[发明专利]利用快速傅立叶变换实现全数字无线通信系统

摘要

利用快速傅立叶变换实现全数字无线通信系统的方法，在发射端，所发送的数据采用基于包的突发结构，经信道编码，信道交织，符号映射器，形成可用于传输的符号流；将串行的符号流变换成并行的符号流，作为正交调制器的输入，正交调制器对每一组的N点输入符号序列进行P次正交调制，该正交调制的步骤如下：将输入的N点符号序列进行频域相位旋转，反向快速傅立叶变换，再进行时域相位旋转，进行整序，再经并串变换，加循环前缀，数模变换器后发射；在接收端，接收天线接收到的信号经模数变换，串并变换和相位旋转，N点快速傅立叶变换，进行信道估计，频域均衡，再进行并串变换、符号逆映射、信道解交织和信道译码，得输出数据。

主权项

1、一种应用于中、高速无线通信系统的利用快速傅立叶变换实现全数字无线通信系统的方法，包括发射方法和接收方法，其特征在于：在发射端，所发送的数据(1)采用基于包的突发结构，每一个数据包的前端是包检测、同步序列和信道估计序列，用于进行包检测、符号同步和信道估计；每个数据包首先经过信道编码器(2)编码，加入了用于校验和纠错的冗余信息；信道编码后进行信道交织(3)，减轻信道传输中的突发错误对性能的影响：信道交织的输出比特流经过符号映射器(4)，形成可用于传输的符号流；接着进行串并变换(5)，将串行的符号流变换成并行的符号流，作为正交调制器(6)的输入，正交调制器(6)对每一组的N点输入符号序列进行P次正交调制，该正交调制的步骤如下：(a)将输入的N点符号序列进行频域相位旋转，使本次正交调制输出的N点样值序列所对应的时间偏移量为Δn，该时间偏移量Δn从0依次增加到P-1，每次正交调制增加1，上述频域相位旋转为：$X_{\mathrm{\Delta n}}(l,k)=X(l,k)e^{j2\pi \frac{\mathrm{\Delta nk}}{\mathrm{PN}}},k=\mathrm{0,1},···,(N-1),$ 其中{X(l，k)，k＝0，1，…，(N-1)}和{XΔn(l，k)，k＝0，1，…，(N-1)}分别为输入的N点符号序列和进行频域相位旋转后得到的N点符号序列；(b)对{XΔn(l，k)，k＝0，1，…，(N-1)}进行N点反向快速傅立叶变换，得到N点样值序列{x1，Δn(l，n)，n＝0，1，…，(N-1)}：(c)对{x1，Δn(l，n)，n＝0，1，…，(N-1)}进行时域相位旋转，将输出的信号搬移到[(k0-1/2)Δf，(k0+N-1/2)Δf]的频带范围之内，这里Δf为正交频分复用的子载波间隔，k0为起始频偏，根据系统工作频段的要求设定或自适应地更改，上述时域相位旋转为：$x_{2,\mathrm{\Delta n}}(l,n)=x_{1,\mathrm{\Delta n}}(l,n)e^{j2\pi \frac{(\mathrm{nP}+\mathrm{\Delta \pi })k_0}{\mathrm{PN}}},n=\mathrm{0,1},···,(N-1),$ 这里{x2，Δn(l，n)，n＝0，1，…，(N-1)}为时域相位旋转后得到的N点样值序列：(d)将{x2，Δn(l，n)，n＝0，1，…，(N-1)}按M＝log2N比特二进制倒序进行整序，得到{xΔn(l，n)，n＝0，1，…，(N-1)}，上述M比特二进制倒序整序是将原序列中的样值序号写成M比特二进制数，将表示此二进制数的比特序列左右倒序排列，再将新的二进制数对应的自然数作为原样值的新的序号；(e)将序列{xΔn(l，n)，n＝0，1，…，(N-1)}放在P×N点序列{x′(l，n)}的[NΔn′，NΔn′+N-1]的位置，这里Δn′为Δn的Q比特二进制倒序，Q＝log2P，上述Q比特二进制倒序是将Δn写成Q比特二进制数，将表示此二进制数的比特序列左右倒序排列，再将新的二进制数对应的自然数作为Δn′，每次正交调制得到时间偏移量为Δn的N个输出样值，P次正交调制后得到P×N点输出样值序列{x′(l，n)，n＝0，1，…，(P×N-1)}，对(x′(l，n)}进行Q×M比特二进制倒序整序，得到最后的输出样值序列{x(l，n)，n＝0，1，…，(P×N-1)}，经正交调制器(6)处理后数据进行并串变换(7)，将并行的数据流变换成串行的数据流；并串变换后的数字信号加上循环前缀，生成正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)符号(8)；接着经过数模变换器(9)，产生模拟带通信号，经放大器(10)和带通滤波器(11)后，由发射端天线(12)发射；在接收端，接收天线(13)接收到的信号由带通滤波器(14)滤除有用信号频带之外的干扰信号和噪声，信号经放大器(15)放大后由模数变换器(16)进行模数变换，在模数变换后，在每一个数据包的接收过程中，首先进行包检测和符号同步(17)，获得每一个数据帧的起始位置，同步后的信号进行串并变换(18)和相位旋转(19)，该相位旋转(19)用来补偿正交调制器(6)带来的对时域信号的相位旋转，其方法为：$r_1(l,n)=r(l,n)e^{-j2\mathrm{\pi n}{k}_0/N},n=\mathrm{0,1},···,(N-1),$ 其中{r(l，n)，n＝0，1，…，(N-1)}为N点接收数据序列，{r1(l，n)，n＝0，1，…，(N-1)}为相位旋转之后的数据，在相位旋转后进行N点快速傅立叶变换器(20)进行快速傅立叶变换，将信号变换到频域，并在该频域进行信道估计(21)，用信道估计得到的信道频率响应的估计值对后面的接收数据进行频域均衡(22)，频域均衡后的数据进行并串变换(23)、符号逆映射(24)、信道解交织(25)和信道译码(26)，得到输出数据(27)。