CN106878212A - 一种抑制信道干扰的多载波检测方法 - Google Patents

一种抑制信道干扰的多载波检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及宽带无线通信领域中的一种抑制信道干扰的多载波检测方法，特别适用于宽带无线通信信号的调试解调与接收。在发端进行串并转换、星座图映射、数据交错、插入导频、基带脉冲成形以及上变频等步骤；在收端首先经过下变频处理，然后利用信道均衡形成对发送符号的估计，接下来进行脉冲匹配、数据交错、星座图解映射以及并串转换最终恢复出原始的发送码流。本发明采用全数字信号处理方法，无需添加循环前缀，能够有效降低时间频率双选择性衰落信道均衡的复杂度。主要电路部件采用FPGA或ASIC实现，设计、调试难度低。

Description

一种抑制信道干扰的多载波检测方法
技术领域
本发明涉及宽带无线通信领域中的一种抑制信道干扰的多载波检测方法，特别适用于宽带无线通信信号的调试解调与接收。
背景技术
多载波传输及检测方法是一种有效的宽带无线数据传输方法，能够有效地对抗信道多径衰落的同时，提高系统的有效传输速率。然而常用的多载波传输及检测方法仍存在一定的技术缺陷。首先，为了抵抗符号间干扰(ISI)，需要加入足够长的循环前缀(CP)，CP的加入不仅会降低系统频谱效率，并且增加系统发送功率的开销；再者，常用的多载波传输技术采用的波形在时域上是一个矩形窗，对应频域上则是一个sinc函数，由于该函数相互之间的正交性，该波形在高斯白噪声信道(AWGN)中能取得最优性能，但是对于信道中的时间选择性衰落以及符号定时偏差引起的子载波间干扰(ICI)则无能为力；最后，常用的多载波传输及检测方法带外辐射功率(OOB)较大，在联网及多用户应用下，需要预留出一定的频带作为保护间隔，降低了系统频谱效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景中的不足之处而提供一种抑制信道干扰的多载波检测方法。通过选取与实际应用信道衰落特征相匹配的成形脉冲以及特殊的调制技术，在提高系统频谱效率的同时，抑制时间-频率选择性衰落信道引入的子载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)。
本发明的目的是这样实现的：
一种抑制信道干扰的多载波检测方法，包括以下步骤：
发送端：
(1)串并转换模块将待发送的信息比特序列进行串并转换；
(2)星座图映射模块根据所采用的符号级调制方式，对串并转换后的信息比特序列进行星座图映射，形成多路数字信号；
(3)第一数据交错模块对多路数字信号进行数据交错；
(4)多载波调制模块对数据交错后的每一路数字信号分别进行基带脉冲成形和数模转换，生成与信道衰落特性相适应的中频调制信号；
(5)上变频模块对中频调制信号进行上变频，转换为高频信号，并将高频信号通过天线送入无线信道；
接收端：
(6)下变频模块通过天线接收无线信道中的高频信号，并将高频信号进行下变频处理形成模拟中频信号；
(7)时频调整模块对模拟中频信号进行模/数转换，并利用信道均衡算法将模/数转换结果转化为多路发送符号的估计；
(8)脉冲匹配模块对每一路发送符号的估计分别进行脉冲匹配；
(9)第二数据交错模块对每一路脉冲匹配结果分别进行数据交错，恢复出发送的复数符号；
(10)星座图解映射模块对每一路复数符号分别进行星座图解映射，产生各路的比特流信息；
(11)并串转换模块将各路的比特流信息分别进行并串转换，生成原始的发送比特序列；
完成抑制信道干扰的多载波检测。
其中，步骤(4)中基带脉冲成形具体为：
多载波调制模块将数据交错后的每一路数字信号分别经过一个时变参数低通滤波器，并将输出的各路滤波后的数字信号分别延迟半个符号周期，完成基带脉冲成形；所述的时变参数低通滤波器的频响特性与信道衰落特性相适应。
其中，步骤(8)具体为：
脉冲匹配模块将每一路发送符号的估计分别经过一个匹配低通滤波器进行滤波，完成脉冲匹配；其中每一路匹配低通滤波器与发送端对应支路的时变参数低通滤波器相匹配，并与信道衰落特性相适应。
本发明与背景技术相比，具有如下优点：
1、本发明提出的抑制信道干扰的多载波检测方法，与常用的多载波检测方法相比，能够更为有效地抑制信道子载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)。该方法通过采用具有良好时频聚集特性的成形滤波器函数对每个子载波进行成形滤波，使其时域和频域都具有较快的带外衰减速度，抑制双选择性衰落信道引入的ISI和ICI干扰。
2、本发明提出的抑制信道干扰的多载波检测方法，与常用的多载波检测方法相比，对信道衰落特性具有更强的适应性。可以根据信道的衰落特性设计成形滤波的时频分布特性，信道的衰落特性与脉冲的时频分布特性越吻合，系统的性能就越好。
3、本发明提出的抑制信道干扰的多载波检测方法，与常用的多载波检测方法相比，系统的频谱效率和功率效率比较高。本发明提出的抑制信道干扰的多载波检测方法不必使用循环前缀(ISI)，提高了频谱效率和功率效率；同时本发明采用了带外衰减特性良好的脉冲成形波形，减小了保护频带，这也提高了频谱效率和功率效率。
4、本发明方法的主要电路部件采用FPGA或ASIC实现，一致性好。
附图说明
图1是本发明发射端的原理方框图。
图2是本发明接收端的原理方框图。
具体实施方式
参照图1至图2。
图1是本发明发射端的原理方框图。包括串并转换模块1，星座图映射模块2，第一数据交错模块3，多载波调制模块4和上变频模块5。发射端通过串并转换模块1将串行数据变为并行数据，星座图映射模块2根据所采用的符号级调制方式，对串并转换后的信息比特序列进行星座图映射，形成多路数字信号；第一数据交错模块3再将数据的实部和虚部分成两路发送，并且对实虚部两路各子载波进行相位调整，接着多载波调制模块4使用滤波器组将数据搬移至相应的时频格点上以及进行DAC转换。最后通过上变频模块5形成最终的发射信号。其中串并转换模块1、星座图映射模块2、第一数据交错模块3、多载波调制模块4一般由FPGA、ASIC以及数模转换芯片构成，上变频模块5一般包括本振、I/Q调制器、上变频器、功率放大器、天线等部分。
具体包括以下步骤：
(1)串并转换模块将待发送的信息比特序列进行串并转换；
(2)星座图映射模块根据所采用的符号级调制方式，对串并转换后的信息比特序列进行星座图映射，形成多路数字信号；
(3)第一数据交错模块对多路数字信号进行数据交错；
(4)多载波调制模块将数据交错后的每一路数字信号分别经过一个时变参数低通滤波器，并将输出的各路滤波后的数字信号分别延迟半个符号周期，完成基带脉冲成形后进行数模转换，生成与信道衰落特性相适应的中频调制信号；所述的时变参数低通滤波器的频响特性与信道衰落特性相适应；
(5)上变频模块对中频调制信号进行上变频，转换为高频信号，并将高频信号通过天线送入无线信道；
图2是本发明接收端的原理方框图。包括下变频模块6，时频调整模块7，脉冲匹配模块8，第二数据交错模块9，星座图解映射模块10和并串转换模块11。经过信道后，接收信号先通过下变频模块6混频至基带，然后时频调整模块7采用ADC转换和滤波器组将不同时频网格点上的数据分离出来，随后进入脉冲匹配模块8。在脉冲匹配模8块中，首先进行信道估计获得信道的特性信息。然后对系统的导频参数和时频参数进行调整，使其更适应于当前信道特性。接着第二数据交错模块9取实部操作，星座图解映射模块10完成从符号到比特的转换，最后经过并串转换模块11输出最终的判决比特流信息。其中时频调整模块7、脉冲匹配模块8、第二数据交错模块9、星座图解映射模块10以及并串转换模块11一般由FPGA、ASIC以及数模转换芯片构成，下变频模块6一般包括天线、低噪声放大器、下变频器、AGC、I/Q解调器、本振等部分。
具体包括以下步骤：
(6)下变频模块通过天线接收无线信道中的高频信号，并将高频信号进行下变频处理形成模拟中频信号；
(7)时频调整模块对模拟中频信号进行模/数转换，并利用信道均衡算法将模/数转换结果转化为多路发送符号的估计；
(8)脉冲匹配模块将每一路发送符号的估计分别经过一个匹配低通滤波器进行滤波，完成脉冲匹配；其中每一路匹配低通滤波器与发送端对应支路的时变参数低通滤波器相匹配，并与信道衰落特性相适应；
(9)第二数据交错模块分别对每一路脉冲匹配结果进行数据交错，恢复出发送的复数符号；
(10)星座图解映射模块对每一路复数符号分别进行星座图解映射，产生各路的比特流信息；
(11)并串转换模块将各路的比特流信息分别进行并串转换，生成原始的发送比特序列。
完成抑制信道干扰的多载波检测。

Claims (3)

1.一种抑制信道干扰的多载波检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
发送端：
(1)串并转换模块将待发送的信息比特序列进行串并转换；
(2)星座图映射模块根据所采用的符号级调制方式，对串并转换后的信息比特序列进行星座图映射，形成多路数字信号；
(3)第一数据交错模块对多路数字信号进行数据交错；
(4)多载波调制模块对数据交错后的每一路数字信号分别进行基带脉冲成形和数模转换，生成与信道衰落特性相适应的中频调制信号；
(5)上变频模块对中频调制信号进行上变频，转换为高频信号，并将高频信号通过天线送入无线信道；
接收端：
(6)下变频模块通过天线接收无线信道中的高频信号，并将高频信号进行下变频处理形成模拟中频信号；
(7)时频调整模块对模拟中频信号进行模/数转换，并利用信道均衡算法将模/数转换结果转化为多路发送符号的估计；
(8)脉冲匹配模块对每一路发送符号的估计分别进行脉冲匹配；
(9)第二数据交错模块对每一路脉冲匹配结果分别进行数据交错，恢复出发送的复数符号；
(10)星座图解映射模块对每一路复数符号分别进行星座图解映射，产生各路的比特流信息；
(11)并串转换模块将各路的比特流信息分别进行并串转换，生成原始的发送比特序列；
完成抑制信道干扰的多载波检测。
2.根据权利要求1所述的一种抑制信道干扰的多载波检测方法，其特征在于，步骤(4)中基带脉冲成形具体为：
多载波调制模块将数据交错后的每一路数字信号分别经过一个时变参数低通滤波器，并将输出的各路滤波后的数字信号分别延迟半个符号周期，完成基带脉冲成形；所述的时变参数低通滤波器的频响特性与信道衰落特性相适应。
3.根据权利要求1所述的一种抑制信道干扰的多载波检测方法，其特征在于，步骤(8)具体为：
脉冲匹配模块将每一路发送符号的估计分别经过一个匹配低通滤波器进行滤波，完成脉冲匹配；其中每一路匹配低通滤波器与发送端对应支路的时变参数低通滤波器相匹配，并与信道衰落特性相适应。
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