CN102148780A - 一种基于ci-ofdm系统的干扰处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CI-OFDM系统的干扰处理方法。CI-OFDM系统的收发机结构在接收机接收数据后，进行OFDM接收，得到OFDM接收后的频域数据，利用干扰检测的结果，干扰带宽占总通信信道带宽的比值和干扰功率，对所述频域数据进行处理。本发明利用CI-OFDM将每路低速并行数据用正交的CI码扩展到所有子载波上的特点，通过对MMSE均衡下的CI-OFDM对抗不同干扰的表现出的性能差异，引入了传统的MMSE均衡下的CI-OFDM，在接收端对受干扰子载波置零的CI-OFDM，和考虑干扰功率的MMSE均衡器的CI-OFDM，分别针对不同的干扰信号的功率、带宽，进行自适应处理，有效的对干扰进行消除。

Description

一种基于CI-OFDM系统的干扰处理方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及载波干涉OFDM(Carrier Interferometry Orthogonal Frequency Division Multiplexing，CI-OFDM)系统的干扰处理方法。

背景技术

近年来，研究者提出了载波干涉正交频分复用CI-OFDM的新体制。在保留了正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)其高频谱利用率和对抗频率选择性衰落的能力的同时，CI-OFDM将每路低速并行数据用正交的CI码扩展到所有子载波上同时传输，这样就产生了频域分集增益。特别是采用最小均方误差(Minimum Mean Squared Error，MMSE)均衡的CI-OFDM系统能完全消除信道深衰落的影响，带来较传统OFDM系统而言更优良的误码率(Bit Error Rate，BER)性能。

研究发现CI-OFDM系统可以在传统MMSE均衡下，利用自身的抗干扰特性，来进行干扰处理。但是，CI-OFDM的抗干扰特性只是利用CI码的扩展作用拉平了干扰的影响，这样在利用CI-OFDM进行干扰处理时，当干扰功率较大，或者干扰所占通信总带宽较大时，将会有较差的性能。所以利用CI-OFDM进行干扰处理这种方法适用范围窄，性能较差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的利用CI-OFDM系统进行干扰处理，适用范围窄，性能较差的问题。

本发明技术方案如下：一种基于CI-OFDM系统的干扰处理方法，CI-OFDM系统的收发机结构在接收机接收数据后，进行OFDM接收，得到OFDM接收后的频域数据，设置阈值α和η，利用干扰检测的结果，干扰带宽占总通信信道带宽的比值β和干扰功率

对OFDM接收后的频域数据进行如下处理：

51：当

时，这里

表示信道的加性高斯白噪声功率，进行CI-OFDM的传统MMSE均衡；

52：当β＜η，且

时，这里E_s表示发送信号功率，即针对窄带干扰或者单音干扰的情况，进行MMSE均衡下的置零CI-OFDM干扰处理，根据干扰检测得到受到干扰的子载波频段的数据，将该子载波频段上的数据进行置零处理，再进行MMSE检测；

53：其余情况，进行CI-OFDM的考虑干扰功率的修正MMSE处理。在MMSE均衡器中考虑干扰检测中得到的干扰功率MMSE均衡器变为

利用变化后MMSE均衡器，再进行MMSE均衡，其中，H为信道估计得到的估计频域信道系数，I为N阶的单位矩阵，H^H为H的共轭转置矩阵，(·)^-1为求矩阵的逆，N为OFDM子载波数目。

本发明的有益效果：本发明利用CI-OFDM将每路低速并行数据用正交的CI码扩展到所有子载波上的特点，通过对MMSE均衡下的CI-OFDM对抗不同干扰的表现出的性能差异，引入了传统的MMSE均衡下的CI-OFDM，在接收端对受干扰子载波置零的CI-OFDM，和考虑干扰功率的MMSE均衡器的CI-OFDM，这样分别针对不同的干扰信号的功率、带宽，进行自适应选择干扰处理，有效的对干扰进行消除，而且三种干扰消除方式都是在CI-OFDM的接收机端进行处理，操作简单，可充分利用现有的CI-OFDM的通信方式的收发机模型，降低了干扰处理的复杂度。

附图说明

图1为本发明的CI-OFDM系统的通信流程示意图。

图2为本发明的基于CI-OFDM系统的干扰处理方法的流程示意图。

图3为本发明实施例的自适应Switch选择干扰处理方式示意图。

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。可以理解的是，所描述的实施例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做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。

为了使本发明的方法描述的更为清楚，下面结合图1对CI-OFDM接收过程进行阐述。具体包括以下步骤：

步骤1：数字调制。对信源数据进行数字调制，得到数字调制后的数据符号s_i，i＝0，L，N-1。

步骤2：载波干涉码扩展。对步骤1所得数字调制后的数据符号s_i组成的数据符号向量s＝(s_i)_N×1进行N点反傅里叶变换(Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT)，生成载波干涉码扩展后的数据符号向量S＝(S_l)_N×1，即

$S=F_N^{H}s---\left(1\right)$

其中，l＝0，L，N-1，F_N为N阶傅里叶变换矩阵，

为F_N的共轭转置矩阵。

步骤3：OFDM发送。首先通过N点IDFT变换将步骤2所得载波干涉码扩展后的数据符号向量S变换到时域，生成时域符号向量x＝(x_n)_N×1，n＝0，L，N-1；即

$x=F_N^{H}S---\left(2\right)$

然后添加循环前缀并发送。

步骤4：OFDM接收。首先对接收信号进行去循环前缀(Cyclic Prefix，CP)，得到去循环前缀的接收信号符号向量c，因为存在信道影响、通信干扰和噪声，去循环前缀的接收信号符号向量c可以写成：

$c=h\⊗x+i+n---\left(3\right)$

其中：h表示时域信道参数，i表示通信干扰的时域表示，n表示高斯白噪声，

表示循环卷积；

然后通过N点DFT变换将去循环前缀的接收信号符号向量c变换到频域，生成即将进行干扰处理和均衡的数据符号向量，即是OFDM接收后的频域数据，X＝(X_k)_N×1，k＝0，L，N-1，即：

$X=F_N\·(h\⊗x+i+n)---\left(4\right)$

步骤5：利用干扰检测得到的结果，包括两个参量，分别是β，

其中β表示干扰带宽占总通信信道带宽的比值，代表干扰的方差，这里认为干扰类似于零均值的高斯随机过程，干扰方差

也既是干扰功率。根据CI-OFDM系统的实际情况，设置阈值α和η，本领域的普通技术人员可以根据现有的知识确定这两个阈值的取值。图2为干扰处理方法的流程示意图，这里将有一个自适应的选择过程，有3种实施方案，根据干扰检测到的结果，进行如下处理。图2中

表示信道加性高斯白噪声功率，E_s表示发送信号功率。

步骤51：当

时，这里的α此时为10，针对部分带干扰，干扰功率不大情况下，进行CI-OFDM的传统最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)均衡。首先通过信道估计得到的估计频域信道系数H，对OFDM接收后频域数据X进行MMSE检测，得到数据符号的估计值y，即：

$y=H^H{({\mathrm{\σ}}_n^{2}I+{\mathrm{HH}}^H)}^{-1}X---\left(5\right)$

其中，I为N阶的单位矩阵，H^H为H的共轭转置矩阵，(·)^-1为求矩阵的逆。这时传统MMSE均衡下的CI-OFDM在对抗干扰时表现出较好的误比特率(Bit Error Rate，BER)性能。

步骤52：当β＜η且

时，这里的η此时取15％，即针对窄带干扰或者单音干扰的情况，进行MMSE均衡下的置零CI-OFDM(ZeroSetting-CI-OFDM，ZS-CI-OFDM)的干扰处理。首先根据干扰检测得到受到干扰的子载波频段的数据，并有此时受到干扰的干扰功率较大，可以通过将该子载波上的数据进行置零处理，进而能消除干扰的影响。既左乘上矩阵M，M为N阶对角矩阵，第k行分别代表第k个子载波，当有干扰时，对角元素为0，否则为1。又因为有CI扩展的存在，可通过其他子载波上的扩展数据恢复出置零位置的数据，即：

$\hat{X}=M\·X---\left(6\right)$

再根据信道估计得到的估计频域信道系数H，对OFDM接收后频域数据X进行MMSE检测，得到数据符号的估计值y，即

$y=H^H{({\mathrm{\σ}}_n^{2}I+{\mathrm{HH}}^H)}^{-1}\hat{X}---\left(7\right)$

因为置零步骤的存在，信号功率会有损失，β＜15％的条件可以避免功率损失影响数据的恢复。

步骤53：其余情况时，进行CI-OFDM的考虑干扰功率的修正MMSE(modi-MMSE)处理。在MMSE均衡器中考虑干扰检测中得到的干扰功率

MMSE均衡器变为

即

$y=H^H{(({\mathrm{\σ}}_n^2+{\mathrm{\σ}}_I^2)I_N+{\mathrm{HH}}^H)}^{-1}X---\left(8\right)$

3种实施方案将根据图2的自适应判决流程图，进行自适应选择，如图3所示，得到载波干涉码扩展后的数据符号向量S的检测估计值y＝(y_n)_N×1，n＝0，L，N-1。

步骤6：载波干涉码解扩展。对步骤5所得的检测估计值y进行N点DFT变换，得到载波干涉码解扩展后的数据符号向量Y＝(Y_g)_N×1，g＝0，L，N-1，即

Y＝F_Ny    (9)

步骤7：数字解调。对步骤6所得的载波干涉码解扩展后的数据符号向量Y进行数字解调，得到信宿比特数据。

这里需要说明的是，步骤5中的3种干扰情况的实施方案，都可以采用步骤53的方案进行实施，但是在现有技术条件下，为了减小实施的复杂度，采用了步骤51、52和53的三种实施方案，根据不同的干扰条件，自适应的选择处理方式。

根据本发明提供的基于CI-OFDM通信方式的干扰处理方法，利用该特点针对不同的干扰信号的功率、带宽，从而进行自适应选择干扰处理。在保证低复杂度，即发射机等同于CI-OFDM的发射机，只是在接收机时添加上根据干扰检测结果确定的干扰处理3种自适应实施方案的同时，分别利用方案在不同干扰下的性能优势，从而得到最优的BER性能。

采用本发明实施例所述方法进行仿真测试，其仿真结果表明：在COST207TUx6信道模型下，采用QPSK调制，当信噪比为20dB，β＝4％，误比特率为10^-3时，采用基于CI-OFDM通信方式的干扰处理方法的通信方法较传统载波干涉OFDM系统而言，接收机输入端的干扰信号功率比(Interference-to-Signal Ratio，ISR)有5dB的增益。当信噪比为20dB，β＝20％，误比特率为10^-3时，干信比有8dB的增益

综上所述，本发明实施的基于CI-OFDM通信方式的干扰处理方法，利用于CI-OFDM将每路低速并行数据用正交的CI码扩展到所有子载波上的特点，该特点针对不同的干扰信号的功率、带宽，从而进行自适应干扰处理。这种干扰处理方法具有针对性好、分别利用不同干扰处理性能优势、操作简单、低复杂度的特点，是一种能根据干扰检测的结果进行自适应干扰处理的方法。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，例如只读存储器(简称ROM)、随机存取存储器(简称RAM)、磁盘、光盘等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种基于CI-OFDM系统的干扰处理方法，其特征在于，CI-OFDM系统的收发机结构在接收机接收数据后，进行OFDM接收，得到OFDM接收后的频域数据，设置阈值α和η，利用干扰检测的结果，干扰带宽占总通信信道带宽的比值β和干扰功率

对OFDM接收后的频域数据进行如下处理：

51：当

时，这里

表示信道的加性高斯白噪声功率，进行CI-OFDM的传统MMSE均衡；

52：当β＜η，且

时，这里E_s表示发送信号功率，即针对窄带干扰或者单音干扰的情况，进行MMSE均衡下的置零CI-OFDM干扰处理，根据干扰检测得到受到干扰的子载波频段的数据，将该子载波频段上的数据进行置零处理，再进行MMSE检测；

53：其余情况，进行CI-OFDM的考虑干扰功率的修正MMSE处理，在MMSE均衡器中考虑干扰检测中得到的干扰功率

MMSE均衡器变为

利用变化后MMSE均衡器，再进行MMSE均衡，其中，H为信道估计得到的估计频域信道系数，I为N阶的单位矩阵，H^H为H的共轭转置矩阵，(·)^-1为求矩阵的逆，N为OFDM子载波数目。

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