一种基于无线自组织网络物理层的帧结构及其配置方法
【专利摘要】本发明公开一种无线自组织网络中基于OFDM技术的物理层帧结构配置方法，生成由相互独立的前导字、帧控制头、有效数据段和延时保护数据组成的帧；所述的前导字包括1个或2个OFDM符号，所述的帧控制头包括1个OFDM符号，所述的有效数据段包括整数个OFDM符号，由1个或多个突发组成，所述的延时保护数据不包含OFDM信号。本发明帧结构的设计可以有效的缓解相位噪声对于OFDM通信系统的影响，同时提高了OFDM带宽的利用率，从而提高了无线通信的质量。
【专利说明】
-种基于无线自组织网络物理层的顺结构及其配置方法
技术领域
[0001] 本发明设及无线通信领域，具体是一种在无线自组织网络中基于正交频分复用技 术(OFDM)的物理层帖结构。
【背景技术】
[0002] 传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备和基站支持，才能够进行数据的 转发和用户的服务控制。而无线自组织网络MA肥T(Mobile Ad化C Network),不需要固定 的设备支持，各个节点即用户终端可W自行组网。通信时，其他的用户节点可W作为数据转 发的中间节点。运种网络组织形式在一定的程度上削弱了传统无线网络的地理局限性，其 高效便捷的特性适用于一些紧急场合的通信需要，在军事通信中占有很重要的位置。但是， 无线自组织网络也存在着网络带宽受限，安全性不高等弊端。
[000引为了降低无线自组织网络中弊端对于通信的影响，正交频分复用技术OFDM (Orthogonal Frequenc^y Division Multiplexing),得到了广泛的应用。正交频分复用技 术就是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到 在每个子信道上进行传输。正交信号可W通过在接收端采用相关技术来分开，运样可W减 少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子 信道可W看成平坦性衰落，从而可W消除码间串扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原 信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
[0004] OFDM技术能够在窄带带宽下发出大量的数据，运对于无线自组织网络中的有限带 宽传输有很大的帮助。同时，该技术可W自动地检测到传输介质下哪一个特定的载波存在 高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通 信，运可W很好的解决无线通信中信道干扰的问题。但是，尽管有诸多的优点，OFDM技术也 存在着一定的缺陷。整个OFDM系统对各个子载波之间的正交性要求格外严格，任何一点小 的载波频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起ICI。所W ,OFDM系统对于相位噪声和载波 频偏十分敏感。另外，0抑M信号由多个子载波信号组成，运些子载波信号由不同的调制符号 独立调制。同传统的恒包络的调制方法相比，CFDM调制存在一个很高的峰值因子。因为(FDM 信号是很多个小信号的总和，运些小信号的相位是由要传输的数据序列决定的。对某些数 据，运些小信号可能同相，而在幅度上叠加在一起从而产生很大的瞬时峰值幅度。而峰均比 过大，将会增加A/D和D/A的复杂性，而且会降低射频功率放大器的效率。同时，在发射端，放 大器的最大输出功率就限制了信号的峰值，运会在OFDM频段内和相邻频段之间产生干扰。
[0005] 在通信中，帖是长度固定或可变的数据包，其依照数字传输的通信协议编码。帖结 构限定了复用器将通信信道划分成帖W用于传输的方式。OFDM系统的帖结构对系统的性能 有主要影响。目前，对高性能0抑M和(FDM帖结构的选择有限。因此，需要为高性能(FDM系统 提供一种新的帖结构设计来弥补OFDM技术在应用于无线通信时所存在的缺陷。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术中OFDM在无线通信中存在的缺陷的不足，本发明的目的是提出 一种基于无线自组织网络物理层的帖结构及其配置方法，可W有效地减轻相位噪声对系统 通信的影响，同时可W有效的利用OFDM带宽，提高无线通信的质量。
[0007] 一种无线自组织网络中基于OFDM技术的物理层帖结构配置方法，其特点在于，生 成由相互独立的前导字、帖控制头、有效数据段和延时保护数据组成的帖；
[0008] 所述的前导字包括1个或2个OFDM符号，所述的帖控制头包括1个OFDM符号，所述的 有效数据段包括整数个0抑M符号，由1个或多个突发组成，所述的延时保护数据不包含OFDM 信号。
[0009] 时隙种类分为节点发现段、基本通信时隙和业务通信时隙；
[0010] 所述的节点发现段包括Ims时隙和2ms时隙，所述的基本通信时隙为Ims时隙，所述 的业务通信时隙包括2ms和4ms时隙。
[0011] 所述的前导字包括长前导和短前导两种；
[0012] 所述的长前导由两个OFDM符号组成:第一个OFDM符号使用编号为四的倍数的子载 波，在时域上的波形为4个重复的抽样值为512的分片组成，分片的前部带有循环前缀;第二 个OFDM符号使用偶数个子载波，其时域结构由2个重复的抽样值为1024的分片组成，并带有 一个循环前缀；
[0013] 所述的短前导占用1个(FDM符号，其时域结构由2个重复的抽样值为1024的分片组 成，并带有一个循环前缀。
[0014] 所述的帖控制头的长度为一个OFDM符号，使用BPSK调制方式和1/2速率的编码;帖 控制头中包括整个数据帖的具体的调制信息，其中3bit表示调制方式，2bit表示码长，码率 占化it长度，突发中的OFDM符号个数占IObit长度，头校验序列占Sbit长度。
[0015] 所述的有效数据段由整数个OFDM符号组成，每个符号时间为90ys，选择突发的个 数由MC层的通道性质确定。循环前缀的长度为10,数据的长度为80。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：该帖结构的设计可W有效的缓解相位噪 声对于OFDM通信系统的影响，同时提高了OFDM带宽的利用率，从而提高了无线通信的质量。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明基于无线自组织网络物理层的帖结构示意图；
[0018] 图2为长前导的时域结构；
[0019] 图3为短前导的时域结构；
[0020] 图4为物理层帖数据部分结构。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0022] 一.无线自组织网络物理层
[0023] 本发明所设计的帖结构，主要针对于基于OFDM技术的无线自组织网络。所W无线 自组织网络的物理层参数对于帖结构的设计尤为重要。所设计的帖结构是针对于无线自组 织网络的物理层的基本参数设计而成的，可W很好的用于物理层数据信息的传输。
[0024] 二.物理层帖结构
[0025] 图2为本发明基于无线自组织网络物理层的帖结构示意图，参考MAC部分的设计， 可W根据MAC层的具体参数来设计出物理层适配MAC后的几种帖结构。
[0026] 物理层的帖结构主要由四部分构成，分别为:前导字，帖控制头，有效数据段和延 时保护数据。
[0027] 1.前导字
[0028] 前导字分为两种一一长前导和短前导。
[0029] 长前导结构如图2所示，由两个OFDM符号组成。第一个OFDM符号只使用编号为4的 倍数的子载波，在时域上的波形为4个重复的抽样值为512的分片组成，分片的前部带有循 环前缀(CP);第二个OFDM符号仅使用偶数个子载波，其时域结构由2个重复的抽样值为1024 的分片组成，并带有一个循环前缀。
[0030] 短前导结构如图3所示。短前导占用1个OFDM符号，其时域结构由2个重复的抽样值 为1024的分片组成，并带有一个循环前缀。
[0031] 2.帖控制头
[0032] 帖控制头(FCH)部分的长度为一个OFDM符号。使用BPSK调制方式和1/2速率的编 码。FCH中包含的信息如表1所示：
[0033] 表1帖控制(FCH)的具体信息
[0034]
[0035] 由表1可W看出，该帖结构的信息域子带填充的速率域由7个比特组成，可W根据 运7个比特的信息，确定该速率域所在子带包含的数据域的调制方式和码长W及编码速率。 当调制方式为OOl，码率为01时，所对应的数据域的调制方式为BPSK，编码速率为1/2，相当 于每副载波每0抑M符号上的编码比特数为1比特，每副载波每(FDM符号可W传输的数据比 特数为1/2比特；当调制方式为OOl，码率为11时，所对应的数据域的调制方式为BPSK，编码 速率为3/4,相当于每副载波每(FDM符号上的编码比特数为1比特，每副载波每OFDM符号可 W传输的数据比特数为3/4比特；当调制方式为010,码率为Ol时，所对应的数据域的调制方 式为QPSK，编码速率为1/2,相当于每副载波每(FDM符号上的编码比特数为2比特，每副载波 每OFDM符号可W传输的数据比特数为1比特;当调制方式为100,码率为10时，所对应的数据 域的调制方式为64QAM，编码速率为2/3,相当于每副载波每(FDM符号上的编码比特数为化k 特，每副载波每0抑M符号可W传输的数据比特数为4比特。
[0036] 3.有效数据段
[0037] 有效数据段的帖结构如图4所示，有效数据段由整数个OFDM符号组成，每个符号时 间为90iis，选择突发的个数由MC层的通道性质确定。CP的长度为10，数据的长度为80。
[0038] 物理层传输过程
[0039] 数据帖在物理层传输的整个过程主要包括:扰码、多级码率编码和交织、调制映 射、PN序列发生器、组帖、上采样和成形滤波等。
[0040] 1.信道编码与调制
[0041] 本编码方案目前为LDPC的编码方案。包括了3个长度的编码。
[0042] LDPC编码的具体码字结构为信息位在前，校验位在后。W1536长，1/2码率的码字 为例。
[0043] 2.交织
[0044] 交织主要完成两个工作:不同LDPC模块之间的映射;高阶映射不同保护bits的交 织。
[0045] 3.映射
[0046] 映射方式采用BPSK，QPSK(4QAM) ,16QAM和64QAM星座图。
[0047] 4.插导频
[0048] 根据无线自组织网络物理层的导频子载波的频率编号等间隔的插入导频。需要注 意的是两边的保护子载波W及DC载波的值都为OdOFDM调制
[00例 （FDM的调制过程:首先数据经过串并转换，然后通过IFFT，最后再通过并串转换输 出。
[0化0] 5.加 CP
[0051] 插入导频之后是对0抑細寸域发射信号加CP的过程。应用(FDM的一个重要原因是它 可W有效地对抗多径时延扩展。除了通过数据并行传送的方法消除符号间干扰之外，还需 要在两个连续的OFDM符号之间插入时间保护间隔，一般采用循环前缀实现。
[0052] 最后所应说明的是，W上实施例仅用W说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可W对发明的 技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在 本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种无线自组织网络中基于OFDM技术的物理层帧结构配置方法，其特征在于，生成 由相互独立的前导字、帧控制头、有效数据段和延时保护数据组成的帧； 所述的前导字包括1个或2个OFDM符号，所述的帧控制头包括1个OFDM符号，所述的有效 数据段包括整数个OFDM符号，由1个或多个突发组成，所述的延时保护数据不包含OFDM信 号。2. 根据权利要求1所述的物理层帧结构配置方法，其特征在于，时隙种类分为节点发现 段、基本通信时隙和业务通信时隙； 所述的节点发现段包括lms时隙和2ms时隙，所述的基本通信时隙为lms时隙，所述的业 务通信时隙包括2ms和4ms时隙。3. 根据权利要求1所述的物理层帧结构配置方法，其特征在于，所述的前导字包括长前 导和短前导两种； 所述的长前导由两个OFDM符号组成：第一个OFDM符号使用编号为四的倍数的子载波， 在时域上的波形为4个重复的抽样值为512的分片组成，分片的前部带有循环前缀;第二个 OFDM符号使用偶数个子载波，其时域结构由2个重复的抽样值为1024的分片组成，并带有一 个循环前缀； 所述的短前导占用1个OFDM符号，其时域结构由2个重复的抽样值为1024的分片组成， 并带有一个循环前缀。4. 根据权利要求1所述的物理层帧结构配置方法，其特征在于，所述的帧控制头的长度 为一个OFDM符号，使用BPSK调制方式和1 /2速率的编码;帧控制头中包括整个数据帧的具体 的调制信息，其中3bit表示调制方式，2bit表示码长，码率占2bit长度，突发中的OFDM符号 个数占 lObit长度，头校验序列占8bit长度。5. 根据权利要求1所述的物理层帧结构配置方法，其特征在于，所述的有效数据段由整 数个OFDM符号组成，每个符号时间为90ys，选择突发的个数由MAC层的通道性质确定。循环 前缀的长度为1 〇，数据的长度为80。
【文档编号】H04L5/00GK105978672SQ201610235715
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】孙飞, 归琳, 刘勃, 田丰
【申请人】上海交通大学