專利名稱：一種基于ofdm技術(shù)的機(jī)載高速通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于OFDM技術(shù)的機(jī)載高速通信 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于通信環(huán)境和對(duì)象日趨復(fù)雜，現(xiàn)代航空通信對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來 越高，不僅要支持傳統(tǒng)的語音和控制信息的傳輸，還要支持實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)的傳 輸。尤其是無人機(jī)應(yīng)用及發(fā)展的推動(dòng)作用，航空數(shù)據(jù)鏈技術(shù)正朝著高速、 實(shí)時(shí)、可靠、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。基于航空領(lǐng)域發(fā)展的迫切需求，研制高 速率、高可靠性的航空通信系統(tǒng)具有重要意義。
現(xiàn)有的機(jī)載通信系統(tǒng)，主要采用模擬調(diào)頻、單載波數(shù)字通信、擴(kuò)頻、跳頻 等方式，信道速率不高，主要用于話音傳輸、低速率的導(dǎo)航信息傳輸。實(shí)現(xiàn)方 式主要采用頻分的多址方式、雙工方式，有的通話系統(tǒng)采用半雙工的方式。通 信采用頻段也多采用VHF的頻段，可分配的帶寬不高，不能支持大量用戶的接 入，組網(wǎng)性能不強(qiáng)。隨著人們對(duì)機(jī)載通信速率和靈活性要求不斷提高，傳統(tǒng)的 通信方式不能滿足將來發(fā)展的要求。對(duì)于一些小型機(jī)應(yīng)用，如利用無人機(jī)進(jìn)行 地面圖像采集，采用高速率機(jī)載數(shù)據(jù)通信之后，將采集到的高速圖像信息實(shí)時(shí) 的傳輸?shù)降孛?。主要可以取消無人機(jī)上的存儲(chǔ)系統(tǒng)，做到無人機(jī)的進(jìn)一步小型 化。對(duì)于民航通信，采用高速無線機(jī)載通信技術(shù)之后，可以滿足乘客飛行途中 對(duì)信息傳輸?shù)男枰?。?duì)于未來戰(zhàn)場(chǎng)，各種作戰(zhàn)飛機(jī)將會(huì)大規(guī)模應(yīng)用，如何實(shí)現(xiàn) 飛機(jī)和地面間的低延遲、高速率、多節(jié)點(diǎn)通信是靈活作戰(zhàn)的關(guān)鍵。因而，如何 提髙現(xiàn)有機(jī)載通信的通信能力、覆蓋范圍和通信質(zhì)量是關(guān)系到空中戰(zhàn)場(chǎng)、民用 航空發(fā)展的大事，是通信領(lǐng)域急需解決的問題。
OFDM (正交頻分復(fù)用)的基本思想是把高速數(shù)據(jù)流分散到多個(gè)正交 的子載波上傳輸，使子載波上的符號(hào)傳輸速率大大降低，符號(hào)持續(xù)時(shí)間相 對(duì)加長，對(duì)時(shí)延擴(kuò)展有較強(qiáng)的抵抗力，從而減少甚至消除符號(hào)間干擾的影 響。同時(shí)，由于各子載波相互正交，調(diào)制后的頻譜可以相互重疊，不但減少了子載波間的相互干擾，還大大提高了頻譜利用率。由于OFDM(正交頻 分復(fù)用)技術(shù)在高速數(shù)據(jù)傳輸中具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以大大提高無線通信系統(tǒng)的 頻帶利用率，因此OFDM技術(shù)在機(jī)載高速數(shù)據(jù)通信中的具有很好的前景。
在機(jī)載通信信道方面，由于飛行器較高的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)造成接收信號(hào)具有大 的多普勒頻移，而反射路徑具有很大的路程差會(huì)造成接收信道具有大的時(shí)延擴(kuò) 展；在高空飛行狀態(tài)下機(jī)載通信環(huán)境迅速變化，造成了信道的非平穩(wěn)特性較為 明顯；同時(shí)多普勒擴(kuò)展和時(shí)延擴(kuò)展還具有特殊的分布規(guī)律；這些特點(diǎn)構(gòu)成了機(jī) 載飛行信道的顯著特征，也決定了現(xiàn)有的針對(duì)其它信道的寬帶無線體制不能直 接用于機(jī)載通信。同時(shí)機(jī)載通信對(duì)實(shí)時(shí)性有較高的要求，尤其是在距離機(jī)場(chǎng)較 近的階段，為了保證飛機(jī)和地面站的人員實(shí)時(shí)掌控雙方的信息，通信處理延遲 需要控制在幾個(gè)毫秒之內(nèi)。而傳統(tǒng)的編碼調(diào)制方式為了提高系統(tǒng)容量和誤碼率 性能，采用較長的編碼交織時(shí)間，從而造成了處理延遲達(dá)到幾十甚至幾百毫秒， 這對(duì)于機(jī)載通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說是不合理的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有機(jī)載通信系統(tǒng)通信能力、覆蓋范圍和通信質(zhì) 量不高的缺陷，為解決現(xiàn)有機(jī)載通信系統(tǒng)在大多普勒頻移變化率和多徑環(huán)境下 中通信質(zhì)量不高、系統(tǒng)抗衰落性差、可靠性不強(qiáng)、通信速率低的問題，提 出了一種基于OFDM技術(shù)的機(jī)載高速通信系統(tǒng)。
本發(fā)明系統(tǒng)是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種基于OFDM技術(shù)的機(jī)載高速通信系統(tǒng)，包括由上行數(shù)據(jù)主控模塊、上 行基帶處理模塊、上變頻模塊、信號(hào)發(fā)射模塊構(gòu)成的發(fā)射端，和由下變頻模塊、 下行基帶處理模塊、下行數(shù)據(jù)主控模塊、信號(hào)接收模塊構(gòu)成的接收端。
各個(gè)組成部分的功能如下
上行數(shù)據(jù)主控模塊用于完成通信數(shù)據(jù)的輸入及分幀處理； 上行基帶處理模塊用于完成通信數(shù)據(jù)的基帶處理；
上變頻模塊用于完成基帶信號(hào)的數(shù)字上變頻，并將輸出的數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn) 換為模擬中頻信號(hào)；
信號(hào)發(fā)射模塊負(fù)責(zé)將模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)并發(fā)射給接收端； 信號(hào)接收模塊負(fù)責(zé)將接收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)；下變頻模塊用于將模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號(hào)，并完成數(shù)字中頻信
號(hào)的數(shù)字下變頻；
下行基帶處理模塊用于完成通信數(shù)據(jù)的基帶處理； 下行數(shù)據(jù)主控模塊用于完成通信數(shù)據(jù)的輸出。 各個(gè)組成部分間的連接關(guān)系如下
在發(fā)射端，上行數(shù)據(jù)主控模塊分別與上行基帶處理模塊和外部的機(jī)載通信 發(fā)射終端相連；上行基帶處理模塊同上變頻模塊相連；上變頻模塊同信號(hào)發(fā)射 模塊相連；
在接收端，信號(hào)接收模塊同下變頻模塊相連；下變頻模塊同下行基帶處理 模塊相連；下行基帶處理模塊同下行數(shù)據(jù)主控模塊相連；下行數(shù)據(jù)主控模塊與 外部的機(jī)載通信接收終端相連。
本系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換過程如下
首先，在發(fā)射端，上行數(shù)據(jù)主控模塊接收來自機(jī)載通信發(fā)射終端的機(jī)載通 信數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀處理。然后，將處理后的數(shù)據(jù)輸出至上行基帶處理 模塊進(jìn)行處理，得到基帶信號(hào)，并將基帶信號(hào)輸出至上變頻模塊。上變頻模塊 將接收到的基帶信號(hào)通過兩級(jí)內(nèi)插濾波，由此提高信息采樣率，然后與中頻本 振混頻完成DUC(上變頻)，最后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出模擬中頻信號(hào)。該模擬中頻 信號(hào)通過信號(hào)發(fā)射模塊轉(zhuǎn)變?yōu)樯漕l信號(hào)，并發(fā)送給接收端。
在接收端，下變頻模塊將經(jīng)信號(hào)接收模塊接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 得到數(shù)字中頻信號(hào)，將其與中頻本振混頻，經(jīng)過兩級(jí)濾波抽取，由此降低數(shù)據(jù) 率，從而完成DDC (下變頻)，得到基帶信號(hào)。下行基帶處理模塊對(duì)接收到的基 帶信號(hào)進(jìn)行處理，得到幀數(shù)據(jù)，然后發(fā)送至下行數(shù)據(jù)主控模塊。下行數(shù)據(jù)主控 模塊將接收到的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖合并，得到機(jī)載通信數(shù)據(jù)，并將其輸出至機(jī)載 通信接收終端。
上述過程中，上行基帶處理模塊對(duì)通信數(shù)據(jù)的基帶處理過程可以采取如下 步驟
(1) 信道編碼，
(2) 數(shù)字調(diào)制，
(3) 頻率交織，
(4) 導(dǎo)頻插入，(5) 頻偏間隔NULL插入，
(6) OFDM調(diào)制，
(7) 加入循環(huán)前綴，
(8) 并串轉(zhuǎn)換和加入空符號(hào)； 下行基帶處理模塊對(duì)接收到的基帶信號(hào)的處理過程可以采取如下步驟
(1) 符號(hào)同步，
(2) 分?jǐn)?shù)載波頻偏同步，
(3) 串并轉(zhuǎn)換，
(4) 去掉循環(huán)前綴，
(5) OFDM解調(diào)，
(6) 整數(shù)載波頻偏同步，
(7) 信道估計(jì)，
(8) 解交織，
(9) 數(shù)字解調(diào)，
(10) 信道解碼。
較佳的，為了達(dá)到較好的通信效果，上行基帶處理模塊和下行基帶處理卞莫 塊均同時(shí)滿足以下要求
(1) 子載波間隔要求大于等于6KHZ;
(2) 導(dǎo)頻插入間隔數(shù)要求大于等于2，且小于等于5;
(3) 數(shù)字調(diào)制方式要求采用QAM映射方式。
有益效果
本發(fā)明提出的一種基于OFDM技術(shù)的機(jī)載高速通信系統(tǒng)，對(duì)比已有技術(shù)， 能夠有效的提高通信質(zhì)量，提高系統(tǒng)的抗衰落性，提高通信系統(tǒng)的可靠性， 并在此基礎(chǔ)上提高通信速率，同時(shí)提高接收機(jī)快速完成數(shù)據(jù)的解碼解調(diào)的 能力，具有在大多普勒頻移變化率和多徑環(huán)境下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高速航空通信的優(yōu) 良效果。


圖l為本發(fā)明系統(tǒng)框圖2為發(fā)射端上行基帶處理詳細(xì)流程圖；圖3為接收端下行基帶處理詳細(xì)流程圖4為信道編碼器示意圖5為Gray編碼的16QAM映射圖6為為梳狀導(dǎo)頻插入間隔示意圖7為導(dǎo)頻映射采用的QPSK方式示意圖8為頻偏間隔NULL插入示意圖9為加入循環(huán)前綴示意圖IO為上變頻流程圖11為下變頻流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式做詳細(xì)說明，
一種基于OFDM技術(shù)的機(jī)載高速通信系統(tǒng)，如圖l所示，包括發(fā)射端和接 收端。其中，
發(fā)射端由上行數(shù)據(jù)主控模塊、上行基帶處理模塊、上變頻模塊、信號(hào)發(fā)射 模塊構(gòu)成；
接收端由下變頻模塊、下行基帶處理模塊、下行數(shù)據(jù)主控模塊、信號(hào)接收 模塊構(gòu)成。
通過對(duì)機(jī)載通信系統(tǒng)的信道特性對(duì)應(yīng)的多徑時(shí)延和多普勒擴(kuò)展分析研究， 設(shè)定基于OFDM技術(shù)的機(jī)載高速通信系統(tǒng)的要求滿足的參數(shù)如下
OFDM—幀數(shù)據(jù)由兩部分組成分別是一個(gè)空符號(hào)(NULL Symbol)和"17 個(gè)OFDM符號(hào)，其中
NULL Symbol數(shù)A =224
有用子載波數(shù)"162
導(dǎo)頻插入間隔數(shù)AP = 3
導(dǎo)頻數(shù)P=54
循環(huán)前綴數(shù)C=32
頻偏間隔NULL載波數(shù)M=40
子載波間隔A/=8KHz
傅立葉變換點(diǎn)數(shù)iV=256數(shù)據(jù)采樣率 /m=2.048MHz OFDM —幀數(shù)據(jù)總長度為 7\^ + (《+ />+^ + <:>17=5120點(diǎn)；
分幀處理數(shù)據(jù)量 《x2xZ = 5508個(gè)比特
巻積編碼采用(2， 1， 7)譯碼采用維特比譯碼 數(shù)字調(diào)制方式 采用16QAM映射
基帶信號(hào)數(shù)據(jù)率 2 MHz
基帶信號(hào)帶寬 1.8 MHz
模擬中頻信號(hào)中心頻率 24.384 MHz
模擬中頻信號(hào)帶寬 1.8 MHz
為了方便說明本發(fā)明系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程，定義數(shù)據(jù)矩陣[w，"],即表示附行" 列的數(shù)據(jù)排列格式。
上行數(shù)據(jù)主控模塊采用ARM (Advanced RISC Machines)微處理器實(shí)現(xiàn)， 用于完成通信數(shù)據(jù)的輸入及分幀處理，即按照分幀處理數(shù)據(jù)量輸出幀數(shù)據(jù)。
上行基帶處理模塊采用DSP (digital signal processor)微處理器實(shí)現(xiàn)，用 于完成通信數(shù)據(jù)的基帶處理，即，對(duì)接收到的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出基帶信號(hào)。
上變頻模塊采用FPGA (Field—Programmable Gate Array)可編程器件、D/A (數(shù)模轉(zhuǎn)換器)實(shí)現(xiàn)，用于完成基帶信號(hào)的數(shù)字上變頻，并將輸出的數(shù)字中頻 信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)。
信號(hào)發(fā)射模塊采用射頻放大電路和航空發(fā)射天線實(shí)現(xiàn)。
信號(hào)接收模塊采用射頻接收電路和航空接收天線實(shí)現(xiàn)。
下變頻模塊采用FPGA (Field—Programmable Gate Array)可編程器件、A/D (模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)實(shí)現(xiàn)，用于將模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號(hào)，并完成數(shù)字 中頻信號(hào)的數(shù)字下變頻。
下行基帶處理模塊采用DSP (digital signal processor)微處理器實(shí)現(xiàn)，用
于完成通信數(shù)據(jù)的基帶處理，即，對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行處理，得出幀數(shù)據(jù)。 下行數(shù)據(jù)主控模塊采用ARM (Advanced RISC Machines)微處理器實(shí)現(xiàn)，
用于完成通信數(shù)據(jù)的輸出，即，接收幀數(shù)據(jù)緩沖合并輸出至機(jī)載通信接收終端。 上述組成部件間的連接關(guān)系為
機(jī)載通信發(fā)射終端通過UDP (用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)與上行數(shù)據(jù)主控模塊相連， 上行數(shù)據(jù)主控模塊通過HPI (主機(jī)接口)與上行基帶處理模塊相連，上行基帶處理模塊通過MCBSP (多通道緩沖串行接口)與上變頻模塊相連，上變頻模塊通 過SMA線連接至信號(hào)發(fā)射模塊；
信號(hào)接收模塊通過SMA線連接至下變頻模塊，下變頻模塊通過MCBSP與 下行基帶處理模塊相連，下行基帶處理模塊通過HPI與下行數(shù)據(jù)主控模塊相連， 下行數(shù)據(jù)主控模塊通過UDP與機(jī)載通信接收終端相連。
本系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下
首先，在發(fā)射端，上行數(shù)據(jù)主控模塊接收來自機(jī)載通信發(fā)射終端的機(jī)載通 信數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀處理。即，按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幀結(jié)構(gòu)，將接收來自機(jī) 載通信發(fā)射終端的數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀處理，輸出幀數(shù)據(jù)。其中，幀數(shù)據(jù)大小為5508 個(gè)比特。
然后，將幀數(shù)據(jù)輸出至上行基帶處理模塊進(jìn)行處理，得到基帶信號(hào)，并將 基帶信號(hào)輸出至上變頻模塊。對(duì)幀數(shù)據(jù)處理的過程如圖2所示，具體如下
步驟201、信道編碼采用巻積編碼(2， 1， 7)方式，約束長度為7，編碼 器的生成多項(xiàng)式為[133, 171]，編碼后輸出幀數(shù)據(jù)大小為11016個(gè)比特，每個(gè) OFDM符號(hào)為648個(gè)比特，輸出數(shù)據(jù)矩陣[648， 17]，信道編碼器示意圖如圖4 所示；
步驟202、數(shù)字調(diào)制采用16QAM映射方式，即對(duì)4個(gè)比特進(jìn)行16QAM的 映射。采用gmy編碼的QAM映射方式，減低誤碼率。原來每個(gè)OFDM符號(hào)的 648個(gè)比特，就映射成了 162個(gè)16QAM的復(fù)數(shù)信號(hào)構(gòu)成有用子載波，輸出數(shù)據(jù) 矩陣[162， 17]，其取值分布為±l±j, ±l±3j, ±3±j, 士3士3j; Gray編碼的16QAM 映射圖如圖5所示；
步驟203、頻率交織是將幀數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則，分配在相應(yīng)的載波上傳送， 以利于修正由頻率選擇性造成的突發(fā)錯(cuò)誤。其交織規(guī)則可以隨機(jī)設(shè)定，數(shù)據(jù)矩 陣沒有變化；
步驟204、導(dǎo)頻插入圖案采用梳狀，導(dǎo)頻插入間隔為A/^3個(gè)子載波大小， 如圖6所示。利用"Px24836點(diǎn)的偽隨機(jī)二進(jìn)制比特序列映射成一幀中的所有 導(dǎo)頻信號(hào)，導(dǎo)頻映射方式采用QPSK，其方式如圖7所示，此時(shí)輸出數(shù)據(jù)矩陣[216， 17];
步驟205、頻偏間隔NULL插入的數(shù)量為補(bǔ)零的子載波數(shù)量，其插入位置 為有用子載波的兩端，構(gòu)成每個(gè)OFDM符號(hào)的載波點(diǎn)數(shù)為A^256，如圖8所示，輸出數(shù)據(jù)矩陣[256， 17];
步驟206、 OFDM調(diào)制是采用CCS自帶的內(nèi)聯(lián)函數(shù)實(shí)現(xiàn)IFFT，由于內(nèi)聯(lián)函 數(shù)只有FFT，因此可通過對(duì)IFFT之前的數(shù)據(jù)求共軛再做FFT，對(duì)FFT之后的數(shù) 據(jù)再做共軛，即實(shí)現(xiàn)了IFFT，輸出時(shí)域離散的OFDM符號(hào)，下面的語句實(shí)現(xiàn)了 16位數(shù)據(jù)的FFT的調(diào)用，
DSP—fftl6xl6t((constshort*)w—DSP—份16xl6t， N， (short*)IFFT—in， (short*)IFFT—out);采用DSP開發(fā)軟件中內(nèi)聯(lián)函數(shù)DSP—份16xl6t完成256點(diǎn)的 IFFT，將頻域信號(hào)變換為時(shí)域信號(hào)，其中N為256; IFFT—in為FFT輸入數(shù)據(jù)； IFFT—out為FFT輸出數(shù)據(jù)；
步驟207、加入循環(huán)前綴是從OFDM符號(hào)尾部截取一段，加到該符號(hào)的 前端，即將每個(gè)OFDM符號(hào)時(shí)域離散信號(hào)256個(gè)采樣點(diǎn)的后32個(gè)采樣點(diǎn)復(fù)制 到前端，總輸出采樣點(diǎn)數(shù)W+C-288，如圖9所示，此時(shí)輸出數(shù)據(jù)矩陣[288， 17];
步驟208、并串轉(zhuǎn)換完成IFFT后時(shí)域離散信號(hào)的順序輸出，即288x17=4896
點(diǎn)；
步驟209、加入空符號(hào)NULL Symbol,輸出一幀數(shù)據(jù)4896+224=5120點(diǎn)。
之后，根據(jù)系統(tǒng)中射頻端設(shè)定輸入的模擬中頻信號(hào)的中心頻率為24.384 MHz，采用D/A的采樣率為64MHz，通過32倍內(nèi)插濾波實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)2 MHz 采樣率的提高，即第一級(jí)采用4倍內(nèi)插濾波，第二級(jí)采用8倍內(nèi)插濾波。然后 與FPGA中的DDS (數(shù)字頻率合成器)產(chǎn)生24.384 MHz的本振信號(hào)混頻得到 數(shù)字中頻信號(hào)，最后通過D/A輸出模擬中頻信號(hào)。上變頻流程如圖10所示。
在接收端，在下變頻模塊中，設(shè)定A/D采樣率為32MHz， A/D輸出的數(shù)字 中頻信號(hào)與FPGA中的DDS產(chǎn)生虛部取反的7.616 MHz本振信號(hào)混頻后輸出采 樣率為32MHz的基帶信號(hào)。同樣考慮采取兩級(jí)濾波抽取降低采樣率，即兩 級(jí)都采用4倍濾波抽取，采樣率為32MHz基帶信號(hào)采樣率降至2MHz輸出， 得到基帶信號(hào)。下變頻部分流程如圖ll所示。
隨后，下行基帶處理模塊對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行處理，得到幀數(shù)據(jù)，然 后發(fā)送至下行數(shù)據(jù)主控模塊。對(duì)對(duì)接收到的基帶信號(hào)處理過程如圖3所示，具
體如下
步驟301、符號(hào)同步是采用傳統(tǒng)雙滑動(dòng)窗基礎(chǔ)法，利用兩個(gè)連續(xù)的長度 為224采樣點(diǎn)的時(shí)域滑動(dòng)窗來計(jì)算窗內(nèi)的采樣點(diǎn)的能量，然后計(jì)算兩個(gè)窗的能量比值，當(dāng)一個(gè)窗是空符號(hào)而另一個(gè)窗是有用數(shù)據(jù)時(shí)比值最大，通過
該方法就可以找到幀基帶信號(hào)的幀頭；
步驟302、分?jǐn)?shù)載波頻偏同步是利用保護(hù)間隔中的循環(huán)前綴信號(hào)與該碼元的 尾端信號(hào)相同的特點(diǎn)來計(jì)算分?jǐn)?shù)載波頻偏；輸出一幀數(shù)據(jù)5120點(diǎn)，分?jǐn)?shù)載波頻 偏可以用下式計(jì)算
1 c
/;二一ar:
'為分?jǐn)?shù)頻偏占子載波的比例大小，/,的范圍為
2，5
，對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)頻偏
為
2 ' 2
，其中A/為子載波間隔8KHz。
c為每個(gè)ofdm符號(hào)循環(huán)前綴的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)32
~p^/w為接收到的每個(gè)ofdm符號(hào)前c個(gè)采樣點(diǎn)(循環(huán)前綴)的值;
<_me~(w—，為接收到的每個(gè)oFDM符號(hào)后c個(gè)采樣點(diǎn)的值的共軛；
^為做傅立葉變換的長度。 頻偏估計(jì)值得到之后進(jìn)行細(xì)頻偏補(bǔ)償，公式為
上式中 為細(xì)頻偏補(bǔ)償完之后的采樣點(diǎn)值； 《為細(xì)頻偏補(bǔ)償之前采樣點(diǎn)的值；
/,為頻偏值與子載波間隔之比，大小為
2，2
對(duì)應(yīng)的實(shí)際頻偏為
2 ' 2
A/為子載波間隔；
iV為做傅立葉變換的長度256; m為一幀的第m個(gè)采樣點(diǎn)，范圍為0^/^5120;
步驟303、串并轉(zhuǎn)換將一幀串行的時(shí)域信號(hào)恢復(fù)成做fft前的數(shù)據(jù)并行結(jié) 構(gòu)，即刪除224點(diǎn)的空符號(hào)后輸出數(shù)據(jù)矩陣[288， 17];
步驟304、去掉保護(hù)間隔即去除c二32點(diǎn)循環(huán)前綴輸出256點(diǎn)數(shù)據(jù)，輸出數(shù)
12據(jù)矩陣[256, 17]，準(zhǔn)備OFDM解調(diào)；
步驟305、OFDM解調(diào)采用CCS自帶的內(nèi)聯(lián)函數(shù)實(shí)現(xiàn)FFT，輸出頻域OFDM 符號(hào)，下面的語句實(shí)現(xiàn)了 16位數(shù)據(jù)的FFT的調(diào)用
DSP一ffil6xl6t((const short承)w一DSP—ffll6xl6t ， N ， (short*)FFT—in ， (short*)FFT—out); N為256， FFT—in為FFT輸入數(shù)據(jù)，F(xiàn)FT—out為FFT輸出數(shù) 據(jù)；
步驟306、整數(shù)載波頻偏同步采用基于頻域的雙滑動(dòng)窗大范圍頻偏校準(zhǔn)方法 并配合采用導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行頻偏修正的頻率同步方法進(jìn)行整數(shù)頻偏估計(jì)，采用基 于順序移位的頻域補(bǔ)償方法完成頻偏校正，去除左右共似=40個(gè)點(diǎn)頻偏間隔 NULL,輸出數(shù)據(jù)矩陣[216， 17];可參考專利《一種基于機(jī)載通信OFDM技術(shù) 的整數(shù)載波頻偏同步方法》，作者安建平，薛斌；
步驟307、信道估計(jì)采用傳統(tǒng)變換域方法即對(duì)提取的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插濾波 完成整個(gè)機(jī)載通信信道的信道估計(jì)，數(shù)據(jù)矩陣去除了尸=54個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)后輸出為 [162， 17];
步驟308、解交織完成頻率交織的逆過程，即按照頻率交織的映射方式對(duì)接 收端數(shù)據(jù)進(jìn)行逆映射，輸出數(shù)據(jù)矩陣仍為[162， 17];
步驟309、數(shù)字解調(diào)采用Gray解碼的QAM逆映射方式完成一幀數(shù)據(jù)的 16QAM的解調(diào)，輸出數(shù)據(jù)矩陣為[648， 17];
步驟310、信道解碼完成一幀數(shù)據(jù)(2， 1， 7)維特比譯碼輸出幀數(shù)據(jù)，幀 數(shù)據(jù)總大小為648/2x17=5508個(gè)比特。
最后，下行數(shù)據(jù)主控模塊將接收到的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖合并，得到機(jī)載通信 數(shù)據(jù)，并將其輸出至機(jī)載通信接收終端。
雖然結(jié)合了附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說， 在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為屬 于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種基于OFDM技術(shù)的機(jī)載高速通信系統(tǒng)，其特征在于，包括由上行數(shù)據(jù)主控模塊、上行基帶處理模塊、上變頻模塊、信號(hào)發(fā)射模塊構(gòu)成的發(fā)射端，和由下變頻模塊、下行基帶處理模塊、下行數(shù)據(jù)主控模塊、信號(hào)接收模塊構(gòu)成的接收端；各個(gè)組成部分的功能如下上行數(shù)據(jù)主控模塊用于完成通信數(shù)據(jù)的輸入及分幀處理；上行基帶處理模塊用于完成通信數(shù)據(jù)的基帶處理；上變頻模塊用于完成基帶信號(hào)的數(shù)字上變頻，并將輸出的數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)；信號(hào)發(fā)射模塊負(fù)責(zé)將模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)并發(fā)射給接收端；信號(hào)接收模塊負(fù)責(zé)將接收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)；下變頻模塊用于將模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號(hào)，并完成數(shù)字中頻信號(hào)的數(shù)字下變頻；下行基帶處理模塊用于完成通信數(shù)據(jù)的基帶處理；下行數(shù)據(jù)主控模塊用于成通信數(shù)據(jù)的輸出；各組成部分間的連接關(guān)系如下在發(fā)射端，上行數(shù)據(jù)主控模塊分別與上行基帶處理模塊和外部的機(jī)載通信發(fā)射終端相連；上行基帶處理模塊同上變頻模塊相連；上變頻模塊同信號(hào)發(fā)射模塊相連；在接收端，信號(hào)接收模塊同下變頻模塊相連；下變頻模塊同下行基帶處理模塊相連；下行基帶處理模塊同下行數(shù)據(jù)主控模塊相連；下行數(shù)據(jù)主控模塊與外部的機(jī)載通信接收終端相連；本系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換過程如下首先，在發(fā)射端，上行數(shù)據(jù)主控模塊接收來自機(jī)載通信發(fā)射終端的機(jī)載通信數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀處理；然后，將處理后的數(shù)據(jù)輸出至上行基帶處理模塊進(jìn)行處理，得到基帶信號(hào)，并將基帶信號(hào)輸出至上變頻模塊；上變頻模塊將接收到的基帶信號(hào)通過兩級(jí)內(nèi)插濾波，然后與中頻本振混頻，最后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出模擬中頻信號(hào)；該模擬中頻信號(hào)通過信號(hào)發(fā)射模塊轉(zhuǎn)變?yōu)樯漕l信號(hào)，并發(fā)送給接收端；在接收端，下變頻模塊將經(jīng)信號(hào)接收模塊接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字中頻信號(hào)，將其與中頻本振混頻，經(jīng)過兩級(jí)濾波抽取，得到基帶信號(hào)；下行基帶處理模塊對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行處理，得到幀數(shù)據(jù)，然后發(fā)送至下行數(shù)據(jù)主控模塊；下行數(shù)據(jù)主控模塊將接收到的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖合并，得到機(jī)載通信數(shù)據(jù)，并將其輸出至機(jī)載通信接收終端。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種基于OFDM技術(shù)的機(jī)載高速通信系統(tǒng)，其特征 在于上行基帶處理模塊對(duì)通信數(shù)據(jù)的基帶處理過程如下-(1) 信道編碼，(2) 數(shù)字調(diào)制，(3) 頻率交織，(4) 導(dǎo)頻插入，(5) 頻偏間隔NULL插入，(6) OFDM調(diào)制，(7) 加入循環(huán)前綴，(8) 并串轉(zhuǎn)換和加入空符號(hào)； 下行基帶處理模塊對(duì)接收到的基帶信號(hào)的處理過程如下(1) 符號(hào)同步，(2) 分?jǐn)?shù)載波頻偏同步，(3) 串并轉(zhuǎn)換，(4) 去掉循環(huán)前綴，(5) OFDM解調(diào)，(6) 整數(shù)載波頻偏同步，(7) 信道估計(jì)，(8) 解交織，(9) 數(shù)字解調(diào)，(10) 信道解碼。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種基于OFDM技術(shù)的機(jī)載高速通信系統(tǒng)，其特征 在于，上行基帶處理模塊和下行基帶處理模塊均同時(shí)滿足以下要求(1) 子載波間隔要求大于等于6KHZ;(2) 導(dǎo)頻插入間隔數(shù)要求大于等于2，且小于等于5;(3) 數(shù)字調(diào)制方式要求采用QAM映射。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于OFDM技術(shù)的機(jī)載高速通信系統(tǒng)，包括由上行數(shù)據(jù)主控模塊、上行基帶處理模塊、上變頻模塊、信號(hào)發(fā)射模塊構(gòu)成的發(fā)射端和由下變頻模塊、下行基帶處理模塊、下行數(shù)據(jù)主控模塊、信號(hào)接收模塊構(gòu)成的接收端。在發(fā)射端，上行數(shù)據(jù)主控模塊分別與上行基帶處理模塊和外部的機(jī)載通信發(fā)射終端相連；上行基帶處理模塊同上變頻模塊相連；上變頻模塊同信號(hào)發(fā)射模塊相連。在接收端，信號(hào)接收模塊同下變頻模塊相連；下變頻模塊同下行基帶處理模塊相連；下行基帶處理模塊同下行數(shù)據(jù)主控模塊相連。本發(fā)明能夠有效的提高通信質(zhì)量和速率，具有在大多普勒頻移變化率和多徑環(huán)境下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高速航空通信的優(yōu)良效果。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101562596SQ20091008560
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者卜祥元, 安建平, 李祥明, 杰 楊, 王愛華, 斌 薛 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)