基於ofdm的信號收發方法及設備的製作方法

2023-05-22 08:19:16

專利名稱：基於ofdm的信號收發方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信領域，特別涉及基於OFDM的信號傳輸技術。
技術背景近些年來,以正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 簡稱"OFDM")為代表的多載波傳輸技術受到了人們的廣泛關注。多載波 傳輸技術把數據流分解為若干個獨立的子數據流，在總的數據傳輸速率不變 的情況下，每個子數據流將具有低得多的比特速率。用這樣低比特率形成的 低速率多狀態符號去調製相應的子載波，就構成了多個低速率符號並行發送 的傳輸系統。OFDM作為一種多載波數字調製技術，將待傳輸數據作為頻域信息，對 數據經編碼後將其調製為時域信號在頻域傳輸。在接收端則進行逆過程解調， 得到傳輸的數據。OFDM系統的調製和解調可以分別由逆離散傅立葉變換 (Inverse Discrete Fourier Transform,簡稱"IDFT")和離散傅立葉變換 (Discrete Fourier Transform,簡稱"DFT，，)來代替。在發送端，可以通過 N點IDFT運算，把頻域數據符號變換為時域數據符號，經過載波調製之後， 發送到信道中。在接收端，將接收信號進行相干解調，然後將基帶信號進行 N點DFT運算，即可獲得發送的數據符號。在實際應用中，IDFT/DFT採用 逆快速傅立葉變換(Inverse Fast Fourier Transform,簡稱"IFFT")和快速 傅立葉變換(Fast Fourier Transform,簡稱"FFT")來實現。FFT技術的採 用使得OFDMA系統的複雜度大大降低，再加上高性能信息處理器件，比如 可編程邏輯器件(Programmable Logic Device,簡稱"PLD")、數位訊號處
理器(Digital Signal Processor,簡稱"DSP")、微處理器(Microprocessor, 簡稱"nP")等的發展和應用，使得OFDM系統的實現更加容易，成為應 用最廣的一種多栽波傳輸方案。在有些採用OFDM技術的場景中，需要將正交碼序列作為信息比特調製 在OFDM符號上傳輸。第三代合作夥伴項目2 (3rd Generation Partnership Project 2,簡稱"3GPP2")空中接口演進項目(Air Interface Evolution,簡 稱"AIE")的前向物理信道中的超幀的前導即需要根據正交碼序列進行調 制後在OFDM符號上傳輸。正交碼序列包括Walsh碼序列，DFT碼序列等 等。具體地說，3GPP2 AIE的前向物理信道由超幀構成，每個超幀有一個 preamble (前導)，用於進行前向同步捕獲，識別小區，廣播系統參數等。 Preamble由8個OFDM符號組成，其中後3個OFDM符號分別稱為TDMl， TDM2, TDM3。其中TDMl用於傳輸同步捕獲序列。而TDM2, TDM3傳輸 Walsh碼序列，用來識別不同的小區，傳輸一些系統比特等。不同小區可以 通過選擇不同的Walsh碼來標識區分小區號等信息。對於5MHz的OFDM系統，OFDM調製時採用的IFFT的點l史為512點， 而TDM2需要傳輸的Walsh碼序列的長度為512。在現有技術中，先將長度 為512的Walsh碼序列作512點的DFT變換為頻域信號，然後通過子載波映 射到調製到OFDM符號的子載波上，如圖1所示。對於一定帶寬的OFDM 系統，頻帶的兩邊通常需要保留一定數量的保護子載波，以防止發送信號的 頻譜外洩，幹擾其他頻帶。設保護子載波個數為Ng,則，有用子栽波為512-Ng。 也就是說，做完512點的DFT的Walsh碼序列頻譜信號在映射時只能映射到 512-Ng個有效子栽波上，需要在頻語兩端分別截短Ng/2個點，才能夠映射 到OFDM符號上。Walsh碼序列的頻域信號映射到OFDM符號的子載波上之 後，經過OFDM調製(IFFT變換)，通過天線發送出去。 接收端對接收到的時域信號進行相關4企測，判斷所發送的Walsh碼的序 號，以識別不同的小區。在實際應用中，現有技術存在以下問題在接收端，映射在OFDM子載 波上的Walsh碼的誤檢率較高。造成這種情況的主要原因在於，由於保護子載波的影響，完成DFT變換 後的Walsh碼序列的頻域信號在進行子栽波映射時會有一部分頻譜被截掉， 影響了 Walsh碼的頻域完整性，且這部分頻i普往往可能攜帶Walsh碼檢測所 需的最主要的特性，缺少這部分頻譜使得接收端檢測的性能大大降低，誤檢 率較高。發明內容本發明各實施方式要解決的主要技術問題是提供一種基於OFDM的信 號收發方法及設備，使得信號碼序列的頻域信號無法被完整地發送時，提高 信號碼檢測的性能。為解決上述技術問題，本發明的實施方式提供了一種基於OFDM的信號 發送方法，包含以下步驟對待發送的信號碼序列進行交織或加擾後進行離散傅立葉變換DFT變 換，將該DFT變換的部分結果映射到OFDM符號的子載波上，經OFDM調 制後發送。本發明的實施方式還提供了一種基於OFDM的信號接收方法，包含以下 步驟對接收到的信號進行解交織或解擾，再通過相關檢測判定發送端所發信 號碼的序號。本發 明的實施方式還提供了一種基於OFDM的信號發送設備，包含 對待發送的信號碼序列進行交織或加擾的單元；對經交織或加護L的序列進4於DFT變換的單元；將DFT變換的部分結果映射到OFDM符號的子栽波的單元；對OFDM符號的子載波進行OFDM調製後發送的單元。本發明的實施方式還提供了 一種基於OFDM的信號接收設備，包含接收OFDM信號的單元；對接收到的信號進行解交織或解擾的單元；對經解交織或解擾的信號進行相關檢測並判定相應信號碼的序號的單元。本發明各實施方式與現有技術相比，主要區別及其效果在於如果無法在OFDM符號的子載波將DFT產生的所有頻域信號發送出去， 則在DFT之前先對待發送的信號碼進行交織或加擾。通過交織或加擾，可以 使信號碼的頻語更為"平坦，，，在失去部分頻域信號時產生的失真較小，從 而可以被較為準確地識別出來。正交碼通常是有一定規律的，例如Walsh是對稱或反對稱的，所以正交 碼經DFT變換之後產生的頻域信號比較規則， 一些重要特徵可能只出現在少 數幾個頻域信號上，如果這些頻域信號沒有能發送出去，則會失去這些重要 特徵，從而無法被接收端正確識別。對待發送的正交碼進行交織或加擾之後 再進DFT，整個頻域信號顯得"平坦"了，或者說重要特徵被散布到整個頻 傳，此時即使失去部分頻域信號，也只相當於引入了一些噪聲，不會導致接 收端完全無法識別。只有部分頻域信號被OFDM符號的子載波發送的情況是較常見的，例如 有保護帶時，保護帶所在的子載波會被置零，相應位置的頻域信號就沒有了， 又如需要打孔時，被打孔的位置上的頻域信號也會丟失。通過在DFT之前先
對待發送的正交碼進行交織或加擾，可以在需要設保護帶或打孔時有效地提 高接收端的正交碼檢測性能。


圖1是現有技術中發送端的操作示意圖；圖2是根據本發明第一實施方式的基於OFDM的信號發送方法流程圖；圖3是根據本發明第一實施方式的基於OFDM的信號發送方法中的發送 端的搡作示意圖；圖4是根據本發明第二實施方式的基於OFDM的信號發送方法中的發送 端的操作示意圖；圖5是根據本發明第一第二實施方式的發送方法獲得的仿真性能曲線；圖6是根據本發明第四實施方式的基於OFDM的信號發送設備中包含交 織單元和保護帶設置模塊的設備結構圖；圖7是根據本發明第四實施方式的基於OFDM的信號發送設備中包含交 織單元和打孔模塊的設備結構圖；圖8是根據本發明第四實施方式的基於OFDM的信號發送設備中包含加 擾單元和保護帶設置模塊的設備結構圖；圖9是根據本發明第四實施方式的基於OFDM的信號發送設備中包含加 擾單元和打孔模塊的設備結構圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發 明作進一步地詳細描述。
在本發明各實施方式中，首先對待發送的信號碼序列進4亍交織或加擾，之後再進行DFT變換，將DFT變換得到的結果映射到OFDM符號的子載波 上，經OFDM調製後發送。本發明對頻譜"起伏"較劇烈的情況信號碼序列效果較好，例如正交碼 序列，當然也可以是其它的信號碼序列，如GCL序列等。以下的實施方式以 正交碼序列為例進行說明，不過本發明並不限於正交碼序列。由於正交碼在DFT變換前先通過交織或加擾操作，使得正交碼經DFT 變換之後產生的頻域信號不會過於規則， 一些重要特徵被散布到整個頻譜， 不會集中在少數幾個頻域信號上，從而即使無法通過OFDM符號的子載波將 DFT產生的所有頻域信號發送出去，也不會因為缺少少數幾個頻域信號而失 去這些重要特徵，使得接收端無法正確識別。本發明第一實施方式涉及一種基於OFDM的信號發送接收方法，在發送 端如圖2所示，在步驟210中，首先對待發送的正交碼序列進行交織。該待 發送的正交碼序列可以是Walsh碼序列，通常用於傳輸小區系統信息或控制 信道中的控制信息，如AIE系統前向物理信道的前導中的TDM2和TDM3， 也可以是其它正交碼序列或其它頻譜"起伏"較劇烈的信號碼序列。接著進入步驟220，對交織後的Walsh碼序列進行DFT變換。由於正交 碼通常是有一定M^律的，例如Walsh是對稱或反對稱的，所以正交碼經DFT 變換之後產生的頻域信號比較規則， 一些重要特徵可能只出現在少數幾個頻 域信號上，如果這些頻域信號沒有能發送出去，則會失去這些重要特徵，從 而無法被接收端正確識別。通過在DFT變換前首先對Walsh碼序列進行交織， 使得該Walsh碼序列重要特徵被散布到整個頻語，此時即使失去部分頻域信 號，也只相當於引入了一些噪聲，不會導致接收端完全無法識別。接著進入步驟230，將DFT變換的全部結果映射到OFDM符號的子載 波上。 4妻著進入步驟240， ^誇用作i呆護帶的子載波上映射的DFT變4吳的結果i殳 置為零。接著進入步驟250，對映射後的OFDM符號進行OFDM調製後，通過天 線向接收端發送。舉例而言，如在5MHz帶寬的OFDM系統(512點的IFFT )的前向信道 的前導中，TDM2或TDM3需要發送512比特的Walsh碼序列，如圖3所示， 長度為512的Walsh碼序列經過交織器交織後，再經過512點的DFT變換， 成為頻域信號，通過子載波映射到OFDM符號上，其中保護子載波對應的子 載波置零。經過OFDM調製後，通過天線發送出去。在接收端，首先對接收到的信號進行解交織，再通過相關檢測判定發送 端所發Walsh碼的序號。本發明第二實施方式與第一實施方式大致相同，其區別僅在於，在第一 實施方式中，在進行DFT變換前，首先對待發送的正交碼序列進行交織；而 在本實施方式中，在進行DFT變換前，首先對待發送的正交碼序列進行加擾。 通過加擾，同樣可以使得正交碼的一些重要特徵被散布到整個頻語，不會集 中在少數幾個頻域信號上，從而即使無法通過OFDM符號的子載波將DFT 產生的所有頻域信號發送出去，也不會因為缺少少數幾個頻域信號而失去這 些重要特徵，使得接收端無法正確識別該正交碼序列。具體例子如圖4所示，長度為512的Walsh碼序列首先經過擾碼器加擾， 之後再經過512點的DFT變換，成為頻域信號，並通過子載波映射到調製到 OFDM符號上，其中保護子載波對應的子載波置零。經過OFDM調製後，通 過天線向接收端發送。在接收端，首先對接收到的信號進行解擾，再通過相關檢測判定發送端 所發Walsh碼的序號。圖5示出的是第一實施方式和第二實施方式中兩種改進後的發送方法獲
-彈的仿真性能曲線。其中標有圓形的曲線為現有4支術的性能曲線，在-10dB的地方出現地板效應(Floor),誤包率為5x l(T2。標有菱形的曲線為加交織 的曲線，在-8dB的地方出現地板效應，誤包率為2xi0—3。標有三角的曲線 為加擾碼的曲線。可見，採用本發明中基於OFDM的信號發送方法，使得接 收端的檢測成功率大大增加。本發明第三實施方式與第一第二實施方式大致相同，其區別僅在於，在 第一第二實施方式中，由於存在OFDM保護帶而使得發送端無法將DFT變 換的全部結果映射到OFDM符號的子載波上；而在本實施方式中，需要對 DFT變換結果進行打孔，去除打孔位置的DFT變換結果。與設置OFDM保護帶相同，打孔同樣會影響待發送的Walsh碼的頻域完 整性，為了避免接收端完全無法識別該Walsh碼序列，同樣需要在進行DFT 變換之前，先對待發送的Walsh碼序列進行交織或加擾，使得正交碼的一些 重要特徵被散布到整個頻譜。接著再對交織或加擾後的Walsh碼序列進行 DFT變換，對DFT變換結果進行打孔，將打孔後剩餘的DFT變換結果映射 到OFDM符號的有效子載波上，經過OFDM調製後向接收端發送。例如， DFT變換後有512個變換結果，對其中的32個指定位置進行打孔(如編號 為16n的位置，n為0至31的整數)，剩餘512-32 = 480個變換結果。再將 這480個變換結果分別映射到OFDM符號的480個有效子載波上(原本 OFDM符號有512個子載波，去掉兩邊保護子載波和零頻後還有480個有效 子載波)，經過OFDM調製後向接收端發送。通過對待發送的正交碼序列進 行交織或加擾，Walsh碼序列最重要的特徵不會集中在少數幾個頻域信號上， 接收端雖然無法收到完整的Walsh碼序列，但由於其最重要的特徵並沒有完 全失去，只相當於在接收到的信號中引入了一些噪聲，不會導致接收端完全 無法識別該Walsh碼序列，提高了接收端的檢測效率。本發明第四實施方式涉及一種基於OFDM的信號發送設備，包含交織
單元，用於對待發送的正交碼序列進行交織，如圖6或圖7所示，或加擾單 元，用於對待發送的正交碼序列進行加擾，如圖8或圖9所示；還包含DFT 變換單元，用於對經交織或加擾的序列進行DFT變換；子載波映射單元，用 於將DFT變換的部分結果映射到OFDM符號的子載波；OFDM調製單元， 對OFDM符號的子載波進行OFDM調製後向接收端發送。其中的待發送的 正交碼序列可以是Walsh碼序列，通常用於傳輸小區系統信息或控制信道中 的控制信息，如AIE系統前向物理信道的前導中的TDM2和TDM3，也可以 是其它正交碼序列或其它頻譜"起伏"較劇烈的信號碼序列。另外，子載波映射單元還進一步包含第一映射模塊，將DFT變換的全 部結果映射到OFDM符號的子載波上；還包含保護帶設置模塊，用於將用作 保護帶的子載波上的DFT變換的結果設置為零；如圖6或圖8所示。或者，該子載波映射單元進一步包含打孔模塊，用於對DFT變換結果 進行打孔，去除打孔位置的DFT變換結果；第二映射模塊，用於將打孔後剩 餘的DFT變換結果映射到OFDM符號的有效子載波上；如圖7或圖9所示。通過對待發送的正交碼序列進行交織或加擾，使得Walsh碼序列最重要 的特徵不會集中在少數幾個頻域信號上，即使保護帶所在的子載波被置零， 相應位置的頻域信號缺失，或經過打孔，被打孔的位置上的頻域信號被丟失， Walsh碼序列最重要的特徵也不會完全失去，只相當於在接收到的信號中引 入了一些噪聲，不會導致接收端完全無法識別該Walsh碼序列，提高了接收 端的4企測效率。本發明第五實施方式涉及一種基於OFDM的信號接收設備，包含接收 OFDM信號的單元；對接收到的信號進行解交織或解擾的單元；對經解交織 或解擾的信號進行相關檢測並判定相應正交碼的序號的單元。接收設備雖然 無法收到完整的Walsh碼序列，但由於在發送時對Walsh碼序列進行了交織 或加擾，Walsh碼序列最重要的特徵不會集中在少數幾個頻域信號上，因此 即使接收到的頻域信號中有幾個是錯誤的，也不會完全失去該Walsh碼序列 最重要的特性，只相當於在接收到的信號中引入了一些噪聲，不會導致接收 設備完全無法識別該Walsh碼序列，提高了接收設備的檢測效率。在本發明的各實施方式中，DFT均可由快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform,簡稱"FFT")實現。雖然通過參照本發明的某些優選實施方式，已經對本發明進行了圖示和 描述，但本領域的普通^支術人員應該明白，可以在形式上和細節上對其作各 種改變，而不偏離本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種基於OFDM的信號發送方法，其特徵在於，包含以下步驟對待發送的信號碼序列進行交織或加擾後進行離散傅立葉變換DFT變換，將該DFT變換的部分結果映射到OFDM符號的子載波上，經OFDM調製後發送。
2. 根據權利要求1所述的基於OFDM的信號發送方法，其特徵在於，通過 以下步驟將所述DFT變換的部分結果映射到OFDM符號的子載波上將所述DFT變換的全部結果映射到OFDM符號的子載波上；將用作保護帶的子載波上的所述DFT變換的結果設置為零。
3. 根據權利要求1所述的基於OFDM的信號發送方法，其特徵在於，通過 以下步驟將所述DFT變換的部分結果映射到OFDM符號的子載波上對所述DFT變換結果進行打孔，去除打孔位置的DFT變換結果；將所述打孔後剩餘的所述DFT變換結果映射到OFDM符號的有效子載波上。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的基於OFDM的信號發送方法，其特 徵在於，所述信號碼序列為正交碼序列。
5. 根據權利要求4所述的基於OFDM的信號發送方法，其特徵在於，所述 正交碼序列包含Walsh碼序列。
6. 根據權利要求4所述的基於OFDM的信號發送方法，其特徵在於，所述 待發送的正交碼序列用於傳輸小區系統信息或控制信道中的控制信息。
7. 根據權利要求6所述的基於OFDM的信號發送方法，其特徵在於，所述 待發送的正交碼序列所傳輸的小區系統信息包括空中接口演進系統前向物理 信道的前導中的TDM2和TDM3 。
8. —種基於OFDM的4言號4妻收方法，其iHM正在於，包含以下步驟對接收到的信號進行解交織或解擾,再通過相關檢測判定發送端所發信號碼 的序號。
9. 一種基於OFDM的信號發送設備，其特徵在於，包含 對待發送的信號碼序列進行交織或加擾的單元； 對經交織或加擾的序列進行DFT變換的單元；將DFT變換的部分結果映射到OFDM符號的子載波的單元； 對OFDM符號的子載波進行OFDM調製後發送的單元。
10. 根據權利要求9所述的基於OFDM的信號發送設備，其特徵在於，所 述將DFT變換的部分結果映射到OFDM符號的子載波的單元進一步包含將用作保護帶的子載波上的所述DFT變換的結果設置為零的模塊。
11. 根據權利要求9所述的基於OFDM的信號發送設備，其特徵在於，所 述將DFT變換的部分結果映射到OFDM符號的子載波的單元進一步包含對所述DFT變換結果進行打孔，去除打孔位置的DFT變換結果的模塊；將所述打孔後剩餘的所述DFT變換結果映射到OFDM符號的有效子載波上 的模塊。
12. 根據權利要求9所述的基於OFDM的信號發送設備，其特徵在於，所 述信號碼序列為正交碼序列。
13. —種基於OFDM的信號接收設備，其特徵在於，包含 接收OFDM信號的單元； 對接收到的信號進行解交織或解擾的單元； 對經解交織或解4尤的信號進行相關4企測並判定相應信號碼的序號的單元。
全文摘要
本發明涉及無線通信領域，公開了一種基於OFDM的信號收發方法及設備，使得信號序列的頻域信號無法被完整地發送時，提高信號碼檢測的性能。本發明中，對待發送的信號碼序列進行交織或加擾後進行離散傅立葉變換DFT變換，將該DFT變換的部分結果映射到OFDM符號的子載波上，經OFDM調製後發送。接收端對接收到的信號進行解交織或解擾，再通過相關檢測判定發送端所發信號碼的序號。
文檔編號H04L27/26GK101119352SQ20061017134
公開日2008年2月6日 申請日期2006年12月19日 優先權日2006年12月19日
發明者夏林峰, 斌 李, 衛 阮 申請人:華為技術有限公司