CN115811456A - 一种基于ofdm的车载通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于OFDM的车载通信系统,包括处理模块和接收模块；接收模块用于接收由车联网传输的OFDM信号，将接收到的OFDM信号进行解调处理，将OFDM信号解调为比特数据，并将得到的比特数据传输到处理模块；其中，所述比特数据携带有其他车辆的行驶数据和监测数据；处理模块用于根据得到的比特数据进行分析处理，得到分析处理结果。本发明有助于提高车载通信系统数据收发的可靠性，保障车载通信系统的数据传输性能。

Description

一种基于OFDM的车载通信系统

技术领域

本发明涉及车载通信技术领域，特别是一种基于OFDM的车载通信系统。

背景技术

目前，随着智能汽车的发展，大部分车辆中都设置有能够与外接通信的车载终端。但是，由于车载终端的数量庞大，大量终端在数据收发的过程中，容易互相干扰，从而导致数据收发质量的下降，因此，一种提高数据传输性能的车载通信设备亟具需要。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种基于OFDM的车载通信系统。

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)，是将信道分成若干正交子信道，将高速串行符号转换成并行的低速子数据符号流，调制到每个子信道上进行传输，而接收端再采用相关技术将正交信号分离。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明提出一种基于OFDM的车载通信系统，包括处理模块和接收模块；

接收模块用于接收由车联网传输的OFDM信号，将接收到的OFDM信号进行解调处理，将OFDM信号解调为比特数据，并将得到的比特数据传输到处理模块；其中，所述比特数据携带有其他车辆的行驶数据和监测数据；

处理模块用于根据得到的比特数据进行分析处理，得到分析处理结果。

一种实施方式中，行驶数据包括车辆的定位、行驶速度、行驶方向、制动情况等；

监测数据包括车辆的发动机温度、车辆设备运行状态等。

一种实施方式中，该系统还包括发送模块；其中，

处理模块还用于获取车辆自身的行驶数据和监测数据，并得到的行驶数据和监测数据进行融合，将得到的融合数据传输到发送模块；

发送模块用于根据获取的融合数据进行信号调制处理，得到OFDM信号，并将OFDM信号通过车联网广播至其他车辆。

一种实施方式中，接收模块包括去保护间隔单元、串并变换单元、DFT单元、信道估计单元、并串变换单元和解调单元；其中，

去保护间隔单元用于将接收到的OFDM信号进行去循环前后缀处理，去循环前后缀后的OFDM信号；

串并变换单元用于对去循环前后缀后的OFDM信号拆分为预设数量的子载波信号

DFT单元用于分别对子载波信号进行离散傅里叶变换，输出频域子信号；

信道估计单元用于根据频域子信号中携带的导频分别计算得到对应子载波的信道信息，并根据信道信息对频域子信号进行均衡处理，输出均衡后的频域子信号；

并串变换单元用于将均衡后的频域子信号合并成待解调信号；

解调与译码单元用于对待解调信号进行解调和译码处理，获取接收信号的比特数据并传输到处理模块。

一种实施方式中，发送模块包括调制单元、串并变换单元、导频插入单元、IDFT单元、并串变换单元和保护间隔单元；

调制单元用于对获取的融合数据进行编码和调制处理，得到调制信号；

串并变换单元用于将调制信号拆分为预设数量的调制子信号；

导频插入单元用于在调制子信号中插入导频；

IDFT单元用于将调制子信号进行离散傅里叶逆变换，得到对应的时域子信号；

并串变换子单元用于将时域子信号合并成OFDM信号；

保护间隔单元用于为OFDM信号添加循环前后缀后将OFDM信号传输到无线收发子模块。

本发明的有益效果为：本发明提出一种基于OFDM的车载通信系统，通过设置在车载通信系统的接收模块接入车联网，接收车联网中传输的OFDM信号，并针对接收到的OFDM信号进行解调处理还原信号的比特数据，以将比特数据进一步传输到处理模块进行进一步的处理，有助于在针对大量车载通信设备数据传输需求的情况下，提高数据收发的可靠性，保障车载通信系统的数据传输性能。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的框架结构图。

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

参见图1，其示出一种基于OFDM的车载通信系统，包括处理模块和接收模块；

接收模块用于接收由车联网传输的OFDM信号，将接收到的OFDM信号进行解调处理，将OFDM信号解调为比特数据，并将得到的比特数据传输到处理模块；其中，所述比特数据携带有其他车辆的行驶数据和监测数据；

处理模块用于根据得到的比特数据进行分析处理，得到分析处理结果。

本发明上述实施方式，通过设置在车载通信系统的接收模块接入车联网，接收车联网中传输的OFDM信号，并针对接收到的OFDM信号进行解调处理还原信号的比特数据，以将比特数据进一步传输到处理模块进行进一步的处理，有助于在针对大量车载通信设备数据传输需求的情况下，提高数据收发的可靠性，保障车载通信系统的数据传输性能。

一种实施方式中，行驶数据包括车辆的定位、行驶速度、行驶方向、制动情况等；

监测数据包括车辆的发动机温度、车辆设备运行状态等。

其中，为了适应车联网传输的需要，车载通信系统能够将车辆自身的行驶数据和监测数据进行车辆间的传输，以适应基于车联网不同应用场景下的需求。

一种实施方式中，该系统还包括发送模块；其中，

处理模块还用于获取车辆自身的行驶数据和监测数据，并得到的行驶数据和监测数据进行融合，将得到的融合数据传输到发送模块；

发送模块用于根据获取的融合数据进行信号调制处理，得到OFDM信号，并将OFDM信号通过车联网广播至其他车辆。

其中，车辆中设置有用于监测不同数据的传感器，通过传感器采集车辆的行驶数据和监测数据，并传输到处理模块中进行进一步的处理和发送，能够适应不同应用场景下的数据采集和处理需求。

通过处理模块对车辆自身采集的行驶数据和监测数据进行融合，打包成需要发生的数据包，并通过发送模块根据得到的数据包进行信号调制成OFDM信号，将OFDM信号通过车联网进行广播，有助于提高数据发送的可靠性，有效降低了因车联网数据传输过程中的干扰。

其中，针对OFDM技术的特点，接收模块和发送模块分别设置有专门针对数据继续收发的功能单元，以完成OFDM信号的调制和解调。

一种实施方式中，发送模块包括调制单元、串并变换单元、导频插入单元、IDFT单元、并串变换单元和保护间隔单元；

调制单元用于对获取的融合数据进行编码和调制处理，得到调制信号；

串并变换单元用于将调制信号拆分为预设数量的调制子信号；

导频插入单元用于在调制子信号中插入导频；

IDFT单元用于将调制子信号进行离散傅里叶逆变换，得到对应的时域子信号；

并串变换子单元用于将时域子信号合并成OFDM信号；

保护间隔单元用于为OFDM信号添加循环前后缀后将OFDM信号传输到无线收发子模块。

在发送模块，将得到的融合比特数据通过QAM、QPSK等调制成复数形式后进行串并转换得到N路并行数据，插入导频得到复数信号，并通过IDFT将信号调制到多路正交的子载波上实现OFDM信号的调制并得到该信号的时域形式，并加入循环前后缀，以满足OFDM信号发送的需要。

一种实施方式中，接收模块包括去保护间隔单元、串并变换单元、DFT单元、信道估计单元、并串变换单元和解调单元；其中，

去保护间隔单元用于将接收到的OFDM信号进行去循环前后缀处理，去循环前后缀后的OFDM信号；

串并变换单元用于对去循环前后缀后的OFDM信号拆分为预设数量的子载波信号

DFT单元用于分别对子载波信号进行离散傅里叶变换，输出频域子信号；

信道估计单元用于根据频域子信号中携带的导频分别计算得到对应子载波的信道信息，并根据信道信息对频域子信号进行均衡处理，输出均衡后的频域子信号；

并串变换单元用于将均衡后的频域子信号合并成待解调信号；

解调与译码单元用于对待解调信号进行解调和译码处理，获取接收信号的比特数据并传输到处理模块。

在接收模块，起处理过程与发送模块相比，主要是增加了一个信道估计过程，是为了恢复与补偿接收到的信号，最终还原OFDM信号中携带的原始比特数据。

其中，为了能够较好地协助接收端还原发送端发出的信号，需要用到信道估计技术，OFDM系统的信道估计过程至关重要，信道估计结果对将直接影响到通信系统传输的性能。

一种实施方式中，信道估计单元根据频域子信号中携带的导频分别计算得到对应子载波的信道信息，具体包括：

根据获取的频域子信号中的导频进行IDFT处理，得到导频信号；

根据得到的导频信号采用LS算法得到预处理信号H_p(k)；

根据得到的预处理信号H_p(k)进一步进行小波分解，其中采用的小波基为haar，小波分解层数为2层，分别得到预处理信号H_p(k)的高频小波系数h_j，k和低频小波系数l_j，k，其中j表示第j层小波分解，k表示第k个小波系数；

针对得到的高频小波系数h_j，k进行滤波处理，其中采用的滤波函数为

其中，h′_j，k表示滤波处理后的第j层小波分解的第k个高频小波系数，h_j，k表示小波分解得到的第j层小波分解的第k个高频小波系数，T_j表示对应第j层小波分解的阈值，其中

med(h_j)表示第j层小波分解得到的高频小波系数的中值，D表示信号的长度，α和β分别表示设定的调节因子，其中α∈[0.6，0.7]，β∈[0.2，0.3]，γ表示设定的变幅因子，其中γ∈[0.1，0.2]，δ表示设定的聚焦因子，其中δ∈[1，10]，ε表示抑制因子，其中ε∈[0.6，0.7]，

表示设定的补偿因子，其中

根据滤波处理后的高频小波系数进行重构，得到高频分量信号；

根据得到的高频分量信号进行EMD分解，得到若干个IMF分量{imf₁，imf₂，...，imf_N}和余量imf_Y，其中N表示IMF分量的总数；

根据得到的IMF分量，分别计算第一分量特征和第二分量特征，其中采用的第一分量特征为：

式中，v₁表示第一分量特征，

和

分别表示IMF分量imf₁和imf₂中的极大值总数，

和

分别表示IMF分量imf₁和imf₂中的过零率，imf₁(i)和imf₂(i)分别表示IMF分量imf₁和imf₂中第i个采样点的幅值，其中M表示采样点的总数，ω₁、ω₂和ω₃分别表示设定的调节因子，其中ω₁∈[0.1，1]、ω₂∈[0.2，0.8]、ω₃∈[0.9，1]；

其中采用的第二分量特征为：

式中，v₂表示第二分量特征，

表示IMF分量imf₃的极大值总数，

表示IMF分量imf₃的过零率，imf₂(i)表示IMF分量imf₃中第i个采样点的幅值；

将得到的第一分量特征和第二分量特征进行比较：

当

其中τ表示设定的特征变化阈值，τ∈[0.5，0.8]，则根据IMF分量{imf₂，…，mf_N-1}和余量imf_Y进行重构，得到滤波后的高频分量信号；

当

则根据IMF分量{imf₃，…，mf_N}和余量imf_Y进行重构，得到滤波后的高频分量信号；

根据滤波后的高频分量信号和根据低频小波系数重构得到的低频分量信号进行重构，得到重构信号

并将该重构信号作为信道估计值。

一种实施方式中，将重构信号

进行DFT变换，得到频域信道估计值。

本发明上述实施方式，提出了一种根据频域子信号中携带的导频分别计算得到对应子载波的信道信息的技术方案，其中，通过首先对通过频域子信号的导频进行LS处理得到预处理信号，相比于传统的信道估计技术方案，由于LS处理后得到的信号依然可能存在收到信道传输过程中存在的噪声干扰，从而影响信道估计的准确性，因此，在得到LS处理得到的预处理信号之后，进一步对预处理信号进行滤波处理，其中首先基于小波分解对预处理信号进行高低频分解得到预处理信号的高频系数和低频系数，并进一步针对得到的高频系数进行滤波处理，其中提出了一种改进的高频系数滤波函数，能够自适应对高频系数中的噪声部分进行抑制，有助于提高信号的信噪比，并将滤波处理后的高频系数重构得到高频分量信号，针对得到的高频分量信号，考虑在信噪比较低的情况下，单纯通过高频系数滤波无法对噪声进行完全的剔除，因此，特别针对得到的高频分量信号进一步进行EMD分解，并基于得到的IMF分量进行分析，结合高频IMF分量的特点，对高频IMF分量进行自适应滤波，其中在滤波的过程中，如果高频分量信号的IMF分量高低频特征划分明显，则将第1个IMF分量作为高频干扰剔除，同时也将最后一个IMF分量进行剔除以作为补偿达到带通滤波的效果；如果高频分量信号的IMF分量高低频特征划分不明显，则将前2个IMF分量做作为高频干扰剔除，通过高频干扰剔除后的IMF分量进行重构得到高频分量信号，能够有效地提高信号的信噪比，提高信号质量。最后将高频分量信号和低频分量信号进行重构得到重构信号，并给予重构信号进一步得到信道估计值，能够有助于提高信道估计的准确性，有助于提高OFDM信号解调后的信噪比和质量，提高了车载系统OFDM信号数据传输的可靠性。

需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种基于OFDM的车载通信系统，其特征在于，包括处理模块和接收模块；

接收模块用于接收由车联网传输的OFDM信号，将接收到的OFDM信号进行解调处理，将OFDM信号解调为比特数据，并将得到的比特数据传输到处理模块；其中，所述比特数据携带有其他车辆的行驶数据和监测数据；

处理模块用于根据得到的比特数据进行分析处理，得到分析处理结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于OFDM的车载通信系统，其特征在于，还包括发送模块；其中，

处理模块还用于获取车辆自身的行驶数据和监测数据，并得到的行驶数据和监测数据进行融合，将得到的融合数据传输到发送模块；

发送模块用于根据获取的融合数据进行信号调制处理，得到OFDM信号，并将OFDM信号通过车联网广播至其他车辆。

3.根据权利要求2所述的一种基于OFDM的车载通信系统，其特征在于，接收模块包括去保护间隔单元、串并变换单元、DFT单元、信道估计单元、并串变换单元和解调单元；其中，

去保护间隔单元用于将接收到的OFDM信号进行去循环前后缀处理，去循环前后缀后的OFDM信号；

串并变换单元用于对去循环前后缀后的OFDM信号拆分为预设数量的子载波信号

DFT单元用于分别对子载波信号进行离散傅里叶变换，输出频域子信号；

信道估计单元用于根据频域子信号中携带的导频分别计算得到对应子载波的信道信息，并根据信道信息对频域子信号进行均衡处理，输出均衡后的频域子信号；

并串变换单元用于将均衡后的频域子信号合并成待解调信号；

解调与译码单元用于对待解调信号进行解调和译码处理，获取接收信号的比特数据并传输到处理模块。

4.根据权利要求3所述的一种基于OFDM的车载通信系统，其特征在于，发送模块包括调制单元、串并变换单元、导频插入单元、IDFT单元、并串变换单元和保护间隔单元；

调制单元用于对获取的融合数据进行编码和调制处理，得到调制信号；

串并变换单元用于将调制信号拆分为预设数量的调制子信号；

导频插入单元用于在调制子信号中插入导频；

IDFT单元用于将调制子信号进行离散傅里叶逆变换，得到对应的时域子信号；

并串变换子单元用于将时域子信号合并成OFDM信号；

保护间隔单元用于为OFDM信号添加循环前后缀后将OFDM信号传输到无线收发子模块。

5.根据权利要求3所述的一种基于OFDM的车载通信系统，其特征在于，信道估计单元根据频域子信号中携带的导频分别计算得到对应子载波的信道信息，具体包括：

根据获取的频域子信号中的导频进行IDFT处理，得到导频信号；

根据得到的导频信号采用LS算法得到预处理信号H_p(k)；

根据得到的预处理信号H_p(k)进一步进行小波分解，其中采用的小波基为haar，小波分解层数为2层，分别得到预处理信号H_p(k)的高频小波系数h_j,k和低频小波系数l_j,k，其中j表示第j层小波分解，k表示第k个小波系数；

针对得到的高频小波系数h_j,k进行滤波处理，其中采用的滤波函数为

其中，h′_j,k表示滤波处理后的第j层小波分解的第k个高频小波系数，h_j,k表示小波分解得到的第j层小波分解的第k个高频小波系数，T_j表示对应第j层小波分解的阈值，其中

med(h_j)表示第j层小波分解得到的高频小波系数的中值，D表示信号的长度，α和β分别表示设定的调节因子，其中α∈[0.6,0.7],β∈[0.2,0.3]，γ表示设定的变幅因子，其中γ∈[0.1,0.2]，δ表示设定的聚焦因子，其中δ∈[1,10]，ε表示抑制因子，其中ε∈[0.6,0.7]，

表示设定的补偿因子，其中

根据滤波处理后的高频小波系数进行重构，得到高频分量信号；

根据得到的高频分量信号进行EMD分解，得到若干个IMF分量{imf₁,imf₂,…,imf_N}和余量imf_Y，其中N表示IMF分量的总数；

根据得到的IMF分量，分别计算第一分量特征和第二分量特征，其中采用的第一分量特征为：

式中，v₁表示第一分量特征，

和

分别表示IMF分量imf₁和imf₂中的极大值总数，

和

分别表示IMF分量imf₁和imf₂中的过零率，imf₁(i)和imf₂(i)分别表示IMF分量imf₁和imf₂中第i个采样点的幅值，其中M表示采样点的总数，ω₁、ω₂和ω₃分别表示设定的调节因子，其中ω₁∈[0.1,1]、ω₂∈[0.2,0.8]、ω₃∈[0.9,1]；

其中采用的第二分量特征为：

式中，v₂表示第二分量特征，

表示IMF分量imf₃的极大值总数，

表示IMF分量imf₃的过零率，imf₂(i)表示IMF分量imf₃中第i个采样点的幅值；

将得到的第一分量特征和第二分量特征进行比较：

当

其中τ表示设定的特征变化阈值，τ∈[0.5,0.8]，则根据IMF分量{imf₂,…,imf_N-1}和余量imf_Y进行重构，得到滤波后的高频分量信号；

当

则根据IMF分量{imf₃,…,imf_N}和余量imf_Y进行重构，得到滤波后的高频分量信号；

根据滤波后的高频分量信号和根据低频小波系数重构得到的低频分量信号进行重构，得到重构信号

并将该重构信号作为信道估计值。

6.根据权利要求5所述的一种基于OFDM的车载通信系统，其特征在于，信道估计单元还包括：

将重构信号

进行DFT变换，得到频域信道估计值。

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