一种基于多频带OFDM-UWB系统的∑△调制 方法

摘要

本发明以多频带正交频分复用超宽带(MB-OFDM-UWB)技术为基础，提出一种∑Δ调制方法用于完成MB-OFDM-UWB系统的数据转换。该方法对MB-OFDM-UWB信号在时域插值后，进行∑Δ调制。时域插值使得MB-OFDM-UWB子载波间形成空隙，∑Δ调制器包含积分器，1比特量化器与环路延迟电路，将输入信号量化为1比特数据流的同时完成量化噪声整形。∑Δ调制器在量化噪声频谱中引入位于MB-OFDM-UWB子载波频点上的零点，将量化噪声推到信号频谱的空隙中，达到噪声整形效果。该∑Δ调制方法适用于MB-OFDM-UWB系统，能够较好地完成信号转换，具有改善的信噪比和良好的误码率性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于多频带正交频分复用超宽带(MB-OFDM-UWB)系统的∑Δ调制器，以该调制器为核心的数据转换器完成MB-OFDM-UWB信号转换。该调制器利用噪声整形技术，在量化噪声频谱中引入若干个零点，用量化噪声填充信号频谱空隙，属于无线通信技术领域。 

背景技术

超宽带(ultra wide band，UWB)信号定义为相对带宽(信号带宽与中心频率之比)大于0.25，或绝对带宽不小于500MHz的信号。UWB系统具有其独特的优点，如抗多径衰落能力强、频谱效率高、功耗低、成本低等，这些优点使其在无线通信方面具有很大的潜力。UWB技术可以应用于无线多媒体局域网，无线传感网，雷达定位和成像系统，以及应用于军事、医疗、测量等多个领域。 

正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)是一种多载波传输技术，通过相互正交的子载波并行传输数据，是一种高效的数据传输方式。与传统通信手段相比，采用OFDM技术的无线通信系统具有抗频率选择性衰落、频带利用率高、抗码间干扰能力强等特点，能够满足人们对同时传送数据、语音和图像的要求，所以受到人们越来越广泛的关注。IEEE802.15.3a和ECMA368标准建议将UWB和OFDM技术相结合，成为短距离、高数据率无线网络理想的传输/接入方案之一。 

目前，对于MB-OFDM-UWB系统相关技术的研究工作主要集中在系统干扰理论分析、多址干扰抑制、信道利用率的改善、网络吞吐量优化及接收机结构设计等方面，而国内外对MB-OFDM-UWB系统的数模(digital-to-analog，D/A)和模数(analog-to-digital，A/D)转换器的研究相对较少。随着UWB技术的快速发展，传输速率及带宽将不断增加，传统的以现有∑Δ调制器为核心的D/A和A/D转换器，对于MB-OFDM-UWB系统来说，已经无法满足其性能要求。因为MB-OFDM-UWB信号是超宽带高频信号，要得到较好的噪声整形效果，需要很高的采样频率，达到几GHz甚至几十GHz，这是目前硬件电路难以承受的，因此设计与之相适应的数据转换器已成为MB-OFDM-UWB系统发展急待解决的关键技术之一。 

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于多频带正交频分复用超宽带(MB-OFDM-UWB)无线通信系统的∑Δ调制技术方案。该方法对MB-OFDM-UWB信号在时域插值后，进行∑Δ调制，完成量化噪声整形。∑Δ调制器采用无过采样结构，即采样频 率为奈奎斯特频率528MHz，以该调制器为核心的数据转换器适合MB-OFDM-UWB系统，具有广泛的适用性和实用价值。 

本发明的技术方案： 

首先MB-OFDM-UWB信号经过IFFT变换后，以132Mb/s的速率向缓存器中存入一个OFDM符号，以528Mb/s的速率从缓存器中读出此OFDM符号，完成时域插值，使得频域上MB-OFDM-UWB子载波间插入3个零，在子载波间形成空隙。然后信号进入由积分器，1比特量化器与环路延迟电路组成的∑Δ调制器，将输入信号量化为1比特数据流的同时完成量化噪声整形。该∑Δ调制器的量化噪声频谱上的零点位于MB-OFDM-UWB子载波频点处，使得噪声频谱与信号频谱对比得到，大部分量化噪声推到子载波空隙中。再通过合适的滤波器将子载波空隙中的量化噪声滤除，平滑量化后的信号波形，完成信号的转换。 

本发明的有益效果：本发明是一种以新型量化噪声整形技术为核心的∑Δ调制方法，由于不需要过采样，使得硬件实现相对容易，适用于MB-OFDM-UWB系统，能够较好地完成信号的转换，使得系统具有良好的误码率性能，满足MB-OFDM-UWB标准的要求，为超宽带信号转换提供了一种新的有效方法。 

附图说明

图1是∑ΔMB-OFDM-UWB基带系统结构图 

图2是∑Δ调制器线性结构图 

图3是时域插值后信号频谱图 

图4是∑Δ调制器量化噪声频谱图 

图5是量化噪声与信号频谱对比示意图(图中以前4个子载波的情况为例) 

图6是∑ΔMB-OFDM-UWB基带系统接收端进行IQPSK调制之前的星座图 

图7是∑ΔMB-OFDM-UWB基带系统差错性能曲线图 

具体实施方式

以下结合附图和通过实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明： 

这种基于MB-OFDM-UWB系统的∑Δ调制方法，即MB-OFDM-UWB信号在时域插值后，进行∑Δ调制。其特征在于：本方法包括以下步骤： 

a.MB-OFDM-UWB信号经过IFFT变换后，以132Mb/s的速率向缓存器中存入一个OFDM符号，以528Mb/s的速率从缓存器中读出此OFDM符号，完成时域插值。 

b.∑Δ调制器包括一个积分器，一个连接到所述积分器的输出的量化器，以及一个环路延迟电路。 

步骤b中的∑Δ调制器其信号传递函数为：STF(z)＝k，噪声传递函数为： NTF(z)＝1-kz^-N。 

该方法进一步包括∑Δ调制器参数选取k＝0.5，N＝165。 

该方法进一步包括k可以采用其它任意实数，N是165。 

实施例 

本发明应用于MB-OFDM-UWB系统中，根据ECMA368标准，系统采用卷积编码，维特比译码，QPSK调制，128点IFFT/FFT。每个OFDM符号包含128个子载波，由100个数据子载波，12个导频子载波，10个保护子载波和6个空子载波组成。在每个OFDM符号后加入37点零后缀作为保护间隔，此零后缀与OFDM符号一起构成165点的OFDM时域信号，系统采样频率为528MHz。 

1.MB-OFDM-UWB信号经过IFFT变换到时域后，以132Mb/s的速率向缓存器中存入一个OFDM符号，以528Mb/s的速率从缓存器中读出此OFDM符号，完成时域插值，使得频域上在MB-OFDM-UWB子载波间插入3个零，形成两个子载波间隔的空隙。 

2.∑Δ调制器将输入信号与经环路延迟后的反馈信号进行比较，将产生的差分输出送到积分器中，然后将积分器的输出送到1比特量化器中，输入信号量化为1比特数据流的同时完成量化噪声整形。量化噪声频谱上有165个位于MB-OFDM-UWB子载波频点上的零点，使得噪声频谱与信号频谱对比可以得到，将大部分量化噪声推到子载波空隙中。