CN106953826B - 一种ofdm信号差分接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OFDM信号差分接收方法，包括本地载波相位补偿、解调、低通滤波、本地载波补偿相位估计、去循环前缀(CP:Cyclic Prefix)、FFT变换、带相位补偿的差分检测、解交织和信道译码、重新信道编码和交织、差分编码、信道变化估计、IFFT变换、加循环前缀、判决等步骤。通过补偿本地载波相位提高解调精度以及通过带相位补偿的差分检测提高信号检测精度，利用两种不同性质的迭代补偿改善接收机性能。本发明适用于QPSK、16QAM、64QAM等需要利用本地载波解调的任意调制系统，能够提升高速移动接收机应对多普勒效应的能力，具有广泛的适用性。

Description

一种OFDM信号差分接收方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及无线数字多媒体广播系统的接收机技术。

背景技术

研究表明，对于使用传统差分检测(CDD：Conventional DifferentialDetection)技术的工作在L波段Mode IV的DAB接收机，在典型的城市多径信道环境中，当运动在95公里/小时甚至更高速度时，不能获得好的音频质量。这意味着在高速公路上快速移动的接收机无法获得满意的DAB服务，其原因主要在于高速移动环境中的多普勒效应，当速度很高时，多普勒效应对信号传输的影响不再可以被忽略。

多符号差分检测(MSDD：Multiple Symbol Differential Detection)在差分检测中利用两个以上相邻的接收符号，性能优于CDD，但是MSDD要求更高的计算复杂度,类似复杂度很高的检测方式还包括判决反馈差分检测(DFDD:Decision-feedback DifferentialDetection)。直接判决相关检测(DDCD:Decision-directed Coherent Detection)由于发生在不同子载波上的随机判决误差引入的判决反馈中的相位模糊问题，相对于CDD的性能改进是微小的甚至没有改进。Turbo-DPSK执行迭代turbo译码，将差分编码作为码率为Ns/(1+Ns)的trellis码对待，其中Ns是每一个差分编码块的数据符号的数目，最小均方递归(LMS:Least Mean Square Recursive)算法跟踪功放和相邻DPSK符号之间的移动信道引入的非线性失真，这两种技术的性能很好，但也存在复杂度过高的实现问题。

发明内容

本发明提供一种OFDM信号差分接收方法，通过补偿本地载波相位提高解调精度以及通过带相位补偿的差分检测提高信号检测精度，利用两种不同性质的迭代补偿改善接收机性能。本发明适用于QPSK、16QAM、64QAM等需要利用本地载波解调的任意调制系统，能够提升高速移动接收机应对多普勒效应的能力，具有广泛的适用性。

接收机架构如图1所示，包括本地载波相位补偿、解调、低通滤波、本地载波补偿相位估计、去循环前缀(CP:Cyclic Prefix)、FFT变换(即快速傅里叶变换)、带相位补偿的差分检测、解交织和信道译码、重新信道编码和交织、差分编码、信道变化估计、IFFT变换(即逆快速傅里叶变换)、加循环前缀、判决等模块。

附图说明

图1描述了OFDM信号差分接收机的架构。

具体实施方式

本发明实施例的具体步骤如下：

步骤1：由于开始时没有获得第n个OFDM符号的本地载波补偿相位向量Φ_n，因此不进行本地载波相位补偿，对接收的第n个OFDM符号的信号解调，再做低通滤波。

步骤2：对低通滤波的输出进行去CP和串/并转换，接着进行FFT变换和并/串转换，输出Y_n(k)，Y_n(k)为第n个OFDM符号的第k个子载波的接收信号。由于此时没有获得差分检测用的补偿相位，在带相位补偿的差分检测模块中，只进行无相位补偿的差分检测，对差分检测的输出进行解交织和信道译码，并做出判决。

步骤3：对判决输出重新进行信道编码、交织以及差分编码，信道变化估计模块利用FFT变换模块和差分编码模块的输出进行信道相位变化向量的估计，获得第n个OFDM符号的信道相位变化向量ρ_n，其元素为第n个OFDM符号的任意第k个子载波上的信道相位变化ρ_n(k)，k为子载波编号。同时，对差分编码的输出进行串/并转换、IFFT变换和并/串转换，然后加CP，再估计本地载波补偿相位，获得第n个OFDM符号的本地载波补偿相位向量Φ_n，其元素为第n个OFDM符号的各被调制数据符号的本地载波补偿相位。

信道相位变化向量的估计,已存在许多现有方法，本实施例在此给出一种优选的信道相位变化向量的估计方法。首先获得频域信道响应的最小二乘估计为：

其中：Y_n(k)为FFT变换输出的第n个OFDM符号的第k个子载波的接收信号，

为判决反馈符号，“*”表示复共轭运算，可以通过对之前迭代中的判决比特进行信道编码、交织、符号调制、差分编码获得。对

做时域平滑滤波，利用维纳插值，更准确的频域信道响应为：

其中：u_m为维纳滤波器系数，D为自然数，m为整数。定义维纳滤波系数向量u＝[u_-D,...,u_-1,u₁,...,u_D]^T，空时空频相关向量p＝[R_H(0,D),...R_H(0,1),R_H(0,-1),...,R_H(0,-D)]^T，移动信道的空时空频相关函数

E{·}为数学期望运算，于是有：u＝R^-1p。其中：R为每一个子载波衰落过程的时域相关矩阵，其第p行第q列元素R_p,q＝R_H(0,p-q)+σ²δ_p,q，σ²为噪声方差，δ_p,q为delta函数。于是，信道变化向量的时域表示为：

其中：频域信道变化向量

第n个OFDM符号的频域信道响应向量

第n-1个OFDM符号的频域信道响应向量

K为一个OFDM符号的子载波数，

表示循环卷积运算，IDFT{·}表示逆离散傅里叶变换。对

加窗，得到加窗后的信道变化向量

其中：W为窗口尺寸。对

做DFT变换，得到更精确的频域信道变化向量：

其中：DFT{·}表示离散傅里叶变换。于是，第n个OFDM符号的信道相位变化向量

本地载波补偿相位的估计，已存在许多现有方法，本实施例在此也给出一种优选的本地载波补偿相位估计方法，该方法通过最小二乘估计获得频域信道响应的相位，再运用插值和滤波的手段改进估计性能，如公式

u＝R^-1p所示。

步骤4：利用估计得到的第n个OFDM符号的本地载波补偿相位向量Φ_n对本地载波进行相位补偿，利用补偿后的本地载波对接收的第n个OFDM符号的信号解调，然后对解调输出做低通滤波。

步骤5：对低通滤波的输出进行去CP和串/并转换，接着进行FFT变换和并/串转换，输出Y_n′(k)，利用ρ_n进行带相位补偿的差分检测，对差分检测的输出进行解交织和信道译码，然后做出判决并输出判决结果。

当一次补偿的精度不够时，可以参照步骤3获得新的本地载波补偿相位向量和信道相位变化向量，执行新的相位补偿，经过多次迭代处理，直到性能达到要求。

Claims (1)

1.一种OFDM信号差分接收方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：对接收的第n个OFDM符号的信号解调，再做低通滤波；

步骤2：对低通滤波的输出进行去CP和串/并转换，接着进行FFT变换和并/串转换，输出Y_n(k)，Y_n(k)为第n个OFDM符号的第k个子载波的接收信号；

步骤3：对判决输出重新进行信道编码、交织以及差分编码，信道变化估计模块利用FFT变换模块和差分编码模块的输出进行信道相位变化向量的估计，获得第n个OFDM符号的信道相位变化向量ρ_n，其元素为第n个OFDM符号的任意第k个子载波上的信道相位变化ρ_n(k)，k为子载波编号；同时，对差分编码的输出进行串/并转换、IFFT变换和并/串转换，然后加CP，再估计本地载波补偿相位，获得第n个OFDM符号的本地载波补偿相位向量Φ_n，其元素为第n个OFDM符号的各被调制数据符号的本地载波补偿相位；

所述信道相位变化向量的估计方法：首先获得频域信道响应的最小二乘估计为：

其中：Y_n(k)为FFT变换输出的第n个OFDM符号的第k个子载波的接收信号，

为判决反馈符号，“*”表示复共轭运算；对

做时域平滑滤波，利用维纳插值，更准确的频域信道响应为：

其中：u_m为维纳滤波器系数，D为自然数，m为整数；定义维纳滤波系数向量u＝[u_-D,...,u_-1,u₁,...,u_D]^T，空时空频相关向量p＝[R_H(0,D),...R_H(0,1),R_H(0,-1),...,R_H(0,-D)]^T，移动信道的空时空频相关函数

E{·}为数学期望运算，于是有：u＝R^-1p；其中：R为每一个子载波衰落过程的时域相关矩阵，其第p行第q列元素R_p,q＝R_H(0,p-q)+σ²δ_p,q，σ²为噪声方差，δ_p,q为delta函数；于是，信道变化向量的时域表示为：

其中：频域信道变化向量

第n个OFDM符号的频域信道响应向量

第n-1个OFDM符号的频域信道响应向量

K为一个OFDM符号的子载波数，

表示循环卷积运算，IDFT{·}表示逆离散傅里叶变换；对

加窗，得到加窗后的信道变化向量

其中：W为窗口尺寸；对

做DFT变换，得到更精确的频域信道变化向量：

其中：DFT{·}表示离散傅里叶变换；于是，第n个OFDM符号的信道相位变化向量

所述本地载波补偿相位的估计方法：通过最小二乘估计获得频域信道响应的相位，再运用插值和滤波的手段改进估计性能，如公式

u＝R^-1p所示；

步骤4：利用估计得到的第n个OFDM符号的本地载波补偿相位向量Φ_n对本地载波进行相位补偿，利用补偿后的本地载波对接收的第n个OFDM符号的信号解调，然后对解调输出做低通滤波；

步骤5：对低通滤波的输出进行去CP和串/并转换，接着进行FFT变换和并/串转换，输出Y′_n(k)，利用ρ_n进行带相位补偿的差分检测，对差分检测的输出进行解交织和信道译码，然后做出判决并输出判决结果；

当一次补偿的精度不够时，参照步骤3获得新的本地载波补偿相位向量和信道相位变化向量，执行新的相位补偿，经过多次迭代处理，直到性能达到要求。

Images