專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超寬帶通信頻域均衡的方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及 一種超寬帶通信頻域 均衡的方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
寬帶無(wú)線通信由于其信息速率高、信號(hào)的帶寬較寬，而無(wú)線傳輸 信道都具有多徑特性，這會(huì)導(dǎo)致頻率選擇性衰落，并導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)的
符號(hào)間產(chǎn)生疊加的干擾，影響接收端對(duì)信號(hào)的判決和還原。從而需要 克服多徑干擾對(duì)傳輸差錯(cuò)造成的影響。傳統(tǒng)的方法是釆用時(shí)域均衡的 處理，常用的時(shí)域均衡器有線性均衡器，判決反饋均衡器等等。當(dāng)通 信的速率比較低的時(shí)候，時(shí)域均衡器可以降低多徑的影響。
除了常用的時(shí)域均衡方式以外，常用OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing ,正交頻分復(fù)用)或者DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum,直接序列擴(kuò)頻)的通信方式來(lái)對(duì)抗多徑干
擾的影響。OFDM釆用把寬帶劃分為一些很窄的子載波的方式，來(lái)對(duì) 付頻率選擇性的衰落，當(dāng)子載波的帶寬很小的時(shí)候，多徑干擾就變換 成只是信號(hào)的衰落，并不會(huì)導(dǎo)致符號(hào)間的數(shù)據(jù)干擾，這樣就可以抵抗 多徑干擾對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)造成的影響。直接序列擴(kuò)頻也可以用來(lái)抵抗多徑 的干擾，釆用的方法為多徑信號(hào)的多路疊加(RAKE)。這種方式可 以把多徑信號(hào)的各個(gè)路徑進(jìn)行相加的處理，使得能量集中。其原理是 在擴(kuò)頻信號(hào)通信時(shí)，利用擴(kuò)頻序列的低互相關(guān)性的特性，在有多徑干 擾的情況下，將各個(gè)多徑的信號(hào)生成可分離的獨(dú)立信道，然后加和取 得各子信道的能量。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問(wèn) 題當(dāng)信道的時(shí)延比較長(zhǎng)的時(shí)候，時(shí)域均衡由于是串行的信號(hào)處理，因此它會(huì)導(dǎo)致很高的信號(hào)處理的硬件復(fù)雜度。特別是當(dāng)前的數(shù)據(jù)通信 變得越來(lái)越快，釆用時(shí)域均衡會(huì)加大對(duì)硬件處理速度的要求，從而導(dǎo) 致它應(yīng)用上的局限性。
OFDM的缺點(diǎn)是硬件結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，耗能也高。由于信號(hào)被割裂 為成百上千個(gè)子載波(設(shè)為n個(gè))，當(dāng)所有信號(hào)的極性都相同的時(shí)候， 總的信號(hào)的幅度就為原來(lái)的n倍。這樣就會(huì)有信號(hào)的幅度疊加問(wèn)題， 稱(chēng)之為峰均比問(wèn)題(PAPR)。峰均比問(wèn)題使得發(fā)射耗能增加十?dāng)?shù)倍， 也對(duì)自動(dòng)電平控制(AGC )控制以及高頻部分電路的線性提出了很高 的要求。
采用RAKE的DSSS通信也有局限。根據(jù)RAKE的工作原理， 它需要長(zhǎng)擴(kuò)頻碼來(lái)保證相關(guān)特性，理論上是多徑長(zhǎng)度最好不超過(guò)其單 個(gè)擴(kuò)頻符號(hào)的長(zhǎng)度。這將大幅降低通信的最高數(shù)據(jù)速率。而且由于需 要額外的信道估計(jì)電路，其硬件復(fù)雜度也比較高。不利于高速的數(shù)據(jù) 通信電路設(shè)計(jì)，同時(shí)其工作效能取決于徑的路數(shù)，當(dāng)多徑的路數(shù)特別 多的情況下，RAKE的處理復(fù)雜度進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例要解決的問(wèn)題是提供 一 種超寬帶通信頻域均衡的 方法與系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中在進(jìn)行寬帶無(wú)線通信時(shí)，處理多徑信 號(hào)的硬件的復(fù)雜度高的缺陷，并進(jìn)一步提高多徑信號(hào)處理的增益。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案提供 一 種超寬帶通信 頻域均衡的發(fā)送端方法，包括以下步驟
A. 對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行MBOK (M-ary Bi-Orthogonal Keying,多 元雙正交鍵控)的符號(hào)映射；
B. 根據(jù)映射的符號(hào)，選擇相互正交的MBOK擴(kuò)頻碼；
C. 將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)前綴處理；
D. 將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及波形成型的處理；
E. 將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)射頻發(fā)送到接收端。其中，在所述步驟B中，在選擇相互正交的MBOK擴(kuò)頻碼之后， 還包括使用正負(fù)極性調(diào)制增加信息比特?cái)?shù)。
其中，在所述步驟B中，所述MBOK擴(kuò)頻碼取自Walsh或Gold碼。
其中，在所述步驟C中，所述循環(huán)前綴處理包括添加循環(huán)前綴或
循環(huán)前綴的重建。
其中，所述待發(fā)送數(shù)據(jù)為經(jīng)過(guò)信道編碼后的數(shù)字基帶數(shù)據(jù)。 本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案還提供 一種超寬帶通信頻域均衡的接
收端方法，包括以下步驟
51. 通過(guò)射頻接收數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
52. 將所述數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；
53. 去掉所述數(shù)據(jù)的循環(huán)前綴，并對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域均衡處
理；
54. 對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行MBOK擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)；
55. 從解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)中選擇發(fā)送端的符號(hào)。
其中，在所述步驟S4中，所述釆用同時(shí)的M路相關(guān)電路和接收 到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相關(guān)。
其中，在所述步驟S5中，選擇相關(guān)幅度最大的一路為發(fā)送端的 符號(hào)。
其中，在所述步驟S5中，還包括釆用極性區(qū)分信息符號(hào)。 本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案還提供一種超寬帶通信頻域均衡的系
統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括
符號(hào)映射單元，用于對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行MBOK的符號(hào)映射； 擴(kuò)頻碼選擇單元，用于根據(jù)映射的符號(hào)，選擇相互正交的MBOK
擴(kuò)頻碼；
循環(huán)前綴處理單元，用于將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)前綴處理； 發(fā)送濾波器單元，用于將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及波形成型的處理；
射頻發(fā)射單元，用于將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)射頻發(fā)送到接收端； 所述接收端包括
射頻接收單元，用于通過(guò)射頻接收數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)；
接收濾波器單元，用于將所述數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；
去循環(huán)前綴單元，用于去掉所述數(shù)據(jù)的循環(huán)前綴，并對(duì)所述數(shù)據(jù) 進(jìn)行頻域均衡處理；
解擴(kuò)單元，用于對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行MBOK擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)；
最大值和符號(hào)選擇單元，用于從解擴(kuò)相關(guān)的值選取最大值，并判 斷其符號(hào)值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 沒(méi)有峰均比的問(wèn)題，這樣大大降低了射頻器件的線性度的要 求，降低了設(shè)備成本和硬件復(fù)雜度，且相對(duì)OFDM方式，其性能反 而有所提高，誤碼率性能優(yōu)于AWGN下的BPSK調(diào)制。同時(shí)顯著降 低了無(wú)線通信的功耗(OFDM射頻功率回退的10dB)，特別適合電池
供電的手持設(shè)備。
2、 釆用頻域均衡結(jié)合MBOK的低復(fù)雜度調(diào)制，可獲得頻率分集 增益、信道解擴(kuò)增益和MBOK調(diào)制增益，其在^/W。坐標(biāo)下有超過(guò) AWGN下BPSK調(diào)制的誤碼率曲線3dB多的增益(不計(jì)入信道編碼 增益)。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過(guò)RAKE接收機(jī)的處理增益。且MBOK的擴(kuò)頻比低， 有利于提高數(shù)據(jù)速率。
3、 信道多徑長(zhǎng)時(shí)延的時(shí)候，由于本方案釆用了頻域均衡，解決 了時(shí)域均衡的硬件處理復(fù)雜度的問(wèn)題，故適合于高速、長(zhǎng)多徑時(shí)延的 無(wú)線通信的場(chǎng)合。其節(jié)省硬件代價(jià)的作用十分明顯。


圖l是本發(fā)明實(shí)施例的一種超寬帶MBOK頻域均衡技術(shù)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì) 描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明實(shí)施例的一種超寬帶MBOK頻域均衡技術(shù)的示意圖如圖 l所示，包括以下過(guò)程
本實(shí)施例中，基帶數(shù)據(jù)首先通過(guò)MBOK的符號(hào)映射，然后根據(jù) 映射的符號(hào)來(lái)挑選相互正交的MBOK擴(kuò)頻碼來(lái)代表不同的符號(hào)。這 不同的MBOK正交碼取自Walsh、 Gold碼(或者相關(guān)性好，碼組多 的擴(kuò)頻碼)，或者類(lèi)似的正交擴(kuò)頻碼的集合，并使用正負(fù)極性調(diào)制增 加信息比特?cái)?shù)。
進(jìn)行MBOK的擴(kuò)頻碼的映射和選擇之后，為了克服多徑的影響， 滿(mǎn)足循環(huán)卷積的條件，以便在接收端完成頻域的均衡，需要添加循環(huán) 前綴。添加的循環(huán)前綴的長(zhǎng)度根據(jù)多徑干擾的最大時(shí)間范圍來(lái)確定， 每一個(gè)循環(huán)前綴對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度由可以接受的數(shù)據(jù)利用率決定。 另外，也可以釆用其它類(lèi)似的技術(shù)，如循環(huán)前綴的重建，這樣可以不 添加循環(huán)前綴，但作用都是為了進(jìn)行接收端的頻域均衡處理，以及滿(mǎn) 足循環(huán)卷積特性。
為了在收發(fā)端建立無(wú)碼間干擾的頻域?yàn)V波，發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)正常的 發(fā)送濾波器，濾除帶外信號(hào)，以及進(jìn)行波形成型的處理。之后可以由 射頻發(fā)射電路進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的發(fā)射。該發(fā)射電路將數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)過(guò) 載波調(diào)制的上變頻后，變換到射頻頻帶，最后由天線進(jìn)行輻射發(fā)送。 該發(fā)射電路也可以包括無(wú)載波調(diào)制的高頻數(shù)字基帶信號(hào)的發(fā)射。
在通過(guò)無(wú)線多徑信道后，接收端首先進(jìn)行射頻的接收，便得到數(shù) 字的基帶信號(hào)。該基帶信號(hào)此時(shí)是模擬信號(hào)，在經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器釆樣 后，成為數(shù)字信號(hào)。再經(jīng)過(guò)接收端的濾波器濾除帶外干擾。在去掉循 環(huán)前綴后，再進(jìn)行接收端的頻域均衡處理。頻域均衡的作用是做信道的反濾波器，去掉多徑干擾造成的符號(hào)間干擾。
隨后，再進(jìn)行MBOK擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)工作，通過(guò)解擴(kuò)，獲得信
道解擴(kuò)增益，解擴(kuò)釆用同時(shí)的M路相關(guān)電路和接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)
行相關(guān)，取相關(guān)幅度最大的一路判作為發(fā)端的符號(hào)，并且釆用極性來(lái) 進(jìn)一步區(qū)分信息符號(hào)。
本發(fā)明使用在無(wú)線通信的調(diào)制解調(diào)部分，在信源送來(lái)的數(shù)字基帶
數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)信道編碼后，進(jìn)行本方案的MBOK符號(hào)映射和循環(huán)前綴的 添加。在接收端，在基帶信號(hào)數(shù)字化后，去掉循環(huán)前綴，執(zhí)行頻域均 衡后的數(shù)據(jù)送給信道譯碼部分，信道譯碼后的數(shù)據(jù)就是經(jīng)過(guò)收發(fā)系統(tǒng) 接收還原的原始的數(shù)據(jù)信號(hào)。
本發(fā)明的使用場(chǎng)合適用于寬帶和信道條件比較復(fù)雜，即環(huán)境對(duì) 電磁波造成的多徑干擾比較強(qiáng)而且時(shí)延比較長(zhǎng)的場(chǎng)合，所以一般適用 于無(wú)線環(huán)境下。而且當(dāng)信息的速率在1Mbps左右或者更高的時(shí)候(寬 帶通信)，本系統(tǒng)可以降低通信系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低成本。
本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例是超寬帶條件下，信息的速率很高，系統(tǒng)的復(fù) 雜度對(duì)硬件成本影響很大，而且超寬帶的信息速率非常高(100Mbps 左右)。這時(shí)候釆用MBOK+FDE的調(diào)制方式，可大大減輕基帶的擴(kuò) 頻壓力和均衡系統(tǒng)的復(fù)雜度。無(wú)需RAKE,或者峰均比處理也可以獲 得比DSSS和OFDM更好的基帶誤碼性能。特別適合手持設(shè)備等以 電池為能源的無(wú)線裝置，因此具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前 景。
本發(fā)明釆用了多進(jìn)制雙正交擴(kuò)頻碼(MBOK)方式的擴(kuò)頻，并結(jié) 合低復(fù)雜度的頻域均衡技術(shù)(FDE)。本發(fā)明降了低寬帶通信時(shí)信號(hào) 處理的復(fù)雜度，同時(shí)提供比以往的多徑信號(hào)處理更好的性能。本發(fā)明 解決了峰均比的問(wèn)題，具有較低功耗和復(fù)雜度；而且在本發(fā)明中，頻 域均衡結(jié)合MBOK，具有很高的解調(diào)增益；另外，在長(zhǎng)延時(shí)的信道， 采用本發(fā)明可以降低硬件復(fù)雜度。MBOK擴(kuò)頻方式實(shí)質(zhì)上是對(duì)信道沖激響應(yīng)進(jìn)行釆樣的操作。利 用這個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)，我們釆用在MBOK解擴(kuò)之前進(jìn)行頻域均衡的接 收端解調(diào)設(shè)計(jì)，它可以收到很大的信道解擴(kuò)增益。這樣的處理，因?yàn)?得信道的實(shí)際特性發(fā)生了變化，顯著降低多徑信號(hào)的干擾特性，使得 多徑頻域上的深衰落不復(fù)存在，并大大改善了信號(hào)接收的最低信噪 比，提高了通信系統(tǒng)的性能。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以 做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種超寬帶通信頻域均衡的發(fā)送端方法，其特征在于，包括以下步驟A. 對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行MBOK的符號(hào)映射；B. 根據(jù)映射的符號(hào)，選擇相互正交的MBOK擴(kuò)頻碼；C. 將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)前綴處理；D. 將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及波形成型的處理；E. 將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)射頻發(fā)送到接收端。
2、 如權(quán)利要求1所述超寬帶通信頻域均衡的發(fā)送端方法，其特 征在于，在所述步驟B中，在選擇相互正交的MBOK擴(kuò)頻碼之后， 還包括使用正負(fù)極性調(diào)制增加信息比特?cái)?shù)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述超寬帶通信頻域均衡的發(fā)送端方法， 其特征在于，在所述步驟B中，所述MBOK擴(kuò)頻碼取自Walsh或Gold 碼，或者其它相關(guān)性好、碼組多的擴(kuò)頻碼。
4、 如權(quán)利要求1所述超寬帶通信頻域均衡的發(fā)送端方法，其特 征在于，在所述步驟C中，所述循環(huán)前綴處理包括添加循環(huán)前綴或循 環(huán)前綴的重建。
5、 如權(quán)利要求1所述超寬帶通信頻域均衡的發(fā)送端方法，其特 征在于，所述待發(fā)送數(shù)據(jù)為經(jīng)過(guò)信道編碼后的數(shù)字基帶數(shù)據(jù)。
6、 一種超寬帶通信頻域均衡的接收端方法，其特征在于，包括 以下步驟s1. 通過(guò)射頻接收數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；s2. 將所述數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；s3. 去掉所述數(shù)據(jù)的循環(huán)前綴，并對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域均衡處理；s4. 對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行MBOK擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)；s5. 從解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)中選擇發(fā)送端的符號(hào)。
7、 如權(quán)利要求6所述超寬帶通信頻域均衡的接收端方法，其特征在于，在所述步驟S4中，所述釆用同時(shí)的M路相關(guān)電路和接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相關(guān)。
8、 如權(quán)利要求7所述超寬帶通信頻域均衡的接收端方法，其特 征在于，在所述步驟S5中，選擇相關(guān)幅度最大的一路為發(fā)送端的符 號(hào)。
9、 如權(quán)利要求7或8所述超寬帶通信頻域均衡的接收端方法， 其特征在于，在所述步驟S5中，還包括釆用極性區(qū)分信息符號(hào)。
10、 一種超寬帶通信頻域均衡的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包 括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括符號(hào)映射單元，用于對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行MBOK的符號(hào)映射； 擴(kuò)頻碼選擇單元，用于根據(jù)映射的符號(hào)，選擇相互正交的MBOK 擴(kuò)頻碼；循環(huán)前綴處理單元，用于將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)前綴處理； 發(fā)送濾波器單元，用于將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及波形成型的處理；射頻發(fā)射單元，用于將所述待發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)射頻發(fā)送到接收端；所述接收端包括射頻接收單元，用于通過(guò)射頻接收數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；接收濾波器單元，用于將所述數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波； 去循環(huán)前綴單元，用于去掉所述數(shù)據(jù)的循環(huán)前綴，并對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域均衡處理；解擴(kuò)單元，用于對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行MBOK擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)； 最大值和符號(hào)選擇單元，用于從解擴(kuò)相關(guān)的值選取最大值，并判 斷其符號(hào)值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超寬帶通信頻域均衡的發(fā)送端方法，包括對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行MBOK的符號(hào)映射；根據(jù)映射的符號(hào)，選擇相互正交的MBOK擴(kuò)頻碼；將待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)前綴處理；將待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及波形成型的處理；將待發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)射頻發(fā)送到接收端。本發(fā)明還公開(kāi)了一種超寬帶通信頻域均衡的接收端方法和一種超寬帶通信頻域均衡的系統(tǒng)。本發(fā)明采用多進(jìn)制雙正交擴(kuò)頻碼方式的擴(kuò)頻，結(jié)合低復(fù)雜度的頻域均衡技術(shù)，降低了寬帶通信時(shí)信號(hào)處理的復(fù)雜度，同時(shí)具有更好的多徑信號(hào)處理性能，解決了峰均比的問(wèn)題，具有較低功耗和復(fù)雜度；而且，在收端，頻域均衡處理置于MBOK解擴(kuò)之前，具有很高的解調(diào)增益；另外，在長(zhǎng)延時(shí)的信道，本發(fā)明可以降低硬件復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H04B1/69GK101425818SQ200810239940
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者張家琦, 亮 朱, 李育紅, 焦勝才, 肖振宇, 寧 葛, 陸建華 申請(qǐng)人:清華大學(xué)