CN102307174A - 一种低密度陷波点设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无线通信系统方法设计技术领域中的一种低密度陷波点设置方法。本发明方法首先在第一个子载波和最后一个子载波内分别对称设置两个点；然后计算子载波的值，进而求得陷波点处干扰功率组成的向量I、干扰避免区域中间子载波的平均功率P_c、第i个子载波和第j个子载波的平均功率P_e：之后通过和门限β比较求得陷波点。本发明在不降低计算性能的前提下减小了计算量。

Description

一种低密度陷波点设置方法

技术领域

本发明属于无线通信系统方法设计技术领域，尤其涉及一种低密度陷波点设置方法。

背景技术

近些年，认知无线电技术已经越来越引起学术界和产业界的注意，因为这项新技术可以极大的增大频率资源的利用效率，从而缓解频率资源的紧张。认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现频谱空洞并合理利用所发现的空洞传输数据且不影响已存在系统正常工作的能力。基于这种思想，认知无线电用户必须能够检测已存在的系统所占用的频段，并且需要避免对其的干扰。干扰避免就是在我们需要对发送的信号进行处理，使得发送信号的频谱在已存在系统的工作频段内有足够深的陷波，以至于不影响已存在系统的正常工作。为了支持高速率的数据传输，就需要采用宽带认知无线电系统。多频带正交频分复用MB-OFDM系统是一个很好的解决高速数据传输问题的方案。

目前，多频带正交频分复用MB-OFDM系统中，干扰避免的技术有多种，但是首先都需要关闭已存在系统所处的频段的子载波。关闭这些子载波一方面降低了这一区域的信号功率，另外一方面也使得关闭的子载波所在的频点处的功率为零，但是其它子载波的旁瓣在这一区域却会产生干扰。为了进一步降低这一区域的信号功率，国内外学者们提出了各种各样的方法。可以通过增加关闭的子载波的数目来降低其它子载波旁瓣对这一区域的干扰，还可以采用升余弦窗函数的方法，其它的方法还有子载波加权法SW，多选序列法MCS，自适应法AST，主动干扰消除法AIC，子载波消除法CC等等.这些方法各有优缺点。

直接关闭子载波无法满足我们的陷波深度，而且增加关闭子载波的数目会增加子载波的浪费造成系统速率的降低；升余弦窗函数法RC的计算复杂度很低，但是会增加正交频分复用OFDM的符号周期，降低了系统的传输速率；子载波加权法SW方法通过利用最优加权系数对所有的子载波加权来达到陷波的目的，但是这种方法计算量大，而且信噪比会下降造成误码率的增大；多选序列法MCS方法是通过在一个正交频分复用OFDM符号内改变数据传输的顺序，将这些数据顺序映射到一个最优顺序中，以此来降低干扰避免区域的功率，这种方法需要将数据的原始顺序的信息发送到接收端，这就降低了系统的传输速率；自适应法AST和RC法相似，不过在OFDM符号周期相同的情况下，自适应法AST达到的陷波性能要好于RC法，但是自适应法AST的方法复杂度要高于RC法。主动干扰消除法AIC法和子载波消除CC法的方法思想类似，都是在干扰避免区域的两边预留出一些子载波，然后对这些子载波进行设计使得这些子载波在干扰避免区域的功率和装载数据的子载波在干扰避免区域的功率相互抵消以此来减小干扰避免区域的信号功率。主动干扰消除法AIC方法的陷波性能非常好，且多占用的子载波数目很少，但是主动干扰消除法AIC方法的计算量却非常大。

本发明在MB-OFDM系统中，以降低方法计算量为出发点，在传统的主动干扰消除法AIC的基础上，提出一种低密度设置陷波点的方法，在保证性能不下降的前提下大大的降低了方法的计算量。

发明内容

针对上述背景技术中提到现有主动干扰消除法AIC方法的计算量大等不足，本发明提出了一种低密度陷波点设置方法。

本发明的技术方案是，一种低密度陷波点设置方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：设定干扰避免区域内子载波的范围为1到N，在第一个子载波和第N个子载波内分别对称设置两个点；

步骤2：令i＝1，j＝N；

步骤3：如果i＞N/2或j＜N/2，过程运行结束，i和j所在的子载波设置的点为陷波点；

步骤4：计算子载波的值，进而求得陷波点处干扰功率组成的向量I、干扰避免区域中间子载波的平均功率P_c、第i个子载波和第j个子载波的平均功率P_e；

如果P_c-P_e≤β，β为门限，那么过程运行结束，设置的点即为陷波点；否则进入步骤5；

步骤5：i＝i+1；j＝j-1，返回步骤3。

所述子载波的值的计算公式为：

h＝-(P_n ^HP_n)^-1P_n ^HP_s·g

其中：

h为子载波的值；

P_n为AIC子载波段对干扰区域的干扰矩阵；

P_s为数据子载波段对干扰区域的干扰矩阵；

g为数据子载波的值。

所述陷波点处干扰功率组成的向量I的计算公式为：

I＝P_n·h+P_s·g

其中：

I为插入AIC子载波之后，在各个陷波点处干扰功率组成的向量。

所述干扰避免区域中间子载波的平均功率P_c的计算公式为：

P_c＝(|I_i|+|I_j|)/2

其中：

I_i为陷波点i处的干扰功率；

I_j为陷波点j处的干扰功率。

所述第i个子载波和第j个子载波的平均功率P_e的计算公式为：

$P_e=\left(\right|I_1|+|I_2|+{|I}_{N_{\mathrm{np}}-1}|+{|I}_{N_{\mathrm{np}}}\left|\right)/4$

其中：

I₁为第1个陷波点的干扰功率；

I₂为第2个陷波点的干扰功率；

为第N_np-1个陷波点的干扰功率，N_np为陷波点的个数；

为第N_np个陷波点的干扰功率。

所述门限β的取值为0.5分贝。

本发明具有下述优点：

1.本发明寻找陷波点的方法复杂度很低，只需要较少次数循环便可以找到合适的陷波点；

2.本发明找到的陷波点的数目很少，非常有利于减小AIC计算量，特别是陷波宽度较宽的一定范围内，本方法找到的陷波点数目几乎不随着陷波宽度的增加而增加；

3.根据本发明找到的陷波点，在陷波性能方面，在陷波宽度是4-25个子载波内，比原始AIC方法都要好。

附图说明

图1为干扰避免区域、数据子载波和AIC子载波位置分布图；

图2为原始4倍抽样AIC方法陷波点位置；

图3为4个AIC子载波，利用4被抽样AIC原始方法，陷波宽度从4到25个子载波的性能；

图4为利用原始AIC方法陷波宽度为15时的陷波效果图；

图5为根据本发明得到的在陷波宽度从4到25个子载波情况下的陷波点的数量和在4倍抽样下的原始AIC方法陷波点数量；

图6为依据本发明设置陷波点得到的方法性能和原始AIC方法的性能；

图7为是子载波总数为128，陷波宽度从4到25个子载波时，根据本发明计算出的陷波点位置。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明的步骤为：

步骤1：设定干扰避免区域内子载波的范围为1到N，在第一个子载波和第N个子载波内分别对称设置两个点；

步骤2：令i＝1，j＝N；

步骤3：如果i＞N/2或j＜N/2，过程运行结束，i和j所在的子载波设置的点为陷波点；

步骤4：计算子载波的值，进而求得陷波点处干扰功率组成的向量I、干扰避免区域中间子载波的平均功率P_c、第i个子载波和第j个子载波的平均功率P_e；

如果P_c-P_e≤β，β为门限，β的取值为0.5分贝，那么过程运行结束，设置的点即为陷波点；否则进入步骤5；

步骤5：i＝i+1；j＝j-1，返回步骤3。

本发明如图1所示，首先将干扰避免区域的子载波置零，在干扰避免区域左边和右边预留出相同数量的子载波，然后计算其他数据载波旁瓣在干扰避免区域的功率，再重新设计AIC载波序列，使得AIC子载波在干扰避免区域的功率能够尽量和数据段子载波在干扰避免区域处的旁瓣相互抵消，以此来加深凹槽深度。

详细过程如下：在MB-OFDM系统中，设子载波数为128。设四相相移键控信号QPSK映射后数据为X(k)，k＝0，2，…127，则时域OFDM信号为：

$x\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{nk}}{128}\right)$ n＝0，1L 127

其中：

x(n)为需要传输的数据信号的时域表示；

X(k)为需要传输的数据信号。

为准确计算数据段子载波在干扰避免区域的功率，将时域OFDM信号进行M倍抽样，一般是4倍抽样，即在每个子载波内均匀设置4个陷波点，如图2，得到频谱：

$Y\left(l\right)=\frac{1}{128}\underset{k=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)\exp (-j2\mathrm{\π}\frac{n}{128}\frac{l}{4})$

其中：

Y(l)为抽样之后的频谱；

l为取样点，l＝0，…，4×128-1(如果l＝0，那么Y(0)就表示第0个取样点的值)。

将第一个公式带入第二个公式得：

$Y\left(l\right)=\frac{1}{128}\underset{n=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}x\left(k\right)\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{n}{128}(k-\frac{l}{4})\right)$

$=\frac{1}{128}\underset{k=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}x\left(k\right)p(l,k)=\frac{1}{128}\mathrm{PX}$

$p(l,k)=\underset{n=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{n}{128}(k-\frac{l}{4})\right)$

其中：

P为一个512×128的矩阵；

p(l，k)为P矩阵的元素，表示第k个子载波在第l个样点所处的频点的旁瓣功率；

X为子载波的数据序列，X＝[x(0)，Lx(127)]^T。

对公式4变换可以得到：

$p(l,k)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{127}\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{n}{128}(k-\frac{(z-1)*M+l_0}{M})\right)$

$={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{127}\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{n}{128}(k-z+1-\frac{l_0}{M})\right)=p(k,z,l_0)(l_0=\mathrm{1,2},L,M)$

将5式中的

用p代替得到：

${\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{127}\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{n}{128}(k-z+1-p)\right)=q(k,z,p)(0\≤\mathrm{\ρ}\≤N_{\mathrm{null}})$

其中：

M表示对时域信号进行M倍抽样；

l₀表示第z个子载波内的M个取样点，l₀＝1，2，L，M；

z表示第z个子载波。

这样便得到了第k个子载波在从第z个子载波开始的整个干扰避免区域内旁瓣的连续值。

根据陷波点的位置p和q函数，得到P_n和P_s：

其中：

P_n为AIC子载波段对干扰区域的干扰矩阵；

P_s为数据子载波段对干扰区域的干扰矩阵；

N_aic为AIC子载波的个数；

N_np为陷波点的个数。

将数据子载波的值g带入公式计算出子载波的值h：

h＝-(P_n ^HP_n)^-1P_n ^HP_s·g

其中：

h为子载波的值；

g为数据子载波的值。

I＝P_n·h+P_s·g

其中：

I为插入AIC子载波之后，在各个陷波点处干扰功率组成的向量。则，第i个子载波和第j个子载波的平均功率P_e：

P_e＝(|I_i|+|I_j|)/2

其中：

I_i为陷波点i处的干扰功率；

I_j为陷波点j处的干扰功率。

4	0.25 0.5 1.5 2.5 3.5 3.75
		5	0.25 0.5 2.5 4.5 4.75
6	0.25 0.5 2.5 3.5 5.5 5.75
		7	0.25 0.5 3.5 6.5 6.75
8	0.25 0.5 1.5 3.5 4.5 6.5 7.5 7.75
		9	0.25 0.5 1.5 4.5 4.5 7.5 8.5 8.75
10	0.25 0.5 1.5 4.5 5.5 8.5 9.5 9.75
		11	0.25 0.5 1.25 1.5 5.5 5.5 5.5 9.5 9.75 10.5 10.75
12	0.25 0.5 1.25 1.5 3.5 5.5 6.5 8.5 10.5 10.75 11.5 11.75
		13	0.25 0.5 1.25 1.5 6.5 6.5 6.5 11.5 11.75 12.5 12.75
14	0.25 0.5 1.25 1.5 4.5 6.5 7.5 9.5 12.5 12.75 13.5 13.75
		15	0.25 0.5 1.25 1.5 4.5 7.5 7.5 10.5 13.5 13.75 14.5 14.75
16	0.25 0.5 1.25 1.5 5.5 7.5 8.5 10.5 14.5 14.75 15.5 15.75
		17	0.25 0.5 1.25 1.5 5.5 8.5 8.5 11.5 15.5 15.75 16.5 16.75
18	0.25 0.5 1.25 1.5 5.5 8.5 9.5 12.5 16.5 16.75 17.5 17.75
		19	0.25 0.5 1.25 1.5 6.5 9.5 9.5 12.5 17.5 17.75 18.5 18.75
20	0.25 0.5 1.25 1.5 6.5 9.5 10.5 13.5 18.25 18.5 19.5 19.75
		21	0.25 0.5 1.25 1.5 7.5 10.5 10.5 13.5 19.25 19.5 20.5 20.75
22	0.25 0.5 1.25 1.5 8.5 10.5 11.5 13.5 20.25 20.5 21.5 21.75
		23	0.25 0.5 1.25 1.5 9.5 11.5 11.5 13.5 21.25 21.5 22.5 22.75
24	0.25 0.5 1.25 1.5 11.5 11.5 12.5 12.5 22.25 22.5 23.5 23.75
		25	0.25 0.5 1.25 1.5 12.5 12.5 12.5 12.5 23.25 23.5 24.5 24.75

表1

表1是子载波总数为128，陷波宽度从4到25个子载波时，根据本发明计算出的陷波点位置。

利用MATLAB仿真软件讨论了本发明寻找到的陷波点的性能。

图1给出了在MB-OFDM系统中，当利用AIC方法时，数据子载波，干扰避免区域和AIC子载波的位置分布情况。从图中可以看出，AIC子载波位于干扰避免区域的两旁，而且一般左边和右边的AIC子载波数量都是相同的。

图2给出了原始4倍抽样AIC方法陷波点位置，从图中可以看出，在原始AIC方法中，陷波点是均匀分布于整个干扰避免区域中的。

图3给出了采用4个AIC子载波和4倍抽样时的原始AIC方法，陷波宽度从4到25个子载波时的性能，从图中可以看出，陷波性能随着陷波宽度上升而下降，但是下降的程度越来越慢。

图4给出了陷波宽度为15个子载波时利用原始AIC方法进行陷波得到的图形，从图中可以看出，在整个干扰避免区域中，某些地方要远比其它方的干扰功率低。

图5给出了根据本发明得到的陷波点的个数和采用4倍抽样时的原始AIC方法中陷波点个数的比较。从图中可以看出，本发明找到的陷波点要远小于原始方法中的陷波点个数，而且随着陷波宽度的增加，本发明的优越性会更加明显。

图6给出了原始陷波点设置方式和利用本发明得到的陷波点所得到的性能比较。从图中可以看出，在AIC方法中，利用本发明得到的陷波点所得到的陷波性能要好于原始AIC方法中的陷波点设置方式，而且随着陷波宽度的增加，这种优势会更加明显。

图7给出了当陷波宽度是7个子载波时，根据本发明得到的陷波点位置。从图中可以看出，在整个干扰避免区域，只需要在较少的几个位置设置陷波点，那么就可以得到和原始AIC方法相同甚至更好的陷波性能。

通过仿真验证，本发明可以达到很好的效果，可以被运用到AIC技术中。

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 (6)

1.一种低密度陷波点设置方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：设定干扰避免区域内子载波的范围为1到N，在第一个子载波和第N个子载波内分别对称设置两个点；

步骤2：令i＝1，j＝N；

步骤3：如果i＞N/2或j＜N/2，过程运行结束，i和j所在的子载波设置的点为陷波点；

步骤4：计算子载波的值，进而求得陷波点处干扰功率组成的向量I、干扰避免区域中间子载波的平均功率P_c、第i个子载波和第j个子载波的平均功率P_e；

如果P_c-P_e≤β，β为门限，那么过程运行结束，设置的点即为陷波点；否则进入步骤5；

步骤5：i＝i+1；j＝j-1，返回步骤3。

2.根据权利要求是1所述的一种低密度陷波点设置方法，其特征是所述子载波的值的计算公式为：

h＝-(P_n ^HP_n)^-1P_n ^HP_s·g

其中：

h为子载波的值；

P_n为AIC子载波段对干扰区域的干扰矩阵；

P_s为数据子载波段对干扰区域的干扰矩阵；

g为数据子载波的值。

3.根据权利要求是2所述的一种低密度陷波点设置方法，其特征是所述陷波点处干扰功率组成的向量I的计算公式为：

I＝P_n·h+P_s·g

其中：

I为插入AIC子载波之后，在各个陷波点处干扰功率组成的向量。

4.根据权利要求是3所述的一种低密度陷波点设置方法，其特征是所述干扰避免区域中间子载波的平均功率P_c的计算公式为：

P_c＝(|I_i|+|I_j|)/2

其中：

I_i为陷波点i处的干扰功率；

I_j为陷波点j处的干扰功率。

5.根据权利要求是3所述的一种低密度陷波点设置方法，其特征是所述第i个子载波和第j个子载波的平均功率P_e的计算公式为：

$P_e=\left(\right|I_1|+|I_2|+{|I}_{N_{\mathrm{np}}-1}|+{|I}_{N_{\mathrm{np}}}\left|\right)/4$

其中：

I₁为第1个陷波点的干扰功率；

I₂为第2个陷波点的干扰功率；

为第N_np-1个陷波点的干扰功率，N_np为陷波点的个数；

为第N_np个陷波点的干扰功率。

6.根据权利要求是1所述的一种低密度陷波点设置方法，其特征是所述门限β的取值为0.5分贝。

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