CN102006262A - 一种实现复用ofdm系统子模块间公共功能子函数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种实现复用OFDM系统子模块间公共功能子函数的方法，涉及通信技术，实现基于OFDM技术的通信系统子模块间公共功能子函数的复用。OFDM系统中，由于收发链路的对称性，不同的子模块在实现其功能时会使用到相同的功能子函数，在实现基于OFDM的通信系统物理层链路时，首先把不同子模块都会使用到的功能子函数独立实现，以供需要使用到该功能子函数的多个OFDM子模块直接使用，大大降低了OFDM通信系统物理层链路实现的开销。本发明为复用OFDM系统子模块间公共功能子函数的应用提供了一种简单而有效的解决方案。

Description

一种实现复用OFDM系统子模块间公共功能子函数的方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是一种OFDM系统中实现物理层公共功能子函数的方法。

背景技术

多载波传输把数据流分解为若干个独立的子比特流，每个子数据流将具有低得多的比特速率。用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。OFDM是多载波传输方案的实现方式之一，OFDM也被称为离散多音(DMT, Discrete Multi-Tone)调制。OFDM利用逆快速傅立叶变换(IFFT, Inverse Fast Fourier Transform)和快速傅立叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)来分别实现MIMO-OFDM系统信道特性研究OFDM的思想最早可以追溯到20世纪50年代末期。60年代，人们对多载波调制做了许多理论上的工作，论证了在存在符号间干扰的带限信道上采用多载波调制可以优化系统的传输性能；1970年1月有关OFDM的专利被首次公开发表；1971年，Weinstein和Ebert在IEEE(Institute of Electricaland Electronical Engineers，电气与电子工程师协会)杂志上发表了用离散傅立叶变换实现多载波调制的方法；80年代，人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究，但是由于当时技术条件的限制，多载波调制没有得到广泛的应用；90年代，由于数字信号处理技术和大规模集成电路技术的进步，OFDM技术在高速数据传输领域受到第一章绪论了人们的广泛关注；今天，OFDM已经在欧洲的数字音视频广播(如DAB和DVB)、欧洲和北美的高速无线局域网系统(如HIPERLAN2、IEEE 802.11a)、以及高比特率数字用户线(如ADSL、VDSL)中得到了广泛的应用。目前，人们正在考虑在基于IEEE 802.16标准的无线城域网、基于IEEE 802.15标准的个人信息网以及未来的下一代无线蜂窝移动通信系统中使用OFDM技术。OFDM技术得到广泛应用的主要原因在于：

（1）高速数据流通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号的持续时间相对增加，从而有效地减小无线信道的时间弥散（time dispersion）所带来的符号间干扰（ISI, Intersymbol Interference），这样就减小了接收机内均衡的复杂程度，有时甚至可以不采用均衡器，仅通过插入循环前缀的方法消除ISI的不利影响。

（2）传统的频分复用(FDM, Frequency Division Multiplexing)技术中，每个子信道是不重叠的，为防止信道间的干扰，信道间还要加保护间隔，导致频带利用率下降。OFDM系统中由于各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，因此可以最大限度地利用频谱资源。

（3）OFDM是一种多载波技术，它的多载波调制和解调是通过离散傅立叶反变换(IDFT)和离散傅立叶变换(DFT)实现的，对于子载波数目N很大的系统，我们可以通过采用快速傅立叶变换（FFT）来实现。随着大规模集成电路与数字信号处理技术的发展，IFFT和FFT都是很容易实现的。

（4）无线数据业务一般存在非对称性，即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路传输的数据量。OFDM系统可以很容易地通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。

（5）由于无线信道存在频率选择性，不可能所有的子载波都同时处于比较深的衰落情况中，因此可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法，充分利用信噪比较高的子信道，从而提高系统的性能。

（6）由于OFDM把整个信道分成相互正交的子信道，因此抗窄带干扰能力很强，因为这些干扰仅仅影响到一部分子信道。

基于OFDM技术的通信系统的物理层链路结构如图1所示。目前，在实现基于OFDM技术的具体通信系统的物理层链路时，以物理层链路的子模块为基本单位分别实现各个子模块的功能，从而组成物理层链路。因此，基于OFDM技术的具体通信系统的物理层链路的实现开销取决于物理层链路的子模块数目和各子模块的功能。这样，如何提取各子模块间可能会使用到的公共功能子函数并独立实现，各子模块直接使用公共功能子函数实现物理层链路，成为减小基于OFDM技术的通信系统物理层链路实现开销的有效方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种实现复用基于OFDM技术的通信系统物理层链路子模块间公共功能子函数的方法，使得基于OFDM技术的通信系统物理层链路子模块实现时能够避免重复实现具有相同功能的子函数模块，达到减少实现开销的目的。

  本发明提供的一种现复用基于OFDM技术的通信系统物理层链路子模块间公共功能子函数的方法，该方法是这样实现的：

A：根据基于OFDM技术的具体通信系统的物理层链路结构和各个子模块功能特点，分析各子模块在实现其功能时要使用到的功能子函数，将多个子模块都需要使用的功能子函数作为公共功能子函数提取出来。

B: 分析公共功能子函数在实现其功能时所需要的输入以及该公共功能子函数的输出，实现公共功能子函数模块。

C：多个子模块为公共功能子函数提供不同的输入，公共功能子函数为多个子模块提供相应的输出，以实现公共功能子函数在多个子模块间的复用。

通信系统的物理层链路是基于OFDM技术的。

基于OFDM技术的通信系统的物理层链路结构和子模块功能取决于该通信体统的设计。基于OFDM技术的通信系统的物理层链路结构越复杂，子模块越多，子模块之间可能使用到的公共功能子函数就越多。由于通信系统收发链路的对称性，发送端子模块使用到的功能子函数有可能在接收端再次用到。当接收端子模块需要用到发送端子模块已经使用过的功能子函数时，不需要再次实现该功能子函数，可以直接使用已经独立实现的功能子函数。物理层链路中不是分别位于发送端链路和接收端链路的不同子模块之间也有可能会使用到具有相同功能的子函数，也可以直接使用已经独立实现的功能子函数。物理层链路中不是分别位于发送端链路和接收端链路的不同子模块之间，一个子模块使用过的某些功能子函数，在另一个子模块中也会再次用到时，可以直接使用已经独立实现的公共功能子函数。发端合并导频信号和数据信号子模块使用到的寻找导频信号所使用的资源元素位置功能子函数在接收端分离导频信号和数据信号子模块会再次用到。发端CRC添加子模块使用到的生成CRC校验序列功能子函数在接收端CRC校验子模块会再次用到。产生导频序列子模块中使用的生成训练序列功能子函数在加扰子模块中会再次用到。时域内插和频域内插可以采用相同的内插算法，时域内插时使用的内插算法在频域内插时可以再次使用。发送端合并导频信号和数据信号子模块使用到的寻找导频信号所使用的资源元素位置功能子函数与接收端分离导频信号和数据信号子模块复用；发端CRC添加子模块使用到的生成CRC校验序列功能子函数与接收端CRC校验子模块复用；产生导频序列子模块与加扰子模块复用生成训练序列功能子函数；时域内插时使用的内插算法与频域内插时使用的内插算法复用。

本发明针对基于OFDM技术的不同通信系统的物理层链路，提取出不同的公共功能子函数并独立实现子函数功能，构建出公共功能子函数库。在基于OFDM技术的通信系统物理层链路较复杂情况下，物理层发送端和接收端由较多的基本功能模块组成，可以从这些基本模块中提取出较多的公共功能子函数，而在基于OFDM技术的通信系统物理层链路较简单情况下，物理层发送端和接收端由较少的基本功能模块组成，可以从这些基本模块中提取出较少的公共功能子函数，以适应基于OFDM技术的不同通信系统物理层链路结构要求。采用这种方式，保证了在基于OFDM技术的不同通信系统中，公共功能子函数库中的公共功能子函数的复用次数与物理层链路的复杂程度相匹配，保证了公共功能子函数的复用次数，降低了基于OFDM技术的通信系统的实现开销。

附图说明

图1为基于OFDM技术的通信系统物理层链路结构示意图。

图 2为本发明的实现步骤。

图 3 为基于OFDM技术的通信系统物理层资源块示意图。

图4 为产生导频训练序列模块、加扰模块公用伪随机序列的生成公共功能子函数示意图。

图5为信道估计模块中时域内插和频域内插共用同一内插算法功能子函数示意图。

图6为CRC添加子模块和CRC校验子模块公用生成CRC序列公共功能子函数示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图对本发明进一步详细说明。

基于OFDM技术的通信系统中不同系统的物理层链路结构由于设计不同会有所差异，不同子模块在实现其功能时，有可能会使用到同一个子函数，这个子函数就是不同子模块间的公共功能子函数。通信系统的收发链路本身所具有的对称性，使得不同模块间存在公共功能子函数的可能性进一步提高。在物理层链路提取不同子模块间的公共功能子函数并独立实现其功能，就可以在多个子模块是直接使用，可以最大限度的减小系统实现开销。

任何通信系统的物理层链路均由发送端和接收端的多个子模块组成，本发明根据基于OFDM技术的通信系统物理层链路结构的相似性，提取出子模块间的公共功能子函数，建立公共功能子函数库，以供组成基于OFDM技术的通信系统物理层链路的子模块直接使用。物理层链路结构越复杂，子模块数目越多，建立的公共功能子函数库包含的公共功能子函数越多。在实现该通信系统的物理层链路时，可以直接从对应的公共功能子函数库中使用公共功能子函数。

以添加导频信号子模块和信道估计子模块复用寻找导频信号位置公共功能子函数为例，分析如图1所示的基于OFDM技术的通信系统的物理层链路结构和各子模块的功能特点发现，添加导频信号子模块实现其功能时要先添加导频信号，需要确定导频信号所在的资源元素位置，在信道估计子模块中，需要取出导频信号以完成信道估计。因此，寻找导频信号所在资源元素位置子函数就是添加导频信号子模块和信道估计子模块的公共功能子函数。

参见图 2 所示，实现本发明的方法包括以下步骤：

步骤201：根据基于OFDM技术的具体通信系统的物理层链路结构和各个子模块功能特点，分析各子模块在实现其功能时要使用到的功能子函数，将多个子模块都需要使用的功能子函数作为公共功能子函数提取出来。

步骤202：分析公共功能子函数在实现其功能时所需要的输入以及该公共功能子函数的输出，实现公共功能子函数模块。

  步骤203：多个子模块为公共功能子函数提供不同的输入，公共功能子函数为多个子模块提供相应的输出，以实现公共功能子函数在多个子模块间的复用。

如图3所示为基于OFDM技术的通信系统物理层资源块示意图。可以用的物理资源块并且可以采用不同的时频资源块的数目以支持不同的系统带宽。

例如，在基于OFDM技术的LTE系统中，采用6-110个物理资源块的灵活配置以支持1.4M-20M的系统带宽。

待传输的数据在如图3所示的物理资源块上传输，UE端为了完成数据接收，需要进行信道估计，可分为基于导频序列的信道估计和盲估计，由于盲估计算法的高复杂度，基于OFDM技术的通信系统多采用基于导频序列的信道估计算法。如图3 所示，不同发射天线端口的导频信号映射到物理资源块的特定资源元素上。不同发射天线端口的导频信号所使用的物理资源块上的资源元素各不相同，并且传输数据时不能再次使用这些资源元素。在该系统的物理层协议中规定了不同发射天线端口的导频信号使用的资源元素，也就是导频信号在时频资源块中占据的位置。发送端在生成好导频信号后需要寻找到该导频信号应该使用的资源元素在物理资源块中的位置，接收端同样需要寻找到导频信号使用的资源元素在物理资源块中的位置并提取出通过信道后的导频信号，以完成信道估计。如上面所述，在发送端和接收端都要在物理层资源块上寻找导频信号所使用的资源元素的位置，本发明将发送端添加导频信号子模块和接收端信道估计子模块都需要使用的寻找导频信号所在资源元素位置功能子函数作为公共功能子函数提取出来。该公共功能子函数根据基于OFDM技术的通信系统物理层链路的导频信号设计方案寻找到导频信号所在资源元素的位置，并以频域和时域索引（k，l）的形式指示出该位置，其中k代表导频信号所在资源元素的频域子载波位置，l代表导频信号所在资源元素的时域OFDM符号位置。在物理层实现时，发送端添加导频信号子模块将导频信号序列添加到频域和时域索引（k，l）所指示的位置。接收端信道估计子模块从频域和时域索引（k，l）所指示的位置处取出导频信号以完成信道估计。

为了减小导频信号的开销，图3中物理资源块上添加的导频信号在时间和频率上都不是连续的，接收端在提取出通过信道后的导频信号后利用信道估计算法能够得到添加了导频信号处的资源元素的信道信息，为了得到物理资源块上所有资源元素处的信道信息，在时间和频率域上需要分别完成时域内插和频域内插算法。各个天线端口的导频信号位于一个或多个OFDM符号处，在频率上是离散的。导频信号在时域和频域上的间隔大小取决于通信系统的应用场景和业务类型。在接收端，利用具体的信道估计算法可以得到某发射天线导频信号所在OFDM符号上有限个离散子载波的信道信息，首先，要按照时域内插算法进行时域内插，由某一个OFDM符号上的离散子载波处的信道信息得到该OFDM上的所有子载波处的信道信息。

如图4所示， 某一发射天线的导频信号在时域上也不是连续的，是以一定的周期离散分布于多个OFDM符号处，完成时域内插后得到所有含有导频信号的OFDM符号上所有子载波处的信道信息，需要按照频域内插算法进行频域内插，由含有导频信号的OFDM符号处的信道信息得到没有导频信号的OFDM符号处的信道信息。如前面所述，时域内插算法和频域内插算法是分别在时域和频域上由部分信道信息得到整体信道信息。因此，可以采用相同的内插算法，本发明将时域内插算法和频域内插算法都要使用的公共功能子函数独立实现，在接收端实现信道估计时直接使用。

  图5给出了复用生成伪随机序列公共功能子函数示意图。

导频训练序列和扰码序列的生成都需要用一个伪随机序列。伪随机序列生成时需要用到一个初始化值。在一个具体的基于OFDM技术的通信系统中，多个用到生成伪随机序列公共功能子函数的子模块中，对于伪随机序列初始化值的定义也会有所不同。将产生导频序列子模块和扰码子模块都需要使用的生成伪随机序列功能子函数作为公共功能子函数提取出来。产生导频序列子模块和扰码子模块在使用生成伪随机序列公共功能子函数时，提供不同的初始值，可以得到不同的伪随机序列，以完成产生导频序列操作和扰码操作。

图6给出了复用生成CRC（Cyclical Redundancy Check）序列公共功能子函数示意图。

将发送端CRC添加子模块和接收端CRC校验子模块都需要使用的生成CRC序列功能子函数作为公共功能子函数提取出来。该功能子函数根据所要生成循环校验序列的长度，选取对应的循环生成多项式，生成CRC序列。在添加CRC子模块和CRC校验子模块中直接使用生成CRC序列公共功能子函数以完成添加CRC操作和CRC校验操作。

校验比特由如下循环生成多项式之一产生。

这里的的生成多项式是由二进制数位1、0组成的长度为L的代码，可以惟一地与一个只含有0和1两个系数的多项式建立一一对应的关系。例如，代码1010111对应的多项式

，这里

表示D的n次方。

在发送端链路，图1 中的CRC添加子模块根据输入数据码块生成校验序列，校验比特的数目可记为L。在接收端链路，收到的数据分为两部分，数据码块部分和校验序列部分。图1 中的CRC校验子模块同样需要利用接收到数据码块生成CRC序列，并与发端添加的校验序列比较，若相等，则表明该数据码块正确接收，若不相等，则表明该数据码块没有正确接收。

需要说明的是，在以上本发明中所涉及到的基于OFDM技术的通信系统的物理层链路结构示意图和物理层资源块示意图中的各个端口导频信号仅仅是示意图，在一个基于OFDM技术的具体通信系统中，物理层链路结构取决于该系统的设计原理。各个天线端口的导频信号子物理资源快上的分布取决于适合于该系统的导频信号的设计。

Claims (9)

1.一种实现复用OFDM系统子模块间公共功能子函数的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A：根据基于OFDM的通信系统的物理层链路结构和各个子模块功能特点，分析各子模块在实现其功能时需使用的功能子函数，将多个子模块都需要使用的功能子函数作为公共功能子函数提取出来；

B：分析公共功能子函数在实现其功能时所需要的输入以及该公共功能子函数的输出，实现公共功能子函数模块；

C：多个子模块为公共功能子函数提供不同的输入，公共功能子函数为多个子模块提供相应的输出，以实现公共功能子函数在多个子模块间的复用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于OFDM技术的通信系统的物理层链路结构和子模块功能取决于该通信体统的设计原理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于OFDM技术的通信系统的物理层链路结构越复杂，子模块越多，子模块之间可能使用到的公共功能子函数就越多。

4.根据权利要求1-3其中之一所述的方法，其特征在于，发送端子模块使用到的功能子函数在接收端会再次用到。

5.根据权利要求1-3其中之一所述的方法，其特征在于，当接收端子模块需要用到发送端子模块已经使用过的某些功能子函数时，不需要再次实现该功能子函数，可以直接使用已经独立实现的公共功能子函数。

6.根据权利要求1-3、5所述的方法，其特征在于，发送端合并导频信号和数据信号子模块使用到的寻找导频信号所使用的资源元素位置功能子函数与接收端分离导频信号和数据信号子模块复用。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，发端CRC添加子模块使用到的生成CRC校验序列功能子函数与接收端CRC校验子模块复用。

8.根据权利要求5的方法，其特征在于，产生导频序列子模块与加扰子模块复用生成训练序列功能子函数。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，时域内插时使用的内插算法与频域内插时使用的内插算法复用。

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