正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分抗多普勒頻移技術(shù)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及高速移動(dòng)環(huán)境下高速率數(shù)據(jù)無(wú)線通信傳輸通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種采用正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分對(duì)抗多普勒頻移的技術(shù)，其特征在于采用正交多載波頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)提高通信數(shù)據(jù)的傳輸速率，采用雙差分技術(shù)解決高速移動(dòng)環(huán)境下的多普勒頻移對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)性能的影響，相較于傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)，融入雙差分技術(shù)能夠有效對(duì)抗大范圍快速時(shí)變的多普勒頻移的影響。本發(fā)明采用正交多載波頻分復(fù)用技術(shù)融入雙差分技術(shù)，當(dāng)信噪比達(dá)到一定條件下，在高速移動(dòng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)無(wú)線通信的同時(shí)，能夠有效對(duì)抗多普勒頻移對(duì)系統(tǒng)性能的影響，實(shí)現(xiàn)了在高速移動(dòng)環(huán)境下無(wú)線通信系統(tǒng)的高速率數(shù)據(jù)傳輸通信，提高了無(wú)線通信系統(tǒng)的性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分抗多普勒頻移技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速移動(dòng)環(huán)境下高速率無(wú)線通信數(shù)據(jù)傳輸通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種采用正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分對(duì)抗多普勒效應(yīng)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]正交多載波頻分復(fù)用(又稱(chēng)0FDM)技術(shù)作為無(wú)線通信高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，其對(duì)頻率偏差非常敏感，尤其在高速移動(dòng)環(huán)境下，多普勒效應(yīng)和多普勒頻率擴(kuò)展會(huì)非常明顯，導(dǎo)致信號(hào)幅度衰減、頻譜偏移以及子載波間干擾，使系統(tǒng)的性能大大降低。因此，在保障系統(tǒng)在高速移動(dòng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，如何有效對(duì)抗高速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的多普勒頻移，是亟需研究的重要課題。
[0003]OFDM技術(shù)的基本思想是將高速的數(shù)據(jù)流串并轉(zhuǎn)換為N路并行的低速數(shù)據(jù)流，分別去調(diào)制N路子載波后進(jìn)行并行傳輸。子載波數(shù)據(jù)流的速率變?yōu)樵瓉?lái)的1/N，符號(hào)周期擴(kuò)大為原來(lái)的N倍，則無(wú)線傳輸多徑效應(yīng)造成的時(shí)延擴(kuò)展變小，能夠有效的對(duì)抗無(wú)線傳輸多徑效應(yīng)的影響；將寬帶頻率選擇性衰落信道劃分為N個(gè)窄帶準(zhǔn)平坦衰落信道，能夠有效對(duì)抗無(wú)線信道頻率選擇性衰落的影響；載波間相互正交，頻譜混疊，同時(shí)各個(gè)子信道可采用多進(jìn)制調(diào)制，因此OFDM系統(tǒng)具有較高的頻譜利用率，適于傳輸高速數(shù)據(jù)。
[0004]然而OFDM技術(shù)對(duì)頻率偏移誤差非常敏感，由于子信道的頻譜相互覆蓋，對(duì)載波間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)頻譜偏移或發(fā)射機(jī)與接收機(jī)本地振蕩器之間存在頻率偏差，都會(huì)使OFDM系統(tǒng)子載波間的正交性遭到破壞，導(dǎo)致載波間干擾(ICI)。同時(shí)由于無(wú)線信道的時(shí)變性，且平臺(tái)處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在信號(hào)傳輸過(guò)程中會(huì)存在著較大的多普勒頻移，導(dǎo)致信號(hào)幅度衰減、頻譜偏移，同時(shí)破壞載波間的正交性，因此采用OFDM技術(shù)提高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時(shí)，必須研究如何克服多普勒頻移的影響。
[0005]為了解決OFDM系統(tǒng)對(duì)多普勒頻移敏感的問(wèn)題，一般采用的方法是在接收端進(jìn)行無(wú)線信道估計(jì)或預(yù)測(cè)，先估測(cè)出無(wú)線信道中的頻率偏移值，然后再經(jīng)過(guò)相應(yīng)算法進(jìn)行頻率補(bǔ)償。然而利用上述方法抵抗多普勒頻移進(jìn)行通信時(shí)，一般希望在極短時(shí)間內(nèi)能對(duì)多普勒頻移做出估計(jì)，并且在接收端運(yùn)用相應(yīng)的算法及時(shí)進(jìn)行頻率補(bǔ)償，以保證通信的實(shí)時(shí)性。但是上述算法通常都需要多次迭代計(jì)算來(lái)獲取較精確的多普勒頻移值，迭代次數(shù)越多，所估計(jì)的多普勒頻移值越接近真實(shí)值，從而頻率補(bǔ)償結(jié)果更為精確，但相應(yīng)的計(jì)算時(shí)間也會(huì)更長(zhǎng)?？梢?jiàn)現(xiàn)有的估計(jì)和補(bǔ)償頻移的算法尚不能達(dá)到非常好的實(shí)時(shí)性效果，以致在高速移動(dòng)環(huán)境下數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高速率傳輸會(huì)受到影響。
[0006]基于以上分析，選擇或設(shè)計(jì)一種能有效對(duì)抗多普勒頻移的調(diào)制解調(diào)技術(shù)是解決高速移動(dòng)環(huán)境下高速率數(shù)據(jù)通信過(guò)程中多普勒效應(yīng)的有效方法。采用雙差分調(diào)制解調(diào)技術(shù)能夠有效對(duì)抗多普勒頻移，該技術(shù)對(duì)于大范圍快速時(shí)變的多普勒頻移具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，使得因相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的頻移和相移在解調(diào)時(shí)均被抵消，從而消除多普勒頻移對(duì)于OFDM系統(tǒng)的影響，實(shí)現(xiàn)在高速移動(dòng)環(huán)境下的高速率數(shù)據(jù)傳輸通信。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是在正交多載波頻分復(fù)用的基礎(chǔ)上，提出一種能夠有效對(duì)抗多普勒效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)在高速移動(dòng)環(huán)境下有效通信的正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分抗多普勒頻移技術(shù)。
[0008]本發(fā)明可以通過(guò)以下措施達(dá)到:
正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分抗多普勒頻移技術(shù)，其特征在于對(duì)OFDM信號(hào)采用雙差分調(diào)制技術(shù)，使由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移在信號(hào)解調(diào)過(guò)程中被抵消掉。在信噪比達(dá)到一定條件下，本發(fā)明可以有效地降低正交多載波頻分復(fù)用對(duì)多普勒頻移的敏感性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高速移動(dòng)環(huán)境下的高速率實(shí)時(shí)通信。
[0009]本發(fā)明所述正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分抗多普勒頻移技術(shù)，具體為:雙差分調(diào)制技術(shù)采用了二階差分的方法，將三個(gè)連續(xù)信道采樣后相結(jié)合來(lái)消除因相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的信號(hào)頻率和相位的變化。正交頻分復(fù)用作為高效的多載波寬帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)，能夠在高速率傳輸數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上有效地抵抗窄帶干擾和頻率選擇性衰落，但其對(duì)頻率偏移特別敏感。在正交頻分復(fù)用技術(shù)中融入雙差分調(diào)制，既保留了正交頻分復(fù)用原有的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了正交多載波頻分復(fù)用對(duì)頻率偏移敏感的缺陷。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在接收端不需要設(shè)置相應(yīng)的頻率估計(jì)算法和頻率補(bǔ)償算法，從而保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性工作。
[0011]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0012]本發(fā)明的主要貢獻(xiàn)在于通過(guò)融入雙差分技術(shù)改善正交多載波頻分復(fù)用技術(shù)對(duì)多普勒頻移敏感的缺陷。融入雙差分抗多普勒效應(yīng)技術(shù)不僅有效地抵抗高速運(yùn)動(dòng)環(huán)境中產(chǎn)生的多普勒頻移，而且保證了完全實(shí)時(shí)工作的系統(tǒng)性能。
[0013]如附圖1所示，本發(fā)明中所述正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分抗多普勒頻移技術(shù)可以通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn):
步驟1:對(duì)輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)化處理。
[0014]步驟2:對(duì)隨機(jī)化后的二進(jìn)制基帶數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行基帶數(shù)字調(diào)制星座映射。
[0015]步驟3:串/并轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)并行為多路。
[0016]步驟4:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行IFFT變換，再進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換。
[0017]步驟5:添加循環(huán)前綴，保護(hù)間隔時(shí)間系數(shù)可以取1/4、1/8、1/16等衍生參數(shù)。
[0018]步驟6:對(duì)信號(hào)進(jìn)行雙差分調(diào)制。
[0019]步驟7:將調(diào)制好的信號(hào)送到信道中傳輸，信號(hào)受到多普勒頻移和噪聲的影響。
[0020]步驟8:接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收。
[0021]步驟9:對(duì)信號(hào)進(jìn)行雙差分解調(diào)。
[0022]步驟10:串/并轉(zhuǎn)換，對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行FFT變換。
[0023]步驟11:并/串轉(zhuǎn)換，對(duì)信號(hào)進(jìn)行基帶數(shù)字調(diào)制的逆映射，去隨機(jī)化處理后恢復(fù)出原始發(fā)射信號(hào)。
[0024]雙差分技術(shù)的原理:
雙差分的調(diào)制框圖如附圖2所示:
Zn為初始信號(hào)，Vn為調(diào)制后信號(hào)，由原理圖可得以下關(guān)系式:
【權(quán)利要求】
1.正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分抗多普勒頻移技術(shù)，其特征在于利用雙差分調(diào)制解調(diào)技術(shù)來(lái)解決OFDM系統(tǒng)對(duì)于頻率偏移的敏感性，極大地改善了 OFDM系統(tǒng)在高速移動(dòng)環(huán)境下的通信性能，正交頻分復(fù)用融入雙差分抗多普勒頻移技術(shù)，不僅保證了 OFDM載波間良好的正交性，而且通過(guò)采用多進(jìn)制編碼，結(jié)合OFDM系統(tǒng)的高頻帶利用率，可以實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)環(huán)境下高速率的無(wú)線數(shù)據(jù)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分抗多普勒頻移技術(shù)，其特征在于按照我們提出的技術(shù)可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn): 方式1:基于FPGA平臺(tái)的硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)； 方式2:基于微處理器平臺(tái)的軟件程序?qū)崿F(xiàn)； 方式3:基于構(gòu)建專(zhuān)用大規(guī)模數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)； 正交多載波頻分復(fù)用融入雙差分抗多普勒頻移技術(shù)借助于上述三種方式平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了雙差分技術(shù)的應(yīng)用，利用雙差分技術(shù)思想，對(duì)抗高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移，最終有效地實(shí)現(xiàn)在高速移動(dòng)環(huán)境下的高速率數(shù)據(jù)通信。
【文檔編號(hào)】H04L27/26GK103973628SQ201410215807
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】戴伏生, 鐘曉宇, 王雪 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）