[發明專利]正交多載波頻分復用融入雙差分抗多普勒頻移技術

在審

• 申請號: 201410215807.7
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN103973628A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 戴伏生;鐘曉宇;王雪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L25/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及高速移動環境下高速率無線通信數據傳輸通信技術領域，具體地說是一種采用正交多載波頻分復用融入雙差分對抗多普勒效應的技術。

背景技術

正交多載波頻分復用(又稱OFDM)技術作為無線通信高速數據傳輸的關鍵技術，其對頻率偏差非常敏感，尤其在高速移動環境下，多普勒效應和多普勒頻率擴展會非常明顯，導致信號幅度衰減、頻譜偏移以及子載波間干擾，使系統的性能大大降低。因此，在保障系統在高速移動環境下實現無線通信高速數據傳輸的同時，如何有效對抗高速運動導致的多普勒頻移，是亟需研究的重要課題。

OFDM技術的基本思想是將高速的數據流串并轉換為N路并行的低速數據流，分別去調制N路子載波后進行并行傳輸。子載波數據流的速率變為原來的1/N，符號周期擴大為原來的N倍，則無線傳輸多徑效應造成的時延擴展變小，能夠有效的對抗無線傳輸多徑效應的影響；將寬帶頻率選擇性衰落信道劃分為N個窄帶準平坦衰落信道，能夠有效對抗無線信道頻率選擇性衰落的影響；載波間相互正交，頻譜混疊，同時各個子信道可采用多進制調制，因此OFDM系統具有較高的頻譜利用率，適于傳輸高速數據。

然而OFDM技術對頻率偏移誤差非常敏感，由于子信道的頻譜相互覆蓋，對載波間的正交性提出了嚴格的要求。在傳輸過程中出現信號頻譜偏移或發射機與接收機本地振蕩器之間存在頻率偏差，都會使OFDM系統子載波間的正交性遭到破壞，導致載波間干擾(ICI)。同時由于無線信道的時變性，且平臺處于高速運動狀態，在信號傳輸過程中會存在著較大的多普勒頻移，導致信號幅度衰減、頻譜偏移，同時破壞載波間的正交性，因此采用OFDM技術提高數據傳輸速率的同時，必須研究如何克服多普勒頻移的影響。

為了解決OFDM系統對多普勒頻移敏感的問題，一般采用的方法是在接收端進行無線信道估計或預測，先估測出無線信道中的頻率偏移值，然后再經過相應算法進行頻率補償。然而利用上述方法抵抗多普勒頻移進行通信時，一般希望在極短時間內能對多普勒頻移做出估計，并且在接收端運用相應的算法及時進行頻率補償，以保證通信的實時性。但是上述算法通常都需要多次迭代計算來獲取較精確的多普勒頻移值，迭代次數越多，所估計的多普勒頻移值越接近真實值，從而頻率補償結果更為精確，但相應的計算時間也會更長。可見現有的估計和補償頻移的算法尚不能達到非常好的實時性效果，以致在高速移動環境下數據的實時高速率傳輸會受到影響。

基于以上分析，選擇或設計一種能有效對抗多普勒頻移的調制解調技術是解決高速移動環境下高速率數據通信過程中多普勒效應的有效方法。采用雙差分調制解調技術能夠有效對抗多普勒頻移，該技術對于大范圍快速時變的多普勒頻移具有較強的穩定性，使得因相對運動引起的頻移和相移在解調時均被抵消，從而消除多普勒頻移對于OFDM系統的影響，實現在高速移動環境下的高速率數據傳輸通信。

發明內容

本發明的目的是在正交多載波頻分復用的基礎上，提出一種能夠有效對抗多普勒效應，以實現在高速移動環境下有效通信的正交多載波頻分復用融入雙差分抗多普勒頻移技術。

本發明可以通過以下措施達到：

正交多載波頻分復用融入雙差分抗多普勒頻移技術，其特征在于對OFDM信號采用雙差分調制技術，使由于相對運動引起的多普勒頻移在信號解調過程中被抵消掉。在信噪比達到一定條件下，本發明可以有效地降低正交多載波頻分復用對多普勒頻移的敏感性，從而能夠實現高速移動環境下的高速率實時通信。

本發明所述正交多載波頻分復用融入雙差分抗多普勒頻移技術，具體為：雙差分調制技術采用了二階差分的方法，將三個連續信道采樣后相結合來消除因相對運動引起的信號頻率和相位的變化。正交頻分復用作為高效的多載波寬帶數字調制技術，能夠在高速率傳輸數據的基礎上有效地抵抗窄帶干擾和頻率選擇性衰落，但其對頻率偏移特別敏感。在正交頻分復用技術中融入雙差分調制，既保留了正交頻分復用原有的優點，又彌補了正交多載波頻分復用對頻率偏移敏感的缺陷。

本發明與現有技術相比，在接收端不需要設置相應的頻率估計算法和頻率補償算法，從而保證了系統的實時性工作。

具體實施方式:

下面結合附圖，對本發明作進一步的說明。

本發明的主要貢獻在于通過融入雙差分技術改善正交多載波頻分復用技術對多普勒頻移敏感的缺陷。融入雙差分抗多普勒效應技術不僅有效地抵抗高速運動環境中產生的多普勒頻移，而且保證了完全實時工作的系統性能。

如附圖1所示，本發明中所述正交多載波頻分復用融入雙差分抗多普勒頻移技術可以通過以下步驟實現：