專利名稱：Ofdm通信系統(tǒng)中邊帶信息傳輸與幀同步方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信或有線通信技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)降低峰值平均功率比PAPR的方法，以及最大似然方法實(shí)現(xiàn)符號(hào)定時(shí)同步的方法。具體是正交頻分復(fù)用中邊帶信息傳輸與幀同步方法及裝置。
背景技術(shù)：
OFDM的基本原理就是將整個(gè)信道分成多個(gè)相互重疊并保持正交的子信道，每個(gè)子信道通過各自的子載波調(diào)制信息符號(hào)。由于OFDM系統(tǒng)各個(gè)子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，可以幾乎節(jié)省50％頻譜資源。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，近幾年OFDM技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。但是OFDM技術(shù)也有其特定的缺陷。
由于OFDM符號(hào)是由多個(gè)獨(dú)立的經(jīng)過調(diào)制的子載波信號(hào)相加而成的，這些隨機(jī)變量如頻域QAM符號(hào)合成的信號(hào)就會(huì)在時(shí)域產(chǎn)生了類似高斯分布的曲線即出現(xiàn)了較大的峰值功率，由此會(huì)帶來較大的峰值平均功率比，簡稱峰均功率比。峰均功率比可以被定義為PAPR=10log10(maxn(|xn|2)E(|xn|2))]]>其中xn表示經(jīng)過快速付里葉逆變換IFFT運(yùn)算之后所得到的輸出信號(hào)。針對(duì)如何降低峰均功率比，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究，也提出了一些方法，例如部分傳送序列(PTSPartial Transmit Sequences)、選擇性映射(SLMSelected Mapping)等。在已提出的降低PAPR方法中，有一類需要傳輸邊帶信息(SI，Side Information，以下簡稱SI信息)，它能使OFDM符號(hào)能夠被恢復(fù)成PAPR降低之前的OFDM符號(hào)。如PTS方法、SLM方法等，都需要傳輸SI信息。其中，SLM方法是PTS方法的一種特殊情況。
PTS方法的基本原理是利用向量來定義數(shù)據(jù)符號(hào)X＝[X1，X2，…，XN]；然后把向量X分成V組，每一組就是PTS的一個(gè)子塊，分別由{Xv，v＝1，2，…，V}來表示。其分割方法可以有多種，如相鄰分割法、交織分割法、隨機(jī)分割法等，假設(shè)每個(gè)分組中所包括的子載波數(shù)量是相同的，然后將這V個(gè)分組按如下方式組合起來X′=Σv=1VbvXv.]]>其中{bv，v＝1，2，…，V}是旋轉(zhuǎn)因子，而且滿足bv＝exp(jv)以及v∈
，bv又被稱為邊帶信息然后對(duì)X′進(jìn)行快速傅立葉反變換IFFT，得到x′＝IFFT{X′}。根據(jù)IFFT的線性，可以利用V個(gè)單獨(dú)的快速傅立葉逆變換IFFT，對(duì)各個(gè)分組進(jìn)行計(jì)算得x′=Σv=1Vbv·IFFT{Xv}=Σv=1Vbv·Xv,]]>其中引入了V個(gè)部分發(fā)送序列PTS，Xv＝IFFT{Xv}。通過使用優(yōu)化算法選擇輔助加權(quán)系數(shù)bv，使得峰值信號(hào)達(dá)到最佳化。PTS的原理框圖如圖1所示。很顯然接收機(jī)必須確切地知道發(fā)送機(jī)所使用的具體旋轉(zhuǎn)因子，該旋轉(zhuǎn)因子通常通過SI信息的形式來通知接收機(jī)?？梢奡I信息必須被小心保護(hù)、仔細(xì)傳輸，以確保PTS-OFDM系統(tǒng)的正常工作。
傳統(tǒng)的PTS邊帶信息傳輸方案主要有兩種1、利用預(yù)留子載波該方案是指在每個(gè)子塊內(nèi)都預(yù)留適當(dāng)數(shù)量的子載波，在進(jìn)行PTS優(yōu)化后將該塊的SI信息插入這些預(yù)留的子載波中進(jìn)行傳輸。
2、利用預(yù)留子塊該方案則是指進(jìn)行PTS優(yōu)化時(shí)在OFDM符號(hào)內(nèi)預(yù)留一個(gè)子塊，將該符號(hào)內(nèi)的其它子塊的SI信息集中放于預(yù)留子塊中進(jìn)行傳輸。
以上兩種方案無論哪種均是在PAPR優(yōu)化后，將SI信息插入優(yōu)化后的OFDM符號(hào)進(jìn)行傳輸，因此至少會(huì)帶來以下幾個(gè)缺點(diǎn)1、除了OFDM符號(hào)本身的數(shù)據(jù)以外還插入了SI信息，會(huì)改變?cè)蠴FDM符號(hào)的結(jié)構(gòu)；2、由于PAPR優(yōu)化后，還須返回頻域?qū)I信息插入，然后重新進(jìn)行IFFT變換，因此會(huì)帶來附加的硬件需求以及延時(shí)；3、均不可避免的引起峰值再生。由于一般的PTS方法優(yōu)化的是不含SI信息的數(shù)據(jù)符號(hào)的PAPR，插入SI信息后不再繼續(xù)優(yōu)化，也即用原來符號(hào)的優(yōu)化系數(shù)應(yīng)用于加入SI信息后的新符號(hào)，所以可能導(dǎo)致峰值再生，也即PAPR的惡化。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明目的在于避免上述已有技術(shù)的不足，通過分析OFDM系統(tǒng)中的本質(zhì)問題，提出了一種OFDM系統(tǒng)中邊帶信息傳輸與幀同步方法及裝置，采用邊帶信息傳輸與幀同步聯(lián)合解決方案，盡可能的減少系統(tǒng)峰值再生。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的邊帶信息傳輸及幀同步方法的依據(jù)借助了信號(hào)的相關(guān)性，將多個(gè)OFDM符號(hào)作為一個(gè)OFDM符號(hào)幀，分別對(duì)一幀中的每一個(gè)OFDM符號(hào)進(jìn)行降低PAPR的PTS處理；然后提取逆PTS過程所需的信息，即PTS每一個(gè)子塊的旋轉(zhuǎn)因子，這些信息也稱為SI信息；最后將一幀OFDM符號(hào)的SI信息作為一個(gè)SI符號(hào)，多次復(fù)制作為幀頭，與其他OFDM符號(hào)組合并發(fā)送。利用相同的連續(xù)的多個(gè)SI符號(hào)之問的相關(guān)性，使用最大似然方法實(shí)現(xiàn)符號(hào)定時(shí)同步技術(shù)進(jìn)行同步。本發(fā)明在系統(tǒng)中采用如下過程進(jìn)行邊帶信息傳輸與幀同步，以解決OFDM系統(tǒng)中峰值再生及幀同步問題發(fā)送端(1)根據(jù)OFDM通信系統(tǒng)的參數(shù)，確定邊帶信息SI符號(hào)的長度；(2)對(duì)一幀中所有的OFDM符號(hào)進(jìn)行部分傳送序列PTS處理，以降低PAPR；(3)將PTS單元的相位優(yōu)化得到的相位旋轉(zhuǎn)信息作為SI信息，把一個(gè)OFDM符號(hào)幀的所有SI信息集合起來，作為一個(gè)獨(dú)立于其它OFDM符號(hào)，即SI符號(hào)進(jìn)行傳輸，以降低峰值再生；(4)將完整的SI符號(hào)復(fù)制多次并插入該幀OFDM符號(hào)之前，然后直接發(fā)射出去；接收端(1)根據(jù)最大似然算法公式d^ML=argmax{|γ(d)|-ρΦ(d)}]]>，計(jì)算出OFDM符號(hào)幀起始采樣點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)幀同步；(2)利用SI符號(hào)攜帶的SI信息將幀同步后的其它OFDM符號(hào)，按照PTS的逆過程恢復(fù)出PTS處理前的OFDM符號(hào)。
基于本發(fā)明方法的裝置的發(fā)送端主要包括PTS單元、SI信號(hào)提取單元、整合器；其中PTS單元，用于處理經(jīng)過QAM或PSK調(diào)制后，lFFT變換之前的數(shù)據(jù)，降低這些數(shù)據(jù)的PAPR；并產(chǎn)生需要傳輸?shù)腟I信息；SI信號(hào)提取單元，用于提取PTS單二元產(chǎn)生的SI信息；組合器，用于將一幀OFDM符號(hào)所要傳輸?shù)腟I信息整合成一個(gè)完整的OFDM符號(hào)，以下稱SI符號(hào)；并復(fù)制多次并插入該幀OFDM符號(hào)之前，然后直接發(fā)射出去。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置的接收端主要包括幀同步單元、SI符號(hào)與OFDM符號(hào)分離單元、信號(hào)恢復(fù)器。其中幀同步單元，用于實(shí)現(xiàn)OFDM符號(hào)幀同步。
SI符號(hào)與OFDM符號(hào)分離單元，用于將接收到的信號(hào)通過兩路傳輸，即一路傳輸SI符號(hào)，另一路傳輸原始的OFDM符號(hào)。
信號(hào)恢復(fù)器，用于接收SI符號(hào)與原始OFDM符號(hào)分離單元的兩路信號(hào)，通過SI符號(hào)上的信息恢復(fù)出原始OFDM符號(hào)。
本發(fā)明的技術(shù)方案不僅可以把SI信息集中到一個(gè)特定的SI符號(hào)中傳輸，而且它的P個(gè)OFDM符號(hào)在進(jìn)行PAPR優(yōu)化后并不會(huì)像傳統(tǒng)方法那樣，由于通過預(yù)留子載波或預(yù)留子塊傳輸SI信息，在經(jīng)過降PAPR處理后的OFDM符號(hào)插入SI信息，改變了降PAPR處理后的OFDM符號(hào)的結(jié)構(gòu)而引起峰值再生。在接收端SI符號(hào)被接收并解調(diào)，這個(gè)SI符號(hào)攜帶的信息就是該OFDM符號(hào)幀P個(gè)OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)的SI信息，這樣其它的m個(gè)數(shù)據(jù)就可以被恢復(fù)成PTS處理之前的OFDM符號(hào)。
本發(fā)明與利用預(yù)留子載波傳輸方案相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、避免峰值再生。在傳統(tǒng)的SI信息傳輸方案中，會(huì)在PAPR優(yōu)化后向預(yù)留的子載波或子塊中插入SI信息，所以會(huì)引起峰值再生。但在改進(jìn)的方案中，由于SI信息被集中到特定的SI符號(hào)中統(tǒng)一傳輸，那么SI信息的傳輸并不會(huì)影響這些PAPR優(yōu)化后的數(shù)據(jù)符號(hào)，所以不會(huì)引起峰值再生。
2、不影響符號(hào)結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)的SI信息傳輸方案中，對(duì)接收機(jī)而言，接收到的每一個(gè)OFDM符號(hào)，都是數(shù)據(jù)和SI信息的混合體，這樣勢(shì)必影響了原始的符號(hào)結(jié)構(gòu)，并且增加了接收機(jī)的復(fù)雜度。而新方案的SI信息和數(shù)據(jù)符號(hào)分別傳輸，所以不會(huì)影響符號(hào)結(jié)構(gòu)。
3、便于SI信息的集中管理。由于SI信息對(duì)接收機(jī)正確解調(diào)OFDM符號(hào)至關(guān)重要，所以往往需要特別的編碼保護(hù)。這樣傳統(tǒng)的SI信息傳輸方案中數(shù)據(jù)和SI信息的混合傳輸，必然增加發(fā)送機(jī)的編碼復(fù)雜度，也即需要對(duì)數(shù)據(jù)和SI信息部分分別處理。而改進(jìn)的方法中SI信息集中于SI符號(hào)統(tǒng)一傳輸，這樣也便于統(tǒng)一的編碼和管理。
4、實(shí)現(xiàn)了OFDM系統(tǒng)的幀同步。本發(fā)明提出的幀同步和降低PAPR的綜合方案，不僅降低峰值再生，而且可以實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)的幀同步。由此提高可通信系統(tǒng)的性能，降低系統(tǒng)成本。


圖1是現(xiàn)有PTS方法原理2是本發(fā)明提出的邊帶信息傳輸與幀同步方法的SI符號(hào)的構(gòu)成3是本發(fā)明提出的邊帶信息傳輸與幀同步方法的幀結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明提出的邊帶信息傳輸與幀同步方法實(shí)現(xiàn)流程5是本發(fā)明提出的邊帶信息傳輸與幀同步裝置結(jié)構(gòu)框6是本發(fā)明提出的邊帶信息傳輸與幀同步方法與傳統(tǒng)邊帶信息傳輸方法的CCDF-PAPR對(duì)比7是本發(fā)明提出的邊帶信息傳輸與幀同步方法的幀同步效果圖具體實(shí)施方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D4，用于在OFDM系統(tǒng)中的本發(fā)明邊帶信息傳輸與幀同步方法，按如下過程進(jìn)行第一步，根據(jù)OFDM通信系統(tǒng)的參數(shù)，確定SI符號(hào)的長度。與SI長度有關(guān)的參數(shù)為PTS子塊數(shù)V，旋轉(zhuǎn)因子的總個(gè)數(shù)Q，調(diào)制方式對(duì)應(yīng)星座點(diǎn)個(gè)數(shù)M來設(shè)定一個(gè)OFDM符號(hào)幀包含的OFDM符號(hào)個(gè)數(shù)P。假設(shè)Si為任意OFDM符號(hào)SI信息所占符號(hào)位，SI符號(hào)的長度(對(duì)應(yīng)為星座圖上的點(diǎn)的個(gè)數(shù))為S，則它們之間的關(guān)系如下S=Σi=1PSi]]> 其中， 表示上取整。假設(shè)參數(shù)V＝8，Q＝2，P＝16，M＝4。則需要傳輸?shù)腟I符號(hào)的長度為64個(gè)符號(hào)位(一個(gè)符號(hào)位即星座圖上一個(gè)點(diǎn))或128比特。無論SI符號(hào)長度是否與OFDM符號(hào)長度相同，本發(fā)明都將把它看作一個(gè)獨(dú)立信號(hào)處理。這是因?yàn)閰?shù)V，Q，M，P是由整個(gè)PTS-OFDM通信系統(tǒng)決定，并且在PTS-OFDM通信系統(tǒng)完成之后不會(huì)改變，SI符號(hào)的長度也不會(huì)改變，即SI符號(hào)的長度不影響幀同步的設(shè)計(jì)。但是需要注意的是SI符號(hào)的長度如果超過OFDM符號(hào)長度，將會(huì)為SI符號(hào)的傳輸帶來困難。當(dāng)SI符號(hào)的長度小于OFDM符號(hào)的長度時(shí)可在SI符號(hào)后插入隨機(jī)序列進(jìn)行補(bǔ)充或使用其它手段使SI符號(hào)長度與OFDM符號(hào)長度相同。
在本發(fā)明的邊帶信息傳輸與幀同步中，如果OFDM符號(hào)的旋轉(zhuǎn)因子越多，PTS分割的子塊數(shù)越多，OFDM符號(hào)可能的旋轉(zhuǎn)因子組合就越多，表示SI信息所需的符號(hào)位也就越多，即SI符號(hào)所含符號(hào)位就越多。由于SI符號(hào)包含的符號(hào)位多，利用最大似然方法進(jìn)行幀同步由于偶然因素得到高相關(guān)系數(shù)的概率就大大減少，幀同步效果會(huì)更好。然而另一方面，因?yàn)樾枰幚淼倪厧盘?hào)太多，系統(tǒng)的時(shí)延自然就升高了。
第二步，在發(fā)送端中，對(duì)所有輸入的OFDM符號(hào)進(jìn)行與傳統(tǒng)PTS-OFDM通信系統(tǒng)相同的PTS處理，以降低系統(tǒng)的PAPR。這里假設(shè)任意一個(gè)OFDM符號(hào)在進(jìn)行PTS處理時(shí)均被分割成v塊，則一幀中任意一個(gè)OFDM符號(hào)均可表示為Xn＝[Xn，1，xn，2，…，xn，V]。
第三步，參照?qǐng)D1，利用SI信號(hào)提取單元從相位優(yōu)化器中提取對(duì)一幀中所有OFDM符號(hào)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)的相位旋轉(zhuǎn)信息一個(gè)OFDM符號(hào)的SI信息，從第1塊到第V塊可以表示為b1，b2，…，bV。而一幀中包含多個(gè)OFDM符號(hào)，為了方便描述，將第n個(gè)OFDM符號(hào)的SI信息，從第1塊到第V塊分別表示為bn，1，bn，2，…，bn，V。
第四步，參照?qǐng)D2，將一幀信號(hào)中所有的OFDM符號(hào)的SI信息集中到一個(gè)特定的OFDM符號(hào)，即SI符號(hào)統(tǒng)一傳輸。具體地說，就是將一個(gè)OFDM符號(hào)分別為X1，X2，…，Xm；每一個(gè)OFDM符號(hào)在進(jìn)行PTS時(shí)均被分割成v塊，則一幀中任意一個(gè)OFDM符號(hào)均可表示為Xn＝[xn，1，xn，2，…，xn，V]；并且第n個(gè)OFDM符號(hào)的SI信息，從第一塊到第V塊分別為bn，1，bn，2，…，bn，V的OFDM符號(hào)幀所有SI信息集中到SI符號(hào)傳輸。該幀SI符號(hào)SI＝[B1，B2，…，Bm]，其中Bn＝[bn、1，bn，2，…，bn，V]。
由于本發(fā)明的技術(shù)方案把SI信息集中到一個(gè)特定的SI符號(hào)中傳輸，它的P個(gè)OFDM符號(hào)在進(jìn)行PAPR優(yōu)化后不會(huì)像傳統(tǒng)方法那樣在經(jīng)過降PAPR處理后的OFDM符號(hào)內(nèi)通過預(yù)留子載波或預(yù)留子塊插入SI信息，改變了降PAPR處理后的OFDM符號(hào)的結(jié)構(gòu)而引起峰值再生。
第五步，參照?qǐng)D3，處理完一幀OFDM符號(hào)后，將完整的SI符號(hào)復(fù)制多次并插入該幀OFDM符號(hào)之前，然后直接發(fā)射出去。以SI符號(hào)復(fù)制1次為例，發(fā)射出去的OFDM符號(hào)幀Z＝[SI，SI，X1，X2，…，Xm]。
第六步，接收端利用相同的連續(xù)的多個(gè)SI符號(hào)之間的相關(guān)性，使用最大似然方法實(shí)現(xiàn)符號(hào)定時(shí)同步。也就是通過如下公式進(jìn)行同步d^ML=argmax{|γ(d)|-ρΦ(d)}]]>計(jì)算結(jié)果 就是使相關(guān)系數(shù)最大的采樣點(diǎn)，即OFDM符號(hào)幀起始的采樣點(diǎn)位置。
其中ρ=|E{x(k)x*(k+S)}E{|x(k)|2}E{|x(k+S)|2}|=|σs2σs2+σn2|=SNRSNR+1,]]>表示x(k)與x(k+L)之間相關(guān)系數(shù)的幅度。
而γ(m)=Σk=mm+S-1x(k)x*(k+S);Φ(m)=12Σk=mm+S-1|x(k)|2+|x(k+S)|2.]]>其中，m表示任意采樣點(diǎn)；S表示SI符號(hào)的長度(以采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)衡量)。
上述幀同步步驟將攜帶SI信息的SI符號(hào)復(fù)制多次并作為幀頭傳輸，從而可以保證該重要符號(hào)的準(zhǔn)確傳輸，同時(shí)可以利用重復(fù)傳輸?shù)腛FMD符號(hào)之間的相關(guān)性，通過極大似然算法，到達(dá)獲取OFDM系統(tǒng)的幀同步的目的。
第七步，進(jìn)行同步之后提取一個(gè)完整的SI信息。SI信息以及剩余的信號(hào)將送到信號(hào)恢復(fù)器，恢復(fù)出經(jīng)過PTS之前的符號(hào)形式。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置包括發(fā)送端和接收端。其中發(fā)送部分主要包括PTS單元、SI信號(hào)提取單元、組合器；接收部分包括同步單元、SI符號(hào)與OFDM符號(hào)分離單元、信號(hào)恢復(fù)器。整個(gè)OFDM通信系統(tǒng)的工作過程如下一、OFDM通信系統(tǒng)的發(fā)送端發(fā)送時(shí)，信源1產(chǎn)生的攜帶信息的數(shù)據(jù)符號(hào)流2送到調(diào)制器3，進(jìn)行m-QAM或者BPSK或者QPSK調(diào)制。二進(jìn)制數(shù)據(jù)流經(jīng)過調(diào)制后，也就是將各個(gè)并行信道上二進(jìn)制數(shù)據(jù)映射為信號(hào)星座圖上的點(diǎn)，即形成復(fù)數(shù)形式的數(shù)據(jù)序列。該數(shù)據(jù)經(jīng)過串并變換4后成多路的數(shù)據(jù)5送到OFDM的發(fā)送端。由PTS處理器6對(duì)該并行復(fù)數(shù)序列進(jìn)行第二次調(diào)制，即將每一組并行復(fù)數(shù)序列分組，每一組旋轉(zhuǎn)不同的相位，打破這一組并行復(fù)數(shù)序列在相位上的一致性，從而降低發(fā)射端的PAPR。為了恢復(fù)經(jīng)過PTS處理的信號(hào)，SI信號(hào)提取單元7把PTS對(duì)每塊信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)信息8提取出來，通過組合器10將一幀OFDM符號(hào)所要傳輸?shù)腟I信息整合成一個(gè)完整的OFDM符號(hào)，以下稱SI符號(hào)。為了不改變經(jīng)過PTS處理的符號(hào)的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明將所有SI信息集中起來，整合成一個(gè)獨(dú)立的SI符號(hào)。為了保持幀同步，把此獨(dú)立的SI符號(hào)復(fù)制多次，作為該幀幀頭傳輸，或者作為下一幀幀頭傳輸。圖3是以SI符號(hào)被復(fù)制1次作為幀頭的幀結(jié)構(gòu)示意圖。多個(gè)相同的SI符號(hào)后加上經(jīng)過PTS的OFDM符號(hào)輸入組合器10組合后，該復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)通過并串變換11，將各通道的數(shù)據(jù)流合并為串行數(shù)據(jù)流12，即OFDM符號(hào)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換13，低通濾波器15濾波后，被發(fā)射到信道17中。
二、OFDM通信系統(tǒng)的接收端接收時(shí)，通過信道17的信號(hào)18需要經(jīng)過低通濾波器19得到模擬信號(hào)，這個(gè)濾波器也被稱為匹配濾波器。該模擬信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器20后變成數(shù)字信號(hào)21。該數(shù)字信號(hào)通過幀同步器22進(jìn)行幀同步，幀同步后信號(hào)23進(jìn)入SI符號(hào)與OFDM符號(hào)分離單元24，分成兩路數(shù)字信號(hào)輸出，分別是SI符號(hào)25和OFDM符號(hào)26。兩路信號(hào)同時(shí)送入信號(hào)恢復(fù)器27作PTS逆變換，將利用SI符號(hào)攜帶的信息恢復(fù)出原始的OFDM符號(hào)?；謴?fù)的原始OFDM符號(hào)通過傳輸線28直接進(jìn)入串并變換器29；然后由快速傅立葉變換FFT數(shù)字信號(hào)處理器30對(duì)該數(shù)據(jù)流進(jìn)行解調(diào)后得到信號(hào)31，該信號(hào)再經(jīng)過并串變換32和解調(diào)器33后恢復(fù)出與原始信息2基本相同的接收信息34，以滿足信宿35的要求。
本發(fā)明的效果可以通過圖6、圖7進(jìn)一步說明。
為了說明本發(fā)明可以盡量避免峰值再生這一優(yōu)點(diǎn)，也為了研究采用邊帶信息傳輸與幀同步方法之后的系統(tǒng)性能。為此我們?cè)?-QAM調(diào)制條件下仿真了本發(fā)明提出的邊帶信息傳輸與幀同步方法與傳統(tǒng)邊帶信息傳輸方法的CCDF-PAPR；以及最大似然函數(shù)的輸出。
一.用本發(fā)明的邊帶信息傳輸仿真表1邊帶信息傳輸與幀同步方法PAPR性能仿真條件

在表1中，按每32個(gè)OFDM符號(hào)作為一個(gè)幀進(jìn)行傳輸，并且將這32個(gè)OFDM符號(hào)經(jīng)過PTS處理產(chǎn)生的SI信息集中起來作為SI符號(hào)傳輸。每個(gè)OFDM符號(hào)被分成8個(gè)子塊，并且相位旋轉(zhuǎn)空間為{-1，1}，那么表示相位旋轉(zhuǎn)需要2bit，16個(gè)OFDM符號(hào)共需128個(gè)符號(hào)位或256bits來表示這32個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的SI信息。
圖6給出了在表1所列的仿真條件下的PAPR的互補(bǔ)累積分布函數(shù)曲線圖。圖6是用PAPR的互補(bǔ)累積分布函數(shù)CCDF來衡量OFDM系統(tǒng)的PAPR分布。即計(jì)算出PAPR超過某一門限值PAPR0的概率，得到的互補(bǔ)累積分布函數(shù)CCDF。用數(shù)學(xué)式子可表示為Prob{PAPR＞PAPR0}。從圖6中可以看到利用傳統(tǒng)邊帶信息傳輸方案進(jìn)行邊帶信息傳輸后PAPR與理論上PTS處理得出的PAPR相比PAPR有很大的偏差，這就是所謂的峰值再生。這是由于傳統(tǒng)的PTS方法優(yōu)化的是不含SI信息的OFDM符號(hào)的PAPR，插入SI信息后不再繼續(xù)優(yōu)化。然而，插入SI信息后破壞了PTS處理后的OFDM符號(hào)的PAPR最優(yōu)的符號(hào)結(jié)構(gòu)，必然引起峰值再生。從圖6中可以清楚地看到利用本發(fā)明提出的邊帶信息傳輸與幀同步方法進(jìn)行邊帶信息傳輸比利用傳統(tǒng)邊帶信息傳輸方案進(jìn)行邊帶信息傳輸能更少的引起峰值再生，其仿真得出的CCDF-PAPR曲線與理論上PTS處理得出的CCDF-PAPR曲線基本重合。從圖6中可進(jìn)一步清楚地看到當(dāng)CCDF為10-3時(shí)，采用邊帶信息傳輸與幀同步方法后的PAPR為8.25dB，傳統(tǒng)邊帶信息傳輸后的PAPR為9.82dB前者的PAPR要比后者低1.57dB。
二.幀同步仿真表2幀同步效果仿真條件

圖7給出了一個(gè)OFDM幀在表2所列的仿真條件下的最大似然函數(shù)的輸出。圖7是用最大似然函數(shù)的輸出來衡量幀同步的有效性。從圖7中可以很明顯地看到在整個(gè)仿真的采樣范圍內(nèi)，利用最大似然方法計(jì)算出的連續(xù)128個(gè)采樣點(diǎn)相隔128個(gè)采樣點(diǎn)的相關(guān)曲線圖中，只有在一個(gè)采樣點(diǎn)的位置上計(jì)算出最大相關(guān)系數(shù)。從圖7還可以進(jìn)一步清楚地看到這個(gè)采樣點(diǎn)就是第151個(gè)采樣點(diǎn)。也就是仿真試驗(yàn)中一個(gè)OFDM符號(hào)幀開始的第一個(gè)采樣點(diǎn)的位置。
由于本發(fā)明在不脫離其基本精神和本質(zhì)特征的情況下可以多種形式實(shí)施，因此應(yīng)該理解到，如上所述的實(shí)施例不被前面描述的任何細(xì)節(jié)所限制，除非另作特別說明，在所附的權(quán)利要求書定義的發(fā)明精神和范圍之內(nèi)，應(yīng)該被廣義地解釋，因此所有的更改和修訂都應(yīng)落在本權(quán)利要求書所定的范圍內(nèi)，或者等同于本范圍的描述也應(yīng)被在本發(fā)明附加的權(quán)利要求書所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種OFDM通信系統(tǒng)中邊帶信息傳輸與幀同步方法，采用如下過程進(jìn)行邊帶信息傳輸與幀同步，以解決OFDM系統(tǒng)中峰值再生及幀同步問題發(fā)送端(1)根據(jù)OFDM通信系統(tǒng)的參數(shù)，確定邊帶信息SI符號(hào)的長度；(2)對(duì)一幀中所有的OFDM符號(hào)進(jìn)行部分傳送序列PTS處理，以降低峰值平均功率比PAPR；(3)將PTS單元的相位優(yōu)化得到的相位旋轉(zhuǎn)信息作為SI信息，把一個(gè)OFDM符號(hào)幀的所有SI信息集合起來，作為一個(gè)獨(dú)立于其它OFDM符號(hào)，即SI符號(hào)進(jìn)行傳輸；(4)將完整的SI符號(hào)復(fù)制多次并插入該幀OFDM符號(hào)之前，然后直接發(fā)射出去；接收端(1)根據(jù)公式d^ML=argmax{|γ(d)|-ρΦ(d)},]]>計(jì)算出OFDM符號(hào)幀起始采樣點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)幀同步；(2)利用SI符號(hào)攜帶的SI信息將幀同步后的其它OFDM符號(hào)，按照PTS的逆過程恢復(fù)出PTS處理前的OFDM符號(hào)。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法裝置，包括發(fā)送端和接收端，其特征在于該發(fā)送端主要包括PTS單元、SI信號(hào)提取單元、組合器；該接收端主要包括幀同步單元、SI符號(hào)與OFDM符號(hào)分離單元、信號(hào)恢復(fù)器，其中PTS單元，用于處理在進(jìn)行逆付里葉變換IFFT之前，經(jīng)過QAM或PSK調(diào)制后的數(shù)據(jù)，降低這些數(shù)據(jù)的PAPR；并產(chǎn)生需要傳輸?shù)腟I信息；SI信號(hào)提取單元，用于提取PTS單元產(chǎn)生的SI信息；組合器，用于將一幀OFDM符號(hào)所要傳輸?shù)腟I信息整合成一個(gè)完整的OFDM符號(hào)，即SI符號(hào)；將此SI符號(hào)復(fù)制多次并插入該幀OFDM符號(hào)之前，然后直接發(fā)射出去；幀同步單元，用于OFDM符號(hào)幀同步；SI符號(hào)與OFDM符號(hào)分離單元，用于將接收到信號(hào)通過兩路傳輸，即一路傳輸SI符號(hào)，另一路傳輸原始的OFDM符號(hào)；信號(hào)恢復(fù)器，用于接收SI符號(hào)與原始OFDM符號(hào)分離單元的兩路信號(hào)，通過SI符號(hào)上的信息恢復(fù)出原始OFDM符號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM通信系統(tǒng)中邊帶信息傳輸與幀同步方法，其特征在于所述SI符號(hào)的長度由以下幾個(gè)參數(shù)決定PTS子塊數(shù)V，旋轉(zhuǎn)因子的總個(gè)數(shù)Q，調(diào)制方式對(duì)應(yīng)星座點(diǎn)個(gè)數(shù)M以及一個(gè)OFDM符號(hào)幀所包含的OFDM符號(hào)個(gè)數(shù)P，Si為任意OFDM符號(hào)SI信息所占符號(hào)位，SI符號(hào)的長度為S，則它們之間的關(guān)系如下S=Σi=1PSi]]>其中，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM通信系統(tǒng)中邊帶信息傳輸與幀同步方法，其特征在于所述幀同步的實(shí)現(xiàn)是通過將攜帶SI信息的SI符號(hào)復(fù)制多次并作為幀頭傳輸，從而保證SI符號(hào)的準(zhǔn)確傳輸，同時(shí)利用重復(fù)傳輸?shù)腟I符號(hào)之間的相關(guān)性，通過最大似然算法，獲取OFDM系統(tǒng)的幀同步。
全文摘要
本發(fā)明公開一種OFDM通信系統(tǒng)中邊帶信息傳輸與幀同步方法及裝置，用于解決OFDM系統(tǒng)峰值再生及幀同步問題。其主要步驟為確定邊帶信息SI符號(hào)的長度；對(duì)一幀中所有OFDM符號(hào)作降低峰值的PTS處理；將PTS相位優(yōu)化后的相位旋轉(zhuǎn)信息作為SI信息，把一個(gè)OFDM符號(hào)幀的所有SI信息集合，作為一個(gè)獨(dú)立于其它OFDM的SI符號(hào)；將完整的SI符號(hào)復(fù)制多次并插入該幀OFDM符號(hào)之前發(fā)送；用最大似然算法算出OFDM符號(hào)幀起始采樣點(diǎn)位置；利用SI符號(hào)攜帶的SI信息將幀同步后的其它OFDM符號(hào)，恢復(fù)成PTS處理前的OFDM符號(hào)。實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置發(fā)送端主要包括PTS單元、SI信號(hào)提取單元、組合器；接收端主要包括幀同步單元、SI符號(hào)與OFDM符號(hào)分離單元、信號(hào)恢復(fù)器。本發(fā)明可有效解決峰值再生及實(shí)現(xiàn)幀同步。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1812390SQ20051012456
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者楊剛, 黃思寧, 姜勇, 李玉山 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)