CN107733822A - 一种子载波调制的抑制ici的方法及装置 - Google Patents
一种子载波调制的抑制ici的方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供子载波调制的抑制ICI的方法及装置;所述方法包括:步骤S1、发射端的序列发生器发送一组N个序列的子载波序列组,经IFFT运算器之后得到x(n);步骤S2、对x(n)分为3路,在分别进行取反并左移1位、取反并右移1位、乘以2之后得到3路不同的序列,合并得到子载波序列组x′(n);步骤S3、x′(n)的奇、偶数序列分别进行抽取,得到两个N/2序列的子载波序列组;步骤S4、将所述子载波序列组依次按时分复用方式向接收端发送;步骤S5、将步骤S4的输出通过解复用器,将后一个接收到的信号中的各个序列分别插入前一个接收到的信号中相应序列的后面;步骤S6、将步骤S5的输出经过N点的IFFT运算器。
Description
技术领域
本发明涉及OFDM技术领域,尤其涉及OFDM通信系统在无线信道环境信道下的一种高频谱利用率的子载波调制抑制载波间干扰设计方案。
背景技术
随着高速率移动通信技术的不断发展,高速率的宽带移动通信已经成为全球移动通信发展的趋势。实现无所不在、高质量、高速度的支持全业务无缝覆盖全球的移动多媒体传输功能已经成为了下一代无线移动通信系统的目标。正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing,OFDM)作为一种特殊的多载波传输技术,由于能够较好地解决在高速率无线通信中所面临的诸多问题,因此已被许多国家和研究机构列为第四代移动无线通信系统中一种极具生命力的候选方案,用来实现超过2Mbps的移动无线多媒体和数据通信。
OFDM具有一些其他无线通信技术所无法比拟的优越性。作为一种并行传输技术,它能够将一个高速率的数据流分割成许多低速率流于不同的子载波上来实现数据的高速传输。由于子载波速率的降低导致码元周期相对地变长,因而对时延扩展有着较强的抵抗力,因此它能够很好地对抗频率选择性衰落和窄带干扰。同时OFDM允许子载波频谱部分重叠,只要满足子载波之间相互正交就可以从混迭的子载波上分离出数据信息,频谱利用率获得了极大的提高,因而对于无线资源十分匮乏的无线通信来说,OFDM是一种高效的传输技术。
然而,OFDM的高效传输是建立在子载波之间严格正交的基础之上的,任何传输过程中载波信号波形畸变都会影响子载波之间的正交性,导致载波间干扰(Intercarrierinterference,ICI)的产生。由于无线信道的不理想,在传输过程中会出现无线信号的频率偏移,诸如信道中的多普勒频移和发射机载波频率与接收机本地振荡器之间产生的频率偏差,它们都会导致信道的时变性并破坏子载波间的正交性从而形成ICI,即每一子载波上的接收信号受到其它子载波上传输信号的干扰,从而造成OFDM系统性能的明显降低。
到目前为止国内外已经有许多学者提出了各种消除方法,主要有两大类:第一类是在接收端对频偏进行估计并根据估计值来校正接收信号已消除频偏,主要有频域信道估计与均衡、时域加窗等方法,但它们的计算复杂度往往比较高,因此在子载波数量较大的通信系统中难以满足实时处理的要求。另一类是在发射端对子载波进行调制处理来降低系统对频偏的敏感度,主要有干扰自消除[文献1:Yuping Zhao and Sven-GustavIntercarrier Interference Self-Cancellation Scheme for OFDM MobileCommunication Systems[J].IEEE Transactions on Communications,2001,49(7)1185-1191.]、双路分集干扰消除等方法。与第一类方法相比它们的复杂度较低,但它们通常是通过牺牲频谱利用率来获得对ICI的抑制。
发明内容
本发明所解决的技术问题是,提出了一种子载波调制的抑制ICI的方法及装置,在大幅度提高频谱利用率的同时达到ICI抑制的效果,并且进一步提高系统的误码率性能。本发明提供的子载波调制的抑制ICI的方法包括:
(1)发射端发送一组N点频域序列组X(k)=[X(0),X(1),X(2),X(3),...,X(N-4),X(N-3),X(N-2),X(N-1)]T,0≤k≤N-1,经过快速傅里叶反变换(Inverse Fast FourierTransform,IFFT)之后得到时域序列组x(n),0≤n≤N-1:
(2)将x(n)中的序列取反,并圆周左移1位,得到x1(n),0≤n≤N-1:
x1(n)=[-x(1),-x(2),-x(3),-x(4),...,-x(N-3),-x(N-2),-x(N-1),-x(0)]T;
(3)将x(n)中的序列取反,并圆周右移1位,得到x2(n),0≤n≤N-1:
x2(n)=[-x(N-1),-x(0),-x(1),-x(2),...,-x(N-5),-x(N-4),-x(N-3),-x(N-2)]T;
(4)将x(n)中的序列乘以2,得到x3(n),0≤n≤N-1:
x3(n)=[2x(0),2x(1),2x(2),2x(3),...,2x(N-4),2x(N-3),2x(N-2),2x(N-1)]T;
(5)将x1(n)、x2(n)和x3(n)进行按位合并相加,得到x′(n),0≤n≤N-1:
x′(n)=[-x(N-1)+2x(0)-x(1),-x(0)+2x(1)-x(2),-x(1)+2x(2)-x(3),-x(2)+2x(3)-x(4),...,-x(N-5)+2x(N-4)-x(N-3),-x(N-4)+2x(N-3)-x(N-2),-x(N-3)+2x(N-2)-x(N-1),-x(N-2)+2x(N-1)-x(0)]T;
(6)将x′(n)中的奇数序列和偶数序列分别进行抽取,得到x1″(m)和x2″(m),0≤m≤N/2-1:
x1″(m)=[-x(N-1)+2x(0)-x(1),-x(1)+2x(2)-x(3),...,-x(N-5)+2x(N-4)-x(N-3),-x(N-3)+2x(N-2)-x(N-1)]T;
x2″(m)=[-x(0)+2x(1)-x(2),-x(2)+2x(3)-x(4),...,-x(N-4)+2x(N-3)-x(N-2),-x(N-2)+2x(N-1)-x(0)]T;
再按照先x1″(m)后x2″(m)的时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)方式向接收端发送。
(7)x1″(m)和x2″(m)经过无线信道之后,在接收端分别得到y1″(m)和y2″(m),0≤m≤N/2-1∶
其中,ε为频偏,w(m)为x1″(m)(或x2″(m))在信道中传播时所遇到的加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN);
(8)将y1″(m)和y2″(m)通过一个解复用器(de-multiplexer,De-mux),并将y2″(m)中的各个序列分别插入y1″(m)中相应序列的后面,得到y′(n),0≤n≤N-1:
(9)将y′(n)经过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)之后得到Y′(l),0≤l≤N-1:
其中,为第k个子载波在第l个子载波上产生的ICI干扰序列,X(k)为x(k)的频域表达式,W(l/2)和W((l-1)/2)分别为w(n/2)和w((n-1)/2)的频域表达式。
不难发现,采用本发明的子载波调制方案同样可以达到与文献1中相同的ICI抑制效果;而与原始OFDM系统传输时的机理相比,本发明所采用的方案在传输过程中仅仅增加了x1″(m)与x2″(m)之间的间隔时间T12,因此与文献1中的方案相比,显然它在数据传输效率上获得了大幅度的提高;与此同时,原来x(n)中的两组相邻序列符号x(t)和x(t+1)(0≤t≤N-2,t为偶数)经过处理之后分别被分离至x1″(m)和x2″(m)中,在发送过程中两者之间间隔了N/2个序列和T12,因此它能够在一定程度上将信道中的突发错误变得随机化,故而系统接收端的误码率性能也得以进一步的提高。
本发明还提供实现所述子载波调制的抑制ICI的方法的装置。
附图说明
图1是本发明实施例提供的序列发生器发出的子载波序列组x(n)的结构图;
图2是本发明实施例提供的将x(n)经过步骤二之后,得到的子载波序列组x′(n)的结构图;
图3本发明实施例提供的将y1″(m)和y2″(m)经过步骤五之后,得到的子载波序列组y′(n)的结构图;
图4是本发明实施例提供的方法的工作流程图。
具体实施方式
本发明提供了高频谱利用率子载波调制抑制载波间干扰的具体实施方式,整个方案一共包含以下六个步骤(其工作流程如图4所示),下面结合附图来加以详细说明:
步骤S1:发射端的序列发生器发送一组N个序列的子载波序列组X(k)=[X(0),X(1),X(2),X(3),...,X(N-4),X(N-3),X(N-2),X(N-1)]T,0≤k≤N-1,经过一个N点的IFFT运算器之后得到x(n)(其结构如图1所示),记为:
x(n)=[x(0),x(1),x(2),x(3),...,x(N-4),x(N-3),x(N-2),x(N-1)]T,0≤n≤N-1;
步骤S2:对x(n)分为3路,在分别进行取反并左移1位、取反并右移1位、乘以2之后得到3路不同的序列,再将这3路序列进行合并之后得到1个N个序列的子载波序列组x′(n)(其结构如图2所示),其中包括:
步骤S2.1:对x(n)中所有的序列进行取反之后再圆周左移1位,得到:
x1(n)=[-x(1),-x(2),-x(3),-x(4),...,-x(N-3),-x(N-2),-x(N-1),-x(0)]T,0≤n≤N-1;
步骤S2.2:对x(n)中所有的序列进行取反之后再圆周右移1位,得到:
x2(n)=[-x(N-1),-x(0),-x(1),-x(2),...,-x(N-5),-x(N-4),-x(N-3),-x(N-2)]T,0≤n≤N-1;
步骤S2.3:对x(n)中所有的序列乘以2,得到:
x3(n)=[2x(0),2x(1),2x(2),2x(3),...,2x(N-4),2x(N-3),2x(N-2),2x(N-1)]T,0≤n≤N-1;
步骤S2.4:对x1(n)、x2(n)和x3(n)进行按位合并相加,得到:
x′(n)=[-x(N-1)+2x(0)-x(1),-x(0)+2x(1)-x(2),-x(1)+2x(2)-x(3),-x(2)+2x(3)-x(4),...,
-x(N-5)+2x(N-4)-x(N-3),-x(N-4)+2x(N-3)-x(N-2),-x(N-3)+2x(N-2)-x(N-1),
-x(N-2)+2x(N-1)-x(0)]T,0≤n≤N-1;
步骤S3:对x′(n)中的奇数序列和偶数序列分别进行抽取,得到两个N/2序列的子载波序列组x1″(m)和x2″(m),其中包括:
步骤S3.1:对x′(n)中的奇数序列进行抽取,得到:
x1″(m)=[-x(N-1)+2x(0)-x(1),-x(1)+2x(2)-x(3),...,-x(N-5)+2x(N-4)-x(N-3),
-x(N-3)+2x(N-2)-x(N-1)]T,0≤m≤N/2-1;
步骤S3.2:对x′(n)中的偶数序列进行抽取,得到:
x2″(m)=[-x(0)+2x(1)-x(2),-x(2)+2x(3)-x(4),...,-x(N-4)+2x(N-3)-x(N-2),
-x(N-2)+2x(N-1)-x(0)]T,0≤m≤N/2-1;
步骤S4:将x1″(m)和x2″(m)这两个序列组按照先x1″(m)后x2″(m)的时分复用方式向接收端发送,两个序列组在信道中传输时会受到频偏和噪声的影响,在接收端处得到:
其中,0≤m≤N/2-1,ε为频偏,w(m)为x1″(m)(或x2″(m))在信道中传播时所遇到的加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)。
步骤S5:y1″(m)和y2″(m)通过一个解复用器,并将y2″(m)中的各个序列分别插入y1″(m)中相应序列的后面,得到y′(n)(其结构如图3所示):
步骤S6:将y′(n)经过一个N点的IFFT运算器,得到:
其中,0≤l≤N-1,为第k个子载波在第1个子载波上产生的ICI干扰序列,X(k)为x(k)的频域表达式,W(l/2)和W((l-1)/2)分别为w(n/2)和w((n-1)/2)的频域表达式。
Claims (4)
1.一种子载波调制的抑制ICI的方法,其特征在于,包括;
步骤S1、发射端的序列发生器发送一组N个序列的子载波序列组X(k)=[X(0),X(1),X(2),X(3),...,X(N-4),X(N-3),X(N-2),X(N-1)]T,0≤k≤N-1经过一个N点的IFFT运算器之后得到:x(n)=[x(0),x(1),x(2),x(3),...,x(N-4),x(N-3),x(N-2),x(N-1)]T,0≤n≤N-1;
步骤S2、对x(n)分为3路,在分别进行取反并左移1位、取反并右移1位、乘以2之后得到3路不同的序列,再将这3路序列进行合并之后得到1个N个序列的子载波序列组x′(n);
步骤S3、对x′(n)中的奇数序列和偶数序列分别进行抽取,得到两个N/2序列的子载波序列组x1″(m)和x2″(m);
步骤S4、将x1″(m)和x2″(m)这两个序列组按照先x1″(m)后x2″(m)的时分复用方式向接收端发送,两个序列组在信道中传输时会受到频偏和噪声的影响,在接收端处得到:
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其中,0≤m≤N/2-1,ε为频偏,w(m)为x1″(m)或x2″(m)在信道中传播时所遇到的加性高斯白噪声;
步骤S5、y1″(m)和y2″(m)通过一个解复用器,并将y2″(m)中的各个序列分别插入y1″(m)中相应序列的后面,得到:
<mrow>
<mtable>
<mtr>
<mtd>
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步骤S6、将y′(n)经过一个N点的IFFT运算器,得到:
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其中,0≤l≤N-1,为第k个子载波在第1个子载波上产生的ICI干扰序列,X(k)为x(k)的频域表达式,W(l/2)和W((l-1)/2)分别为w(n/2)和w((n-1)/2)的频域表达式。
2.依据权利要求1所述的子载波调制的抑制ICI的方法,其特征在于,所述步骤二包括:
步骤S2.1:对x(n)中所有的序列进行取反之后再圆周左移1位,得到:
x1(n)=[-x(1),-x(2),-x(3),-x(4),...,-x(N-3),-x(N-2),-x(N-1),-x(0)]T,0≤n≤N-1;
步骤S2.2:对x(n)中所有的序列进行取反之后再圆周右移1位,得到:
x2(n)=[-x(N-1),-x(0),-x(1),-x(2),...,-x(N-5),-x(N-4),-x(N-3),-x(N-2)]T,0≤n≤N-1;
步骤S2.3:对x(n)中所有的序列乘以2,得到:
x3(n)=[2x(0),2x(1),2x(2),2x(3),...,2x(N-4),2x(N-3),2x(N-2),2x(N-1)]T,0≤n≤N-1;
步骤S2.4:对x1(n)、x2(n)和x3(n)进行按位合并相加,得到:
x′(n)=[-x(N-1)+2x(0)-x(1),-x(0)+2x(1)-x(2),-x(1)+2x(2)-x(3),-x(2)+2x(3)-x(4),...,
-x(N-5)+2x(N-4)-x(N-3),-x(N-4)+2x(N-3)-x(N-2),-x(N-3)+2x(N-2)-x(N-1),
-x(N-2)+2x(N-1)-x(0)]T,0≤n≤N-1。
3.依据权利要求1所述的子载波调制的抑制ICI的方法,其特征在于,所述步骤三包括:
步骤S3.1:对x′(n)中的奇数序列进行抽取,得到:
x1″(m)=[-x(N-1)+2x(0)-x(1),-x(1)+2x(2)-x(3),...,-x(N-5)+2x(N-4)-x(N-3),
-x(N-3)+2x(N-2)-x(N-1)]T,0≤m≤N/2-1;
步骤S3.2:对x′(n)中的偶数序列进行抽取,得到:
x2″(m)=[-x(0)+2x(1)-x(2),-x(2)+2x(3)-x(4),...,-x(N-4)+2x(N-3)-x(N-2),
-x(N-2)+2x(N-1)-x(0)]T,0≤m≤N/2-1。
4.实现权利要求1、2或3所提供的子载波调制的抑制ICI的方法的装置。
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