一种适用于高速移动环境的正交频分复用收发系统

摘要

适用于高速移动环境的正交频分复用OFDM收发系统，属于数字通信技术领域，其特征为：在发送端，通过将发送端数据分段，分别进行快速反傅立叶变换，变换后的OFDM子符号直接进行级联，并添加零保护后缀，从而获得较大的子载波间隔，多普勒扩展导致的子载波间干扰将由此减轻，但增加了系统对子符号间干扰的敏感性。在接收端，设计了一个利用子载波已知信息的干扰消除接收装置和方法，消除了由多径时延扩展导致的上述子符号间干扰。本发明很少甚至不损失OFDM系统的频谱效率，在相同信道条件，本发明所述系统可以比传统方法支持的移动速度提高约1.6倍。

主权项

1.一种适用于高速移动环境的正交频分复用收发系统，其特征在于含有发射机和接收机，其中：发射机含有：第一串并转换器(102)，两个预处理单元(第一预处理单元1031，第二预处理单元1032)，N/2点IFFT单元(1011，1012)，第一并串转换器(104)，其中，第一串并转换器(102)，用于将串行输入的N-L个数据并行化，N为OFDM系统子载波数目，N为偶数，L是大于等于零小于N/2的整数，为上述两个预处理单元处理中总共增加的子载波信号数目，第一串并转换器的输出端与上述两个预处理单元输入端相连；两个预处理单元(1031，1032)，用于将映射到上述两个N/2点IFFT单元输入端的并行数据流进行预处理，输入端与第一串并转换器输出端相连，分别输出第一个子符号的频域子载波信号X₁和第二个子符号的频域子载波信号X₂到上述两个N/2点IFFT单元输入端；所述预处理单元对于从第一串并转换器输入的N-L个数据按以下三个步骤处理：第一预处理单元(1031)先产生L₁个任意指定的已知数据符号，其中包括零数据符号，L₁为大于等于零小于等于L的整数，并随机放置到频域子载波信号X₁的子载波上，作为待输出的X₁的一部分，其对应的L₁个子载波索引集合标记为K₁，K₁的元素取值范围为大于等于1小于等于N/2的整数；然后，第二预处理单元(1032)产生非负整数L₂个已知或零数据符号，L₂＝L-L₁，并随机放置到频域子载波信号X₂的子载波上，作为待输出的X₂的一部分，其对应的L₂个子载波索引集合标记为K₂，K₂的元素取值范围为大于等于1小于等于N/2的整数，且即K₁和K₂不重叠；若则重复随机放置到X₂的过程，直至再由K₁和K₂的并集K₁∪K₂产生L维的子载波索引向量m；第一串并转换器输出N-L个数据到两个预处理单元，预处理单元将其分别任意放置到X₁和X₂中未置值的子载波上，其中X₁中放置正整数N/2-L₁个数据，X₂中放置正整数N/2-L₂个数据，满足数据子载波索引和子载波索引向量m不重叠；两个预处理单元分别输出处理后的X₁和X₂；两个N/2点IFFT单元(1011，1012)，用于产生两个OFDM子符号，输入端分别与两个预处理单元(1031，1032)输出端相连，与第一预处理单元相连的IFFT单元产生第一个子符号，与第二预处理单元相连的IFFT单元产生第二个子符号，输出端与第一并串转换器输入端相连；第一并串转换器(104)，用于将上述两个N/2点IFFT单元输出的第一个子符号和第二个子符号进行串行级联，形成新的OFDM符号并添加零后缀，输入端与上述两个N/2点IFFT单元输出端相连，输出发送信号；接收机含有：第二串并转换器(204)，N点FFT单元(202)，干扰消除接收装置(201)，两个信道估计与均衡单元(2031，2032)，第二并串转换器(205)，其中，第二串并转换器(204)，用于将串行的输入数据流并行化，输入是接收到的发射机发送信号，输出端与上述N点FFT单元输入端相连；N点FFT单元(202)，用于将输入时域信号转换为频域信号，输入端与第二串并转换器输出端相连，输出端与干扰消除接收装置(201)输入端相连；干扰消除接收装置(201)，用于消除子符号间干扰和子载波间干扰，输入端与N点FFT单元(202)输出端相连，输出端与上述两个信道估计与均衡单元输入端相连；所述干扰消除接收装置含有：偶抽取器、奇抽取器、固定系数线性滤波器、子载波抽取器、补基子载波生成器、加法器和减法器，其中：偶抽取器，用来抽取接收端的N点FFT单元(202)输出的偶数索引标记对应的频域子载波信号输入端与上述N点FFT单元(202)的并行输出端相连，输出端与子载波抽取器输入端以及加法器输入端相连；奇抽取器，用来抽取接收端的N点FFT单元(202)输出的奇数索引标记对应的频域子载波信号输入端与上述N点FFT单元的并行输出端相连，输出端与固定系数线性滤波器输入端相连；固定系数线性滤波器，用来产生第一个子符号的频域子载波信号相对于第二个子符号的频域子载波信号的差信号固定系数线性滤波器有两个输入端，一个输入端与补基子载波生成器输出端相连，一个输入端与奇抽取器输出端相连，输出端同时连接到加法器和减法器输入端；所述固定系数线性滤波器按以下三个步骤产生生成上述固定系数线性滤波器的系数矩阵包括，根据N阶归一化DFT矩阵F^(N)的子矩阵F_o和F_e，其矩阵元素分别为和再生成F_e的子矩阵S，其L行从F_e的行向量中选取，相应行索引标记对应上述发送端预处理子载波索引向量m，其元素S_(i，j)＝F_e(m(i)，j)；矩阵F_o和矩阵S组合构成一个组合矩阵计算该组合矩阵的逆矩阵并右乘以矩阵F_e，获得上述固定系数线性滤波器的系数矩阵根据上述奇抽取器获得的向量和补基子载波生成器产生的L×1向量R_known，组合构成一个的输入组合矩阵将上述输入组合矩阵右乘以上述系数矩阵产生固定系数线性滤波器的输出向量并输出子载波抽取器，用来从偶抽取器的输出信号中按预处理单元描述的子载波索引集合标记K₁和K₂抽取不少于整数L个已知子载波，输入端与上述偶抽取器的输出端相连，输出端与补基子载波生成器输入端相连；补基子载波生成器，用来从上述子载波抽取器获得的不少于整数L个已知子载波中产生补基子载波R_known，以满足可求解的补基要求；输入端与上述子载波抽取器的输出端相连，输出端与固定系数线性滤波器的输入端相连；所述的补基子载波生成器按以下两个步骤产生R_known：对预处理单元中描述的子载波索引集合标记K₁所对应子载波信号取负后作为待输出的R_known中对应索引标记的子载波信号元素，对预处理单元中描述的子载波索引集合标记K₂所对应子载波信号直接作为待输出的R_known中对应索引标记的子载波信号元素；输出R_known；加法器，用来将上述固定系数线性滤波器的输出和偶抽取器的输出进行加法计算，加法器有两个输入端，一个输入端与上述偶抽取器的输出端相连，一个输入端与上述固定系数线性滤波器相连，输出为恢复后的第一个子符号的频域子载波信号加法器的输出端为干扰消除接收装置(201)的第一个输出端；减法器，用来将上述固定系数线性滤波器的输出和偶抽取器的输出进行减法计算，减法器有两个输入端，一个输入端与上述偶抽取器的输出端相连，一个输入端与上述固定系数线性滤波器输出端相连，输出为恢复后的第二个子符号的频域子载波信号减法器的输出端为干扰消除接收装置(201)的第二个输出端；两个信道估计与均衡单元(2031，2032)，用于通过最小平方(LS)或最小均方差(MMSE)算法估计信道和均衡接收信号，输入端与干扰消除接收装置输出端相连，输出端与第二并串转换器输入端相连；第二并串转换器(205)，用于将上述两个信道估计与均衡单元的并行输出进行串行级联，输入端与两个信道估计与均衡单元输出端相连，输出子载波信号。