专利名称：提高ofdm发射机有效数据传输效率的方法及ofdm发射机的制作方法
技术领域：
本发明属于无线通信领域中的多载波调制技术，具体涉及一种提高OFDM 发射机有效数据传输效率的方法和OFDM发射机结构。
背景技术：
OFDM是无线通信领域中非常有发展前景的一种多载波调制技术，目前被 广泛应用于数字广播电视(DVB， Digital Video Broadcasting )、 IEEE 802. 11a 和HIPERLAN/2无线局域网(WLAN, Wireless Local Area Network)等宽带 无线通信系统中。
在OFDM发射机中，所有待发送的数据都会先被划分成若干个OFDM符号， 再以OFDM符号为单位进行处理，最终发送到多径信道中。由于多径信道会使 信号产生拖尾，所以为了避免前一个OFDM符号的信息拖尾到后一个OFDM符号 而引起OFDM符号间的相互干扰，OFDM发射机在每个OFDM符号后插入一段时域 保护间隔，如图1所示。该时域保护间隔的长度不小于多径信道的拖尾长度， 即多径信道的长度，这样就可以保证每个OFDM符号的拖尾都落在该OFDM符号 的时域保护间隔内，而不会干扰到下一个OFDM符号，从而克服了多径信道的 影响。然而，由于时域保护间隔并不携带有效数据，它的作用只是为了克服 多径信道的影响，但时域保护间隔的长度又必须不小于多径信道的长度，而 且每个OFDM符号后都要加入时域保护间隔，因此时域保护间隔大大降低了 OFDM发射机的有效数据传输效率。设1个0FDM符号的长度为N，多径信道的长 度为L，则时域保护间隔的长度最小为L,那么OFDM发射^L的最大有效数据传 输效率为N/(N+L)。举一个例子，比如在数字广播电视(DVB)发射机中，l个
0FDM符号的长度为恥2048,其时域保护间隔长度为1^512，因此DVB发射机的 最大有效数据传输效率只有80%。由此可见，虽然在OFDM发射机中引入时域 保护间隔可以克服多径信道的影响，但这样做却大大降低了OFDM发射机的有 效数据传输效率。
发明内容
针对上述OFDM发射机所存在的问题，本发明的目的是，提供一种在OFDM 发射机中既能提高有效数据传输效率、又能克服多径信道影响的方法，以及 这种方法所对应的OFDM发射机结构。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种提高OFDM发射机有效数据传输效率的方法，其步骤为
1数据源模块产生频域二进制数据流；
2映射模块将频域二进制数据流映射为频域复数信号；
3串并变换模块将频域复数信号划分为若干个频域OFDM符号D(n)， n=l,... ， N, N为1个OFDM符号的长度；
4巻积运算模块对每个频域OFDM符号D (n)进行巻积运算，得到长度不变 的巻积运算输出符号S(n)， n=l,...，N,其中
4-1设巻积运算模块所选取的巻积系数为W(i)， i-l，...，K,则巻积运 算的结果为
<formula>formula see original document page 6</formula>
4-2设巻积运算的输出符号S(n)经N点IFFT (Inverse Fast Fourier Transform,傅立叶反变换)后得到时域符号s (n) ， n-l，...，N,则巻积系数 W(i), i=l,... ， K应选取为可使时域符号s (n)的能量分布满足时域符号s (n)
的末端信号能量小或两端信号能量小；
5 IFFT模块对每个巻积运算输出的频域OFDM符号S (n)做N点的IFFT, 从而将频域符号S (n)转换为时域符号s (n),时域符号s (n)的能量分布满足 末端信号能量小或两端信号能量小；
6有效拖尾长度计算模块对输入的时域OFDM符号s (n)进行有效拖尾长度 计算，得到时域OFDM符号s (n)的有效拖尾长度M,其中
6-1有效拖尾长度计算模块利用门限Th来计算时域OFDM符号s (n)的有 效拖尾长度；
6-2有效拖尾长度计算模块统计每个时域OFDM符号s (n)的末端信号能 量低于门限Th的信号长度，设此长度为Z，并设多径信道的长度为L，则时 域OFDM符号s (n)的有效拖尾长度M为
M = L - Z ( 2 )
6-3当时域OFDM符号s (n)的末端信号能量低于门限Th的信号长度Z 大于多径信道的长度L时，时域OFDM符号s(n)的有效拖尾长度M为0;
7插入时域保护间隔模块在每个时域OFDM符号s(n)后插入时域保护间 隔，从而得到加长的时域符号r (m) ， m=l，... ， N+M， M为时域保护间隔的长度， 它等于时域OFDM符号s (n)的有效拖尾长度；
8并串变换模块将加长的时域符号r(m)做并串变换后发送到多径信道中。
一种OFDM发射机，包括数据源模块、映射模块、串并变换模块、IFFT模 块、插入时域保护间隔模块和并串变换模块，数据源模块产生的频域二进制 数据流依次经过映射模块、串并变换模块、IFFT模块、插入时域保护间隔模 块和并串变换模块后，被发送到多径信道中，其特征在于，增加一巻积运算 模块和一有效拖尾长度计算模块，巻积运算模块设置在串并变换模块和IFFT 模块之间，而有效拖尾长度计算模块设置在IFFT模块和插入时域保护间隔模 块之间。
巻积运算模块所设定的巻积系数为W(i), i=l,...，K,得到长度不变的巻 积运算输出符号为S (n), n=l，…，N，如将频域符号S (n)转换为时域符号s (n) 时，时域符号s (n)的能量分布为末端信号能量小或两端信号能量小。
所述有效拖尾长度计算模块设定一门限Th,每个时域OFDM符号s (n)的 末端信号能量低于该门限Th的信号长度Z可以大于或等于多径信道的长度L。
本发明的技术优点在于
本发明通过对传输的频域OFDM符号进行巻积运算，保"〖正了时域OFDM符 号的能量分布满足时域OFDM符号的末端信号能量小或两端信号能量小，进一 步利用门限Th计算时域OFDM符号的有效拖尾长度，并在每个时域OFDM符号 后插入长度为时域OFDM符号的有效拖尾长度的时域保护间隔。本发明插入的 时域保护间隔长度M小于多径信道的长度L,而传统的OFDM发射机插入的时 域保护间隔长度必须大于或等于多径信道的长度L，因此本发明缩短了时域保 护间隔的长度，从而提高了 OFDM发射机的有效数据传输效率。进一步，由于 本发明通过巻积运算保证了时域OFDM符号的能量分布具有末端信号能量小或 两端信号能量小的特点，所以虽然本发明缩短了时域保护间隔的长度，但本 发明仍然可以克服多径信道的影响，从而实现了在OFDM发射机中既能提高有 效数据传输效率、又能克服多径信道影响的目的。
图1现有OFDM发射机结构框图2本发明的OFDM发射机结构框图3现有OFDM发射机的时域符号d(n)和本发明的时域符号s(n)的实 部、虛部信号值比较其中，(a)现有OFDM发射机的时域符号d(n)的实部信号值；(b)现有 OFDM发射机的时域符号d (n)的虚部信号值；(c)本发明的时域符号s (n)的实 部信号值；(d)本发明的时域符号s(n)的虚部信号值；
图4本发明的时域符号s (n)的有效拖尾长度计算原理图，其中，(a)本 发明的时域符号s (n)的实部信号值；(b)本发明的时域符号s (n)的虚部信号 值。
具体实施例方式
以下结合附图详细描述本发明所提供的提高OFDM发射机有效数据传输效 率的方法及OFDM发射^/l结构，但不构成对本发明的限制。
现有的OFDM发射机可分解为六个部分，如图l所示，l-数据源;漠块产生 频域二进制数据流；2--映射才莫块将频域二进制数据流转换为频域复数信号； 3—串并变换模块将频域复数信号划分为若干个频域OFDM符号D(n)， n=l，….，N, N为1个OFDM符号的长度；4—IFFT模块将频域OFDM符号D (n) 经N点IFFT后转换为时域OFDM符号d (n); 5—插入时域保护间隔模块在每个 时域OFDM符号d (n)后插入时域保护间隔，从而得到加长的时域符号r (1)， 1=1，...，N+L， L为时域保护间隔的长度，它等于多径信道的长度；6—并串变 换模块对时域符号r (1)做并串变换后发送到多径信道中。
积运算模块和有效拖尾长度计算模块，如图2所示，其中，r—数据源模块产
生频域二进制数据流；2'—映射模块将频域二进制数据流转换为频域复数信 号；3'--串并变换模块将频域复数信号划分为若干个频域OFDM符号D(n)， n=l，... ， N， N为1个OFDM符号的长度；4'--巻积运算才莫块对频域OFDM符号 D(n)做巻积运算后转换为巻积运算输出符号S(n), n=l,...,N; 5'—IFFT模块 将巻积运算输出的频域OFDM符号S(n)经N点IFFT后得到时域OFDM符号s (n), n=l,... ， N; 6*—有效拖尾长度计算模块利用门限Th计算时域OFDM符号s (n) 的有效拖尾长度M; 7*--插入时域保护间隔模块在每个时域OFDM符号s (n)后 插入时域保护间隔，/人而得到加长的时域符号r (m) ， m=l，... ， N+M， M为时域 保护间隔的长度，它等于时域OFDM符号s(n)的有效拖尾长度，并且小于多径 信道的长度L; 8*—并串变换模块对时域符号r(m)做并串变换后发送到多径 信道中。
本发明步骤4*所采用的巻积运算模块所完成的操作是，对输入频域OFDM 符号D(n)做巻积运算得到输出符号S(n)，所选取的巻积系数为W(i)， i=l，...，K。 一个具体实施例为W(l)=l, W(2)=-l， K=2，则巻积运算的结果 为
S(") = D(")-" = l，...，iV (3) 当采用以上巻积系数时，可以满足巻积运算模块的输出符号S(n)经N点 IFFT后得到的时域OFDM符号s (n)的能量分布满足时域符号s (n)的末端信 号能量小或两端信号能量小(该实施例为两端信号能量小)，如图3所示。
有效拖尾长度计算模块对输入的时域OFDM符号s (n)进行有效拖尾长度计 算，在计算过程中需要利用门限Th，有效拖尾长度计算模块统计每个时域OFDM 符号s (n)的末端信号能量低于门限Th的信号长度，并将此长度记为Z，如图 4所示，并设多径信道的长度为L,则时域OFDM符号s(n)的有效拖尾长度
M=L-Z。 一个具体实施例为Z=260, L=300，则时域OFDM符号s (n)的有效拖 尾长度为M-40。这样，只要插入长度为40的时域保护间隔，就可以克服多径 信道的影响。
本发明提高了 OFDM发射机的有效数据传输效率，同时并不改变OFDM发射 机克服多径信道影响的能力。
以上通过详细实施例描述了本发明提高OFDM发射机有效数据传输效率的 方法及OFDM发射机结构，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明实质 的范围内，可以对本发明做一定的变形或修改，本发明不限于实施例中所公 开的内容。
权利要求
1、一种提高OFDM发射机有效数据传输效率的方法，其步骤为:1)数据源模块产生频域二进制数据流；2)映射模块将频域二进制数据流映射为频域复数信号；3)串并变换模块将频域复数信号划分为若干个频域OFDM符号D(n)，n＝1，...，N，N为1个OFDM符号的长度；4)卷积运算模块对每个频域OFDM符号D(n)进行卷积运算，得到长度不变的卷积运算输出符号S(n)，n＝1，...，N；5)IFFT模块对每个卷积运算输出的频域OFDM符号S(n)做N点的I FFT，从而将频域符号S(n)转换为时域符号s(n)，时域符号s(n)的能量分布为末端信号能量小或两端信号能量小；6)有效拖尾长度计算模块对输入的时域OFDM符号s(n)进行有效拖尾长度计算，得到时域OFDM符号s(n)的有效拖尾长度M；7)插入时域保护间隔模块在每个时域OFDM符号s(n)后插入时域保护间隔，从而得到加长的时域符号r(m)，m＝1，...，N+M，时域保护间隔的长度为时域OFDM符号s(n)的有效拖尾长度M；8)并串变换模块将加长的时域符号r(m)做并串变换后发送到多径信道中。
2、 如权利要求1所述的提高OFDM发射机有效数据传输效率的方法， 其特征在于步骤4进一步包括巻积运算模块所选取的巻积系数为W(i) ， i=l，... ， K，则巻积运算的结果为5(") = |]￡)("-/ + 1)『(/) " = l,...，iV。/=1
3、 如权利要求1或2所述的提高OFDM发射机有效数据传输效率的 方法，其特征在于步骤6进一步包括有效拖尾长度计算模块设定一 门限Th,有效拖尾长度计算模块统计每个时域OFDM符号s (n)的末端信 号能量低于门限Th的信号长度，设此信号长度为Z,并设多径信道的长 度为L，则时域OFDM符号s (n)的有效拖尾长度M = L-Z。
4、 如权利要求3所述的提高OFDM发射机有效数据传输效率的方法， 其特征在于当时域OFDM符号s (n)的末端信号能量低于门限Th的信号 长度Z大于多径信道的长度L时，插入时域保护间隔模块的时域保护间 隔的长度为0。
5、 一种OFDM发射机，包括数据源模块、映射模块、串并变换模块、 IFFT模块、插入时域保护间隔模块和并串变换模块，数据源模块产生的 频域二进制数据流依次经过映射模块、串并变换模块、IFFT模块、插入 时域保护间隔模块和并串变换模块后，被发送到多径信道中，其特征在 于增加一巻积运算模块和一有效拖尾长度计算模块，巻积运算模块 设置在串并变换模块和IFFT模块之间，而有效拖尾长度计算模块设置 在IFFT模块和插入时域保护间隔模块之间。
6、 如权利要求5所述的0FDM发射机，其特征在于巻积运算模块 所设定的巻积系数为W(i) ， i=l，... ， K，得到长度不变的巻积运算输出 符号为S(n)， n-l，...，N，如将频域符号S(n)转换为时域符号s(n)时， 时域符号s (n)的能量分布为末端信号能量小或两端信号能量小。
7、 如权利要求5或6所述的OFDM发射机，其特征在于有效拖尾 长度计算模块设定一门限Th，有效拖尾长度计算模块统计每个时域OFDM 符号s (n)的末端信号能量低于门限Th的信号长度，设此信号长度为Z, 并设多径信道的长度为L，则时域OFDM符号s (n)的有效拖尾长度M = L-Z。
8、如权利要求7所述的OFDM发射机，其特征在于所述有效拖尾 长度计算模块设定一门限Th，每个时域OFDM符号s (n)的末端信号能量 低于该门限Th的信号长度Z大于或等于多径信道的长度L，则插入时域 保护间隔模块的时域保护间隔的长度为0。
全文摘要
本发明属于多载波调制技术，涉及一种提高OFDM发射机有效数据传输效率的方法和OFDM发射机。由数据源模块产生的频域二进制数据流依次经过映射模块、串并变换模块、卷积运算模块、IFFT模块、有效拖尾长度计算模块、插入时域保护间隔模块和并串变换模块后，被发送到多径信道中。本发明先对传输的频域OFDM符号进行卷积运算，保证了时域OFDM符号的能量分布满足时域OFDM符号的末端信号能量小或两端信号能量小，利用门限Th计算时域OFDM符号的有效拖尾长度，在每个时域OFDM符号后插入长度为时域OFDM符号的有效拖尾长度的时域保护间隔，实现了在OFDM发射机中既提高有效数据传输效率、又克服多径信道影响的目的。
文档编号H04B1/707GK101383795SQ20071012150
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月7日 优先权日2007年9月7日
发明者张小欣, 赵玉萍 申请人:北京大学