一種基于無線自組織網絡物理層的幀結構及其配置方法
【專利摘要】本發明公開一種無線自組織網絡中基于OFDM技術的物理層幀結構配置方法，生成由相互獨立的前導字、幀控制頭、有效數據段和延時保護數據組成的幀；所述的前導字包括1個或2個OFDM符號，所述的幀控制頭包括1個OFDM符號，所述的有效數據段包括整數個OFDM符號，由1個或多個突發組成，所述的延時保護數據不包含OFDM信號。本發明幀結構的設計可以有效的緩解相位噪聲對于OFDM通信系統的影響，同時提高了OFDM帶寬的利用率，從而提高了無線通信的質量。
【專利說明】
-種基于無線自組織網絡物理層的順結構及其配置方法
技術領域
[0001] 本發明設及無線通信領域，具體是一種在無線自組織網絡中基于正交頻分復用技 術(OFDM)的物理層帖結構。
【背景技術】
[0002] 傳統的無線蜂窩通信網絡，需要固定的網絡設備和基站支持，才能夠進行數據的 轉發和用戶的服務控制。而無線自組織網絡MA肥T(Mobile Ad化C Network),不需要固定 的設備支持，各個節點即用戶終端可W自行組網。通信時，其他的用戶節點可W作為數據轉 發的中間節點。運種網絡組織形式在一定的程度上削弱了傳統無線網絡的地理局限性，其 高效便捷的特性適用于一些緊急場合的通信需要，在軍事通信中占有很重要的位置。但是， 無線自組織網絡也存在著網絡帶寬受限，安全性不高等弊端。
[000引為了降低無線自組織網絡中弊端對于通信的影響，正交頻分復用技術OFDM (Orthogonal Frequenc^y Division Multiplexing),得到了廣泛的應用。正交頻分復用技 術就是將信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制到 在每個子信道上進行傳輸。正交信號可W通過在接收端采用相關技術來分開，運樣可W減 少子信道之間的相互干擾ICI。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子 信道可W看成平坦性衰落，從而可W消除碼間串擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原 信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。
[0004] OFDM技術能夠在窄帶帶寬下發出大量的數據，運對于無線自組織網絡中的有限帶 寬傳輸有很大的幫助。同時，該技術可W自動地檢測到傳輸介質下哪一個特定的載波存在 高的信號衰減或干擾脈沖，然后采取合適的調制措施來使指定頻率下的載波進行成功通 信，運可W很好的解決無線通信中信道干擾的問題。但是，盡管有諸多的優點，OFDM技術也 存在著一定的缺陷。整個OFDM系統對各個子載波之間的正交性要求格外嚴格，任何一點小 的載波頻偏都會破壞子載波之間的正交性，引起ICI。所W ,OFDM系統對于相位噪聲和載波 頻偏十分敏感。另外，0抑M信號由多個子載波信號組成，運些子載波信號由不同的調制符號 獨立調制。同傳統的恒包絡的調制方法相比，CFDM調制存在一個很高的峰值因子。因為(FDM 信號是很多個小信號的總和，運些小信號的相位是由要傳輸的數據序列決定的。對某些數 據，運些小信號可能同相，而在幅度上疊加在一起從而產生很大的瞬時峰值幅度。而峰均比 過大，將會增加A/D和D/A的復雜性，而且會降低射頻功率放大器的效率。同時，在發射端，放 大器的最大輸出功率就限制了信號的峰值，運會在OFDM頻段內和相鄰頻段之間產生干擾。
[0005] 在通信中，帖是長度固定或可變的數據包，其依照數字傳輸的通信協議編碼。帖結 構限定了復用器將通信信道劃分成帖W用于傳輸的方式。OFDM系統的帖結構對系統的性能 有主要影響。目前，對高性能0抑M和(FDM帖結構的選擇有限。因此，需要為高性能(FDM系統 提供一種新的帖結構設計來彌補OFDM技術在應用于無線通信時所存在的缺陷。

【發明內容】

[0006] 針對上述現有技術中OFDM在無線通信中存在的缺陷的不足，本發明的目的是提出 一種基于無線自組織網絡物理層的帖結構及其配置方法，可W有效地減輕相位噪聲對系統 通信的影響，同時可W有效的利用OFDM帶寬，提高無線通信的質量。
[0007] 一種無線自組織網絡中基于OFDM技術的物理層帖結構配置方法，其特點在于，生 成由相互獨立的前導字、帖控制頭、有效數據段和延時保護數據組成的帖；
[0008] 所述的前導字包括1個或2個OFDM符號，所述的帖控制頭包括1個OFDM符號，所述的 有效數據段包括整數個0抑M符號，由1個或多個突發組成，所述的延時保護數據不包含OFDM 信號。
[0009] 時隙種類分為節點發現段、基本通信時隙和業務通信時隙；
[0010] 所述的節點發現段包括Ims時隙和2ms時隙，所述的基本通信時隙為Ims時隙，所述 的業務通信時隙包括2ms和4ms時隙。
[0011] 所述的前導字包括長前導和短前導兩種；
[0012] 所述的長前導由兩個OFDM符號組成:第一個OFDM符號使用編號為四的倍數的子載 波，在時域上的波形為4個重復的抽樣值為512的分片組成，分片的前部帶有循環前綴;第二 個OFDM符號使用偶數個子載波，其時域結構由2個重復的抽樣值為1024的分片組成，并帶有 一個循環前綴；
[0013] 所述的短前導占用1個(FDM符號，其時域結構由2個重復的抽樣值為1024的分片組 成，并帶有一個循環前綴。
[0014] 所述的帖控制頭的長度為一個OFDM符號，使用BPSK調制方式和1/2速率的編碼;帖 控制頭中包括整個數據帖的具體的調制信息，其中3bit表示調制方式，2bit表示碼長，碼率 占化it長度，突發中的OFDM符號個數占IObit長度，頭校驗序列占Sbit長度。
[0015] 所述的有效數據段由整數個OFDM符號組成，每個符號時間為90ys，選擇突發的個 數由MC層的通道性質確定。循環前綴的長度為10,數據的長度為80。
[0016] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：該帖結構的設計可W有效的緩解相位噪 聲對于OFDM通信系統的影響，同時提高了OFDM帶寬的利用率，從而提高了無線通信的質量。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明基于無線自組織網絡物理層的帖結構示意圖；
[0018] 圖2為長前導的時域結構；
[0019] 圖3為短前導的時域結構；
[0020] 圖4為物理層帖數據部分結構。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
[0022] 一.無線自組織網絡物理層
[0023] 本發明所設計的帖結構，主要針對于基于OFDM技術的無線自組織網絡。所W無線 自組織網絡的物理層參數對于帖結構的設計尤為重要。所設計的帖結構是針對于無線自組 織網絡的物理層的基本參數設計而成的，可W很好的用于物理層數據信息的傳輸。
[0024] 二.物理層帖結構
[0025] 圖2為本發明基于無線自組織網絡物理層的帖結構示意圖，參考MAC部分的設計， 可W根據MAC層的具體參數來設計出物理層適配MAC后的幾種帖結構。
[0026] 物理層的帖結構主要由四部分構成，分別為:前導字，帖控制頭，有效數據段和延 時保護數據。
[0027] 1.前導字
[0028] 前導字分為兩種一一長前導和短前導。
[0029] 長前導結構如圖2所示，由兩個OFDM符號組成。第一個OFDM符號只使用編號為4的 倍數的子載波，在時域上的波形為4個重復的抽樣值為512的分片組成，分片的前部帶有循 環前綴(CP);第二個OFDM符號僅使用偶數個子載波，其時域結構由2個重復的抽樣值為1024 的分片組成，并帶有一個循環前綴。
[0030] 短前導結構如圖3所示。短前導占用1個OFDM符號，其時域結構由2個重復的抽樣值 為1024的分片組成，并帶有一個循環前綴。
[0031] 2.帖控制頭
[0032] 帖控制頭(FCH)部分的長度為一個OFDM符號。使用BPSK調制方式和1/2速率的編 碼。FCH中包含的信息如表1所示：
[0033] 表1帖控制(FCH)的具體信息
[0034]
[0035] 由表1可W看出，該帖結構的信息域子帶填充的速率域由7個比特組成，可W根據 運7個比特的信息，確定該速率域所在子帶包含的數據域的調制方式和碼長W及編碼速率。 當調制方式為OOl，碼率為01時，所對應的數據域的調制方式為BPSK，編碼速率為1/2，相當 于每副載波每0抑M符號上的編碼比特數為1比特，每副載波每(FDM符號可W傳輸的數據比 特數為1/2比特；當調制方式為OOl，碼率為11時，所對應的數據域的調制方式為BPSK，編碼 速率為3/4,相當于每副載波每(FDM符號上的編碼比特數為1比特，每副載波每OFDM符號可 W傳輸的數據比特數為3/4比特；當調制方式為010,碼率為Ol時，所對應的數據域的調制方 式為QPSK，編碼速率為1/2,相當于每副載波每(FDM符號上的編碼比特數為2比特，每副載波 每OFDM符號可W傳輸的數據比特數為1比特;當調制方式為100,碼率為10時，所對應的數據 域的調制方式為64QAM，編碼速率為2/3,相當于每副載波每(FDM符號上的編碼比特數為化k 特，每副載波每0抑M符號可W傳輸的數據比特數為4比特。
[0036] 3.有效數據段
[0037] 有效數據段的帖結構如圖4所示，有效數據段由整數個OFDM符號組成，每個符號時 間為90iis，選擇突發的個數由MC層的通道性質確定。CP的長度為10，數據的長度為80。
[0038] 物理層傳輸過程
[0039] 數據帖在物理層傳輸的整個過程主要包括:擾碼、多級碼率編碼和交織、調制映 射、PN序列發生器、組帖、上采樣和成形濾波等。
[0040] 1.信道編碼與調制
[0041] 本編碼方案目前為LDPC的編碼方案。包括了3個長度的編碼。
[0042] LDPC編碼的具體碼字結構為信息位在前，校驗位在后。W1536長，1/2碼率的碼字 為例。
[0043] 2.交織
[0044] 交織主要完成兩個工作:不同LDPC模塊之間的映射;高階映射不同保護bits的交 織。
[0045] 3.映射
[0046] 映射方式采用BPSK，QPSK(4QAM) ,16QAM和64QAM星座圖。
[0047] 4.插導頻
[0048] 根據無線自組織網絡物理層的導頻子載波的頻率編號等間隔的插入導頻。需要注 意的是兩邊的保護子載波W及DC載波的值都為OdOFDM調制
[00例 （FDM的調制過程:首先數據經過串并轉換，然后通過IFFT，最后再通過并串轉換輸 出。
[0化0] 5.加 CP
[0051] 插入導頻之后是對0抑細寸域發射信號加CP的過程。應用(FDM的一個重要原因是它 可W有效地對抗多徑時延擴展。除了通過數據并行傳送的方法消除符號間干擾之外，還需 要在兩個連續的OFDM符號之間插入時間保護間隔，一般采用循環前綴實現。
[0052] 最后所應說明的是，W上實施例僅用W說明本發明的技術方案而非限制，盡管參 照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可W對發明的 技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在 本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種無線自組織網絡中基于OFDM技術的物理層幀結構配置方法，其特征在于，生成 由相互獨立的前導字、幀控制頭、有效數據段和延時保護數據組成的幀； 所述的前導字包括1個或2個OFDM符號，所述的幀控制頭包括1個OFDM符號，所述的有效 數據段包括整數個OFDM符號，由1個或多個突發組成，所述的延時保護數據不包含OFDM信 號。2. 根據權利要求1所述的物理層幀結構配置方法，其特征在于，時隙種類分為節點發現 段、基本通信時隙和業務通信時隙； 所述的節點發現段包括lms時隙和2ms時隙，所述的基本通信時隙為lms時隙，所述的業 務通信時隙包括2ms和4ms時隙。3. 根據權利要求1所述的物理層幀結構配置方法，其特征在于，所述的前導字包括長前 導和短前導兩種； 所述的長前導由兩個OFDM符號組成：第一個OFDM符號使用編號為四的倍數的子載波， 在時域上的波形為4個重復的抽樣值為512的分片組成，分片的前部帶有循環前綴;第二個 OFDM符號使用偶數個子載波，其時域結構由2個重復的抽樣值為1024的分片組成，并帶有一 個循環前綴； 所述的短前導占用1個OFDM符號，其時域結構由2個重復的抽樣值為1024的分片組成， 并帶有一個循環前綴。4. 根據權利要求1所述的物理層幀結構配置方法，其特征在于，所述的幀控制頭的長度 為一個OFDM符號，使用BPSK調制方式和1 /2速率的編碼;幀控制頭中包括整個數據幀的具體 的調制信息，其中3bit表示調制方式，2bit表示碼長，碼率占2bit長度，突發中的OFDM符號 個數占 lObit長度，頭校驗序列占8bit長度。5. 根據權利要求1所述的物理層幀結構配置方法，其特征在于，所述的有效數據段由整 數個OFDM符號組成，每個符號時間為90ys，選擇突發的個數由MAC層的通道性質確定。循環 前綴的長度為1 〇，數據的長度為80。
【文檔編號】H04L5/00GK105978672SQ201610235715
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】孫飛, 歸琳, 劉勃, 田豐
【申請人】上海交通大學