正交多载波频分复用融入双差分抗多普勒频移技术的制作方法
【专利摘要】本发明涉及高速移动环境下高速率数据无线通信传输通信【技术领域】，具体地说是一种采用正交多载波频分复用融入双差分对抗多普勒频移的技术，其特征在于采用正交多载波频分复用技术(OFDM)提高通信数据的传输速率，采用双差分技术解决高速移动环境下的多普勒频移对无线通信系统性能的影响，相较于传统的OFDM系统，融入双差分技术能够有效对抗大范围快速时变的多普勒频移的影响。本发明采用正交多载波频分复用技术融入双差分技术，当信噪比达到一定条件下，在高速移动环境下实现高速率数据无线通信的同时，能够有效对抗多普勒频移对系统性能的影响，实现了在高速移动环境下无线通信系统的高速率数据传输通信，提高了无线通信系统的性能。
【专利说明】正交多载波频分复用融入双差分抗多普勒频移技术
【技术领域】
[0001]本发明涉及高速移动环境下高速率无线通信数据传输通信【技术领域】，具体地说是一种采用正交多载波频分复用融入双差分对抗多普勒效应的技术。
【背景技术】
[0002]正交多载波频分复用(又称0FDM)技术作为无线通信高速数据传输的关键技术，其对频率偏差非常敏感，尤其在高速移动环境下，多普勒效应和多普勒频率扩展会非常明显，导致信号幅度衰减、频谱偏移以及子载波间干扰，使系统的性能大大降低。因此，在保障系统在高速移动环境下实现无线通信高速数据传输的同时，如何有效对抗高速运动导致的多普勒频移，是亟需研究的重要课题。
[0003]OFDM技术的基本思想是将高速的数据流串并转换为N路并行的低速数据流，分别去调制N路子载波后进行并行传输。子载波数据流的速率变为原来的1/N，符号周期扩大为原来的N倍，则无线传输多径效应造成的时延扩展变小，能够有效的对抗无线传输多径效应的影响；将宽带频率选择性衰落信道划分为N个窄带准平坦衰落信道，能够有效对抗无线信道频率选择性衰落的影响；载波间相互正交，频谱混叠，同时各个子信道可采用多进制调制，因此OFDM系统具有较高的频谱利用率，适于传输高速数据。
[0004]然而OFDM技术对频率偏移误差非常敏感，由于子信道的频谱相互覆盖，对载波间的正交性提出了严格的要求。在传输过程中出现信号频谱偏移或发射机与接收机本地振荡器之间存在频率偏差，都会使OFDM系统子载波间的正交性遭到破坏，导致载波间干扰(ICI)。同时由于无线信道的时变性，且平台处于高速运动状态，在信号传输过程中会存在着较大的多普勒频移，导致信号幅度衰减、频谱偏移，同时破坏载波间的正交性，因此采用OFDM技术提高数据传输速率的同时，必须研究如何克服多普勒频移的影响。
[0005]为了解决OFDM系统对多普勒频移敏感的问题，一般采用的方法是在接收端进行无线信道估计或预测，先估测出无线信道中的频率偏移值，然后再经过相应算法进行频率补偿。然而利用上述方法抵抗多普勒频移进行通信时，一般希望在极短时间内能对多普勒频移做出估计，并且在接收端运用相应的算法及时进行频率补偿，以保证通信的实时性。但是上述算法通常都需要多次迭代计算来获取较精确的多普勒频移值，迭代次数越多，所估计的多普勒频移值越接近真实值，从而频率补偿结果更为精确，但相应的计算时间也会更长。可见现有的估计和补偿频移的算法尚不能达到非常好的实时性效果，以致在高速移动环境下数据的实时高速率传输会受到影响。
[0006]基于以上分析，选择或设计一种能有效对抗多普勒频移的调制解调技术是解决高速移动环境下高速率数据通信过程中多普勒效应的有效方法。采用双差分调制解调技术能够有效对抗多普勒频移，该技术对于大范围快速时变的多普勒频移具有较强的稳定性，使得因相对运动引起的频移和相移在解调时均被抵消，从而消除多普勒频移对于OFDM系统的影响，实现在高速移动环境下的高速率数据传输通信。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是在正交多载波频分复用的基础上，提出一种能够有效对抗多普勒效应，以实现在高速移动环境下有效通信的正交多载波频分复用融入双差分抗多普勒频移技术。
[0008]本发明可以通过以下措施达到:
正交多载波频分复用融入双差分抗多普勒频移技术，其特征在于对OFDM信号采用双差分调制技术，使由于相对运动引起的多普勒频移在信号解调过程中被抵消掉。在信噪比达到一定条件下，本发明可以有效地降低正交多载波频分复用对多普勒频移的敏感性，从而能够实现高速移动环境下的高速率实时通信。
[0009]本发明所述正交多载波频分复用融入双差分抗多普勒频移技术，具体为:双差分调制技术采用了二阶差分的方法，将三个连续信道采样后相结合来消除因相对运动引起的信号频率和相位的变化。正交频分复用作为高效的多载波宽带数字调制技术，能够在高速率传输数据的基础上有效地抵抗窄带干扰和频率选择性衰落，但其对频率偏移特别敏感。在正交频分复用技术中融入双差分调制，既保留了正交频分复用原有的优点，又弥补了正交多载波频分复用对频率偏移敏感的缺陷。
[0010]本发明与现有技术相比，在接收端不需要设置相应的频率估计算法和频率补偿算法，从而保证了系统的实时性工作。
[0011]【具体实施方式】:
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
[0012]本发明的主要贡献在于通过融入双差分技术改善正交多载波频分复用技术对多普勒频移敏感的缺陷。融入双差分抗多普勒效应技术不仅有效地抵抗高速运动环境中产生的多普勒频移，而且保证了完全实时工作的系统性能。
[0013]如附图1所示，本发明中所述正交多载波频分复用融入双差分抗多普勒频移技术可以通过以下步骤实现:
步骤1:对输入的二进制基带信号进行随机化处理。
[0014]步骤2:对随机化后的二进制基带数字信号，进行基带数字调制星座映射。
[0015]步骤3:串/并转换，将数据并行为多路。
[0016]步骤4:对数据进行IFFT变换，再进行并/串转换。
[0017]步骤5:添加循环前缀，保护间隔时间系数可以取1/4、1/8、1/16等衍生参数。
[0018]步骤6:对信号进行双差分调制。
[0019]步骤7:将调制好的信号送到信道中传输，信号受到多普勒频移和噪声的影响。
[0020]步骤8:接收端对信号进行接收。
[0021]步骤9:对信号进行双差分解调。
[0022]步骤10:串/并转换，对多路信号进行FFT变换。
[0023]步骤11:并/串转换，对信号进行基带数字调制的逆映射，去随机化处理后恢复出原始发射信号。
[0024]双差分技术的原理:
双差分的调制框图如附图2所示:
Zn为初始信号，Vn为调制后信号，由原理图可得以下关系式:
【权利要求】
1.正交多载波频分复用融入双差分抗多普勒频移技术，其特征在于利用双差分调制解调技术来解决OFDM系统对于频率偏移的敏感性，极大地改善了 OFDM系统在高速移动环境下的通信性能，正交频分复用融入双差分抗多普勒频移技术，不仅保证了 OFDM载波间良好的正交性，而且通过采用多进制编码，结合OFDM系统的高频带利用率，可以实现高速移动环境下高速率的无线数据通信。
2.根据权利要求1所述的正交多载波频分复用融入双差分抗多普勒频移技术，其特征在于按照我们提出的技术可以通过以下方式实现: 方式1:基于FPGA平台的硬件描述语言实现； 方式2:基于微处理器平台的软件程序实现； 方式3:基于构建专用大规模数字逻辑电路实现； 正交多载波频分复用融入双差分抗多普勒频移技术借助于上述三种方式平台实现了双差分技术的应用，利用双差分技术思想，对抗高速运动产生的多普勒频移，最终有效地实现在高速移动环境下的高速率数据通信。
【文档编号】H04L27/26GK103973628SQ201410215807
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】戴伏生, 钟晓宇, 王雪 申请人:哈尔滨工业大学（威海）