专利名称：一种多带ofdm超宽带系统的跳频实现方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多频带OFDM超宽带系统基于时域扩展(TDS)技术的载波频率跟踪方法，针对系统接收机与发射机中振荡器不同步引起的载波频率偏差，在接收机载波频率捕获后对较小的残余载波频偏进行进一步估计与补偿，可广泛应用于具有时域扩展分集技术的多频带OFDM无线通信系统中。
背景技术：
超宽带(UWB)系统具有数据吞吐量高、抗噪声能力强、抗多径能力强、功率谱密度低等特点，将取代蓝牙等技术成为未来无线个域网的首选方案。OFDM以其频谱利用率高、抗符号串扰(ISI)能力强、抗频率选择性衰落能力强等优点，已在局域网、城域网及广域网领域成为未来核心技术，在个域网中采用OFDM技术实现UWB将是大势所趋。欧洲ECMA-368标准、国际标准组织与国际电工工委会的IS0/IEC26907标准均采用多频带OFDM (MB-OFDM)方案作为UWB的物理层技术。ECMA-368标准规定了一种基于MB-OFDM的UWB系统，其传输速率可高达480Mbps，使用3. lGHz-10. 6GHz频段，并将其分为14个子频带，一般3个频带为一组进行开发使用。单个频带带宽为528MHz，采用OFDM技术生成信号，系统共128个子载波(100个信息子载波、12个导频子载波、10个保护子载波和6个空子载波)，子载波间隔为
4.125MHz。发送端IFFT后添加37点保护间隔组成长为165的OFDM符号，并由时频码控制分时的调制到不同频率的载波上。MB-OFDM系统区别于传统窄带OFDM系统的关键在于其包含多个子频带，每个频带由OFDM技术生成信号。一个基带OFDM信号x (t)可以表示为x(t) = Xj(t)+jxQ(t)其中，X1 (t)与xQ(t)为x(t)的实部与虚部。已有系统多采用射频跳频(RF-FH)的多频带实现方法，即基带OFDM信号直接跳频到射频多个载波上，射频部分采用频率合成器产生3个载波频率w。, i，i = 1,2,3,目前多使用第一组的前3个基本频带，所以中心频率分别为3432MHz，3960MHz和4488MHz。每隔一个OFDM符号的时间312. 5ns,载波频率按照一定模式跳变一次。上变频采用正交调制技术，调制后的带通信号y(t)可以表示为y (t) = X1 (t) cos W c, it-xjt) sin W c, J经过冲激响应为h(t)的信道后,接收到的信号r(t)为r(t) = [Xi (t) h(t)) cosaclt -(xe(0 K0) sin c/= s,(t)coso)clt -sQ{t) Sincye/其中 表示卷积运算=蚧),sQ(J) = xQ{t) h{t)。该方法中频率合成器(FS)产生3个本振频率作为载波与接收信号进行混频，并依次在3个频点之间跳变。这种方式要求FS输出频率的转换速度快、稳定度高，硬件电路实现较为复杂。前人研究指出标准闭环锁相环结构FS的频率锁定速度很慢，提出一种单边带调制频率合成器，但实现电路十分复杂，设计难度较大。另有人提出两阶段混频的解调系统，可以加速频率转换，但仍需复杂的FS，且面临帧同步实现困难的问题。在RF-FH接收机中，基带数字域的定时同步信息反馈到射频端启动解跳频，导致较长的捕获时间和较大的搜索范围。此外，RF-Hl系统需要专门为FS频率转换时间设计一定长度的符号保护间隔，这降低了系统的频带利用率。除传统RF-FH的多频带实现方式外，还可以从射频到基带做3路并行下变频，每一路由一个本地振荡器控制混频，基带做3个ADC把3路下变频后的基带信号同时采样进数字域，这样用3路并行下变频取代了解跳频过程，避免了使用复杂的频率合成器，同步实现相对第二种方法也更为方便，但是3路下变频及3个AD的设计使硬件电路复杂度大大增加，硬件资源消耗更多。
发明内容
本发明的目的是针对多频带OFDM超宽带无线通信系统，提出一种新的多频带实现方案，解决传统射频跳频机制中高性能频率合成器实现困难、射频电路结构复杂的难题，同时将模拟电路转移至数字域实现，便于系统集成化、简单化。 本发明的技术方案本发明为多带OFDM系统提出基带数字域进行跳频与解跳频的多频带实现方案发射机在波形成型后对单频带进行基带跳频(BF-FH);射频部分用单一本地振荡器产生第二频带的载波频率，将基带3个频带频谱调制到射频；接收机通过单一本地振荡器产生相反的载波频率，将射频3频带频谱搬移至基带；在基带数字域匹配滤波前实施解跳频恢复出单个频带。本发明的有益效果本发明设计了一种多带OFDM超宽带系统的跳频实现方案。基带跳频解跳机制使系统射频部分只需单一频率的振荡器，避免使用复杂的频率合成器，简化了硬件电路复杂度；无需特意为频率转换时间而设计保护间隔，提高了有用信息传输速率；为数字域的定时同步及解跳频控制提供便捷。该跳频方案可广泛应用于具有多个子频带的无线通信系统中。
图I是发射机RF-FH电路结构2是RF-FH-OFDM系统接收框3是发射机BB-FH电路结构4是BB-FH-OFDM系统接收框 5 是 RF-FH-OFDM 与 BB-FH-OFDM 频谱示意图
具体实施例方式以下结合附图和通过实施例对本发明的具体实施方式
作进一步说明本发明设计了一种多带OFDM超宽带系统的跳频实现方案，其特征在于本方案包括以下步骤a.发射机在波形成型后对单频带进行基带跳频；b.射频部分用单一本地振荡器产生第二频带的载波频率，将基带3个频带频谱调制到射频；
c.接收机通过单一本地振荡器产生与发送端相同的载波频率，系统通过相干解调将射频3频带频谱搬移至基带；d.在基带数字域匹配滤波前实施解跳频恢复出单个频带。步骤a所述波形成型后，对数据进行N倍上采样，为后续的数字域跳频调制做准备。步骤a所述基带跳频过程中选用的3个频带中心频率分别为_F，0，F，其中F为单频带OFDM系统的调制带宽。步骤a所述基带跳频基于系统时频码样式进行。步骤a中基带跳频后经数模转换输出的模拟信号连接一个截止频率为3F/2的低通滤波器。步骤d中解跳频启动时刻由基带数字域的定时同步控制。
实施例将本发明应用于ECMA-368标准规定的200Mbps模式的MB-0FDM-UWB系统中，系统采用第一组3个频带，其中心频率分别为3432MHz、3960MHz和4488MHz，时频码样式为1，2，3，1，2，3。系统发射机在进行IFFT正交调制后生成带宽为528MHz的单频带基带信号。对该信号进行6倍上采样，并对上采样后的信号进行升余弦波形成型，由此，中心频率为0的信号与中心频率为6倍528MHz的信号在频谱上相隔5个单频带带宽的空隙，这为基带跳频打下基础。按照1，2，3，1，2，3的时频码样式将单频带频谱分时地调制到3个频带的中心频率上，其中3个频带中心频率分别为-528MHz，0，528MHz。跳频后的数字域信号由数模转换器转化为模拟信号输出，基带低通滤波器截止频率取为3X528MHz/2 = 792MHz。在射频部分的上变频电路中，采用本地振荡器产生频率为3960MHz的单一载波，该载波将基带3个频带频谱调制到射频，从而同样实现中心频率为3432MHz、3960MHz和4488MHz的3个调制频带。接收机采用本地振荡器产生频率为3960MHz的单一载波通过相干解调将射频3频带频谱搬移到基带。模数转换器将基带模拟信号采样进数字域，基带解跳频的载波频率初始于第一频带中心频率上，对接收数据进行定时同步处理，找到一帧正确起始位置，根据定时位置启 动解跳频恢复单频带频谱，其中解跳频3载波频率与发射机相反。
权利要求
1.一种多带OFDM超宽带系统的跳频实现方案，其特征在于本方案包括以下步骤 a.发射机在波形成型后对单频带进行基带跳频； b.射频部分用单一本地振荡器产生第二频带的载波频率，将基带三个频带频谱调制到射频； c.接收机通过单一本地振荡器产生与发送端相同的载波频率，系统通过相干解调将射频三频带频谱搬移至基带； d.在基带数字域匹配滤波前实施解跳频恢复出单个频带。
2.根据权利要求I所述的一种多带OFDM超宽带系统的跳频实现方案，其特征在于步骤a所述波形成型后，对数据进行N倍上采样，为后续的数字域跳频调制做准备。
3.根据权利要求I所述的一种多带OFDM超宽带系统的跳频实现方案，其特征在于步骤a所述基带跳频过程中选用的三个频带中心频率分别为-F，0，F，其中F为单频带OFDM系统的调制带宽。
4.根据权利要求I所述的一种多带OFDM超宽带系统的跳频实现方案，其特征在于步骤a所述基带跳频基于系统时频码样式进行。
5.根据权利要求I所述的一种多带OFDM超宽带系统的跳频实现方案，其特征在于步骤a中基带跳频后经数模转换输出的模拟信号连接一个截止频率为3F/2的低通滤波器。
6.根据权利要求I所述的一种多带OFDM超宽带系统的跳频实现方案，其特征在于步骤d中解跳频启动时刻由基带数字域的定时同步控制。
全文摘要
针对多频带OFDM超宽带无线通信系统，提出基带数字域跳频解跳的多频带实现方案发射机在波形成型后对单频带进行基带跳频；射频部分用单一本地振荡器产生第二频带的载波频率，将基带3频带频谱调制到射频；接收机通过单一本地振荡器产生与发送端相同的载波频率，系统通过相干解调将射频3频带频谱搬移至基带；基带数字域匹配滤波前实施解跳频恢复出单个频带。基带跳频解跳机制使系统射频部分只需单一频率的振荡器，避免使用复杂的频率合成器，简化了硬件电路复杂度；无需特意为频率转换时间而设计保护间隔，提高了有用信息传输速率；为数字域的定时同步及控制解跳频提供便捷。该跳频方案可广泛应用于具有多个子频带的无线通信系统中。
文档编号H04B1/7163GK102647204SQ20121015601
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者巨阿强, 戈立军, 李春雨, 缪竟鸿 申请人:天津工业大学