CN102948095B - Ofdm信号的调制解调方法,调制解调装置以及通信装置 - Google Patents
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Abstract
一种正交频分复用(OFDM)调制方法,包括对OFDM信号的实分量和虚分量都进行相位调制。
Description
本发明涉及信号的调制。尤其,本发明涉及OFDM调制方法、控制OFDM已调制信号(modulatedsignal)的峰值-平均功率比的方法、对已调制的OFDM信号进行解调的方法、OFDM调制器、OFDM解调器,以及OFDM通信装置。
背景技术
发明人知晓一种OFDM信号方案。然而,OFDM信号的一个主要缺点是它的高峰值-平均功率比(peak-to-averagepowerratio)(PAPR)。已提出了多种降低PAPR的方法,包括削波(clipping)、编码、非线性压缩扩展变换(non-linearcompandingtransforms)、局部传输的序列、选择性映射、动态星座图扩展(activeconstellationextension)、音调保留(tonereservation)以及恒定包络相位调制。发明人想到一种方法,它要求低的实现复杂度、不要求任何额外的带宽扩展,并且不要求辅助信息来重构原始消息信号。此外,该方法不会随着载波数目的增加而引起严重的误码率退化(biterrorratedegradation)。本发明旨在解决这些要求,并被描述性地称为正交频分复用(OM-OFDM)信号的偏置调制(offsetmodulation)。
发明内容
根据本发明的一方面,提供了一种OFDM调制方法,包括:对OFDM信号的实分量和虚分量独立地进行相位调制。
所述方法可以包括如下先行步骤:独立地缩放(scale)所述OFDM信号的实分量和虚分量。
所述OFDM信号的实分量和虚分量的缩放可以由下式给出:
和
其中和分别指代所述OFDM消息信号的实分量和虚分量,ζ指代常数除法项(constantdivisionterm),且其中Φ1(t)和Ф2(t)代表已缩放的实OFDM分量和虚OFDM分量。这些Ф1(t)和Ф2(t)是可互换的。
所述方法可以包括如下先行步骤:获得所述OFDM消息信号的傅里叶逆变换(IFT)。
所述IFT可以是由下式给出的N点(N-point)傅里叶逆变换:
其中Ts是符号持续时间(symbolduration),且Xk代表写为ak+jbk的复信号。
所述方法可以包括如下步骤:向所述OFDM信号的已缩放的实分量中添加偏置项(offsetterm)。
所述方法可以包括如下进一步的步骤:从经相位调制的OFDM已缩放的实分量中减去经相位调制的OFDM已缩放的虚分量。
经相位调制的向所述OFDM信号的已缩放的实部中添加偏置项,以及减去经相位调制的OFDM缩放的虚部,可以被称为正交频分复用(OM-OFDM)信号的偏置调制,且由下式给出:
cos(2πfct+Ф1(t)+Ψos)-cos(2πfct+Ф2(t))
其中fc是载波频率,Ф1(t)和Ф2(t)代表已缩放的OFDM实分量和OFDM虚分量,且Ψos代表所述偏置项。
所述偏置项Ψos可以被选择,以使得ΨOS足够大且Ф1(t)和Ф2(t)足够小。通常,Ψos可以是Ф1(t)和Ф2(t)的近似二十二倍大。ΨOS项和ζ项的组合确保了接收机能够成功检测原始信号。
所述方法可以包括如下进一步的步骤:向已调制的OFDM信号中添加主导频率分量(dominantfrequencycomponent),或者从已调制的OFDM信号中减去主导频率分量。
所述主导频率分量可以由下式给出:
其中γ是主导频率分量控制因子,β是实OFDM信号和虚OFDM信号的经适配的(adapted)相位偏差(deviation),且J0(β)是第一类0阶且自变量为β的贝塞尔函数(Besselfunction)。经适配的相位偏差(β)可以通过对OFDM信号的实偏差(deviation)和虚偏差进行平均来确定,所述实偏差和所述虚偏差可以分别被表示为α1和α2。
随后,这些实OFDM偏差和虚OFDM偏差被缩放,且被称为实OFDM信号和虚OFDM信号的经适配的相位偏差(β),该方法可被表达如下,其中E[.]是预期值:
根据本发明的另一方面,提供了一种根据上述方法来控制OFDM信号的PAPR的方法,进一步包括:
OFDM调制器,它从已调制的OFDM信号中减去所述主导频率分量;以及
OFDM解调器,它恢复所述主导频率分量,以对经相位调制的信号进行解调。
所述方法可以包括:OFDM调制器,它调节所述主导频率分量控制因子
所述方法可以进一步包括:OFDM解调器,它通过检查入射信号(incomingsignal)的PAPR来检测所述主导频率分量控制因子,由此可以通过使用查找表来提取Ψos项、ζ项和γ项。
根据本发明的另一方面,提供了一种解调OFDM信号的方法,包括:
检测OFDM已调制信号的PAPR;
通过检查所述OFDM已调制信号的峰值-平均功率比,来确定所述OFDM已调制信号的主导频率分量控制因子(γ)、偏置项(Ψos)以及常数除法项(ζ);
将所述主导频率重新引入所述OFDM已调制信号;
重构所述OFDM信号的实分量和虚分量;以及
将所述OFDM信号的实分量和虚分量相加。
所述方法可以包括如下进一步的步骤:通过去除高频分量以获得在已缩放的实OFDM、偏置项与已缩放的虚OFDM分量之间的差,来解调所述OFDM已调制信号,所述差可以由下式给出:
-Ф2+Ф1+Ψos.
所述方法可以包括如下进一步的步骤:通过将入射OFDM已调制信号乘以已缩放的经相位调制的正弦波(sinusoidal),来解调所述入射OFDM已调制信号。其中所述正弦波的相位是在已缩放的虚OFDM分量、已缩放的实OFDM与偏置项之间的已缩放的差。所述乘法因子可以由下式给出:
所述方法可以包括如下进一步的步骤:通过去除高频分量以获得已缩放的实OFDM、偏置项与已缩放的虚OFDM分量的总和,来解调所述入射OFDM信号,所述总和可以由下式给出:
Ф1+Ψos+Ф2.
所述方法可以包括如下进一步的步骤:解调所述入射OFDM已调制信号,以获得实OFDM分量和虚OFDM分量。
所述方法可以包括如下进一步的步骤:获得所述OFDM信号的快速傅里叶变换(FFT)。
所述方法可以包括如下进一步的步骤:使所述信号通过均衡器(equalizer)。
根据本发明的另一方面,提供了一种OFDM调制器,它在运行时执行上述OFDM调制方法。
一种OFDM调制器,包括:
缩放单元,用于对已变换的输入信号的虚分量和实分量进行缩放;
偏置项添加单元,用于向输入消息的已缩放的实部添加偏置项;
相位调制器,用于调制所述输入消息的已缩放的实分量和虚分量;
减法单元,用于从经相位调制的OFDM实分量中减去经相位调制的OFDM虚分量;以及
减法单元,能运行以从所述信号中减去预定的主导频率。
根据本发明的另一方面,提供了一种OFDM解调器,它在运行时执行上述对已调制的OFDM信号进行解调的方法。
根据本发明的另一方面,提供了一种OFDM解调器,包括:
PAPR检测单元,用于确定输入信号的PAPR;
查找表,对照针对主导频率分量控制因子(γ)、偏置项(Ψos)以及常数除法项(ζ)的预定值来给出所述PAPR;
处理器,用于根据所述查找表中的值来确定所述主导频率分量;
加法单元(additionunit),能运行以向所述信号添加预定的主导频率;以及
OFDM解调器,用于解调已调制信号。
根据本发明的另一方面,提供了一种通信装置,它包括上述调制器和上述解调器之一或二者。
现在将参照下面的附图仅以示例方式描述本发明。
附图说明
在附图中:
图1示出了根据本发明的一方面的通信装置的示意性框图;
图2示出了根据本发明的另一方面的OM-OFDM调制器;
图3示出了根据本发明的另一方面的OM-OFDM解调器;且
图4示出了图1的通信装置在使用中的带宽占用率。
具体实施方式
在图1中,参考数字10指代一个通信装置,它包括:偏置调制正交频分复用(OM-OFDM)调制器20、偏置调制正交频分复用(OM-OFDM)解调器60,以及通信信道100。
该调制器在发射机端(transmitterend)接收输入消息信号11,该信号被调制,且在经由通信信道100传送已调制的信号之后,该信号被馈送至该OM解调器,该OM解调器在接收机端(receiverend)提供已重构的输出消息信号13。
图2中更详细地示出了OM-OFDM调制器20。在12处,输入信号是N点快速傅里叶逆变换(IFFT)。该IFFT由下式给出:
这可以被认为是一个OFDM信号,其中Ts是符号持续时间,且Xk代表复信号,也可以写为ak+jbk。可以使用下面的方法来调制该信号。
在22处,通过使用串行到并行(S/P)转换器,入射信号被分离成实分量和虚分量。
22的输出产生了该信号的实分量和虚分量,然后它们分别在24处和26处通过除以一个常数缩放因子ζ来被缩放,表示为:
其中和指代该OFDM消息信号的实部和虚部,ζ指代常数除法项,而Φ1(t)和Ф2(t)代表已同等缩放的实OFDM映射和虚OFDM映射。这些Φ1(t)和Ф2(t)分量是可互换的。
在28处,向该信号的实分量添加一个常数项ΨOS。
在30(30.1,30.2,30.3,30.4)处,对已适配的实分量和虚分量进行相位调制。在32(32.1,32.2)处,取得相应的经相位调制的信号之间的差。
在34(34.1,34.2)处,经基带相位调制的信号被移至载波频率。
在36处,所得到的具有常数项ΨOS的余弦波(consinusoidal)由下式给出:
cos(2πfct+Ф1(t)+Ψoscos(2πfct+Ф2(t)).
或者表示为:
其中Ψos指代偏置项。参数(Ψos,ζ)被选择,以使得当Ψos足够大且Ф2(t),Ф1(t)足够小时,Ψos>>Ф2(t)-Ф1(t)。在该情形中,Ψos项将主导该表达式。
在38处,从组合后的信号中减去由给出的主导频率控制因子,然后在40处,通过通信信道100传输该信号。
在图3中,解调器60从通信信道100中接收信号。
在63处,恢复主导频率
在64处,将已接收的信号自乘(square),从而产生一系列基带分量和高频分量,它们可以被表达为:
在66处,通过使用低通滤波器(LPF)来去除已自乘的信号的高频分量,所得到的信号可以由下式给出:
1-cos(-Ф2+Ф1+Ψos)
在68处,向该基带信号添加一个常数项,可以由下式给出:
cos(-Ф2+Ф1+Ψos)
在70处,执行反余弦处理,从而产生:
-Ф2+Ф1+Ψos
在72处,引入一个额外的常数乘法项,从而得到:
在74处,通过正弦波来调制该信号,从而得到:
在76处,将该信号乘以一个常数乘法因子,从而得到:
在78处,通过除法处理来变换该信号,从而得到:
在79处,除了78处的项以外,将已接收的输入信号乘以一个正弦载波,从而得到:
在80处,通过使用低通滤波器来去除高频分量,从而得到由下式表示的基带信号:
在82处,引入一个乘法因子,从而得到:
在84处,执行反余弦操作,从而得到:
在88处,引入一个乘法因子,从而得到:
Ф1+Ψos+Ф2
在90(90.1,90.2)、92(92.1,92.2)、94和96(96.1,96.2)处的后续步骤被用来分离OFDM实分量和OFDM虚分量。在99处,该并行到串行(P/S)转换器将这些OFDM实分量和OFDM虚分量组合。
OM-OFDM的最显著优点是,通过控制该主导频率,可以控制该信号的PAPR。在不事先知晓该OM-OFDM解调器处的主导频率的情况下,可借助查找表来确定该主导频率,该查找表对照其他参数来映射该信号的PAPR。因此,可以在没有额外的信号信息的情况下确定该主导频率。作为一个实施例,用于一个16矩(16quadrature)幅度调制方案的查找表如下:
PAPR | Ψos | ζ | γ |
7dB | 1.5 | 10000/4096 | 0.963 |
8dB | 1.5 | 10000/4096 | 0.973 |
9dB | 1.5 | 10000/4096 | 0.98 |
10dB | 1.5 | 10000/4096 | 0.985 |
11dB | 1.5 | 10000/4096 | 0.988 |
12dB | 1.5 | 10000/4096 | 1 |
在63到99处,用专门开发出的OM-OFDM解调方案来解调该信号,且在96(96.1,96.2)处将OFDM实分量和OFDM虚分量组合,且在99处呈现。
在图4中,用具有在114处的主导频率分量114的频谱高效信号(spectrallyefficientsignal)112,示出了OM-OFDM信号的带宽占用率。主导频率分量114在OM-OFDM调制器中被减去,且在OM-OFDM解调器中被恢复。
发明人发现,OM-OFDM调制方法提供了如下频谱高效信号,其中可以在不从该信号中去除信息的情况下调节PAPR,且不会导致严重的误码退化。此外,由于使用PAPR来确定主导频率,所以不需要传输边信息(sideinformation)。
发明人认为,本发明在数字视频广播(DVB)、全球微波互联接入(WiMax)以及长期演进(LTE)的应用中提供了实质优势。
Claims (17)
1.一种正交频分复用(OFDM)调制方法,包括:
独立地缩放OFDM信号的实分量和虚分量,其中:
和
代表所述OFDM信号的实分量和虚分量的缩放,且其中和分别指代所述OFDM消息信号的实分量和虚分量,m(t)指代所述消息信号,指代常数除法项,且其中Φ1(t)和Φ2(t)代表已缩放的实OFDM分量和虚OFDM分量,Φ1(t)和Φ2(t)是可互换的;以及
对所述OFDM信号的实分量和虚分量独立地进行相位调制。
2.根据权利要求1所述的方法,包括如下步骤:向所述OFDM信号的实分量中添加偏置项。
3.根据权利要求2所述的方法,包括如下进一步的步骤:从经相位调制的OFDM实分量中减去经相位调制的OFDM虚分量。
4.根据权利要求3所述的方法,其中:
cos(2πfct+Φ1(t)Ψos)-cos(2πfct+Φ2(t))
代表向所述OFDM信号的已缩放的实部中添加偏置项以及从经相位调制的OFDM实分量中减去经相位调制的已缩放的OFDM虚分量,且其中Φ1(t)和Φ2(t)代表已缩放的OFDM实分量和OFDM虚分量,fc是载波频率,且Ψos代表所述偏置项。
5.根据权利要求4所述的方法,其中Ψos是Φ1(t)和Φ2(t)的近似二十二倍大。
6.根据权利要求5所述的方法,包括如下进一步的步骤:从已调制的OFDM信号中减去主导频率分量。
7.根据权利要求6所述的方法,其中:
代表从所述OFDM信号中减去的主导频率分量,其中γ是主导频率分量控制因子,β是实信号和虚信号的已适配的相位偏差,且J0(β)是第一类0阶且自变量为β的贝塞尔函数。
8.一种根据权利要求7所述的方法来控制OFDM信号的峰值-平均功率比(PAPR)的方法,包括:
在OFDM调制器处,从已调制的OFDM信号中减去所述主导频率分量;以及
在OFDM解调器处,恢复所述主导频率分量。
9.根据权利要求8所述的方法,包括:在OFDM调制器处,将所述主导频率分量控制因子(γ)调节到0与1之间的值。
10.根据权利要求8所述的方法,包括:
在OFDM解调器处,通过确定所述信号的峰值-平均功率比来检测所述主导频率分量控制因子;以及
访问查找表,在该查找表中所述峰值-平均功率比是对照下面任何一个或多个来列出的:所述主导频率分量控制因子(γ)、所述偏置项(Ψos)以及所述常数除法项
11.一种解调OFDM信号的方法,包括:
检测OFDM已调制信号的峰值-平均功率比(PAPR);
通过检查所述OFDM信号的峰值-平均功率比,来确定所述OFDM已调制信号的主导频率分量控制因子和常数除法项;
将主导频率重新引入所述OFDM已调制信号;以及
从已接收的信号重构所述OFDM信号的实分量和虚分量。
12.根据权利要求11所述的方法,包括如下进一步的步骤:获得所述OFDM信号的快速傅里叶变换(FFT)。
13.根据权利要求12所述的方法,包括如下进一步的步骤:使所述信号通过均衡器。
14.根据权利要求11所述的方法,其中通过访问查找表来确定所述主导频率分量控制因子,所述查找表对照针对所述主导频率分量控制因子(γ)、偏置项(Ψos)以及所述常数除法项的预定值来给出所述峰值-平均功率比。
15.一种OFDM调制器,包括:
缩放单元,用于对已变换的输入信号的虚分量和实分量进行缩放;
偏置项添加单元,用于向所述输入信号的实部中添加偏置项;
相位调制器,用于通过使用余弦波来调制所述输入信号的实分量和虚分量;
减法单元,用于从经相位调制的OFDM实分量中减去经相位调制的OFDM虚分量;以及
减法单元,能运行以从所述输入信号中减去预定的主导频率。
16.一种OFDM解调器,包括:
峰值-平均功率比(PAPR)检测单元,用于确定输入信号的峰值-平均功率比;
查找表,对照针对主导频率分量控制因子(γ)、偏置项(Ψos)以及常数除法项的预定值来给出所述峰值-平均功率比;
处理器,用于根据所述查找表中的值来确定主导频率分量;
加法单元,能运行以向所述输入信号中添加预定的主导频率;以及
专门的OFDM解调器,用于解调OFDM信号的实分量和虚分量。
17.一种通信装置,包括根据权利要求15所述的调制器以及根据权利要求16所述的解调器。
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