已经开始预测未来商用UWB系统的机制和方法，由于OFDM-UWB方案具有灵活的频谱特点因此成为首选方案之一。

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术是多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子载波，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子载波上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子载波之间的相互干扰(ICI)。每个子载波的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子载波上的衰落可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子载波的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。现有的WiMedia PHY(物理层规范)就采用了OFDM调制方式。

OFDM UWB模块工作流程包括：系统对输入的数据信息做扰码、编码、交织处理后做正交幅度调制(QAM)。调制后的数据加入导频和保护序列做IFFT(反快速傅立叶变换)变换等处理后形成OFDM符号，加入循环前缀后的OFDM符号经D/A变换输出OFDM UWB基带信号。

目前单独的OFDM UWB模块局限于特定频谱范围的应用，且抗窄带通信系统干扰的能力相对较弱。

上述的正交幅度调制(QAM)技术：在调制中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示，它是一种矢量调制，将输入比特先映射(一般采用格雷码)到一个复平面(星座)上，形成复数调制符号，然后将符号的I、Q分量(对应复平面的实部和虚部，也就是水平和垂直方向)采用幅度调制，分别对应调制在相互正交(时域正交)的两个载波(cos wt和sin wt)上。这样与幅度调制(AM)相比，其频谱利用率将提高1倍。QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下可实现更高的频带利用率，目前QAM最高已达到1024-QAM(1024个样点)。样点数目越多，其传输效率越高，例如具有16个样点的16-QAM信号，每个样点表示一种矢量状态，16-QAM有16态，每4位二进制数规定了16态中的一态，16-QAM中规定了16种载波和相位的组合，16-QAM的每个符号周期传送4比特。与其他调制技术相比，QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于子载波编码的正交频分复用超宽带(OFDMUWB)通信系统及其通信方法。其可以利用现有硬件条件，针对不同情况设计编码方式，就可以灵活改变设备的工作频带，从而不但可以适应各个国家的不同频谱规范，而且还可以避免与窄带系统的互干扰。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于子载波编码的超宽带通信系统，包括有一正交频分复用超宽带模块；还包括有：

一可生成基本编码策略文件的频谱模板匹配模块，该模块用于控制编码模块的工作；

在系统中还设有一可侦测信道占用情况的侦测与回避模块，该模块根据感知的信道占用情况对收到频谱模板匹配模块传来的基本编码策略文件修正处理，生成完整编码策略文件传给编码模块；

一编码模块，该编码模块中预置有或可通过文件下载的针对三类特点子载波的编码算法，其依照接收的完整编码策略对输入的子载波信息序列、导频及保护序列数据做编码处理，该三类特点子载波是：普通使用的A类子载波，位于各国批准用于UWB系统的频带内；产生频谱空白的B类子载波，位于禁止使用的频带内；产生频率凹槽的C类子载波，位于强窄带干扰频段周围的子载波；

正交频分复用超宽带模块对输入的数据信息做扰码、编码、交织和正交幅度调制，调制后的数据加入导频和保护序列输入到编码模块；编码模块处理后的数据再输出给正交频分复用超宽带模块发射。所述的频谱模板匹配模块内预置文件解析器、策略制定器和存储器。

所述频谱模板匹配模块内的存储器中置有供调用的编码策略表。

所述的侦测与回避模块输出的编码策略文件中包含产生深度和宽度频率凹槽的参数。

所述的编码模块带有可更新各种编码算法的升级接口。

一种利用前述基于子载波编码的超宽带通信系统实现的通信方法，其方法步骤如下：

1)首先从频谱模板匹配模块内置的模板文件中直接调用所使用国家UWB频谱的基本编码策略文件，或下载所使用国家频谱的模板文件到频谱模板匹配模块后经解析、策略制定生成基本编码策略文件，这些基本编码策略文件传输给侦测与回避模块；

2)信号探测，由侦测与回避模块根据探测结果对基本编码策略文件中子载波分类并对子载波参数做修正，分别产生频谱凹槽或频谱空白的确定参数，将含有该确定参数的完整编码策略文件输出给编码模块；其中，侦测与回避模块对基本编码策略文件中子载波分3类：普通使用的A类子载波，位于各国批准用于UWB系统的频带内；产生频谱空白的B类子载波，位于禁止使用的频带内；产生频率凹槽的C类子载波，位于强窄带干扰频段周围的子载波；

3)编码模块用编码算法对接收的数据信息进行处理，处理后输出给正交频分复用超宽带模块发射。

4)接收端用对应的编码策略解调数据，抽取有效信息。所述的OFDM UWB模块采用现有的硬件平台。模板匹配模块可根据各国UWB频谱规范生成子载波编码策略；DAA模块参考信道占用情况，对编码策略进行进一步修正。编码模块实现工作频带的变化，还可以在特定频段位置产生凹槽以减少与窄带系统的互干扰。

本发明采用OFDM调制方式，融合了多种编码技术，采用软件配置的方式更改工作频带，可以灵活适应各国关于UWB系统的频谱规范。还采用了DAA(侦测与回避，Detection and Avoidance)技术，有效避免与其他无线系统的干扰。

本发明的优点是：

1)本发明基于子载波编码的正交频分复用超宽带通信系统的构成有效利用了现有模块技术，降低了整系统的成本。

2)本发明技术方案基本采用软件方式配置、升级设备，灵活性强，方便工作频带变换以符合不同的频谱模板，这样有利于系统设备的广泛应用。

3)正是由于本发明系统具有广泛适用性，所以不仅方便了各国频谱管理机构对这类设备的管理，而且提高了频谱利用率，缓解了当前频谱资源紧张的局面。

4)对特定应用场景，例如存在其他系统干扰，本发明通信方法可以发挥子载波编码的优势，有效减少互干扰。

5)本发明系统的编码模块的升级接口可以更新各种编码算法，增强了系统设备的灵活性和适应性。

6)经过相邻子载波编码后，使数据子载波的带外功率衰减加快。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2a为频谱模板匹配模块的结构示意图。

图2b为频谱模板匹配模块生成的基本编码策略示意图。

图2c为频谱模板匹配模块工作流程示意图。

图3a为DAA模块结构示意图。

图3b为DAA模块工作流程示意图。

图3c为经DAA模块修正的最终编码策略图。

图4a为编码模块结构示意图。

图4b为编码模块工作流程示意图。

图4c为根据编码策略实现编码过程的示意图

图5为OFDM UWB干扰频带的位置示意图。

图6为相邻子载波编码的仿真效果比较图。

图7为关闭子载波和C类编码产生频谱凹槽的效果比较图。

图8为本发明通信方法流程示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明基于子载波编码的正交频分复用超宽带(OFDM UWB)通信系统主要由正交频分复用超宽带(OFDM UWB)模块构建的硬件平台及DAA(侦测与回避，Detection and Avoidance)模块、频谱模板匹配模块、编码模块组成。

所述的OFDM UWB模块技术前已略述。本发明是在该OFDM UWB模块基础上实施新的技术方案。

首先本发明设计一频谱模板匹配模块，其构成参见图2a，该模块包括有：文件解析器、策略制定器和相应的存储器。文件解析器负责解析输入的频谱模板文件，提取相关参数；策略制定器负责根据文件解析器得到的参数制定相应的编码策略；存储器内有一个编码策略表，存有多个国家频谱模板的编码策略供调用。频谱模板匹配模块工作流程参见图2c，根据流程图所示，频谱模板匹配模块开始工作时，先在存储器的编码策略表中搜索要求的编码策略，如果存储器中已经存储了该策略则使用查表调用的方法直接输出。如果没有找到，则需要下载相应的频谱模板文件到文件解析器中。频谱模板文件为xml格式，包含了频谱模板适用的国家名称、编号、允许UWB工作的频率范围(f_L，f_H)、UWB设备发射功率限制值。解析器从xml格式文件中解析出相关参数，传送给策略制定器，策略制定器根据各参数生成编码策略输出，同时新的编码策略会存储到存储器的编码策略表中，下次使用时就可以查表调用。

如图2b所示，基本编码策略主要包括：可以使用子载波的位置和个数、用于产生频谱空白子载波的位置和个数。

本发明还设计有一侦测与回避(DAA)模块，其构成及工作流程参见图3a、图3b，DAA模块具有信号探测功能，可对周围环境进行探测，通过感知工作频段信道的占用情况及系统工作频段中受干扰的所有频带位置和干扰强度，对接收频谱模板匹配模块传来的基本编码策略文件做修正。修正结果包括：调整设备的工作频带；产生特定位置和深度可控的频谱凹槽。DAA模块可以有效减少与其他现有窄带系统的互干扰。该模块将频谱模板匹配模块生成的基本编码策略修正后输出一个有关编码参数的完整编码策略文件给编码模块。

本发明实施例中：DAA模块的信号探测功能可由现场可编程门阵列(FPGA)实现，其工作原理与802.11标准中的载波侦听技术类似。采用能量检测、载波检测和能量、载波混合检测来确定信道是否空闲。DAA模块中设定对窄带系统接收灵敏度为-90dBm，一旦监测到信道内存在载波，就表明该信道被占用。DAA模块会根据信号探测的结果修正编码策略。

侦测与回避(DAA)模块对基本编码策略文件中子载波参数做修正时将所有子载波分为3类处理：A类，普通使用的子载波；B类，用于产生较宽频谱空白的子载波；C类，用于产生较窄频率凹槽的子载波；侦测与回避(DAA)模块分别会对应3类子载波产生频谱凹槽位置和深度或频谱空白的参数。

图3c示出了经DAA模块修正后最终编码策略对应的频谱结构：由图中可直观看出，信号的发射功率不但符合频谱模板要求，还可以减小与其他无线系统的互干扰。

编码模块是本发明一核心部件，其可依照完整的编码策略对输入的信息序列、导频等数据做编码处理。编码模块利用OFDM的特点，除了能够灵活改变工作频带适应不同国家的频谱模板的要求之外，还可以针对具体使用环境产生特定位置和深度可控的频谱凹槽。编码模块带有可更新各种编码算法的升级接口，具有软件升级的功能，其内置的编码算法和规则可以按要求实时更新。所述的编码模块中预置有或可通过文件下载的针对上述A、B、C三类特点子载波的编码算法，其依照接收的完整编码策略对输入的子载波信息序列、导频及和保护序列数据做编码处理，编码模块处理后的数据再输出给正交频分复用超宽带模块做IFFT等处理发射。编码模块的构成及工作流程可参见图4a、图4b。

编码模块参考完整的编码策略文件进行处理。编码策略主要针对所有子载波的使用方案，包括正常使用的子载波组位置和个数，产生频谱凹槽的位置和深度，产生频谱空白的位置和宽度。由于调制的数据是各子载波的幅度，根据编码策略对数据做编码处理，就相当于对子载波做编码，实现了信号频谱的控制。编码过程如图4c所示。

编码模块对信息数据进行处理的具体方案是：针对A类子载波利用A类编码算法，不做特殊编码，直接将数据输出；针对B类子载波利用B类编码算法，对应位置数据插入零值后输出，零值的个数和位置由编码策略决定；针对C类子载波利用C类编码算法，做相邻子载波双极性编码和干扰子载波编码后输出。

具体编码算法说明如下：

A类子载波，主要位于各国批准用于UWB系统的频带内。这些子载波相应的数据不做特殊编码处理，直接在信息数据中加入导频和保护间隔输出。

B类子载波，主要位于禁止使用的频带内。这些子载波在某些国家被批准使用，而在另一些国家被禁止使用，或是DAA频段内不能使用的子载波。为提高OFDM调制效率，将数据中B类子载波对应位置上插零。编码算法根据编码策略，设计B类子载波的位置和个数NB。在发送数据中B类子载波的位置上插入NB个连续零值，就可以产生频谱空白。

C类子载波，主要是位于强窄带干扰频段周围的子载波。简单的关闭C类子载波仍无法减小干扰，参见图8(a)。这类子载波需要使用对应的编码算法，在干扰频段产生较深的凹槽，参见图8(b)。

C类子载波编码算法有两种：干扰子载波编码和相邻子载波编码，根据具体情况可组合使用。

干扰子载波主要指那些与其他工作系统处于相同频带位置的子载波。干扰子载波编码首先确定频谱凹槽的位置，即n个子载波的具体位置。编码算法的核心思想是通过变换和计算其它子载波在该频带内的泄漏干扰I，利用干扰频带内的n个子载波与相邻左右两个子载波做干扰消除。根据公式计算得到子载波上的赋值，实现干扰子载波编码。该方法能产生较深的频谱凹槽。

相邻子载波编码主要针对干扰子载波附近的数据子载波处理。它不仅能进一步加深凹槽的深度，还可以减少由于频偏造成的子载波间干扰(ICI)。其算法首先对输入序列做内插处理，然后通过矩阵映射实现双极性编码。内插零值处理会降低数据速率。编码算法举例如下表所示：

有关C类子载波编码的数学推导和举例如下：

干扰子载波编码：

简化在基带上分析。N子载波发射的OFDM信号如下：

X (k) = Σ_{n = 0}^{N - 1} x (n) \exp (j 2 π \frac{nk}{N})

k∈[0，N-1]

x(n)是数据，n＝0，...N-1。干扰子载波是指在OFDM符号中那些与窄带系统有干扰的子载波，假设32到36号子载波。为了分析子载波之间的干扰，对基带信号的频谱做r倍的上采样，由P(l)(l＝0，...r*N-1)表示

P (l) = \frac{1}{N} Σ_{k = 0}^{N - 1} X (k) \exp (- j 2 π \frac{n}{N} \frac{l}{r})

= \frac{1}{N} Σ_{n = 0}^{N - 1} x (n) Y (l, n)

l＝[0，(N*r-1)]

其中Y(l，n)是变化核，可以表示为

Y (l, n) = Σ_{k = 0}^{N} \exp (j 2 π \frac{k}{N} (n - \frac{l}{r}))

l∈[0，(N*r-1)]n∈[0，N-1]

通过Y(l，n)可以分析子载波的频谱特点。

干扰子载波编码与简单关闭不同，它将受干扰的子载波编码，并不用于传送数据，而用来减少干扰。由于OFDM子载波的正交性，受干扰子载波幅值的变化不影响信息子载波的工作。该算法的关键是对干扰频带内子载波进行编码，以抵消由其它子载波泄漏到受干扰频带内的部分。干扰子载波编码可以有效加深频谱凹槽，提高频谱利用率。

首先确定干扰频带的位置，如图5所示，以工作在5.8GHz频段的WLAN为例，假设802.11a设备工作信道位于在5.845GHz-5.865GHz，与OFDM UWB子带中的32号-36号子载波位于同一频带内，利用变换核Y(l，n)计算OFDM在该频带内的干扰I，除了干扰频带内的子载波外还使用相邻的31号和37号子载波用于干扰消除。

干扰向量I为I＝Yg，其中Y(l，n)是变换核函数，g是关闭了31号到37号子载波的数据向量。对31号到37号子载波赋值用于抵消其它子载波泄漏到干扰频段内的分量，公式表达为：Y₁h＝-I，其中Y₁是变换核Y的子核，可以根据h和I确定其维数。h是需要计算的31号到37号子载波赋值，对于它的求解不能直接取逆矩阵计算，因为Y₁是不可逆的，可以求解e²＝||Y₁h+I||²的最小值，根据Moore-Penrose逆准则可以得：

h = - {(Y_{1}^{T} Y_{1})}^{- 1} Y_{1}^{T} I = {(Y_{1}^{T} Y_{1})}^{- 1} Y_{1}^{T} Yg = - Wg,

式中的W根据干扰频带的位置预先定义。

相邻子载波双极性编码：

该编码不仅用于消除由频偏导致的子载波间干扰(ICI)，更主要用于频谱凹槽深度的控制。

其算法主要是：首先对输入数据做内插处理，由下式表示：

\{\begin{matrix} x_{n} = {x_{n}}^{'} \\ x_{n + 1} = 0 \end{matrix}

n＝[0:N/2-1]

式中x_n’是QAM调制后的数据，x_n是内插输出，N是子载波数。

随后进行矩阵变化，其映射关系如下：

[\begin{matrix} y_{2 n} \\ y_{2 n + 1} \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1 & 0 \\ - 1 & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} x_{2 n} \\ x_{2 n + 1} \end{matrix}],

n＝[0:N/2-1]

y_n是相邻子载波的双极性编码输出。

经过编码后可以加快数据子载波的带外功率泄漏，效果如图7(b)所示，该编码使带外泄漏比使用编码前低20dB，参见图7(a)所以对数据子载波做双极性编码后配合关闭子载波的方法可以加深频谱凹槽。

比较C类子载波编码和简单关闭子载波产生频谱凹槽的效果。为了避免与802.11a系统的互干扰，C类编码在5.845GHz-5.865GHz处提供了高达近90dB的频谱凹槽，而单纯的关闭子载波只产生了40多dB的凹槽，同时C类编码还能消除由于频偏导致的子载波间干扰。

利用现有的OFDM UWB硬件平台，编码后的序列做OFDM调制。可以增加单次调制的子载波个数提高效率，例如256子载波变换甚至更高。根据编码策略，调制后的信号不但符合各国频谱模板的要求，还可以避免与其他系统的互干扰。

本发明通信系统的基本信道单位是子载波。考虑到目前现有的规范和硬件条件，本方案设计的子载波带宽为4.125MHz，今后发展中根据需要可改变子载波带宽。为了灵活适应不同频谱规范要求，系统灵活设计子载波组结构，与现有标准不同之处是子载波组参数不再固定，而是采用动态子载波组的方式由软件来配置。根据不同需求改变子载波组的个数M和子载波的个数N。做OFDM调制时，可以根据M和N参数情况，增加单次调制子载波的个数以提高效率。

本发明利用所述基于子载波编码的超宽带通信系统实现的通信方法具体步骤如下(参见图6)：

1)首先从频谱模板匹配模块内置的模板文件中直接调用所使用国的基本编码策略文件，或从网上下载所使用国的模板文件到频谱模板匹配模块后生成基本编码策略文件，这些基本编码策略文件传输给侦测与回避(DAA)模块；基本策略主要是频谱模板范围内的子载波个数和位置等参数。

2)信号探测，由侦测与回避(DAA)模块根据探测结果对基本编码策略文件中子载波分类并对参数做修正，主要针对一些窄带或宽带系统干扰的位置和干扰强度，产生频谱凹槽的位置和深度或频谱空白，将修正的完整编码策略文件输出给编码模块；

3)编码模块用编码算法对接收的数据信息进行处理，处理后输出给正交频分复用超宽带(OFDM UWB)模块发射。

4)接收端用对应的编码策略解调数据，抽取有效信息。

接收端需要得到发送端的编码策略才能有效解调信息，所以应具有与发送端类似的结构。所以发送端会在通信前通过特定数据帧的方式将编码策略发送给接收端。接收端通过解析该数据帧从而得到发送端的编码策略，接收端参考编码策略提取有用数据，对收到的信息进行解调。

所述步骤2)中侦测与回避模块对基本编码策略文件中子载波参数做修正时将子载波分为A、B、C三类处理，分别对应3类子载波产生频谱凹槽的位置和深度或频谱空白的参数。

所述步骤3)中编码模块对接收的数据信息进行处理的具体方法是：针对A类子载波利用A类编码算法，不做特殊编码，直接将数据输出；针对B类子载波利用B类编码算法，对应位置数据插入零值后输出，零值的个数和位置由编码策略决定；针对C类子载波利用C类编码算法，对数据做相邻子载波双极性编码和干扰子载波编码后输出；这些编码算法可以预置在编码模块内或通过文件下载，并可升级为最新的算法。对于B类子载波编码算法，设计连续插入多个零值，以产生位置和宽度可控的频谱空白；对于C类相邻子载波编码算法，进行内插和矩阵变化处理，所述的内插处理是在相邻数据间插入零值，所述的矩阵变化处理是将内插处理后的数据通过矩阵映射实现双极性编码，算法的参数选择由编码策略确定；对于C类干扰子载波编码算法，进行邻带子载波泄漏计算和干扰子载波赋值计算，算法涉及的参数由编码策略文件确定。

下面结合实施例具体说明：

实施例1：

在中国地区使用该OFDM-UWB设备，启动系统，从频谱模板匹配模块中直接调用中国地区编码策略文件，根据DAA模块探测结果对编码策略修正。设备工作频段为3.1GHz-4.1GHz，基带子载波个数为256个，制定相应编码策略：1-100号子载波做A类编码，101-160号子载波做B类编码，161-200号子载波做C类编码，201-256号子载波做A类编码。C类编码中161-175号和186-200号子载波共30个做相邻子载波双极性编码，176-185号子载波做干扰子载波编码。

综合计算OFDM符号的传输数据：100+30/2+56＝171。该策略在101-160号子载波处出现频谱空白，在176-185号载波处出现凹槽。

根据编码策略控制，串行输入171个数据，对1-100号数据不做处理，直接进入输出寄存器，随后寄存器中插入60个0值。对101-115号数据做C类编码后进入寄存器。对116-171号数据不做处理进入寄存器。这样就实现了子载波编码。输出256个子载波的OFDM符号，负载信息数据171个。其功率谱满足频谱模板和DAA模块要求，通过载频工作频段为3.1GHz-4.1GHz。

实施例2：

在印度地区使用该OFDM-UWB设备，启动系统，从网上查到印度频谱模版文件，将其下载到频谱模板匹配模块中生成印度地区编码策略文件，根据DAA模块探测结果对编码策略修正。设备工作频段为3.2GHz-4.1GHz，由于采用同一硬件，基带子载波个数为256个，制定相应编码策略：由于工作的起始频带从3.2GHz开始，而设备子载波从3.1GHz开始，所以对1-25号子载波做B类编码，26-100号子载波做A类编码，101-160号子载波做B类编码，161-200号子载波做C类编码，201-256号子载波做A类编码。C类编码中161-175号和186-200号子载波共30个做相邻子载波双极性编码，176-185号子载波做干扰子载波编码。

综合计算OFDM符号的传输数据：75+30/2+56＝146。该策略在1-25号子载波处和101-160号子载波处出现频谱空白，在176-185号载波处出现凹槽。

根据编码策略控制，串行输入146个数据，寄存器内首先插入25个0值，对1-75号数据不做处理，直接进入输出寄存器，随后寄存器中插入60个0值。对76-90号数据做C类编码后进入寄存器。对91-146号数据不做处理进入寄存器。这样就实现了子载波编码。输出256个子载波的OFDM符号，负载信息数据146个。其功率谱满足频谱模板和DAA模块要求。通过载频工作频段为3.2GHz-4.1GHz。

同一硬件通过配置实现了工作频带的变化，满足不同国家对UWB的频谱规范。

Claims

1.一种基于子载波编码的超宽带通信系统，包括有一正交频分复用超宽带模块；其特征在于还包括有：

正交频分复用超宽带模块对输入的数据信息做扰码、编码、交织和正交幅度调制，调制后的数据加入导频和保护序列输入到编码模块；编码模块处理后的数据再输出给正交频分复用超宽带模块发射。

2.根据权利要求1所述的基于子载波编码的超宽带通信系统，其特征在于：所述的频谱模板匹配模块内预置文件解析器、策略制定器和存储器。

3.根据权利要求2所述的基于子载波编码的超宽带通信系统，其特征在于：所述频谱模板匹配模块内的存储器中置有供调用的编码策略表。

4.根据权利要求1所述的基于子载波编码的超宽带通信系统，其特征在于：所述的侦测与回避模块输出的编码策略文件中包含产生深度和宽度频率凹槽的参数。

5.根据权利要求1所述的基于子载波编码的超宽带通信系统，其特征在于：所述的编码模块带有可更新各种编码算法的升级接口。

6.一种利用权利要求1所述基于子载波编码的超宽带通信系统实现的通信方法，其特征在于方法步骤如下：

1)首先从频谱模板匹配模块内置的编码策略表中直接查找调用所使用国UWB频谱的基本编码策略文件，或下载所使用国频谱的频谱模板文件到频谱模板匹配模块后经解析、策略制定生成基本编码策略文件，这些基本编码策略文件传输给侦测与回避模块；

2)信号探测，由侦测与回避模块根据探测结果对基本编码策略文件中子载波分类并对子载波参数做修正，分别产生频谱凹槽或频谱空白的确定参数，将含有该确定参数的完整编码策略文件输出给编码模块；其中，侦测与回避模块将基本编码策略文件中子载波分3类：普通使用的A类子载波，位于各国批准用于UWB系统的频带内；产生频谱空白的B类子载波，位于禁止使用的频带内；产生频率凹槽的C类子载波，位于强窄带干扰频段周围的子载波；

3)编码模块用编码算法对接收的数据信息进行处理，处理后输出给正交频分复用超宽带模块发射；

4)接收端用对应的编码策略解调数据，抽取有效信息。

7.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于：所述步骤3)中编码模块用编码算法对接收的数据信息进行处理的具体方法是：针对A类子载波利用A类编码算法，不做特殊编码，直接将数据输出；针对B类子载波利用B类编码算法，B类子载波对应位置插入零值数据后输出，零值的个数和位置由编码策略决定；针对C类子载波利用C类编码算法，对数据做相邻子载波双极性编码和干扰子载波编码后输出；这些编码算法预置在编码模块内或通过文件下载，并升级为最新的算法。

8.根据权利要求7所述的通信方法，其特征在于：对于B类子载波编码算法，设计连续插入多个零值，以产生位置和宽度可控的频谱空白；对于C类相邻子载波编码算法，进行内插和矩阵变化处理，所述的内插处理是在相邻数据间插入零值，所述的矩阵变化处理是将内插处理后的数据通过矩阵映射实现双极性编码，算法的参数选择由编码策略确定；对于C类干扰子载波编码算法，进行邻带子载波泄漏计算和干扰子载波赋值计算，算法涉及的参数由编码策略文件确定。