CN1284316C - 正交频分多路复用调制解调器电路 - Google Patents

正交频分多路复用调制解调器电路 Download PDF

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Abstract

正交频分多路复用调制解调器电路多路复用比特率和QoS相互之间不同的信号，通过一条OFDM线发射信号。串/并行转换器分别把输入信号转换成复数并行信号，副载波和调制系统被分配给每一个通信信道。随机函数发生器改变信号的对齐顺序，离散逆富氏变换器处理该信号，并/串行转换器把该信号转换成串行信号，发射机进行信号的正交调制，并从天线输出该信号。接收机对从天线接收的信号进行正交调制，串/并行转换器把该信号转换成并行信号。

Description

正交频分多路复用调制解调器电路
技术领域
本发明涉及正交频分多路复用调制解调器电路，特别涉及发送多个不同信道的OFDM(正交频分多路复用)调制解调器电路。
背景技术
近年来，数字化广播越来越普及，并采用OFDM系统作为它的调制系统。此外，在5GHz带宽的无线LAN(局域网)中，也采用OFDM系统作为调制系统。
OFDM系统是一种把传输信号分成段的系统，并分别调制和传输多个副载波，其特点是OFDM系统具有高频利用效率，并有很强的抗多径衰落功能。
图10显示了常规正交频分多路复用调制解调器电路结构的例子。下面参考图10解释上述OFDM系统的原理。首先，传输信号X是数字高清晰度电视广播信号，由20Mbps数据信号和10.72Mbps系统开销(用于误差校正和同步控制的信号)信号组成。即，总传输信号是30.72Mbps。
这个信号通过串/并行转换器(S/P)101产生4×512比特并行数据，并且，将数据分成每4比特一组。据此，产生了16-数值QAM(正交调幅)基带信号A。
16-数值QAM基带信号A是具有实部(Re)和虚部(Im)的复数数据。图11显示了复数平面上每一个信号点和4-比特输入信号之间的对应。
因此，输出的512复数16-数值QAM信号A的每一个符号率是30.72/4/512Msps＝15ksps。当这些复数数量输入到逆富氏变换器(IFFT)105时，获得了512组变换的结果B。这些结果用并/串行转换器(P/S)106转换成为串行信号C。
在转换之前使得实部信号是I信号，虚部信号是Q信号，这些信号以采样率15ksps×512＝7.68Msps被输入到发射机(TX)107。发射机107执行I和Q基带信号的正交调制，并从天线115将信号输出。
图12显示了发射机信号中的副载波的分配。如图12所述，副载波之间的每一个间隔等于15KHz的符号率，副载波的数量是512个。因此，带宽是15KHz×512＝7.68MHz。
下面描述接收端的结构。在接收端，从发射端发射的高频信号用天线116接收，接收机进行正交调制产生基带信号(I、Q)D。串并行转换器(S/P)109分别以7.68Msps的速率采样这个信号，并产生由512组I(实部)和Q(虚部)信号构成的并行信号E。当这个信号输入到离散富氏变换器(FFT)110时，获得了512个复数量。
这个数据F表示了在复数平面上的每一个对应副载波的信号点。对应的4-比特数据(在16-数值QAM的情况中)从这个数据点再生，并解码成为正交信号Y，用并/串行转换器(P/S)112输出。
如上所述，在OFDM系统中发射的比特率是非常高的，例如，30.72Mbps。这个信号被分成为许多副载波并被发射。当副载波的数量是512以及调制系统是16-数值QAM时，每个副载波的符号率变得只是15ksps。每一个符号的持续周期大约是67微秒，这个时间与通常多径的径差相比是足够大的值。因此，OFDM系统对多径传输具有很大的阻力。
现在假设OFDM系统利用如数字电视广播和高速无线LAN设备的每一个单个单元。然而，因为OFDM系统在多径传输中具有很强的特点，这个特点在其它移动通信中也具有吸引力。
因此，作为一个自然的结论，可以认为使用OFDM系统的要求也出现在移动通信中。但是，因为OFDM系统通过使用几百个副载波实现了巨大的传输能力，所以，不允许一种移动通信独占使用OFDM系统。
因此，通过一条OFDM线传输各种通信是可能的，例如，数字TV、无线LAN、互联网、便携式电话机。多种通信信号分别具有不同的比特率，根据信息类型，必须的传输质量(QoS：业务质量)是不同的。
即，在数据通信中存在各种不同的传输率(例如，28.8kbps、1.44Mbps、10Mbps)，要求的误差率不高于10E-6。另一方面，在如电话的语音通信中，传输率是13kbps，10E-3的误差率被认为是足够高的质量。
发明内容
本发明的目的是解决上述的问题，并提供一种可以多路复用信号的正交频分多路复用调制解调器电路，这些信号的比特率和QoS相互之间不同，并可以通过一条OFDM线发射信号。
本发明的正交频分多路复用调制解调器电路是一种使用多个副载波用于通信的正交频分多路复用调制解调器电路，包括：
使用多个副载波进行通信，发射和接收多个通信信道，其中，每一个由多个副载波分成的副载波组被分配给一个通信信道；
其中，使频率轴上的各个副载波随机化对齐的装置包括在发射端，解随机化对齐的信号的装置包括在接收端。
即，本发明的正交频分多路复用调制解调器电路提供了一种方法，通过一条OFDM(正交频分多路复用)线多路复用和发射多个比特率和QoS(业务质量)相互之间不同的通信信道。
按照本发明的另一方面，一种正交频分多路复用调制解调器电路，使用多个子载波进行通信，发射和接收多个通信信道，由多个负载波分成的每个副载波组被分配给一个通信信道，包括：
串/并转换器，用于把输入信号转换成并行的复数数据符号；
随机函数发生器，用控制信号代替每个符号的序列，并发送符号同步和有关随机化图形的信息，其中，在频率轴上随机对齐各个子载波的随机函数发生器放置于发射端；
离散逆富氏变换器，用于处理随机化的并行复数数据符号；
并/串转换器，用于将随机化的并行复数数据符号转换成串行信号；
发射机，用于执行基带信号的正交调制，并将调制的信号从天线发射出去；
接收机，用于执行正交解调制，以产生基带信号；
串/并转换器，用于产生并行信号；
离散富氏变换器，用于输出复数数据；
解随机函数发生器，用控制信号代替每个符号的序列，并发射符号同步和有关随机化图形的信息，其中，用于解随机已被随机对齐的信号的解随机信号函数发生器放置于接收端。
附图说明
图1是本发明一个实施例的正交频分多路复用调制解调器电路结构的方框图；
图2是图1所示的串/并行转换器结构例子的方框图；
图3是图1所示的串/并行转换器结构例子的方框图；
图4是解释图1随机函数发生器的示意图；
图5是解释图1解-随机函数发生器的示意图；
图6是图2所示的串/并行转换器操作的时序图；
图7是图3所示的串/并行转换器操作的时序图；
图8是复数平面上的符号点的图表；
图9是本发明另一个实施例的正交频分多路复用调制解调器电路结构的方框图；
图10是常规例子的正交频分多路复用调制解调器电路结构的方框图；
图11是对应复数平面上的各个信号点和4-比特信号；
图12是发射机信号中的副载波的分配示意图。
具体实施方式
下面，参考附图描述本发明的实施例。图1是本发明一个实施例的正交频分多路复用调制解调器电路结构的方框图。在图1中，本发明这个实施例的正交频分多路复用调制解调器电路包括由串/并行转换器(S/P)101、102、103、随机函数发生器104、离散逆富氏变换器(IFFT)105、并/串行转换器(P/S)106、发射机(TX)107构成的发射端，接收端包括接收机(RX)108、串/并行转换器(S/P)109、离散富氏变换器(FFT)110、解-随机函数发生器111、并/串行转换器(P/S)112、113、114。
图2是图1所示的串/并行转换器101结构例子的方框图。在图2中，串/并行转换器101由移位寄存器601和16-数值QAM(正交调幅)发生电路602、603、604、605构成。
图3是图1所示的串/并行转换器102结构例子的方框图。在图3中，串/并行转换器102由移位寄存器701和QPSK(四相移键控)发生电路702、703、704、705构成。
图4是解释图1随机函数发生器104的示意图，图5是解释图1所示的解-随机函数发生器111的示意图。图6是图2所示的串/并行转换器101操作的时序图，图7是图3所示的串/并行转换器102操作的时序图。此外，图8是复数平面上的符号点的图表。参考图1到图8，描述本发明的这个实施例的正交频分多路复用调制解调器电路的操作。与图10所示的正交频分多路复用调制解调器电路的常规例子不同，本发明的这个实施例的正交频分多路复用调制解调器电路在发射端具有多个数据输入X1、X2...Xn，在接收端也对应多个数据输出Y1、Y2...Yn。
输入信号X1、X2...Xn分别由串/并行转换器101、102和103转换成为复数平面信号A。例如，输入信号X1在240kbps的比特率时被输入。如果输入信号的QoS是中等程度，则分配四个副载波，如果调制系统是16-数值QAM，串/并行转换器101的输出变为以15ksps的四个复数数字(它对应四个副载波)。如图2所示，在串/并行转换器101产生16-数值QAM中，数据输入到由等于数据率的时钟频率驱动的移位寄存器601。同时，移位寄存器601的4-比特并行输出是一个组，并分别输入到16-数值QAM产生电路602、603、604、605，以便与等于符号率的时钟(符号时钟)合并。
根据每一合并的4-比特数值，选择图11所示的复数平面上的符号点，并输出每一个实部(Re)和虚部(Im)。图6显示了操作的时序图。
当比特率是120kbps，QoS很高时，四个副载波被分配到输入信号X2，具有低误差率的QPSK被用作为调制系统。在这种情况下，串/并行转换器102的输出也在15kbps变为四个复数数字(它对应四个副载波)。
如图3所示，在串/并行转换器102中，数据输入到由等于数据率的时钟频率驱动的移位寄存器701。每2比特设置移位寄存器701的并行输出，并分别输入到QPSK产生电路702、703、704、705，以便与等于符号率的时钟(符号时钟)合并。
按照合并的2比特值，选择图8所示的复数平面上的符号点，并输出每一个实部(Re)和虚部(Im)。图7显示了操作的时序图。
同样，如果输入信号Xn的QoS不是很高，它的比特率是90kbps，则分配副载波。此外，当调制系统是64-数值QAM，串/并行转换器103的输出在15ksps也变为一个复数数字(它对应一个副载波)。
如上所述，适当的调制系统和分配的副载波的数量可以从比特率和QoS中确定，所有副载波的符号率可以设置为相同的速率，即，15KHz。
如上所述，为每个通信信道分配副载波和调制系统，获得了总数为512个复数数据符号(在15Kbps符号率)。在这种情况中，如果没有足够的通信信道且副载波过剩，则不对副载波进行调制，即，复数是(0+j0)。
因此，以这种方式获得的512个并行复数数据的对齐顺序由随机函数发生器104替代。这个操作运行每个符号。如图4所示，随机函数发生器104用控制信号(例如8比特)替代每个符号的顺序。如果控制信号是8比特，可以进行256种替代。在图4中，尽管输入信号X510和X511连接到Y510和Y511，其假设了控制信道。
控制信道将发射有关随机图形的码元同步和信息到接收端。因此，它便利于最初接入以发射没有进行随机化的该信号。
离散逆富氏变换器105处理512个随机化的并行复数数据A’，以获得512组I和Q并行复数数据B。并/串行转换器106将这个结果转换成为串行信号C。在传输前，并/串行转换器106使得实部信号是I信号，虚部信号是Q信号，并以15ksps×512＝7.68Msps的采样率将它们输出到发射机107。发射机107执行I和Q基带信号的正交调制，并从天线115输出它们。
图12显示了发射机信号中的副载波的分配。如图12所示，副载波之间的每一个间隔等于是符号率的15KHz，副载波的数量是512。因此，带宽是15KHz×512＝7.68MHz
下面描述接收端的操作。接收端用天线116接收发射端发射的高频信号，并用接收机108进行正交调制产生基带信号(I和Q)D。接收端用串/并行转换器109以7.68Msps的速率分别采样这个信号，以产生由512组I(实部)和Q(虚部)信号构成的并行信号E。离散富氏变换器110接收这个信号，以输出512个复数量。
这些数据F’表示对应复数平面上的副载波的信号点。解-随机函数发生器111接收这个结果，并恢复在随机函数发生器104中改变的副载波的顺序。
如图5所示，解-随机函数发生器111用控制信号(例如8比特)替代每个符号的顺序。如果控制信号是8比特，可以进行256种替代。在图5中，尽管输入信号Y510和Y511连接到X510和X511，其假设了控制信道。
控制信道将发射码元同步和有关随机图形的信息到接收端。因此，它便利于最初接入以发射没有进行随机化的信号。
解随机化的结果F表示复数平面上的对应副载波的信号点。对应的比特数据从各自副载波的信号点和调制系统中恢复和解码，并用并/串型转换器112、113、114输出到原来的信号Y1、Y2...Yn。
因此，可以通过一条OFDM线进行上述的发射多个通信信道的处理操作，各个信道之间的比特率和QoS是不同的。
图9是本发明另一个实施例的正交频分多路复用调制解调器电路结构的方框图；在图9中，显示了单个信道的正交频分多路复用调制解调器电路的结构。
即，本发明这个实施例的正交频分多路复用调制解调器电路包括由串/并行转换器(S/P)101、随机函数发生器104、离散逆富氏变换器(IFFT)105、并/串行转换器(P/S)106、发射机(TX)107构成的发射端，接收端包括接收机(RX)108、串/并行转换器(S/P)109、离散富氏变换器(FFT)110、解-随机函数发生器111、并/串行转换器(P/S)112。
本发明实施例的正交频分多路复用调制解调器电路主要旨在通过一条OFDM线发射多个具有不同比特率和QoS的通信信道。但是，根据情况，只有一个通信信道可优先通过。
例如，当必须中继数字高清晰度TV广播时，就必须分配所有副载波到这个信道。在这种情况下，可以暂时停止具有较低优先权的其它通信信道，使用所有副载波用于一个优选的信道。因此，本发明这个实施例的正交频分多路复用调制解调器电路具有上述的结构。
因此，本发明也适应性地包括按照通信信道的优先权、比特率和QoS确定副载波和调制系统的分配。
此外，在调制系统不同的副载波之间出现的平均信号功率的差是不可取的。本发明包括调节符号的峰值使得所有副载波的平均信号功率相同。
如上所述，本发明的优点是正交频分多路复用调制解调器电路使用多个副载波用于通信，发射和接收多个通信信道，通过把多个副载波分成的副载波组分配到一个通信信道，可以通过一条OFDM线多路复用和发射相互之间的比特率和QoS不同的信号。

Claims (5)

1.一种正交频分多路复用调制解调器电路，使用多个子载波进行通信，发射和接收多个通信信道，由多个负载波分成的每个副载波组被分配给一个通信信道，包括：
串/并转换器，用于把输入信号转换成并行的复数数据符号；
随机函数发生器，用控制信号代替每个符号的序列，并发送符号同步和有关随机化图形的信息，其中，在频率轴上随机对齐各个子载波的随机函数发生器放置于发射端；
离散逆富氏变换器，用于处理随机化的并行复数数据符号；
并/串转换器，用于将随机化的并行复数数据符号转换成串行信号；
发射机，用于执行基带信号的正交调制，并将调制的信号从天线发射出去；
接收机，用于执行正交解调制，以产生基带信号；
串/并转换器，用于产生并行信号；
离散富氏变换器，用于输出复数数据；
解随机函数发生器，用控制信号代替每个符号的序列，并发射符号同步和有关随机化图形的信息，其中，用于解随机已被随机对齐的信号的解随机信号函数发生器放置于接收端。
2.根据权利要求1所述的正交频分多路复用调制解调器电路，其特征在于确定调制符号的峰值，致使各个副载波的传输功率变得相同并与调制系统无关。
3.按权利要求1或2所述的正交频分多路复用调制解调器电路，其特征在于处理各个副载波的随机化位置在每一个符号进行更新。
4.按权利要求1所述的正交频分多路复用调制解调器电路，其特征在于分配预定的通信信道和对应该信道的副载波，用于同步随机图形的发射和接收。
5.按权利要求1所述的正交频分多路复用调制解调器电路，其特征在于预定的通信信道和对应该信道的副载波从随机处理中消除。
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