专利名称：宽带可后向兼容的ofdm系统及其方法
技术领域：
本发明涉及属于OFDM通信系统的领域，具体地，涉及一种与窄带OFDM系统后向兼容的宽带OFDM(正交频分复用)系统。
背景技术：
IEEE 802.16d/e标准采纳了OFDM技术，也建议了相应的使用带宽和频率。然而，IEEE 802.16d/e标准没有给出方法，以解决单频网(SFN)频率交叠可升级OFDM系统的后向兼容问题，即未来新的、更宽带宽的OFDM系统如何支持已有的、相对窄带的OFDM终端。
发明内容
因此，本发明目的在于，针对单频网频率交叠可升级OFDM系统，设计一种新的宽带(比如带宽为40MHz)OFDM系统，能够后向兼容一个已有的窄带(比如带宽为20MHz)OFDM系统终端。该窄带和宽带系统的频谱有部分交叠(Frequency overlay)。
本发明提出了一种兼容窄带OFDM系统信号的宽带OFDM系统，包括基站接收机，用于接收上行信号，其中基站接收机包括支持宽带终端信号传输的第一模块以及支持窄带终端和宽带终端信号传输的第二模块；基站发射机，用于发射下行信号。
根据本发明的另一方案，提出了一种用于使宽带OFDM系统与窄带OFDM系统后向兼容的方法，包括步骤
对接收到的上行信号进行分别检测处理；如果基站仅接收到宽带终端信号，采用第一接收方法进行处理；如果基站同时接收到窄带终端和宽带终端的信号，采用第二接收方法处理进行。
与传统技术相比，本发明的系统和方法具有更低的处理复杂度，计算速度更快，而且更简单、更易工程实现。
图1示出了根据本发明的频率交叠可升级OFDM系统的频谱分配。
图2示出了根据本发明的宽带频率交叠可升级OFDM系统基站(下行)的发射机结构。
图3示出了根据本发明的宽带频率交叠可升级OFDM系统基站(上行)的接收机结构。
图4示出了频率交叠可升级OFDM系统三个方法使用BPSK时的性能比较。
图5示出了频率交叠可升级OFDM系统三个方法使用QPSK时的性能比较。
具体实施例方式
本发明解决以下两个方面的问题(1)下行(downlink)的后向兼容40MHz宽带系统基站(WB-BS)发射机的IFFF大小是20MHz窄带系统终端的两倍，20MHz窄带终端(NB-MT)和40MHz宽带终端(WB-MT)用各自的接收结构仍然能够正确(无干扰)地接收WB-BS发送的相应信号。
(2)上行(uplink)的后向兼容WB-BS接收机的IFFF大小也是NB-MT的两倍，WB-BS能够正确(无干扰)地接收NB-MT和WB-MT(仍然用各自的发射结构)发送的相应信号。
本发明针对单频网频率交叠可升级OFDM系统，假设已有的窄带OFDM系统的带宽为20MHz，而我们设计的、新的宽带OFDM系统的带宽为40MHz。如图1所示为其频谱分配情况。在图中，LFD是指低频段的带宽，即[f0，f0+20M]的低频段20MHz带宽。HFD是指高频段的带宽，即[f0+20M，f0+40M]的高频段20MHz带宽。我们考虑已有的窄带OFDM系统仅占用LFD 20MHz带宽，而新的宽带频率交叠可升级OFDM系统占用[f0，f0+40M]带宽，该图说明了两种(窄带、宽带)系统的频谱部分重叠情况。
本发明有如下的假设(1)WB-BS的FFT大小为2N。NB-MT的FFT大小为N。
(2)NB-MT的采样时钟Ts20与WB-BS的采样时钟Ts精确地间隔对准，且Ts20＝2Ts。
(3)NB-MT只能够使用宽带频率交叠可升级OFDM系统的低频段20MHz带宽(20MHz LFD)，而高频段的20MHz带宽(20MHzHFD)仅供WB-MT使用。
图2给出了一种40MHz SOFO系统BS的发射机结构图。图3给出了一种40MHz SOFO系统BS的接收机结构图。在图2和图3中，G40(f)是40MHz带宽收发滤波器的频率响应；G20(f)是低频段(LFD)20MHz带宽收发滤波器的频率响应；G20h(f)是高频段(HFD)20MHz带宽收发滤波器的频率响应；D/A和A/D是数字信号与模拟信号之间的转换器；RF是射频前端处理单元；Fs和2Fs分别表示采样速率为Fs和2Fs；IFFT(2N points)/FFT(2N points)表示2N点IFFT/FFT。
如图3所示，根据本发明的三个主要模块分别是“Inserting’0’”模块、“∑”模块、和“Interference Cancellation”模块，其功能分别如下“Inserting’0’”模块是在每个采样点(采样速率为Fs)后面插“0”信号，使得原先长度为N的原采样序列加长为长度为2N的长序列。该长序列在偶数位的信号与原采样序列相同，而在奇数位的信号为“0”。注序列中的起始位置从0开始依次编号，以长度为N的原采样序列为例，其位置编号依次则为0，1，...，N-1。
“∑”模块完成两个长度为2N的序列的逐采样点求和。在实际使用中，“Inserting’0’”和“∑”两个模块也可以共同工作，即将来自LFD的长度为N的原采样序列与来自HFD的长度为2N的原采样序列上偶数位置的信号进行相加，这样可以减少功能模块和简化处理运算。
“Interference Cancellation”模块就是在经过2N点IFFT之后，把HFD上N个子载波上的信号减去LFD上N个子载波上的信号，就得到HFD上相应的接收信号。
如图2和3所示，当WB-BS(Cell)中仅有WB-MT时，其接收采用模块1(第一处理)进行接收处理，可以支持WB-MT。这样的接收结构具有高的谱效率。
当WB-BS(Cell)中有NB-MT和WB-MT时，其接收采用模块2(第二处理)进行接收处理，可以支持NB-MT和WB-MT。这样的接收结构可以同时支持两种不同带宽的终端NB-MT和WB-MT。从而实现了宽带频率交叠可升级OFDM系统对已有窄带终端的后向兼容。
通过对本发明提出的“插0”方法(即“inserting 0 method”)进行计算机仿真，分析对比了与传统方法(即“traditional method”)、插值方法(即“interpolation method”)的性能差异。
在采用BPSK、QPSK调制方式时，通过AWGN信道和准静态Rayleigh信道后的误码率性能。假设了N＝4，插值方法使用sinc函数。这里，插值方法就是直接把接收到的NB-MT和WB-MT的混合信号进行2Fs采样并进行2N点FFT解调。
在图4和图5中，分别给出了上述三种方法的上行链路的仿真性能。其中图4对应于与BPSK相结合，图5对应于与QPSK相结合。图中标号为1的线分别对应了AWGN信道下的性能，标号为2的线对应了准静态Rayleigh信道下并采用理想信道估计(ideal channelestimation)的性能。SNR代表符号噪声功率比，BER代表误比特率。
结果显示，根据本发明的“插0”方法与传统方法的性能完全相同，而插值方法性能最差，而且它几乎不随信号功率的增强而改善。与传统方法相比，本发明所提的“插0”方法具有更低的处理复杂度，计算速度更快，而且方法更简单、更易工程实现。
与传统方法相比，本发明增加了三个功能模块，它们都非常简单且易于实现，而且本发明减少了一个N点FFT模块和计算，因此总体的复杂度明显减少，每次FFT解调大约能够减少Nlog2N次复数乘法运算和Nlog2N-2N次复数加法运算。比如当N＝1K(1024)时，能够节省10K(10240)次复数乘法运算和8K(8192)次复数加法运算。因此，本发明采用“插0”方法是一种有效的方法，能够成功地实现单频网(SFN)频率交叠可升级OFDM系统的后向兼容，并且复杂度更小，易于工程实现。
权利要求
1.一种兼容窄带OFDM系统信号的宽带OFDM系统，包括基站接收机，用于接收上行信号，其中基站接收机包括支持宽带终端信号传输的第一模块以及支持窄带终端和宽带终端信号传输的第二模块；基站发射机，用于发射下行信号。
2.按权利要求1所述的系统，其特征在于，当基站仅接收宽带终端的信号时，所述基站接收机采用第一模块检测宽带终端信号；当基站同时接收到窄带终端和宽带终端的信号时，所述基站接收机采用第二模块对终端窄带的高频端终端和低频段终端信号进行检测处理，其中对低频段的信号进行插零。
3.按权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第二模块包括窄带滤波器模块，用于从宽带信号中滤出窄带信号；A/D转换模块，用于对上行信号进行A/D转换；插零模块，用于对低频段的数字数据进行插零；求和模块，用于对数字序列的逐采样点进行求和；傅立叶变换模块，用于对求和模块的输出进行傅立叶变换；干扰抵消模块，用于计算高频段的接收信号。
4.按权利要求3所述的系统，其特征在于，所述插零模块在每个采样点之后插入“0”信号，以得到长度是原采样序列的长度二倍的长序列。
5.按权利要求4所述的系统，其特征在于，所述长序列在偶数位的信号与原采样序列相同，而在奇数位的信号为“0”。
6.按权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述求和模块对所述长序列和高频段的数字数据进行求和。
7.按权利要求3所述的系统，其特征在于，所述干扰抵消模块通过将高频段上子载波上的信号减去低频段上子载波上的信号，得到高频段的接收信号。
8.一种用于使宽带OFDM系统与窄带OFDM系统后向兼容的方法，包括步骤对接收到的上行信号进行分别检测处理；如果基站仅接收到宽带终端信号，采用第一接收方法进行处理；如果基站同时接收到窄带终端和宽带终端的信号，采用第二接收方法处理进行。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二接收处理方法包括对所收到的上行信号分别进行窄带滤波处理；对滤波后的信号进行A/D转换；对低频段的数字数据进行插零；对数字序列的逐采样点进行求和；对求和模块的输出进行傅立叶变换；计算高频段的接收信号。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，所述插零步骤包括，在每个采样点之后插入“0”信号，以得到长度是原采样序列的长度二倍的长序列。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，所述长序列在偶数位的信号与原采样序列相同，而在奇数位的信号为“0”。
12.按权利要求10所述的方法，其特征在于，所述求和模块对所述长序列和高频段的数字数据进行求和。
13.按权利要求9所述的方法，其特征在于，通过将高频段上子载波上的信号减去低频段上子载波上的信号，得到所述高频段的接收信号。
全文摘要
本发明提出了一种兼容窄带OFDM系统信号的宽带OFDM系统，包括基站接收机，用于接收上行信号，其中基站接收机包括支持宽带终端信号传输的第一模块以及支持窄带终端和宽带终端信号传输的第二模块；基站发射机，用于发射下行信号。与传统技术相比，本发明的系统和方法具有更低的处理复杂度，计算速度更快，而且更简单、更易工程实现。
文档编号H04B7/26GK1992699SQ20051013740
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者陈军, 王海, 姬翔, 梁宗闯 申请人:北京三星通信技术研究有限公司, 三星电子株式会社