专利名称：发送/接收ofdm信号的方法及其移动通信终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及发送/接收OFDM信号的方法，尤其涉及发送/接收OFDM信号的方法及其移动通信终端。尽管本发明适于广泛的应用领域，但尤其适用于减少PAPR(峰值-平均功率比)。
背景技术：
近来，使用多个正交副载波(subcarrier)以用于快速无线多媒体数据传输的OFDM(正交频分多路复用)传输系统受到了极大关注。在OFDM传输系统中，调制的信号被并行化并接着被使用多个正交的副载波来同时发送。通过这种数据并行，OFDM传输系统能够使数据快速传输。相比于使用单一副载波的系统，OFDM传输系统变为强有力的以抵制多径衰落信道环境，这是因为每个副载波的码元周期被延长为并行的码元的长度那么长。
然而，已经了解到OFDM传输系统的缺点在于高的PAPR(峰值-平均功率比)。特别的是，时域OFDM信号包括许多被独立调制的副载波。因此，产生了高的PAPR，这是由于在相同的相位上将这些副载波加在一起出现高电平信号分量。通过功率放大器等切去了高电平信号分量而导致信号失真，从而降低了系统传输性能。
发明内容
因而，本发明提出一种发送/接收OFDM信号的方法及其移动通信终端，其充分克服由于现有技术的限制和缺点所引起的一个或多个问题。
本发明的目的是提供发送/接收OFDM信号的方法及其移动通信终端，通过它可以有效地减少OFDM传输系统中高的PAPR(峰值-平均功率比)。
下面的描述将部分地阐述本发明的附加的优点、目的和特点，根据检查下述内容或可以学习本发明的实践，本发明部分的附加的优点、目的和特点对本领域普通技术人员将是显而易见的。通过说明书和权利要求以及附图所特别指出的结构可以实现本发明的目的和其它的优点。
为实现这些目的和其他的优点以及根据本发明的目的，如在此具体实施和广义所述的，根据本发明的发送OFDM信号的方法包括步骤把比特流数据信号从串行转换到并行，分组编码(block-coding)并行的数据信号，哈达玛(Hadamard)变换分组编码(block-coded)的数据信号，对哈达玛变换的数据信号执行IFFT(快速傅里叶逆变换，inverse fast Fourier transform)，和把IFFT的数据信号从并行转换到串行以发送。
优选的，该分组编码步骤包括通过把数据信号划分成多个子块来分组编码数据信号的子分组编码步骤。
更优选的，在该子分组编码步骤中，校验位被添加到每个子块以使在每个子块中相同值的比特的数目变为偶数。
更优选的，在该子分组编码步骤中，每个子块包括3比特数据信号和1比特校验位，并且其中使用3/4编码率。
在本发明的另一个方面中，一种接收OFDM信号的方法包括步骤接收通过OFDM发送的数据信号，把接收的数据信号从串行转换到并行，对并行的数据信号执行FFT(快速傅里叶变换)，对快速傅里叶变换的数据信号执行哈达玛逆变换，分组解码哈达玛逆变换的数据信号，和把分组解码的数据信号从并行转换到串行。
优选的，该分组解码步骤是解码子分组编码的数据信号的子分组解码步骤。
更优选的，在该子分组解码步骤中，解码子分组编码的数据信号以便将校验位添加到每个子块以使得在每个子块中相同值的比特的数目变为偶数。
更优选的，在该子分组解码步骤中，解码以3/4编码率子分组编码的数据信号，并且每个子块包括3比特数据信号和1比特校验位。
在本发明的另一个方面中，一种移动通信终端包括串行-并行转换模块，其接收通过OFDM发送的数据信号并把接收的数据信号从串行转换到并行；FFT模块，其对并行的数据信号执行FFT(快速傅里叶变换)，哈达玛逆变换模块，对快速傅里叶变换的数据信号执行哈达玛逆变换；分组解码(block decoding)模块，分组解码(block-decoding)哈达玛逆变换的数据信号；和并行-串行转换模块，其把分组解码的数据信号从并行转换到串行。
优选的，该分组解码模块是解码子分组编码的数据信号的子分组解码模块。
更优选的，该子分组解码模块解码子分组编码的数据信号以便将校验位添加到每个子块，以使得在每个子块中相同值的比特的数目变为偶数。
更优选的，该子分组解码模块解码以3/4编码率子分组编码的数据信号，并且其中每个子块包括3比特数据信号和1比特校验位。
优选的，该移动通信终端是广播移动通信终端。
优选的，该移动通信终端是移动广播移动通信终端。
在本发明的另一个方面中，一种OFDM(正交频分多路复用)发送系统包括串行-并行转换模块，其把比特流数据信号从串行转换到并行；分组编码模块，分组编码并行的数据信号；哈达玛变换模块，哈达玛变换分组编码的数据信号IFFT模块，对哈达玛变换的数据信号执行IFFT(快速傅里叶逆变换)；和并行-串行转换模块，把IFFT的数据信号从并行转换到串行。
优选的，该分组编码模块通过把数据信号划分成多个子块来分组编码数据信号。
更优选的，子分组编码模块执行子分组编码，以添加校验位到每个子块以使在每个子块中相同值的比特的数目变为偶数。
更优选的，该子分组编码模块以3/4编码率执行子分组编码，并且每个子块包括3比特数据信号和1比特校验位。
应该明白的是，本发明的前面的一般性描述和下面的详细描述是示例性的，并意在提供如权利要求的本发明的进一步的解释。
所包括的附图提供本发明的进一步解释，并被结合和构成本申请的一部分，其示出了本发明的实施例，并连同说明书作用来解释本发明的原理。在附图中
图1是OFDM传输系统的方框图，解释调制N个副载波的原理；图2是通过假设四OFDM输入数据序列从数据0000变化到1111在时域中观察的OFDM传输系统输出的峰值包络功率图；图3A-3D是分别使用十六副载波的OFDM系统中根据各种编码率的峰值包络功率图；图4是根据本发明的OFDM传输系统的方框图；和图5和图6分别是本发明的模拟图。
具体实施例方式
现在将详细参考本发明的一些实施例，其例子被示例在附图中。只要可能的话，整个附图中使用的相同的附图标记表示相同的部分。
首先，如下解释本发明所考虑的OFDM传输系统的PAPR和模型。
图1是OFDM传输系统的方框图，以解释调制N个副载波的原理。
具有高数据率的输入数据序列被分成多个数据序列，其每个具有低数据率。而且，通过多个副载波调制多个数据序列并接着将其收集以发送。
通过用PSK(相移键控)或QAM(正交调幅)调制的副载波的总和(total)构建OFDM信号。
公式1表示通过BPSK调制的OFDM信号。
s(t)=Σk=0N-1ckej2πktT]]>在公式1中，‘N’表示副载波数，‘ck(∈{-1，1})’表示相应于OFDM码元的第k个副载波的频域中的数据，而‘T’表示一个OFDM码元的持续时间。
由于时域中的OFDM信号包括许多独立调制的副载波，因此如果在相同的相位上将它们加在一起，则产生高电平信号致使高的PAPR。给定的频域采样c＝{c0，c1，...，cN-1}的PAPR可以表示为公式2。
PAPR=MAX|s(t)|2E[|s(t)|2]]]>在公式2中，‘E[*]’表示‘*’的平均。公式2中给出的OFDM信号的最大功率可以用公式3表示。
|s(t)|2=(Σk=0N-1ckej2kktT)2]]>=N+2Σk=0N-2Σi=k+1N-1ckcicos[2π(i-k)t]]]>=N+2P0(t)]]>在公式3中，‘P0(t)’表示OFDM信号功率并可以用公式4表示。
P0(t)=Σk=0N-2Σi=k+1N-1ckcicos(2πkt)cos(2π)]]>=Σk=1N-1Ckcos(2πkt)]]>
在公式4中，可以解释成通过频域中数据比特的自相关函数Ck加权的余弦分量的总和。在此情况下，自相关函数Ck可以被定义为公式5。
Ck=Σi=0N-k-1cici+k]]>由于平均功率总是恒定为‘N’，因而公式3中的PAPR可以最终用公式6表示。
PAPR=MAX(1+2NP0(t))]]>在公式6中，可以看出，通过输入序列的旁瓣值即 确定PAPR。
下面简要解释根据本发明的使用分组编码方案作为OFDM信号/接收方法的基础的PAPR减少方案。
图2是通过假设四OFDM输入数据序列从数据0000变化到1111，在时域中观察的OFDM传输系统输出的峰值包络功率图。根据图2，如在前述的公式6中所述的，可以看出，通过数据序列的自相关函数Ck确定PAPR值。
表1显示了使用BPSK调制的OFDM系统中用于四输入数据序列的PAPR和Ck值。
特别的是，自相关函数的旁瓣值具有六种值并通过三个值确定PAPR值。
观察这些值，可以看出，PAPR值与旁瓣值成比例地增加。而且，还可以看出的是，通过排除使用具有4.00的PAPR的四个数据字和具有2.37的PAPR的四个数据字，可以减小PAPR。该原理可以通过分组编码系统容易地实现。例如，在使用1-比特附加信息来使3-比特的数据对应于4-比特的序列的过程中，通过避免使用增加PAPR的数据字可以减少PAPR。在表1中发现的一个原则是，奇数个1共同存在于具有低PAPR的数据字中。因此，使用奇数奇偶校验位实施分组编码。
然而，在使用许多副载波的情况下，分组编码方案不足以减小PAPR。分组编码方案中使用最后比特的奇数奇偶校验位来减少PAPR时，在特定的定时点处重叠的‘1’和‘0’的比特数变为彼此等同的概率，随着副载波增加而降低。因此，减小了由于相同相位的抵消效应。
为解决该问题，本发明建议了下面的OFDM信号发送/接收方法。为最大化减少PAPR的效应，本发明引入混合型PAPR方案，其组合哈达玛变换和在一起使用许多副载波的情况下通过把副载波分成子块来执行分组编码的子分组编码方案。
在下述中，假设在ODFM系统中具有十六个副载波，四个副载波被组合成一个子块以便在每个子块上执行3/4编码。然而，本发明也可以应用于使用多于或少于十六个副载波的OFDM系统，并还可以应用各种编码(例如7/8编码)以及3/4编码。因此，本发明的范围不限于下述内容。
本发明使用的哈达玛变换是基于这样一种原理，即通过降低输入序列的自相关函数的旁瓣值来减少PAPR。如果具有高相关性的输入序列被输入到OFDM中的IFFT(快速傅里叶逆变换)，高峰值功率出现的概率很高。可以通过正交频率的正弦波乘以输入序列来表示IFFT。如果输入序列具有高相关性，那么很可能作为IFFT结果出现的正弦波将被表示成相同的相位。如前所述，由于如果在相同相位上正弦波相加，则高的PAPR被增加得高。为减小PAPR，正弦波应该避免位于相同的相位。另一方面，如果输入序列的旁瓣是小的，那么频域中输入序列的自相关特性接近于脉冲并且时域中的频谱显得平坦。因而，PAPR也显得小。所以，如果通过哈达玛变换方案降低IFFT输入序列的旁瓣，则能够减小PAPR。就是说，由于通过哈达玛变换的数据序列具有小于原始数据序列的旁瓣，所以PAPR能被减少。
图4是根据本发明的OFDM系统的框图。
参考图4，不同于图1所示的先前的系统，根据本发明的OFDM传输系统100，使用编码模块130对通过串行-并行变换模块110并行化的数据序列执行子分组编码。而且，相应的结果输入到哈达玛变换模块150。哈达玛变换模块150的输出经过IFFT 170和并行-串行转换模块190以便经信道传播成时域信号。
在本发明建议的方法中，以下述方式执行子分组编码。
首先，输入数据经过串行-并行转换模块110以转换成公式7所示的并行数据。
c＝[c1(1)，c1(2)，c1(3)，c2(1)，...，cL(1)，cL(2)，cL(3)]在公式7中，假设使用的副载波数量(N)是‘4L’(N＝4L)，其中‘L’是子块数。特别的是，利用一个子块构成3比特输入数据字。因此，并行的输入数据被分成几个子块。而且，添加一个校验位以使得在每个子块中相同值的比特数总是偶数。特别的，添加校验位以使得在一个子块中‘+1’或‘-1’的数可以总是偶数。例如，如果c＝[1，1，-1]和如果应用该方法，结果码字变为r＝[1，1，-1，-1]。因此，子分组编码的码字可以表示为公式8。
r＝[r1(1)，r1(2)，r1(3)，P1(1)，...，rL(1)，rL(2)，rL(3)，PL(1)]在公式8中，PN(1)是校验位，能够使相同符号的比特的数目成为偶数。
在根据本发明实施例的子分组编码中，校验位被放在每个子块的末端。因此，3比特数据字变为4比特码字。在这种建议的方法中，将3/4的编码率用于子分组编码。这是因为总的说来，通过降低编码率可以获得低的PAPR值，如图3A-3D所示。而且，3/4编码率提供了优化的性能。在使用十六副载波的OFDM系统的情况下，图3A显示了在不执行分组编码情况下的峰值包络功率，图3B显示了在使用包括15数据比特和一个校验位的15/16编码率的分组编码的情况下的峰值包络功率，图3C显示了在使用包括两个子块的7/8编码率的分组编码的情况下的峰值包络功率，而图3D显示了在使用包括四个子块的3/4编码率的分组编码的情况下的峰值包络功率。
在本发明中，哈达玛变换被应用于子分组编码的结果。如果子分组编码的码字的长度是‘N’，如公式9所示的N×N哈达玛矩阵被相乘。在此情况下，哈达玛矩阵的重要特性是，置于一行和一列中的‘1’的数目和‘-1’的数目总是偶数。因此，在哈达玛矩阵中的一行和另一行是彼此正交的并且它们的相关值总是0。利用该特性，可以减少IFFT输入数据的旁瓣。因此，可以减少OFDM系统中的PAPR。
H2NW=12NHNWHNWHNWHNW]]>H2W=12+++-]]>在通过本发明建议的方法中，值得注意的是，如果哈达玛矩阵内序列以一行或列存在，如同子分组编码的码字一样，码字的自相关值以脉冲形式出现。如果在哈达玛矩阵中存在相反符号的序列，这是有效的。
例如，假设存在四个副载波，如果子分组编码的码字是r＝[1，1，-1，-1]，则变换进4×4哈达玛矩阵的序列变为
。于是，序列的自相关函数值变为[16，0，0，0]。因此，通过IFFT的时域中的信号具有平坦形式。
因此，由于在子分组编码之后的哈达玛变换的序列的自相关函数的旁瓣小于仅哈达玛变换的序列的旁瓣，因此能够进一步减少PAPR。这是因为序列的自相关函数和它们的功率分布谱分别配置傅里叶变换对。
下述所解释的是用于测量根据本发明的方法的情况下可获得的PAPR减少的模拟结果。
首先，如下解释用于该模拟的假设。
假设副载波数是4，8，16或32。假设BPSK调制被用于用户的数据。用于模拟的系统具有图4所示的结构配置。
表2显示了本发明建议的方法应用于OFDM系统的情况下可获得的PAPR。
(单位dB)
在表2中，将各种方案中的PAPR性能彼此比较。
在使用分组编码方案的情况下，PAPR减少的量随着副载波数的增加而降低。就是说，如果副载波数是4，则大于3dB的PAPR被减少。然而，如果副载波数仅仅变为8，减少的量就变为大约2.5dB。所以，效果降低。这与前述的解释相一致。
使用子分组编码来补偿分组编码的缺点的结果显示，PAPR减少的量强于分组编码的情况。这也与前述的解释相一致。
将哈达玛变换应用到输入序列直接提供性能的方案，在性能上好于分组或子分组编码方案。然而，该结果表明，PAPR减少的范围随着副载波数的增加而减少。
在应用了本发明建议的方案的系统中，PAPR减少的量大约为6dB而不管副载波数。这表明比起前述的方案，PAPR的减少性能被进一步增强。
图5显示了表2的模拟结果。并且，图6显示了各种PAPR减少方案中在IFFT输入之前的序列的旁瓣值之和。
如前述所述的，旁瓣值与PAPR值显著相关。通过在每个方案中选择具有峰值功率的序列，得到选择的序列的自相关函数值。可以看出，本发明建议的方案表现出最低的旁瓣值。这意味着本发明的方案提供最大的PAPR减少效果。
OFDM接收系统(例如用于移动广播接收的移动通信终端)200，其能够接收从其中应用了本发明的方案的OFDM发送系统发送的信号，下面结合参考图4对其进行解释。
参考图4，接收系统200的串行-并行转换模块210接收通过OFDM发送的数据信号，并接着把接收的信号转换为并行信号。
随后，FFT(快速傅里叶变换)模块230对并行的数据信号执行FFT。
哈达玛逆变换模块250对FFT的数据信号执行哈达玛逆变换。
分组解码模块270对哈达玛逆变换的数据信号执行分组解码。优选的，分组解码模块270是子分组解码模块，其通过把数据信号分成多个子块来解码分组编码的数据信号。更优选的，子分组解码模块解码以3/4编码率子分组编码的数据信号，该数据信号中每个子块包括3比特数据信号和1比特校验位。
并行-串行转换模块290接着把分组解码的数据信号从并行转换为串行。
在本发明的上述说明中，以同时采用分组编码和哈达玛变换的方式建议了OFDM系统中减少PAPR的方案。
而且，将所建议的方案的性能与常规方案的性能进行了比较。本发明建议的方案利用了这样的特性，即，哈达玛矩阵的行或列之间的相关值互为零。
因而，本发明提供了下述的效果和优点。
首先，利用哈达玛矩阵的特性，本发明能减少输入数据中存在的相关性。
第二，通过同时采用3/4编码率的子分组编码和哈达玛变换，本发明补偿了这样的缺点，即，在增加副载波数的情况下，只使用哈达玛变换的方案中PAPR减少效果被降低。特别的是，在副载波数是四的情况下，本方案能够提供理想的PAPR的值。
在该计算机模拟中，仅使用分组编码的方案只带来大约3dB的PAPR减少效果。然而，本发明的方案带来大约6dB的PAPR减少效果。
第三，本发明建议的方案提供了几乎与副载波数的增加无关的减少性能，并且比起只使用哈达玛变换的方案还具有大约2dB的额外的PAPR减少。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在本发明中可以作出各种修改和变化。因此，本发明意在覆盖落在所附权利要求和它们的等效物范围内的该发明的修改和变化。
权利要求
1.一种发送OFDM信号的方法，包括步骤把比特流数据信号从串行转换到并行；分组编码并行的数据信号；哈达玛变换分组编码的数据信号；对哈达玛变换的数据信号执行IFFT(快速傅里叶逆变换)；和把IFFT的(快速傅里叶逆变换的)数据信号从并行转换到串行以发送。
2.如权利要求1所述的方法，其中该分组编码步骤包括通过把数据信号划分成多个子块来分组编码该数据信号的子分组编码步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中在该子分组编码步骤中，将校验位添加到每个子块以使在每个子块中相同值的比特的数目变为偶数。
4.如权利要求3所述的方法，其中在该子分组编码步骤中，每个分组编码的子块包括3比特数据信号和1比特校验位，并且其中使用3/4编码率。
5.一种接收OFDM信号的方法，包括下列步骤接收通过OFDM发送的数据信号；把接收的数据信号从串行转换到并行；对并行的数据信号执行FFT(快速傅里叶变换)；对快速傅里叶变换的数据信号执行哈达玛逆变换；分组解码该哈达玛逆变换的数据信号；和把分组解码的数据信号从并行转换到串行。
6.如权利要求5所述的方法，其中该分组解码步骤是解码子分组编码的数据信号的子分组解码步骤。
7.如权利要求6所述的方法，其中在该子分组解码步骤中，通过将校验位添加到每个子块以使在每个子块中相同值的比特的数目变为偶数而使子分组编码的数据信号被解码。
8.如权利要求7所述的方法，其中在该子分组解码的步骤中，解码以3/4编码率子分组编码的数据信号。
9.一种移动通信终端，包括串行-并行转换模块，其接收通过OFDM发送的数据信号，并把接收的数据信号从串行转换到并行；FFT模块，其对并行的数据信号执行FFT(快速傅里叶变换)；哈达玛逆变换模块，其对快速傅里叶变换的数据信号执行哈达玛逆变换；分组解码模块，其分组解码哈达玛逆变换的数据信号；和并行-串行转换模块，其把分组解码的数据信号从并行转换到串行。
10.如权利要求9所述的移动通信终端，其中该分组解码模块是解码子分组编码的数据信号的子分组解码模块。
11.如权利要求10所述的移动通信终端，其中该子分组解码模块解码子分组编码的数据信号，以将校验位添加到每个子块以使在每个子块中相同值的比特的数目变为偶数。
12.如权利要求11所述的移动通信终端，其中该子分组解码模块解码以3/4编码率子分组编码的数据信号。
13.如权利要求9所述的移动通信终端，其中该移动通信终端是广播移动通信终端。
14.如权利要求9所述的移动通信终端，其中该移动通信终端是移动广播移动通信终端。
15.一种OFDM(正交频分多路复用)发送系统，包括串行-并行转换模块，其把比特流数据信号从串行转换到并行；分组编码模块，用于分组编码该并行的数据信号；哈达玛变换模块，用于哈达玛变换该分组编码的数据信号；IFFT模块，其对哈达玛变换的数据信号执行IFFT(快速傅里叶逆变换)；和并行-串行转换模块，其把IFFT的数据信号从并行转换到串行。
16.如权利要求15所述的OFDM发送系统，其中该分组编码模块通过把数据信号划分成多个子块来分组编码该数据信号。
17.如权利要求16所述的OFDM发送系统，其中该子分组编码模块执行子分组编码，来添加校验位到每个子块以使在每个子块中相同值的比特的数目变为偶数。
18.如权利要求17所述的OFDM发送系统，其中该子分组编码模块以3/4编码率执行子分组编码。
全文摘要
本发明公开了一种发送/接收OFDM信号的方法及其移动通信终端，通过它可以在OFDM传输系统中有效地降低高的PAPR(峰值－平均功率比率)。本发明包括步骤把比特流数据信号从串行转换到并行，分组编码并行的数据信号，哈达玛变换分组编码的数据信号，对哈达玛变换的数据信号执行IFFT(快速傅里叶逆变换)，和把IFFT的数据信号从并行转换到串行以便发送。
文档编号H04L27/34GK1881974SQ20061009251
公开日2006年12月20日 申请日期2006年6月15日 优先权日2005年6月16日
发明者林炳天 申请人:Lg电子株式会社