CN104753846B - 一种检测单载波调制和正交频分复用调制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测单载波调制（SC）和正交频分复用调制（OFDM）的方法和装置，用于单载波调制和正交频分复用调制并存的系统中快速区分SC调制和OFDM调制，如果物理协议数据单元承载的数据字段采用OFDM调制，发送端则对信令字段进行相位旋转操作。接收端进行均衡操作之后，通过检测信令字段的能量判定载波调制方式，如果检测的结果是OFDM调制，则对信令字段进行额外的逆相位旋转，再经过基本基带信号处理得到信令信息。与现有技术相比，本发明所提供的方法在不需要额外的信令指示的前提下，可以减小检测的时延，有利于节省缓冲区的开销，降低系统的复杂度和成本。

Description

一种检测单载波调制和正交频分复用调制的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种检测单载波调制(SC)和正交频分复用调制(OFDM)的方法和装置，是一种适用于单载波调制和正交频分复用调制并存的系统中快速区分SC调制和OFDM调制的方法和装置，属于无线通信技术领域。

背景技术

相对于正交频分复用(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)调制，单载波(SC:Single Carrier)调制具有低峰均比优势的同时，仍然具有与OFDM调制相似的接收机复杂度及通信系统性能。因此，SC调制在毫米波通信系统中被广泛采用。但是，SC调制系统实现预编码和多用户的复杂性比较高，而OFDM调制系统则能以较低的复杂度进行预编码设计，并对发送数据进行预编码操作，进而增强系统的可靠性和吞吐率。

基于上述发现，SC调制和OFDM调制联合使用是毫米波通信的关键之技术之一。IEEE 802.11ad和IEEE 802.11aj两种无线局域网标准圴采用了SC调制和OFDM调制。IEEE802.11ad采用的阵列天线技术，而IEEE 802.11aj采用的是多天线技术。在无线局域网标准IEEE 802.11aj中，前导码和信令字段是均是通过SC调制的方式发送。

上述两种载波调制对应接收端信号检测方法是不同的，因此，设计一种快速区别载波调制方式的方法对于SC调制和OFDM调制并存的系统非常有意义。在IEEE 802.11ad无线局域网标准中，通过采用不同的前导码区分SC调制和OFDM调制，但该方法并不适用于多输入多输出(MIMO)系统。另外一种常见的处理方法是：首先，接收端将数据字段的载波调制的信息写入信令字段；然后，接收端在完成对信令字段的全部处理之后，读取载波调制的信息。该方法的缺陷是需要缓冲大量的数据，这是因为接收端需要在获取信令字段的指示信息之后才可以对数据字段进行处理，此外，该方法增加了额外的信令开销。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明采用对物理层协议数据单元(PPDU)的信令字段进行相位旋转的方式，不仅可以减小信令字段指示的开销，而且可以在信令字段均衡之后对数据字段载波调制的方式进行判决，有效的较少了系统的译码延时。因此，本发明提供的一种检测单载波调制和正交频分复用调制的方法和装置，可以有效的减小系统的信令开销，同时减小检测延时和缓冲数据的大小，有效的提高了系统的性能。

技术方案：本发明的应用场景是信令字段采用SC调制发送，星座调制方式为二进制相移键控(BPSK)。

IEEE802.11协议标准的PPDU通常由前导序列，信令字段和数据字段构成。IEEE802.11aj协议标准中，前导序列和信令字段均由SC调制发送，而数据字段可以SC调制或者OFDM调制发送。信令字段经过星座调制和符号交织之后形成N个SC调制的星座调制符号块，每个SC调制的星座调制符号块包含N_BLK个星座符号。本发明对信令字段采用不同的相位旋转方式来区分数据字段的载波调制方式(SC调制或OFDM调制)，当数据字段是SC调制时，信令字段采用正常的BPSK星座调制，当数据字段是OFDM调制时，信令字段在BPSK星座调制的基础上采用相位旋转。为了便于叙述，定义序列d_i，i＝0,...,N-1，指示相位旋转方式，序列的元素均取自于集合{0,1}，d_i＝0表示信令字段的第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号不进行相位旋转，即第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号通过I路发送，d_i＝1表示信令字段的第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号进行相位旋转，即第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号通过Q路发送。

一种检测单载波调制和正交频分复用调制的方法，包括发送端和接受端两部分；

在发送端，包括以下步骤：

(11)信令字段经过扰码、编码、星座调制和符号交织操作之后，形成了N个SC调制的星座调制符号块，将信令字段表示成s_i(n)，n＝0,...,N_BLK-1，i＝0,...,N-1；

(12)如果该PPDU的数据字段采用OFDM调制发送，则根据d_i的指示对信令字段的第i个星座调制符号块进行相位旋转，步骤(12)处理后的信令字段可以表示为：

(公式1)

其中，j表示虚部单位；如果该PPDU的数据字段采用SC调制发送，则不需要对信令字段进行相位旋转操作，步骤(12)处理后的信令字段可以表示为：

(公式2)

(13)对步骤(12)处理得到的信令字段n＝0,...,N_BLK-1，i＝0,...,N-1，进行循环移位分集(CSD)运算将发送信号映射到每根发射天线，在各条发送链路上分别对CSD运算之后的信令字段插入保护间隔，脉冲成形操作之后发送到模拟和射频链路。

在接收端，包括以下步骤：

(21)对接收的信令字段进行去保护间隔和单载波频域均衡操作得到发送信号的估计y_i(n)，n＝0,...,N_BLK-1，i＝0,...,N-1；

(22)统计信令字段的能量E^SC和E^OFDM，具体的计算公式如下：

(公式3)

(公式4)

其中，Re{·}表示对一个复数取实部的操作；如果E^SC＞E^OFDM，则该PPDU的数据字段为SC调制，否则，该PPDU的数据字段为OFDM调制；

(23)基于步骤(22)的结果，如果PPDU的数据字段采用了OFDM调制，接收机需要对信令字段进行星座符号逆相位旋转，恢复发射机相位旋转之前的信令字段星座符号，逆相位旋转之后信号可以表示成：

(公式5)

如果PPDU的数据字段采用了SC调制，则不需要额外的逆相位旋转，步骤(23)处理之后的信令字段可以表示成：

(公式6)

(24)对步骤(23)所得信令字段n＝0,...,N_BLK-1，i＝0,...,N-1，进行解符号交织，解调，译码和解扰操作即可恢复原始的信令信息。

一种实现上述检测单载波调制和正交频分复用调制方法的装置，包括发射机和接收机；所述发射机包括扰码模块，LDPC编码模块，星座调制模块，符号交织模块，相位旋转模块，循环移位模块，插入保护间隔模块，脉冲成形模块，以及射频和模拟模块。本发明涉及到的相位旋转模块在符号交织模块和循环移位模块之间。接收机包括数模转化(ADC)，匹配滤波模块，去保护间隔模块，均衡模块，逆相位旋转模块(判别SC和OFDM调制模块)，解符号交织模块，软解调模块，LDPC译码模块，以及解扰模块。

信令字段依次经过扰码模块扰码、LDPC编码模块编码、星座调制模块星座调制和符号交织模块符号交织操作之后，形成了N个SC调制的星座调制符号块；如果该PPDU的数据字段采用OFDM调制发送，所述相位旋转模块则根据d_i的指示对信令字段的第i个星座调制符号块进行相位旋转操作，得到处理后的信令字段如果该PPDU的数据字段采用SC调制发送，则不需要对信令字段进行相位旋转操作，得到处理后的信令字段循环移位模块的对信令字段进行循环移位分集运算后，将发送信号映射到每根发射天线，插入保护间隔模块分别对在各条发送链路上经CSD运算之后的信令字段插入保护间隔，发送给脉冲成形模块；脉冲成形操作之后，脉冲成形模块将信令字段发送到模拟和射频链路。

接收机端通过数模转化和匹配滤波模块对接收的信令字段进行转换和滤波之后，再依次通过去保护间隔模块和均衡模块对信令字段进行去保护间隔和单载波频域均衡操作得到发送信号的估计y_i(n)。

逆相位旋转模块(判别SC和OFDM调制模块)，对信令字段的能量E^SC和E^OFDM进行统计计算，如果E^SC＞E^OFDM，则判断该PPDU的数据字段为SC调制，此时的信令字段表示为否则，判断该PPDU的数据字段为OFDM调制，需要对信令字段进行星座符号逆相位旋转，恢复发射机相位旋转之前的信令字段星座符号，逆相位旋转之后得到信号依次经过解符号交织模块、软解调模块、LDPC译码模块和解扰模块依次进行解符号交织、解调、译码和解扰操作即可恢复原始的信令信息。

有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的方法和装置可以减小信令字段的开销，减小检测的时延，节省缓冲区的开销。

附图说明

图1为本发明实施例的信令字段的发送框图；

图2为本实施例的相位旋转在星座图中的示意图；

图3为本发明实施例的信令字段接收框图；

图4为本发明实施例的接收机处理流程。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明的技术可以用于各种宽带无线通信系统，实现的无线节点可以包括接入点或者接入终端，这种通信系统的例子包括毫米波无线多输入多输出通信系统等。

下面以毫米波无线局域网(IEEE 802.11aj)540MHz带宽下混合载波机制发送为例详细本发明的操作步骤。

在毫米波无线局域网(IEEE 802.11aj)中，信令字段包括72个比特。如图1所示，信令字段完整处理模块包括：扰码模块，LDPC编码模块，星座调制模块，符号交织模块，相位旋转模块，循环移位模块，插入保护间隔模块，脉冲成形模块，射频和模拟模块。本发明涉及到的相位旋转模块在符号交织模块和循环移位模块之间。

如表1所示，在540MHz的带宽下，符号交织之后形成4个SC符号块，每个SC符号块包括256个星座符号。

表1 毫米波无线局域网(IEEE 802.11aj)相关参数

参数

带宽(540MHz)

描述

N	4	信令字段SC符号块数
			NBLK	256	每个SC符号块的符号数

在本实施例中，定义序列d_i为：

d_i＝{1,1,1,1} (公式7)

当该PPDU是SC PPDU时，信令字段符号交织形成的SC符号块不需要相位旋转，即都通过发射机的I路发送，当该PPDU是OFDM PPDU时，信令字段符号交织形成的SC符号块需要相位旋转，即都通过发射机的Q路发送。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

1.信令字段经过扰码，编码，星座调制，符号交织操作之后，形成了4个SC符号块，可以将信令字段表示成s_i(n)，n＝0,...,255，i＝0,...,3。

2.如果该PPDU通过SC方式发送，则信令字段任意第i个符号块均不需要相位旋转，即：

(公式2)

否则，该PPDU通过OFDM的方式发送，则信令字段任意第i个符号块都需要相位旋转，可以表示成：

(公式8)

经过相位旋转之后的星座如图2所示。

3.步骤2处理得到的信令字段n＝0,...,255,i＝0,...,3，经过循环移位，插入保护间隔，脉冲成形操作之后发送到模拟和射频链路。

如图3所示，信令字段的接收模块包括：数模转化(ADC)，匹配滤波模块，去保护间隔模块，均衡模块，逆相位旋转模块(判别SC和OFDM调制模块)，解符号交织模块，软解调模块，LDPC译码模块，解扰模块。如图4所示，具体的操作步骤如下：

1.对接收的信令字段进行去保护间隔，单载波频域均衡操作得到发送信号的估计y_i(n),n＝0,...,255,，i＝0,...,3；

2.统计信令字段的能量E^SC和E^OFDM，具体的计算公式如下：

(公式9)

(公式10)

如果E^SC＞E^OFDM，则该PPDU是SC PPDU，否则，该PPDU是OFDM PPDU；

3.基于步骤2的结果，对星座符号进行逆相位旋转，恢复发射机相位旋转之前的星座符号。当步骤2判定该PPDU是SC PPDU时，逆相位旋转之后信号可以表达为：

(公式6)

当步骤2判定该PPDU是OFDM PPDU时，由于d_i＝{1,1,1,1}，逆相位旋转之后信号可以表示成：

(公式11)

4.对逆相位旋转所得信号进行解符号交织，解调，译码，解扰码操作即可恢复原始的信令信息。

Claims (2)

1.一种检测单载波调制和正交频分复用调制的方法，其特征在于，所述方法的应用场景是信令字段采用SC调制发送，星座调制方式为二进制相移键控；

IEEE802.11协议标准的PPDU通常由前导序列，信令字段和数据字段构成；IEEE802.11aj协议标准中，前导序列和信令字段均由SC调制发送，而数据字段能够SC调制或者OFDM调制发送；信令字段经过星座调制和符号交织之后形成N个SC调制的星座调制符号块，每个SC调制的星座调制符号块包含N_BLK个星座符号；对信令字段采用不同的相位旋转方式来区分数据字段的载波调制方式，SC调制或OFDM调制，当数据字段是SC调制时，信令字段采用正常的BPSK星座调制，当数据字段是OFDM调制时，信令字段在BPSK星座调制的基础上采用相位旋转；定义序列d_i，i＝0,...,N-1，指示相位旋转方式，序列的元素均取自于集合{0,1}，d_i＝0表示信令字段的第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号不进行相位旋转，即第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号通过I路发送，d_i＝1表示信令字段的第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号进行相位旋转，即第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号通过Q路发送；

对信令字段采用不同的相位旋转方式来区分数据字段的载波调制方式，即区分是SC调制或OFDM调制方式，当数据字段是SC调制时，发送端对信令字段不进行相位旋转操作，信令字段采用正常的BPSK星座调制；当数据字段是OFDM调制时，发送端对信令字段进行相位旋转操作，信令字段在BPSK星座调制的基础上采用相位旋转；接收端进行均衡操作之后，通过检测信令字段的能量判定载波调制方式，如果检测的结果是OFDM调制，则对信令字段进行额外的逆相位旋转，再经过基本基带信号处理得到信令信息；

在发送端，包括以下步骤：

(11)信令字段经过扰码、编码、星座调制和符号交织操作之后，形成了N个SC调制的星座调制符号块，将信令字段表示成s_i(n)，n＝0,...,N_BLK-1，i＝0,...,N-1；

(12)如果PPDU的数据字段采用OFDM调制发送，则根据d_i的指示对信令字段的第i个星座调制符号块进行相位旋转，步骤(12)处理后的信令字段可以表示为：

其中，j表示虚部单位；如果PPDU的数据字段采用SC调制发送，则不需要对信令字段进行相位旋转操作，步骤(12)处理后的信令字段可以表示为：

(13)对步骤(12)处理得到的信令字段 进行循环移位分集运算将发送信号映射到每根发射天线，在各条发送链路上分别对CSD运算之后的信令字段插入保护间隔，脉冲成形操作之后发送到模拟和射频链路，CSD表示循环移位分集；

在接收端，包括以下步骤：

(21)对接收的信令字段进行去保护间隔和单载波频域均衡操作得到发送信号的估计y_i(n)，n＝0,...,N_BLK-1，i＝0,...,N-1；

(22)统计信令字段的能量E^SC和E^OFDM，具体的计算公式如下：

其中，Re{·}表示对一个复数取实部的操作；如果E^SC＞E^OFDM，则PPDU的数据字段为SC调制，否则，PPDU的数据字段为OFDM调制；

(23)基于步骤(22)的结果，如果PPDU的数据字段采用了OFDM调制，接收机需要对信令字段进行星座符号逆相位旋转，恢复发射机相位旋转之前的信令字段星座符号，逆相位旋转之后信号可以表示成：

如果PPDU的数据字段采用了SC调制，则不需要额外的逆相位旋转，步骤(23)处理之后的信令字段可以表示成：

(24)对步骤(23)所得信令字段进行解符号交织，解调，译码和解扰操作即可恢复原始的信令信息。

2.一种检测单载波调制和正交频分复用调制的装置，包括发射机和接收机；其特征在于：所述发射机包括相位旋转模块，所述相位旋转模块在发射机的符号交织模块和循环移位模块之间，符号交织模块的输出端连接相位旋转模块的输入端，相位旋转模块的输出端连接循环移位模块的输入端；所述接收机还包括逆相位旋转模块，逆相位旋转模块在发射机的均衡模块和解符号交织模块之间，均衡模块的输出端连接逆相位旋转模块的输入端，逆相位旋转模块的输出端连接解符号交织模块的输入端；

所述装置的应用场景是信令字段采用SC调制发送，星座调制方式为二进制相移键控；

IEEE802.11协议标准的PPDU通常由前导序列，信令字段和数据字段构成；IEEE802.11aj协议标准中，前导序列和信令字段均由SC调制发送，而数据字段能够SC调制或者OFDM调制发送；信令字段经过星座调制和符号交织之后形成N个SC调制的星座调制符号块，每个SC调制的星座调制符号块包含N_BLK个星座符号；对信令字段采用不同的相位旋转方式来区分数据字段的载波调制方式，SC调制或OFDM调制，当数据字段是SC调制时，信令字段采用正常的BPSK星座调制，当数据字段是OFDM调制时，信令字段在BPSK星座调制的基础上采用相位旋转；定义序列d_i，i＝0,...,N-1，指示相位旋转方式，序列的元素均取自于集合{0,1}，d_i＝0表示信令字段的第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号不进行相位旋转，即第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号通过I路发送，d_i＝1表示信令字段的第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号进行相位旋转，即第i个SC调制的星座调制符号块的所有星座符号通过Q路发送；

对信令字段采用不同的相位旋转方式来区分数据字段的载波调制方式，即区分是SC调制或OFDM调制方式，当数据字段是SC调制时，发送端对信令字段不进行相位旋转操作，信令字段采用正常的BPSK星座调制；当数据字段是OFDM调制时，发送端对信令字段进行相位旋转操作，信令字段在BPSK星座调制的基础上采用相位旋转；接收端进行均衡操作之后，通过检测信令字段的能量判定载波调制方式，如果检测的结果是OFDM调制，则对信令字段进行额外的逆相位旋转，再经过基本基带信号处理得到信令信息；

将信令字段表示成s_i(n)，n＝0,...,N_BLK-1，所述相位旋转模块则根据d_i的指示对信令字段的第i个星座调制符号块进行相位旋转操作，得到处理后的信令字段如果PPDU的数据字段采用SC调制发送，则不需要对信令字段进行相位旋转操作，得到处理后的信令字段

逆相位旋转模块，对信令字段的能量E^SC和E^OFDM进行统计计算，如果E^SC＞E^OFDM，则判断PPDU的数据字段为SC调制，此时的信令字段表示为否则，判断PPDU的数据字段为OFDM调制，需要对信令字段进行星座符号逆相位旋转，恢复发射机相位旋转之前的信令字段星座符号，逆相位旋转之后得到信号

相位旋转模块则根据d_i的指示对信令字段的第i个星座调制符号块进行相位旋转操作，得到处理后的信令字段

逆相位旋转模块，对信令字段的能量E^SC和E^OFDM进行统计计算，其中，