CN106789805B - 基于射频捷变收发器的自定义ofdm物理层方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层方法及系统，包括：若无线信道中的OFDM信号为有效信号，或者无线信道中的OFDM信号为噪声信号，但该噪声信号的噪声功率不大于预定阈值时，计算所述OFDM信号的信噪比，根据信噪比调整OFDM帧结构及编码码率；可见，通过射频捷变收发器AD936X获取接收端的信噪比，根据信噪比实时修改OFDM物理层系统的OFDM参数，确定OFDM帧结构及编码码率，不仅降低硬件尺寸，还可以使OFDM物理层系统灵活支持不同标准协议，进而适应不同无线环境。

Description

基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层方法及系统。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，需要无线专网通信系统具有覆盖范围广、灵敏度高、移动性好、抗干扰和抗衰落能力强、传输数据率高的优点。而目前的无线通信系统的终端，存在以下问题：所需的芯片数量多硬件尺寸大，不能在不同的无线环境下选择合适的传输波形，且在对新标准支持时需要更换硬件，浪费成本。

因此，如何降低硬件尺寸、灵活支持不同标准协议以及适应不同的无线信道环境是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于射频捷变收发器的物理层系统确定方法及系统，以实现降低硬件尺寸、灵活支持不同标准协议以及适应不同的无线信道环境。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层方法，包括：

S1、扫描无线信道中的OFDM信号；

S2、根据所述OFDM信号中的精同步信号判断所述OFDM信号是否为有效信号；若为有效信号，则执行S3；若为噪声信号，则执行S4；

S3、通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的信号功率，并继续执行S5；

S4、通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的噪声功率，并在所述噪声功率不大于预定阈值时，执行S5；

S5、计算所述OFDM信号的信噪比，根据所述信噪比调整OFDM帧结构及编码码率。

其中，在所述S5中根据所述信噪比调整编码码率包括：

判断所述信噪比是否大于预定分贝阈值；

若是，则根据所述信噪比与所述预定分贝阈值提高编码码率；若否，则根据所述信噪比与所述预定分贝阈值降低编码码率。

其中，在所述S5中根据所述信噪比调整OFDM帧结构，包括：

根据所述信噪比及预存的映射表，调整OFDM帧结构的循环前缀长度参数、子载波个数参数、导频个数参数、星座图映射方式参数。

其中，若在S4中判定所述噪声功率大于所述预定阈值，则根据所述噪声功率调整AD936X的工作频点。

一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层系统，包括：

扫描模块，用于扫描无线信道中的OFDM信号；

判断模块，用于根据所述OFDM信号中的精同步信号判断所述OFDM信号是否为有效信号；若为有效信号，则执行S3；若为噪声信号，则执行S4；

信号功率获取模块，用于在所述OFDM信号为有效信号时，通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的信号功率，并触发信噪比计算模块；

噪声功率获取模块，用于在所述OFDM信号为噪声信号时，通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的噪声功率，并在所述噪声功率不大于预定阈值时，触发信噪比计算模块；

信噪比计算模块，用于计算所述OFDM信号的信噪比；

调整模块，用于根据所述信噪比调整OFDM帧结构及编码码率。

其中，所述调整模块包括：

判断单元，用于判断所述信噪比是否大于预定分贝阈值；

第一调整单元，用于在所述信噪比大于所述预定分贝阈值时，根据所述信噪比与所述预定分贝阈值提高编码码率；

第二调整单元，用于在所述信噪比不大于所述预定分贝阈值时，根据所述信噪比与所述预定分贝阈值降低编码码率。

其中，所述调整模块包括：

第三调整单元，用于根据所述信噪比及预存的映射表，调整OFDM帧结构的循环前缀长度参数、子载波个数参数、导频个数参数、星座图映射方式参数。

其中，还包括：

工作频点调整模块，用于在所述噪声功率大于所述预定阈值时，根据所述噪声功率调整AD936X的工作频点。

通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层方法及系统，包括：S1、扫描无线信道中的OFDM信号；S2、根据所述OFDM信号中的精同步信号判断所述OFDM信号是否为有效信号；若为有效信号，则执行S3；若为噪声信号，则执行S4；S3、通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的信号功率，并继续执行S5；S4、通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的噪声功率，并在所述噪声功率不大于预定阈值时，执行S5；S5、计算所述OFDM信号的信噪比，根据所述信噪比调整OFDM帧结构及编码码率；

可见，通过射频捷变收发器AD936X获取接收端的信噪比，根据信噪比实时修改OFDM物理层系统的OFDM参数，确定OFDM帧结构及编码码率，可实现降低硬件尺寸，使OFDM物理层系统灵活支持不同标准协议，进而适应不同无线环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层方法流程示意图；

图2为本发明实施例公开的另一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层方法流程示意图；

图3为本发明实施例公开的OFDM物理层发送端框图；

图4为本发明实施例公开的OFDM物理层接收端框图；

图5为本发明实施例公开的一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于射频捷变收发器的物理层系统确定方法及系统，以实现降低硬件尺寸、灵活支持不同标准协议以及适应不同的无线信道环境。

参见图1，本发明实施例提供的一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层方法，包括：

S1、扫描无线信道中的OFDM信号；

具体的，当系统处于接收状态的时候，会一直扫描无线信道中的OFDM信号，从而实现对OFDM信号类型的判别以及对OFDM参数的调整。

S2、根据所述OFDM信号中的精同步信号判断所述OFDM信号是否为有效信号；若为有效信号，则执行S3；若为噪声信号，则执行S4；

具体的，对于采用了AD936X的OFDM物理层系统接收端，可以扫描当前工作频点附近的信号功率。对于OFDM的物理层系统，每一帧之间都有保护间隔，即使在信号传输过程中，也可以得到噪声功率。然后通过精同步信号就可以区分，该信号是远端发射端发射的有效信号，还是底噪以及其他设备的干扰信号；若是有效信号，则获取信号功率，若是噪声信号，则获取噪声功率。

具体的，本方案中的精同步信号为标志信号，如果该信号为高，表示这段时间接收的信号为有效信号，如果精同步信号为低，表示这段时间接收的信号为噪声信号。

S3、通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的信号功率，并继续执行S5；

具体的，在使用AD936X之前，需要根据应用场景需求对AD936X基本寄存器进行配置，主要包括：中心频点、带宽、双工模式、发送衰减和接收增益控制模式等。

S4、通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的噪声功率，并在所述噪声功率不大于预定阈值时，执行S5；

S5、计算所述OFDM信号的信噪比，根据所述信噪比调整OFDM帧结构及编码码率。

参见表1，在本实施例中列举的根据信噪比调整OFDM参数的具体关系。其中，在所述S5中根据所述信噪比调整编码码率包括：

判断所述信噪比是否大于预定分贝阈值；

若是，则根据所述信噪比与所述预定分贝阈值提高编码码率；若否，则根据所述信噪比与所述预定分贝阈值降低编码码率。

在所述S5中根据所述信噪比调整OFDM帧结构，包括：

根据所述信噪比及预存的映射表，调整OFDM帧结构的循环前缀长度参数、子载波个数参数、导频个数参数、星座图映射方式参数。

表1

需要说明的是，根据AD936X获取信噪比(SNR)，可对SNR进行平滑处理。通过SNR的取值来衡量接收链路的质量，从而选择合适帧结构、合适速率的OFDM物理层。

其中，本实施例中的平滑处理主要是针对噪声功率，由于无线信道的噪声干扰是随机的，为了剔除噪声功率在某个时刻的大信号毛刺而进行的处理。如果突然获取到了一个持续时间较短，功率信号值较大的信号，势必会影响信噪比的取值，从而破坏基于信噪比选择帧结构和工作频点的准确性。这里的平滑处理方法是，由于噪声功率在某个场景的某段时间比较稳定，将连续获取几帧信号的噪声值保存起来，取最小值(噪声功率一般小于信号功率)；当有新的帧到达的时候，将这帧得到的信号功率保存，并剔除最早保存的噪声功率，同时对保存的值取最小值。为了使信噪比更加稳定，我们将得到的噪声功率在一定时间里做平均。

需要说明的是，参见图2，若在S4中判定所述噪声功率大于所述预定阈值，则执行S18、根据所述噪声功率调整AD936X的工作频点。

具体的，由于无线信道环境比较复杂且变化较大，特别是对于开放的特定频段，使用的比较多，频谱比较复杂；并且专网通信主要是用于应急场景，不能固定在某个频点，如果该频点在某个区域，干扰比较大，那么我们的无线设备就无法正常工作，因此，在本方案中通过AD936X在接收端获取的噪声功率的大小，可以判断某个无线信道的频段是否可用，如果噪声功率较大超过设定的阈值，则系统会重新配置AD936X，选择临近频点作为工作频率，从而实现了灵活支持各种无线信道场景。这里的工作频点的选择方法为：在常用的某些频点附近搜索，根据计算出的噪声信号功率来确定频点，当噪声功率大于-80dBm，就会影响整个通信链路质量，选择其他相邻频点。

需要说明的是，本方案主要针对组网无线系统，与点对点传输不同，应用本系统的终端包括收发模块，一个终端在发送信号的同时也会接收到对端的一些反馈信号，这些反馈信号可以包含信噪比参数，通过这个参数，两个终端会根据上一帧的信噪比，同时修改参数。

需要说明的是，在本方案中首先需要确定一种通用的OFDM物理层系统，并且OFDM信号的参数是可编程的，具体OFDM物理层系统发送端和接收端框图参见图3和图4，可见，在本方案中可自定义的参数包括：编码码率、星座映射方式、导频个数和子载波个数，通过星座映射方式、导频个数和子载波个数确定OFDM帧结构。其中，本方案中可自定义的参数并不限定于图2所列举的，其他可调整的参数还包括循环前缀长度等。可见，在本方案中可根据无线信道特点选择合适的参数，从而根据各种参数的不同组合方式，自定义出不同帧结构的OFDM物理层系统。

具体的，对于非视距远距离无线信道，可以选择子载波数较多，循环前缀较长的OFDM物理层；对于高速移动的无线信道，可以选择导频个数较多的OFDM物理层；另外，利用AD936X获取接收信号强度(RSSI)的功能，可以实时获取某个区域的频谱分布情况，选择OFDM物理层的传输带宽和射频信号的中心频率；同时也可以获取信号传输过程中的信噪比等，进而确定OFDM物理层的帧结构和编码码率，实现自适应速率选择功能。总之，采用射频捷变收发器AD936X实现的自定义OFDM系统，可以根据无线信道情况，选择一种较为合适的传输信号。

随着人们对于数据业务的要求的不断提高，高清晰度音视频成为目前信息传递的主要载体。而采用频谱利用率高、抗多径能力强的OFDM技术，非常适用于高速率、高容量的无线通信系统。并且采用射频捷变收发器AD936X实现的自定义OFDM系统，结合了AD936X和OFDM的优势，其硬件平台尺寸更小，同时性能也不会降低。在该平台上，配合包含多种可供选择的OFDM基带信号，就可以根据不同的环境采用合适的OFDM帧结构。更重要地，如果需要对基带信号进行升级，只需要对基带信号进行改造，无需大规模升级硬件平台，从而尽可能地节约了研发成本，并且大大地缩短了开发周期。这种设计理论也是未来软件无线电(SDR)系统发展的趋势。

下面对本发明实施例提供的OFDM物理层系统确定系统进行介绍，下文描述的OFDM物理层系统确定系统与上文描述的OFDM物理层系统确定方法可以相互参照。

参见图5，本发明实施例提供的一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层系统，包括：

扫描模块100，用于扫描无线信道中的OFDM信号；

判断模块200，用于根据所述OFDM信号中的精同步信号判断所述OFDM信号是否为有效信号；若为有效信号，则执行S3；若为噪声信号，则执行S4；

信号功率获取模块300，用于在所述OFDM信号为有效信号时，通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的信号功率，并触发信噪比计算模块；

噪声功率获取模块400，用于在所述OFDM信号为噪声信号时，通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的噪声功率，并在所述噪声功率不大于预定阈值时，触发信噪比计算模块；

信噪比计算模块500，用于计算所述OFDM信号的信噪比；

调整模块600，用于根据所述信噪比调整OFDM帧结构及编码码率。

基于上述技术方案，所述调整模块包括：

判断单元，用于判断所述信噪比是否大于预定分贝阈值；

第一调整单元，用于在所述信噪比大于所述预定分贝阈值时，根据所述信噪比与所述预定分贝阈值提高编码码率；

第二调整单元，用于在所述信噪比不大于所述预定分贝阈值时，根据所述信噪比与所述预定分贝阈值降低编码码率。

基于上述技术方案，所述调整模块包括：

第三调整单元，用于根据所述信噪比及预存的映射表，调整OFDM帧结构的循环前缀长度参数、子载波个数参数、导频个数参数、星座图映射方式参数。

基于上述技术方案，本方案还包括：

工作频点调整模块，用于在所述噪声功率大于所述预定阈值时，根据所述噪声功率调整AD936X的工作频点。

需要说明的是，在本方案中利用射频捷变收发器AD936X的可编程性和宽带能力，配合FPGA类型的可编程逻辑用来实现物理层的动态重配置，可以便捷地自定义出各种不同的OFDM物理层系统，包括目前广泛应用的802.11系列协议、802.16系列协议以及4G LTE等；在固定不变的硬件平台下，能够灵活快捷地提供一种适合当前场景的OFDM物理层系统，特别适合远距离无线图传组网通信系统。

并且在本系统的OFDM物理层包括了不同码率的信道编码、不同星座图映射方式以及不同的子载波等，因此通过对不同无线信道环境确定的OFDM帧结构及编码码率，可以选择相应的数据传输速率。同时，AD936X具有和带宽相关的可调谐输出时钟；支持时分双工(TDD)和频分双工(FDD)操作；可以实时监控和控制信号增益。采用AD936X的OFDM物理层系统，修改AD936X的配置参数，可以实时方便地自定义系统的传输速率、双工模式、信号功率等，从而满足目前大部分的无线应用需求，真正地实现软件无线电(SDR)。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层方法，其特征在于，包括：

S1、扫描无线信道中的OFDM信号；

S2、根据所述OFDM信号中的精同步信号判断所述OFDM信号是否为有效信号；若为有效信号，则执行S3；若为噪声信号，则执行S4；

S3、通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的信号功率，并继续执行S5；

S4、通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的噪声功率，并在所述噪声功率不大于预定阈值时，执行S5；

S5、根据AD936X计算所述OFDM信号的信噪比，根据所述信噪比调整OFDM帧结构及编码码率；

其中，在所述S5中根据所述信噪比调整OFDM帧结构，包括：

根据所述信噪比及预存的映射表，调整OFDM帧结构的循环前缀长度参数、子载波个数参数、导频个数参数、星座图映射方式参数。

2.根据权利要求1所述的自定义OFDM物理层方法，其特征在于，在所述S5中根据所述信噪比调整编码码率包括：

判断所述信噪比是否大于预定分贝阈值；

若是，则根据所述信噪比与所述预定分贝阈值提高编码码率；若否，则根据所述信噪比与所述预定分贝阈值降低编码码率。

3.根据权利要求1或2所述的自定义OFDM物理层方法，其特征在于，若在S4中判定所述噪声功率大于所述预定阈值，则根据所述噪声功率调整AD936X的工作频点。

4.一种基于射频捷变收发器的自定义OFDM物理层系统，其特征在于，包括：

扫描模块，用于扫描无线信道中的OFDM信号；

判断模块，用于根据所述OFDM信号中的精同步信号判断所述OFDM信号是否为有效信号；若为有效信号，则执行S3；若为噪声信号，则执行S4；

信号功率获取模块，用于在所述OFDM信号为有效信号时，通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的信号功率，并触发信噪比计算模块；

噪声功率获取模块，用于在所述OFDM信号为噪声信号时，通过射频捷变收发器AD936X获取所述OFDM信号的噪声功率，并在所述噪声功率不大于预定阈值时，触发信噪比计算模块；

信噪比计算模块，用于根据AD936X计算所述OFDM信号的信噪比；

调整模块，用于根据所述信噪比调整OFDM帧结构及编码码率；

其中，所述调整模块包括：

第三调整单元，用于根据所述信噪比及预存的映射表，调整OFDM帧结构的循环前缀长度参数、子载波个数参数、导频个数参数、星座图映射方式参数。

5.根据权利要求4所述的自定义OFDM物理层系统，其特征在于，所述调整模块包括：

判断单元，用于判断所述信噪比是否大于预定分贝阈值；

第一调整单元，用于在所述信噪比大于所述预定分贝阈值时，根据所述信噪比与所述预定分贝阈值提高编码码率；

第二调整单元，用于在所述信噪比不大于所述预定分贝阈值时，根据所述信噪比与所述预定分贝阈值降低编码码率。

6.根据权利要求4或5所述的自定义OFDM物理层系统，其特征在于，还包括：

工作频点调整模块，用于在所述噪声功率大于所述预定阈值时，根据所述噪声功率调整AD936X的工作频点。

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