[发明专利]用于车载OFDM通信系统的基带符号映射及解映射方法

说明书

技术领域

本发明涉及基带符号映射及解映射方法，特别是用于车载OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即正交频分复用)通信系统的基带符号映射方法及解映射方法。

背景技术

近年来，随着人们对智能交通系统日益关注，道路环境中的通信系统设计及可靠性问题得到了越来越多的研究。2010年下半年正式推出的IEEE802.11p标准为道路环境中的通信标准提出了MAC和PHY层规范。该标准基于IEEE802.11标准中OFDM结构的基本设置，作为一个802.11a这种室内通信标准的改进版本，在应对车辆间通信环境时存在潜在的不足。

道路通信环境按收发机类型可分为车辆与路边设施（Vehicle-to-Infrastructure，V2I）信道环境以及车辆对车辆（Vehicle-to-Vehicle，V2V）信道环境。其中前者与传统的蜂窝通信信道有一定的相似之处；而后者则更为复杂，是研究车间通信系统可靠性时的重点研究对象。系统中除了接收机以外，发射机以及一些主要的散射体都可能处于移动状态，且在某些应用环境如高速公路环境中，此移动速度还可达到一个相对较快的程度，一般为100km/h左右；另外，车辆所处的道路环境中各种散射体的情况十分复杂，包括建筑、道路设施、路边树木等都将对信号在发射机与接收机之间的传播造成影响，而且一些研究已经表明，道路环境中存在着较多的漫散射体，这些漫散射体对通信的影响十分显著。

由于以上这些特点，车间通信环境中的多径信道，尤其是V2V信道，与以往人们较为熟悉的蜂窝系统信道或者室内信道都有着显著的区别，可以概括为两点：由通信系统中多种构成因素的高速运动性导致的信道严重的时变性，以及由通信环境中复杂的散射体分布情况造成的复杂的信道衰落特性。

IEEE 802.11p采用了802.11标准中的OFDM结构。与同样采用了OFDM结构、针对室内通信应用需求的IEEE 802.11a标准相比，它根据车间通信需求对一些关键参数进行了修改。发射机的基本结构如图1：数据依次经过扰码、卷积码编码、交织、映射和OFDM调制后得到物理层信号。交织处理用于减轻突发错误带来的影响。OFDM调制利用64点的快速傅里叶逆变换（IFFT）实现，在64个子载波中，52个子载波由携带信息的基带符号组成，11个子载波作为保护间隔以避免子载波间的串扰（ICI），另外一个位于直流分量位置的子载波则置为零值。其中52个携带信息的子载波的具体内容为：48个子载波携带数据，另外4个子载波作为导频。在存在频偏和相位噪声的情况下，导频的引入可使相关检测具有更高的可靠性。经过利用IFFT的调制，为了防止多径效应产生的符号间干扰（ISI），在每个OFDM符号前采用循环前缀的方式设置了保护间隔。接收机的工作过程主要为发射机的逆过程。为了保证接收的可靠性，接收时还需经过自动增益控制（AGC）、定时同步及载波恢复、均衡、信道估计等步骤。

802.11p标准作为适用于车间通信环境的DSRC标准，其物理层结构与面向室内通信需求的802.11a标准相比，主要区别在于为了适应车间通信中较大的多径传播延时等特点，对信道带宽等参数做出修改。但是，由于主要继承了与802.11a标准相同的多种特性，802.11p在解决道路环境中可靠通信这种更为复杂的问题上仍具有诸多潜在的不足。

现有标准在对抗复杂的信道衰落特性、提高系统可靠性方面，可能仍需要从更多角度考虑对系统结构的调整和改进。在时变性严重的车间通信信道尤其是V2V信道环境中，标准采用的OFDM调制结构变得较为脆弱。OFDM结构在提高了频谱利用效率的同时，也带来了对频域中各种失真更为敏感的缺点。而在车间通信信道中，诸如Doppler扩展、相位噪声、频率选择性衰落等不利因素都较为明显。这要求系统在接收端采用多种措施以保证通信的质量。其中十分重要的一项就是信道响应的估计与均衡。为此802.11p标准采用了基于导频辅助的信道估计方案，并同时使用了两种导频，即块状导频和梳状导频。块状导频即每帧的前两个OFDM符号的所有子载波都携带导频信息，用于信道的初始估计。梳状导频通过在每个OFDM符号的子频带中插入导频子载波实现。标准规定的OFDM符号仅使用4个子载波携带导频信息。在接收端首先估计这些导频子载波处的信道响应，然后通过插值获得其他48个数据子载波对应的信道响应并进行相应的均衡操作。