专利名称：可变带宽的ofdm发射机和接收机的制作方法
技术领域：
本发明属无线电通信领域，具体涉及一种可变带宽的OFDM发射机和接收机，用于发送和接收由有效信息符号和循环前缀所构成的帧OFDM信号。
背景技术：
OFDM技术是一种利用多个正交载波频率发送信号的传输方案。系统内的高速数据流通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而有效减小无线信道时间弥散所带来的符号间串扰(ISI)，并使接收机内 均衡器的复杂度得以减小。OFDM发射信号带宽内的所有子载波均两两正交，因而频谱可以相互重叠，可以最大限度地利用频谱资源，当子载波数很大时，频谱利用率可以接近Nyquist最大值。从频域来看，信道中因多径而出现频率选择性衰落或存在窄带干扰时，只有一小部分的子载波受到影响，因此，OFDM系统可以在一定程度上抵抗多径及窄带干扰，大大降低误码率。目前的OFDM发射机与OFDM接收机主要分为两大类。第一类是载波数量固定，即通信带宽固定的OFDM发射/接收系统。该系统存在的问题主要有当邻信道出现较大功率的干扰时，系统因不能实时地改变(减小)本信道的通信带宽，从而使本信道的边缘子载波受到较大干扰，影响传输的可靠性；而当邻信道空闲时，由于通信带宽固定，不能有效地利用空闲频带资源而导致频带资源的浪费。第二类是带宽可变的OFDM发射/接收系统。虽然该系统的带宽是可变的，但由于其带宽只随源端数据发送速率的变化而变化，因此仍然不能有效地消除邻信道干扰对本信道边缘子载波的影响，也不能提高带宽利用率。另外，带宽的变化要经过发射机与接收机的反复确认，过程非常复杂，而且确认信息的传输本身也存在被干扰的风险。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是通过对本信道带宽及其附近频率资源占用情况的准确估算，实时地控制本信道带宽的变化，动态地、智能地控制子载波数量，从而最大程度地提高OFDM发射机与OFDM接收机的可靠性以及频谱利用率。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种可变带宽的OFDM发射机和接收机，用于发送和接收由有效信息符号和循环前缀所构成的帧OFDM信号，其特征在于，所述发射机可根据所述接收机给出的通信带宽变更反馈信息动态地调整载波个数，从而控制通信带宽，同时动态改变信息位传送速率。所述发射机100包括段管理器101，符号添加器102，映射单元103，OFDM信号生成单元104，帧长调整单元105，载波调整单元106，载波数存储单元107。段管理器101，与帧长调整单元105和符号添加器102相连。依据来自帧长调整单元105的符号内信息位数，将上位机传输过来的基带信号按信息位分段处理。符号添加器102，输入端接段管理器101，输出端接映射单元103。对由段管理器101发送过来的数据包进行前向纠错编码和卷积编码。
映射单元103，输入端接符号添加器102，输出端接OFDM信号生成单元104。采用16QAM，将4个‘0，I’信号变换为IQ平面上的16个点中的一点相对应的I个符号。OFDM信号生成单元104，包括导频与训练符号生成器104a、数据与导频分配器104b、IFFT单元104c和保护间隔添加单元104d。导频与训练符号生成器104a，输出接数据与导频分配器。在数据符号发送之前，生成循环前缀信号，并在数据符号发送的同时，生成导频信息。数据与导频分配器104b，分别与IFFT单元、导频与训练符号生成器104a和映射单元103相连。将来自映射单元103的信息数据与来自导频与训练符号生成器104a的导频数据按一定的排列方式组成频谱数据包，传送给IFFT单元104c。IFFT单元104c，与数据与导频分配器104b和保护间隔添加单元104d相连。将来自数据与导频分配器104b的频谱数据包进行快速逆傅里叶变换，将并行数据转换成串行时域数据后输出至保护间隔添加单元。保护间隔添加单元104d，与IFFT单元104c相连。向IFFT单元104c送来的串行时域数据的两个非连续信息符号之间添加保护间隔。帧长调整单元105包括符号内位数计算单元105a和帧内传输总信息位数计算单元 105b。符号内位数计算单元105a，分别与帧内传输总信息位数计算单元105b、载波调整单元106和段管理器101相连。根据载波数调整单元106给出的可用载波数信号计算出每个符号内可传送的信息位个数。帧内传输总信息位数计算单元105b，与符号内位数计算单元105a相连。根据符号内位数计算单元105a给出的符号内信息位数，计算出反应即时信息速率的帧内可传输总信息位数，并据此信息速率对上位机做出调整信息位发送速率的反馈信息。载波调整单元106，载波调整单元106包括载波数判定器106a和导频调整单元106b。载波数判定器106a，分别与导频调整单元106b、所述接收机的载波变更决策单元208和载波数存储单元107相连。接收来自接收机的带宽反馈信息，读取载波数存储单元107中的载波信息，依据带宽反馈信息，将载波信息做适当调整并更新载波数存储单元107中的载波信息；上述调整方法为当通信带宽变化Λ B时，相应的载波数量变化为AC=AB/SBW，其中Sbw为子载波的频率间隔。导频调整单元106b，分别与载波数判定器106a、0FDM信号生成单元104和帧长调整单元106相连。依据载波数量调整发送帧结构中的导频数量以及导频在频带中的位置，导频数量定为总子载波数量的1/16，且所有导频均匀分布在整个通信带宽中，调整结果分别发送给帧长调整单元106以及OFDM信号生成单元104。载波数存储单元107，与载波调整单元106相连，用于存储当前通信的带宽信息。所述接收机200包括循环前缀检测单元201, FFT单元202,数据筛选单元203,数据后处理单元204，载波估计单元205，信道空闲带宽估计单元206，载波信息存储单元207，载波变更决策单元208。循环前缀检测单元201，输入接天线，输出接FFT单元202。用于检测位于每个OFDM帧的循环前缀。
FFT单元202，输入接循环前缀检测单元201，输出分别接数据筛选单元203和载波估计单元205。用于对接收信号进行快速傅里叶变换。数据筛选单元203，输入接FFT单元202，输出分别接数据后处理单元204和信道空闲带宽估计单元206。用于筛选出位于通信频带内的数据，同时将带外数据发送给信道空闲带宽估计单元206，用以估算带外功率。数据后处理单元204，与数据筛选单元203相连。用于解16QAM映射以及解前向纠错编码。载波估计单元205包括小波分离与重构单元205a和频谱互相关单元205b。小波分离与重构单元205a，与频谱互相关单元205b和所述FFT单元202相连。采用Haar小波对来自FFT单元202的频谱数据进行分离处理，得到频谱中变化剧烈的部分与相对平滑的部分，采用其中平滑的数据部分对频谱进行重构，最终得到近似矩形的频谱。
频谱互相关单元205b，与小波分离与重构单元205a和载波信息存储单元207相连。对由小波分离与重构单元205a处理后的循环前缀频谱数据，进行不同起点的互相关，最终得到相关值最大的一组带宽即是本次通信的带宽。信道空闲带宽估计单元206包括边缘带宽功率密度积分器206a、噪声门限比较单元206b和空闲时间计算单元206。边缘带宽功率密度积分器206a，与噪声门限比较单元206b和数据筛选单元203相连。将对本次通信带宽以外的边缘带宽功率密度进行积分，计算边缘带宽功率。噪声门限比较单元206b，与空闲时间计算单元206c和边缘带宽功率密度积分器206a相连。将边缘带宽功率Pin与噪声功率Pntjis相比较，当Pin>l. 5Pnoise时，输出带宽占用信号^Pin〈l. 5Pn_时，输出带宽空闲信号，若空闲时间超过一个OFDM帧长，则认为该边缘带宽是空闲的。空闲时间计算单元206c，与噪声门限比较单元206b和载波变更决策单元208相连。当接收到由所述噪声门限比较单元反馈的带宽空闲信号时，记录当前空闲带宽信息，并开始累计带宽空闲时间，若在整个OFDM信息帧时间内该带宽始终保持空闲状态，载波变更决策单元208将会向发射机发出反馈信息，提高信号带宽。载波信息存储单元207，与载波估计单元205和数据筛选单元203相连。用于存储本次通信带宽信息。载波变更决策单元208，与信道空闲带宽估计单元206相连。用于决策通信带宽是否变动。为了正确地估计频谱信息，发送的OFDM信号帧结构采用循环前缀加信息符号的组合方式。循环前缀由多个相同的训练符号组成，因而，每个训练符号对应的频谱数据理论上完全相同。对不同时刻得到的训练符号频谱数据中的某一频段数据进行互相关操作并记录相关值，当该相关值最大时，说明参与相关的频率段为本次通信的带宽。实际上，在进行相关操作之前，为了使频谱更接近于理想情况，载波估计单元首先对频谱数据进行小波变换，提取频谱中更加平滑的部分，使频谱更接近于理想矩形，提高载波估计的可靠性。信道空闲带宽估计单元实时地检测本次通信外的带宽功率。当空闲时间累计一个OFDM帧长时，才判定信道存在未利用频带，防止与邻信道频带覆盖。本发明由于采取以上技术方案，可以实时监测信道带宽利用情况，并根据信道带宽的估算结果，实时动态调整子载波个数，在降低通信带外干扰的同时，也提高了信道利用率。
图1为本发明可变带宽0FDM发射机的功能方块图；图2为本发明可变带宽0FDM发射机的帧长调整单元的功能方块图；图3为本发明可变带宽0FDM发射机的载波调整单元；图4为本发明可变带宽0FDM发射机的0FDM信号生成单元；图5为本发明可变带宽0FDM接收机的功能方块图；图6为本发明可变带宽0FDM接收机的循环前缀检测单元的功能方块图；图7为本发明可变带宽0FDM接收机的子载波估计单元的功能方块图；图8为本发明可变带宽0FDM接收机的邻信道可用带宽估计单元功能方块图；图9为本发明可变带宽0FDM接收机与可变带宽的0FDM发射机所接收与发射的帧 结构。图中，100. 0FDM发射机，101.段管理器，102.符号添加器，103.映射单元，104. 0FDM信号生成单元，104a.数据与导频分配器，104b. IFFT单元，104c.保护间隔添加单元， 104d.导频与训练符号生成器，105.帧长调整单元，105a.符号内位数计算单元，105b.帧内 传输总信息位数计算单元，106.载波调整单元，106a.载波数判定器，106b.导频调整单元， 107.载波数存储单元，200. 0FDM接收机，201.循环前缀检测单元，201a.延迟单元，201b. 复数共轭单元，201c.乘法器，201d.数据累加单元，201e.数据累加单元，201f.除法器， 201g.缓冲器，202. FFT单元，203.数据筛选单元，204.数据后处理单元，205.载波估计单 元,205a.小波分离与重单元,205b.频谱互相关单元,206.信道空闲带宽估计单元,206a. 边缘带宽功率密度积分单元，206b.噪声门限判定单元，206c.空闲时间计算单元，207.载 波信息存储单元，208.载波变更决策单元。
具体实施例方式图9不出了涉及本发明的0FDM发射机与接收机发射与接收的0FDM巾贞结构。该 0FDM帧由循环前缀与数据两个部分构成。其中循环前缀由多个完全相同的训练符号组 成；数据部分由保护间隔与信息符号构成。保护间隔与其后的信息符号末尾的部分信息数 据完全相同。每个0FDM帧中信息符号与训练结构的个数是确定不变的。如图1所示，与本发明的第一实施方式有关的可变带宽的0FDM发射机，主要具有 段管理器101、符号添加器102、映射单元103、0FDM信号生成单元104、帧长调整单元105、 载波调整单元106、载波数存储单元107。段管理器101依据来自巾贞长调整单兀105的符号内信息位数信息，将上位机传输 过来的信息位分段处理，每段长度即为“符号内信息位数”，形成初步的数据包发送给符号 添加器102。帧长调整单元105，向上一级数据来源发送反馈信息当通信带宽降低、载波数量 减少时，发射机发送数据速率降低，此时向数据源反馈，降低传入发射机100的数据速率的 信号；当通信带宽提高、载波数量增加时，发射机发送数据速率提高，此时向数据源反馈，提高传入发射机100的数据速率的信号。上位机传入数据速率N与对应带宽B之间的关系为B=KN其中，K为编码链路中的码率变换因子，当通信带宽变化Λ B时，相应码率变化量为 ΛΒ/Κ。如图2所示，帧长调整单元105由符号内位数计算单元105a和帧内传输总信息位数计算单元105b组成。当通信带宽发生变化时，每个OFDM帧内的符号所携带的信息位个数也要随之变化，即信息符号长度也要变化。OFDM帧内 符号数固定，当帧内符号长度变化时，帧内传输总位数也会变化，即信息传输速率也相应变化。符号内位数计算单元105a根据载波数调整单元给出的可用载波数信号计算出每个信息符号内可传送的信息位个数。帧内传输总信息位数计算单元105b根据符号内位数计算单元105a给出的符号内信息位数计算出帧内可传输最大信息位数。因为帧内可传输最大信息位数反应了即时信息速率，因此帧内传输总信息位数计算单元105b根据帧内可传输最大信息位数对上位机做出调整信息位发送速率的反馈信息。符号添加器102对由段管理器101发送过来的数据包进行前向纠错编码和卷积编码，其中前向纠错编码包括扰码模块和交织模块两个部分。符号添加器102对由段管理器101发送过来的数据包进行前向纠错编码和卷积编码。纠错码包含扰码编码、信道编码和交织编码三个部分。其中，扰码模块采用一个长度为127的帧同步扰码器加扰，其生成多项式如下式所示S (x) =x7+x3+l其中，X代表长度为8bit的移位寄存器中的一个信息位,其右上角标代表该信息位在整个移位寄存器中的位置。其实质为反馈移位寄存器，能有效地将输入序列搅乱，使输出数字码元之间相关性降低。卷积码采用1/2码率的卷积编码器来生成输入一位数字位，将会产生两位输出数据。其中输出数据A、B的生成多项式分别为A(x) =x6+x5+x3+x2+lB(x) =x6+x3+x2+x+l映射单元103采用16QAM，将4个‘0，1’信号变换为IQ平面上的16个点中的一点相对应的I个符号。载波调整单元106根据传入的带宽反馈信息，判定载波数量是否增加或者减少，并且调整导频数量以及导频在整个通信带宽内的位置。如图3所示，载波调整单元106由可用载波数判定器106a和导频调整单元106b构成。载波数判定器106a接收来自接收机的带宽反馈信息，读取载波数存储单元107中的载波信息，依据反馈信息，将载波信息做适当调整后并更新载波数存储单元107中的载波信息。上述的调整方式为当通信带宽变化Λ B时，相应的载波数量变化为AC=AB/Sbw，其中Sbw为子载波的频率间隔。
载波数判定器106a在完成载波数量调整后，还要将调整的结果传递给导频调整单元106b。导频调整单元106b依据载波的数量调整发送帧结构中的导频数量以及导频在频带中的位置。为了使效率与性能之间达到平衡，导频的数量定为总子载波数量的1/16，且所有的导频均匀分布在整个通信带宽中。调整结果分别发送给帧长调整单元105以及OFDM信号生成单元104。OFDM信号生成单元104将来自映射单元103的数据与导频数据构成的频谱数据进行快速逆傅里叶变换，将变换结果添加保护间隔后作为发送信号发送出去。OFDM信号生成单元104，如图4所示，由数据与导频分配器104a、IFFT单元104b、保护间隔添加单元104c以及导频与训练符号生成器104d组成。数据与导频分配器104a将来自映射单元103的信息数据与来自导频与训练符号生成器104d的导频数据按一定的排列方式组成频谱数据包，传送给IFFT单元104b进行快速逆傅里叶变换。除此之外，IFFT单元104b还具有并行-串行转换功能，经IFFT变换后输出的并行数据要转换成串行时域数据输出至保护间隔添加单元104c。
导频与训练符号生成器104d的功能有两项第一，在数据符号发送之前，生成循环前缀信号；第二，在数据符号发送的同时，生成导频信息。保护间隔添加单元104c将每个数据帧尾部的N个数据复制到该帧的头部，使由IFFT单元104b发出的两个非连续帧变成连续的时域数据。上述过程中，假设两个帧之间的空隙可以容纳N个数据。如图5所示，与本发明的第一实施方式有关的可变带宽OFDM接收机200，主要由循环前缀检测单元201、FFT单元202、数据筛选单元203、数据后处理单元204、载波估计单元205、信道空闲带宽估计单元206、载波信息存储单元207和载波变更决策单元208组成。循环前缀检测单元201用于检测每个数据帧的前导循环前缀。具体地说，如图6所示，该单元由延迟单元201a、复数共轭单元201b、复数乘法单元201c、数据累加单元201d、数据累加单元201e、复数除法单元201f和缓冲器201g组成。延迟单元201a长度为一个训练符号的数据长度。延迟单元201a、复数共轭单元201b、复数乘法单元201c、数据累加单元201d共同完成循环前缀中训练符号与延迟循环前缀中训练符号的相关操作。相关的结果称为延时相关值，记为C，C的表达式为
D-1C = J\RJCU
n=0其中Rn为接收信号，为延迟了一个训练符号长度的接收信号的共轭值，D为前述一个训练符号的数据长度。延迟单元201a、数据累加单元201e共同完成延迟后的循环前缀中的训练符号的能量计算操作。计算得到功率记为P，P的表达式为P = YjrX
η 二Q其中Rn为接收信号，<为接收信号的共轭值。复数除法单元201f完成判决变量的计算，判决变量记为J，计算方法为J=C/P。当接收的信号中只有噪声时，理想情况下输出的延时相关值C为0，因为噪声的互相关系数为0，因此在数据帧到达前，判决变量值很小。当接收到第二个训练符号时，因为参与相关的信号完全相同，延时相关值开始明显增加，并且出现一个持续M-1个符号长度的相关平坦，预示着新的OFDM信号帧到来。同时，复数除法单元201f将向数据累加单元201e反馈OFDM信号帧到达信息。注意该反馈信息包含两种状态当检测到训练符号时，输出状态I ;未检测到训练符号时，输出状态2。此信号将输出至数据缓冲器201g用于控制缓冲器输出带有同步的接收信号。注意，上述过程中假设循环前缀中包含M个训练符号。数据累加单元201e完成接收信号的功率计算功能。当新的OFDM信号帧到达时，该单元根据来自复数除法单元201f的反馈信息，做出如下两种操作当反馈信息为状态1，记录当前实时功率值；当反馈信息为状态2时，将状态I时记录的所有实时功率值取均值并将该值保存进寄存器，记录该平均值为P·。Pava将做为检测信息符号是否结束的阈值。当循环前缀接收完成后，数据累加单元201e继续计算实时功率Pt，并将该功率与Pava做比较。当Pt>Pava/2时，则认为当前接收到信息符号；当Pt〈Pava/2并持续一个信息符号周期时，认为信息符号接收完成。判决结果将 形成数据到达信号并输出至缓冲器201g，用于指示信息符号是否到达。缓冲器201g工作过程可描述为当来自复数除法单元201f的反馈信息为状态I时，输出缓存中的数据，并输出同步信号，指示该输出数据为循环前缀；当来自数据累加单元201e的信号说明信息符号到达时，输出缓存中的数据，并输出同步信号，指示该输出数据为信息符号；除此之外的其它所有状态，输出同步均指示没有接收到有效信号。FFT单元202完成接收数据的快速傅里叶变换功能。当传入该单元的数据为训练符号时，经快速傅里叶变换后的频谱数据将传入载波估计单元205 ;当传入该单元的数据为信息符号时，经快速傅里叶变换后的频谱数据将传入数据筛选单元203。载波估计单元205根据来自FFT单元202输出的循环前缀频谱估计出本次通信的带宽。如图7所示，该单元包括小波分离与重构单元205a和频谱互相关单元205b。在理想情形下，OFDM通信带宽近似为矩形，矩形的起点和终点分别对应带宽的最低频率与最高频率。但信号经过无线信道传输后，由于干扰以及多径效应，最终的频谱图形与理想矩形差别很大，不利于带宽的判别。小波分离与重构单元205a首先采用Haar小波对接收的频谱进行分离处理，得到频谱中变化剧烈(细节)的部分与相对平滑(粗略)的部分。然后采用上述的平滑数据对频谱进行重构，最终得到近似矩形的频谱。已知循环前缀是由多个重复的训练符号构成，因此，每个训练符号经过FFT变换后得到的频谱信息理想情况下是相同的。两组相同的训练符号，经过复杂的无线信道后，对其分别进行FFT变换，分别得到离散的频谱{fal，fa2,…，fai，…，faJ,…，fm}与{fbl，fb2,…，fw，···，&」，…，fbn}，其中下标1、J为正确的通信带宽起点与终点。分别在两组频谱数据内随机取两点(fae、faf)与(fbe、fbf)，得到两组带宽相同的频谱数据{fae，…，faf}与{fbe，-,fbf},对以上两组数据进行互相关操作得到相关值ConvAB。实验证明，当起点分别为(fa1、faj)与(fb1、fbj)时，得到的互相关值最大。频谱互相关单元205b基于上述原理对接收的循环前缀频谱数据进行不同起点的互相关，最终得到相关值最大的一组带宽即是本次通信的带宽。信道空闲带宽估计单元206用于估计信道可用带宽资源。该单元实时地监测本次通信带宽以外的边缘带宽功率，以判定边缘带宽是否占用。若空闲时间超过一个OFDM帧长，则认为该边缘带宽是空闲的。如图8所示，信道空闲带宽估计单元由边缘带宽功率密度积分器206a、噪声门限判定单元206b和空闲时间计算单元206c组成。噪声门限比较器206b的内部寄存器，保存有信道没有信号传输时的噪声功率Pn()ise。该比较器将输入的功率Pin与Pntjise进行比较，当Pin>l. 5Pmise时，比较器输出带宽占用信号3Pin〈l. 5Pmise时，比较器输出带宽空闲信号。边缘带宽功率密度积分器206a，将对本次通信带宽以外的边缘带宽功率密度进行积分，计算边缘带宽功率。并将计算出的功率值发送给噪声门限比较单元206b，当接收到由噪声门限比较单元206b反馈的带宽占用信号时，边缘带宽功率密度积分器206a将减小积分带宽，并再次继续计算功率输出至噪声门限比较单元206b。当接收到由噪声门限比较单元206b反馈的带宽空闲信号时，边缘带宽空闲时间计算单元206c将记录当前空闲带宽信息，并开始累计带宽空闲时间，若在整个OFDM信息帧时间内该带宽始终保持空闲状态，载波变更决策单元208将会向发射机发出反馈信息，提高信号带宽。由于FFT单元202输出的频谱数据带宽大于当次通信信号带宽，超出的带宽所携 带的数据并不是发射机发送的数据。数据筛选单元203将根据载波估计单元205估计出的带宽信息，筛选出本次通信带宽以内的数据，并将带外数据发送给信道空闲带宽估计单元206，用于估计边缘带宽功率。数据后处理单元204将完成发射机中段管理器101、符号添加器102、映射单元103三个单元的逆解码过程，即解16QAM映射、解卷积编码、解交织编码、解扰码。
权利要求
1.可变带宽的OFDM发射机和接收机，用于发送和接收由有效信息符号和循环前缀所构成的帧OFDM信号，其特征在于，所述发射机100可根据所述接收机200给出的通信带宽变更反馈信息动态地调整载波个数，从而控制通信带宽，同时动态改变信息位传送速率； 所述发射机100包括段管理器101，符号添加器102，映射单元103，OFDM信号生成单元104，帧长调整单元105，载波调整单元106，载波数存储单元107 ;其中，段管理器101，与帧长调整单元105和符号添加器102相连，依据来自帧长调整单元105的符号内信息位数，将上位机传输过来的基带信号按信息位分段处理；符号添加器102，输入接段管理器101，输出接映射单元103，对由段管理器101发送过来的数据包进行前向纠错编码和卷积编码；映射单元103，输入接符号添加器102，输出接OFDM信号生成单元104，采用16QAM，将4个‘0，I’信号变换为IQ平面上的16个点中的一点相对应的I个符号；0FDM信号生成单元104，与映射单元103和载波调整单元106相连，将来自映射单元103的数据与导频数据构成的频谱数据变换后作为发射信号发送出去；帧长调整单元105，与段管理器101和载波调整单元106相连，计算信息符号长度，并向上位机反馈信息位速率调整信号；载波调整单元106，与OFDM信号生成单元104、帧长调整单元105和载波数存储单元107相连，用于调整通信带宽及载波数量；载波数存储单元107，与载波调整单元106相连，用于存储当前通信的带宽信息； 所述接收机200包括循环前缀检测单元201，FFT单元202，数据筛选单元203，数据后处理单元204，载波估计单元205，信道空闲带宽估计单元206，载波信息存储单元207，载波变更决策单元208 ;其中，循环前缀检测单元201，输入接天线，输出接FFT单元202，用于检测位于每个OFDM帧的循环前缀；FFT单元202，输入接循环前缀检测单元201，输出分别接数据筛选单元203和载波估计单元205，用于对接收信号进行快速傅里叶变换；数据筛选单元203，输入接FFT单元202，输出分别接数据后处理单元204和信道空闲带宽估计单元206，用于筛选出位于通信频带内的数据，同时将带外数据发送给信道空闲带宽估计单元206，用以估算带外功率；数据后处理单元204，与数据筛选单元203相连，用于解16QAM映射以及解前向纠错编码；载波估计单元205，输入接FFT单元202，输出接载波信息存储单元207，用于估算出本次通信带宽及载波数量；信道空闲带宽估计单元206，输入接数据筛选单元203，输出接载波变更决策单元208，用于实时监测本次通信频带的带外频谱资源；载波信息存储单元207，与载波估计单元205和数据筛选单元203相连，用于存储本次通信带宽信息；载波变更决策单元208，与信道空闲带宽估计单元206相连，用于决策通信带宽是否变动。
2.根据权利要求1所述的可变带宽的OFDM发射机和接收机，其特征在于，所述发射机100的载波调整单元106包括载波数判定器106a和导频调整单元106b，其中， 载波数判定器106a，分别与导频调整单元106b、所述接收机的载波变更决策单元208和载波数存储单元107相连，接收来自接收机的带宽反馈信息，读取载波数存储单元107中的载波信息，依据带宽反馈信息，将载波信息做适当调整并更新载波数存储单元107中的载波信息；上述调整方法为当通信带宽变化Λ B时，相应的载波数量变化为AC=AB/Sbw，其中Sbw为子载波的频率间隔； 导频调整单元106b，分别与载波数判定器106a、0FDM信号生成单元104和帧长调整单元106相连，依据载波数量调整发送帧结构中的导频数量以及导频在频带中的位置，导频数量定为总子载波数量的1/16，且所有导频均匀分布在整个通信带宽中，调整结果分别发送给帧长调整单元106以及OFDM信号生成单元104。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的可变带宽的OFDM发射机和接收机，其特征在于，所述发射机100的帧长调整单元105包括符号内位数计算单元105a和帧内传输总信息位数计算单元105b ;其中， 符号内位数计算单元105a，分别与帧内传输总信息位数计算单元105b、载波调整单元106和段管理器101相连，根据载波数调整单元106给出的可用载波数信号计算出每个符号内可传送的信息位个数； 帧内传输总信息位数计算单元105b，与符号内位数计算单元105a相连，根据符号内位数计算单元105a给出的符号内信息位数，计算出反应即时信息速率的帧内可传输总信息位数，并据此信息速率对上位机做出调整信息位发送速率的反馈信息。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的可变带宽的OFDM发射机和接收机，其特征在于，所述发射机100的可变带宽OFDM信号生成单元104包括导频与训练符号生成器104a、数据与导频分配器104b、IFFT单元104c和保护间隔添加单元104d ;其中， 导频与训练符号生成器104a，输出接数据与导频分配器，在数据符号发送之前，生成循环前缀信号，并在数据符号发送的同时，生成导频信息； 数据与导频分配器104b，分别与IFFT单元、导频与训练符号生成器104a和映射单元103相连，将来自映射单元103的信息数据与来自导频与训练符号生成器104a的导频数据按一定的排列方式组成频谱数据包，传送给IFFT单元104c ； IFFT单元104c，与数据与导频分配器104b和保护间隔添加单元104d相连，将来自数据与导频分配器104b的频谱数据包进行快速逆傅里叶变换，将并行数据转换成串行时域数据后输出至保护间隔添加单元； 保护间隔添加单元104d，与IFFT单元104c相连，向IFFT单元104c送来的串行时域数据的两个非连续信息符号之间添加保护间隔。
5.根据权利要求1所述的可变带宽的OFDM发射机和接收机，其特征在于，所述接收机200的载波估计单元205包括小波分离与重构单元205a和频谱互相关单元205b ;其中， 小波分离与重构单元205a,与频谱互相关单元205b和所述FFT单元202相连,采用Haar小波对来自FFT单元202的频谱数据进行分离处理，得到频谱中变化剧烈的部分与相对平滑的部分，采用其中平滑的数据部分对频谱进行重构，最终得到近似矩形的频谱； 频谱互相关单元205b，与小波分离与重构单元205a和载波信息存储单元207相连，对由小波分离与重构单元205a处理后的循环前缀频谱数据，进行不同起点的互相关，最终得到相关值最大的一组带宽即是本次通信的带宽。
6.根据权利要求1或权利要求5所述的可变带宽的OFDM发射机和接收机，其特征在于，所述接收机200的信道空闲带宽估计单元206包括边缘带宽功率密度积分器206a、噪声门限比较单元206b和空闲时间计算单元206c ;其中， 边缘带宽功率密度积分器206a，与噪声门限比较单元206b和数据筛选单元203相连，将对本次通信带宽以外的边缘带宽功率密度进行积分，计算边缘带宽功率； 噪声门限比较单元206b，与空闲时间计算单元206c和边缘带宽功率密度积分器206a相连，将边缘带宽功率Pin与噪声功率Pntjis相比较，当Pin>l. 5Pnoise时，输出带宽占用信号；当Pin〈1.5Pn_时，输出带宽空闲信号，若空闲时间超过一个OFDM帧长，则认为该边缘带宽是空闲的； 空闲时间计算单元206c，与噪声门限比较单元206b和载波变更决策单元208相连，当接收到由所述噪声门限比较单元反馈的带宽空闲信号时，记录当前空闲带宽信息，并开始累计带宽空闲时间，若在整个OFDM信息帧时间内该带宽始终保持空闲状态，载波变更决策单元208将会向发射机发出反馈信息，提高信号带宽。
7.根据权利要求1或权利要求5所述的可变带宽的OFDM发射机和接收机，其特征在于 利用循环前缀中训练周期的频谱相关算法，识别通信带宽。
8.根据权利要求1或权利要求5所述的可变带宽的OFDM发射机和接收机，其特征在于 采用小波变换的方法将频谱数据进行分解，利用平滑的部分，重构出接近于理想情形的频谱。
全文摘要
本发明属无线电通信领域，涉及一种可变带宽的OFDM发射机和接收机，用于发送和接收由有效信息符号和循环前缀所构成的帧OFDM信号。所述发射机100包括段管理器101，符号添加器102，映射单元103，OFDM信号生成单元104，帧长调整单元105，载波调整单元106，载波数存储单元107；所述接收机200包括循环前缀检测单元201，FFT单元202，数据筛选单元203，数据后处理单元204，载波估计单元205，信道空闲带宽估计单元206，载波信息存储单元207，载波变更决策单元208。所述发射机可根据由所述接收机给出的通信带宽变更反馈信息动态地调整载波个数，从而控制通信带宽，同时动态改变信息位传送速率。
文档编号H04L25/02GK103023850SQ20121049676
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者赛景波, 李志敏, 刘霄, 佟秋薇, 刘杰, 刘瑞, 褚丹丹 申请人:北京工业大学