专利名称：一种ofdm通信系统的时域整形方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种OFDM通信系统的时域整形方法，用于减小系统通信中因越界引起的信息能量的损失。
背景技术：
正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种多载波宽带数字调制技术。OFDM技术具有很好的抗干扰能力，频谱利用率高，传输容量大等特点，各子信道中的正交调制与解调是通过快速傅里叶反变换(IFFT )或快速傅里叶变换(FFT)来实现的。在传统的OFDM系统中,输入比特序列完成串并变换后,根据米用的调制方式，完成相应的调制映射，形成调制信息序列对，对该信息对进行IFFT，计算出OFDM已调信 号的时域抽样序列，加上循环前缀CP，再作D/A变换，得到OFDM已调信号的时域波形。接收端先对接收时域信号进行A/D变换，去掉循环前缀CP，得到OFDM已调信号的抽样序列，对该抽样序列作FFT即得到原调制信息序列。OFDM系统通过引入循环前缀从而形成保护间隔GI，来有效地对抗由于多径时延带来的码间干扰(Inter-Symbol Interference,简称ISI)和子载波间干扰(Inter-CarrierInterference，简称ICI)。但是过宽的保护间隔时间段会使得系统效率变差，因而又出现了低保护间隔OFDM方案。无论如何，在某些情况下，信号仍然会越过保护间隔时间，从而出现信号能量损失，以及ISI和ICI。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有OFDM通信系统所存在的由于信号越过保护间隔而出现的信号能量损失问题，提供一种OFDM通信系统的时域整形方法，从而减小系统通信中因越界引起的信息能量的损失，提高系统性能。本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题一种OFDM通信系统的时域整形方法，在OFDM通信系统的发送端，对数字调制后得到的所传输数据的频域信号进行以下处理将所述频域信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到新的频域信号；对该新的频域信号进行快速傅里叶逆变换；将经快速傅里叶逆变换得到的信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到最终的传输数据的时域整形信号；在OFDM通信系统的接收端，对于接收到的传输数据的时域整形信号进行以下处理将所述时域整形信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到新的时域信号；对该新的时域信号进行快速傅里叶变换；将经快速傅里叶变换得到的信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到所传输数据的频域信号。本发明针对OFDM帧结构的数据部分进行时域整形，将信号能量集中在OFDM符号的中间部分，两边部分能量较少，从而有效减小了因信号越界引起的信息能量的损失，提高了系统性能。
图1为OFDM通信系统的帧结构；图2a为基本OFDM时域整形方案发送端的流程图；图2b为基本OFDM时域整形方案接收端的流程图；图3a是DCO-OFDM时域整形方案发送端的流程图；图3b是DCO-OFDM时域整形方案接收端的流程图；图4a是周期为127的伪随机序列经BPSK调制后，按传统的无线OFDM方法得到的频域图，图4b是得到的时域图；图5a是周期为127的伪随机序列经BPSK调制后，采用本发明方法进行时域整形 得到的频域图，图5b是得到的时域图；图6a是周期为63的伪随机序列经BPSK调制后，按传统的DCO-OFDM方法得到的频域图，图6b是得到的时域图；图7a是周期为63的伪随机序列经BPSK调制后，采用本发明方法进行时域整形得到的频域图，图7b是得到的时域图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明本发明的思路是对现有OFDM通信系统进行改进，对OFDM帧结构的数据部分进行时域整形，将信号能量集中在OFDM符号的中间部分，两边部分能量较少，从而减小因信号越界引起的信息能量的损失。OFDM信号帧的结构如图1所示，本发明仅对其中的数据部分进行整形，其它部分不变。本发明具体采用以下方法在OFDM通信系统的发送端，对数字调制后得到的所传输数据的频域信号进行以下处理将所述频域信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到新的频域信号；对该新的频域信号进行快速傅里叶逆变换；将经快速傅里叶逆变换得到的信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到最终的传输数据的时域整形信号；在OFDM通信系统的接收端，对于接收到的传输数据的时域整形信号进行以下处理将所述时域整形信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到新的时域信号；对该新的时域信号进行快速傅里叶变换；将经快速傅里叶变换得到的信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到所传输数据的频域信号。采用上述方案得到的时域波形其实是对按传统OFDM方法得出的时域波形的整
NMM,V
形，即第O到个点依次向右平移了个点,第至Ij N-1个点依次向左平移个点，这样就2 2 2 2
将信号能量集中在OFDM符号的中间部分。本发明方法可用于传统的无线OFDM通信系统，也可以用于非相干系统如光通信系统中的0FDM。为便于公众理解，下面分别以无线OFDM通信系统和DCO-OFDM (直流偏置光0FDM)通信系统为例对本发明技术方案进行进一步说明。对于无线OFDM通信系统，系统的发送端先对通信数据进行QAM或QPSK等方式的数字调制，即将被传输的数字信号转换成子载波幅度和相位的映射，得到调制后的所传输数据的频域信号序列，记为x(k) (k = O, I, -,N-1);将频域信号X(k) (k = O, I, -,N-1)分为偶数项X(2m) (m=0, I,…，N/2-1)和奇数项X(2m+1) (m=0, I,…，N/2-1);保持偶数项X(2m) (m=0, I,…，N/2-1)不变，将奇数项X(2m+l) (m=0, I,…，N/2-1)乘以_1，得到新的频域信号；将该新的频域信号进行N点IFFT运算后得X’ (η) (η=0, I,…，N_l);再将序列χ' (η)分为偶数项 X’ (2r) (r = O, I, "'NA-1),奇数项 x' (2r+l) (r = O, I, ···, N/2-1);将序列X' (η)的偶数项 X’ (2r) (r = O, I, ···, N/2-1)不变,奇数项 x’ (2r+l) (r = O, I,…，N/2-1)乘以-1，得到最终的整形后的时域信号x(n) (η=0，1，···，Ν-1)。上述整形流程如图2a所示。发送端将整形后的时域信号加入保护间隔(或循环前缀)，形成OFDM符号，然后在组帧时加入同步序列，信道估计序列等，得到基带信号并输出。系统接收端对于接收到的基带信号，先进行时间同步、小数倍频估计和纠正后，得到整形后的时域信号X" (11)(11=0，1，"％^1)，将信号序列1" (η)(η=0，1，···，Ν-1)的奇数项 X" (2m+l) (m=0，1，...，Ν/2-1)乘以 _1，偶数项 x" (2m) (m=0, I, - ,N/2-1)保持不变，得到新的时域信号；对该新的时域信号进行N点FFT运算后得X" (k) (k = 0,1,-,N-1)；将信号序列 X " (k) (k = O, I, - ,N-1)中的奇数项 X " (2r+l) (r = O, I, - ,N/2-1)乘 以-1，保持偶数项X" (2Γ)(Γ=0，1，···，Ν/2-1)不变，得到最终的频域信号X' (k)(k =O, 1，-,N-1)，即发送端将要传输的数字序列经数字调制后的频域信号。上述流程如图2b所示。对频域信号Γ (k)(k = 0，l，一，N_l)进行相应的数字解调，即可得到所传输的数据比特流。传统光传输系统，接收端采用直接检测，产生的光信号强度与输入电信号有关，信息承载在光强度上，要求输入电信号非负，而OFDM为双极性信号，所以要实现OFDM技术在光传输系统中的应用，则要求OFDM符号为正实数。其中一种方法是采用DC0-0FDM(直流偏置光0FDM)方法。对于DCO-OFDM通信系统，发送端所传输信息比特流经数字调制后的频域信号x(n) (n=l,…，N/2-1)需进行相应地映射来实现OFDM符号的实数化，实数化后的频域信号以的映射表达式如下
_ W== [O W，ο d 勝 i]类似地，将信号序列的奇数项s(2m+l) (m=0, I, - ,N/2-1)乘以_1，偶数项s(2m) (m=0, I,…，N/2-1)保持不变，得到新的频域信号；对该新的频域信号进行N点IFFT运算后得时域信号序列 (η) (η=0, I,…，N_l);将时域信号序列y' (η)的奇数项I' (2r+l) (r=0, I, ···, N/2-1)乘以-1,偶数项 y' (2r) (r=0, I, ···, N/2-1)保持不变,得到最终的整形后的时域信号7(η)(η=0，1，···，Ν-1)。上述流程如图3a所示。发送端将整形后的时域信号y(n)加入保护间隔(或循环前缀)，形成OFDM符号，然后在组帧时加入同步序列，信道估计序列等，得到基带信号并输出。系统接收端对于接收到的基带信号，先进行时间同步、小数倍频估计和纠正后，得到整形后的时域信号y" (n) (n=0, I, ···, N-l);将信号序列y" (η) (η=0, I, ···, Ν-1)的奇数项 y" (2m+1) (m=0, I, - ,N/2-1)乘以-1，偶数项 y" (2m) (m=0, I, - ,N/2-1)不变，得到新的时域信号；对该新的时域信号进行N点FFT运算后得s " (η)(η=0，1，···，Ν-1);将频域信号序列 s" (η)的奇数项 s" (2r+l) (r=0, I, ···, N/2-1)乘以-1,偶数项 s" (2r) (r =O, 1，…，N/2-1)保持不变，得到信号序列s' (η) (η=0, I, -,N-l);取信号序列s' (η)的第项，得 即为发送端所传输数据经数字调制后的频域信号。上述流
程如图3b所示。对 进行相应的数字解调，即得到发送端所传输的原始数
据比特流。 为了验证本发明方法的效果，分别将传统的无线OFDM通信系统、DCO-OFDM通信系统与采用本发明方法的无线OFDM通信系统、DCO-OFDM通信系统进行了对比。图4a、图4b分别是周期为127的伪随机序列经BPSK调制后，按传统的无线OFDM方法得到的频域图和时域图；图5a、图5b分别是周期为127的伪随机序列经BPSK调制后，采用本发明方法进行时域整形得到的频域图和时域图；图6a、图6b分别是周期为63的伪随机序列经BPSK调制后，按传统的DCO-OFDM方法得到的频域图和时域图；图7a、图7b分别是周期为63的伪随机序列经BPSK调制后，采用本发明方法进行时域整形得到的频域图和时域图。从图4b和图5b可以看出，图5b其实是图4b的平移，将信号的能量集中在OFDM符号的中间部分，两边部分能量较少，这样当信号出现越界时，信号能量损失的就较少，对系统的影响也减至最低。同样地，由图6b和图7b可看出，在DCO-OFDM通信系统中，本发明的时域整形方案也使得OFDM符号的能量集中在中间部分，这样当信号越界时，同样能降低对系统的影响，保证系统的性能。
权利要求
1.一种OFDM通信系统的时域整形方法，其特征在于，在OFDM通信系统的发送端，对数字调制后得到的所传输数据的频域信号进行以下处理将所述频域信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到新的频域信号；对该新的频域信号进行快速傅里叶逆变换；将经快速傅里叶逆变换得到的信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到最终的传输数据的时域整形信号；在OFDM通信系统的接收端，对于接收到的传输数据的时域整形信号进行以下处理将所述时域整形信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到新的时域信号；对该新的时域信号进行快速傅里叶变换；将经快速傅里叶变换得到的信号的奇数项乘以-1，偶数项保持不变，得到所传输数据的频域信号。
2.如权利要求1所述OFDM通信系统的时域整形方法，其特征在于，所述OFDM通信系统为无线OFDM通信系统，所述时域整形方法具体如下在无线OFDM通信系统的发送端，将数字调制后得到的所传输数据的频域信号Z(幻 (左=0，I, - ,#-1)分为偶数项 Z(2 ) Qn=Q, I, - ,#/2-1)和奇数项 Z(2 +1) Qn=O, I, ... ,N/2-1)；保持偶数 X(2m) Qb=O, 1，- ,#/2-1)不变，将奇数项 Z(2 +1) ( =0, I, ... ,#/2-1)乘以-1，得到新的频域信号；将该新的频域信号进行N点IFFT运算后得 :.(>) Qi=O, I, ''',N-1);再将序列 x_0)分为偶数项 x(2r) (r=0, I,…，#/2-1),奇数项^(2r+l) (r=0, I, ···,#/2-1);将序列 x'O)的偶数项 (r=0, I, ···,#/2-1)不变，奇数项乂(2r+l) (r=0, I,…，#/2-1)乘以_1，得到最终的整形后的时域信号x(/ ) Qi=O, 1，…AM)； 在无线OFDM通信系统的接收端，将整形后的时域信号x#( ) Qi=O, 1，…#-1)的奇数项 f(2 +l) Ob=O, I, - ,#/2-1)乘以-1，偶数项 f(2w) ( =0, I,…，#/2-1)保持不变，得到新的时域信号；对该新的时域信号进行N点FFT运算后得Alt) (^=0,1,-,^-1);将信号序歹Ij AD 0=0，1，…，Ar-1)中的奇数项+1) 0=0，1，…，#/2-1)乘以-1,保持偶数项 JP(2r) (r=0, I,…，#/2-1)不变，得到最终的频域信号X⑷(k=0, 1，…，ΛΜ)。
3.如权利要求1所述OFDM通信系统的时域整形方法，其特征在于，所述OFDM通信系统为直流偏置光OFDM通信系统，所述时域整形方法具体如下在直流偏置光OFDM通信系统的发送端，将数字调制并实数化后的所传输数据的频域信号的奇数项·5(2 +1) Qn=O, 1，…，#/2-1)乘以-1，偶数项·5(2 ) Qn=O, 1，…，#/2-1) 保持不变，得到新的频域信号；对该新的频域信号进行N点IFFT运算后得时域信号序列 /( ) (n=0, 1，…，#-1);将时域信号序列/⑷的奇数项^>+|) (r=0, I,…，T/2-1)乘以_1，偶数项^O) (r=0，l，…，#/2-1)保持不变，得到最终的整形后的时域信号y( ) (/7=0，1，... ,N-D ；在直流偏置光OFDM通信系统的接收端，将接收到的整形后的时域信号 (n=0, I, ...,Ar-1)的奇数项+ 0=0, I, ---,#/2-1)乘以-1,偶数项Qn=Q, I, ... ，#/2-1)不变，得到新的时域信号；对该新的时域信号进行N点FFT运算后得s'n)fc=0, 1，…，於1);将频域信号序列八《)的奇数项#分+|) ^=0, 1，…，#/2-1)乘以-1，偶数 项s (2r) (r=0，l，…，A72-1)保持不变，得到信号序列s切)fc=0，1，…，#_1);取信号序列s切)的第广1项，得
全文摘要
本发明公开了一种OFDM通信系统的时域整形方法，用于减小系统通信中因越界引起的信息能量的损失，属于通信技术领域。本发明方法针对OFDM帧结构的数据部分进行时域整形，将信号能量集中在OFDM符号的中间部分，两边部分能量较少，从而有效减小了因信号越界引起的信息能量的损失，提高了系统性能。本发明方法实现简单，可用于现有的各种OFDM通信系统。
文档编号H04L27/26GK103001916SQ201210501668
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者陈健, 马新凤 申请人:南京邮电大学