CN101030956A - 对正交频分复用信号加窗处理的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了对ZP－OFDM信号加窗处理的方法，该方法包括如下步骤：A、在OFDM信号的调制阶段，用预先设置的窗函数与OFDM信号相乘；B、在步骤A运算得到的OFDM信号的保护间隔的位置插零。在OFDM信号的解调制阶段，根据解调制的具体方法的不同，分别提出了相应的去除加窗影响的方法。本发明还公开了对ZP－OFDM信号加窗处理装置及系统。通过应用本发明方案可以实现对ZP－OFDM信号的加窗处理，达到加快ZP－OFDM信号的带外衰减速度的目的，并且不会因为加窗处理对信号解调造成影响。

Description

对正交频分复用信号加窗处理的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及无线通信信号编码领域，特别涉及对保护间隔为空白的正交频分复用信号(ZP-OFDM)加窗处理的方法、装置及系统。

背景技术

随着用户对各种实时多媒体业务需求的增长和互联网技术的迅速发展，必将对无线通信的信息传输速率提出越来越高的要求。为了支持更高的信息传输速率和更高的用户移动速度，在下一代无线通信系统中，必须采用频谱效率更高、抗多径干扰能力更强的无线传输技术。

当前各种高速率传输的无线方案中，以正交频分复用(OFDM)为代表的多载波调制技术是最有前途的方案之一。多载波调制技术将数据流分解为若干个速率相对较低的子数据流，用这样低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，从而构成多个低速率符号并行发送的传输系统。OFDM作为多载波传输方案最有吸引力的实现方式，具有如下一些优势：

1)可以有效对抗多径造成的符号间干扰；

2)可以有效对抗窄带干扰；

3)在变化相对较慢的信道上，OFDM系统可以根据每个子载波的信噪比来优化分配每个子载波上传输的信息比特，提高系统传输信息的有效容量；

4)能够采用快速傅立叶变换(FFT)和逆快速傅立叶变换(IFFT)实现调制和解调，实现复杂度低。

由于OFDM系统具有上述的诸多优势，尤其是良好的抗多径干扰的能力，在多种通信系统，如非对称数字用户线(ADSL)、无线局域网IEEE802.11、无线城域网IEEE 802.16、欧洲数字音频广播(DAB)和数字视频广播(DVB)等中作为核心技术得到了广泛的应用。

为了对抗多径效应造成的符号间干扰(ISI)，OFDM技术采用的做法是在每个OFDM符号前插入一段保护间隔(GI)。根据保护间隔中插入内容的不同，OFDM技术又可细分为两种：

其一是保护间隔为一段零值填充(Zero Padding，ZP)，即不发射信号，这种方式称为ZP-OFDM；

其二是在保护间隔中填充循环前缀(Cyclic Prefix，CP)，这种方式称为CP-OFDM。

早期人们通常采用ZP-OFDM技术，ZP-OFDM虽然可以克服多径造成的ISI，但不能消除由于各个子载波之间的正交性的偏差造成的信道间干扰(ICI)，因此人们又发展了CP-OFDM技术，可以同时克服ISI和ICI。目前，已有的OFDM系统与标准都是建立在CP-OFDM技术的基础上。

随着近年信号处理技术的发展，人们发现在采用新的信号处理方法，如零值填充的交迭相加(Zero Padding Overlap Add，ZP-OLA)方法，ZP-FAST等，对ZP-OFDM信号进行处理之后，在多径、特别是频域上有较多深衰落点的无线环境下，ZP-OFDM系统的性能接近甚至超过CP-OFDM系统。加上ZP-OFDM系统本身具有节省发射机功率的优点，对ZP-OFDM系统的研究和开发又逐渐受到重视。

OFDM信号存在的一个不足之处是功率谱的带外衰减速度不够快，会造成ICI。针对CP-OFDM系统，现有方案对每个OFDM符号进行加窗处理，加快带外衰减速度。CP-OFDM系统中一般采用升余弦窗来实现加窗，从而提高带外的衰减速度。

如图1所示，一个OFDM符号的长度定义为T_s＝T_u+T_g+T_w，其中T_u是有效数据的信号长度，用网格状图案的矩形表示；T_g是保护间隔的长度，用雪花点图案的矩形表示；T_w是进行加窗处理的窗长，用横线图案的矩形表示；加窗处理中，窗长T_w或保护间隔T_g按照图1中箭头所示方向复制到对应的位置，因此图1中用来表示T_u的网格状图案中有一部分被表示T_g或T_w的图案所覆盖。以上各个量都以时间为单位。OFDM信号在时域上的定义为：

$s\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_k{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{T_u}k(t+T_u-T_w-T_g)},& 0\≤t\≤T_w+T_g\\ \underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_k{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{T_u}k(t-T_w-T_g)},& T_w+T_g\≤t\≤T_w+T_g+T_u\\ \underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_k{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{T_u}k(t-T_w-T_g-T_g)},& T_w+T_g+T_u\≤t\≤T_u+T_g+2T_w\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中K为使用的有效子载波个数，s_k为第k个子载波上承载的星座图符号。

窗函数w(t)的定义如下：

$w\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& T_w\≤t\≤T_w+T_g+T_u\\ 0.5+0.5\cos (\mathrm{\π}+\mathrm{t\π}/\left(T_w\right)),& 0\≤t\≤T_w\\ 0.5+0.5\cos (\mathrm{\π}(t-T_s)/\left(T_w\right)),& T_w+T_g+T_u\≤t\≤T_g+T_u+2T_w\end{array}\right.---\left(2\right)$

加窗处理是将OFDM信号与窗函数相乘：x(t)＝s(t)×w(t)，0≤t ≤T_u+T_g+2T_w。经过相乘以后得到的加窗处理后的OFDM信号x(t)的带外功率谱衰减速度将远大于加窗前的OFDM信号s(t)。加窗处理后的CP-OFDM系统的符号序列按图2所示的方式级联在一起，彼此之间重叠T_w，故一个OFDM符号的长度只有T_w+T_g+T_u。

目前加窗技术都是应用于CP-OFDM系统，而ZP-OFDM系统与CP-OFDM系统的符号结构不同，不能直接应用该加窗技术，而目前也没有针对ZP-OFDM系统的加窗技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提出对ZP-OFDM信号的加窗处理的方法，能够加快ZP-OFDM信号的带外衰减速度，减小ICI。

该方法包括如下步骤：

A、在OFDM信号的调制阶段，用预先设置的窗函数与当前需要调制的OFDM信号相乘；

B、在步骤A运算得到的OFDM信号的保护间隔的位置插零。

所述OFDM信号中，一个OFDM符号为经过离散化采样的、承载有效数据的N_u个数据点；

则步骤A进一步包括：

A1、分配N_u+N_g+N_w个存储单元，将输入的N_u个数据点分别存入所分配的第N_w+1至第N_e+N_u个存储单元，将输入的N_u个数据点的最后N_w个数据点存入所分配的第1至第N_w个存储单元；其中N_g为保护间隔的数据点，N_w为加窗处理的窗口长度对应的数据点；

A2、将第1至第N_w+N_u个存储单元的的数据分别与预先设置的窗函数的对应数据点相乘，并将运算的结果分别存储在第1至第N_w+N_u个存储单元；

所述步骤B为：将所分配的最后N_g个存储单元中的数据设置为零。

所述的窗函数W(N)同时满足如下条件：

a、W(N)＝1，N_w≤N≤N_u；

b、W(N)＜1，0≤N≤N_w或N_u≤N≤N_u+N_w；

c、W(N)+W(N+N_u)＝1，0≤N≤N_w。

如果在信号的解调制阶段采用快速傅里叶变换FFT解调，则在步骤B之后可以采用下面两套方案进行处理。

方案一包括如下步骤：

C1、为输入的N_u+N_g+N_w个数据样点分配N_u+N_g+N_w个存储单元，将输入的数据样点分别依次存储在所分配的存储单元中，再分配N_u个用于存储输出数据的存储单元；

D1、将保存输入数据的第N_u+1个到第N_u+N_w个存储单元中的数据依次和保存输入数据的第1到第N_w个存储单元中的数据相加，相加后的结果保存到保存输出数据的第1到N_w个存储单元上；

E1、将保存输入数据的第N_w+1个到第N_u个存储单元中的数据依次拷贝到保存输出数据的第N_w+1到第N_u个存储单元上；

F1、将保存输出数据的N_u个存储单元中的数据输出。

方案二包括如下步骤：

C2、为输入的N_u+N_g+N_w个数据样点分配N_u+N_g+N_w个存储单元，将输入的数据样点分别依次存储在所分配的存储单元中，再分配N_u个用于存储输出数据的存储单元；

D2、将保存输入数据的第N_u+1个到第N_u+N_w个存储单元中的数据依次和保存输入数据的第1到第N_w个存储单元中的数据相加，相加后的结果保存到保存输出数据的第N_u-N_w+1到第N_u个存储单元上；

E2、将保存输入数据的第N_w+1个到第N_u个存储单元中的数据依次拷贝到保存输出数据的第1到第N_u-N_w个存储单元上；

F2、将保存输出数据的N_u个存储单元中的数据输出。

如果在信号的解调制阶段采用迫零方式或最小均方差方式进行处理，则步骤B之后进一步包括：构造引入加窗影响的均衡器矩阵，并用所构造的均衡器矩阵乘以OFDM信号数据点构成的矢量。

所述构造引入加窗影响均衡器矩阵的方式为以下方式之一：

用迫零方式的均衡处理方法构造引入加窗影响的均衡器矩阵；

用最小均方误差方式的均衡处理方法构造引入加窗影响的均衡器矩阵；

用采用FAST方法的迫零方式的均衡处理方法构造引入加窗影响的均衡器矩阵；

用采用FAST方法的最小均方误差方式的均衡处理方法构造引入加窗影响的均衡器矩阵。

本发明的另一目的在于，提出对ZP-OFDM信号的加窗处理的装置，该装置位于OFDM信号的发射机系统中，包括：

加窗数据暂存模块，由一定数目的存储单元构成，用于接收并存储发射机系统所生成的OFDM符号数据点，以及接收并存储来自加窗处理模块的数据点；

加窗处理模块，用于存储预先设置的窗函数数据点；读取加窗数据暂存模块中指定存储单元的数据点，将窗函数数据点与所读取的对应数据点作乘法运算，并将运算得到的数据点发送至加窗数据暂存模块指定存储单元；该模块还用于将加窗数据暂存模块的指定存储单元清零。

所述加窗装置中的加窗数据暂存模块至少包括N_u+N_w+N_g个存储单元。

本发明的目的还在于，提出一种对正交频分复用信号加窗处理的系统，该系统包括：

加窗处理装置，位于OFDM信号发射机系统中，用于将预先设置的窗函数与当前需要调制的OFDM信号相乘，在相乘处理得到的OFDM信号的保护间隔的位置插零，再输出该OFDM信号；

解加窗处理装置，位于OFDM信号接收机系统中，用于对所接收的OFDM信号进行交迭相加OLA处理，并输出处理后的OFDM信号。

所述加窗处理装置进一步包括：

加窗数据暂存模块，由一定数目的存储单元构成，用于接收并存储发射机系统所生成的OFDM符号数据点，以及接收并存储来自加窗处理模块的数据点；

加窗处理模块，用于存储预先设置的窗函数数据点；读取加窗数据暂存模块中指定存储单元的数据点，将窗函数数据点与所读取的对应数据点作乘法运算，并将运算得到的数据点发送至加窗数据暂存模块指定存储单元；该模块还用于将加窗数据暂存模块的指定存储单元清零。

较佳地，所述加窗装置中的加窗数据暂存模块至少包括N_u+N_w+N_g个存储单元。

所述解加窗处理装置进一步包括：

解加窗数据暂存模块，由一定数目的存储单元构成，用于接收并存储来自接收机系统的OFDM信号数据点，接收并存储来自解加窗处理模块的数据点；输出解加窗处理后的数据点；

解加窗处理模块，用于读取解加窗数据暂存模块中指定存储单元的数据点，将解加窗数据暂存模块的指定两个存储单元的数据点作加法运算；将运算得到的数据点存储到解加窗数据暂存模块的指定存储单元。

较佳地，所述解加窗数据暂存模块至少包括2N_u+N_w+N_g个存储单元。

从上述技术方案可以看出，本发明通过对加窗装置存储器中的ZP-OFDM符号的数据样点进行相关的运算操作，就可以实现对ZP-OFDM符号的加窗处理过程，加快ZP-OFDM信号的带外衰减速度，减小由于带外发射功率过高造成的ICI，另外通过相应的解加窗装置的处理，可以避免加窗过程本身对信号造成的干扰。

附图说明

图1为现有技术中对CP-OFDM符号的加窗实现示意图；

图2为对CP-OFDM符号加窗处理后的符号示意图；

图3为本发明中对ZP-OFDM符号的加窗实现示意图；

图4为加窗处理后的ZP-OFDM符号结构示意图；

图5为对ZP-OFDM符号进行加窗处理的工作流程图；

图6为采用FFT解调时OLA处理示意图；

图7为用FWD-OLA处理进行解加窗的示意图；

图8为用BWD-OLA处理进行解加窗的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细阐述。

本发明方案包括两个部分，即调制阶段的加窗处理和解调阶段的加窗处理的逆过程，即解加窗的处理过程。其中解调阶段根据采用的具体解调方法不同，分为采用FFT解调时的解加窗处理以及采用迫零(Zero-Forcing，ZF)和最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)方法解调时的解加窗处理。

首先说明调制阶段的加窗处理的原理。图3示出了本发明中对ZP-OFDM符号的加窗实现示意图，网格状图案的矩形表示有效数据信号长度T_u，横线图案的矩形表示加窗处理的窗长T_w，空白矩形表示保护间隔长度T_g。加窗处理中，窗长T_w按照图3中箭头所示方向复制到对应的位置，因此图3中用来表示T_u的网格状图案中有一部分被表示T_w的图案所覆盖。

ZP-OFDM信号s(t)按(3)式生成：

$s\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_k{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{T_u}\mathrm{kt}},& 0\≤t\≤T_u\\ \underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{s}_k{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{T_u}k(t-T_u)},& T_u\≤t\≤T_u+T_w\\ 0,& T_u+T_w\≤t\≤T_u+T_w+T_g\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中K为使用的有效子载波个数，s_k为第k个子载波上承载的星座图符号。

窗函数需要满足如下要求：

a)在频带范围内保持OFDM信号大小不变，即在频带范围内为1，w(t)＝1，T_w≤t≤T_u；

b)在频带范围外加快OFDM信号的衰减速度，即在频带范围外小于1，w(t)＜1，0≤t≤T_w或T_u≤t≤T_w+T_u；

c)经过加窗处理的ZP-OFDM符号的有效数据在随后的交迭相加(OLA)处理中能得到完全的恢复，因此要求w(t)+w(t+T_u)＝1，0≤t≤T_w。

此外，窗长也要小于OFDM符号的长度，即典型的，可以选择升余弦窗，窗函数如(4)式：

$w\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0.5+0.5\cos (\mathrm{\π}+\mathrm{t\π}/T_w),& 0\≤t\≤T_w\\ 1,& T_w\≤t\≤T_u\\ 0.5+0.5\cos ((t-T_u)\mathrm{\π}/T_w),& T_u\≤t\≤T_w+T_u\end{array}\right.---\left(4\right)$

加窗处理即为将窗函数与ZP-OFDM信号相乘，并在乘积的保护间隔的位置插零，即不发射信号。经过加窗后的信号为x(t)＝s(t)×w(t)，0≤t≤T_u+T_g+2T_w，信号结构如图4所示，满足上述a)～c)三个条件。

在实际加窗操作之前，要先对OFDM符号离散化数字化采样，形成OFDM数据点，用N_u表示承载有效OFDM信号的数据点，N_w表示加窗处理中窗长范围内的数据点，N_g表示保护间隔的数据点，其中N_w＜N_u。为实现上述的加窗处理，需要在现有技术的无加窗处理的信号发射机系统中增加一个加窗装置，该装置中包括加窗处理模块和加窗数据暂存模块。

在加窗处理模块中存储了预先定义的N_u+N_w个窗函数数据点w(k)，这些数据点是对窗函数w(t)进行采样以后获得的，该采样频率和对OFDM符号进行采样的采样频率相同。加窗处理模块用于对输入的OFDM符号数据点实现加窗运算并输出加窗后的OFDM符号数据点。加窗处理模块可以是由数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、协议处理器或者专门的芯片来实现。

加窗数据暂存模块包括了一定数目的存储单元，用于存储输入输出数据点，以及在加窗的计算过程中产生的临时数据点。加窗数据暂存模块可以由一定存储容量的内存块或一定数目寄存器来实现，其总存储单元数目至少等于存储加窗处理后一个OFDM符号所需的容量，即数目至少等于N_u+N_w+N_g个。

设ZP-OFDM系统中使用的用于承载有效数据的逆快速傅立叶变换(IFFT)的样点个数为N_u，有效子载波数目为K，则对ZP-OFDM系统的加窗处理过程如图5所示，包括如下步骤：

步骤501：将一个OFDM符号进行IFFT变换后得到的N_u个数据样点输入加窗装置，加窗处理模块为输入的数据点在加窗数据暂存模块中分配N_u+N_w+N_g个存储单元；

步骤502：加窗处理模块将这N_u个数据样点拷贝到加窗数据暂存模块的第N_w+1至第N_w+N_u个存储单元，并将N_u个数据样点中最后N_w个样点拷贝到加窗数据暂存模块的第1至第N_w个存储单元；

步骤503：加窗处理模块将加窗数据暂存模块的第1至第N_w+N_u个存储单元中的数据分别与加窗处理模块预先存储的对应窗函数数据点W(N)相乘，并将运算后的结果仍然分别存储在加窗数据暂存模块的第1至第N_w+N_u个存储单元中；

步骤504：加窗处理模块将加窗数据暂存模块中最后N_g个存储单元置为零；

步骤505：将加窗数据暂存模块中的第1至第N_u+N_w+N_g个存储单元中的数据输出。

加窗以后比不加窗处理的频带外信号功率谱密度有显著下降，加窗的长度越长，功率谱密度下降的速度就越快，但随着窗长度的增加，对保护间隔的长度的占用也会增加，相当于缩短了保护间隔的长度，因此降低了对多径时延扩展的容忍程度。因此，窗长度也不是越长越好，需要根据实际需要确定一个合适的长度。

本发明方案包括的另一部分内容是信号解调阶段中对已进行了同步处理后的ZP-OFDM信号进行解加窗的处理过程。图6所示为采用FFT解调时OLA处理示意图，其中网格状图案的矩形表示N_u，横线图案的矩形表示N_w，空白矩形表示N_g，并且左边的N_w是重叠在N_u上的，在图6中表现为这一部分的网格状图案被斜线图案所覆盖。图6中左边的N_w+N_g仅表示这一段数据点的数目等于N_w和N_g之和。为了便于说明，图6中画出了三个径的信号。根据解调时采取的方式不同，解加窗处理的具体实现方式也有所不同，具体来说，分为如下两种情况：

采用FFT方式解调时，需要采用OLA处理来进行解加窗处理；

采用ZF和MMSE方法解调时，需要在均衡处理过程中考虑加窗的影响来等效地进行解加窗处理，具体的说，就是构造出一个考虑了加窗影响的均衡器矩阵代替原有的均衡器矩阵与信号所构成的矩阵作矩阵乘法运算。

采用FFT方式解调的OLA处理进一步可以分为向前的OLA处理(FWD-OLA)和向后的OLA处理(BWD-OLA)，为实现该解加窗处理过程，需要在现有技术的接收机系统中增加一个解加窗装置，该装置包括解加窗处理模块和解加窗数据暂存模块，其中解加窗处理模块用于对加窗后的数据进行解加窗处理，解加窗数据暂存模块包括一定数目的存储单元，其个数至少等于2N_u+N_w+N_g个，用于在解加窗过程中暂时存储解加窗计算的中间数据。解加窗处理模块和解加窗数据暂存模块的具体实现方式分别与加窗处理模块和加窗数据暂存模块相同。为了区别起见，FWD-OLA处理的解加窗处理模块和解加窗数据暂存模块称为FWD-OLA处理模块和FWD-OLA数据暂存模块，BWD-OLA处理的解加窗处理模块和解加窗数据暂存模块称为BWD-OLA处理模块和BWD-OLA数据暂存模块。而采用ZF和MMSE方法解调时，进行均衡处理的过程可以完全采用现有技术方案的系统而无需增加新的装置。

下面根据解加窗处理的具体方式不同分为四个实施例分别加以说明。

第一实施例、FFT方式解调时，FWD-OLA处理方式进行解加窗处理，包括如下步骤：

a1、将同步处理后的一个OFDM符号对应的N_u+N_w+N_g个数据样点输入解加窗装置，FWD-OLA处理模块在FWD-OLA数据暂存模块中分配N_u+N_w+N_g个存储单元，并将输入的数据样点分别存到这N_u+N_w+N_g个存储单元中；

b1、FWD-OLA处理模块在FWD-OLA数据暂存模块另外分配N_u个用于存储输出数据的存储单元；

c1、将保存输入数据的第N_u+1个到第N_u+N_w个存储单元中的数据依次和保存输入数据的第1到第N_w个存储单元中的数据相加，相加后的结果保存到保存输出数据的第1到N_w个存储单元上；这里利用了前述窗函数的性质c，实现了将数据点恢复到加窗前的情况；

d1、将保存输入数据的第N_w+1个到第N_u个存储单元中的数据依次拷贝到保存输出数据的第N_w+1到第N_u个存储单元上；

e1、将保存输出数据的N_u个存储单元中的数据输出。

图7示出了将图6中的信号采用FWD-OLA处理后得到的信号，其中1径的前N_u个数据点经过解加窗处理后还原为加窗之前的承载有效OFDM信号的数据点。

第二实施例、FFT方式解调时，BWD-OLA处理方式进行解加窗处理，包括如下步骤：

a2、将同步处理后的一个OFDM符号对应的N_u+N_w+N_g个数据样点输入解加窗装置，BWD-OLA处理模块在BWD-OLA数据暂存模块中分配N_u+N_w+N_g个存储单元，并将输入的数据样点分别存到这N_u+N_w+N_g个存储单元中；

b2、BWD-OLA处理模块在BWD-OLA数据暂存模块中另外分配N_u用于存储输出数据的存储单元；

c1、将保存输入数据的第N_u+1个到第N_u+N_w个存储单元中的数据依次和保存输入数据的第1到第N_w个存储单元中的数据相加，相加后的结果保存到保存输出数据的第N_u-N_w+1到第N_u个存储单元上；

d1、将保存输入数据的第N_w+1个到第N_u个存储单元中的数据依次拷贝到保存输出数据的第1到第N_u-N_w个存储单元上；

e1、将保存输出数据的N_u个存储单元中的数据输出。

图8示出了将图6中的信号采用BWD-OLA处理后得到的信号，其中1径的后N_u个数据点经过解加窗处理后还原为加窗之前的承载有效OFDM信号的数据点。

第三实施例、不采用FAST方法的ZF和MMSE方法的考虑了加窗影响de均衡处理。进行均衡处理时，需要引入矩阵W_p和矩阵W来代表加窗处理的影响：

$W_p=\mathrm{diag}(w\left(1\right),w\left(2\right),...,w\left(P\right))={\left[\begin{array}{cccc}w\left(1\right)& 0& \·\·\·& 0\\ 0& w\left(2\right)& \·\·\·& 0\\ \·& & & \·\\ \·& 0& \·\·\·& \·\\ \·& & & \·\\ 0& 0& \·\·\·& w\left(P\right)\end{array}\right]}_{P\×P},---\left(5\right)$

$W=\mathrm{diag}(w\left(1\right),w\left(2\right),...,w\left(N_u\right))={\left[\begin{array}{cccc}w\left(1\right)& 0& \·\·\·& 0\\ 0& w\left(2\right)& \·\·\·& 0\\ \·& & & \·\\ \·& 0& \·\·\·& \·\\ \·& & & \·\\ 0& 0& \·\·\·& w\left(N_u\right)\end{array}\right]}_{N_u\×N_u}---\left(6\right)$

其中w(k)为窗函数，P＝N_u+N_w+N_g为一个OFDM符号的样点数，N_u为承载有效信息的样点数。

接收机系统所接收到的一个ZP-OFDM符号的信号可以表示成一个P×1的向量

而未加窗之前的OFDM符号中承载有效数据的信号为N_u×1的向量 二者的关系为：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\χ}}}_{\mathrm{ZP}}=H\×F_{\mathrm{ZP}}\×{\stackrel{\→}{s}}_{N_u}+\stackrel{\→}{n}=H_0\×W\×{\left(F_{N_u}\right)}^H\×{\stackrel{\→}{s}}_{N_u}+\stackrel{\→}{n},---\left(7\right)$

其中F_Nu为N_u个数据点的N_u×N_u维的FFT变换矩阵， $F_{\mathrm{ZP}}=W_P\×{{\left[\begin{array}{cc}{F}_{N_u}& \\ & 0\end{array}\right]}_{P\×P}}^H;$ H＝[H₀ H_ZP]_P×P代表信道响应矩阵，其中H₀是P×N_u的Toeplitz矩阵，H_ZP是P×N_g的Toeplitz矩阵；

为噪声矩阵；(...)^H表示对矩阵求共轭转置。

则考虑了加窗影响的不采用FAST方法的ZF处理的均衡器矩阵表示为：

$G_{\mathrm{ZF}}=F_{N_u}\×W^{-1}\×{H_0}^{*},---\left(8\right)$

考虑了加窗影响的不采用FAST方法的MMSE处理的均衡器矩阵表示为：

$G_{\mathrm{MMSE}}=F_{N_u}\×W^{-1}\×{H_0}^H\×{({{\mathrm{\σ}}_n}^2{I}_{P\×P}+H_0\×{H_0}^H)}^{-1},---\left(9\right)$

其中(...)^-1表示对矩阵求逆，(...)^*表示对矩阵求伪逆，σ_n ²表示噪声功率，I_P×P表示P×P维的单位矩阵。

将(8)式和(9)式所求得的均衡器矩阵G_ZF、G_MMSE分别乘以各自ZP-OFDM信号数据点构成的矢量即可完成考虑加窗影响的均衡处理。

第四实施例、采用FAST方法的ZF和MMSE方法的考虑了加窗影响的均衡处理。仍然采用(5)式和(6)式中矩阵W_p和矩阵W，接收信号向量用

表示，与向量 的关系为：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{ZP}}=F_P\×{\stackrel{\→}{\mathrm{\χ}}}_{\mathrm{ZP}}=D_P\×V\×{\stackrel{\→}{s}}_{N_u}+\stackrel{\→}{n},---\left(10\right)$

其中D_P为信道响应矩阵H的对角阵，F_P为P×P维的FFT矩阵，V＝F_P×F_ZP。

考虑了加窗影响的采用FAST方法的MMSE处理的均衡器矩阵表示为：

$G_{\mathrm{FAST}-\mathrm{ZF}}=V^{*}\×D_P^{*},$

考虑了加窗影响的采用FAST方法的MMSE处理的均衡器矩阵表示为：

$G_{\mathrm{FAST}-\mathrm{MMSE}}=V\×V^H\×D_P^H{[{\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{P\×P}+D_p\×V\×V^H\×D_p^H]}^{-1}.---\left(11\right)$

将(10)式和(11)式所求得的均衡器矩阵G_FAST-ZF、G_FAST-MMSE分别乘以各自ZP-OFDM信号数据点构成的矢量即可完成考虑加窗影响的均衡处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1、一种对正交频分复用OFDM信号加窗处理的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

A、在OFDM信号的调制阶段，用预先设置的窗函数与当前需要调制的OFDM信号相乘；

B、在步骤A运算得到的OFDM信号的保护间隔的位置插零。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述OFDM信号中，一个OFDM符号为经过离散化采样的、承载有效数据的Nu个数据点；

则步骤A进一步包括：

A1、分配N_u+N_g+N_w个存储单元，将输入的N_u个数据点分别存入所分配的第N_w+1至第N_w+N_u个存储单元，将输入的N_u个数据点的最后N_w个数据点存入所分配的第1至第N_w个存储单元；其中N_g为保护间隔的数据点，N_w为加窗处理的窗口长度对应的数据点；

A2、将第1至第N_w+N_u个存储单元的的数据分别与预先设置的窗函数的对应数据点相乘，并将运算的结果分别存储在第1至第N_w+N_u个存储单元；

所述步骤B为：将所分配的最后N_g个存储单元中的数据设置为零。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的窗函数W(N)同时满足如下条件：

a、W(N)＝1，N_w≤N≤N_u；

b、W(N)＜1，0≤N≤N_w或N_u≤N≤N_u+N_w；

c、W(N)+W(N+N_u)＝1，0≤N≤N_w。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在信号的解调制阶段采用快速傅里叶变换FFT解调，则在步骤B之后进一步包括：

C1、为输入的N_u+N_g+N_w个数据样点分配N_u+N_g+N_w个存储单元，将输入的数据样点分别依次存储在所分配的存储单元中，再分配N_u个用于存储输出数据的存储单元；

D1、将保存输入数据的第N_u+1个到第N_u+N_w个存储单元中的数据依次和保存输入数据的第1到第N_w个存储单元中的数据相加，相加后的结果保存到保存输出数据的第1到N_w个存储单元上；

E1、将保存输入数据的第N_w+1个到第N_u个存储单元中的数据依次拷贝到保存输出数据的第N_w+1到第N_u个存储单元上；

F1、将保存输出数据的N_u个存储单元中的数据输出。

5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在信号的解调制阶段采用FFT解调，步骤B之后进一步包括：

C2、为输入的N_u+N_g+N_w个数据样点分配N_u+N_g+N_w个存储单元，将输入的数据样点分别依次存储在所分配的存储单元中，再分配N_u个用于存储输出数据的存储单元；

D2、将保存输入数据的第N_u+1个到第N_u+N_w个存储单元中的数据依次和保存输入数据的第1到第N_w个存储单元中的数据相加，相加后的结果保存到保存输出数据的第N_u-N_w+1到第N_u个存储单元上；

E2、将保存输入数据的第N_w+1个到第N_u个存储单元中的数据依次拷贝到保存输出数据的第1到第N_u-N_w个存储单元上；

F2、将保存输出数据的N_u个存储单元中的数据输出。

6、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤B之后进一步包括：构造引入加窗影响的均衡器矩阵，并用所构造的均衡器矩阵乘以OFDM信号数据点构成的矢量。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述构造引入加窗影响均衡器矩阵的方式为以下方式之一：

用迫零方式的均衡处理方法构造引入加窗影响的均衡器矩阵；

用最小均方误差方式的均衡处理方法构造引入加窗影响的均衡器矩阵；

用采用FAST方法的迫零方式的均衡处理方法构造引入加窗影响的均衡器矩阵；

用采用FAST方法的最小均方误差方式的均衡处理方法构造引入加窗影响的均衡器矩阵。

8、一种对正交频分复用信号加窗处理的装置，位于OFDM信号的发射机系统中，其特征在于，该装置包括：

加窗数据暂存模块，由一定数目的存储单元构成，用于接收并存储发射机系统所生成的OFDM符号数据点，以及接收并存储来自加窗处理模块的数据点；

加窗处理模块，用于存储预先设置的窗函数数据点；读取加窗数据暂存模块中指定存储单元的数据点，将窗函数数据点与所读取的对应数据点作乘法运算，并将运算得到的数据点发送至加窗数据暂存模块指定存储单元；该模块还用于将加窗数据暂存模块的指定存储单元清零。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述加窗装置中的加窗数据暂存模块至少包括N_u+N_w+N_g个存储单元。

10、一种对正交频分复用信号加窗处理的系统，其特征在于，该系统包括：

加窗处理装置，位于OFDM信号发射机系统中，用于将预先设置的窗函数与当前需要调制的OFDM信号相乘，在相乘处理得到的OFDM信号的保护间隔的位置插零，再输出该OFDM信号；

解加窗处理装置，位于OFDM信号接收机系统中，用于对所接收的OFDM信号进行交迭相加OLA处理，并输出处理后的OFDM信号。

11、根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述加窗处理装置进一步包括：

加窗数据暂存模块，由一定数目的存储单元构成，用于接收并存储发射机系统所生成的OFDM符号数据点，以及接收并存储来自加窗处理模块的数据点；

加窗处理模块，用于存储预先设置的窗函数数据点；读取加窗数据暂存模块中指定存储单元的数据点，将窗函数数据点与所读取的对应数据点作乘法运算，并将运算得到的数据点发送至加窗数据暂存模块指定存储单元；该模块还用于将加窗数据暂存模块的指定存储单元清零。

12、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述加窗装置中的加窗数据暂存模块至少包括N_u+N_w+N_g个存储单元。

13、根据权利要求10、11或12所述的系统，其特征在于，所述解加窗处理装置进一步包括：

解加窗数据暂存模块，由一定数目的存储单元构成，用于接收并存储来自接收机系统的OFDM信号数据点，接收并存储来自解加窗处理模块的数据点；输出解加窗处理后的数据点；

解加窗处理模块，用于读取解加窗数据暂存模块中指定存储单元的数据点，将解加窗数据暂存模块的指定两个存储单元的数据点作加法运算；将运算得到的数据点存储到解加窗数据暂存模块的指定存储单元。

14、根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述解加窗数据暂存模块至少包括2N_u+N_w+N_g个存储单元。

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