專利名稱：一種ofdm通信系統的時域整形方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種OFDM通信系統的時域整形方法，用于減小系統通信中因越界引起的信息能量的損失。
背景技術：
正交頻分復用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一種多載波寬帶數字調制技術。OFDM技術具有很好的抗干擾能力，頻譜利用率高，傳輸容量大等特點，各子信道中的正交調制與解調是通過快速傅里葉反變換(IFFT )或快速傅里葉變換(FFT)來實現的。在傳統的OFDM系統中,輸入比特序列完成串并變換后,根據米用的調制方式，完成相應的調制映射，形成調制信息序列對，對該信息對進行IFFT，計算出OFDM已調信 號的時域抽樣序列，加上循環前綴CP，再作D/A變換，得到OFDM已調信號的時域波形。接收端先對接收時域信號進行A/D變換，去掉循環前綴CP，得到OFDM已調信號的抽樣序列，對該抽樣序列作FFT即得到原調制信息序列。OFDM系統通過引入循環前綴從而形成保護間隔GI，來有效地對抗由于多徑時延帶來的碼間干擾(Inter-Symbol Interference,簡稱ISI)和子載波間干擾(Inter-CarrierInterference，簡稱ICI)。但是過寬的保護間隔時間段會使得系統效率變差，因而又出現了低保護間隔OFDM方案。無論如何，在某些情況下，信號仍然會越過保護間隔時間，從而出現信號能量損失，以及ISI和ICI。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于克服現有OFDM通信系統所存在的由于信號越過保護間隔而出現的信號能量損失問題，提供一種OFDM通信系統的時域整形方法，從而減小系統通信中因越界引起的信息能量的損失，提高系統性能。本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題一種OFDM通信系統的時域整形方法，在OFDM通信系統的發送端，對數字調制后得到的所傳輸數據的頻域信號進行以下處理將所述頻域信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到新的頻域信號；對該新的頻域信號進行快速傅里葉逆變換；將經快速傅里葉逆變換得到的信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到最終的傳輸數據的時域整形信號；在OFDM通信系統的接收端，對于接收到的傳輸數據的時域整形信號進行以下處理將所述時域整形信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行快速傅里葉變換；將經快速傅里葉變換得到的信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到所傳輸數據的頻域信號。本發明針對OFDM幀結構的數據部分進行時域整形，將信號能量集中在OFDM符號的中間部分，兩邊部分能量較少，從而有效減小了因信號越界引起的信息能量的損失，提高了系統性能。
圖1為OFDM通信系統的幀結構；圖2a為基本OFDM時域整形方案發送端的流程圖；圖2b為基本OFDM時域整形方案接收端的流程圖；圖3a是DCO-OFDM時域整形方案發送端的流程圖；圖3b是DCO-OFDM時域整形方案接收端的流程圖；圖4a是周期為127的偽隨機序列經BPSK調制后，按傳統的無線OFDM方法得到的頻域圖，圖4b是得到的時域圖；圖5a是周期為127的偽隨機序列經BPSK調制后，采用本發明方法進行時域整形 得到的頻域圖，圖5b是得到的時域圖；圖6a是周期為63的偽隨機序列經BPSK調制后，按傳統的DCO-OFDM方法得到的頻域圖，圖6b是得到的時域圖；圖7a是周期為63的偽隨機序列經BPSK調制后，采用本發明方法進行時域整形得到的頻域圖，圖7b是得到的時域圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明本發明的思路是對現有OFDM通信系統進行改進，對OFDM幀結構的數據部分進行時域整形，將信號能量集中在OFDM符號的中間部分，兩邊部分能量較少，從而減小因信號越界引起的信息能量的損失。OFDM信號幀的結構如圖1所示，本發明僅對其中的數據部分進行整形，其它部分不變。本發明具體采用以下方法在OFDM通信系統的發送端，對數字調制后得到的所傳輸數據的頻域信號進行以下處理將所述頻域信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到新的頻域信號；對該新的頻域信號進行快速傅里葉逆變換；將經快速傅里葉逆變換得到的信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到最終的傳輸數據的時域整形信號；在OFDM通信系統的接收端，對于接收到的傳輸數據的時域整形信號進行以下處理將所述時域整形信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行快速傅里葉變換；將經快速傅里葉變換得到的信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到所傳輸數據的頻域信號。采用上述方案得到的時域波形其實是對按傳統OFDM方法得出的時域波形的整
NMM,V
形，即第O到個點依次向右平移了個點,第至Ij N-1個點依次向左平移個點，這樣就2 2 2 2
將信號能量集中在OFDM符號的中間部分。本發明方法可用于傳統的無線OFDM通信系統，也可以用于非相干系統如光通信系統中的0FDM。為便于公眾理解，下面分別以無線OFDM通信系統和DCO-OFDM (直流偏置光0FDM)通信系統為例對本發明技術方案進行進一步說明。對于無線OFDM通信系統，系統的發送端先對通信數據進行QAM或QPSK等方式的數字調制，即將被傳輸的數字信號轉換成子載波幅度和相位的映射，得到調制后的所傳輸數據的頻域信號序列，記為x(k) (k = O, I, -,N-1);將頻域信號X(k) (k = O, I, -,N-1)分為偶數項X(2m) (m=0, I,…，N/2-1)和奇數項X(2m+1) (m=0, I,…，N/2-1);保持偶數項X(2m) (m=0, I,…，N/2-1)不變，將奇數項X(2m+l) (m=0, I,…，N/2-1)乘以_1，得到新的頻域信號；將該新的頻域信號進行N點IFFT運算后得X’ (η) (η=0, I,…，N_l);再將序列χ' (η)分為偶數項 X’ (2r) (r = O, I, "'NA-1),奇數項 x' (2r+l) (r = O, I, ···, N/2-1);將序列X' (η)的偶數項 X’ (2r) (r = O, I, ···, N/2-1)不變,奇數項 x’ (2r+l) (r = O, I,…，N/2-1)乘以-1，得到最終的整形后的時域信號x(n) (η=0，1，···，Ν-1)。上述整形流程如圖2a所示。發送端將整形后的時域信號加入保護間隔(或循環前綴)，形成OFDM符號，然后在組幀時加入同步序列，信道估計序列等，得到基帶信號并輸出。系統接收端對于接收到的基帶信號，先進行時間同步、小數倍頻估計和糾正后，得到整形后的時域信號X" (11)(11=0，1，"％^1)，將信號序列1" (η)(η=0，1，···，Ν-1)的奇數項 X" (2m+l) (m=0，1，...，Ν/2-1)乘以 _1，偶數項 x" (2m) (m=0, I, - ,N/2-1)保持不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行N點FFT運算后得X" (k) (k = 0,1,-,N-1)；將信號序列 X " (k) (k = O, I, - ,N-1)中的奇數項 X " (2r+l) (r = O, I, - ,N/2-1)乘 以-1，保持偶數項X" (2Γ)(Γ=0，1，···，Ν/2-1)不變，得到最終的頻域信號X' (k)(k =O, 1，-,N-1)，即發送端將要傳輸的數字序列經數字調制后的頻域信號。上述流程如圖2b所示。對頻域信號Γ (k)(k = 0，l，一，N_l)進行相應的數字解調，即可得到所傳輸的數據比特流。傳統光傳輸系統，接收端采用直接檢測，產生的光信號強度與輸入電信號有關，信息承載在光強度上，要求輸入電信號非負，而OFDM為雙極性信號，所以要實現OFDM技術在光傳輸系統中的應用，則要求OFDM符號為正實數。其中一種方法是采用DC0-0FDM(直流偏置光0FDM)方法。對于DCO-OFDM通信系統，發送端所傳輸信息比特流經數字調制后的頻域信號x(n) (n=l,…，N/2-1)需進行相應地映射來實現OFDM符號的實數化，實數化后的頻域信號以的映射表達式如下
_ W== [O W，ο d 勝 i]類似地，將信號序列的奇數項s(2m+l) (m=0, I, - ,N/2-1)乘以_1，偶數項s(2m) (m=0, I,…，N/2-1)保持不變，得到新的頻域信號；對該新的頻域信號進行N點IFFT運算后得時域信號序列 (η) (η=0, I,…，N_l);將時域信號序列y' (η)的奇數項I' (2r+l) (r=0, I, ···, N/2-1)乘以-1,偶數項 y' (2r) (r=0, I, ···, N/2-1)保持不變,得到最終的整形后的時域信號7(η)(η=0，1，···，Ν-1)。上述流程如圖3a所示。發送端將整形后的時域信號y(n)加入保護間隔(或循環前綴)，形成OFDM符號，然后在組幀時加入同步序列，信道估計序列等，得到基帶信號并輸出。系統接收端對于接收到的基帶信號，先進行時間同步、小數倍頻估計和糾正后，得到整形后的時域信號y" (n) (n=0, I, ···, N-l);將信號序列y" (η) (η=0, I, ···, Ν-1)的奇數項 y" (2m+1) (m=0, I, - ,N/2-1)乘以-1，偶數項 y" (2m) (m=0, I, - ,N/2-1)不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行N點FFT運算后得s " (η)(η=0，1，···，Ν-1);將頻域信號序列 s" (η)的奇數項 s" (2r+l) (r=0, I, ···, N/2-1)乘以-1,偶數項 s" (2r) (r =O, 1，…，N/2-1)保持不變，得到信號序列s' (η) (η=0, I, -,N-l);取信號序列s' (η)的第項，得 即為發送端所傳輸數據經數字調制后的頻域信號。上述流
程如圖3b所示。對 進行相應的數字解調，即得到發送端所傳輸的原始數
據比特流。 為了驗證本發明方法的效果，分別將傳統的無線OFDM通信系統、DCO-OFDM通信系統與采用本發明方法的無線OFDM通信系統、DCO-OFDM通信系統進行了對比。圖4a、圖4b分別是周期為127的偽隨機序列經BPSK調制后，按傳統的無線OFDM方法得到的頻域圖和時域圖；圖5a、圖5b分別是周期為127的偽隨機序列經BPSK調制后，采用本發明方法進行時域整形得到的頻域圖和時域圖；圖6a、圖6b分別是周期為63的偽隨機序列經BPSK調制后，按傳統的DCO-OFDM方法得到的頻域圖和時域圖；圖7a、圖7b分別是周期為63的偽隨機序列經BPSK調制后，采用本發明方法進行時域整形得到的頻域圖和時域圖。從圖4b和圖5b可以看出，圖5b其實是圖4b的平移，將信號的能量集中在OFDM符號的中間部分，兩邊部分能量較少，這樣當信號出現越界時，信號能量損失的就較少，對系統的影響也減至最低。同樣地，由圖6b和圖7b可看出，在DCO-OFDM通信系統中，本發明的時域整形方案也使得OFDM符號的能量集中在中間部分，這樣當信號越界時，同樣能降低對系統的影響，保證系統的性能。
權利要求
1.一種OFDM通信系統的時域整形方法，其特征在于，在OFDM通信系統的發送端，對數字調制后得到的所傳輸數據的頻域信號進行以下處理將所述頻域信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到新的頻域信號；對該新的頻域信號進行快速傅里葉逆變換；將經快速傅里葉逆變換得到的信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到最終的傳輸數據的時域整形信號；在OFDM通信系統的接收端，對于接收到的傳輸數據的時域整形信號進行以下處理將所述時域整形信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行快速傅里葉變換；將經快速傅里葉變換得到的信號的奇數項乘以-1，偶數項保持不變，得到所傳輸數據的頻域信號。
2.如權利要求1所述OFDM通信系統的時域整形方法，其特征在于，所述OFDM通信系統為無線OFDM通信系統，所述時域整形方法具體如下在無線OFDM通信系統的發送端，將數字調制后得到的所傳輸數據的頻域信號Z(幻 (左=0，I, - ,#-1)分為偶數項 Z(2 ) Qn=Q, I, - ,#/2-1)和奇數項 Z(2 +1) Qn=O, I, ... ,N/2-1)；保持偶數 X(2m) Qb=O, 1，- ,#/2-1)不變，將奇數項 Z(2 +1) ( =0, I, ... ,#/2-1)乘以-1，得到新的頻域信號；將該新的頻域信號進行N點IFFT運算后得 :.(>) Qi=O, I, ''',N-1);再將序列 x_0)分為偶數項 x(2r) (r=0, I,…，#/2-1),奇數項^(2r+l) (r=0, I, ···,#/2-1);將序列 x'O)的偶數項 (r=0, I, ···,#/2-1)不變，奇數項乂(2r+l) (r=0, I,…，#/2-1)乘以_1，得到最終的整形后的時域信號x(/ ) Qi=O, 1，…AM)； 在無線OFDM通信系統的接收端，將整形后的時域信號x#( ) Qi=O, 1，…#-1)的奇數項 f(2 +l) Ob=O, I, - ,#/2-1)乘以-1，偶數項 f(2w) ( =0, I,…，#/2-1)保持不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行N點FFT運算后得Alt) (^=0,1,-,^-1);將信號序歹Ij AD 0=0，1，…，Ar-1)中的奇數項+1) 0=0，1，…，#/2-1)乘以-1,保持偶數項 JP(2r) (r=0, I,…，#/2-1)不變，得到最終的頻域信號X⑷(k=0, 1，…，ΛΜ)。
3.如權利要求1所述OFDM通信系統的時域整形方法，其特征在于，所述OFDM通信系統為直流偏置光OFDM通信系統，所述時域整形方法具體如下在直流偏置光OFDM通信系統的發送端，將數字調制并實數化后的所傳輸數據的頻域信號的奇數項·5(2 +1) Qn=O, 1，…，#/2-1)乘以-1，偶數項·5(2 ) Qn=O, 1，…，#/2-1) 保持不變，得到新的頻域信號；對該新的頻域信號進行N點IFFT運算后得時域信號序列 /( ) (n=0, 1，…，#-1);將時域信號序列/⑷的奇數項^>+|) (r=0, I,…，T/2-1)乘以_1，偶數項^O) (r=0，l，…，#/2-1)保持不變，得到最終的整形后的時域信號y( ) (/7=0，1，... ,N-D ；在直流偏置光OFDM通信系統的接收端，將接收到的整形后的時域信號 (n=0, I, ...,Ar-1)的奇數項+ 0=0, I, ---,#/2-1)乘以-1,偶數項Qn=Q, I, ... ，#/2-1)不變，得到新的時域信號；對該新的時域信號進行N點FFT運算后得s'n)fc=0, 1，…，於1);將頻域信號序列八《)的奇數項#分+|) ^=0, 1，…，#/2-1)乘以-1，偶數 項s (2r) (r=0，l，…，A72-1)保持不變，得到信號序列s切)fc=0，1，…，#_1);取信號序列s切)的第廣1項，得
全文摘要
本發明公開了一種OFDM通信系統的時域整形方法，用于減小系統通信中因越界引起的信息能量的損失，屬于通信技術領域。本發明方法針對OFDM幀結構的數據部分進行時域整形，將信號能量集中在OFDM符號的中間部分，兩邊部分能量較少，從而有效減小了因信號越界引起的信息能量的損失，提高了系統性能。本發明方法實現簡單，可用于現有的各種OFDM通信系統。
文檔編號H04L27/26GK103001916SQ201210501668
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者陳健, 馬新鳳 申請人:南京郵電大學