CN106254294B - 分组码ofdm系统中实现短数据包超宽带发送的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于分组码的OFDM系统实现短数据包超宽带发送的设计方法。在发送端，短数据包经过分组编码引入校验信息，经过星座映射后将两者使用扩频序列进行扩频从而形成OFDM符号的发送图案。在接收端，对信道均衡后的OFDM符号进行解扩频，然后软判决获得对数似然比软信息，将其输入分组编码译码器得到短数据包。本发明将原信息码字映射到一个具有良好PAPR特性的码集上；同时扩频方案灵活，根据扩频倍数的不同可以在对信息符号进行扩频和对信息符号与校验符号的组合进行扩频之间相互切换，而且可以推广至多个短数据包超宽带发送的应用场景。

Description

分组码OFDM系统中实现短数据包超宽带发送的方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种分组码OFDM(正交频分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统中实现短数据包超宽带发送的方法。

背景技术

随着智能手机技术和无线通信技术的发展，越来越多因特网业务被移植到手机上，其中具有代表性的是即时聊天应用，微型博客等，这类业务共有的特点是：数据包的长度很短，但是会在一段时间内以较高的频率发包。由于现有无线网络针对的主要是长数据包业务(比如视频业务)，在应对短数据包业务时会出现一些问题。

OFDM技术将信道的传输带宽划分为若干个子频带，在每个子频带上并行地用互相正交的子载波传输数据信息，在接收端利用其各个子载波间的正交性，分离出并行传输的数据信息。OFDM技术已经成功应用于许多通信系统中比如无线局域网标准IEEE 802.11。IEEE 802.11n标准采用LDPC(低密度奇偶校验码，Low Density Parity Check Code)，信息比特和校验比特相连生成的码字就是LDPC编码器的输出编码比特，通常，特别是信道带宽很大(未来通信系统的带宽可能是数百兆或者数吉赫兹)的情况下，它并不等于用来填充OFDM码元的总比特数，需要根据已经分配的OFDM符号数进行删余或者重复操作，而当发送短数据包时，通常只需要一个OFDM符号中的极小部分子载波进行数据传输，而其他子载波需要采用相应的方法进行数据填充。现有技术往往采取将短数据包和校验比特相连再简单的重复数次，进而封装成OFDM符号的方案，导致了时域信号较高的PAPR(峰值平均功率比，Peak toAverage Power Ratio)，影响功率放大器操作。

另一方面，在信息传输过程中，为了获得分集增益，常常采用重复传输的方式。已被广泛采用的DS-CDMA(直接序列-码分多址，Direct Sequence-Code Division MultipleAccess)多址传输技术就可以看作这方面的一个应用。专利CN200710080146和CN200910204164简单对发送信息进行重复和相位旋转，现有技术通常仅考虑对单一数据进行简单重复或者相位旋转的发送方法，而并没有结合信道编码(如LDPC)以及结合OFDM技术的具体约束机制。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于分组码(BlockCodes)的OFDM系统中实现短数据包超宽带(UltraWide Band,UWB)发送的设计方法，弥补现有技术的不足，而且方法实现简单，运用灵活。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供分组码OFDM系统中实现短数据包超宽带发送的方法，包括如下步骤：

步骤一：首先在发送端，短数据包经过分组编码后引入校验信息；

步骤二：将原短数据包和引入校验信息的短数据包两者经过星座映射后使用扩频序列进行扩频；

步骤三：经过扩频后再经过多载波调制形成OFDM符号的发送图案进行发射；

步骤四：在接收端，对多载波解调后的OFDM符号进行解扩频；

步骤五：对解扩频后的OFDM符号进行软解调；

步骤六：对软解调后的信息进行信道译码，最终得到短数据包。

其中，所述步骤二中进行扩频的具体步骤如下：

短数据包的信息比特序列为m，m经过分组编码后引入的校验比特序列为p。m经过星座映射后，变为长度为N₁的符号序列M；p经过星座映射后，变为长度为N₂的符号序列P，需要发送的的符号序列的长度为N₁+N₂；超宽带通信系统中一个OFDM符号可以承载的调制符号数目为N_s，而且满足N_s＞N₁+N₂。

M使用扩频序列S₁进行a倍扩频的结果如下：

P使用扩频序列S₂进行b倍扩频的结果如下：

其中a≥1,b≥1分别表示扩频序列S₁和S₂的长度，扩频倍数a,b满足条件：

其中，所述步骤三中形成OFDM符号的发送图案的具体步骤如下：

扩频操作后OFDM符号中aN₁个子载波承载M的扩频结果，bN₂个子载波承载P的扩频结果，N_rest表示剩余没有利用的子载波数且N_rest＝N_s-(aN₁+bN₂)。剩余的N_rest个子载波填充M(0),M(1),...,M(N_rest-1)，然后形成发送端短数据包的OFDM符号的发送图案如下：

R_M,M(0),M(1),...,M(N_rest-1),R_P

其中，所述步骤四中对多载波解调后的OFDM符号进行解扩频的具体步骤如下：

首先对接收到的OFDM符号进行信道均衡，得到符号序列Y，令y_M＝[Y(0),Y(1),...,Y(N₁a-1)]为M的扩频序列的均衡值；令y_P＝[Y(N₁a+N_rest),Y(N₁a+N_rest+1),...,Y(N₁a+N_rest+N₂b-1)]为P的扩频序列的均衡值；令y_rest＝[Y(N₁a),Y(N₁a+1),...,Y(N₁a+N_rest-1)]为OFDM符号中其他N_rest个调制符号的数目的均衡值，将y_M变为矩阵形式：

得到M的解扩频结果M′＝S₁Y_M；

由于y_rest中包含M的一部分信息，将其与解扩频结果M′中的对应部分叠加，得到包含M全部信息的M″：

将y_P变为矩阵形式：

得到P的解扩频结果P′＝S₂Y_P。

其中，所述步骤五中对解扩频后的OFDM符号进行软解调得到的结果为最大对数似然比软信息。步骤六中通过分组码译码器进行信道译码。即对M″，P′进行软解调，得到最大对数似然比(Log-LikelihoodRatio,_LLR)软信息L_M,L_p。将L_M,L_p输入分组码译码器，得到短数据包m的估计值m'。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明以使用扩频序列进行扩频代替简单的重复发送和相位旋转，将原信息码字映射到一个具有良好PAPR特性的码集上，避开出现信号峰值的码字并且不会使信号产生畸变从而导致BER性能下降；扩频方案灵活，根据扩频倍数的不同可以在对信息符号进行扩频和对信息符号与校验符号的组合进行扩频之间相互切换，而且可以推广至多个短数据包超宽带发送的应用场景。

附图说明

图1是本发明发送端的工作流程图；

图2是本发明接收端的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

本发明的具体实现方法如下：OFDM高频段通信系统中，一个OFDM符号可以承载的调制符号的数目N_s＝760。要发送的短数据包的信息比特序列m长度N₁＝80，采用码长为672、码率为3/4的LDPC编码，m经过LDPC编码后引入的校验比特序列p长度N₂＝168。星座调制为BPSK调制，m经过调制后是长度仍为N₁的符号序列M，p经过星座映射后是长度仍为N₂的符号序列P，这样，需要发送的符号序列长度为N₁+N₂＝248。

在发送端，对M和P分别使用长度分别为5和2的Barker序列S₁和S₂作为扩频序列进行扩频，得到R_M和R_P：

其中M(k),P(k)是星座调制点，S₁＝[+1,+1,+1,-1,+1],S₂＝[+1,-1]。OFDM符号中剩余的子载波数N_rest＝760-5×80-2×168＝24，填充M(0),M(1),...,M(23)，形成发送端短数据包的OFDM符号的发送图案：

R_M,M(0),M(1),...,M(23),R_P\*MERGEFORMAT(11)在接收端，对接收到的OFDM符号进行信道均衡，得到符号序列Y。令y_M＝[Y(0),Y(1),...,Y(399)]为M的扩频序列的均衡值；令y_P＝[Y(424),Y(425),...,Y(759)]为P的扩频序列的均衡值；令y_rest＝[Y(400),Y(401),...,Y(423)]为OFDM符号中其他N_rest个调制符号的数目的均衡值。将y_M变为矩阵形式：

得到M的解扩频结果M′＝S₁Y_M。由于y_rest中包含M的一部分信息，将其与解扩频结果M′中的对应部分叠加，得到包含M全部信息的M″：

将y_P变为矩阵形式：

得到P的解扩频结果P′＝S₂Y_P。

对M″，P′进行软判决，得到最大对数似然比(Log-Likelihood Ratio,LLR)软信息L_M,L_p。将L_M,L_p输入LDPC译码器，得到短数据包m的估计值m'。

以上所述仅为本发明的实施例子而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的原则之内，所作的等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明未作详细阐述的内容属于本专业领域技术人员公知的已有技术。

Claims (5)

1.分组码OFDM系统中实现短数据包超宽带发送的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：首先在发送端，短数据包经过分组编码后引入校验信息；

步骤二：将原短数据包和引入校验信息的短数据包两者经过星座映射后使用扩频序列进行扩频；

步骤三：经过扩频后再经过多载波调制形成OFDM符号的发送图案进行发射；

步骤四：在接收端，对多载波解调后的OFDM符号进行解扩频；

步骤五：对解扩频后的OFDM符号进行软解调；

步骤六：对软解调后的信息进行信道译码，最终得到短数据包；

所述步骤二中进行扩频的具体步骤如下：

短数据包的信息比特序列为m，m经过分组编码后引入的校验比特序列为p，m经过星座映射后，变为长度为N₁的符号序列M；p经过星座映射后，变为长度为N₂的符号序列P，需要发送的的符号序列的长度为N₁+N₂；超宽带通信系统中一个OFDM符号可以承载的调制符号的数目为N_s，而且满足N_s＞N₁+N₂，

M使用扩频序列S₁进行a倍扩频的结果如下：

P使用扩频序列S₂进行b倍扩频的结果如下：

其中a≥1,b≥1分别表示扩频序列S₁和S₂的长度，扩频倍数a,b满足条件：

2.根据权利要求1所述的分组码OFDM系统中实现短数据包超宽带发送的方法，其特征在于：所述步骤三中形成OFDM符号的发送图案的具体步骤如下：

扩频操作后OFDM符号中aN₁个子载波承载M的扩频结果，bN₂个子载波承载P的扩频结果，N_rest表示剩余没有利用的子载波数且N_rest＝N_s-(aN₁+bN₂)，剩余的N_rest个子载波填充M(0),M(1),...,M(N_rest-1)，然后形成发送端短数据包的OFDM符号的发送图案如下：

R_M,M(0),M(1),...,M(N_rest-1),R_P。

3.根据权利要求1所述的分组码OFDM系统中实现短数据包超宽带发送的方法，其特征在于：所述步骤四中对多载波解调后的OFDM符号进行解扩频的具体步骤如下：

首先对接收到的OFDM符号进行信道均衡，得到符号序列Y，令y_M＝[Y(0),Y(1),...,Y(N₁a-1)]为M的扩频序列的均衡值；令y_P＝[Y(N₁a+N_rest),Y(N₁a+N_rest+1),...,Y(N₁a+N_rest+N₂b-1)]为P的扩频序列的均衡值；令y_rest＝[Y(N₁a),Y(N₁a+1),...,Y(N₁a+N_rest-1)]为OFDM符号中其他N_rest个调制符号的数目的均衡值，将y_M变为矩阵形式：

得到M的解扩频结果M′＝S₁Y_M；

由于y_rest中包含M的一部分信息，将其与解扩频结果M′中的对应部分叠加，得到包含M全部信息的M″：

将y_P变为矩阵形式：

得到P的解扩频结果P′＝S₂Y_P。

4.根据权利要求1所述的分组码OFDM系统中实现短数据包超宽带发送的方法，其特征在于：所述步骤五中对解扩频后的OFDM符号进行软解调得到的结果为最大对数似然比软信息。

5.根据权利要求1所述的分组码OFDM系统中实现短数据包超宽带发送的方法，其特征在于：所述步骤六中通过分组码译码器进行信道译码。