一种偏移正交多载波基带系统技术方案

本发明专利技术涉及一种偏移正交多载波基带系统，包括子载波调制器、多载波综合滤波器组、同步器、多载波分析滤波器组和子载波解调器；所述子载波调制器用于完成子载波调制；所述多载波综合滤波器组用于对调制后的子载波实现时频聚焦滤波成形；所述同步器用于估计出帧同步和位同步；所述多载波分析滤波器组用于实现所述多载波综合滤波器组的逆过程；所述子载波解调器用于完成子载波解调。本发明专利技术能够简化信道估计、均衡器和限幅器，使得实现复杂度大幅降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多载波基带系统，特别是涉及一种偏移正交多载波基带系统。
技术介绍
OFDM正交多载波调制技术是目前应用最广泛的宽带无线调制技术，在城市复杂环境的应用中具有极大的优势。首先，将宽带信道划分为多个并行窄带子信道，增强了系统抵抗干扰能力；其次，通过添加循环前缀，可以更方便地消除多径干扰，降低信道均衡的复杂度；第三，OFDM的正交性保证子载波之间可以相互重叠，能有效提高频谱利用率；第四，窄带干扰只会影响个别子载波，通过信道编译码技术可以提高系统抗窄带干扰的能力；最后，OFDM在多址接入、功率分配等方面具有很强的灵活性。但其也存在一些缺陷，首先，循环前缀的加入降低了系统的功率效率；其次，基于IFFT运算的OFDM调制滤波器为矩形函数形式，导致系统对载波偏移十分敏感；第三，OFDM信号的峰均比很高，对功放的线性度有苛刻的要求；最后，OFDM信号具有较高的带外辐射。相关研究发现偏移正交多载波基带系统，也叫OFDM-OQAM系统，也许是一种更优的选择。OFDM-OQAM是一种广义的正交多载波基带系统，其方法是在每个子载波上均采用交错偏移QAM调制，即将一个复数信号拆成实部和虚部两个时间上相差半个周期的实数信号，数据速率不变，并将正交条件放宽至实域正交，且引入一个时频聚焦特性优良的脉冲成形滤波器，使得信号对于收发两端的频率偏移不敏感。偏移正交多载波基带系统在保留OFDM诸多优点的前提下，弥补了上述的一些缺陷，比如通过不使用循环前缀来提升信道容量，通过引入TFL滤波器来降低OFDM的频偏敏感度，减少带外杂散等。当然，OFDM-OQAM也存在一些固有的缺点，比如因为存在虚部干扰，导致从导频设计到信道估计、均衡的实现复杂度都大幅提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种偏移正交多载波基带系统，能够简化信道估计、均衡器和限幅器，使得实现复杂度大幅降低。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种偏移正交多载波基带系统，包括子载波调制器、多载波综合滤波器组、同步器、多载波分析滤波器组和子载波解调器；所述子载波调制器用于完成子载波调制；所述多载波综合滤波器组用于对调制后的子载波实现时频聚焦滤波成形；所述同步器用于估计出帧同步和位同步；所述多载波分析滤波器组用于实现所述所述多载波综合滤波器组的逆过程；所述子载波解调器用于完成子载波解调。所述子载波调制器包括依次相连的串并变换模块、OQAM映射模块和插入导频模块；所述串并变换模块与信源或信道编码器的输出相连，根据输入数据的序号进行顺序合并，以数据为一组，变换后的时钟速率是变换前的其中，N为QAM星座点数；所述OQAM映射模块根据QAM的星座图，将一组的数据映射到N点星座图上，并给出对应的复数表示形式，同时将该复数拆分成实部和虚部两个实数，先传输M个实部数据，再传输M个虚部数据；所述插入导频模块以块状方式插入三个连续的导频符号；第一个导频符号和第三个导频符号为零值符号，第二个导频符号以1,-j,-1,j为重复结构的已知复数符号，同时完成子载波映射。所述多载波综合滤波器组包括相位旋转模块、IFFT变换模块、限幅器模块和成形滤波模块；所述相位旋转模块为一个复数乘法器，其用于将输入数据乘以相位因子；所述IFFT变换模块包括IFFT控制器和FFT核；所述的FFT核采用基于Radix-22的结构，并由IFFT控制器产生设置参数，把子载波调制器输出数据经过N/2级基于Radix-22的蝶形运算完成2N点的快速傅里叶变换；所述限幅器模块用于抑制多载波调制信号较高的峰值；所述成形滤波模块连接限幅器的输出，其起始相位分为M组，分别对应IFFT变换模块的M路输出，每路仅需要K个乘加器，每次滤波将会覆盖K/2个符号，滤波结果通过延迟器按时钟周期顺序输出。所述限幅器包括两个cordic变换器，一个比较器和一个低通滤波器；其中，第一个cordic变换器实现直角坐标到极坐标表示形式的变换，输出时域信号的幅度和相位信息，第一个cordic变换器输出的幅度值和预设的幅度门限值通过所述比较器进行比较，如果超出门限则进行硬限幅；所述低通滤波器用来滤除硬限幅引入的高频分量，并保证信号的完整性；所述低通滤波器的输出和已知的相位信息作为第二个cordic变换器的输入，第二个cordic变换器实现极坐标到直角坐标表示形式的变换，得到正交和同相两路数据。所述同步器基于前导序列，通过128bit短码和1024bit的导频联合估计出帧同步和位同步，估计方法为滑动相关和自适应门限判决。所述多载波分析滤波器包括匹配滤波模块、FFT变换模块和相位旋转模块；所述匹配滤波模块在进行多相滤波的同时完成信号下采样；所述FFT变换模块与匹配滤波模块相连，包括FFT控制器和FFT核；其中，FFT核的参数与所述IFFT变换模块的一致，所述FFT控制器产生FFT变换的控制参数；所述相位旋转模块为发射端多载波综合滤波器组的相位旋转模块的逆过程。所述子载波解调器包括依次相连的信道估计模块、均衡器模块、取实部模块、OQAM解映射模块和并串变换模块；所述信道估计模块采用单次解干扰法得到信道估计结果；所述均衡器模块用于消除相位偏差；所述取实部模块用于取实部操作；所述OQAM解映射模块根据子载波映射关系去除空子载波，将连续两个OQAM的实部符号和虚部符号还原成一个QAM复数符号，再根据QAM的星座图，通过硬判决恢复出其对应的原始数据；所述并串变换模块以数据为一组顺序输出，变换后的时钟速率是变换前的倍，并串变换模块模块的输出与信源或信道解码器的输入相连。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术在算法仿真的基础上，结合FPGA的逻辑资源结构，提出一种工程上易于实现的偏移正交多载波基带系统基带方案。该方案优选一种资源节约和性能优良的时频聚焦滤波器和信道估计方法，同时简化均衡器和限幅器的实现方法，以适应FPGA有限的硬件资源。附图说明图1是本专利技术的系统方框图；图2是基于Radix-22蝶形运算结构示意图；图3是限幅器结构示意图；图4是成形滤波器PPN结构示意图；图5是信道估计模块结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。...

【技术保护点】
一种偏移正交多载波基带系统，其特征在于，包括子载波调制器、多载波综合滤波器组、同步器、多载波分析滤波器组和子载波解调器；所述子载波调制器用于完成子载波调制；所述多载波综合滤波器组用于对调制后的子载波实现时频聚焦滤波成形；所述同步器用于估计出帧同步和位同步；所述多载波分析滤波器组用于实现所述所述多载波综合滤波器组的逆过程；所述子载波解调器用于完成子载波解调。

【技术特征摘要】
1.一种偏移正交多载波基带系统，其特征在于，包括子载波调制器、多载波综合滤波器
组、同步器、多载波分析滤波器组和子载波解调器；所述子载波调制器用于完成子载
波调制；所述多载波综合滤波器组用于对调制后的子载波实现时频聚焦滤波成形；所
述同步器用于估计出帧同步和位同步；所述多载波分析滤波器组用于实现所述所述多
载波综合滤波器组的逆过程；所述子载波解调器用于完成子载波解调。
2.根据权利要求1所述的偏移正交多载波基带系统，其特征在于，所述子载波调制器包
括依次相连的串并变换模块、OQAM映射模块和插入导频模块；所述串并变换模块与
信源或信道编码器的输出相连，根据输入数据的序号进行顺序合并，以数据为
一组，变换后的时钟速率是变换前的其中，N为QAM星座点数；所述OQAM
映射模块根据QAM的星座图，将一组的数据映射到N点星座图上，并给出对
应的复数表示形式，同时将该复数拆分成实部和虚部两个实数，先传输M个实部数据，
再传输M个虚部数据；所述插入导频模块以块状方式插入三个连续的导频符号；第一
个导频符号和第三个导频符号为零值符号，第二个导频符号以1,-j,-1,j为重复结构的
已知复数符号，同时完成子载波映射。
3.根据权利要求1所述的偏移正交多载波基带系统，其特征在于，所述多载波综合滤波
器组包括相位旋转模块、IFFT变换模块、限幅器模块和成形滤波模块；所述相位旋转
模块为一个复数乘法器，其用于将输入数据乘以相位因子；所述IFFT变换模块包括
IFFT控制器和FFT核；所述的FFT核采用基于Radix-22的结构，并由IFFT控制器产
生设置参数，把子载波调制器输出数据经过N/2级基于Radix-22的蝶形运算完成2N点
的快速傅里叶变换；所述限幅器模块用于抑制多载波调制信号较高的峰值；所述成形
滤波模块连接限幅器的输出，其起始相位分为M组，分别对应IFFT变换模块的M路
输出，每路仅需要K个乘加器，每次滤波将会覆盖K/2个符号，滤波结果通过延迟器
按时钟周期顺序输出。
4.根据权利要求3所述的偏移正交多载波...

【专利技术属性】
技术研发人员：施玉松，王康如，周静，汪涵，罗炬锋，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31