专利名称：一种用于正交频分复用通信均衡与解调的系统及方法
技术领域：
本发明涉及通信技术中正交频分复用(OFDM)技术领域，尤其涉及 一种用于正交频分复用通信均衡与解调的系统及方法。
背景技术：
正交频分复用作为一种新型高效的数字传输方式被人们广泛的应用 于现代通信协议中，如正EE 802. x、 ADSL及HIPERLAN II等。该技术 相对于其他调制技术的显著优点是通过串行数据的并行传输实现在多径 信道中信息的有效传递，且信道估计与均衡方式简单。
然而，目前多载波通信系统采用的均衡方式大都为除法方式，在实现 过程中，除法方式相对于乘法方式无论釆用DSP还是ASIC均要复杂，因 此，希望提出一种利用乘法均衡方式代替除法均衡方式的方法，以降低多 载波调制系统均衡的实现复杂度。
发明内容
(一) 要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种用于正交频分复用通信均 衡与解调的系统，以简化多载波调制系统均衡的实现复杂度。
本发明的另一个目的在于提供一种用于正交频分复用通信均衡与解 调的方法，以简化多载波调制系统均衡的实现复杂度。
(二) 技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种用于正交频分复用通信均衡与解
调的系统，该系统包括
快速傅立叶变换(FFT)单元1，用于对接收的时域正交频分复用(OFDM)信号进行快速傅立叶变换FFT，将其变换至频域，得到频域信 道状态信息输出给信道估计单元2、信道跟踪单元3和乘法均衡单元4; 信道估计单元2，用于计算前导符号中每个子载波上对应的频域信道状态信息，作为信道响应的初始值，输出给信道跟踪单元3;信道跟踪单元3，用于计算当前符号导引子载波上对应的信道信息与前一符号的导引子载波对应的信道信息的比值，得到当前符号信道响应相 对于前一符号信道响应的更新系数，将信道响应更新系数乘以前一符号的 信道响应信息得到当前符号更新后的频域信道状态信息，并反馈给乘法单元4;乘法均衡单元4，用于对当前符号的接收数据进行乘法均衡，将接收 的频域数据信息与信道跟踪单元3反馈的更新后的频域信道状态信息的共轭值做乘法，并将得到的乘积输出给解调单元5;解调单元5，用于通过信道估计单元2反馈的频域信道状态信息调整解调模板的尺寸，实现接收数据的正确解调。上述方案中，所述快速傅立叶变换(FFT)单元1根据接收到的时域 OFDM信号^;及定时同步估计值，对一个OFDM信号做N点的FFT变换，将其转换至频域，得到频域信道状态信息i^所述A-g^,21 ，其中W/7=0为FFT变换的总点数，n为接收信号的序号，^为子载波的序号。上述方案中，所述信道估计单元2计算前导符号频域每个子载波上对 应的信道状态信息作为信道响应的初始值，为后续工作做准备；所述A一^A^^p,其中X,为训练信息，R为噪声，yt为子载波的序号。上述方案中，所述信道跟踪单元3计算当前第j个符号导引子载波上 对应的信道信息A/(一,)与前一符号即第j-l个符号导引子载波对应的信道信息^i,。,)的比值=》=""，""O),并根据《一)计算得到当前符号信道响应相对于前一符号信道响应的更新系数A;然后将信道 响应更新系数A乘以前一符号的信道响应信息A—'得到当前符号更新后 的信道响应信息A。上述方案中，所述乘法均衡单元4用于对当前符号的接收数据进行乘 法均衡，将接收的频域数据信息与信道跟踪单元3反馈的更新后的频域信 道状态信息《的共轭值《=c^/(A)做乘法，得到的乘积为上述方案中，所述解调单元5根据信道估计单元2反馈的信道频域状态信息^求得各子载波上携带的信息经过乘法均衡后被放大的系数l^12， 并根据该系数在解调时逐个数据调整解调模板X;—d一的尺寸，使得模板的大小和接收信号不同子载波上数据的縮放保持一致，实现对接收数据的正 确解调。为达到上述另一个目的，本发明还提供了一种用于正交频分复用通信 均衡与解调的方法，该方法包括快速傅立叶变换(FFT)单元对接收的时域正交频分复用(OFDM) 信号进行快速傅立叶变换(FFT)，将其变换至频域，得到频域信道状态信 息输出给信道估计单元、信道跟踪单元和乘法均衡单元；信道估计单元计算前导符号中每个子载波上对应的频域信道状态信息，作为信道响应的初始值，输出给信道跟踪单元；信道跟踪单元计算当前符号导引子载波上对应的信道信息与前一符 号的导引子载波对应的信道信息的比值，得到当前符号信道响应相对于前 一符号信道响应的更新系数，将信道响应更新系数乘以前一符号的信道响应信息得到当前符号更新后的频域信道状态信息，并反馈给乘法单元；乘法均衡单元对当前符号的接收数据进行乘法均衡，将接收的频域数 据信息与信道跟踪单元反馈的更新后的频域信道状态信息的共轭值做乘法，并将得到的乘积输出给解调单元；解调单元通过信道估计单元反馈的频域信道状态信息调整解调模板 的尺寸，实现接收数据的正确解调。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果利用本发明提供的技术方案，在多载波调制系统中，将信道估计、信 道跟踪、信道均衡以及信道解调有机的结合起来设计，通过乘法均衡与解 调结合的方式，代替传统的除法均衡，从而简化了多载波调制系统均衡的 实现复杂度。
图1为目前基本OFDM系统模型的结构示意图； 图2为除法均衡时的16QAM星座图； 图3为乘法均衡时的16QAM星座图；图4为本发明提供的用于正交频分复用通信均衡与解调系统的结构示意图5为本发明提供的用于正交频分复用通信均衡与解调的方法流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明通过合理的利用信道估计以及信道跟踪得到频域信道状态信 息，在多载波调制系统中，将信道估计、信道跟踪、信道均衡以及信道解 调有机的结合在一起，利用乘法均衡代替传统的除法均衡方式，有效简化 了多载波调制系统接收机端均衡的实现复杂度。
下面首先对本发明的实现原理进行阐述-
如图1所示，图1为目前基本OFDM系统模型的结构示意图。x(/)表 示在OFDM符号的第/个子载波上承载的信号，s(")表示发射机的输出， 为OFDM系统的子载波数目。
1 W-l 2;r."
,=丄乞#7", " = 0,..,,iV-1 (1)
"")为接收机的输入信号，由图l可知，r(力能表示为 K") = (") /z(") + (2)
(H)表示巻积符号，h(")为信道脉冲响应的采样，w(n)为加性噪声，其 方差为^。
定义i (/)为接收到的时域信号经过FFT (Fast Fourier Transform)后的 输出，辨^可表示为=x(/)尸Fr(A(")) F/T(y""))+尸Fr(w("》 (3)H(/)与『(!')分别为h(")和w(n)的FFT变换值，其中H(/)的初始值通过对前导符号做信道估计根据前导符号子载波上已知的信息得到。对于数据符号对应的信道响应估计值，需要以信道估计得到的信道响 应初始信息为基础乘以更新系数才能得到更新后的当前符号对应的信道 信息，即需要进行信道跟踪。而信道跟踪主要利用数据符号频域内插入的 导引子载波上的己知信息来计算更新系数，首先根据^。,,。"=《—)/ |2计算当前符号导引子载波上对应的信道信息A(—,)，然后除以上一个符号导引子载波上对应的信道信息Ai。,)得 到各个导引子载波对应的信道响应更新值A;,。,) =。通过对A;一,)进行不同的处理可以得到不同准确程度的更新系数，最简单的处理就是认为 信道响应的变化在不同子载波上是统一的，所以各个子载波的更新系数相同，则更新系数^A-m画(《,,。,))。将更新系数与前一个符号得到的信道 响应值相乘就得到当前符号更新后的信道响应信息= 1 * & 。如果采用除法均衡，那么x(/)的估计值为y(0D + W)/邵) (4)由式(4)可知，W)的估计方差为^/1//(/)12。而采用乘法均衡，那么X(i)的估计值为y(/)=外) /T (/) = x(/) |邵)|2 +, |邵)|2 (5)由式(5)可知，K0的估计方差为^.IH(0卩。虽然^)的估计方差增
大但是除法器被省去所以硬件实现的复杂度大大降低。但是由于传送的信 息也被放大了|//(0|2倍，所以需要解调模块加以调整适应均衡后的数据输 出。
在这里以16QAM调制为例，a为QAM符号，但是由于乘法均衡输出 的数据被放大了|//(0|2倍，所以解调需要用到的QAM符号需要变为
= |//(/)|2,每个均衡后的符号;<0需要映射成4个2进制比特量，将这4 个2进制比特量分成2个集合，每个集合两个元素即6u， ~，A， ^=1,2，其 中6u表达属于/路的比特，6^表达属于g路的比特。对比特~力QAM 星座图上被分成两个集合， 一个是在QAM星座图上使~&=0的符号集， 记为&(i)，另一个是在QAM使&fl的符号集，即&^的补集，记为S^， 同样Sg和《l有类似定义，那么6w属于0或者1的最大似然测度为<formula>formula see original document page 11</formula>(6)
由于需要判决6u是属于0还是1 ，那么的LLR(Log Likelihood Ratio) 判决可以定义为
<formula>formula see original document page 11</formula>(7)
由式(7)，作归一化得
<formula>formula see original document page 11</formula> 当"歸,"大于0时，可以判断v二i，即^离"!集合的点距离近， Z丄辟,"越大，6W=1的似然度越高，也就是说％离"!集合中距离最近 的点距离与^离^)集合中距离最近的点距离之差越大；当"歸,》小于0时，可以判断~fc=0，当"i (Z^)等于0时，可判1也可判0。所以当
-2^(01、乃0'^2^(/)l2时，^,2被判决为1;当|力(01>2|//(0|2时，被判决为0，
|"(/)|越大于2|//(/)|2，为O的似然度越高；Ih(/)l越在原点附近，为l的似 然度越高，同理可判决出^、 ~,和~2。
图2(a) 2(d)分别显示采用除法均衡时解调模块判决集合S^， Sg， 《(，《i的区域(以标准IEEE802.11a为例)，图3(a) 3(d)分别显示采用乘 法均衡时解调模块判决集合&( ， "1，《1，《i的区域。所以可以看出乘 法均衡时的解调只需要将原解调模板信号根据^(/)|2来进行縮放计算时只 需要多用到一个实数乘法器。
通过系统仿真证明，该乘法均衡方法有与除法均衡方式相同的均衡与 解调效果，可广泛的应用于多载波调制系统中。
基于上述实现原理，本发明提供了一种用于正交频分复用通信均衡与 解调的系统及方法，下面结合附图对本发明提供的用于正交频分复用通信 均衡与解调的系统及方法分别进行描述。
如图4所示，图4为本发明提供的用于正交频分复用通信均衡与解调 系统的结构示意图，该系统包括快速傅立叶变换FFT单元1、信道估计单 元2、信道跟踪单元3、乘法均衡单元4和解调单元5。
其中，快速傅立叶变换FFT单元1，用于对接收的时域正交频分复用 OFDM信号进行快速傅立叶变换FFT，将其变换至频域，得到频域信道状 态信息输出给信道估计单元2、信道跟踪单元3和乘法均衡单元4。快速 傅立叶变换FFT单元1根据接收到的时域OFDM信号^;及定时同步估计值，对一个OFDM信号做N点的FFT变换，将其转换至频域，得到观^ 信道状态信息^;所述^=1> ./ X，其中iV为FFT变换的总点数，"为接收信号的序号，A为子载波的序号。信道估计单元2，用于计算前导符号中每个子载波上对应的频域信道 状态信息，作为信道响应的初始值，输出给信道跟踪单元3。信道估计单元2计算前导符号频域每个子载波上对应的信道状态信息A(,","，作为个i百道响应的初始值，为后续工作做准备。所述4(, ,) = ^1;〈|2，其中^为/义,'训练信息，^为噪声，A为子载波的序号。信道跟踪单元3，用于计算当前符号导引子载波上对应的信道信息与 前一符号的导引子载波对应的信道信息的比值，得到当前符号信道响应相 对于前一符号信道响应的更新系数，将信道响应更新系数乘以前一符号的 信道响应信息得到当前符号更新后的频域信道状态信息，并反馈给乘法单 元4。信道跟踪单元3计算当前第j个符号导引子载波上对应的信道信息 ,与前一符号即第j-l个符号导引子载波对应的信道信息A("i,。,)的比值 )=》=^—(y二),并根据^p^计算得到当前符号信道响A07w)应相对于前一符号信道响应的更新系数A;然后将信道响应更新系数^乘 以前一符号的信道响应信息^-'得到当前符号更新后的信道响应信息&。 乘法均衡单元4，用于对当前符号的接收数据进行乘法均衡，将接收 的频域数据信息与信道跟踪单元3反馈的更新后的频域信道状态信息的共 轭值做乘法，并将得到的乘积输出给解调单元5。乘法均衡单元4用于对 当前符号的接收数据进行乘法均衡，将接收的频域数据信息与信道跟踪单元3反馈的更新后的频域信道状态信息^的共轭值《= ^(《)做乘法，
得到的乘积为&
仏
仏
解调单元5，用于通过信道估计单元2反馈的频域信道状态信息调整 解调模板的尺寸，实现接收数据的正确解调。解调单元5根据信道估计单 元2反馈的信道频域状态信息A求得各子载波上携带的信息经过乘法均 衡后被放大的系数|&|2，并根据该系数在解调时逐个数据调整解调模板 《(m。d—的尺寸，使得模板的大小和接收信号不同子载波上数据的縮放保持 一致，实现对接收数据的正确解调。
如图5所示，图5为本发明提供的用于正交频分复用通信均衡与解调 的方法流程图，该方法包括以下步骤
步骤501:快速傅立叶变换FFT单元对接收的时域正交频分复用 OFDM信号进行快速傅立叶变换FFT，将其变换至频域，得到频域信道状 态信息输出给信道估计单元、信道跟踪单元和乘法均衡单元；
在本步骤中，快速傅立叶变换FFT单元对接收到的时域OFDM信号^
做快速傅立叶变换，将其变换至频域^，其中W为FFT变换的总点数，《
为接收信号的序号，*为子载波的序号；
y一! "2""*/
A=I>,e (1)
步骤502:信道估计单元计算前导符号中每个子载波上对应的频域信 道状态信息，作为信道响应的初始值，输出给信道跟踪单元；
在本步骤中，信道估计单元计算前导符号中每个子载波上对应的频域 信道状态信息,作为信道响应的初始值，得到的每个子载波上的信道频域状态信息A(,— ， ^为训练信息，^为噪声，^为子载波的序号;
A — A《
步骤503:信道跟踪单元计算当前符号导引子载波上对应的信道信息
与前一符号的导引子载波对应的信道信息的比值，得到当前符号信道响应 相对于前一符号信道响应的更新系数，将信道响应更新系数乘以前一符号 的信道响应信息得到当前符号更新后的频域信道状态信息，并反馈给乘法
单元；
在本步骤中，信道跟踪单元计算当前第j个符号导引子载波上对应的 信道信息A^,。,)与前一符号即第j-l个符号导引子载波对应的信道信息
Ai。,)的比值《—)=》=巧(冲')—,并根据A一。计算得到当
前符号信道响应相对于前一符号信道响应的更新系数A 。可以看到在计算 的过程中需要用到实数除法，在这里允许引入实数除法是因为这里 除法用到的数据比较规则并且执行次数很少所以实现难度小对系统资源
影响不会太大，但是分母^/i,。」2会由于量化精度的问题出现零值，此时
数据不参加除法计算，所以在出现零值的情况下对应的A;,。,,不参与更新 系数的计算。然后将信道响应更新系数^乘以前一符号的信道响应信息 《一'得到当前符号更新后的信道响应信息A/，并反馈给乘法单元104;
<formula>formula see original document page 15</formula>步骤504:乘法均衡单元对当前符号的接收数据进行乘法均衡，将接 收的频域数据信息与信道跟踪单元反馈的更新后的频域信道状态信息的 共轭值做乘法，并将得到的乘积输出给解调单元；在本步骤中，乘法均衡单元对当前符号的接收数据进行乘法均衡，将接收的频域数据信息与信道跟踪单元103反馈的更新后的频域信道状态信息A的共轭值《做乘法。<formula>formula see original document page 16</formula> (4)<formula>formula see original document page 16</formula>(5)步骤505:解调单元通过信道估计单元反馈的频域信道状态信息调整 解调模板的尺寸，实现接收数据的正确解调；在本步骤中，解调单元通过信道估计单元102反馈的信道频域状态信息&求得各子载波上携带的信息经过乘法均衡后被放大的系数& 2 ，并根据该系数在解调时逐个数据调整解调模板义;(m。d—的尺寸，使得模板的大^和接收信号不同子载波上数据的缩放保持一致，实现对接收数据的正确解调。但是由于量化精度的影响，|&|2的值有可能为o，此时数据出现模糊情况在硬判决的情况下可以判定为任意值，在软判决的情况下可以将其设 为中间值。<formula>formula see original document page 16</formula>(6)以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 己，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、 一种用于正交频分复用通信均衡与解调的系统，其特征在于，该 系统包括快速傅立叶变换FFT单元(1)，用于对接收的时域正交频分复用OFDM信号进行快速傅立叶变换FFT，将其变换至频域，得到频域信道状 态信息输出给信道估计单元(2)、信道跟踪单元(3)和乘法均衡单元(4);信道估计单元(2)，用于计算前导符号中每个子载波上对应的频域信 道状态信息，作为信道响应的初始值，输出给信道跟踪单元(3);信道跟踪单元(3)，用于计算当前符号导引子载波上对应的信道信息 与前一符号的导引子载波对应的信道信息的比值，得到当前符号信道响应 相对于前一符号信道响应的更新系数，将信道响应更新系数乘以前一符号 的信道响应信息得到当前符号更新后的频域信道状态信息，并反馈给乘法单元(4);乘法均衡单元(4)，用于对当前符号的接收数据进行乘法均衡，将接 收的频域数据信息与信道跟踪单元(3)反馈的更新后的频域信道状态信息的共轭值做乘法，并将得到的乘积输出给解调单元(5);解调单元(5)，用于通过信道估计单元(2)反馈的频域信道状态信 息调整解调模板的尺寸，实现接收数据的正确解调。
2、 根据权利要求1所述的用于正交频分复用通信均衡与解调的系统， 其特征在于，所述快速傅立叶变换FFT单元(1 )根据接收到的时域OFDM 信号r"及定时同步估计值，对一个OFDM信号做N点的FFT变换，将其转换至频域，得到频域信道状态信息A;所述A二gve—力"%，其中W为FFT变换的总点数，"为接收信号的序号，A为子载波的序号。
3、根据权利要求1所述的用于正交频分复用通信均衡与解调的系统，其特征在于，所述信道估计单元(2)计算前导符号频域每个子载波上对 应的信道状态信息作为信道响应的初始值，为后续工作做准备；所述a(一-A'Z/ |2，其中A为训练信息，^为噪声，A为子载波/义t的序号。
4、根据权利要求1所述的用于正交频分复用通信均衡与解调的系统， 其特征在于，所述信道跟踪单元(3)计算当前第j个符号导引子载波上对 应的信道信息A/(—)与前一符号即第j-l个符号导引子载波对应的信道信息的比值<formula>formula see original document page 3</formula>并根据殿一)计算得到1 A:(沙/)当前符号信道响应相对于前一符号信道响应的更新系数A;然后将信道响 应更新系数^乘以前一符号的信道响应信息a—'得到当前符号更新后的 信道响应信息a。
5、根据权利要求1所述的用于正交频分复用通信均衡与解调的系统， 其特征在于，所述乘法均衡单元(4)用于对当前符号的接收数据进行乘 法均衡，将接收的频域数据信息与信道跟踪单元(3)反馈的更新后的频 域信道状态信息&的共轭值《=c。ny(&)做乘法，得到的乘积为<formula>formula see original document page 3</formula>
6、根据权利要求1所述的用于正交频分复用通信均衡与解调的系统，，并根据该系数在解调时逐个数据调整解调模板义;—d^)的尺寸，使得其特征在于，所述解调单元(5)根据信道估计单元(2)反馈的信道频域 状态信息A求得各子载波上携带的信息经过乘法均衡后被放大的系数模板的大小和接收信号不同子载波上数据的縮放保持一致，实现对接收数 据的正确解调。
7、 一种用于正交频分复用通信均衡与解调的方法，其特征在于，该方法包括快速傅立叶变换FFT单元对接收的时域正交频分复用OFDM信号进 行快速傅立叶变换FFT，将其变换至频域，得到频域信道状态信息输出给 信道估计单元、信道跟踪单元和乘法均衡单元；信道估计单元计算前导符号中每个子载波上对应的频域信道状态信 息，作为信道响应的初始值，输出给信道跟踪单元；信道跟踪单元计算当前符号导引子载波上对应的信道信息与前一符 号的导引子载波对应的信道信息的比值，得到当前符号信道响应相对于前 一符号信道响应的更新系数，将信道响应更新系数乘以前一符号的信道响 应信息得到当前符号更新后的频域信道状态信息，并反馈给乘法单元；乘法均衡单元对当前符号的接收数据进行乘法均衡，将接收的频域数 据信息与信道跟踪单元反馈的更新后的频域信道状态信息的共轭值做乘 法，并将得到的乘积输出给解调单元；解调单元通过信道估计单元反馈的频域信道状态信息调整解调模板 的尺寸，实现接收数据的正确解调。
全文摘要
本发明涉及通信技术中正交频分复用技术领域，公开了一种用于正交频分复用通信均衡与解调的系统，包括速傅立叶变换单元、信道估计单元、信道跟踪单元、乘法均衡单元和解调单元。通过将信道估计单元估计出的频域信道状态信息反馈至接收数据和解调单元，实现接收系统的乘法均衡与解调。本发明同时公开了一种用于正交频分复用通信均衡与解调的方法。利用本发明，在多载波调制系统中，将信道估计、信道跟踪、信道均衡以及信道解调有机的结合起来设计，通过乘法均衡与解调结合的方式，代替传统的除法均衡，从而简化了多载波调制系统均衡的实现复杂度。
文档编号H04L27/26GK101312443SQ20071009954
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者亓中瑞, 浩 张, 昕 邱, 杰 陈 申请人:中国科学院微电子研究所