[發明專利]一種基于時頻域變換的數字信號發送方法

有效

• 申請號: 200910080191.6
• 申請日: 2009-03-25
• 公開（公告）號: CN101848181A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 楊知行;王昭誠;王軍;王勁濤
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張國良

技術領域

本發明涉及數字信息傳輸領域，特別是涉及一種因特網、數字電視、數據廣播和其它相關應用中的基于時頻域變換的數字信號發送方法。

背景技術

通信系統的核心是如何在有限的帶寬內提高傳輸效率和可靠性，因此在數字電視或計算機系統中，每個傳輸幀的凈荷或有效數據部分應該占傳輸幀盡可能大的部分，以便提高系統的傳輸效率。同時，系統應該能夠識別和補償傳輸信道的特性變化，以便實現可靠傳輸。要實現上述高效率和高可靠性，系統要能從信道傳輸的特定信號中恢復時鐘、恢復載波和估計信道特性，并且此特定信號也作為傳輸信號的保護間隔和幀同步。

通常正交頻分復用多載波調制(OFDM)幀格式的第一和第二種構成如圖1(a)和1(b)所示。在圖1(a)的格式中，DFT(Discrete?Fourier?Transform，離散傅立葉變化)或FFT(Fast?Fourier?Transfonn，快速傅里葉變換)塊1A2位于循環前綴段1A1之后，循環前綴用作DFT的保護間隔。OFDM調制需要使用保護間隔或它的等效體，以便抵消接收信號中可能存在的多徑信號，防止碼間串擾，該結構稱為循環前綴的OFDM(Cyclic?Padding?OFDM，CP-OFDM)。CP-OFDM目前已經得到了廣泛應用，如數字音頻廣播(Digital?Audio?Broadcasting，DAB)，地面數字視頻廣播(Terestrial?Digital?Video?Broadcasting，DVB-T)，IEEE?802.11a、HIPERLAN/2無線局域網標準等都使用到了CP-OFDM。在圖1(b)的格式中，DFT塊1B?1后面跟著零填充段1B2，此零填充段用作DFT塊的保護間隔，該結構稱為零填充的OFDM(Zero?Padding?OFDM，ZP-OFDM)。(參見“Muquet?B，Wang?Z，Giannakis?G.B，Courville?M.de，and?Duhamel?P，Cyclic?Prefixing?or?Zero?Padding?for?Wireless?Multicarrier?Transmissions?IEEE?Trans.on?Communications，2002，50(12)：2136-2148.”)。除了保護間隔，CP-OFDM和ZP-OFDM為了進行同步和信道估計還需要在DFT塊內插入大量的已知導頻，導頻信號和保護間隔至少占據了有效帶寬的15％～30％左右，使得頻帶損失嚴重。

為此清華大學申請的中國發明專利“正交頻分復用調制系統中保護間隔的填充方法”(ZL?01124144.6)提出了第三種OFDM幀格式，如圖1(c)所示。在圖1(c)的格式中，DFT塊1C2后面跟著偽隨機序列(Pseudorandom?Noise?Sequence，PN)填充段1C1，此PN填充段用作DFT塊的保護間隔，該結構稱為PN填充的OFDM(PNPadding?OFDM，PNP-OFDM)。PN序列位于信號幀內，除了作為后面DFT塊的保護間隔，還可以作為已知信號完成信道同步和信道估計，從而實現了高效率和高可靠性。但是PNP-OFDM也存在一些問題，首先填充的PN序列和后面的DFT塊是獨立的，因為多徑信道的影響，接收端只有在理想的信道估計的情況下，才能完全消除PN序列對后面DFT塊的影響，否則就會存在殘余碼間干擾，從而影響系統性能；另一方面，因為PN序列的頻譜是和單載波波形頻譜一致的，其頻譜下降緩慢，而DFT塊對應的是多載波頻譜，這樣為了獲得比較高的頻譜利用，就要在發射端使用階數比較高的濾波器進行脈沖成形，而一般的多載波系統僅使用復雜度很低的濾波器就可以實現脈沖成形。

發明內容

本發明的目的是提供一種保證了傳輸的高效率和高可靠性，并可以消除時域已知序列對DFT塊中數據的干擾，降低時域已知序列頻譜造成的發射端濾波器復雜度，基于時頻域變換的數字信號發送方法。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于時頻域變換的數字信號發送方法，數據以信號幀為基本單位進行發送，所述方法包括以下步驟：

將調制后待傳輸的用戶數據符號作為頻域數據序列；

在所述頻域數據序列上按設定圖樣間隔插入頻域填充位置；

在所述頻域填充位置上填充待計算的頻域填充序列并與頻域數據序列組成初始頻率域信號；

將時域數據序列與時域已知序列組成信號幀的初始時間域信號；

建立初始頻率域信號與初始時間域信號之間滿足時頻變換的關系，根據時頻變換計算出頻域填充序列，進而獲得頻率域信號；