CN110493155A - Ofdm多载波加权解码系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种OFDM多载波加权解码系统，旨在解决多径通信环境下，宽带通信系统难以保证通信质量的问题。本发明通过下述技术方案予以实现：OFDM系统接收端，同步检测模块对基带信号进行同步检测，将提取需要处理的OFDM数据序列送入FFT处理模块，进行快速傅里叶变换，完成时域向频域的变换；信道估计模块利用导频估计各个子载波的信道参数；门限计算模块计算信道参数估计序列的门限值，信道加权模块对用于计算门限值的数据进行加权处理，设置门限值，经上述处理后，信号解调模块利用信道加权模块输出的信道参数及其各子载波信号进行相干解调，信道解码模块对信号解调模块输出的解调数据进行信道解码，得到解码信息后输出信息比特序列。

Description

OFDM多载波加权解码系统
技术领域
本发明涉及一种移动通信领域中，应用于宽带地空、地地无线通信中采用OFDM进行调制的信道解码系统。
背景技术
无线通信是当前发展最快、应用最广和最前沿的通信领域之一，它的最终目标是实现任何人(whoever)在任何时间(Whenever)、任何地点(wherever)与其他任何人进行任何方式(whatever)的通信。无线通信中的主要部分是移动通信。移动通信的工作环境十分复杂，电波不仅会随着传播的距离的增加而发生弥散损耗，并且会受到地形、建筑物的遮敞发生“阴影效应”，而且信号经过多点反射会从多条路径到达接收地点，这种多径信号的幅度、相何和到达时间都不一样，它们相互叠加会产生多径衰落和时延扩展；其次，移动通信常常在快速移动中进行，这不仅引起多普勒频移，产生随机调频，而且会使得电波传播特性发生快速的随机起伏。因此无线传播环境是一种随时问、环境等其他外部因素而变化的传播环境。在移动传播环境中，由于很多条路径反射波的影响，而产生了多径效应；而且，由于移动台与基站之间相对运动，能够引起多普勒频移，从而形成了多普勒效应，这两种效应将极人地影响着移动通信系统的性能，使通信质量下降。随着信息化的发展，人们对更高通信速率的通信需求日趋迫切，推动了宽带地空、地地无线通信系统在无线通信系统中的应用。这些通信系统对信道解码的要求表现为需要容忍地空、地地通信环境中多径信道导致的频率选择性衰落影响。在地空、地地无线通信环境中，信息在非均匀介质中传播，会产生散射、反射等现象，这将导致同一信息将沿着不同路径进行传播，使得接收端信息在频率上呈现不同的衰落，具体体现就是导致接收端信息产生较为严重的码间干扰。因此宽带无线通信系统中，如何有效对抗多径传输导致的频率选择性衰减是保障通信质量的关键问题。由于单载波与多载波通信系统在无线衰落信道中，多径的影响导致接收信号产生时延扩展，因此一个码元的波形可能扩展到其它码元的周期中，引起码问串扰(ISI)，这也是导致传输性能下降的主要原因。在单载波系统中，当传输的数据速率很高时，时延扩展会造成数据符号之间的相互交叠，符号之问会产生较大的ISI。而且，对于无线传输的高速数据流，多径衰落的影响非常严重。为了降低ISI和多径衰落对于传输性能的影响，就必须增加子载波的符号周期。多载波调制技术就是在这种情况下被提出来的。
为了解决上述多径传输导致的频率选择性衰减，宽带通信系统采用了两种途径来解决，一类是采用单载波传输，但需要对宽带信号的不同频段的信号进行补偿处理，该方式下在高速传输时，宽带单载波体制的信道均衡变得复杂。甚至在个别较强的衰落点上，均衡技术无法达到让人满意的效果。另一大类是采用多载波传播技术，基本思想是将数据流由串行数据分解成很多并行数据流，等效于是多个单载波数据流的集合，以此降低系统对于多径干扰的敏感性，同时将宽带的不平坦衰落信道分割成多个窄带的信道，每个窄带信道近似成为平坦衰落信道，实现对抗多径干扰。
多载波传输技术一般有三种提法：正交频分复用(OFDM)、离散多音调(DMT)和多载波调制(MCM)。OFDM是近几年兴起的一种在无线信道上实现高速数据传输的新技术。它属于多载波调制技术，OFDM通过减少和消除码间干扰的影响来克服,信道的频率选择性衰落，其最大的特点是传输速率高，对码间干扰和信道选择性衰落具有很强的抵抗能力。由于OFDM子载波正交，频谱利用率高，并且调制和解调是分别基于IFFT和FFT来实现的，实现复杂度最低，是应用最广的多载波传输方案。在OFDM通信系统中，每个子载波上可以采用不同的调制方式，实现不同的传输速率，并且为了改善通信质量，信号解调后需要进行信道编译码处理。在实际系统中，由于地空、地地通信环境的多样性，多径传输导致的频率选择性衰减会导致OFDM系统中子载波间的传输特性存在较大波动和差异，从而导致在一些通信场景下，信道编解码处理后的通信系统误包率仍然存在一个平层效应，尤其是子载波采用高阶调制信号时，而这个问题目前还没有有效的解决方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种能够抑制子载波间传输特性差异和波动，改善OFDM系统中高阶调制下的系统误包率性能，基于OFDM多载波系统的加权解码方法，以解决宽带通信系统在多径通信环境下的通信质量难以保证的问题。
上述目的可以通过以下措施来达到。本发明提供的一种OFDM多载波加权解码系统，包括：依次串联的同步检测模块、快速傅里叶变换FFT处理模块、信道估计模块、门限计算模块、信道加权模块、信号解调模块和信道解码模块，其特征在于：在OFDM系统接收端，对每个基带接收的基带信号，同步检测模块对基带信号进行同步检测，根据同步结果，将提取需要处理的OFDM数据序列送入FFT处理模块，对OFDM数据进行快速傅里叶变换，完成信号由时域向频域的变换处理；信道估计模块根据变换处理结果，利用导频完成各个子载波的信道参数估计；门限计算模块对信道估计模块输出的信道参数估计序列进行门限值计算，信道加权模块对用于计算门限值的数据进行加权处理，设置门限值，经上述处理后，信号解调模块利用信道加权模块输出的信道参数，对各个子载波信号进行相干解调，信道解码模块对信号解调模块输出的解调数据进行信道解码处理，得到解码信息后输出信息比特序列。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明利用OFDM系统的子载波的解调处理信息与宽带频谱波动的对应关系，在OFDM系统的接收处理中添加信道参数加权处理和门限计算，实现对处于深度衰落频点的传输信息置信度的抑制，改善了信道解码的性能，可以有效降低OFDM系统的接收误包率。与传统的OFDM相干解调接收系统相比，本发明增加了门限计算模块和信道加权模块。与现有的OFDM接收处理相比，这种设计的优点在于：对于相干解调的OFDM系统，该处理流程可以直接添加到原有的OFDM接收处理中，并不改变原有系统的处理架构；二是这种加权处理的添加，将频率选择性衰减的特性添加到了信道解码中，改善了解码信息的置信度分布，提高了信道解码的正确率，实现了通信质量的改善。
本发明通过在OFDM解调后，对输入到信道编解码处理的数据信息根据解调信息进行加权处理，实现对子载波间传输特性差异和波动的抑制，改善OFDM系统中高阶调制下的系统误包率性能，解决宽带通信系统在多径通信环境下的通信质量难以保证的问题。
本发明在不改变硬件结构的情况下，通过改变接收处理改善通信质量，可应用于任何无线采用高阶调制的OFDM系统，并且特别适合被应用于地空、地地宽带通信环境下的OFDM通信系统，尤其是解决OFDM系统中采用高阶调制下，子载波间频谱存在较大波动的通信环境中误包率较高的问题。
附图说明
下面结合附图和实施进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。
图1是本发明所提出的OFDM系统的加权解码方法在相干解调系统中的处理模块示意图。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种OFDM多载波加权解码系统，包括：依次串联的同步检测模块、快速傅里叶变换FFT处理模块、信道估计模块、门限计算模块、信道加权模块、信号解调模块和信道解码模块。在OFDM系统接收端，对每个基带接收的基带信号，同步检测模块对基带信号进行同步检测，根据同步结果，将提取需要处理的OFDM数据序列送入FFT处理模块，对OFDM数据进行快速傅里叶变换，完成信号由时域向频域的变换处理；信道估计模块根据变换处理结果，利用导频完成各个子载波的信道参数估计；门限计算模块对信道估计模块输出的信道参数估计序列进行门限值计算，信道加权模块对用于计算门限值的数据进行加权处理，设置门限值，经上述处理后，信号解调模块利用信道加权模块输出的信道参数，对各个子载波信号进行相干解调，信道解码模块对信号解调模块输出的解调数据进行信道解码处理，得到解码信息后输出信息比特序列。
门限计算模块利用信道估计模块得到的OFDM所有子载波的信道参数估计值，计算门限值，将信道参数估计值的数据取绝对值，并累积平均计算，取门限值为累积平均值的四分之一。
对用于计算门限值的数据进行加权处理。信道加权模块将所有子载波的信道参数估计值的绝对值与门限值比较，对所有小于门限值的子载波，将信道参数估计值的绝对值设置为门限值。
上述处理后，信号解调模块继续完成原有OFDM系统的信号相干解调、信号解调模块后续处理信道解码。
本发明的加权解码处理方法通过下面几个步骤实现：对每个基带接收信号，同步检测模块对基带信号进行同步检测，根据同步结果，提取需要处理的OFDM数据符号；对OFDM数据符号，FFT处理模块对OFDM数据进行快速傅里叶变换，完成信号由时域向频域的变换处理。
信道估计模块对变换后的频域数据，利用导频估计各个子载波的信道参数，记录信道参数估计值hi，i＝1～K，K为OFDM系统中子载波数量，输出信道参数估计序列。
门限计算模块对信道估计模块输出的信道参数估计序列，按下式计算门限值γ，
信道加权模块对信道估计模块输出的信道参数估计序列，按下式进行加权处理，获得信道参数估计值
以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种OFDM多载波加权解码系统，包括：依次串联的同步检测模块、快速傅里叶变换FFT处理模块、信道估计模块、门限计算模块、信道加权模块、信号解调模块和信道解码模块，其特征在于：在OFDM系统接收端，对每个基带接收的基带信号，同步检测模块对基带信号进行同步检测，根据同步结果，将提取需要处理的OFDM数据序列送入FFT处理模块，对OFDM数据进行快速傅里叶变换，完成信号由时域向频域的变换处理；信道估计模块根据变换处理结果，利用导频完成各个子载波的信道参数估计；门限计算模块对信道估计模块输出的信道参数估计序列进行门限值计算，信道加权模块对用于计算门限值的数据进行加权处理，设置门限值，经上述处理后，信号解调模块利用信道加权模块输出的信道参数，对各个子载波信号进行相干解调，信道解码模块对信号解调模块输出的解调数据进行信道解码处理，得到解码信息后输出信息比特序列。
2.如权利要求1所述的OFDM多载波加权解码系统，其特征在于：门限计算模块利用信道估计模块得到的OFDM所有子载波的信道参数估计值，计算门限值，将信道参数估计值的数据取绝对值，并累积平均计算，取门限值为累积平均值的四分之一。
3.如权利要求1所述的OFDM多载波加权解码系统，其特征在于：信道加权模块将所有子载波的信道参数估计值的绝对值与门限值比较，对所有小于门限值的子载波，将信道参数估计值的绝对值设置为门限值。
4.如权利要求3所述的OFDM多载波加权解码系统，其特征在于：信号解调模块完成原有OFDM系统的信号相干解调、信号解调模块后续处理信道解码。
5.如权利要求1所述的OFDM多载波加权解码系统，其特征在于：同步检测模块对接收的每个基带信号进行同步检测，提取同步结果中需要处理的OFDM数据符号。
6.如权利要求1所述的OFDM多载波加权解码系统，其特征在于：FFT处理模块针对同步检测模块提取的OFDM数据符号，对OFDM数据进行快速傅里叶变换，完成信号由时域向频域的变换处理。
7.如权利要求1所述的OFDM多载波加权解码系统，其特征在于：信道估计模块对变换后的频域数据，利用导频估计各个子载波的信道参数，记录信道参数估计值hi，i＝1～K，K为OFDM系统中子载波数量，输出信道参数估计序列。
8.如权利要求1所述的OFDM多载波加权解码系统，其特征在于：门限计算模块对信道估计模块输出的信道参数估计序列，按下式计算门限值γ，
9.如权利要求1所述的OFDM多载波加权解码系统，其特征在于：信道加权模块对信道估计模块输出的信道参数估计序列，按下式进行加权处理，获得信道参数估计值
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