专利名称：正交频分复用数字接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字通信技术领域，特别是一种用于正交频分复用(OFDM)通信系统中的数字接收装置。
背景技术：
正交频分复用(OFDM)是一种高效的宽带多载波传输技术，具有较高的频带利用率和出色的抗多径能力，适合于高速数据传输。目前，OFDM技术已经在不同通信系统中得到广泛应用，如欧洲数字电视广播标准DVB-T、无线局域网标准IEEE 802.11a和HiperLAN2、无线城域网标准IEEE 802.16a等。
由于现有的OFDM接收设备多采用具体标准的商用芯片组，灵活性受到很大限制。而且，其设计的一个关键问题就是如何实现OFDM信号的数字化接收和快速同步，降低电路成本的同时提高接收性能，这也是接收机设计的难点。
发明内容
本发明设计了一种易于在现场可编程逻辑阵列(FPGA)中实现的OFDM数字接收机设备。
本发明的优点在于，通过采用中频采样的模/数转换器，对OFDM数据流数字下变频处理并抽取到符号速率，使模/数转换器可以完全自由采样，不受后续数字电路的控制。同时，所有OFDM信号处理过程均可以采用可编程逻辑器件在数字域实现，系统结构灵活、可扩展性强。本发明所述OFDM数字接收装置具有全数字化设计，灵活性高，抗干扰能力强，算法简单等特点，完全可以在单片现场可编程逻辑器件(FPGA)中实现，在Xilinx系列FPGA中的实现规模不到二十五万门。
本发明的特征在于，它含有一个带通滤波器，它的输入是OFDM信号；一个模数转换器，它的输入端与上述带通滤波器的带通滤波信号的输出端相连；一个数字下变频与抽取器，它的输入端与上述模数转换器的中频采样数据输出端相连；一个帧同步与频偏估计器，它的输入端与上述数字下变频信号抽取器的基带信号输出端相连，它有三个输出端，分别是相位偏移值输出端、频偏纠正启动控制信号输出端、整数倍频输出端；第一前向频偏纠正器，它的第一个输入端与上述数字下变频信号抽取器的基带信号输出端相连，它的第二、三两个输入端分别与上述帧同步与频偏估计器的相位偏移值输出端与频偏纠正启动控制信号输出端相连；串并转换器，它的输入端与上述第一前向频偏纠正器的经过频偏纠正的基带信号串行输出端相连；一个快速傅里叶变换器，即FFT，它的输入端与上述串并转换器的数据输出端相连；一个信道估计器，它的输入端与上述FFT的数据输出端相连；一个补偿器，它的第一个输入端与上述FFT的子载波数据符号输出端相连，它的第二、三两个输入端分别与上述信道估计器的信道频率响应估计值输出端、帧同步与频偏估计器的整数倍频输出端相连；一个相差估计器，它的输入端与上述补偿器的经过移位和调整的子载波数据符号输出端相连；第二前向频偏纠正器，它的两个输入端分别与上述补偿器的经过移位和调整子载波数据符号输出端、相差估计器的子载波数据符号的相位漂移估计值输出端相连；一个解映射器，它的输入端与第二前向频偏纠正器的调整后的子载波数据符号输出端相连，它的输出是原始数据比特流。
本发明的特征还在于所述的数字下变频与抽取器含有第一、第二两个实数乘法器，它们的输入端都与上述模数转换器的中频采样数据输出端相连；第一低通滤波器，它的两个输入端分别与第一乘法器的下变频实部输出端、第二乘法器的下变频虚部输出端相连；本发明的特征还在于所述的帧同步与频偏估计器含有一个互相关计算器；它的一个输入端与上述数字下变频与抽取器中的低通滤波器的基带信号输出端相连，另一个输入端与本地参考序列相连；一个延时M的共轭相关计数器，M为训练序列的重复周期，它的输入端与上述数字下变频与抽取器中的低通滤波器的基带信号输出端相连；一个延时N的共轭相关计数器，N为FFT的长度，它的输入端与上述数字下变频与抽取器中的低通滤波器的基带信号输出端相连；第一个平方求和器，它的输入端与上述互相关计算器的输出端相连，所述的输出信号是基带信号与本地参考序列的互相关值；第二个平方求和器，它的输入端与上述延时M的共轭相关计算器的输出端相连，所述的输出信号是基带信号延时M个单位的共轭相关值；一个门限判决器，它的输入端与上述第二个平方求和器的输出端相连；
一个峰值检测器，它的数据输入端与上述第一个平方求和器的输出端相连，它的峰值检测启动控制信号输入端与上述门限判决器的门限判决通过信号输出端相连；一个计数器，它的输入端与上述峰值检测器的峰值脉冲输出端相连；一个数据流开关控制器，它的两个输入端分别与上述计算器的计数开始与终止信号输出端、峰值检测器的计数脉冲输出端相连；一个arctan查找表，即运算器，它的两个输入端分别与上述延时M的共轭相关计数器、延时N的共轭相关计算器的输出端相连；一个调整运算器，它由实数乘法器和取整器依次串连构成，前者的输入端与上述arctan查找表的延时M的共轭相关值的运算结果数据输出端相连，后者的另一个输入端与上述峰值检测器的峰值信号输出端相连，它的输出端在上述峰值检测器的计数脉冲达到峰值时输出整数倍频偏值；一个移位器，它的输入端与上述arctan查找表的延时N的共轭相关值运算结果数据输出端相连，它的另一个输入端与上述峰值检测器的峰值脉冲输出端相连，它的输出端在上述峰值检测器的脉冲的控制下输出相位偏转值。
本发明的特征还在于所述的第一前向频偏纠正器含有第一正余弦查找表，它的输入端与上述帧同步和频偏估计器中调整运算器的相位偏移值输出端相连；第一复数乘法器，它的一个乘法输入端与上述正余弦查找表的输出端相连，它的另一个乘法输入端与上述数字下变频与抽取器中低通滤波器的基带信号输出端相连，乘法器的使能信号输入端与上述帧同步频偏估计器的频偏纠正启动控制信号的输出端相连；它的输出端与上述串并转换器的输入端相连。
本发明的特征还在于所述的补偿器含有第二移位器，它的数据输入端与上述FFT的子载波数据符号输出端相连，它的移位数目控制输入端与上述帧同步与频偏估计器中的整数倍频输出端相连，；第二复数乘法器，它的一个输入端与上述移位器的输出端相连，另一个输入端与上述信道估计器的输出端相连。
本发明的特征还在于所述的相差估计器含有一个累加器，它的输入端与上述补偿器的子载波数据符号输出端的虚部导频相连；第二低通滤波器，它的输入端与上述累加器的数据输出端相连，它的相位漂移估计值输出端与上述第二前向频偏纠正器的输入端相连。
本发明的特征还在于所述的第二频偏纠正器含有第二正余弦查找表，它的输入端与相差估计器的相位漂移估计值输出端相连；
第三复数乘法器，它的一个输入端上述正余弦查找表的输出端，它的第二个输入端与上述补偿器的子载波数据符号输出端相连。
本发明的特征还在于所述的调整运算器含有第三实数乘法器，它的一个输入端与上述arctan查找表的延时M的共轭相关值的运算结果数据输出端，它的另一个输入端与本地倍率参数相连；一个取整器，它的一个输入端上述第三个实数乘法器的输出端相连，另一个输入端与上述峰值检测器的峰值信号输出端相连。
图1是本发明所述的OFDM数字接收装置的结构示意图。
图2是本发明所述的数字下变频与抽取器实现方式的结构示意图。
图3是本发明所述的帧同步与频偏估计器的结构示意图。
图4是本发明所述的第一前向频偏纠正器的结构示意图。
图5是本发明所述的补偿器的结构示意图。
图6是本发明所述的相位估计器的结构示意图。
图7是本发明所述的第二前向频偏纠正器的结构示意图。
图8是本发明所述的调整运算器的结构示意图。
图9是本发明所述的OFDM数字接收装置的操作流程图。
图10是本发明所述的数字下变频与抽取器实现方式的操作流程图。
图11是本发明所述的帧同步与频偏估计器的操作流程图。
具体实施例方式
实施例以IEEE802.11a为接受信号，详述其特点、实现方式。
根据本发明的一个方面，提供一种OFDM数字接收装置(参见附图1)，该装置包括一个带通滤波器，用于对频谱范围之外信号的过滤；一个模/数转换器，用于对带通滤波之后的信号进行中频采样；一个数字下变频与抽取器，用于将中频采样数据转换为基带信号；一个帧同步与频偏估计器，用于进行OFDM帧头的定位和频偏粗估计值的提取；两个前向频偏纠正器，其中第一频偏纠正器用于纠正相位偏转；第二频偏纠正器用于纠正相位偏转残留部分；一个串/并转换器，用于将串行信号转换为并行信号；一个快速傅里叶变换(FFT)器，用于对串/并转换之后的数据进行快速傅里叶变换；一个信道估计器，用于计算信道频率响应的估计值；一个补偿器，用于将子载波数据符号进行频谱上的移位和调整；一个相差估计器，用于从子载波数据符号上提取相位漂移的估计值；一个解映射器，用于对子载波数据符号进行解调判决，从而得到原始数据比特流。
本发明所述的数字下变频与抽取器的实现方式(参见附图2)包括第一、第二乘法器和第一低通滤波器，其中，第一乘法器用于计算数字下变频信号的实部；第二乘法器用于计算数字下变频信号的虚部；而第一低通滤波器则将滤除基带信号的带外部分。
本发明所述的帧同步与频偏估计器的实现方式(参见附图3)，是采用数字相关电路和判决电路，包括一个互相关计算器，用于计算输入序列与本地参考序列的互相关值；一个延时M＝N/4的共轭相关计算器，用于计算输入序列延时M个单位(其中M为训练序列的重复周期，N为快速傅里叶变换的长度)后的共轭相关值；一个延时N的共轭相关计算器，用于计算输入序列延时N个单位的共轭相关值；两个平方求和器，第一平方求和器用于对互相关计算结果进行平方求和运算，第二平方求和器对延时M的共轭相关计算结果进行平方求和运算；一个门限判决器，用于判断第二平方求和器的结果是否大于设定的阈值，以控制是否将第一平方求和器的结果输出至后续的峰值检测器；一个峰值检测器，用于检测第一平方求和器所输出结果的峰值，在峰值出现时发出计数脉冲；一个计数器，用于对峰值检测结果进行计数；一个数据流开关控制器，用于在计数器计满时，使能基带信号流的输出；一个arctan查找表，用于对延时M的共轭相关计算结果和延时N的共轭相关计算结果进行arctan运算；一个调整运算器，用于将第一个arctan运算结果进行调整运算，得到整数倍频率偏移值；第一移位器，用于将第二个arctan运算结果进行位移，得到相位偏转值。
本发明所述的第一前向频偏纠正器的实现方式包括第一正余弦表和第一复数乘法器，其中，第一正余弦表用于快速计算频偏的正余弦值，第一复数乘法器完成前向频偏纠正计算。(参见附图4)。
本发明所述的补偿器的实现方式包括第二移位器和第二复数乘法器，其中第二移位器用于补偿频偏粗值，第二复数乘法器用于补偿信道失真。(参见附图5)。
本发明所述的相差估计器的实现方式包括一个累加器和第二低通滤波器，其中，加法器用于计算相位漂移的误差增量；低通滤波器用于获取相位漂移的估计值。(参见附图6)。
本发明所述的第二前向频偏纠正器的实现方式包括第二正余弦表和第三复数乘法器，其中，第二正余弦表用于快速计算频偏的正余弦值，第三复数乘法器完成前向频偏纠正计算。(参见附图7)。
本发明所述的调整运算器的实现方式，包括第三实数乘法器和一个取整器。其中，第三实数乘法器用于将第一个arctan运算结果与一个实数相乘；取整器用于将上述实数乘法的结果向下取整，得到所需的整数倍频率偏移值。(参见附图8)根据本发明的另一个方面，所述的OFDM数字接收装置的实现方法包括以下步骤首先用带通滤波器对输入序列进行过滤；然后，对过滤之后的结果采样进行模/数转换；接着，对模/数转换结果进行数字下变频和数字低通滤波，以抽取基带信号；然后，从基带信号中捕获OFDM帧的同步点并进行频偏估计；接着，按照频偏估计的结果对基带信号进行第一次频偏纠正；然后，将频偏纠正之后的串行基带信号转换成并行信号；接着对并行信号数据进行快速傅里叶变换；同时，信道估计器利用前导训练序列的快速傅里叶变换结果计算信道频率响应的估计值；接着，补偿器利用信道频率响应的估计值和频偏粗估的整数值对快速傅里叶变换器输出的子载波符号进行频谱上的移位和调整；然后，相差估计器从补偿器输出的子载波数据符号上提取相位漂移量；接着，第二频偏纠正器利用相位漂移量对补偿器输出的子载波数据符号进行调整；最后，第二频偏纠正器的输出结果送到解映射器进行解调判决，输出原始数据比特(参见附图9)。
根据本发明的另一个方面，所述的数字下变频与抽取器的实现方法包括以下步骤计算数字下变频信号的实部和虚部；同时进行对数字下变频信号进行低通滤波，得到基带信号(参见附图10)。
根据本发明的另一个方面，所述的帧同步与频偏估计器的实现方法包括以下步骤首先，计算输入序列与本地参考序列的互相关值，同时，计算输入序列延时M个采样间隔的共轭相关值以及输入序列延时N个采样间隔的共轭相关值；然后，对互相关值进行平方求和，同时，对输入序列延时M个采样间隔的共轭相关值进行平方求和，且同时，对输入序列延时M个采样间隔的共轭相关值和输入序列延时N个采样间隔的共轭相关值分别进行arctan运算；接着，对输入序列延时M个采样间隔的共轭相关值的arctan运算结果进行调整运算，同时，对输入序列延时N个单位的共轭相关值的arctan运算结果进行移位，且同时，对输入序列延时M个采样间隔的共轭相关值的平方和值进行门限判决；当门限判决通过时，对互相关值的平方和值进行峰值检测；当峰值出现时，输出调整运算结果作为整数倍频偏，并输出移位结果作为相位偏转值，同时，对峰值个数进行计数；当计数器满时，使能数据流控制开关。(参见附图11)。
通过下面结合附图对本发明的OFDM数字接收装置及其实现方法的实施例进行详细描述，可以更好地理解本发明的其它目的、特性和优点。
参见图1描述本发明所述的OFDM数字接收装置。如图1所示，该OFDM数字接收装置由带通滤波器101，模/数转换器102，数字下变频与抽取器103，帧同步与频偏估计器104，第一频偏纠正器105，串/并转换器106，快速傅里叶变换(FFT)器107，信道估计器108，补偿器109，相差估计器110，第二频偏纠正器111，解映射器112组成。带通滤波器101用于对频谱范围之外信号的过滤。模/数转换器102用于对带通滤波之后的信号进行中频采样。数字下变频与抽取器103用于将中频采样数据转换为基带信号。帧同步与频偏估计器104用于进行OFDM帧头的定位和频偏粗值的提取。第一频偏纠正器105用于纠正相位偏转。串/并转换器106用于将第一频偏纠正器105的输出信号转换为并行信号。快速傅里叶变换器107用于对串/并转换之后的数据进行快速傅里叶变换。信道估计器108用于计算信道频率响应的估计值。补偿器109用于将快速傅里叶变换器107的输出数据进行频谱上的移位和调整。相差估计器110用于从补偿器109输出的子载波数据符号上提取相位漂移的估计值。第二频偏纠正器111用于调整补偿器109输出的子载波数据符号。解映射器112用于对第二频偏纠正器111输出的子载波数据符号进行解调判决，从而得到原始数据比特流。
下面参考图2描述本发明所述的数字下变频与抽取器的一个实施例。在图2中，本发明所述的数字下变频与抽取器由第一实数乘法器201a和第二实数乘法器201b，第一低通滤波器202组成。第一实数乘法器201a用于计算数字下变频信号的实部。第二实数乘法器201b用于计算数字下变频信号的虚部。第一低通滤波器202用于滤除基带信号的带外部分。这种实现方法不需要正余弦查找表存贮数据，可直接将处理后的数据送第一频偏纠正器105(参见图1)进行校正，硬件实现简化。
下面参考图3描述本发明所述的帧同步与频偏估计器在802.11a标准下的一个实施例。本发明所述的帧同步与频偏估计器的作用是进行OFDM帧头的定位和频偏粗值的提取，提取方法视发送信号帧结构而定。对于802.11a系统，帧同步和频偏估计器由数字相关电路和判决电路构成，利用接收到的帧头前导训练序列与本地序列进行相关运算，以及与其延迟序列进行相关运算。在图3中，本发明所述的帧同步与频偏估计器由互相关计算器301，延时M的共轭相关计算器302，延时N的共轭相关计算器303，第一平方求和器304a和第二平方求和器304b，门限判决器305，峰值检测器306，第一计数器307，数据流开关控制器308，arctan查找表309，调整运算器310，移位器311组成。互相关计算器301用于计算输入序列与本地参考序列的互相关值。延时M的共轭相关计算器302用于计算输入序列延时M个单位后的共轭相关值。延时N的共轭相关计算器303用于计算输入序列延时N个单位的共轭相关值。第一平方求和器304a用于对互相关器301的计算结果进行平方求和运算。第二平方求和器304b用于对延时M的共轭相关器302的计算结果进行平方求和运算。门限判决器305用于判断第二平方求和器304b的计算结果是否大于设定的阈值，以控制是否将第一平方求和器304a的计算结果输出至后续的峰值检测器306。峰值检测器306用于检测第一平方求和器304a计算结果的峰值，在峰值出现时发出计数脉冲。计数器307用于对峰值检测器306的检测结果进行计数。数据流开关控制器308用于在计数器307计满时，使能本发明所述OFDM数字接收装置中的数字下变频与抽取器103(参见图1)的输出。arctan查找表309用于对延时M的共轭相关器302的计算结果，以及对延时N的共轭相关计算器303的计算结果进行arctan运算。调整运算器310用于将延时M的共轭相关值的arctan运算结果进行调整运算，得到整数倍频率偏移值，用于本发明所述OFDM数字接收装置中的补偿器109(参见图1)的输入。第一移位器311用于将延时N的共轭相关值的arctan运算结果进行位移，得到频偏的相位偏转值，用于本发明所述OFDM数字接收装置中的第一频偏纠正器105(参见图1)的输入。
下面参考图4描述本发明所述的第一前向频偏纠正器的一个实施例。在图4中，本发明所述的第一前向频偏纠正器由第一正余弦查找表401，第一复数乘法器402组成。第一正余弦查找表存储正余弦的函数值。这种实现方法不需要复杂的正余弦计算，硬件实现简化。
下面参考图5描述本发明所述的补偿器的的一个实施例。在图5中，本发明所述的补偿器由第二移位器501和第二复数乘法器502，其中第二移位器用于补偿频偏粗值，第二复数乘法器用于补偿信道失真。
下面参考图6描述本发明所述的相差估计器的的一个实施例。在图6中，本发明所述的相差估计器的由累加器601和第二低通滤波器602，其中，累加器将累计相位漂移的误差增量；第二低通滤波器用于滤除获取相位漂移噪声，获得的估计值。
下面参考图7描述本发明所述的第二前向频偏纠正器的一个实施例。在图7中，本发明所述的第二前向频偏纠正器与第一前向频偏纠正器类似，由第一正余弦查找表701，第三复数乘法器702组成。第一正余弦查找表存储正余弦的函数值。这种实现方法不需要复杂的正余弦计算，硬件实现简化。
下面参考图8描述本发明所述的调整运算器的一个实施例。在图8中，本发明所述的调整运算器由第三实数乘法器801，取整器802组成。其中，实数乘法器用于将第一个arctan运算结果与本地倍率参数相乘；取整器用于将上述实数乘法的结果向下取整，得到所需的整数倍频率偏移值。
下面参考图9描述本发明所述的OFDM数字接收装置的处理流程。如图9所示，在步骤S901中，带通滤波器101对OFDM信号进行过滤，滤掉频谱范围之外的信号。在步骤S902中，模/数转换器102以四倍于带通滤波之后OFDM信号符号速率的频率进行中频采样，并使信号频谱落在第四奈奎斯特区的中心，使得在模/数转换后，OFDM信号镜像频谱的中心落在π/4的数字域频率点。在步骤S903中，数字下变频与抽取器103将中频采样信号乘以数字域本地载频，经过数字低通滤波器抽取后，得到基带信号。在步骤S904中，帧同步与频偏估计器104利用数字相关电路和判决电路进行OFDM帧头的定位和频偏粗估，得到OFDM帧头位置和频偏粗值。在步骤S905中，第一频偏纠正器105纠正不足±子载波间隔的相位偏转。在步骤S906中，串/并转换器106第一频偏纠正器105的输出信号转换为并行信号。在步骤S907中，快速傅里叶变换器107对串/并转换之后的数据进行快速傅里叶变换。在步骤S908中，信道估计器108利用原始训练序列频域值及其快速傅里叶变换结果计算信道频率响应的估计值。在步骤S909中，补偿器109将快速傅里叶变换器107的输出数据进行频谱上的移位和调整，以补偿频偏粗值和信道失真。在步骤S910中，相差估计器110直接将从补偿器109输出的导频子载波数据符号的虚部相加，得到相位漂移的误差增量，再通过一个低通滤波器处理，得到相位漂移的估计值。在步骤S911中，第二频偏纠正器111利用相位漂移值调整补偿器109输出的子载波数据符号，或反馈到第一前向频偏纠正器，对频偏粗估值进行微调。在步骤S912中，解映射器112对第二频偏纠正器111输出的子载波数据符号进行解调判决，并输出原始数据比特流。
下面参考图10描述本发明所述的数字下变频与抽取器的处理流程。如图10所示，在步骤SA01a中，第一实数乘法器201a将数模转换之后的采样信号与1，0，-1，0四个值之一相乘，得到数字下变频信号的实部；同时，在步骤SA01b中，第二实数乘法器201b将数模转换之后的采样信号与0，-1，0，1四个值之一相乘，得到数字下变频信号的虚部。在步骤SA02中，第一低通滤波器202对数字下变频信号进行低通滤波处理，获得基带信号。
下面参考图11描述本发明所述的帧同步与频偏估计器的处理流程。如图11所示，在步骤SB01中，互相关计算器301计算输入序列与本地参考序列的互相关值。同时，在步骤SB02中，延时M的共轭相关计算器302计算输入序列延时M个单位后的共轭相关值。且同时，在步骤SB03中，延时N的共轭相关计算器303计算输入序列延时N个单位的共轭相关值。在步骤SB04a中，第一平方求和器304a对互相关器301的计算结果进行平方求和运算。同时，在步骤SB04b中，第二平方求和器304b对延时M的共轭相关器302的计算结果进行平方求和运算。且同时，在步骤SB10中，arctan查找表309对延时M的共轭相关器302的计算结果，以及对延时N的共轭相关计算器303的计算结果分别进行arctan运算。在步骤SB11中，调整运算器310将延时M的共轭相关值的arctan运算结果进行调整运算。同时，在步骤SB12中，第一移位器311将延时N的共轭相关值的arctan运算结果进行位移运算。且同时，在步骤SB05中，门限判决器305判断第二平方求和器304b的计算结果是否大于设定的阈值。若判决通过，在步骤SB06中，峰值检测器306检测第一平方求和器304a计算结果的峰值。在峰值出现时，在步骤SB13中输出调整运算结果作为整数倍频偏值。同时，在步骤SB14中输出移位运算结果作为相位偏转值。同时，在步骤SB07中，计数器307对峰值出现的个数进行计数。在步骤SB08中，数据流开关控制器308判断计数器307是否计满。若计数器307计满，在步骤SB09中，数据流开关控制器308使能本发明所述OFDM数字接收装置中的数字下变频与抽取器103(参见图1)的输出。
权利要求
1.正交频分复用数字接收机装置，它可在现场可编程门阵列即FPGA上实现，其特征在于，它含有一个带通滤波器，它的输入是OFDM信号；一个模数转换器，它的输入端与上述带通滤波器的带通滤波信号的输出端相连；一个数字下变频与抽取器，它的输入端与上述模数转换器的中频采样数据输出端相连；一个帧同步与频偏估计器，它的输入端与上述数字下变频信号抽取器的基带信号输出端相连，它有三个输出端，分别是相位偏移值输出端、频偏纠正启动控制信号输出端、整数倍频输出端；第一前向频偏纠正器，它的第一个输入端与上述数字下变频信号抽取器的基带信号输出端相连，它的第二、三两个输入端分别与上述帧同步与频偏估计器的相位偏移值输出端与频偏纠正启动控制信号输出端相连；串并转换器，它的输入端与上述第一前向频偏纠正器的经过频偏纠正的基带信号串行输出端相连；一个快速傅里叶变换器，即FFT，它的输入端与上述串并转换器的数据输出端相连；一个信道估计器，它的输入端与上述FFT的数据输出端相连；一个补偿器，它的第一个输入端与上述FFT的子载波数据符号输出端相连，它的第二、三两个输入端分别与上述信道估计器的信道频率响应估计值输出端、帧同步与频偏估计器的整数倍频输出端相连；一个相差估计器，它的输入端与上述补偿器的经过移位和调整的子载波数据符号输出端相连；第二前向频偏纠正器，它的两个输入端分别与上述补偿器的经过移位和调整子载波数据符号输出端、相差估计器的子载波数据符号的相位漂移估计值输出端相连；一个解映射器，它的输入端与第二前向频偏纠正器的调整后的子载波数据符号输出端相连，它的输出是原始数据比特流。
2.根据权利要求1所述的正交频分复用数字接收装置，其特征在于，所述的数字下变频与抽取器含有第一、第二两个实数乘法器，它们的输入端都与上述模数转换器的中频采样数据输出端相连；第一低通滤波器，它的两个输入端分别与第一乘法器的下变频实部输出端、第二乘法器的下变频虚部输出端相连；
3.根据权利要求1所述的正交频分复用数字接收装置，其特征在于，所述的帧同步与频偏估计器含有一个互相关计算器；它的一个输入端与上述数字下变频与抽取器中的低通滤波器的基带信号输出端相连，另一个输入端与本地参考序列相连；一个延时M的共轭相关计数器，M为训练序列的重复周期，它的输入端与上述数字下变频与抽取器中的低通滤波器的基带信号输出端相连；一个延时N的共轭相关计数器，N为FFT的长度，它的输入端与上述数字下变频与抽取器中的低通滤波器的基带信号输出端相连；第一个平方求和器，它的输入端与上述互相关计算器的输出端相连，所述的输出信号是基带信号与本地参考序列的互相关值；第二个平方求和器，它的输入端与上述延时M的共轭相关计算器的输出端相连，所述的输出信号是基带信号延时M个单位的共轭相关值；一个门限判决器，它的输入端与上述第二个平方求和器的输出端相连；一个峰值检测器，它的数据输入端与上述第一个平方求和器的输出端相连，它的峰值检测启动控制信号输入端与上述门限判决器的门限判决通过信号输出端相连；一个计数器，它的输入端与上述峰值检测器的峰值脉冲输出端相连；一个数据流开关控制器，它的两个输入端分别与上述计算器的计数开始与终止信号输出端、峰值检测器的计数脉冲输出端相连；一个arctan查找表，即运算器，它的两个输入端分别与上述延时M的共轭相关计数器、延时N的共轭相关计算器的输出端相连；一个调整运算器，它由实数乘法器和取整器依次串连构成，前者的输入端与上述arctan查找表的延时M的共轭相关值的运算结果数据输出端相连，后者的另一个输入端与上述峰值检测器的峰值信号输出端相连，它的输出端在上述峰值检测器的计数脉冲达到峰值时输出整数倍频偏值；一个移位器，它的输入端与上述arctan查找表的延时N的共轭相关值运算结果数据输出端相连，它的另一个输入端与上述峰值检测器的峰值脉冲输出端相连，它的输出端在上述峰值检测器的脉冲的控制下输出相位偏转值。
4.根据权利要求1所述的正交频分复用数字接收装置，其特征在于，所述的第一前向频偏纠正器含有第一正余弦查找表，它的输入端与上述帧同步和频偏估计器中调整运算器的相位偏移值输出端相连；第一复数乘法器，它的一个乘法输入端与上述正余弦查找表的输出端相连，它的另一个乘法输入端与上述数字下变频与抽取器中低通滤波器的基带信号输出端相连，乘法器的使能信号输入端与上述帧同步频偏估计器的频偏纠正启动控制信号的输出端相连；它的输出端与上述串并转换器的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的正交频分复用数字接收装置，其特征在于，所述的补偿器含有第二移位器，它的数据输入端与上述FFT的子载波数据符号输出端相连，它的移位数目控制输入端与上述帧同步与频偏估计器中的整数倍频输出端相连，；第二复数乘法器，它的一个输入端与上述移位器的输出端相连，另一个输入端与上述信道估计器的输出端相连。
6.根据权利要求1所述的正交频分复用数字接收装置，其特征在于，所述的相差估计器含有一个累加器，它的输入端与上述补偿器的子载波数据符号输出端的虚部导频相连；第二低通滤波器，它的输入端与上述累加器的数据输出端相连，它的相位漂移估计值输出端与上述第二前向频偏纠正器的输入端相连。
7.根据权利要求1所述的正交频分复用数字接收装置，其特征在于，所述的第二频偏纠正器含有第二正余弦查找表，它的输入端与相差估计器的相位漂移估计值输出端相连；第三复数乘法器，它的一个输入端上述正余弦查找表的输出端，它的第二个输入端与上述补偿器的子载波数据符号输出端相连。
8.根据权利要求3所述的帧同步与频偏估计装置，其特征在于，所述的调整运算器含有第三实数乘法器，它的一个输入端与上述arctan查找表的延时M的共轭相关值的运算结果数据输出端，它的另一个输入端与本地倍率参数相连；一个取整器，它的一个输入端上述第三个实数乘法器的输出端相连，另一个输入端与上述峰值检测器的峰值信号输出端相连。
全文摘要
正交频分复用数字接收装置属于无线通信技术领域，其特征在于，它包括中频采样的模/数转换器，通过带通采样的方法将接收到的OFDM信号转换为OFDM数据流；数字下变频和抽取器，将OFDM数据流进行下变频处理，抽取到符号速率；帧同步和频偏估计器，采用规定的同步方法提取帧起始位置和频率偏移值；第一前向频偏纠正器，按照频偏误差调整OFDM数据的相位；快速傅里叶变换(FFT)器，对OFDM数据符号进行快速傅里叶变换并输出子载波符号；补偿器和相位估计器，补偿信道失真和频偏粗值，并检测数据符号的相位误差增量，由第二前向频偏纠正器调整子载波符号相位漂移，保证数据符号的正确解调。
文档编号H04B1/16GK1564468SQ200410003499
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月2日 优先权日2004年4月2日
发明者倪祖耀, 陆建华, 裴玉奎 申请人:清华大学