CN103532897A - Ofdm调制解调方法及对应的发射机、接收机 - Google Patents

Ofdm调制解调方法及对应的发射机、接收机 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种OFDM调制方法，在发射机包括以下步骤：接收至少一组信息比特流，将所有信息比特流分为第一部分和第二部分，其中第一部分包括至少一组信息比特流；将所有信息比特流映射成符号流；对第一部分的符号流设定映射数列，按照该映射数列将第一部分的每一组符号流映射到OFDM符号的子载波上。和上述对应的解调方法在接收机包括以下步骤：接收基带信号；选择需要接收的信息比特流，根据映射数列，估计该信息比特流对应的子载波的频域信道响应；对时域基带信号进行频率搬移和信号压缩，得到处理信号；解映射该处理信号。本发明可以使接收机只接收一个OFDM符号中的部分子载波，而不需解调所有子载波。

Description

OFDM调制解调方法及对应的发射机、接收机
技术领域
本发明涉及一种通信领域的OFDM调制解调方法，以及对应的发射机、接收机。
背景技术
在现代各种通信系统，尤其是移动通信中，功耗的节省常常是一个重要课题。有时接收机只需要接收发射机发出的部分信息，针对这样的情况出现了各种节省功耗的技术。例如在CMMB系统中，一个接收机可以只对某些时隙接收到的数据进行解调解码，而对其他时隙的数据不做任何处理。但如果每个时隙包含一个OFDM符号，且某个接收机只需要接收发射机的若干时隙中的若干少量子载波，那么接收机仍需要对这些时隙的整个OFDM符号做解调。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种OFDM调制解调方法及对应的发射机、接收机，能有效地降低接收机的功耗。
依据上述目的，实施本发明的OFDM调制方法，在发射机包括以下步骤：步骤一，接收至少一组信息比特流，将所有信息比特流分为第一部分和第二部分，其中第一部分包括至少一组信息比特流；步骤二，将所有信息比特流映射成符号流；步骤三，对第一部分的符号流设定映射数列，按照该映射数列将第一部分的每一组符号流映射到OFDM符号的子载波上。
依据上述目的，实施本发明的发射机，包括分组模块、编码组帧模块和调制模块。该分组模块接收至少一组信息比特流，将所有信息比特流分为第一部分和第二部分，其中第一部分包括至少一组信息比特流；该编码组帧模块将所有信息比特流映射成符号流；该调制模块对第一部分的符号流设定映射数列，按照该映射数列将第一部分的每一组符号流映射到OFDM符号的子载波上。
依据上述主要特征，映射数列为：对于包含第一部分符号流中任意一组符号流的OFDM符号，该符号流所映射到的子载波的编号均模L余u，其中L能整除N，L大于1，N为OFDM子载波数。
依据上述主要特征，对于第一部分符号流中不同组的符号流，其映射数列的L和u的取值相同或不同。
依据上述主要特征，对于第一部分符号流中同一组符号流的不同符号，其映射数列的L取值相同，u取值相同或不同。
依据上述目的，实施本发明的OFDM解调方法，在接收机包括以下步骤：步骤一，接收基带信号；步骤二，选择需要接收的信息比特流，根据映射数列，估计该信息比特流对应的子载波的频域信道响应；步骤三，对时域基带信号进行频率搬移和信号压缩，得到处理信号；步骤四，解映射该处理信号。
依据上述目的，实施本发明的接收机，包括同步模块、信道估计模块、频率搬移模块、信号压缩模块、解映射解码模块，其特征是：该同步模块接收基带信号；该信道估计模块选择需要接收的信息比特流，根据映射数列，估计该信息比特流对应的子载波的频域信道响应；该频率搬移模块对时域基带信号进行频率搬移后，该信号压缩模块对信号进行压缩，得到处理信号；该解映射解码模块解映射该处理信号。
依据上述主要特征，映射数列为：该信息比特流对应的符号流所映射到的子载波的编号均模L余u，其中L能整除N，L大于1，N为OFDM子载波数。
依据上述主要特征，信道估计模块设定该需要接收的信息比特流的频域信道响应为                                                。
依据上述主要特征，频率搬移模块对时域基带信号
Figure 598122DEST_PATH_IMAGE002
进行频率搬移得到搬移信号
Figure 264727DEST_PATH_IMAGE003
，信号压缩模块再进行时域信号压缩，得到处理信号
Figure 343541DEST_PATH_IMAGE004
；其中
Figure 28470DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 800116DEST_PATH_IMAGE006
。
依据上述主要特征，解映射解码模块对该处理信号
Figure 688438DEST_PATH_IMAGE007
做快速傅立叶变换，得到频域的处理信号
Figure 570943DEST_PATH_IMAGE008
，再对该频域的处理信号进行解映射。
采用了本发明的技术方案，可以使接收机能用较小的算法复杂度只接收一个OFDM符号中的部分子载波，而不需解调所有子载波。对于含有N个子载波的OFDM符号，采用了本发明后，解调所需要的复乘运算量从
Figure 623562DEST_PATH_IMAGE009
个降低至
Figure 566110DEST_PATH_IMAGE010
个，因此能大大降低功耗。
 
附图说明
在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1是本发明发射机的流程图；
图2是本发明接收机的流程图。
 
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明由发射机与接收机两部分组成。如图1所示，本发明的发射机主要包括分组模块、编码组帧模块和调制模块等。
发射机的输入为G组信息比特流。分组模块将这G组信息比特流分为第一部分与第二部分。第一部分信息比特流组包括G1个信息比特流组，G1至少为1，第二部分包括G2个信息比特流组，G2可以为0。
编码组帧模块首先对G组信息流分别进行编码、交织与映射，从而得到G组符号流。本发明对具体的编码、交织与映射方式不做限定，可以是各种LDPC码、Turbo码、卷积码、卷积交织、块交织、QAM映射、PSK映射等，以及它们的组合。
编码组帧模块再对G组符号流与系统信息、导频、虚拟子载波进行复接。本发明对是否包含系统信息、导频与虚拟子载波不做要求，若包含系统信息、导频与虚拟子载波，对它们的位置与定义也不做规定。
根据分组模块的分组，编码组帧模块输出的G组符号流也分为两部分，即第一部分符号流组和第二部分符号流组，分别对应于第一部分信息比特流组与第二部分信息比特流组。
调制模块对第一部分的符号流设定映射数列，按照映射数列将第一部分的每一组符号流映射到OFDM符号的子载波上，设每个OFDM符号包含N个子载波，将它们以0到N-1编号，得到
Figure 4044DEST_PATH_IMAGE011
。具体来说，作为一种实施方式，映射数列可以如下定义：对于任何一个OFDM符号来说，如果它包含了第一部分符号流组中的任意一个符号流组的符号，那么这个符号流组的所有符号所映射到的子载波编号均模L余u。其中L能整除N，L大于1，不同的符号流组可以有不同的L与u，对于同一个符号流组在不同的OFDM符号中L和u也可不同。
换句话说，满足上述映射数列条件的符号都包含在
Figure 362345DEST_PATH_IMAGE012
中。
对第二部分符号组流如何对应子载波，本发明不做限定。
接着，在发射机中，对每一帧得到的N个子载波符号
Figure 834914DEST_PATH_IMAGE013
做IFFT得到一帧的时域信号，其中
Figure 60545DEST_PATH_IMAGE015
最后加入循环前缀、时域帧头、控制帧等部分，对于实际的信号帧，可以同时包含有循环前缀、时域帧头及控制帧，也可以包含循环前缀、时域帧头、控制帧的其中之一或之二，本发明对具体如何定义、选择和实现循环前缀、时域帧头、控制帧不做限定。
如图2所示，本发明的接收机主要包括同步模块、信道估计模块、频率搬移模块、信号压缩模块、解映射解码模块等，其特点是根据业务需求，某个接收机在某一次接收任务中可以只接收第一部分信息比特流组中的某一个信息比特流。本发明的接收机采用以下的步骤来实现部分子载波的接收和解调：
第一步，同步模块接收基带信号，对接收到的基带信号进行定时与载波同步，消除定时偏与载波偏。得到包含所需要接受的信息比特流的信息的帧的时域数据，设一帧时域数据为
Figure 222536DEST_PATH_IMAGE002
。本发明对如何进行同步不做限定。
同步输出的
Figure 284033DEST_PATH_IMAGE002
的频域表示
Figure 256799DEST_PATH_IMAGE016
，其中
Figure 669326DEST_PATH_IMAGE017
上式也可表示为，其中
Figure 816591DEST_PATH_IMAGE019
为第k个子载波的频域信道响应，
Figure 193214DEST_PATH_IMAGE020
所发射的频域符号，而
Figure 93037DEST_PATH_IMAGE021
这一子载波上的噪声。
第二步，信道估计模块选择需要接收的信息比特流，根据映射数列，估计该信息比特流对应的子载波的频域信道响应。接收机的映射数列可以由两种方式得到，第一种方式是在接收机中预存该映射数列，即将第一部分符号流中的各个符号流与子载波的映射关系预先记录在接收机中。第二种方式是将第一部分符号流中各个符号流与子载波的映射关系记录在接收到的控制帧或信号帧中，例如记录在帧头或控制帧中，等等，本发明对此不做限制。
例如，在控制帧的特定字段中，设定如下映射关系：
字段 定义
00 L＝2，u＝0
01 L＝4，u＝1
10 L＝4，u＝3
作为本发明的一种实施方式，映射数列可以定义为：设该接收机所需接收的信息比特流所对应的符号流所对应的子载波编号在这一帧上均模L余u。
信道估计模块可以据此估计出编号模L余u的子载波上的频域信道响应为
Figure 659148DEST_PATH_IMAGE001
。本发明对信道估计模块如何计算出这些频域响应不做限定。
第三步，频率搬移模块对
Figure 898499DEST_PATH_IMAGE002
进行频率搬移得到
Figure 259073DEST_PATH_IMAGE022
，其中
Figure 334608DEST_PATH_IMAGE005
注意到
Figure 704409DEST_PATH_IMAGE023
的频域表示
Figure 532688DEST_PATH_IMAGE016
（即对
Figure 329743DEST_PATH_IMAGE002
进行离散傅立叶变换）与
Figure 125529DEST_PATH_IMAGE003
的频域表示
Figure 299022DEST_PATH_IMAGE024
存在如下关系：
Figure 247386DEST_PATH_IMAGE025
由此可见，是
Figure 999890DEST_PATH_IMAGE016
循环搬移u个元素得到。
第四步，信号压缩模块对
Figure 711494DEST_PATH_IMAGE026
进行时域信号压缩得到
Figure 576682DEST_PATH_IMAGE004
，这里定义
Figure 653222DEST_PATH_IMAGE027
为处理信号。其中
Figure 236650DEST_PATH_IMAGE006
第五步，解映射解码模块对
Figure 673316DEST_PATH_IMAGE028
进行FFT得到
Figure 658590DEST_PATH_IMAGE029
，其中
Figure 906032DEST_PATH_IMAGE030
事实上，与是完全相同的。因此
Figure 558358DEST_PATH_IMAGE033
。
最后，解映射解码模块根据
Figure 976701DEST_PATH_IMAGE034
与
Figure 269142DEST_PATH_IMAGE035
进行解映射，得到每个比特对应的对数似然比（LLR），再进行解交织与解码，恢复出所需要的信息比特流。本发明对具体的解映射、解交织与解码方法不做限定。
下面通过一个实施例来说明上述方案。
本发明应用于一种发射/接收系统中，该系统发射的信号由连续的相同长度的超帧组成，每个超帧由100个信号帧组成，每个信号帧由帧头与帧体组成，符号率为8MHz。帧头共有三种，均为长度为511的PN序列，但相位不同，分别是第奇数个超帧的第一个信号帧的帧头，第偶数个超帧的第一个信号帧的帧头，其他信号帧的帧头。帧体是一个包含8192个子载波的OFDM符号。
发射机的输入为四组信息比特流，对这四组信息比特流进行如下分配：将前三组信息比特流作为第一部分信息比特流，它们只存在于第奇数个超帧中。将第四组信息比特流作为第二部分信息比特流，它们只存在于第偶数个超帧中。
第一部分和第二部分的每一组信息比特流均经过编码与星座点映射，得到相应的符号流。编码均采用的码长为64800、码率为2/3的LDPC码。第一组符号流的映射方式为4-QAM，第二、第三组符号流的映射方式为16-QAM，第四组符号流的映射方式为BPSK。
上述信息比特流的数量、分组方法、编码、映射方式仅作为一个说明，本发明可以接收其他数量的信息比特流，进行不同的分组，以及选择其他编码、映射方式。
每个OFDM符号的编号为3585到4352的子载波为虚拟子载波，即它们的频域符号为0。换句话说，在下列将每一组符号流填入子载波的过程中，编号从3585～4352的子载波跳过不填。
将第一组符号流的输出填入奇超帧的OFDM符号中编号为0，2，4，……，3584，4354，4356，……，8190的子载波，子载波编号的通项为2i，根据
Figure 313190DEST_PATH_IMAGE012
，此时L＝2，u＝0。
第二组符号流的映射分为两种情况：每个奇超帧的第奇数个OFDM符号和每个奇超帧的第偶数个OFDM符号。
对于每个奇超帧的第奇数个OFDM符号，将第二组符号流的输出填入编号为1，5，9，……，3581，4353，4357，……，8189的子载波，子载波的通项为1＋4i，根据
Figure 7477DEST_PATH_IMAGE036
，此时L＝4，u＝1。
对于每个奇超帧的第偶数个OFDM符号，将第二组符号流的输出填入编号为3，7，11，……，3583，4355，4359，……，8191的子载波，子载波的通项为3＋4i，根据
Figure 659038DEST_PATH_IMAGE036
，此时L＝4，u＝3。
类似的，第三组符号流的映射也分为两种情况：每个奇超帧的第奇数个OFDM符号和每个奇超帧的第偶数个OFDM符号。
对于每个奇超帧的第奇数个OFDM符号，将第三组符号流的输出填入编号为3，7，11，……，3583，4355，4359，……，8191的子载波，子载波的通项为3＋4i，根据
Figure 642038DEST_PATH_IMAGE036
，此时L＝4，u＝3。
对于每个奇超帧的第偶数个OFDM符号，将第三组符号流的输出填入编号为1，5，9，……，3581，4353，4357，……，8189的子载波，子载波的通项为1＋4i，根据
Figure 37247DEST_PATH_IMAGE036
，此时L＝4，u＝1。
将第四组符号流的输出填入到偶超帧的OFDM符号中编号为1到3584和4353到8191的子载波。
对包含上述OFDM符号的每帧频域符号进行IFFT变换，得到每帧的时域信号。
接收机根据实际业务情况，接收机需要哪一组信息比特流，就可以单独接收该组，而不用接收所有的信号超帧。下面以接收第一组信息比特流和第二组信息比特流为例来说明本发明的接收方法。
有两个同时在工作的接收机，接收机一只需要接收第一组信息比特流，接收机二只需接收第二组信息比特流。两个接收机均使用相同的方法进行同步，并重构OFDM符号的循环特性，得到每个奇超帧中的每帧的时域基带符号
Figure 274455DEST_PATH_IMAGE037
。这些基带符号的频域表示
Figure 362497DEST_PATH_IMAGE038
就是。
接收机一对
Figure 766114DEST_PATH_IMAGE037
进行频率搬移得到
Figure 356364DEST_PATH_IMAGE040
，其中
Figure 615307DEST_PATH_IMAGE041
。由于第一组信息比特流所对应的u为0，因此进行频率搬移时相当于在频域循环搬移了0个元素，即不做任何改变。
然后对
Figure 307319DEST_PATH_IMAGE042
进行时域信号压缩得到，其中
Figure 256132DEST_PATH_IMAGE044
对
Figure 685976DEST_PATH_IMAGE045
进行FFT得到
Figure 599706DEST_PATH_IMAGE046
。
Figure 140409DEST_PATH_IMAGE046
实际上就等于，从中剔除虚拟子载波，就可以得到第一组信息流所对应的所有子载波。同时，信道估计模块通过帧头估计出这些子载波的频域信道响应。据此进行解映射与解码，最终恢复出第一组信息比特流。
对于接收机二来说，首先进行频率搬移，得到
Figure 305997DEST_PATH_IMAGE048
，其中
Figure 972601DEST_PATH_IMAGE049
然后通过时域信号压缩得到
Figure 51416DEST_PATH_IMAGE050
，其中
Figure 549393DEST_PATH_IMAGE051
对
Figure 743876DEST_PATH_IMAGE052
进行FFT，得到
Figure 960094DEST_PATH_IMAGE053
。对于一个奇超帧的第奇数个信号帧，实际上就等于
Figure 132766DEST_PATH_IMAGE054
，对于第偶数个信号帧则等于
Figure 262265DEST_PATH_IMAGE055
，从中剔除虚拟子载波，就可以得到第二组信息流所对应的所有子载波。同时，信道估计模块通过帧头估计出这些子载波的频域信道响应。据此进行解映射与解码，最终恢复出第二组信息比特流。
综上，本发明可以使接收机能用较小的算法复杂度只接收一个OFDM符号中的部分子载波，而不需解调所有子载波，因此能大大降低功耗。举例来说，设OFDM符号含N个子载波，而一台接收机所需要接收的符号都包含在模L余u的子载波中。如果直接对接收到的每个OFDM符号的时域信号进行N点FFT，那么需要个复乘运算（基2的Cooley-Tukey）。如果使用了本发明的方案，只需要 个复乘。以N=8129，L=4为例，应用本发明的方案能将复乘运算从106496个减小到30720个，约为原来的29%。
所属领域的技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims (18)

1.一种OFDM调制方法，其特征是，在发射机包括以下步骤：
步骤一，接收至少一组信息比特流，将所有信息比特流分为第一部分和第二部分，其中第一部分包括至少一组信息比特流；
步骤二，将所有信息比特流映射成符号流；
步骤三，对第一部分的符号流设定映射数列，按照该映射数列将第一部分的每一组符号流映射到OFDM符号的子载波上。
2.如权利要求1所述的OFDM调制方法，其特征是，该映射数列为：对于包含第一部分符号流中任意一组符号流的OFDM符号，该符号流所映射到的子载波的编号均模L余u，其中L能整除N，L大于1，N为OFDM子载波数。
3.如权利要求2所述的OFDM调制方法，其特征是，对于第一部分符号流中不同组的符号流，其映射数列的L和u的取值相同或不同。
4.如权利要求2所述的OFDM调制方法，其特征是，对于第一部分符号流中同一组符号流的不同符号，其映射数列的L取值相同，u取值相同或不同。
5.一种发射机，包括分组模块、编码组帧模块和调制模块，其特征是：该分组模块接收至少一组信息比特流，将所有信息比特流分为第一部分和第二部分，其中第一部分包括至少一组信息比特流；该编码组帧模块将所有信息比特流映射成符号流；该调制模块对第一部分的符号流设定映射数列，按照该映射数列将第一部分的每一组符号流映射到OFDM符号的子载波上。
6.如权利要求5所述的发射机，其特征是，该映射数列为：对于包含第一部分符号流中任意一组符号流的OFDM符号，该符号流所映射到的子载波的编号均模L余u，其中L能整除N，L大于1，N为OFDM子载波数。
7.如权利要求6所述的发射机，其特征是，对于第一部分符号流中不同组的符号流，其映射数列的L和u的取值相同或不同。
8.如权利要求6所述的发射机，其特征是，对于第一部分符号流中同一组符号流的不同符号，其映射数列的L取值相同，u取值相同或不同。
9.一种OFDM解调方法，其特征是，在接收机包括以下步骤：
步骤一，接收基带信号；
步骤二，选择需要接收的信息比特流，根据映射数列，估计该信息比特流对应的子载波的频域信道响应；
步骤三，对时域基带信号进行频率搬移和信号压缩，得到处理信号；
步骤四，解映射该处理信号。
10.如权利要求9所述的OFDM解调方法，其特征是，该映射数列为：该信息比特流对应的符号流所映射到的子载波的编号均模L余u，其中L能整除N，L大于1，N为OFDM子载波数。
11.如权利要求10所述的OFDM解调方法，其特征是，需要接收的信息比特流的频域信道响应为                                                
Figure 542767DEST_PATH_IMAGE001
。
12.如权利要求10所述的OFDM解调方法，其特征是，对时域基带信号
Figure 397590DEST_PATH_IMAGE002
进行频率搬移得到搬移信号
Figure 177327DEST_PATH_IMAGE003
，再进行时域信号压缩，得到处理信号
Figure 759487DEST_PATH_IMAGE004
；其中
Figure 573860DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 334005DEST_PATH_IMAGE006
。
13.如权利要求12所述的OFDM解调方法，其特征是，对该处理信号
Figure 601039DEST_PATH_IMAGE004
做快速傅立叶变换，得到频域的处理信号。
14.一种接收机，包括同步模块、信道估计模块、频率搬移模块、信号压缩模块、解映射解码模块，其特征是：该同步模块接收基带信号；该信道估计模块选择需要接收的信息比特流，根据映射数列，估计该信息比特流对应的子载波的频域信道响应；该频率搬移模块对时域基带信号进行频率搬移后，该信号压缩模块对信号进行压缩，得到处理信号；该解映射解码模块解映射该处理信号。
15.如权利要求14所述的接收机，其特征是，该映射数列为：该信息比特流对应的符号流所映射到的子载波的编号均模L余u，其中L能整除N，L大于1，N为OFDM子载波数。
16.如权利要求15所述的接收机，其特征是，信道估计模块设定该需要接收的信息比特流的频域信道响应为
Figure 157233DEST_PATH_IMAGE001
。
17.如权利要求15所述的接收机，其特征是，频率搬移模块对时域基带信号
Figure 88280DEST_PATH_IMAGE002
进行频率搬移得到搬移信号
Figure 842609DEST_PATH_IMAGE003
，信号压缩模块再进行时域信号压缩，得到处理信号
Figure 766572DEST_PATH_IMAGE008
；其中
Figure 289957DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 657484DEST_PATH_IMAGE006
。
18.如权利要求15所述的接收机，其特征是，解映射解码模块对该处理信号
Figure 899110DEST_PATH_IMAGE008
做快速傅立叶变换，得到频域的处理信号
Figure 862649DEST_PATH_IMAGE007
，再对该频域的处理信号进行解映射。
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