CN102651726A - Ofdm多载波通信系统接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种OFDM多载波通信系统接收机，包括尺度变换系数产生模块、时域尺度变换模块；所述尺度变换系数产生模块根据多普勒频偏的值，输出尺度变换系数到时域尺度变换模块，所述时域尺度变换模块，对先前步长载波信号采样在时域以当前步长进行重新采样，输出有效采样点数据到解调/快速傅里叶变换模块。本发明的OFDM多载波通信系统接收机，考虑到多普勒尺度变换的性质所带来的信号带宽的变化，利用时域信号的连续性，对载波信号采样在时域做尺度变换，补偿多普勒效应造成的频移和载波间干扰，最大程度上减少载波间干扰的影响。

Description

OFDM多载波通信系统接收机
技术领域
本发明涉及数字通信技术，特别涉及一种OFDM多载波通信系统接收机。
背景技术
在采用多载波传输的无线系统通信中，数据被分配给两个或多个具有不同频率的载波进行传输，由于每个载波都是窄带宽，每个载波受频率选择性衰落的影响都较小。例如，在IEEE802.11a、CMMB(中国移动多媒体广播)中，均采用了OFDM(正交频分复用)调制技术，该技术中各子载波的频率被设置成彼此正交，将串行高速数据信号转换成并行的低速子数据信号，调制到在每个子载波上，载波的信号经过反FFT(快速傅立叶变换)后成为时间轴信号，再发送所述信号；接收端，信号经FFT(快速傅立叶变换)后成为频率轴信号。OFDM(正交频分复用)调制技术，由于每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰，而且由于每个子信道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。
在无线电通信中，当无线电发射机与接收机作相对运动时，由于多普勒效应，接收信号的频率将会发生频移，当两者作相向运动时，接收信号的频率将会高于发射频率，而当两者作反向运动时，接收信号的频率将低于发射频率。OFDM多载波通信系统中，由于有多个子载波，多普勒效应会带来载波间干扰(参见：基于正交频分复用(OFDM)的航空移动通信多普勒效应研究[J]；电子学报；2003年06期；作者为王海芳、张其善)，为了减少多载波通信系统中的载波间干扰(ICI)，接收机通常如图1所示的采用乘以旋转因子的方法，在时域对采样信号乘以一个频率值为多普勒频偏的正弦信号，即可补偿多普勒现象带来的中心频率的偏移，这个过程称为“乘以一个旋转因子”。乘以旋转因子的方法对应于频域的信号平移，补偿了多普勒造成的中心频率的偏移。但是，由于多普勒频偏的尺度变换性质，多普勒频偏不但对应着中心频率的偏移，还同时对应着信号带宽的变化。乘以旋转因子的方法没有考虑到多普勒尺度变换的性质所带来的信号带宽的变化，不能最大程度上减少载波间干扰(ICI)的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种OFDM多载波通信系统接收机，能减少载波间干扰。
为解决上述技术问题，本发明的OFDM多载波通信系统接收机，包括采样模块、信道估计模块、解调/快速傅里叶变换模块、信道补偿模块，还包括尺度变换系数产生模块、时域尺度变换模块；
所述采样模块，用于对接收到的载波信号以先前步长采样，输出先前步长载波信号采样到所述时域尺度变换模块及信道估计模块；
所述信道估计模块，用于根据先前步长载波信号采样进行多普勒频偏估计，输出多普勒频偏的值到所述尺度变换系数产生模块；
所述尺度变换系数产生模块，用于根据多普勒频偏的值，输出尺度变换系数到所述时域尺度变换模块，M＝f1/(f1-s)，M为尺度变换系数，f1为受多普勒效应影响之前的载波信号中心频率，s为多普勒频偏的值；
所述时域尺度变换模块，用于对先前步长载波信号采样在时域以当前步长进行重新采样，输出有效采样点数据到解调/快速傅里叶变换模块，S2＝S1*M，S1为先前步长，S2为当前步长。
所述时域尺度变换模块，可以通过线性插值在时域以当前步长对先前步长载波信号采样进行重新采样。
所述时域尺度变换模块，可以通过插值滤波器在时域以当前步长对先前步长载波信号采样进行重新采样。
所述先前步长可以是设定的固定值。
所述先前步长，可以是其初值为设定的固定值，之后随当前步长赋值。
本发明的OFDM多载波通信系统接收机，考虑到多普勒尺度变换的性质所带来的信号带宽的变化，利用时域信号的连续性，对载波信号采样在时域做尺度变换，补偿多普勒效应造成的频移和载波间干扰，最大程度上减少载波间干扰(ICI)的影响。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是采用乘以旋转因子的方法减少载波间干扰的OFDM多载波通信系统接收机示意图；
图2是本发明的OFDM多载波通信系统接收机示意图；
图3是线性插值示意图。
具体实施方式
本发明的OFDM多载波通信系统接收机一实施方式如图2所示，包括采样模块、信道估计模块、解调/快速傅里叶变换模块、信道补偿模块、尺度变换系数产生模块、时域尺度变换模块；
采样模块，用于对接收到的载波信号以先前步长S1采样，输出先前步长载波信号采样到时域尺度变换模块及信道估计模块；
信道估计模块，用于根据先前步长载波信号采样进行多普勒频偏估计(参见：OFDM移动通信系统中的最大多普勒频移估计--《上海交通大学学报》2004年S1期)，输出多普勒频偏的值s到信道补偿模块及尺度变换系数产生模块；
尺度变换系数产生模块，用于根据多普勒频偏的值s，输出尺度变换系数M到时域尺度变换模块，M＝f1/f2＝f1/(f1-s)，M为尺度变换系数，f1为受多普勒效应影响之前的载波信号中心频率，s为多普勒频偏的值，f2为受多普勒效应的影响之后的信号中心频率；
时域尺度变换模块，用于对先前步长载波信号采样在时域以当前步长S2进行重新采样(尺度变换)，对应每一个符号输出进行解调及快速傅里叶变换所需要的N个有效采样点数据到解调/快速傅里叶变换模块，用于解调及快速傅里叶变换，S2＝S1*M，S1为先前步长，S2为当前步长。
时域尺度变换模块，在时域进行尺度变换，可以通过线性插值的方法在时域以当前步长S2对先前步长载波信号采样进行重新采样，以得到的时间坐标位于当前步长S2点的多个插值作为有效采样点数据。如图3所示，插值前相邻两先前步长载波信号采样的坐标分别为(x0，y0)和(x1，y1)，x0、x1为载波信号采样的时间坐标，y0、y1为载波信号采样的幅度，在由这两点决定的直线上插入一个当前步长S2的点，坐标为(x，y)，其中x＝n*S2，n取整数。我们设
Figure BDA0000047627810000041
由直线的两点式插值公式：y＝(1-α)y0+αy1可以算出y的值。线性插值的速度快，在原始采样频率比较高的情况下，拥有可以接受的精度。缺点是会引进插值噪声。
时域尺度变换模块，在时域进行尺度变换，也可以使用插值滤波器的方法，在时域以当前步长S2对先前步长载波信号采样进行重新采样，以得到的时间坐标位于当前步长S2点的多个插值作为有效采样点数据。按照经典数字信号处理理论(参考1：“插值滤波器的DSP实现及有限字长效应分析”《北京广播学院学报(自然科学版)》2005年02期，作者为余心乐、杨占昕；参考2：《数字信号处理》(科学出版社，作者为桂志国、楼国红、陈友兴、张权、郝慧艳)第8章“信号的抽取与插值”)。在原始采样点通过插值滤波器之后，就能得到在尺度变换系数M对应的当前步长S2上的各点的数值，从而得到对应每一个符号进行解调及快速傅里叶变换所需要的N个有效采样点数据，同时不引进任何的失真和噪声。得到的采样值是“真实的”。
当受多普勒效应影响之后的载波信号中心频率f2高于受多普勒效应影响之前的载波信号中心频率f1时，则尺度变换系数M＝f1/f2会变小，当前步长S2会较先前步长S1变小，时域尺度变换模块对先前步长载波信号采样在时域以当前步长S2进行重新采样(尺度变换)，在时域上观察到的是一个放大的尺度变换，对一个符号所对应的N个先前步长载波信号采样进行插值后得到的时间坐标位于当前步长S2点的插值个数会大于N；
当受多普勒效应影响之后的载波信号中心频率f2低于受多普勒效应影响之前的载波信号中心频率f1时，则尺度变换系数M＝f1/f2会变大，当前步长S2会较先前步长S1变大，时域尺度变换模块对先前步长载波信号采样在时域以当前步长S2进行重新采样(尺度变换)，在时域上观察到的是一个缩小的尺度变换，对一个符号所对应的N个先前步长S1载波信号采样进行插值后得到的时间坐标位于当前步长S2点的插值个数会小于N；
如果对一个符号所对应的N个先前步长载波信号采样进行插值后得到的时间坐标位于当前步长S2点的插值个数大于N，则时域尺度变换模块用前N个时间坐标位于当前步长S2点的插值作为该符号的N个有效采样点数据，输出到解调/快速傅里叶变换模块，进行解调及快速傅里叶变换。
如果对一个符号所对应的N个先前步长载波信号采样进行插值后得到的时间坐标位于当前步长S2点的插值个数比N小M个，则N个先前步长S1载波信号采样随后的若干个先前步长载波信号采样(可能是符号间保护间隔)也进入时域尺度变换模块，时域尺度变换模块得到额外的M个有效采样点数据，以凑足该符号的N个有效采样点数据，输出到解调/快速傅里叶变换模块，进行解调及快速傅里叶变换。
先前步长S1，可以是设定的固定值(由符号长度及对每一个符号进行解调及快速傅里叶变换所需要的有效采样点数据个数N决定)，也可以使其初值为设定的固定值(由符号长度及对每一个符号进行解调及快速傅里叶变换所需要的有效采样点数据个数N决定)，之后随当前步长S2赋值。
由傅立叶变换的性质可知，在频域的尺度变换对应于时域的尺度变换，频域延扩时域收缩，频域收缩时域延扩。幅度系数的变化之比和尺度变换系数相关，但由于有利用导频的信道均衡的存在，幅度的变化可不予考虑。本发明的OFDM多载波通信系统接收机，考虑到多普勒尺度变换的性质所带来的信号带宽的变化，利用时域信号的连续性，对载波信号采样在时域做尺度变换，补偿多普勒效应造成的频移和载波间干扰，最大程度上减少载波间干扰(ICI)的影响。

Claims (5)

1.一种OFDM多载波通信系统接收机，包括采样模块、信道估计模块、解调/快速傅里叶变换模块，其特征在于，还包括尺度变换系数产生模块、时域尺度变换模块；
所述采样模块，用于对接收到的载波信号以先前步长采样，输出先前步长载波信号采样到所述时域尺度变换模块及信道估计模块；
所述信道估计模块，用于根据先前步长载波信号采样进行多普勒频偏估计，输出多普勒频偏的值到所述尺度变换系数产生模块；
所述尺度变换系数产生模块，用于根据多普勒频偏的值，输出尺度变换系数到所述时域尺度变换模块，M＝f1/(f1-s)，M为尺度变换系数，f1为受多普勒效应影响之前的载波信号中心频率，s为多普勒频偏的值；
所述时域尺度变换模块，用于对先前步长载波信号采样在时域以当前步长进行重新采样，输出有效采样点数据到解调/快速傅里叶变换模块，S2＝S1*M，S1为先前步长，S2为当前步长。
2.根据权利要求1所述的OFDM多载波通信系统接收机，其特征在于，所述时域尺度变换模块，通过线性插值在时域以当前步长对先前步长载波信号采样进行重新采样。
3.根据权利要求1所述的OFDM多载波通信系统接收机，其特征在于，所述时域尺度变换模块，通过插值滤波器在时域以当前步长对先前步长载波信号采样进行重新采样。
4.根据权利要求1所述的OFDM多载波通信系统接收机，其特征在于，所述先前步长是设定的固定值。
5.根据权利要求1所述的OFDM多载波通信系统接收机，其特征在于，所述先前步长，其初值是设定的固定值，之后随当前步长赋值。
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