单符号ofdm信号解调方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号处理领域，特别涉及一种单符号OFDM信号解调方法和装置。
【背景技术】
[0002] 无线或有线通信必然有发信设备和收信设备，发信设备和收信设备之间有一定的 距离。发信设备发出的信号，通过有线或无线的方式，传输到收信设备。如果传输过程仅仅 是对信号功率和幅度进行衰减和延迟，使收信设备收到信号的功率和幅度，明显低于发信 设备发出信号的功率和幅度，事情就好办多了。这时只要接收到的信号功率不是太小，收信 设备就可以把信号放大到足够的程度，恢复出发信设备要传送的原始信息。但实际上传输 过程不仅仅是对信号进行衰减和延迟，最大的问题是信号是通过多条不同延时的路径传播 到收信设备的，传输通道对信号的总体影响就是对不同的频率分量衰减和相移不同，也就 是说多径传播会引起的频率选择性信号失真，这种失真如果不进行纠正，会影响收信设备 的数据恢复性能。传输通道对信号不同的频率分量的衰减和相移称为信道特性。
[0003] 在实际实现时，必须做如下处理才能使OFDM技术可以使用：
[0004] 1.循环前缀的插入。发信设备将要发送的数据进行分段，将每段的数据进行IFFT 运算，按先后顺序将每段数据的IFFT变换数据发出。每段数据的IFFT变换数据称为OFDM 的信号体。收信设备也按信号体为单位分段接收和分段进行FFT运算，接收分段和发送分 段的IFFT变换数据必须对应，如果接收的数据分段包含两个发送分段的前后混叠，破坏子 载波间的正交性，会降低接收处理的性能，甚至使数据恢复无法进行。然而，如果传输过程 存在多条不同延迟的信号传播路径，前后两段数据间无时间间隔，这样无论如何截取数据 分段都不能保证前后两段数据间无交叉重叠。为此前后两段IFFT变换数据间必须存在一 定的间隔期，该间隔期一定要大于多径延迟扩展，间隔期发出的数据的前一部分是上一段 数据IFFT变换数据的开头一段，后一部分是后一段数据IFFT是信号体尾部的数据，间隔期 插入的数据称为循环前缀。循环前缀插入起到两个作用，首先由于前后两段数据间存在大 于多径延迟扩展的时间间隔，可以定位出不互相干扰的信号段进行FFT变换。第二，不同多 径延迟的信号在截取用于FFT变换的信号体上，相当于不同循环延迟的信号，而循环延迟 不破坏子载波间的正交性，依然能够不使各子载波上的数据产生相互干扰。
[0005] 2.波形滚降处理。循环前缀插入的两部分数据分别是前段数据的开始段和后一段 数据的结束段，两者的过渡区以滚降曲线的方式，前部分数据逐渐减小、后部分数据逐渐增 大，以完成平滑过渡。这种平滑过渡会降低信号占用的带宽，以降低对带外信号的干扰。
[0006] 3.导频信号插入。收信处理设备需要知道信道特性，也即传输通道在各个子载 波上引入的幅度和相位变化。目前普遍采用导频插入的方法，在发信设备进行IFFT时，每 隔一定数量的数据子载波插入一个幅度和相位已知的子载波，该子载波不传输数据信息， 或者传输极少量的信息，这些少量信息即使在传播过程的特性未知的情况下也可以正确恢 复。这样当收信设备接收到数据、进行FFT变换后，得到导频子载波的相位和幅度。由于导 频子载波上调制的信息是已知的，这样收信设备就能计算出传输过程在导频子载波上引入 的幅度和相位变化。知道了传输过程在各个导频子载波上引入的幅度和相位变化，可以通 过内插的方法得到信道特性，即传输过程在所有子载波上引入的幅度和相位变化。这样就 可以修正这种变化，获得原始数据。修正接收信号中信道特性影响的过程称为信道均衡。由 于导频只携带极少量甚至不携带的数据信息，插入导频太多会降低传输效率，所以插入导 频的密度希望能维持在较低够用的水平。
[0007] 4.符号同步。在上述第2点中已讲到数据分段或称信号体必须定位准确，如果信 号体定位出现偏差，使得截取的信号体包含两个发送信号体的内容，或者使波形滚降部分 进入信号体内，都会影响接收处理性能。获得OFDM信号体定位的处理过程称为OFDM符号 同步。
[0008] 5.载波同步。如果收信设备和发信设备存在频偏，或者由于收发设备存在移动而 引入多普勒频移，这都会破坏接收处理子载波之间的正交性，影响接收性能。为此收信设备 需要进行频率跟踪，或称载波同步，修正自身频偏。
[0009] 6.传输过程中发生的数据错误如果不太多，可以通过前向纠错的方式进行纠正， 也即发送的数据中一部分是根据传输的数据按一定的规律生成的校验数据，接收端可以用 一定的算法进行纠正传输过程中发生的错误。
【发明内容】
[0010] 本发明提供了一种单符号OFDM信号解调方法和装置，以简化OFDM的发送和接收 处理，并适用于高速移动、环境剧烈变化。
[0011] 为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种单符号OFDM信号解调方 法，包括：步骤1，将OFDM输入信号进行相关运算，根据所述相关运算的峰值位置指示出 OFDM信号体的大致位置；步骤2,计算所述峰值的相角，并根据所述相角得到频率字；步骤 3,利用所述频率字控制数字控制振荡器输出本振信号序列；步骤4,将所述步骤1中输入的 OFDM输入信号通过延迟并与所述步骤3中的本振信号序列配齐后，与所述本振信号序列一 起输入复数乘法器中，以得到纠正了频偏的OFDM信号体数据，以在单个符号周期内进行信 号体定位和频偏纠正；步骤5,将所述OFDM信号体数据经FFT变换得到所述OFDM信号体 中的各子载波，所述子载波包括导频子载波和数据子载波；步骤6,提取导频子载波的幅度 和相位；步骤7,根据导频子载波的幅度和相位，内插出传输通道引起的各个载波上的幅度 和相位变化，即传输特性；步骤8,根据传输特性纠正传输通道对各子载波幅度和相位的影 响，再进行数据判决，以实现对单符号OFDM信号的解调。
[0012] 优选地，所述步骤2采用CORDIC算法计算所述峰值复信号的相角。
[0013] 优选地，所述步骤8包括：将所述步骤5中输出的各数据子载波经过延时处理后与 所述步骤7中的传输特性一起输入信道均衡及判决器中，对所述信道均衡及判决器均衡后 的名子载波进行检测和判决。
[0014] 本发明还提供了一种单符号OFDM信号解调装置，包括：相关运算装置，用于将 OFDM输入信号进行相关运算，根据所述相关运算的峰值位置指示出OFDM信号体的大致位 置；频偏计算单元，用于计算所述峰值的相角，并根据所述相角得到频率字；数字控制振荡 器，用于根据所述频率字输出本振信号序列；
[0015] 第一延迟存储器，用于将所述OFDM输入信号通过延迟并与所述本振信号序列配 齐；复数乘法器，用于根据所述本振信号序列对延迟存储器输出的OFDM输入信号进行频偏 纠正，以在单个符号周期内进行信号体定位和频偏纠正；FFT处理器，用于将所述OFDM信号 体数据经FFT变换得到所述OFDM信号体中的各子载波，所述子载波包括导频子载波和数据 子载波；导频提取单元，用于提取导频子载波的幅度和相位；信道特性计算单元，用于根据 各个导频子载波的幅度和相位内插出传输通道引起的各个载波上的幅度和相位变化，即传 输特性；信道均衡及判决器，用于根据传输特性纠正传输通道对各子载波幅度和相位的影 响，再进行数据判决，以实现对单符号OFDM信号的解调。
[0016] 优选地，所述频偏计算单元采用CORDIC算法计算所述峰值复信号的相角。
[0017] 优选地，根据传输特性纠正传输对各子载波幅度和相位的影响，以实现对单符号 OFDM信号的解调包括：将FFT处理器输出的各数据子载波经过延迟存储器处理后与传输特 性一起输入信道均衡及判决器中，对所述信道均衡及判决器均衡后的名子载波进行检测和 判决。
[0018] 综上所述，本发明的主要特点在于：
[0019] 1.在OFDM信号接收处理中，利用OFDM信号的循环前缀是信号体的末段的特点，采 用相关处理，检测出相关峰值的时间获得OFDM信号的定时，计算出相关峰值的复相角获得 频偏数值，该频偏为角度，除以信号体长度N就得到每个采样周期的相移角度，控制NCO振 荡器输出频率等于频偏的复本振信号，对延迟后的输入信号截取信号体，进行频偏纠正。
[0020] 2. OFDM符号中导频插入达到一定的密度，使得一个OFDM符号的信道特性的计算， 不需要参考它之前或之后的OFDM符号计算出的信道特性，也能达到满意的精度。但如果传 输环境变化不剧烈时，参考前后OFDM的解调结果可以提高符号同步、频偏计算和信道特性 的计算精度，进一步提尚解调性能。
【附图说明】
[0021] 图1示意性地示出了本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定 和覆盖的多种不同方式实施。
[0023] 本发明提出的单符号OFDM信号解调，允许接收设备只接收一个OFDM符号就可以 对其进行数据解调，不需要前导和训练序列，也不需要从之前的OFDM符号中提取信息。该 技术能简化OFDM的发送和接收处理，并适用于高速移动、环境剧烈变化，而以前接收的符 号信息无法提供对当前的OFDM符号解调提供参考价值的环境。
[0024] 本发明的技术实现原理如框图1所示。假定OFDM采用的是N点FFT，信号体数据 为F (η)，η = 0~N-I，则输入的OFDM符号可以表示为：
[0025] X(m) = F(N-1-L+m) XD(m)，m = 0~Ll :前滚降部分，长度为Ll，D(m)为前滚降特 性曲线，数值从〇到1逐渐上升。
[0026] X(m) = F(N-l_L+m)，m = L1+1 ~L :循环前缀部分，长度为 L-L1，
[0027] X(m) = F(m-L-l)，m = L+1 ~N+L :信号体部分，长度为