CN111371718A - 一种无线通信系统的非循环前导信号生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线通信系统的非循环前导信号生成方法，包括步骤:对已知PN序列进行QPSK星座图映射；对星座映射后的数据做离散快速傅立叶变换，得到星座图映射后数据的频域数据；将上述频域数据进行幅度扰动处理，得到幅度抖动的频域数据；将上述频域数据再经过相位扰动处理，得到相位抖动的频域数据；将上述相位扰动处理之后的数据进行限制带宽处理，得到设定带宽的频域数据；通过上述限制带宽处理后的频域数据进行离散快速傅里叶反变换，得到已处理后的时域数据；将上述离散快速傅里叶反变换处理得到的数据进行时域扩展，得到扩展后的数据；将上述时域扩展后的数据进行极化处理，从而得到最终的前导序列。该前导序列可以抵抗单载波干扰。

Description

一种无线通信系统的非循环前导信号生成方法
技术领域
本发明涉及数字信息传输技术领域，特别涉及无线通信系统的非循环前导信号生成方法。
背景技术
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,缩写为OFDM)是一种特殊的多载波信号调制方法，该技术对抗频率选择性衰落的性能佳，且频谱利用率高。在数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)以及无线本地局域网(WLAN)得到了广泛应用。
但是，OFDM调制属于块符号调制，符号之间不满足相位连续性，因此，若要良好的解调OFDM信号，就必须在解调之前进行精准的帧同步和位同步，精确的找到每一帧的开始位置和每个符号的起始点位置。在同步后，就可以使用FFT处理器对信号进行还原。
在实际使用中，OFDM系统同步头的探测，主要受到晶振不稳定带来的频偏影响、多径带来的频域选择性衰落影响、峰均比过高带来的功放转换率低影响、噪声带来的误同步的影响。
现有技术中，通常利用多个重复的OFDM符号来设计前导信号。但是，由于OFDM符号的峰均比过高，会导致功放利用率低，直接导致同步头信噪比低。因此，上述方法生成的前导信号无法满足在信噪比较低时的同步需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中本发明所要解决的技术问题是：无线环境存在静态和动态多径频域选择性衰落、频率偏差以及单载波干扰的影响导致无线同步性能不高，以及前导序列的峰均比较高的缺点，本发明弥补上述现有技术的不足，提出一种无线通信系统的非循环前导信号生成方法。
为解决上述技术问题，本发明提出一种无线通信系统的非循环前导信号生成方法，包括如下步骤：S1、对已知PN序列进行QPSK星座图映射；S2、对星座映射后的数据做离散快速傅立叶变换，为了得到星座图映射后数据的频域数据；S3、将上述频域数据进行幅度扰动处理，为了得到幅度抖动的频域数据；S4、将上述频域数据再经过相位扰动处理，为了得到相位抖动的频域数据；S5、将上述相位扰动处理之后的数据进行限制带宽处理，为了得到设定带宽的频域数据；S6、通过上述限制带宽处理后的频域数据进行离散快速傅里叶反变换，得到已处理后的时域数据；S7、将上述离散快速傅里叶反变换处理得到的数据进行时域扩展，得到扩展后的数据；S8、将上述时域扩展后的数据进行极化处理，从而得到最终的前导序列。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
采用幅度扰动和相位扰动处理，通过扰动处理，有利于抵抗无线环境存在静态和动态多径频域选择性衰落干扰，其原因是经过扰动处理后所生成的前导码具有较低的降低峰均比以及优异自相关性能性。
采用时域扩展，有利于抵抗频偏干扰，其原因在于时域扩展，可以利用重复序列的相似性进行频偏估计，从而在频偏干扰的情况下同步性能不受到影响。采用进行极化处理，有利于抵抗单载波干扰，其原因该极化方式在延时差分后，恰好同步序列的点的正极性和负极性的点数相同，在积分之后单载波干扰将会积分为零，所以该前导序列可以抵抗单载波干扰。
附图说明
图1为本发明实施例的前导码生成框图。
图2为本发明实施例的星座图。
图3为本发明实施例的PN频域数据的功率谱图。
图4为本发明实施例的PN频域数据相位图。
图5为本发明实施例的幅度扰动后的功率谱图。
图6为本发明实施例的相位扰动后频域数据相位图。
图7为本发明实施例的扰动码功率谱图。
图8为本发明实施例的扰动码的相位图。
图9为本发明实施例的限带后频域数据功率谱图。
图10为本发明实施例的限带后频域数据相位图。
具体实施方式
本发明下述实施例采用幅度扰动和相位扰动处理，通过扰动处理，有利于抵抗无线环境存在静态和动态多径频域选择性衰落干扰，其原因是经过扰动处理后所生成的前导码具有较低的降低峰均比以及优异自相关性能性。采用时域扩展，有利于抵抗频偏干扰，其原因在于时域扩展，可以利用重复序列的相似性进行频偏估计，从而在频偏干扰的情况下同步性能不受到影响。采用进行极化处理，有利于抵抗单载波干扰，其原因该极化方式在延时差分后，恰好同步序列的点的正极性和负极性的点数相同，在积分之后单载波干扰将会积分为零，所以该前导序列可以抵抗单载波干扰。
下面结合附图对本发明的实施例进行进一步详细介绍。
具体实施方式1
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式实现OFDM调制的无线通信系统的非循环前导信号生成方法作进一步地详细描述,PN(伪随机码)采用128位的IQ两路数据，PN数据如下表所示。
PN时域序列表，其中序号为1表示PN的第一个点，其中i为虚数标记，比如PN的第2个点为1-1i，则认为I路为1，Q路为-1。
Figure BDA0001923492910000031
Figure BDA0001923492910000041
Figure BDA0001923492910000051
由图1所示，为前导信号生成方法的处理框图，该框图用于生成OFDM无线通信系统的前导信号。
步骤S1、首先将PN复数序列映射成QPSK(正交相移键控)调制信号，其中映射规则如公式1所示：
XL(k)＝[1-2×PNi]+j[1-2×PNq(k)]......公式(1)
其中XL(k)为星座图映射后的数据，PNi为PN的I路数据，PNq为PN的Q路数据，PN数据经过QPSK星座图映射后的星座图如图2所示。
步骤S2、对星座图映射后调制信号进行快速傅立叶变换(FFT)运算,如公式2所示，得到PN频域数据，如图3所示为PN频域数据的功率谱，图4所示为PN频域数据的相位。
Figure BDA0001923492910000061
其中，XL(n)表示频域数据。FFT[.]表示快速傅立叶变换操作函数。
步骤S3、将PN频域数据进行幅度扰动处理，PN频域数据的幅度与扰动码的幅度对应点相乘，其目的是为了使得频域数据在幅度上在一定范围抖动，其中幅度扰动规则如公式3所示：
xRL(n)＝xL(n).*abs(R(n))......公式(3)
其中公式2中XRL(n)为幅度扰动后的频域数据，abs(.)为求模函数，R(n)为扰动码，如图7为扰动码功率谱，如图5所示为幅度扰动后的频域数据功率谱。
步骤S4、将上述经过幅度扰动处理后的频域数据，再经过相位扰动处理，与扰动码的相位对应点相乘，其相位扰动处理的目的使得频域数据在相位的一定范围抖动，其中相位抖动规则如公式4所示：
xRPL(n)＝xRL(n).*e1j*angle(R(n))......公式(4)
其中公式3中XRPL(n)为相位扰动后的频域数据，angle(.)为求相位函数，R(n)为扰动码，如图8为扰动码相位，如图6所示为相位扰动后的频域数据相位。
步骤S5、将经过相位扰动后的频域数据，经过限带处理，得到具有一定固定带宽的频域数据。根据OFDM符号的有效子载波和无效子载波的位置，将无效子载波对应位置频点数据赋值于零。
步骤S6、将上述限带处理后的频域数据，进行离散快速傅里叶反变换(IFFT)，如公式5所示，得到已处理后的时域数据。
Figure BDA0001923492910000062
其中,PNR(n)表示时域数据。IFFT[.]表示快速傅立叶反变换操作函数。
步骤S7、将得到的时域数据5倍扩展，得到扩展后的时域数据。
步骤S8、最后将5倍扩展后的时域数据，进行640点的极化处理，其极化数据如公式6所示，扩展后的时域数据与极化数据进行点乘，具体的极化处理规则如公式7所示：
Figure BDA0001923492910000071
PNsp(n)＝PNs(n).*P(n)......公式(7)
经过极化处理后得到最终的前导序列。
步骤S3～S4分别经过了幅度扰动和相位扰动处理，通过扰动处理，有利于抵抗无线环境存在静态和动态多径频域选择性衰落干扰，其原因是经过扰动处理后所生成的前导码具有较低的降低峰均比以及优异自相关性能性。
步骤S7进行时域5倍扩展，有利于抵抗频偏干扰，其原因在于5倍时域扩展，可以利用重复序列的相似性进行频偏估计，从而在频偏干扰的情况下同步性能不受到影响。
步骤S8进行极化处理，有利于抵抗单载波干扰，其原因该极化方式在延时128点差分后，恰好同步序列的点的正极性和负极性的点数相同，在积分之后单载波干扰将会积分为零，所以该前导序列可以抵抗单载波干扰。

Claims (6)

1.一种无线通信系统的非循环前导信号生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对已知PN序列进行QPSK星座图映射，使得数据具有QPSK的星座图；
S2、对星座映射后的数据做离散快速傅立叶变换；为了得到星座图映射后数据的频域数据；
S3、将频域数据进行幅度扰动处理；为了得到幅度抖动的频域数据；
S4、将幅度扰动后频域数据再经过相位扰动处理；为了得到相位抖动的频域数据；
S5、将相位扰动后的频域数据进行限制带宽处理；为了得到设定带宽的频域数据；
S6、将限制带宽处理后的频域数据进行离散快速傅里叶反变换；得到已处理后的时域数据；
S7、将离散快速傅里叶反变换处理得到的时域数据进行时域扩展；得到时域扩展后的数据；
S8、将时域扩展后的数据进行极化处理，使得时域扩展数据的极性不同。
2.根据权利要求1所述的一种无线通信系统的非循环前导信号生成方法，其特征在于，步骤S3为PN频域数据的幅度与扰动码的幅度对应点相乘，其目的是为了使得频域数据在幅度上在一定范围抖动。
3.根据权利要求1所述的一种无线通信系统的非循环前导信号生成方法，其特征在于，步骤S4为与扰动码相位值对应点相乘，其相位扰动处理的目的使得频域数据在相位的一定范围抖动。
4.根据权利要求1所述的一种无线通信系统的非循环前导信号生成方法，其特征在于，步骤S5为根据OFDM符号的有效子载波和无效子载波的位置，将无效子载波对应位置频点数据赋值于零。
5.根据权利要求1所述的一种无线通信系统的非循环前导信号生成方法，其特征在于，步骤S8为扩展后的时域数据与极化数据进行点乘。
6.一种计算机可读存储介质，其存储有与计算设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至5任一项所述方法。
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