Reed-Solomon编码OFDM具有独特的词作为保护间隔

Nitinkumar M.Pachkawade¹Manoj M.Dongre²

主机学生,化妆品,RAIT Nerul, Navi-Mumbai,马哈拉施特拉印度
煤斗、化妆品、RAIT Nerul, Navi-Mumbai,马哈拉施特拉、印度

文摘

本文给出了一个新的传输信号结构OFDM(正交频分复用)。为了避免信号之间的干扰我们总是需要一个保护带间隔使用循环前缀。而是在这里使用一个新的术语这只不过是独特的单词长度确定的信号。因为独特的词代表已知序列,它们可以方便地用于同步和信道估计的目的。此外它还生成复杂reed-Solomon (RS)代码结构的结构内分载体最终再充当一个独特的单词长度的代码。进一步改善系统的误码率性能,赢家平滑的零迫使阶段被用来成功接收器。这些有益的属性实现,而另外有传统CP-OFDM大约在同一带宽效率。本文模拟的帮助下我们突出优势光谱性质和误比特率(BER)性能的表现nonsystematic编码UW-OFDM CP-OFDM在加性高斯白噪声(AWGN)以及频率选择性环境

关键字

循环前缀(CP),信道编码/解码、均衡、交叉/ deinterleaving Reed-Solomon codedOFDM, Synchoronisation,独特的字信号发生器

我的介绍。

在传统的OFDM信号系统后续符号由警卫间隔通常实现为循环前缀(cp) [1]。CPs作为保护间隔为了减少ISI和旋回性。在本文中,我们建议使用已知的序列我们称之为独特的词(UW)而不是循环前缀,华盛顿大学技术已经在深度调查SC / FDE系统[2],在时间域的引入独特的词很简单因为时域中定义的数据符号也在这篇文章中,我们将展示独特的词也可以引入时域OFDM符号虽然数据QAM(正交调幅)符号定义在频域.Fig 1比较了传输数据结构基于CP和威斯康辛大学的传播在时间域[3]。两种结构确保一个OFDM符号与脉冲响应的线性convolutation色散(如多路径)的通道出现在接收机端循环convolutation。不过也有一些根本性的差异CP和威斯康辛大学的基础传输CP是一个随机序列而华盛顿大学是确定的。因此,华盛顿大学可以优化设计等特殊需要同步和/或信道估计的目的在接收机端在UW-OFDM警卫间隔DFT间隔的一部分,而这不是CP-OFDM的情况下提高误比特率(BER)性能。UW-OFDM有优越的谱密度比CP-OFDM生成的波形。如果一个独特的词(UW)选择提前结束时,介绍了每个OFDM符号,周期性出现。保护间隔的更好的方式是通过使用独特的词(UW)。这解决了CP的缺点有中等数量和带宽效率的行为。因为独特的词代表已知序列,它们可以方便地用于同步和信道估计的目的。此外,该方法引入了一个复数Reed-Solomon (r)在副载波的顺序代码结构。Viterbhi算法用于编码和解码。

二世。相关工作

OFDM是在真实的应用程序中使用如:几个高频军事系统,高速调制解调器,数字移动通信、高密度记录、ADSL、VDSL、轻拍、DVB和高清电视。不同的方法用于插入OFDM的保护间隔。在传统OFDM信号,随后的符号由保护间隔,通常实现为循环前缀(cp) [1]。为了使循环前缀是有效的(即为上述目标),循环前缀的长度必须至少等于多路径通道的长度。尽管循环前缀的概念与传统OFDM系统中,循环前缀现在也单载波系统用于提高鲁棒性多路径. .CP是那么有用信道估计等目的,均衡的内容只要CP和随每一块不知道。。在本文中,我们提出了使用已知的序列,我们称为独特的词(UW)而不是循环前缀。这种技术已经被用于深度SC -FDE系统[2]。由于独特的词是表示已知的序列,可以方便地用于同步和信道估计目的另一个CP和威斯康辛大学的区别是威斯康辛大学的一部分DFT(离散傅里叶变换)区间,而CP并不是因为这个事实UW OFDM在传统CP-OFDM带宽效率。由于这一个OFDM符号的长度减少了从¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯½+一个¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯½”一个¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯½。CP是随机序列而华盛顿大学是确定性因此synchronisization的威斯康辛大学可以方便地利用信道估计的目的。 Figure 4 compares CP-OFDM and UW –OFDM.

两个表述保持OFDM-as SC / FDE-systems。然而,OFDM和SC / FDE华盛顿大学在时间域的引入导致另一个基本的和有益的信号属性:华盛顿大学在时间域生成一个单词复数的RS(里德所罗门)代码的子载波符号。这一事实,我们喜欢这里的另一个解释是介绍相关的子运营商。这些关系可以方便地作为该修道院的知识接收者能够显著改善误码率(误码率)性能通过应用一个简单的LMMSE维纳顺畅成功共同零迫使(ZF)均衡器。另一个方案是过度增殖(已知的象征)接收机。已知KSP-OFDM广泛使用结构类似于UW-OFDM,自已知符号(KS)是一个确定的序列,过度增殖- OFDM & UW-OFDM)最重要的区别是,华盛顿大学的一部分DFT间隔,而KS不是。DFT区间内的一代的威斯康辛大学介绍副载波之间的相关性由接收机改善advantageneously利用比特误码率性能而在方案确定的序列可用于同步和信道估计的目的,这些相关性并不存在于KSP-OFDM . .

三世。项目方法

在这个项目中我们将与威斯康辛大学概念设计OFDM发射机和接收机使用里德所罗门编码器和译码器。系统的框图如下考虑。输入与64 0 r 128位随机数,BERgraphs输出。

输入给信道编码是二进制数据块编码通道。将发送给QAM调制器调制信号通过交叉块或映射。里德所罗门编码完成QAM信号输出。独特的单词符号插入传输线比信号应用上,这是通过槽添加高斯白噪声信道,我们应用FFT和删除UW符号,这之后完全相反的过程发生发射机。

方法步骤:

1。信道编码/解码:为了避免这种统治的薄弱的副载波,前向纠错编码是至关重要的。通过使用编码在副载波,弱的副载波误差可以纠正了某些限制,取决于代码和通道。一个强大的编码意味着一个OFDM链接的性能是由平均接收功率,而不是弱的副载波的力量。在接收机解码编码数据恢复的是编码的正好相反。

2。交叉/ Deinterleaving:交叉应用于解码之前随机比特错误的发生。发射机,编码的比特在一种特定的方式排列,这确保交叉后邻位由几位。在接收机解码之前执行反向排列。常用的交叉方案是块分界,输入比特都写在一个矩阵列的列,大声读行,行。不是屏蔽衬垫,也可以使用一个卷积分界。

这个分界周期性写每个输入符号或咬成一个k的移位寄存器,引入了一个延迟的0 k - 1符号持续时间。移位寄存器读出周期性产生交叉符号

3所示。QAM映射/ Demapping:正交幅度调制(QAM)是最受欢迎的类型的调制与OFDM相结合。尤其是矩形星座容易实现,因为他们可以在独立的脉冲幅度调制(PAM)组件的同相正交部分。噪声免疫力更好的QAM因为信号向量不仅在不同阶段而且在振幅图4是QPSK的星座,16 QAM。接收者,传入的QAM符号必须demapped . .

4所示。FFT /传输线:传输线调节块输入QAM值在副载波的数量。在接收机,副载波由一个FFT解调,传输线的执行相反的操作。事实上,传输线可以使用FFT FFT的接合的输入和输出和输出除以FFT的大小。这使得它可以使用相同的硬件发射机和接收机。当然,这储蓄在复杂性只能当调制解调器没有同时发送和接收,这是标准的。在实践中,这由传输线变换可以非常有效地实现,因为传输线大幅减少的数量计算利用IDFT操作的规律性。

5。均衡:当信号通过信道时,介绍了变形幅度和延迟创建ISI的问题。这种扭曲的帮助下可以补偿均衡器。零迫使均衡器是指一种线性均衡算法用于通信系统的反转信道的频率响应。Zero-Forcing均衡器的逆通道适用于接收到的信号,恢复之前的信号通道。它有许多有用的应用程序。零迫使名称对应于降低符号间干扰(ISI)免费一分之零噪声情况。这将非常有用当ISI与噪声具有重要意义。

6。r -解码/维纳滤波:维纳平滑或代数RS译码器应用于OFDM符号,根据特定的接收器的概念。类的二进制编码,达到上述约束是里德所罗门码。这些代码有大国和效用,今天发现在许多应用程序从光盘播放器到深空应用程序。Reed-Solomon循环码编码二进制符号位序列组成,其中m是任何正整数价值大于2。r (n, k)码位符号存在于所有的n和k 0 < k < n < 2 m + 2 k数据符号编码的数量,和n是代码符号的编码块的总数。大多数传统的r (n, k)代码,(n, k) = (2 m - 1, 2 m - 1 - 2 t), t是symbol-error纠正代码的能力,和n - k = 2 t是平价符号的数量。延长r代码可以由n = 2 m和n = 2 m + 1,但是没有任何进一步的。

华盛顿大学在时间域的引入导致另一个基本的和有益的信号属性:华盛顿大学在时间域生成一个单词复数的RS(里德所罗门)代码在OFDM频域符号向量。因此,华盛顿大学可以利用代数纠错或(更恰当)为高度减毒副载波消除校正。然而,事实证明,解决代数RS解码会导致一个非常illconditioned方程组,从而不能达到一个合理的解决方案,甚至就只存在于系统噪音小。介绍时域的威斯康辛大学的另一种解释是,它会导致沿着副载波的相关性。因此,基于贝叶斯估计的接收机是显而易见的,太。基于贝叶斯估计的接收器将事实上显著改善误码率的行为利用副载波的协方差矩阵符号。

7所示。独特的词代:在传统的OFDM信号,随后的符号由保护间隔,通常实现为循环前缀。在UW-OFDM提出使用已知的序列,我们称之为独特的词汇,而不是循环前缀。使用威斯康辛大学的技术已经深入研究了SC / FDE系统,在时间域的引入独特的单词很简单,由于数据符号也在时域中定义。独特的单词也可以引入OFDM时域符号,即使数据QAM(正交调幅)符号定义在频域。此外,许多优化接收机小说概念调整传输信号结构是可能的。

图4比较了传输数据结构基于CP和威斯康辛大学的传播在时间域。两个结构确保一个OFDM符号的线性卷积的脉冲响应色散(如多路径)通道出现在接收机端循环卷积。然而,也有一些基本的差异CP和威斯康辛大学的基础传输:威斯康辛大学的DFT(离散傅里叶变换)区间,而CP不是。虽然我们需要花专用副载波——我们称之为冗余副载波——创建一个威斯康辛大学在时域,我们达到大约相同的带宽效率的方法如传统CPOFDM。这是由于这样的事实:一个OFDM符号的长度减少从T_DFT + T_GI T_DFT。CP是随机的,而华盛顿大学是一个已知的确定性序列。因此,华盛顿大学可以方便地用于同步和信道估计的目的。两个表述对OFDM和SC / FDE系统。然而,在OFDM -不同的SC / FDE华盛顿大学在时间域的引入导致另一个基本的和有益的信号属性:华盛顿大学在时间域生成一个单词复数的RS(里德所罗门)代码在副载波符号。另一种解释这个事实,我们喜欢这里,沿着副载波是相关性的介绍。这些关系可以方便地作为先验知识接收者能够显著改善误码率(误比特率)的性能。

第四,仿真和结果

在这个工作我们引入了一个新颖的OFDM信号的概念,保护间隔是由独特的单词而不是循环前缀。建议的方法引入了复数Reed-Solomon代码结构序列内的副载波是一个重要的结论我们可以的国家,除了可能用UW同步和信道估计的目的。

图5显示了比较CP OFDM系统& nonsystematic系统和威斯康辛大学的方法。系统编码UW-OFDM执行CP-OFDM相比稍差,但非系统性编码UW-OFDM优于CP OFDM &系统分别编码OFDM (LMMSE数据估计量)。我们认为这是一个了不起的非系统性UW-OFDM编码的性能

图6.比较CP OFDM的比特误码率性能和威斯康辛大学系统& nonsystematic系统的方法。与外部编码与r =½和r = 3/4。对于外部编码率UW-OFDM优于CP-OFDM。和非系统编码performance.Fig UW-OFDM显示了迄今为止最好的。7显示了威斯康辛大学OFDM系统和非系统的功率谱密度比较,从图很明显,非系统编码比系统编码UW-OFDM UW-OFDM具有更好的光谱性质。

诉的结论

在这个工作我们介绍的概念UW-OFDM独特的词被用作保护间隔,而不是循环前缀。该方法引入了一个复数里德所罗门在副载波的顺序代码结构。一个重要的结论我们可以国家独特的词给更好的信道估计和同步。我们也得出这样的结论:非系统编码UW-OFDM有有利的光谱特性和优越的比特误码率性能比CP-OFDM和系统编码UW-OFDM . .

引用

r·范东东r·普拉萨德,OFDM无线多媒体通信、Artech家出版商,波士顿,2000年。
h . Witschnig t . Mayer, A·斯普林格A . Koppler l·毛雷尔m . Huemer r·魏盖尔¢不同看起来在循环前缀对SC / FDEA¢在美国13 IEEE国际研讨会在个人,室内和移动无线电通信(PIMRC 2002),里斯本,葡萄牙,第828 - 824页,2002年9月。
m . Huemer c . Hofbauer J.B.胡贝尔,¢独特字的潜力在OFDMA¢,在美国15日国际OFDMworkshop (InOWo 10),德国汉堡,页140 -144年,2010年9月。
A . Onic和m . Huemer¢直接与两步方法独特的词代UW-OFDM,一个¢Proc。15 Int。OFDM车间,汉堡,德国,2010年9月,页145 - 149。
马里奥•Huemer基督教Hofbauer和约翰内斯·B。huber一个¢系统性复数RS编码OFDM通过独特的单词前缀¢IEEE transction信号处理卷上60 2012年1月。
c . Hofbauer m . Huemer和j·b·休伯一个¢前缀编码OFDM通过独特的词,一个¢Proc, IEEE Int。相依Commun。系统。(IEEE可以),新加坡,2010年11月,5页。
m . Huemer A Onic, c . Hofbauer¢古典和贝叶斯线性数据估计OFDM独特的词,一个¢IEEE反式。信号的过程。卷,59号12日,第6085 - 6073页,2011年12月。
A . Czylwik¢对比自适应OFDM和单载波调制频域均衡,一个¢Proc, IEEE阿明费。抛光工艺。相依(职业训练局),凤凰城,阿兹,1997年5月,页865 - 869。
l . Deneire b Gyselinckx, m .恩格斯¢训练序列和循环前缀:一个新的看单载波通信,一个¢Proc, IEEE Int。全球Commun相依。(IEEE GLOBECOM), 2000年11月,页1056 - 1060。
r . Cendrillon和m·穆南一个¢高效的均衡器单一填充和基于环境与已知的象征,一个¢Proc, IEEE Int。电脑信号过程中达成。(ISSPA), 2001年8月,页607 - 610
m . Huemer c . Hofbauer和j·b·休伯一个¢独特的单词前缀在SC FDE和OFDM:比较、¢Proc。IEEE GLOBECOM车间宽带单载波频率域Commun。(BSCFDC)、迈阿密、FL, 2010年12月,页1321 - 1326。
m .淤泥m . de考维尔和p·杜哈梅,一个¢伪后缀OFDM modulator-Semi-blind信道估计和均衡,一个¢IEEE反式。信号的过程。,54卷,不。3,第1017 - 1005页,2006年3月。
l .镜台,p . Joo)和j . Ro填充的效果UniqueWords为OFDM保护间隔,文档IEEE C802.16a-02/87, IEEE 802.16无线宽带访问工作组,2002年9月。
m . Huemer c . Hofbauer和j·b·休伯一个¢复数RS编码OFDM系统噪声的保护间隔,一个¢Proc。第44任艾斯洛玛尔相依信号系统。,第一版。,Pacific Grove, CA, Nov. 2010, pp. 1023–1027.