CN102299731A - Ofdm系统的发射装置及提高循环延迟分集性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了OFDM系统的发射装置及提高循环延迟分集性能的方法，属于无线通信技术领域，所述发射装置，包括多根天线，还包括：子载波生成模块，用于生成以簇为单元施加循环延迟的子载波信号；信息生成模块，用于子载波信号对应的信息；调制模块，用于将子载波信号对应的信息与对应子载波进行调制；子载波求和模块，对某一天线的调制后的所有子载波进行求和，得到该天线的发射信号，所述该天线的发射信号用于从该天线发射至终端。本发明的发射装置及对应方法，在发射端生成以簇为单元施加循环延迟的子载波信号，可以使得终端在接收到发射信号后，在不改变原有算法的基础上得到精确的信道估计。

Description

OFDM系统的发射装置及提高循环延迟分集性能的方法

技术领域

本发明涉及无线数字通讯领域，尤其涉及正交频分复用OFDM系统的发射装置及提高循环延迟分集性能的方法。

背景技术

循环延迟分集CDD(Cyclic Delay Diversity)是一种多天线发射分集技术。如图1所示，在CDD技术中，首先对有用符号(Tu)进行循环位移(τ)，再将最后1/8符号长度(Tg)拷贝到符号的开始作为循环前缀(CP)。由于进行了循环位移，且实际的多径传播环境具有一定的不相关性，基站的多路天线发射的信号在终端侧很难因反相而抵消，从而使终端获得信号功率的分集增益。由于循环延迟分集CDD技术实现简单又不必修改协议，所以在正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)系统得到广泛应用，特别是WIMAX系统中得到广泛的应用。

循环延迟分集CDD既可以用时域信号处理来描述，也可以用频域信号处理来描述。作为一个例子，下面是一种时域实现的概念描述。把循环位移记为δ_cyc，N，其中N为发射天线编号，表示发射天线N的循环延迟为δ_cyc，N，意指尽管所有的天线发射同样的OFDM符号，但第N个天线的时域样点进行了δ_cyc，N时长的循环位移。

如图2所示，给出了基站的循环延迟分集CDD具体实现的一种可能的原理框图，其中，对天线N施加相位延迟δ_cyc，N，相当于对频域信号乘以形式为

的相位因子。这种传统的循环延迟分集CDD方法通常会对终端的信道估计造成损伤，影响信号的解调质量，下面具体说明其原因。

设P₀、P₄、P₈、P₁₂为下行WIMAX信号的一个簇内的4个导频，一般终端通过下式得到时偏：

$\exp \left[\mathrm{\ω}(t_0-t_a)\right]=\sqrt[8]{\frac{P_{12}}{P_8}\·\frac{P_4}{P_0}}$

对单天线下行WIMAX信号，接收机收到的第m簇第i路子载波可写为：

RX(m，i)＝h·S_m，i·exp[(14m+i)ω(t₀-t_a)]

其中，m＝簇号；i＝簇内子载波号，取值0～13；S_m，i＝调制在第m簇第i个子载波上的信息；ω＝子载波间隔＝2π/符号周期；t_a＝符号周期/8；t＝0～(1+1/8)*符号周期。利用接收机收到的第m簇第i路子载波可比较容易得到精确的信息S_m，i，对于传统的多天线循环延迟分集CDD信号，接收机收到的第m簇第i路子载波可写为：

$\mathrm{RX}(m,i)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\·S_{m,i}\·\exp \left[(14m+i)\mathrm{\ω}(t_0-t_a+{\mathrm{\τ}}_j)\right]$

$=S_{m,i}\·\exp \left[(14m+i)\mathrm{\ω}(t_0-t_a)\right]\·\{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\·[\exp (14m+i)\mathrm{\ω}{\mathrm{\τ}}_j\left]\right\}$

其中，τ_j为第j根天线的时延，h_j为第j根天线的信道响应。

对不同的子载波，{∑h_j·[exp(14m+i)ωτ_j]}的值不相同，这样就很难由簇内的4个导频相约处理得到各个子载波精确的信道估计，较难得到精确的信息S_m，i。

为了使循环延迟分集CDD更具实用性，相关协议又规定最大循环延迟分集CDD时延不超过1.4％有用符号时间，又推荐这个时延最好小于1％有用符号时间。这种时延限定也有助于终端得到近似的S_m，i。另外如果对导频(PREAMBLE)也进行循环延迟分集CDD，也可以帮助终端进行信道评估，得到相对较精确(而非绝对精确)的S_m，i。但这种做法却有可能导致终端对基站的起始时刻作出误判。

因此，如何能够有效提高循环延迟分集CDD性能，获得更佳的发射分集效果，进而可获得更精确的发射信息成为需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种正交频分复用OFDM系统的发射装置及提高循环延迟分集性能的方法。

为了解决上述问题，本发明提出了一种提高循环延迟分集性能的方法，包括：

在发射端生成以簇为单元施加循环延迟的子载波信号；

将子载波信号对应的信息与对应子载波进行调制；

对某一天线的调制后的所有子载波进行求和，得到该天线的发射信号；

将该天线的发射信号从该天线发射至终端。

其中，所述发射端针对第j根天线第m簇内的第i个子载波所生成的子载波信号为：

exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]；

其中，ω＝子载波间隔＝2π/符号周期；t＝符号周期；t_a＝循环前缀周期；τ_j为第j根天线的时延。

所述将子载波信号对应的信息与对应子载波进行调制，是将第m簇内的第i个子载波对应的信息S_m，i与第j根天线第m簇内的第i个子载波进行调制，得到：

S_m，i·exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]。

对第j根天线对调制后的的所有子载波进行求和，得到第j根天线的发射信号为：

${\mathrm{TX}}_j\left(t\right)=\underset{m,i}{\mathrm{\Σ}}{S}_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j].$

所述方法进一步包括：终端接收所述第j根天线发射的信号，接收信号为：

$\mathrm{RX}(m,i)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\·S_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j]$

$=S_{m,i}\·\exp \left[(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)\right]\·\left[\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\exp \left(14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j\right)\right]$

其中，h_j为第j根天线的信道响应。

本发明还提供一种发射装置，包括多根天线，还包括：

子载波生成模块，用于生成以簇为单元施加循环延迟的子载波信号；

信息生成模块，用于子载波信号对应的信息；

调制模块，用于将子载波信号对应的信息与对应子载波进行调制；

子载波求和模块，对某一天线的调制后的所有子载波进行求和，得到该天线的发射信号，所述该天线的发射信号用于从该天线发射至终端。

其中，所述子载波生成模块，针对第j根天线第m簇内的第i个子载波生成的子载波信号为：

exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]，

其中，ω＝子载波间隔＝2π/符号周期；t＝符号周期；t_a＝循环前缀周期；τ_j为第j根天线的时延。

所述信息生成模块，针对第j根天线第m簇内的第i个子载波生成的信息S_m，i；所述调制模块，用于将第j根天线第m簇内的第i个子载波对应的信息S_m，i与第j根天线第m簇内的第i个子载波信号进行调制，得到：

S_m，i·exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]。

所述子载波求和模块，用于针对第j根天线对调制后的所有子载波求和得到第j根天线的发射信号为：

${\mathrm{TX}}_j\left(t\right)=\underset{m,i}{\mathrm{\Σ}}{S}_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j].$

所述发射装置通过第j根天线将第j根天线的发射信号发射至终端后，所述终端接收到的信号为：

$\mathrm{RX}(m,i)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\·S_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j]$

$=S_{m,i}\·\exp \left[(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)\right]\·\left[\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\exp \left(14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j\right)\right]$

其中，h_j为第j根天线的信道响应。

本发明的正交频分复用OFDM系统的发射装置及提高循环延迟分集性能的方法，与现有技术相比，可在不使用辅助导频(PREAMBLE)CDD的情况下，对任意大的CDD时延，让终端在不改变原有算法的基础上得到精确的信道估计。

附图说明

图1是循环延迟分集CDD技术原理示意图；

图2是基站CDD实现的原理结构图；

图3是本发明用于提高CDD性能的发射装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

本发明针对OFDM系统，尤其是WIMAX系统的循环延迟分集CDD性能的提高，提出了一种新的技术方案，本发明的技术方案，可在不使用辅助导频循环延迟分集(PREAMBLE CDD)的情况下，针对任意大的循环延迟分集CDD时延，可让终端在不改变原有算法的基础上得到精确的S_m，i。

假设基站有J个发射天线，发射天线的编号为j，那么0≤j≤J。每个天线发射的信号共分为M个簇，每个簇的编号为m，那么0≤m≤M。按WIMAX协议，每个簇共有14个子载波，设每个子载波的编号为i，那么0≤i≤13。

本发明的提高循环延迟分集性能的方法，包括如下步骤：

第一步，生成子载波，令第j根天线第m簇内的第i个子载波为：

exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]

其中：ω＝子载波间隔＝2π/符号周期；t＝符号周期；t_a＝循环前缀周期；τ_j为第j根天线的时延；而传统CDD方法中，第j根天线第m簇内的第i个子载波为：exp[(14m+i)ω(t-t_a)+(14m+i)ωτ_j]。

在第j根天线第m簇内的第i个子载波的表达式exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]中，整个表达式的含义是以簇为单位进行循环延迟，具体的说就是14mωτ_j相当于对原始信号施加一个初始相位角，该初始相位角是以簇为单元的，与子载波间隔和天线的延迟时间成正比，每个簇具有统一的一个初始相位角。而在传统CCD方法中，(14m+i)ωτ_j是与子载波相关的，即是按照子载波为单元进行循环延迟的。因而，本发明的子载波表达式中，忽略了子载波的影响，而是以簇为一个单元施加统一的循环延迟。

第二步，进行调制，将第m簇内的第i个子载波对应的信息S_m，i与第j根天线第m簇内的第i个子载波进行调制，得到：

S_m，i·exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]

第三步，对各子载波求和，得到第j根天线发射的信号为：

${\mathrm{TX}}_j\left(t\right)=\underset{m,i}{\mathrm{\Σ}}{S}_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j]$

在终端侧，终端收到的信号为：

$\mathrm{RX}(m,i)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\·S_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j]$

$=S_{m,i}\·\exp \left[(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)\right]\·\left[\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\exp \left(14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j\right)\right]$

其中，h_j为第j根天线的信道响应；

由于对每一确定的簇m而言，

为一常量，终端在求时偏时

可以约去，这样就可以得到各子载波的精确估计，从而得到精确的信息S_m，i。

从上面的推导可以看出，本发明的提高循环延迟分集性能的方法既不用限制各天线延迟τ_j的大小，也不用借助导频循环延迟分集(PREAMBLE CDD)进行信道估计，就可以得到精确的发射信息S_m，i。

依据本发明的提高循环延迟分集性能的方法，本发明还可提供一种OFDM系统的发射装置，该发射装置可以是具有多天线的宏基站、家庭基站(Femtocell)、或微微基站、或中继基站。

假定该发射装置具有J个发射天线，发射天线的编号为j，那么0≤j≤J。每个天线发射的信号共分为M各簇，每个簇的编号为m，那么0≤m≤M。按WIMAX协议，每个簇共有14个子载波，设每个子载波的编号为i，那么0≤i≤13。

如图3所示，所述发射装置，还包括：

子载波生成模块，用于生成第j根天线第m簇内的第i个子载波为：exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]，其中，ω＝子载波间隔＝2π/符号周期；t＝符号周期；t_a＝循环前缀周期；τ_j为第j根天线的时延。

信息生成模块，用于生成第j根天线第m簇内的第i个子载波携带的信息S_m，i；

调制模块，用于将第m簇内的第i个子载波对应的信息S_m，i与第j根天线第m簇内的第i个子载波进行调制，得到：

S_m，i·exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]

子载波求和模块，用于对各子载波求和，得到第j根天线发射的信号为：

${\mathrm{TX}}_j\left(t\right)=\underset{m,i}{\mathrm{\Σ}}{S}_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j]$

所述发射装置，将第j根天线发射的信号从第j根天线发射至终端，终端接收到的信号为：

$\mathrm{RX}(m,i)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\·S_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j]$

${=S}_{m,i}\·\exp \left[(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)\right]\·\left[\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\exp \left(14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j\right)\right]$

其中，h_j为第j根天线的信道响应。

对每一确定的簇m而言，

为一常量，终端在求时偏时

可以约去，这样就可以得到各子载波的精确估计，从而得到精确的信息S_m，i。

仿真显示，在不使用Preamble CDD的情况下，在无噪声环境，任意路径相位组合，应用本发明的技术方案，4天线CDD方案的平均最大信噪比仍可以保持在无穷大；而4天线的传统CDD方案平均最大信噪比只能到45dB左右。在噪声环境下，任意路径相位组合，本发明的4天线新CDD方案平均有约3dB增益，而4天线传统CDD方案平均增益仅为0dB。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种提高循环延迟分集性能的方法，包括：

在发射端生成以簇为单元施加循环延迟的子载波信号；

将子载波信号对应的信息与对应子载波进行调制；

对某一天线的调制后的所有子载波进行求和，得到该天线的发射信号；

将该天线的发射信号从该天线发射至终端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述发射端针对第j根天线第m簇内的第i个子载波所生成的子载波信号为：

exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]；

其中，ω＝子载波间隔＝2π/符号周期；t＝符号周期；t_a＝循环前缀周期；τ_j为第j根天线的时延。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将子载波信号对应的信息与对应子载波进行调制，是将第m簇内的第i个子载波对应的信息S_m，i与第j根天线第m簇内的第i个子载波进行调制，得到：

S_m，i·exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

对第j根天线对调制后的的所有子载波进行求和，得到第j根天线的发射信号为：

${\mathrm{TX}}_j\left(t\right)=\underset{m,i}{\mathrm{\Σ}}{S}_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j].$

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

终端接收所述第j根天线发射的信号，接收信号为：

$\mathrm{RX}(m,i)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\·S_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j]$

$=S_{m,i}\·\exp \left[(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)\right]\·\left[\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\exp \left(14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j\right)\right]$

其中，h_j为第j根天线的信道响应。

6.一种发射装置，包括多根天线，其特征在于，还包括：

子载波生成模块，用于生成以簇为单元施加循环延迟的子载波信号；

信息生成模块，用于子载波信号对应的信息；

调制模块，用于将子载波信号对应的信息与对应子载波进行调制；

子载波求和模块，对某一天线的调制后的所有子载波进行求和，得到该天线的发射信号，所述该天线的发射信号用于从该天线发射至终端。

7.如权利要求6所述的发射装置，其特征在于，

子载波生成模块，针对第j根天线第m簇内的第i个子载波生成的子载波信号为：

exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]，

其中，ω＝子载波间隔＝2π/符号周期；t＝符号周期；t_a＝循环前缀周期；τ_j为第j根天线的时延。

8.如权利要求7所述的发射装置，其特征在于，

信息生成模块，针对第j根天线第m簇内的第i个子载波生成的信息S_m，i；

调制模块，用于将第j根天线第m簇内的第i个子载波对应的信息S_m，i与第j根天线第m簇内的第i个子载波信号进行调制，得到：

S_m，i·exp[(14m+i)ω(t-t_a)+14mωτ_j]。

9.如权利要求8所述的发射装置，其特征在于，

子载波求和模块，用于针对第j根天线对调制后的所有子载波求和得到第j根天线的发射信号为：

${\mathrm{TX}}_j\left(t\right)=\underset{m,i}{\mathrm{\Σ}}{S}_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j].$

10.如权利要求9所述的发射装置，其特征在于，

所述发射装置通过第j根天线将第j根天线的发射信号发射至终端后，

所述终端接收到的信号为：

$\mathrm{RX}(m,i)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\·S_{m,i}\·\exp [(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)+14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j]$

$=S_{m,i}\·\exp \left[(14m+i)\mathrm{\ω}(t-t_a)\right]\·\left[\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j\exp \left(14\mathrm{m\ω}{\mathrm{\τ}}_j\right)\right]$

其中，h_j为第j根天线的信道响应。

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