基于Haar小波变换的二进制相移键控/正交频分复用系统

摘要

基于Haar小波变换的二进制相移键控/正交频分复用系统，它涉及一种无线通信系统。本发明在一定程度上克服了现有的OFDM系统存在较高的峰值平均功率比、受频率偏移的影响较大的缺点。它的发射过程：输入的信号经第一串/并转换模块转换后输入至BPSK数据调制器进行调制，调制后的信号经Haar小波正变换模块后输入至IFFT变换器，经IFFT变换器变换后的信号输入至第一并/串转换模块，经第一并/串转换模块转换后插入循环前缀并经信道发射；接收过程：接收到的信号去除循环前缀后经第二串/并转换模块转换并传输至FFT变换器，经FFT变换器变换后传输至Haar小波反变换模块，并由BPSK数据解调器解调，解调后的信号输入至第二并/串转换模块转换得到串行信号输出。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统。

背景技术

OFDM(正交频分复用技术)由于其频率利用率高、支持高速数据传输、支持非对称无线数据业务等优点越来越受到人们的关注。OFDM已经成为下一代无线通信系统(IEEE 802.11a、IEEE 802.11g)的核心技术。但是OFDM系统内由于存在多个正交子载波，而且其输出信号是多个子信道信号的叠加，因此与单载波系统相比，主要存在如下缺点：1、存在较高的峰值平均功率比。与单载波系统相比，由于多载波调制系统输出的是多个子信道信号的叠加，因此如果多个信号的相位一致时，所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远大于信号的平均功率，导致出现较大的峰值平均功率比(PAPR)。因此，对发射机内放大器的线性就提出了很高的要求，如果放大器的动态范围不能满足信号的变化，将为信号带来畸变，使叠加信号的频谱发生变化，从而导致各个子信道信号之间的正交性遭到破坏，产生相互干扰，使系统性能恶化。2、受频率偏移的影响较大。由于子信道的频谱相互覆盖，这就对它们之间的正交性提出了严格的要求，然而由于无线信道存在时变性，在传输过程中会出现无线信号的频率偏移，例如多普勒频移，或者由于发射机载波频率与接收机本地振荡器之间存在的频率偏差，都会使得OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，从而导致子信道间的信号相互干扰(ICI)，OFDM系统对频率偏差敏感。

发明内容

本发明是为了解决现有的OFDM系统存在较高的峰值平均功率比、受频率偏移的影响较大的缺点，从而提出一种基于Haar小波变换的二进制相移键控/正交频分复用系统。

基于Haar小波变换的二进制相移键控/正交频分复用系统，它包括第一串/并转换模块、BPSK数据调制器、IFFT变换器、第一并/串转换模块、循环前缀的插入控制模块、循环前缀的去除控制模块、第二串/并转换模块、FFT变换器、BPSK数据解调器和第二并/串转换模块，它还包括Haar小波正变换模块和Haar小波反变换模块；

输入的信号经第一串/并转换模块转换后得到并行信号，所述并行信号输入至BPSK数据调制器进行调制，获得调制后的信号，所述调制后的信号输入至Haar小波正变换模块进行数据分解，获得分解后的数据，所述分解后的数据输入至IFFT变换器，经IFFT变换器变换后输入至第一并/串转换模块，经第一并/串转换模块转换后得到串行信号，所述串行信号输入至循环前缀的插入控制模块插入循环前缀，并通过信道发射；将从信道接收到的信号输入至循环前缀的去除模块去除循环前缀，并输入至第二串/并转换模块转换后得到并行信号，所述并行信号传输至FFT变换器变换后传输至Haar小波反变换模块进行合成，获得合成后的数据，所述合成后的数据输入至BPSK数据解调器进行解调，获得解调后的信号，所述解调后的信号输入至第二并/串转换模块转换得到串行信号输出。

有益效果：本发明的利用Haar小波变换对BPSK数据调制器调制后的数据进行压缩，系统实际传送的子载波为现有的ODFM系统的1/2，因此相比现有的OFDM系统峰值平均功率比下降了3dB，从而克服了现有OFDM系统存在较高的峰值平均功率比的缺陷；本发明的系统抗误码性能比现有的OFDM系统最多可提高3dB增益；并且本发明的系统只传送了一半的子载波，因此相对于现有的OFDM系统受频率偏移的影响较小。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图；图2是本发明的系统的符号数与实际使用的子载波数的关系图(其中横坐标为本发明系统输入的符号数，纵坐标为实际使用的子载波数)；图3是本发明的系统在高斯白噪声信道下与现有OFDM系统性能对比图(其中横坐标为信噪比，纵坐标为误码率，曲线47为本发明系统的接收端不检测未使用子载波时的抗误码性能曲线，曲线48为现有OFDM系统的抗误码性能曲线，曲线49为本发明系统接收端正确检测出未使用子载波时的抗误码性能曲线)；图4是本发明的系统在频率选择性衰落信道下与现有的OFDM系统性能对比图(其中横坐标为信噪比，纵坐标为误码率，曲线50为本发明系统的接收端不检测未使用子载波时的抗误码性能曲线，曲线51为现有OFDM系统的抗误码性能曲线，曲线52为本发明系统的接收端正确检测出未使用子载波时的抗误码性能曲线)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本具体实施方式，基于Haar小波变换的二进制相移键控/正交频分复用系统，它包括第一串/并转换模块1、BPSK数据调制器2、IFFT变换器4、第一并/串转换模块5、循环前缀的插入控制模块6、循环前缀的去除控制模块8、第二串/并转换模块9、FFT变换器10、BPSK数据解调器12和第二并/串转换模块13，它还包括Haar小波正变换模块3和Haar小波反变换模块11；

输入的信号经第一串/并转换模块1转换后得到并行信号，所述并行信号输入至BPSK数据调制器2进行调制，获得调制后的信号，所述调制后的信号输入至Haar小波正变换模块3进行数据分解，获得分解后的数据，所述分解后的数据输入至IFFT变换器4，经IFFT变换器4变换后输入至第一并/串转换模块5，经第一并/串转换模块5转换后得到串行信号，所述串行信号输入至循环前缀的插入控制模块6插入循环前缀，并通过信道发射；

将从信道接收到的信号输入至循环前缀的去除模块8去除循环前缀，并输入至第二串/并转换模块9转换后得到并行信号，所述并行信号传输至FFT变换器10变换后传输至Haar小波反变换模块11进行合成，获得合成后的数据，所述合成后的数据输入至BPSK数据解调器12进行解调，获得解调后的信号，所述解调后的信号输入至第二并/串转换模块13转换得到串行信号输出。

工作原理：本发明利用Haar小波变换，对BPSK数字调制器的输出信号(该信号取值范围为{1，-1}，且为N行1列，N为子载波数)进行数据分解；分解后的数据取值范围为其中0的个数为个。将分解后的数据送入IFFT变换器，由于0信号对应的子载波不进行发送，所以实际发送的载波数为个，设OFDM发射的平均功率为P_OFDM，信号峰值为A_OFDM；本发明的系统发射的平均功率为P_DWT/OFDM，本发明的系统信号峰值为A_DWT/OFDM。设两种系统的发射功率相同，则有下式成立：

P_DWT/OFDM＝P_OFDM

由于本发明的系统只传送了个子载波，且每个子载波上的幅度为OFDM的倍，所以有：

$\frac{A_{\mathrm{DWT}/\mathrm{OFDM}}}{A_{\mathrm{OFDM}}}=\frac{\sqrt{2}\times \frac{N}{2}}{N}=\frac{\sqrt{2}}{2};$

${\left(\frac{A_{\mathrm{DWT}/\mathrm{OFDM}}}{A_{\mathrm{OFDM}}}\right)}^2=\frac{1}{2};$

即本发明的系统的峰值功率为现有OFDM系统的。所以本发明的系统的峰值平均功率比(PAPR)相对于现有的OFDM系统下降了10log₁₀ 2＝3dB，从而克服了现有的OFDM系统的存在较高的峰值平均功率比的缺陷。由于本发明的系统只传送了一半的子载波，因此本发明的系统相对于现有的OFDM系统受频率偏移的影响较小。

当接收端正确检测出未使用的子载波时，接收端可以在FFT之后将未使用的子载波信号置0，从而去除了个子载波上的干扰信号，将信噪比提高了3dB，所以本发明的系统抗误码性能比现有的OFDM系统抗误码性能最大可提高3dB。

BPSK数字调制的数据经过Haar小波变换，变换后的数据有一半为0，由于在OFDM中，BPSK数字调制产生的一列数据为C(j+1)＝[c_j+1，0 c_j+1，1…c_j+1，N-1]，其中c_j+1，i∈{1，-1}。对C(j+1)进行Haar小波变换得：

$\left(\begin{array}{c}{c}_{j,0}\\ c_{j,1}\\ ·\\ ·\\ ·\\ c_{j,\frac{N}{2}-1}\\ ,0\\ d_{j,1}\\ ·\\ ·\\ ·\\ d_{j,\frac{N}{2}-1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccccccc}\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& 0& 0& 0& ...& 0& 0\\ 0& 0& \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& 0& ...& 0& 0\\ & & & ·& & & & \\ & & & ·& & & & \\ & & & ·& & & & \\ 0& 0& 0& 0& 0& ...& \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\\ -\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& 0& 0& 0& ...& 0& 0\\ 0& 0& -\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& 0& ...& 0& 0\\ & & & ·& & & & \\ & & & ·& & & & \\ & & & ·& & & & \\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& -\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\end{array}\right)·\left(\begin{array}{c}{c}_{j+\mathrm{1,0}}\\ c_{j+\mathrm{1,1}}\\ ·\\ ·\\ ·\\ \\ ·\\ ·\\ ·\\ \\ ·\\ ·\\ ·\\ \\ c_{j+1,N-1}\end{array}\right)$

若c_j，i≠0则$c_{j,i}=\sqrt{2}$或

d_j，i＝0

若c_j，i＝0则$d_{j,i}=\sqrt{2}$或

所以经过Haar小波分解后，$\left(\begin{array}{c}C\left(j\right)\\ D\left(j\right)\end{array}\right)$中有个数据为0，剩下的个数据取值为即本发明的系统只使用个子载波，故频率资源利用率是传统OFDM系统的2倍。