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1、(10)申请公布号 CN 102833207 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 3 2 0 7 A *CN102833207A* (21)申请号 201210339135.1 (22)申请日 2012.09.14 H04L 27/26(2006.01) H04L 25/02(2006.01) (71)申请人北京邮电大学 地址 100876 北京市海淀区西土城路10号 (72)发明人赵敏 武穆清 胡骞 郭嵩 徐春秀 栾林林 张殿宝 张皎 贺媛 郑倩倩 王婷婷 邹鹏 贾贵源 于得水 (54) 发明名称 一种应用于OFDM系统的信道测量方法和装 置 (57) 。
2、摘要 本发明公开了一种应用于OFDM系统的信道 测量方法和装置，结合OFDM系统的特点，完成有 效的信道测量。本发明方法包括：a，对用于测量 的伪随机序列进行FFT预处理，将处理后的序列 填充至指定位置的OFDM符号，与同时隙的其他 OFDM符号构成完整的时隙；b，经过OFDM系统的 IFFT变换、并串变换等处理流程，将其转换为时 域信号，再经过射频处理并发射；c，接收端与发 射端完成同步，在相应的时隙内完成测量信号的 有效抓取，并采用滑动相关检测的方法检测相关 峰，用于信道特性的研究。本发明实现OFDM系统 的信道测量，无需额外引入发射设备，大大降低了 测量的成本和复杂度，同时也减少了测量过。
3、程对 业务信道的干扰。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 1/2页 2 1.一种应用于OFDM系统的信道测量方法，其特征在于，所述信道测量方法包括： a.对用于测量的伪随机序列进行FFT预处理，将处理后的序列填充至指定位置的OFDM 符号，与OFDM系统数据流所占据的OFDM符号在时间上分开，并与同时隙的其他OFDM符号 构成完整的时隙； b.经过OFDM系统的IFFT变换、并串变换、插入循环前缀、数模变换等处理流程，将其转 换为时域信号，进行射频处理并发射。
4、； c.接收端与发射端完成时钟同步，在相应的时隙内完成测量信号的有效抓取，并通过 滑动相关检测的方法检测相关峰，用于信道特性的研究。 2.按照权利要求1所述的应用于OFDM系统的信道测量方法，其特征在于，步骤a所述 的伪随机序列为一段截短Gold序列，具有良好的自相关性，序列长度为2的整数次幂，能够 实现OFDM符号的完整填充。 3.按照权利要求1所述的应用于OFDM系统的信道测量方法，其特征在于，步骤a所述 的序列填充方法为：对时域序列做基2-FFT变换，把处理后的序列填充至指定位置的OFDM 符号。 4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的指定位置OFDM符号中的序列通过 基2-I。
5、FFT变换能够完整地还原成用于测量的时域序列，其时域位置始终为固定的时隙位 置，不影响OFDM通信系统的数据传输。 5.按照权利要求1所述的应用于OFDM系统的信道测量方法，其特征在于，测量过程中 不需要单独发射测量信号，无需额外引入发射装置，只需在原OFDM系统的发送信号中插入 一段测量序列，不会对正常数据传输造成影响，整个测量过程也不会对业务信道带来干扰； 接收端根据发送端设定的序列插入位置完成测量信号的提取并做后续处理。 6.一种应用于OFDM系统的信道测量装置，其特征在于，所述的信道测量装置包括： 发送模块，用于生成所需Gold序列，对其做基2-FFT变换，填充至OFDM符号中，之后做。
6、 信号调制，射频处理并发射； 接收模块，主要功能是与发射端完成同步，并进行射频前端的处理，把信号下变频至可 处理中频，中频滤波之后对其采样并储存采样结果； 处理模块，从采样后的中频信号中的特定时隙位置提取测量信号，对该信号进行滑动 相关处理，得到结果用于后期信道特性研究。 7.按照权利要求6所述的应用于OFDM系统的信道测量装置，其特征在于，所述发送模 块包括： 序列生成子模块，用于生成填充至OFDM符号中的Gold序列，并对这段序列进行基 2-FFT变换； 信号调制子模块，把经过基2-FFT变换的Gold序列填充至OFDM符号中，同时把需要传 输的数据正常填充至其他OFDM符号中，对这一组O。
7、FDM符号进行基2-IFFT变换、并串变换、 插入循环前缀以及数模转换，生成预发射的中频信号； 射频子模块，把已调信号进行上变频及功率放大，完成调制信号的发射。 8.按照权利要求6所述的应用于OFDM系统的信道测量装置，其特征在于，所述接收模 块包括： 时钟同步子模块，用于实现接收端与发射端的时钟同步，从而可以确定测量信号在整 权 利 要 求 书CN 102833207 A 2/2页 3 个接收信号中的时隙位置； 信号接收子模块，在时钟同步之后，对接收信号进行下变频至中频、中频滤波除去噪 声，把滤波输出的中频信号进行模数转换并储存采样结果。 9.按照权利要求6所述的应用于OFDM系统的信道测量。
8、装置，其特征在于，所述的处理 模块包括： 信息提取子模块，根据时钟同步确定的测量信号所在的时隙位置，从采样后的中频信 号中的特定时隙位置提取测量序列，提取长度为插入的Gold序列的长度； 本地序列生成子模块，生成与发送端相同的截短Gold序列，用于与接收到的测量序列 做滑动相关； 滑动相关子模块，用本地序列生成子模块生成的Gold序列与提取的测量序列进行滑 动相关检测相关峰，得到结果用于后续的信道特性研究。 权 利 要 求 书CN 102833207 A 1/5页 4 一种应用于 OFDM 系统的信道测量方法和装置 技术领域 0001 本发明涉及无线移动通信领域，涉及一种应用于OFDM系统的信。
9、道测量方法和装 置。 背景技术 0002 正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM)是 一种多载波调制技术。OFDM技术将高速的数据流调制为频谱交叠的多个并行低速数据流 发送，由于OFDM符号周期显著增长，因此提高了OFDM符号抗多径时延的能力；而且，通过在 OFDM符号前端添加保护间隔，可以完全消除多径时延引起的符号间干扰，简化了接收端的 均衡；此外，OFDM技术由于使用了正交重叠的频谱，大大提高了频谱效率。OFDM的上述优点 使其在新一代宽带无线通信系统中得到广泛的应用。 0003 无线信道的测量方法主要有直接脉冲测。
10、量、频域信道测量以及扩频滑动相关测 量。直接脉冲测量的性能受干扰与噪声影响严重；频域信道测量需要收发端有精确时间定 位及严格同步，且不适用于测量时变信道；扩频滑动相关测量法的扩频调制特性能够滤除 带通干扰，且可以通过增大测量序列的码率来提高多径分量的时间分辨率，是多径信道测 量中应用较为广泛的方法。 0004 扩频滑动相关检测的基本思想是利用伪随机序列(PN序列)尖锐的自相关特性， 达到检测信道每一径信号幅度和时延的目的。在信道测量时，发射端发送PN序列，经过信 道后，接收端将接收到的信号与本地PN序列(与发射端发送的PN序列完全相同)进行相 关运算。接收端产生的本地PN序列滑动，当两个PN序。
11、列完全对齐时会得到最大的相关值， 这时得到的延迟时间即为多径分量的时延。由于不同多径到达的时延不同，它们分别在不 同的时刻与本地PN序列达到最大相关，这样就可以从接收端滑动相关的结果得到冲激响 应样本，用于信道特性的研究。 0005 在实际测量过程中，若按照传统的扩频滑动相关测量方法，需要特定的发射设备 来发射测量信号。但是，在铁路、公路沿线等特殊场景，不便于额外引入发射设备或者工程 量较大，不易实行。在这些场景下，为了在保证测量信号稳定传输的基础上尽可能地简化 测量过程，可以通过向现有的通信系统中添加所需的测量信号，并在接收端完成测量信号 的抓取，从而在不额外增加发射设备的前提下，利用现有的。
12、通信系统，实现对信道特性的测 量。 0006 然而，在OFDM通信系统中，采用了正交频分复用技术，将信道划分成若干正交的 子信道，高速数据信号被转换成了并行的低速子数据流在各子信道上传输。在实际的OFDM 通信系统中，一般通过FFT变换实现数据信号从时域序列到频域序列的转换，发射信号不 能直接携带测量信号的时域序列，所以无法直接用扩频滑动相关测量法来进行信道测量。 发明内容 0007 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种针对OFDM通信系统的时域测量 说 明 书CN 102833207 A 2/5页 5 方案，适用于额外引入发射设备较为困难或成本较高的场景，有效利用现有的OFDM通信系 。
13、统，在不增加发射设备的前提下完成信道测量，获取信道信息。 0008 为达到上述目的，本发明提出了一种在OFDM系统发射信号中插入时域测量序列 信息的处理方法和基于该方法的测试装置。用于信道测量的时域测量序列可被视为一种特 殊的突发数据流，完整填充时隙中指定位置的OFDM符号，不影响正常数据流的传输，一种 可能的情况如图1所示。本发明包含以下内容： 0009 针对OFDM通信系统的时域测量方案如下： 0010 a.对用于测量的PN序列进行FFT预处理，将处理后的序列填充至指定位置的 OFDM符号，与OFDM系统数据流所占据的OFDM符号在时间上分开，并与同时隙的其他OFDM 符号构成完整的时隙；。
14、 0011 b.经过OFDM系统的IFFT变换、并串变换、插入循环前缀、数模变换等处理流程，将 其转换为时域信号，进行射频处理并发射； 0012 c.接收端与发射端完成时钟同步，在相应的时隙内完成测量信号的有效抓取，并 通过滑动相关检测的方法检测相关峰，用于信道特性的研究。 0013 用于测量的PN序列采用截短的Gold序列。设截短的Gold序列为a(n)，对a(n) 进行基2-FFT变换，可以将时域序列a(n)变换为频域序列A(k)，对a(n)进行FFT变换的表 达式为： 0014 k0，1，N-1 0015 与数据流填充OFDM符号的过程相同，A(k)先填充至指定的一个OFDM符号内，然 。
15、后进行基2-IFFT变换。在一个时隙中，A(k)对应的OFDM符号位置是固定的。对A(k)进 行IFFT变换的表达式为： 0016 n0，1，N-1 0017 从上述公式可以看出，最后的发送信号中包含的测量信号部分就是所产生的截短 Gold序列，该段序列在发送信号中是连续发送的，因此只需要在接收端确定该段序列所在 位置并提取，就可以进行滑动相关等处理流程。 0018 对发射端的处理流程作以下几点说明： 0019 在插入截短Gold序列之前增加的FFT预处理过程，与OFDM通信系统中的IFFT过 程是点数对应的，这样可以保证在抵消掉IFFT的影响之后，输出到射频前端的信号与FFT 预处理之前的序。
16、列相同，为用于信道测量的时域序列。 0020 对于OFDM通信系统的原始数据流，仍按照系统原有流程处理。 0021 对接收端的处理流程作以下几点说明： 0022 接收端可以采用矢量信号分析仪等通用测量设备，不需要具备OFDM系统中的解 调、FFT变换等功能。接收端的主要功能是完成与发射端的时间同步，并进行射频前端的处 理，把信号下变频至中频，在相应时隙里进行数据抓取，并将抓取的数据进行存储，后期通 过软件实现其与本地序列滑动相关，获得信道冲激响应样本。 说 明 书CN 102833207 A 3/5页 6 0023 接收端不需要对抓取的数据进行实时处理，而是在后期将抓取的数据与已知的本 地Go。
17、ld序列进行滑动相关，检测相关峰，以获得信道冲激响应。 0024 本发明实施例所用的应用于OFDM系统的信道测量装置包括： 0025 发送模块，用于生成所需Gold序列，对其做基2-FFT变换，填充至OFDM符号中，经 过调制及射频处理后发射； 0026 接收模块，主要功能是完成与发射端的时间同步，并进行射频前端的处理，把信号 下变频至可处理中频，中频滤波之后对其采样并储存采样结果； 0027 处理模块，从采样后的中频信号中的特定时隙位置提取测量信号，对该信号进行 滑动相关处理，得到结果用于后期信道特性研究。 附图说明 0028 图1为OFDM符号中测量序列的填充示意图； 0029 图2为本发。
18、明实施例提供的一种应用于OFDM系统的信道测量方法的系统框图； 0030 图3为Gold序列的生成过程示意图； 0031 图4为截短Gold序列的自相关图； 0032 图5为利用OFDM系统进行信道测量的结果仿真图； 0033 图6为本发明实施例提供的用于实现应用于OFDM系统的信道测量装置结构示意 图。 具体实施方式 0034 下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。 0035 收发两端建立同步，是利用OFDM系统来完成信道测量的必要条件。同步可以保证 接收机准确地找到插入发射信号中的Gold序列的位置，并在一个OFDM符号内完成数据的 有效抓取。考虑到同步的精度影响，可以适当延。
19、长数据抓取的时间，以便于在后期采用滑动 相关搜索相关峰的方法寻找用于信道测量的Gold序列。 0036 如图2通信系统框图所示，发射端产生用于测量的Gold截短序列。Gold序列是由 m序列派生出的一种伪随机序列，是由m序列的优选对移位模二加构成的，具有类似于m序 列的伪随机性质，常应用于现代通信系统中，是一种常用的伪随机序列。如图3所示，首先 通过两个移位寄存器分别产生两个长度相同的m序列，这两个序列满足优选对的要求，然 后对这两个序列进行模二加即得到一个相同长度的Gold序列，图3中的移位寄存器是31 位的，因此生成的m序列长度为2 31 -1，相应的Gold序列长度也为2 31 -1。从。
20、这段长的序列中 连续地截取一段所需长度的短序列，作为测量序列。当前OFDM系统的收发信机的多载波调 制部分主要采用了基2-FFT/IFFT模块，因此在本发明中，截短序列的长度选取为2的整数 次幂，以便于进行基2-FFT变换处理。这里截取码长为1024的一串码字作为测量序列。这 段截短的Gold序列仍然具有很好的自相关性。 0037 图4为码长1024的截短Gold序列的自相关特性图，在滑动相关过程中，当序列对 齐时，达到最大相关值，即检测到相关峰，而在序列没有对齐的时候，相关值很小，可视作噪 声。因此根据之前介绍的信道测量原理可以使用此序列进行信道测量。 0038 根据图2所示，在截短Gold。
21、序列生成之后，需要对其进行预处理，然后填充至指定 说 明 书CN 102833207 A 4/5页 7 位置的OFDM符号。首先对序列做1024点的基2-FFT变换，根据FFT原理，可以得到一个 1024点的频域序列，之后按照图1所示结构，把变换后的序列填充到指定的一个OFDM符号 内，该符号在整个发射序列时隙中的位置是固定的，与其他同时隙的OFDM符号共同构成完 整的时隙。 0039 根据OFDM数字调制原理，上述时隙中的各OFDM符号需要分别进行IFFT处理、并 串变换等OFDM调制过程中涉及的过程，在插入循环前缀(CP)过程中，将每个OFDM符号的 最后若干个样值复制到序列前端，形成前缀。
22、，循环前缀的长度应该大于待测信道的最大附 加时延。 0040 在接收端，完成时钟同步之后，根据发送端填充的测量序列的位置从接收信号中 提取测量信号，再对这段测量信号做相关处理，具体操作为：首先去除循环前缀部分得到有 用信息，然后用本地产生的与发射端相同的截短Gold序列与该测量序列做循环滑动相关 处理。受到多径信道的影响，滑动相关结果会得到多个峰值。如图5所示，每一个峰值代表 信道冲激响应中的一条径，其幅值的平方为该径的增益，每一条径与第一径的时间差即为 该径的相对时延，这种方式测量结果的多径分辨率主要受发射机多载波调制模块的采样率 fs影响，即多径分辨率2/f s 。 0041 本发明实施例。
23、还提供了实现应用于OFDM系统的信道测量方法的装置，如图6所 示，该装置包括发射模块、接收模块和处理模块。 0042 发送模块，用于生成所需Gold序列，然后对其做基2-FFT变换，填充至OFDM符号 中，之后做信号调制，射频处理并发射； 0043 接收模块，主要功能是与发射端完成时间同步，并进行射频前端的处理，把信号下 变频至可处理中频，中频滤波之后对其采样并储存采样结果； 0044 处理模块，从采样后的中频信号中的特定时隙位置提取测量信号，对该信号进行 滑动相关处理，得到结果用于后期信道特性研究。 0045 上述装置的发送模块包括序列生成子模块、信号调制子模块和射频子模块。 0046 序列。
24、生成子模块，用于生成填充至OFDM符号中的Gold序列，并对这段序列进行基 2-FFT变换； 0047 信号调制子模块，把经过基2-FFT变换的Gold序列填充至OFDM符号中，同时把需 要传输的数据正常填充至其他OFDM符号中，对这一组OFDM符号进行基2-IFFT变换、并串 变换、插入循环前缀以及数模转换，生成预发射的中频信号； 0048 射频子模块，把已调信号进行上变频及功率放大，完成调制信号的发射。 0049 当接收信号时，上述装置的接收模块包括时钟同步子模块和信号接收子模块。 0050 时钟同步子模块，用于实现接收端与发射端的时钟同步，从而可以确定测量信号 在整个接收信号中的时隙位置。
25、； 0051 信号接收子模块，在时钟同步之后，对接收信号下变频至中频、中频滤波除去噪 声，把滤波输出的中频信号进行模数转换并储存采样结果。 0052 在获得去除噪声的接收信号之后，要对该信号进行相应处理以得到信道冲激响 应，该装置的处理模块包括信息提取子模块、本地序列生成子模块和滑动相关子模块。 0053 信息提取子模块，根据时钟同步确定的测量信号所在的时隙位置，从采样后的中 频信号中的特定时隙位置提取测量序列，提取长度为生成的Gold序列的长度； 说 明 书CN 102833207 A 5/5页 8 0054 本地序列生成子模块，生成与发送端相同的截短Gold序列，用于与接收到的测量 序列做。
26、滑动相关； 0055 滑动相关子模块，用本地序列生成子模块生成的Gold序列与提取的测量序列进 行滑动相关检测相关峰，得到结果用于后续的信道特性研究。 0056 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型而不脱离本发明的精神和 范围。倘若对本发明的改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发 明也意图包含这些改动和变型在内。 说 明 书CN 102833207 A 1/3页 9 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102833207 A 2/3页 10 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102833207 A 10 3/3页 11 图6 说 明 书 附 图CN 102833207 A 11 。