多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统及方法，该系统中的通信设备包括一个信号发射装置和一个信号接收装置，所述的信号接收装置由依次连接的载波频率分离器、载波频率误差估算和补偿、解扩单元和数据解调器、解码器组成；所述信号发射装置中的扩频调制单元先将编码器编码后的数据进行扩频调制，再由载波调制单元将扩频的信号做满足正交条件的多载波调制并经无线信道发送至信号接收装置；所述信号接收装置中对接收的信号依次由载波频率分离器对接收的各子载波做频率分离，再经过载波频率误差估算和补偿，由解扩单元解扩，然后由数据解调器将信号解调，最后由解码器解码获得数据。本发明具有较高的适应性和低复杂程度。
【专利说明】多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信【技术领域】，具体涉及无线多载波扩频通信系统，特别是涉及载波频率误差的估算和补偿。
【背景技术】
[0002]无线信道具有频率选择性衰减的特性和受多路径效应影响，在现有的无线通信技术中，为了克服上述问题，主要采用多载波调制技术，即正交频分复用技术和扩频技术相结合，即采用多载波扩频通信系统来实现数据传输。然而目前现有的多载波扩频通信系统的技术方案虽然具有较高的调制效率，达到令人满意的传输速率，但是正交频分多路复用的收信机构复杂，要求的协议亦复杂，构建的成本高昂，而且同时由于正交频分多路复用采用快速傅立叶变换来实现，其与载波间频率间隔固定且达到最小，如果由于发射机和接收机之间产生相对运动而引起多普勒效应以及时钟偏差而导致载波频率产生任何误差，载波频率会失去正交性而产生较大的载波间干扰，使通信系统的可靠性和适应性难以令人满意。为了在多载波扩频通信系统中，克服由于载波频率误差带来的性能下降的问题，开发载波频率误差的估算并作相应的补偿是必要的，但目前开发出的方法均具有较高的计算复杂度，难以在实时通信系统中真正实现。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，本发明提供一种多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统，该系统具有较高的适应性和低复杂程度。
[0004]本发明的另一目的在于，提供一种多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿方法。
[0005]为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]本发明的多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统，包括通信设备A、通信设备B与通信设备C，通信设备B通过多载波扩频调制解调器将待发送或接收到的数据进行处理发送至通信设备A和C或接收来自通信设备A和C的并经过多载波扩频调制解调器处理的数据。
[0007]所述通信设备A或通信设备C都包括一个信号发射装置和一个信号接收装置，
[0008]所述信号发射装置，用于将编码后的数据进行扩频调制，再将扩频的信号做满足正交条件的多载波调制并经无线信道发送至信号接收装置；
[0009]所述信号接收装置；用于对接收的信号依次做频率分离、误差估算和补偿，然后进行解扩和信号解调，最后获得解码数据。
[0010]所述信号发射装置包括依次连接的编码器、扩频调制单元和载波调制单元；
[0011]所述编码器，用于对数据进行编码；
[0012]所述扩频调制单元，用于将编码器编码后的数据进行扩频调制；
[0013]所述载波调制单元，用于将扩频的信号做满足正交条件的多载波调制并经无线信道发送至信号接收装置。
[0014]所述信信号接收装置由依次连接的载波频率分离器、载波频率误差估算和补偿、解扩单元和数据解调器、解码器；
[0015]所述载波分离器，用于对接收的各子载波做频率分离；
[0016]载波频率误差估算和补偿、解扩单元，用于对分离后的数据进行误差估算、补偿和解扩；
[0017]所述数据解调器，用于对数据进行信号解调；
[0018]所述解码器，用于解码并获得解码数据。
[0019]为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案:
[0020]一种多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统的方法，
[0021]在信号发射装置中，执行下述步骤:
[0022]S1、由所述的扩频调制单元将编码器编码后的各信道码元数据做扩频处理；
[0023]S2、由所述的载波调制单元调整线频率间距、子载波间频率间距和子载波频率，并将扩频信号s (t)经无线信道发送至接收端；
[0024]在信号接收装置中，执行下述步骤: [0025]S3、由所述的接收信号得到码元数据信号r(t)；
[0026]S4、所述的载波频率分离器进行快速傅立叶变换，将码片数据r(t)转换为频域信号，再按下式V)将各子载波进行频率分离，
[0027]
【权利要求】
1.多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统，其特征在于，包括通信设备A、通信设备B与通信设备C，通信设备B通过多载波扩频调制解调器将待发送或接收到的数据进行处理发送至通信设备A和C或接收来自通信设备A和C的并经过多载波扩频调制解调器处理的数据。
2.根据权利要求1所述的多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统，其特征在于，所述通信设备A或通信设备C都包括一个信号发射装置和一个信号接收装置， 所述信号发射装置，用于将编码后的数据进行扩频调制，再将扩频的信号做满足正交条件的多载波调制并经无线信道发送至信号接收装置； 所述信号接收装置；用于对接收的信号依次做频率分离、误差估算和补偿，然后进行解扩和信号解调，最后获得解码数据。
3.根据权利要求1所述的多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统，其特征在于，所述信号发射装置包括依次连接的编码器、扩频调制单元和载波调制单元； 所述编码器，用于对数据进行编码； 所述扩频调制单元，用于将编码器编码后的数据进行扩频调制； 所述载波调制单元，用于将扩频的信号做满足正交条件的多载波调制并经无线信道发送至信号接收装置。
4.根据权利要求1所述的多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统，其特征在于，所述信信号接收装置由依次连接的载波频率分离器、载波频率误差估算和补偿、解扩单元和数据解调器、解码器； 所述载波分离器，用于对接收的各子载波做频率分离； 载波频率误差估算和补偿、解扩单元，用于对分离后的数据进行误差估算、补偿和解扩； 所述数据解调器，用于对数据进行信号解调； 所述解码器，用于解码并获得解码数据。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统的方法，其特征在于， 在信号发射装置中，执行下述步骤: S1、由所述的扩频调制单元将编码器编码后的各信道码元数据做扩频处理； S2、由所述的载波调制单元调整线频率间距、子载波间频率间距和子载波频率，并将扩频信号s(t)经无线信道发送至接收端； 在信号接收装置中，执行下述步骤: S3、由所述的接收信号得到码元数据信号r(t)； S4、所述的载波频率分离器进行快速傅立叶变换，将码片数据r(t)转换为频域信号，再按下式V)将各子载波进行频率分离， 從=二 ！>,(/—μ.ν]ν)
i=l i=l 式V)中，R(f)是r (t)的傅立叶变换值，Ri (f)丨N为第i个子载波信号作N次上采样的傅立叶变换值，Ri (f)丨N为为第i个子载波信号作N次下采样的傅立叶变换值； S5、所述的载波频率误差估算和补偿将载波频率分离后的子载波信号在在频域上计算N个PN码信号的相位(每一个PN码信号均在相同的峰值位置的相位值)，并利用得到的N-1个相位差的平均值来估算第i个子载波信号的载波频率误差ε i， . 56、所述的解扩单元将分离后的经过载波频率误差估算和补偿的频域信号与各子载波的扩频伪随机二进制码元信号作自相关处理， . 57、所述的数据解调器对解扩后的信号按以下步骤做二进制相移键控解调，还原出所述信号发送装置所发送的数据； .58、最后由所述的解码器再将还原后的数据解码传送给设备。
6.根据权利要求5所述的多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统的方法，其特征在于，步骤SI中，扩频处理的具体步骤为: Sll)根据数据速率的大小和允许的信道带宽，将待发送数据分配到允许带宽的子载波上，且依据线频率间距和数据采样长度计算和设定子载波间频率间距，使子载波频率在频率域上表现为连续的由小到大的单个频率，获得频率正交且间距可变的子载波二进制码元数据； S12 )将扩频码C (t)与频率正交且间距可变的各子载波二进制码元数据.4(1)058(2續;? +句相乘，得到码元数据信号的中心频率相互正交的连续变化的调制信号； S13)将调制信号的二进制码元按下式I)进行扩频处理并进行相加操作，从而得到扩频信号s(t):
7.根据权利要求5所述的多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统的方法，其特征在于，步骤S2中，调整线频率间距、子载波间频率间距和子载波频率的具体公式如下: 线频率间距
8.根据权利要求5所述的多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统的方法，其特征在于，步骤S5中，估算第i个子载波信号的载波频率误差ε i的具体公式如下:
9.根据权利要求5所述的多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统的方法，其特征在于，自相关处理采用如下公式:
A (t) =F-1 [Ri (f) Si (f)] VII) 式VII)中，(t)是获得的第i个子载波信号，F—1是傅立叶变换的逆变换，Ri (f)是收到的经过频率分离和载波频率误差估算和补偿的第i个子载波信号的傅立叶变换值，Si (f)是第i个子载波扩频伪随机二进制码元信号Si (t)的傅立叶变换值； 然后，采用快速傅立叶逆变换将自相关处理后的频域信号采用下式VIII)转换为复数形式的时域信号，再进行离散化，
10.根据权利要求5所述的多载波扩频通信的载波频率误差估算和补偿系统的方法，其特征在于，步骤S7的具体方法为: (1)计算第i个子载波上的时域信号ri(t)的峰值点的相位； (2)得到N个PN码信号的相位值，并计算各相位值的相位差； (3)设定一阈值判定相位差值是O或是π; (4)计算第i个子载波上的X个数据符号值+1或-1，即还原二进制码元数据； (5)获得全部的数据码元。
【文档编号】H04B1/7097GK103595683SQ201310581115
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】罗高涌, 叶楚安, 黄大强 申请人:深圳市金频科技有限公司