CN101989971A - 一种带外功率抑制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种正交频分复用OFDM系统的带外功率抑制方法，包括：接收OFDM信号；获取并叠加噪声信号，使得加噪后当前OFDM信号的循环前缀的前N个样点时域值等于上一个OFDM信号加噪后不含循环前缀的前N个样点时域值，且所述噪声信号范数最小，其中N为小于所述循环前缀长度的正整数。本发明实施例还提供一种带外功率抑制装置，用于发射机中，能有效加快带外功率抑制，同时增加了有效CP的长度，从而增加抗符号间干扰的能力。

Description

一种带外功率抑制方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种OFDM系统的带外功率抑制方法及装置。

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OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用)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。但是，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，会造成对相邻频带数据的干扰。

为了加快OFDM信号功率谱带外部分的下降速度，一种方法是对每个OFDM符号进行加窗处理，使符号周期边缘的幅度值逐渐过渡到零。可以采用升余弦窗、汉宁窗、高斯窗等。现有的加窗技术虽增加了带外功率谱的衰减速度，但同时引起有效CP(Cyclic Prefix，循环前缀)长度的降低，进而降低了抗符号间干扰的能力。

发明内容

本发明实施例提供一种带外功率抑制方法和装置，克服现有技术中带外功率抑制的同时有效CP长度降低的缺陷。

本发明实施例提供一种OFDM系统的带外功率抑制方法，包括：

接收OFDM信号；

获取并叠加噪声信号，使得加噪后当前OFDM信号的循环前缀的前N个样点时域值等于上一个OFDM信号加噪后不含循环前缀的前N个样点时域值，且所述噪声信号范数最小，其中N为小于所述循环前缀长度的正整数。

同时，本发明实施例提供一种带外功率抑制装置，包括：

接收模块，用于接收OFDM信号；

噪声信号获取叠加模块，用于获取并叠加噪声信号，使得加噪后当前OFDM信号的循环前缀的前N个样点时域值等于上一个OFDM信号加噪后不含循环前缀的前N个样点时域值，且所述噪声信号范数最小，其中N为小于所述循环前缀长度的正整数。

本发明实施例通过最小范数解原则生成噪声信号，叠加到OFDM符号上，使得其样点的时域在数值上连续起来，能有效加快带外功率衰减，同时增加了有效CP的长度，从而增加抗符号间干扰的能力。

附图说明

图1为本发明实施例带外功率抑制方法流程图；

图2为本发明实施例OFDM信号示意图；

图3为本发明实施例带外功率抑制装置结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供一种带外功率抑制方法，包括：

101，接收OFDM信号；

102，获取并叠加噪声信号，使得加噪后当前OFDM信号的循环前缀的前N个样点时域值等于上一个OFDM信号加噪后不含循环前缀的前N个样点时域值，且所述噪声信号范数最小。

其中N为小于所述循环前缀长度的正整数，这样加噪后的当前OFDM信号与上一个加噪后OFDM信号在时域数值上连续起来，且求出的最小范数解即为所要获取的噪声；

其中，对于第1个OFDM信号加噪后不变，即添加0噪声。

这样，101中每接收一个OFDM信号，就进行该OFDM信号的噪声获取及叠加。相邻的OFDM信号间因噪声的叠加，使得其样点的时域在数值上连续起来，增加了有效CP的长度，加快了带外功率的衰减。

下面对具体描述和分析步骤102，下述(·)^H表示矩阵和向量的共轭转置，(·)^T表示矩阵和向量的转置，(·)^-1表示方阵的逆。

设OFDM信号数据子载波的索引为k∈κ＝[k₀，k₁，…，k_K-1]，K为数据子载波的个数，T_g为循环前缀的OFDM信号样点个数，T_s为不含循环前缀的OFDM信号样点个数，d_k，i为第i个OFDM信号的第k个子载波上的星座点数据，则第i个OFDM信号可以表示为：

$s_i\left(m\right)=\underset{k\∈\mathrm{\κ}}{\mathrm{\Σ}}{d}_{k,i}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{km}}{T_s}},$ -T_g≤m≤T_s-1(1)

显然相邻的OFDM信号会存在幅度和相位的跳变，导致带外功率较大。为了让符号间连续起来，即前后样点的幅度和相位值连续，可以在当前符号上叠加一个连续噪声b_i，表示为：

${\tilde{s}}_i\left(m\right)=s_i\left(m\right)+b_i\left(m\right),$ -T_g≤m≤T_s-1(2)

其中，m代表样点索引。

对第一个OFDM信号(i＝1)不作调整，即

${\tilde{s}}_1\left(m\right)=s_1\left(m\right),$ -T_g≤m≤T_s-1(3)

或b₁(m)＝0，-T_g≤m≤T_s-1。

对于第二个OFDM信号(i＝2)以及后续的OFDM符号，需要使得加噪后的信号满足：

${\tilde{s}}_i({-T}_g+n)={\tilde{s}}_i(T_s-T_g+n)={\tilde{s}}_{i-1}\left(n\right),$ i＝2，3，…，andn＝0，1，…，N-1(4)

由(4)可知，加噪后第i个(当前)OFDM信号的循环前缀的前N个样点时域值等于第i-1(上一个)个OFDM信号加噪后不含循环前缀的前N个样点时域值，这样第i个符号的前N个样点就可以看作第i-1个符号的循环后缀，这样第i-1个符号和第i个符号之间变得连续起来。同理，对第i+1个符号进行相同的处理，就可以使得第i个符号和第i+1个符号之间也变得连续起来，依次类推。从而各个符号间的样点都连续起来，从而可以加快带外功率的衰减，降低带外功率泄漏。此处N通常小于T_g。通过对(4)变形，进一步可得到：

$b_i({-T}_g+n)=b_i(T_s-T_g+n)={\tilde{s}}_{i-1}\left(n\right)-s_i({-T}_g+n),$ i＝2，3，…，andn＝0，1，…，N-1(5)

此处，

和s_i均已知，同时，可以使得连续噪声b_i的频率成分仅仅分布在子载波集合κ′＝[k′₀，k′₁，…，k′_K′-1]上，此处应有K′＞N，设第k个载波上的频域噪声数据为β_k，i，同时可以根据各个载波抗干扰的能力，为各个子载波设定一个实的噪声加权系数ω_k(ω_k＞0)，则

$b_i(T_s-T_g+n)=\underset{k\∈{\mathrm{\κ}}^{\′}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_k{\mathrm{\β}}_{k,i}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{k(T_s-T_g+n)}{T_s}},$ i≥1，n＝0，1，…，N-1(6)

本发明的实施例引入的噪声落在特定的子载波集合κ′＝[k_′0，k′₁，…，k′_K′-1]上；权重设置时可以在抗干扰能力强的子载波上设置较大的权重值，抗干扰能力差的子载波上设置一个较小的权重值。则本发明的实施例就可以一次性在抗干扰能力强的子载波上引入较大噪声，在抗干扰能力较差的子载波上引入较小噪声，重要的或者不能干扰的子载波，即子载波集合κ′＝[k′₀，k′₁，…，k′_K-1]之外的子载波上则不引入噪声。

设W为快速傅立叶逆变换IFFT矩阵抽取第T_s-T_g到T_s-T_g+N-1行以及第k′₀到k′_K′-1列的子矩阵，则有如下表达式：

b′_i＝Wωβ_i    (7)

其中，

b′_i＝[b_i(T_s-T_g)b_i(T_s-T_g+1)…b_i(T_s-T_g+N-1)]^T(8)

由(5)可得，

的每一个元素均已知。

此处

为需要求取的频域噪声，ωβ_i为最终的加权频域噪声。

当K′＞N时式(6)有无穷多组解，可以求出一个干扰噪声最小的解，也即

${\mathrm{\β}}_{i,\mathrm{MEN}}=\underset{{\mathrm{\β}}_i}{\arg }\min {\left|\right|{\mathrm{\β}}_i\left|\right|}^2,$ 使得Wωβ_i＝b′_i(10)

由线性代数理论可以求得，上式的最小范数解：

β_i，MEN＝ωW^H(Wω²W^H)^-1b′_i(11)

具体实现时可以直接预存ωW^H(Wω²W^H)^-1矩阵，而不必在线求取。

对于不区分各个载波抗干扰能力的情况，权重可全设为1，则：

β_i，MEN＝W^H(WW^H)^-1b′_i(12)

从而可以进一步通过傅立叶逆变换求得时域连续噪声：

$b_i\left(m\right)=\underset{k\∈{\mathrm{\κ}}^{\′}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_k{\mathrm{\β}}_{k,i,\mathrm{MEN}}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{km}}{T_s}},$ -T_g≤m≤T_s-1(13)

将(13)代入(2)，则加噪后的信号可以表示为：

${\tilde{s}}_i\left(m\right)=s_i\left(m\right)+\underset{k\∈{\mathrm{\κ}}^{\′}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_k{\mathrm{\β}}_{k,i,\mathrm{MEN}}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{km}}{T_s}},$ -T_g≤m≤T_s-1(14)

这里，连续噪声的分布可通过调整权重ω_k以及κ′灵活控制，如果κ′仅仅包含保护子载波那么连续噪声仅仅分布在保护子载波上，如果κ′＝κ，那么连续噪声分布在所有数据子载波上，当然κ′也可以包含部分数据子载波加上保护子载波，即噪声信号的频域能量分布在OFDM信号的所有能够传输数据的子载波上，或者空闲数据子载波上，或者保护子载波上。

具体可以先建立方程式(7)，求解(7)，获得最小范数解，即频域噪声范数最小的解；对求出的噪声求IFFT，获取时域噪声b_i(m)，将b_i(m)叠加到对应的OFDM信号的时域信号上。

当然，也可以将(7)获取的最小范数噪声解叠加在OFDM信号的频域信号上，对于叠加了噪声的OFDM频域信号求IFFT，即可获取叠加了时域噪声的OFDM信号。

加噪调整后的第i个OFDM信号添加CP后，CP的前几个样点恰好与调整后的第i-1个OFDM信号在未添加CP的前几个样点相等，从而信号间连续起来，降低了带外功率的泄漏。如图2所示，第i个OFDM信号的CP，即CPi的前N个样点，即图中所示的A部分，与第i-1个OFDM信号在未添加CP前的前N个样点，即图中所示的B部分相同。

由图2可知，加噪调整后的CPi的长度大于原OFDM的CPi，可见有效CP的长度增大了，由原来的T_g增加到T_g+N。因而，本发明的实施例在有效抑制带外泄漏的同时，还增加了有效CP长度，从而增强了抗符号间干扰和载波间干扰的能力。

本发明实施例还提供一种带外功率抑制装置，参见图3，包括：

接收模块301，用于接收OFDM信号；

噪声信号获取叠加模块302，用于获取并叠加噪声信号，使得加噪后当前OFDM信号的循环前缀的前N个样点时域值等于上一个OFDM信号加噪后不含循环前缀的前N个样点时域值，且所述噪声信号范数最小，其中N为小于所述循环前缀长度的正整数。

其中，噪声信号获取叠加模块302对于第一个OFDM信号，叠加的噪声信号为0，获取的噪声信号的频域能量分布在OFDM信号的所有能够传输数据的子载波上，或者空闲数据子载波上，或者保护子载波上。噪声信号获取叠加模块302还可以进一步包括权重设置模块，用于根据子载波的抗干扰能力设置加噪权重，即(6)中的ω_k。

噪声信号获取模块302可以根据(7)求出最小范数解，具体的求解步骤上面关于方法的实施例里有详细介绍。

这里的带外功率抑制装置可以位于发射端之内，可置于基站或终端，与调制装置相连。通过噪声的叠加，使得OFDM信号间连续，增加了有效CP的长度，能有效加快带外功率衰减，从而增加抗符号间干扰的能力。

本申请文件中所公开的实施例描述的各单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (9)

1.一种正交频分复用OFDM系统的带外功率抑制方法，其特征在于，包括：

接收OFDM信号；

获取并叠加噪声信号，使得加噪后当前OFDM信号的循环前缀的前N个样点时域值等于上一个OFDM信号加噪后不含循环前缀的前N个样点时域值，且所述噪声信号范数最小，其中N为小于所述循环前缀长度的正整数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于第一个OFDM信号，叠加的噪声信号为0。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述噪声信号的频域能量分布在OFDM信号的所有能够传输数据的子载波上，或者空闲数据子载波上，或者保护子载波上。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述获取并叠加噪声信号，包括：

根据子载波的抗干扰能力设置加噪权重。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取并叠加噪声信号，包括：

将所述噪声信号求快速傅立叶逆变换后，叠加到OFDM信号的时域信号上；或者，

将所述噪声信号叠加在OFDM信号的频域信号上，求快速傅立叶逆变换得到时域信号。

6.一种带外功率抑制装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收OFDM信号；

噪声信号获取叠加模块，用于获取并叠加噪声信号，使得加噪后当前OFDM信号的循环前缀的前N个样点时域值等于上一个OFDM信号加噪后不含循环前缀的前N个样点时域值，且所述噪声信号范数最小，其中N为小于所述循环前缀长度的正整数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述噪声信号获取叠加模块对于第一个OFDM信号，叠加的噪声信号为0。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述噪声信号获取叠加模块获取的噪声信号的频域能量分布在OFDM信号的所有能够传输数据的子载波上，或者空闲数据子载波上，或者保护子载波上。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述噪声信号获取叠加模块进一步包括：

权重设置模块，用于根据子载波的抗干扰能力设置加噪权重。

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