[发明专利]快衰信道下的宽带无线通信、发射和接收方法

说明书

技术领域

本发明涉及宽带无线通信领域，具体涉及一种快衰信道下的宽带无线通信、发射和接收方法。

背景技术

我国每年有数十亿旅客在高速列车或地铁上累计度过了数百亿小时，如何为他们提供高速稳定的数据接入不仅是提升旅客服务质量的需要，同时也是一个潜力巨大的市场。为在途旅客提供数据接入需要实现高速移动中的车辆与地面间宽带无线通信，而且无线通信环境复杂恶劣，信道的快速时变、多径传播和频率选择性明显。车地宽带无线通信本质上是要解决“双高”问题，即高移动性和高数据速率，而有效的、有针对性的物理层传输技术则是解决这一问题的关键。

目前，国内外各公司针对车地间宽带无线通信的技术方案主要有： WiMAX、WLAN、LTE、DVB-T及TRainCom等，其中前四个方案物理层都是基于相干检测的OFDM调制，而TrainCom的物理层是基于OFDM-MFSK技术。基于相干检测的OFDM调制，其主要缺陷在于：（1）在高数据速率和对高速移动性的支持间二者不可兼得；（2）对高速移动性的支持仍不够；（3）对信道的快速时变缺乏稳健的对抗策略。这些缺陷的根本原因在于OFDM相干检测需要精准的信道信息，而信道信息的获取一般是通过训练序列进行估计，加入训练序列会使有效数据速率降低。当列车高速移动时，车地无线信道呈快速时变衰落特性，这就需要更加频繁的进行信道估计，而且估计的结果也很不可靠，这将进一步增加数据开销，使得有效数据速率和误码率性能都极大降低。

与相干检测相比，基于非相干检测的宽带无线传输技术无需进行信道估计，接收端结构简单，更加适用于快衰信道下无线通信。OFDM-MFSK技术使用非相干能量检测，无需信道估计，对信道的快速时变鲁棒，并具有较高的功率效率，但其频谱效率较低，最高仅为0.5 bit/subcarrier，无法实现高数据传输。而传统的OFDM multitone FSK方案，记作OFDM-N/MFSK，它使频谱效率得到一定提高，但功率效率有大幅降低，不利于降低能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种快衰信道下的宽带无线通信、发射和接收方法，该传输方法是一种基于非相干检测的鲁棒传输方案，是一种新的OFDM multitone FSK传输方案，记作OFDM-(n+m)/MFSK（也简记作(n+m)/MFSK，不致混淆），它既克服了相干检测OFDM技术在高速移动环境下性能急剧变差的问题，同时又解决了OFDM-MFSK方案低频谱效率，而传统OFDM multitone FSK（OFDM-N/MFSK）方案低功率效率的问题。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明一种快衰信道下的宽带无线通信方法，包括如下步骤：

（1）发射端将用户待传输的数字基带信号，按每M-1bit分为一组，每组数据均是一个M-1位的二进制数据序列，其中第i组数据记为a_i=[a_i,1,a_i,2,…,a_i,M-1]；

（2）按双格雷映射，将每组基带数据映射到频率域，每组频域基带数据是一个M位的二进制数据序列，第i组数据a_i=[a_i,1,a_i,2,…,a_i,M-1]映射为频域数据b_i=[b_i,1,b_i,2,…,b_i,M]；其中b_i,k=1(i=1,2,…,N,k=1,2,…,M]时表示第i组的第k个子载波在传输中被实际使用，该频率对应的幅度为1；b_i,k=0(i=1,2,…,N,k=1,2,…,M]时表示第i组的第k个子载波在传输中未被实际使用，该频率对应的幅度为0；

（3）令OFDM的频域发送符号为s_f=[b₁,b₂,…,b_N]，每个频域发送符号中的子载波个数为N_f=M×N，N是频域分组数，M为每个频域分组中的子载波个数；

（4）将OFDM的频域发送符号s_f经快速傅立叶逆变换转换为时域发送符号s_t；

（5）对时域发送符号s_t插入循环前缀，并经并串转换后，送射频模块发送出去；

（6）接收端将接收到的信号经射频模块转换成数字基带信号；