专利名称：一种ofdm收发器前导码预加重方法
技术领域：
本发明涉及属于数字处理领域，具体涉及一种针对其物理传输环境下的OFDM收发器前导码预加重方法。
背景技术：
本发明针对指令响应型串行总线传输环境，提出了一种OFDM收发器前导码预加重技术，以有效抵抗强频率选择性衰落。在指令响应型串行总线高速传输系统中，采用OFDM将高速数据分配到各个子载波上，由于指令响应型串行总线信道具有强烈的频率选择性衰落，将对子载波上的信号产生严重的幅度畸变，降低了系统的信噪比及捕获性能。传统信道估计与均衡技术是在分组检测之后进行信号校正，仅校正数据帧后段的有效数据，并不会校正数据帧前段的前导码，也就是说前导码会产生强烈的幅度畸变，无法 抵抗强频率选择性衰落信道，从而导致捕获性能降低。而本发明根据信道实测结果，追踪信道衰减，形成加权网络，在发射端对前导码进行补偿处理，从而有效抵消信道频率选择性衰落，提高接收端捕获性能。
发明内容
本发明的目的在于针对强频率选择性衰落信道，为OFDM发射机/接收机的提供一种OFDM收发器前导码预加重方法，使得前导码有效抵抗信道衰落，提高系统的捕获性能。本发明的技术方案如下一种OFDM收发器前导码预加重系统，包括物理环境测试模块、加重网络、kasami码产生模块、频域转换模块、加重处理模块、频域转换模块、OFDM发射机、OFDM接收机；物理环境测试模对通信信道进行测试，并输出信道的衰减曲线特征向量至加重网络，加重网络对该向量求逆，得到一加权值，并输出加重处理模块；kasami码产生模块产生标准kasami码，并转换到频域后，输出至加重处理模块；加重处理模块根据所述加权值对转换到频域后的kasami码进行加权处理,并转换的时域后输出至OFDM发射机；将所述标准kasami码直接输出至OFDM接收机。进一步地，kasami码产生模块(4)还包括码长处理模块、多项式处理模块、初相处理模块、kasami码生成模块；码长处理模块确定kasami的码长Ienspee ;多项式处理模块根据码长lerv。产生前导码参数初相Polyi、Poly2 ;初相处理模块根据码长lenspe。产生前导码多项式StatepState2 ；kasami码生成模块根据PolypPoly2 !State1'State2分别产生两个m序列；对这两个m序列进行异或操作产生标准kasami码Codekas。进一步地，还包括信道建模模块和捕获模块；信道建模模块完成信道建模，并输出到所述捕获模块(10)以进行信道仿真；；捕获模块完成捕获算法建模，并针对经过所述信道建模模块(2)衰减后的发射信号进行仿真，以评估判断捕获性能及算法性能。一种根据所述的OFDM收发器前导码预加重系统的加重方法，包括如下步骤根据捕获概率指标确定收发器的系统前导码kasami的码长len_。；
根据码长Ienspee产生前导码参数初相Poly1' Poly2及多项式State1' State2 ；根据PolyrPoly2 !State1'State2 分别产生两个 m 序列；对这两个M码序列进行异或操作产生标准kasami码Codekas,并将其转换到频域，得到 Codekas totl ;根据物理环境测试模块(I)，测量距离最远两个终端节点间的的幅度衰减曲线；利用加重网络(3)对上步产生的幅度衰减曲线进行逆操作，从而产生相应加重权值；根据所述加重权值，通过加重处理模块(6)对Codekas &eq的频域值进行加重补偿翻CodeA f ;将戶厕H尝翩麵纖至_，翻「上ο
uuuekas_freqLOue^as本发明的有益效果是I)针对指令响应型串行总线物理传输信道。该信道具有频率选择性衰落较大等特占.2)实用性较强。所述加重网络(3)采用信道线路的实际测量结果，可准确提取线路衰减情况；3) OFDM接收发射机无需额外工作模块，只需改变前导码的RAM存储值。
图I是本发明实例提供的应用加重技术的OFDM收发器示意图；图2是本发明实例的总体信道物理测试连接图；图3是本发明实例的加重流程图；图4是本发明实例的预加重技术的结构图；图5是本发明实例中测试的总线物理环境示意图；图6是本发明实例的总体信道物理测试频谱示意图；图7是本发明实例提供的前导码加重后的对比数据图；图8是本发明实例提供的标准前导码相关过程数据图；图9是本发明实例提供的采用预加重技术的前导码相关过程数据图；图10是本发明实例提供的时域形式前导码及相关结果对比数据图；图11是针对不同信噪比情况下采用预加重技术的相关结果峰均比图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细描述。本发明的数据传输如图I所示，总线电缆长度为100米，包括12个用户终端。单用户终端采用OFDM数据传输方式，通过物理传输环境(总线耦合器、隔离变压器、指令响应型串行总线电缆及短截线)，完成相互高速、实时的信息传输。由于传输信道不理想，具有较强的频率选择性衰落，造成接收端输入信号的畸变，从而降低了信噪比。OFDM接收机的信道均衡模块对数据包中的有用信息进行了补偿，而用于捕获信号的前导码位于数据包的最前端，前导码在捕获时并没有进行补偿，因此捕获性能将受到信道干扰。本发明的核心是完成前导码的加重处理。具体结构如图2所示。
包括物理环境测试模块I、信道建模模块2、加重网络3、kasami码产生模块4、频域转换模块5、加重处理模块6、时域转换模块7、OFDM发射机8、OFDM接收机9和捕获模块10。前导码的产生及加重过程如图2所示，其中kasami码产生模块4又包括码长处理模块41、多项式处理模块42、初相处理模块43、kasami码生成模块44。流程为a)码长处理模块41根据捕获概率确定系统前导码的码长lenspe。；b)多项式处理模块42基于码长lenspe。产生前导码参数初相Poly1' Poly2 ；c)初相处理模块43 基于码长 Ienspee 产生前导码参数=State1' State2 ；d) Poly1^ Poly2 !State1' State2 送入kasami码产生44产生标准m序列，并对两者进行已或处理,产生标准kasami码Codekas,码长为Ienspee ;e)频域转换模块FFT128(5)对Codekas进行时频转换，产生频域表达形式的前导码Codekas frai ；f)根据所述物理环境测试模块I的信道总体衰减特性的测试结果，力口重网络3对该衰减曲线进行逆操作，产生相应的一系列权值H ;g)加重处理模块6根据加 权值H对Codekas freq完成频域加权处理，补偿后的前导码为; h)频域转换模块IFFT128(7)进行时频转换，产生时域表达形式的加权前导码;i)将优
L oa^kasJreqL Oae^as
化后的『存入OFDM发射机⑶。所述物理环境测试模块1，测试对象为系统物理环境，包括隔离变压器、短截线、总线耦合器及主电缆，如图4物理环境示意图所示。测试过程为两方面I)元件特性的测量。元件包括总线耦合器、隔离变压器、指令响应型串行总线电缆。其测量结果送入所述信道建模(2)完成信道上器件的物理模型搭建；2)信道总体特性的测量。借助网络分析仪测试信道的差损及回损值，测试时的总线架构如图5所示，其测量结果表征了信道衰减。加重网络3对该衰减曲线进行逆操作，产生幅度加权值，对发射前导码进行补偿。信道总体特性的测量的示意图如图6所示，可以看出该信道在高频段幅度衰减严重，属于强频率选择性信道；信道建模模块2，对所述的物理环境测试模块I关于元件特性的测量结果，在Agilent Advanced Design System(ADS)中建立总线f禹合器、隔离变压器、指令响应型串行总线电缆及短截线的元件模型，将元件模型进行连接，形成发射信道模型及接收信道模型，用于本发明后续捕获算法仿真。总线上收发器接入位置不同，收发信号在信道上的传输路径也不同，因此传输信号的衰减情况不同。考虑到多样化的信道衰减情况，在ADS中导入各种信道测试值，完成较全面的信道建模，从而针对不同信噪比情况，完成算法性能验证；加重网络3，根据物理环境测试模块1，对总线上距离最远终端节点间的信道总体特性进行测量，测量出的幅度衰减曲线记为De ^ (Cipd2,dn},n= lenspe。，对该衰减曲线进行求逆操作，从而生成相应的加权曲线，修正频域前导码的幅值，以补偿信道在高频范围内引起的幅度衰减，其加权值如下所示H = De-1 = {h1； h2, ...,hn}, η = IenspecKasami码产生模块4，根据系统的捕获性能要求即捕获概率>96%，得出捕获过程时的峰均比要求,从而确定kasami前导码的码长Ienspe。(本发明实施案例中lenspe。= 128),最终产生并输出系统标准kasami码Codekas。两个m序列多项式Poly_l及Poly_2,其表示如下所示Poly1 = (Poly1, Poly2, . . . , PolyJ , n = Ienspec+1Poly2 = (Poly1, Poly2, . . . , PolyJ，m = Γουη (α i^pec) + I两个m序列多项式State_l及State_2,其表示如下所示Ξθ^ — {st&tGi，8 ￡Ι Θ2 · · ·，StcltGnI，Π — IΘΠ5ρβε
State2 = (State1，State2, . . .，statej，m = round(lenspec)根据Poly_l、Poly_2、State_l、State_2产生两个标准m序列,对这两者进行异或操作，产生长度为Ienspe。的标准Kasami，其值如图7第一行所示，为保持加权前后前导码能量一致，对标准Codekas进行了能量增强。Codekas表示如下所示Codekas A {s1； S2..…，S1J, n = Ienspec频域转换模块FFT128 (5)，对所述的Kasami码产生模块4生成的前导码Codekas进行时域到频域的转换，产生频域形式的前导码Codekas frai,其值如图7第二行所示(蓝色绿色分别为实部虚部)，其表示如下Codekas freq A FFT(Codekas) = {ρ1( ρ2,…，ρ }, η = Ienspec加重处理模块6，对加重网络(3)生成的加权曲线，对Codekas 一在频域进行加权处理，完成幅值修正，以补偿信道引起的幅度衰减，如图 第三行所示(蓝色绿色分别为实部虚部)，可以看到高频分量得到了加强。其加权处理过程如下所示fndpN 兰 Codekas freq ■ H = [P1Zi1, p2h2,…，P11Ii11], n = Ienspec
^uuckas_freq 时域转换模块IFFT128 (7)，进行频域到时域的转换，将补偿后的前导码Codekas转换到时域，产生时，其值如图7第四行所示(蓝色绿色分别为实部虚部)。^7cJ1ekas表示如下Codekm = lF￥Tk^detSfJ n = IenspecOFDM发射机8，将补偿后的时域前导码f ,存储到OFDM发射机的RAM中；
J RdSOFDM接收机9，将标准kasami前导码Codekas存储到OFDM接收机的RAM中；捕获模块10，对捕获过程进行建模，并加入信道建模模块2完成的信道模型，发射信号通过信道后，在接收端与本地前导码进行相关等捕获操作，对比相关序列的峰均比，从
而完成所述标准前导码Codekas与加权处理后所述e f。的性能比较。
KciS对于标准Code_kas,发射端在巾贞头加入Code_kas ,通过信道后，接收到畸变的Coderec = Ch (Codekas) =Ch. Code_kas,捕获过程完成 Coderec 与 Codekas 的相关处理，即M[i] = Σ)=l；pec"^ Coderec(,:)Codeko/(i + k) i = I, · · · , Ienspec= y}=f~l Coderec(i)Codekas*(i + k)图8为未加重标准Code—kas的相关过程产生的数据图，其仿真流程为
I)随机数据流中加入Codekas从发射端发射。第一行显示频域形式的发送数据流；2)信道传输。第二行显示频域形式的接收数据流，可以看到由于信道特性不理想导致该数据流高频段有明显的幅值衰减；3)时频转换。第三行显示时域形式的接收数据Codera,由于频率选择性信道衰减，接收到的时域数据不规则，人眼无法看到明显前导码；4)捕获操作，即接收数据Codera与本地产生的标准前导码进行相关操作。第四行显示时域形式的本地同步码；5)捕获判断。根据上步相关序列中的峰值信噪比进行捕获判断。第五行显示相关结果。对于本发明提出的方法，发射端在帧头加入.，通过信道后，接收到畸变的同
步码
权利要求
1.一种OFDM收发器前导码预加重系统，其特征在于，包括物理环境测试模块(I)、加重网络(3)、kasami码产生模块(4)、频域转换模块(5)、加重处理模块￠)、时域转换模块(7)、OFDM发射机(8)、OFDM接收机(9);物理环境测试模(I)对通信信道进行测试，并输出信道的衰减曲线特征向量至加重网络(3)，加重网络(3)对该向量求逆，得到一加权值，并输出加重处理模块(6) ;kasami码产生模块(4)产生标准kasami码,并转换到频域后,输出至加重处理模块￠);加重处理模块(6)根据所述加权值对转换到频域后的kasami码进行加权处理，并转换的时域后输出至OFDM发射机(8);将所述标准kasami码直接输出至OFDM接收机(9)。
2.根据权利要求I所述的OFDM收发器前导码预加重系统，其特征在于kasami码产生模块(4)还包括码长处理模块(41)、多项式处理模块(42)、初相处理模块(43)、kasami码生成模块(44);码长处理模块(41)确定kasami的码长lenspe。；多项式处理模块(42)根据码长lerv。产生前导码参数初相Polyi、Poly2 ;初相处理模块(43)根据码长lenspe。产生前导码多项式 StatepState2 ;kasami 码生成模块(44)根据 PolypPoly2 !State^State2*别产生两个m序列；对这两个m序列进行异或操作产生标准kasami码Codekas。
3.根据权利要求I或2所述的OFDM收发器前导码预加重系统，其特征在于，还包括信道建模模块(2)和捕获模块(10);信道建模模块(2)完成信道建模，并输出到所述捕获模块(10)以进行信道仿真；捕获模块(10)完成捕获算法建模，并针对经过所述信道建模模块(2)衰减后的发射信号进行仿真，以评估判断捕获性能及算法性能。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的OFDM收发器前导码预加重系统的加重方法，其特征在于，包括如下步骤 1)根据捕获概率指标确定收发器的系统前导码kasami的码长len_。； 2)根据码长Ienspee产生前导码参数初相Poly1'Poly2及多项式State” State2 ； 3)根据Poly1^Poly2!State” State2分别产生两个m序列； 4)对这两个m序列进行异或操作产生标准kasami码Codekas,并将其转换到频域，得到CodsjiasJreq ； 5)根据物理环境测试模块(I)，测量距离最远两个终端节点间的的幅度衰减曲线； 6)利用加重网络(3)对上步产生的幅度衰减曲线进行逆操作，从而产生相应加重权值； 7)根据所述加重权值，通过加重处理模块(6)对Codekasfrai的频域值进行加重补偿得Λ ·Code^as jr eq 8)将所述补偿后的数据转换到时域，得到
全文摘要
一种OFDM收发器前导码预加重系统，包括物理环境测试模块、加重网络、kasami码产生模块、频域转换模块、加重处理模块、时域转换模块、OFDM发射机、OFDM接收机；物理环境测试模对通信信道进行测试，并输出信道的衰减曲线特征向量至加重网络，加重网络对该向量求逆，得到一加权值，并输出加重处理模块；kasami码产生模块产生标准kasami码，并转换到频域后，输出至加重处理模块；加重处理模块根据所述加权值对转换到频域后的kasami码进行加权处理，并转换的时域后输出至OFDM发射机，将所述标准kasami码直接输出至OFDM接收机。本发明针对指令响应型串行总线物理传输信道，实用性较强、可准确提取线路衰减情况；OFDM接收发射机无需额外工作模块，只需改变前导码的RAM存储值。
文档编号H04L5/00GK102801684SQ20121030259
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者王黎, 王剑峰, 陶慧宾, 唐磊, 吴龙胜 申请人:中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所