CN1518253A - 一种正交频分复用调制解调的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交频分复用(OFDM)调制解调装置，包括至少由调制器、OFDM调制模块和发射机组成的发射装置和至少由接收机、OFDM解调模块和解调器组成的接收装置，该装置还包括：扩频合路模块，用于将调制器输出的窄带数据信号进行扩频处理生成宽带信号送入OFDM调制模块；多路解扩模块，用于将OFDM解调模块输入的扩频后的宽带数据信号恢复为原始窄带数据信号再送至解调器中处理。本发明还同时公开了一种OFDM调制解调方法，采用该装置和方法不仅可有效抑制频率选择性衰落对OFDM系统的影响，提高无线数据传输系统的实际数据率；而且可抑制在同频信道中不同数据流之间的干扰，减少数据流在传输过程中的衰落，提高无线数据传输系统的容量。

Description

一种正交频分复用调制解调的装置及方法

技术领域

本发明涉及无线通信中的正交频分复用(OFDM)技术，特别涉及一种正交频分复用调制解调的装置及方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，OFDM系统越来越多的应用于宽带无线数据传输中，如数字音频广播(DVB)和无线局域网等。OFDM系统是将数据分散在一组正交子载波上进行并行传送，如图1所示，图1为OFDM系统实现无线数据传输的结构图。该系统包括发射端100和接收端107组成，其中发射端由调制器101、OFDM调制模块105和发射机106，接收端由解调器108、OFDM解调模块109和接收机113组成。当数据要发送时，串行数据比特流经过调制器101的编码调制完成星座图映射后，进入OFDM调制模块105，由其中的串转并模块102将该信号分割成N个并行数据子流，逆傅立叶变换(IFFT)模块103和并转串模块104将N个并行数据子流分别调制到N个子载波上并转换成时域信号，经过发射机106变成模拟信号发送到无线信道中；当数据接收时，接收机113把从无线信道中收到的模拟信号转换成数字信号，在OFDM解调模块109中经过串转并模块112、快速傅立叶变换(FFT)模块111，分离出各个子载波上的并行数据流，该并行数据流通过串转并模块110形成串形数据流后，送到解调器108进行解调解码。

无线数据信号在无线环境中传播时被大量的折射和反射，被反射或折射信号由于传播路径的长度不同，到达接收端的时间也不完全相同。接收机在同一时间接收到的是所有反射信号之和，即为多径信号，多径信号产生的影响称为多径效应。多径效应使不同频率信号在接收端的强度不同，有些频率的信号在到达接收端时各多径信号相位相同，强度增强。有些频率的信号在到达接收端时多径信号相位相反，强度减弱，这种衰落称为频率选择性衰落。在相同的无线信道中，系统的带宽越大，频率选择性衰落现象越明显。

为了适应宽带数据应用的要求，OFDM系统常常应用在具有较大带宽的系统中，因此OFDM系统的正交子载波上的频率选择性衰落现象非常明显。OFDM系统在各个子载波上并行传送不同的数据，当某个子载波衰落严重时，这个子载波上的数据将可能无法正确解调，由于数据在传送时要求100％正确，如果这种错误不能在解码时得到纠正，则系统将重新传输整个数据块，这将大大降低数据传输的速率。OFDM系统同时对同频信道的其他传输数据也存在干扰，这将大大降低无线数据传输系统的容量。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种OFDM调制解调的装置，该装置可有效地抑制频率选择性衰落对OFDM系统的影响，提高无线数据传输系统的实际数据率。

本发明的另一目的在于提供一种OFDM调制解调的方法，该方法抑制了在同频信道中不同数据流之间的干扰，减少了数据流在传输过程中的衰落，提高了无线数据传输系统的容量。

为了达到上述目的，本发明提供一种正交频分复用(OFDM)调制解调装置，包括至少由调制器、OFDM调制模块和发射机组成的发射装置和至少由接收机、OFDM解调模块和解调器组成的接收装置，该装置还包括：

扩频合路模块，用于将调制器输出的窄带数据信号进行扩频处理生成宽带信号送入OFDM调制模块；

多路解扩模块，用于将OFDM解调模块输入的扩频后的宽带数据信号恢复为原始窄带数据信号再送至解调器中处理。

所述的扩频合路模块进一步包括串转并模块、一个以上扩频模块、合路模块和加扰模块，该串转并模块、扩频模块、合路模块和加扰模块依次顺序连接于调制器与OFDM调制模块之间，一个以上扩频模块并联在串转并模块与合路模块之间。

所述的多路解扩模块进一步包括解扰模块、一个以上解扩模块和并转串模块，该解扰模块、解扩模块和并转串模块依次顺序连接于OFDM解调模块与解调器之间，一个以上解扩模块并联在解扰模块和并转串模块之间。

本发明还提供了一种OFDM调制解调的方法，该方法包括：

A、发射端将数据比特流编码调制完成星座图映射，该调制后的信号经过串并转换形成一个以上并行数据流，每个并行数据流分别经过扩频处理形成扩频并行数据流，将所有扩频并行数据流合成一个串行数据流后，再进行加扰、OFDM调制，生成模拟信号发射；

B、接收端收到步骤A所发射的模拟信号后，先转换为数字信号，该数字信号经过OFDM解调形成串行数据流，再将该串行数据流进行解扰、解扩，得到原始的调制信号，将该信号解调解码后恢复出原始的数据比特流。

步骤A中所述合成一个串行数据流的过程进一步包括：分别将每个并行数据流与一个扩频序列码相乘得到一个以上扩频并行数据流，再将所有的扩频并行数据流进行叠加得到一个扩频串行数据流。

步骤A中所述串行数据流进行加扰的过程为串行数据流与扰码序列相乘。

步骤A中所述扩频并行数据流的个数等于或小于扩频码序列的长度。

步骤B中所述串行数据流进行解扰的过程为串行数据流与共轭后的扰码序列相乘。

步骤B中所述得到原始调制信号的过程进一步包括：将解扰后的串行数据流分别与每个解扩模块中的共轭后的扩频序列码相乘，得到的乘积再进行叠加得到每个解扩模块的解扩数据流，然后将所有的解扩数据流进行并串转换，得到原始调制信号。

从上述方案可以看出，本发明在OFDM系统中加入了扩频技术，将正交频分复用技术与扩频技术相结合，所谓扩频技术简单的说就是在发射端将窄带的信号扩展到较宽的频带上传送，接收端收集宽带中的所有信号进行解调。由于信号在传输过程中的频带加宽，即使有些频带上有衰落，也不会影响整个宽带信号在接收端的解调，因此，扩频技术可对频率选择性衰落有很好的抑制作用。本发明的方法就是利用扩频技术中抑制衰落的特性，将传送数据信号扩频后再经过OFDM系统进行发送，把宽带的信号分配到频率不同的子载波上，从而抑制频率选择性衰落对无线数据传输系统传输数据率的影响，提高无线数据传输系统的实际数据率。更进一步的，本发明利用扩频技术中的加扰技术，抑制了OFDM系统对同频信道的干扰，提高无线数据传输系统的容量。

附图说明

图1为OFDM系统实现无线数据传输的结构图。

图2为本发明的OFDM调制解调装置的结构图。

图3为扩频合路模块的内部结构图。

图4为多路解扩模块的内部结构图。

图5为本发明实现OFDM调制解调的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的装置如图2所示，图2为本发明的OFDM调制解调装置的结构图。该系统由调制器201、扩频合路模块202、OFDM调制模块213、发射机206、接收机207、OFDM解调模块214、多路解扩模块211和解调器212组成。当数据进行发射时，数据比特流经过调制器编码调制完成星座图映射后、在扩频合路模块进行多路扩频与合路，再由串转并模块203、IFFT模块204、并转串模块205组成的OFDM调制模块完成OFDM调制，经过发射机206转换成模拟信号发射到无线信道中。当数据进行接收时，接收机207把接收到的模拟信号转换成数字信号，再由串转并模块208、FFT模块209、并转串模块210组成的OFDM解调模块完成OFDM解调，经过多路解扩模块211进行多路解扩后送入解调器212进行解调和解码。

本发明在调制器201与OFDM调制模块213之间加入了扩频合路模块202。如图3所示，图3为扩频合路模块的内部结构图。该模块主要由串转并模块301、扩频模块302-1～302-M，合路模块303和加扰模块304组成。调制器201输出的星座图映射信号进入扩频合路模块202后，首先被串转并模块301分成M个并行子数据流，M个并行子数据流在M个扩频模块302-1～302-M中分别完成扩频操作，然后在合路模块303中M个并行子数据流合成一个串行数据流，再在加扰模块304中与扰码序列按位相乘形成加扰后的串行数据流，加扰后的串行数据流送入OFDM调制模块。

本发明还在解调器212与OFDM调制模块214之间加入了多路解扩模块211，多路解扩模块211是与扩频合路模块202相对应的，如图4所示，图4为多路解扩模块的内部结构图，该多路解扩模块211主要包括解扰模块401、解扩模块402-1～402-M和并转串模块403。OFDM解调模块214输出的串行数据流进入多路解扩模块211后首先在解扰模块401完成解扰操作，然后在解扩模块402中进行解扩形成并行数据流，该并行数据流再经过并转串模块403恢复出原始发送数据。

在上述装置中，扩频合路模块完成发射端发射信号的扩频处理具体是这样实现的：

当数据信号进行发射时，经过编码调制的串行数据流进入扩频合路中转化为并行子数据流，假设并行子数据流为a_m(n)，n＝0，1，2，...，n-1，扩频码序列为c_m(l)，l＝0，1，2，...，l-1，输出的扩频后的并行子数据流为b_m(n)，则扩频并行子数据流由公式(1)得出：

b_m(nL+l)＝a_m(n)c_m(n)                               (1)

扩频并行子数据流转化为串行数据流d(n)由公式(2)得出，其中

n＝nL+l

$d\left(n\right)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{b}_M\left(n\right)--\left(2\right)$

串行数据流d(n)进行加扰操作时，假设具有长度为K的扰码序列为s(k)，k＝0，1，2，...K-1，s(k)的值可以为复数或实数，但其值的模必须为常数，加扰模块中的扰码序列不但可以使数据随机化，而且当系统存在多个同频信道时，可以在相同频信道选择不同的、相关性小的扰码序列，有效的抑制同频信道之间的干扰，则串行数据流转化为加扰串行数据流e(n)由公式(3)得出：

         e(n)＝d(n)s(k)＝d(n)s(n mod K)                 (3)

其中k的值为串行数据流的长度n与K相除后的余数。

在上述装置中，多路解扩模块完成接收端接收信号的解扩具体是这样实现的：

当数据信号进行接收时，OFDM解调模块输出的串行数据流进行解扰操作，如公式(4)：

        d′(n)＝e′(n)s*(k)＝e′(n)s*(n mod K)          (4)

解扰后的串行数据流转化为解扩并行数据流，如公式(5)所示：

${a^{\′}}_m\left(n\right)=\underset{l=0}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}d(\mathrm{nL}+l)c_m^{*}\left(l\right)--\left(5\right)$

基于上述装置及解、扩频信号的实现，本发明实现OFDM调制解调的方法，如图5所示包括以下步骤：

步骤500、发射端的串行数据比特流经过调制编码后形成星座图映射信号，该星座图映射信号转换为并行子数据流，该并行子数据流利用公式(1)进行扩频操作，扩频后的并行子数据流为并行子数据流与扩频码序列的乘积。

步骤501、经过扩频后的并行子数据流利用公式(2)合成一个串行数据流，串行数据流为扩频后的所有子数据的流叠加值。该串行数据流为了保证M个扩频码序列之间相互正交，要求序列长度L大于等于扩频模块数量M，当L与M相等时，扩频合路模块输出数据率与输入的数据率相同并达到最高点。

步骤502、串行数据流利用公式(3)进行加扰操作，即：将合路模块输出的串行数据流在加扰模块中与扰码序列相乘得到加扰后的串行数据流。

步骤503，加扰后的串行数据流经过OFDM调制形成模拟信号发射，接收端收到所发射的模拟信号后转换为数字信号。

步骤504、该数字信号经过OFDM解调后形成的串行数据流利用公式(4)进行解扰操作，形成解扰后的串行数据流，解扰后的串行数据流由扰码序列共轭后与串行数据流相乘得到。

步骤505、解扰后的串行数据流利用公式(5)完成解扩操作，由于各解扩模块使用的扩频序列不同，可以直接解出合路模块中的每个并行数据流，解扩后的每个解扩模块中的并行数据流是由各个解扩模块中不同扩频码序列共轭后与解扰后的串行数据流相乘，得到的乘积再进行叠加得到每个解扩模块中解扩数据流，然后将所有的解扰数据流经过并串转换生成原始的调制信号。

当数据信号进行发射时，每个窄带的信号经过扩频合路模块后都被扩展成为宽带的信号，由于频带加宽的信号在传输过程中的即使有部分频带上的衰落，也不会影响整个宽带的信号在接收端的解调，因此被扩展的信号在OFDM调制模块中被调制到不同的子载波上进行传输时，可以有效地抑制频率选择性衰落。

当子载波上的宽带数据信号进行接收时，由于正交码序列之间相互正交，解扩模块302-1～302-M可以互不干扰地从d′(n)中分离出各个子数据流。M个子数流经过并转串模块303恢复出原始发送数据，也就是说，被扩散的信号能量转化为原始发送数据。

本发明提供的装置及其方法一方面将扩频技术与OFDM系统相结合，利用扩频技术传输信号能量的特点，有效地抑制频率选择性衰落对无线数据系统传输数据率的影响，提高了无线数据系统传输的数据率；另一方面再扩频技术中采用了加扰模块，有效地抑制OFDM系统对同频道信道的干扰，提高了无线数据系统的容量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种正交频分复用(OFDM)调制解调装置，包括至少由调制器、OFDM调制模块和发射机组成的发射装置和至少由接收机、OFDM解调模块和解调器组成的接收装置，其特征在于，该装置还包括：

扩频合路模块，用于将调制器输出的窄带数据信号进行扩频处理生成宽带信号送入OFDM调制模块；

多路解扩模块，用于将OFDM解调模块输入的扩频后的宽带数据信号恢复为原始窄带数据信号再送至解调器中处理。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的扩频合路模块进一步包括串转并模块、一个以上扩频模块、合路模块和加扰模块，该串转并模块、扩频模块、合路模块和加扰模块依次顺序连接于调制器与OFDM调制模块之间，一个以上扩频模块并联在串转并模块与合路模块之间。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的多路解扩模块进一步包括解扰模块、一个以上解扩模块和并转串模块，该解扰模块、解扩模块和并转串模块依次顺序连接于OFDM解调模块与解调器之间，一个以上解扩模块并联在解扰模块和并转串模块之间。

4、一种OFDM调制解调的方法，其特征在于该方法包括：

A、发射端将数据比特流编码调制完成星座图映射，该调制后的信号经过串并转换形成一个以上并行数据流，每个并行数据流分别经过扩频处理形成扩频并行数据流，将所有扩频并行数据流合成一个串行数据流后，再进行加扰、OFDM调制，生成模拟信号发射；

B、接收端收到步骤A所发射的模拟信号后，先转换为数字信号，该数字信号经过OFDM解调形成串行数据流，再将该串行数据流进行解扰、解扩，得到原始的调制后信号，将该信号解调解码后恢复出原始的数据比特流。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤A中所述合成一个串行数据流的过程进一步包括：分别将每个并行数据流与一个扩频序列码相乘得到一个以上扩频并行数据流，再将所有的扩频并行数据流进行叠加得到一个扩频串行数据流。

6、如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤A中所述串行数据流进行加扰的过程为串行数据流与扰码序列相乘。

7、如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤A中所述扩频并行数据流的个数等于或小于扩频码序列的长度。

8、如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤B中所述串行数据流进行解扰的过程为串行数据流与共轭后的扰码序列相乘。

9、如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤B中所述得到原始的调制信号的过程进一步包括：将解扰后的串行数据流分别与每个解扩模块中共轭后的扩频序列码相乘，得到的乘积再进行叠加得到每个解扩模块的解扩数据流，然后将所有的解扩数据流进行并串转换，得到原始调制信号。

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