CN108768914B - 联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统 - Google Patents

联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108768914B
CN108768914B CN201810975918.6A CN201810975918A CN108768914B CN 108768914 B CN108768914 B CN 108768914B CN 201810975918 A CN201810975918 A CN 201810975918A CN 108768914 B CN108768914 B CN 108768914B
Authority
CN
China
Prior art keywords
division multiplexing
orthogonal
frequency division
signal
symbol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810975918.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108768914A (zh
Inventor
贾敏
李俊龙
郭庆
李亚秋
刘枫
李久超
张千
顾学迈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201810975918.6A priority Critical patent/CN108768914B/zh
Publication of CN108768914A publication Critical patent/CN108768914A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108768914B publication Critical patent/CN108768914B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2602—Signal structure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0006—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission format
    • H04L1/0007—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission format by modifying the frame length
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2626—Arrangements specific to the transmitter only
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2657—Carrier synchronisation
    • H04L27/2659—Coarse or integer frequency offset determination and synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2657—Carrier synchronisation
    • H04L27/266—Fine or fractional frequency offset determination and synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2689—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation
    • H04L27/2695—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation with channel estimation, e.g. determination of delay spread, derivative or peak tracking

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

为了提升频带利用率和增加可靠性，提供一种联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统，属于无线通信技术领域。本发明包括：发射端将发送信息码元分组，利用星座映射将每组码元映射成一个复符号；由复符号组成的高效频分复用符号，对高效频分复用符号的前导复符号进行正交处理，生成正交高效频分复用信号，对除去前导复符号的高效频分复用符号进行高频谱利用率的非正交处理，生成非正交高效频分复用信号；将正交与非正交高效频分复用信号按照短前导、长前导、数据负载、信号有效载荷的顺序进行封装和发送，接收端对接收信息进行帧位置判定，并进行载波频率偏差补偿、时延补偿、非正交高效频分复用信号的映射与解调，获得发送信息。

Description

联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统
技术领域
本发明涉及一种高效频分复用传输方法及传输系统，特别涉及一种联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统，属于无线通信技术领域的传输协议及技术领域。
背景技术
在现有的通信体制中，OFDM有着传输速率高，解码复杂度低等优点，得到了广泛的使用。OFDM主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ISI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
但随着通信中对数据传输速率要求的提高与通信资源的日趋紧张，该系统的频谱效率利用低，传输速度受限等问题显现了出来。传统多载波无线通信系统频带利用率仍有待提升，需要更高效的传输技术；带宽压缩的高效频分复用传输系统子载波间隔更近，经过实际复杂信道传输后同步解调困难，误码率随着子载波间隔靠近而急速上升，需要更可靠的传输方式。
发明内容
本发明的目的是为了提升频带利用率和增加可靠性，本发明提供一种联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统。
本发明的联合正交与非正交的高效频分复用传输方法，所述方法包括：
S1、发送信息步骤：
S11、将发送信息码元分组，利用星座映射将每组码元映射成一个复符号；
S12、由复符号组成的高效频分复用符号，对高效频分复用符号的前导复符号进行正交处理，生成正交高效频分复用信号，对除去前导复符号的高效频分复用符号进行高频谱利用率的非正交处理，生成非正交高效频分复用信号；
S13、将正交高效频分复用信号与非正交高效频分复用信号按照顺序进行帧的封装和发送，帧的整体按照短前导、长前导、数据负载、信号有效载荷的顺序排布；
S2、接收信息步骤：
对接收信息进行帧位置判定，并进行载波频率偏差补偿、时延补偿、非正交高效频分复用信号的映射与解调，获得发送信息。
优选的是，所述S11包括：
S111、确定调制相位数目m和发送信息码元数目n；
S112、对发送信息码元分组，确定每组的码元个数h和映射后复符号个数e：
h＝log2m；
Figure BDA0001777399820000021
S113、各组码元以设定的规则映射到复平面上不同的星座点，形成了e个不同相位的复符号。
优选的是，所述S12包括：
S121、由若干组高效频分复用符号组成高效频分复用信号，每组高效频分复用符号携带N个复符号，除去前导复符号的每组高效频分复用符号调制到一组相互交叠、非正交的子载波上，调制后的高效频分复用信号x(t)；N表示子载波数量，T为高效频分复用符号间隔；
S122、对x(t)以T/N间隔采样，获得离散形式的高效频分复用信号Xl[k]；Xl[k]表示第l组高效频分复用符号上的第k个时间样本点；
S123、根据
Figure BDA0001777399820000022
获取非正交高效频分复用信号的矩阵，其中
Figure BDA0001777399820000023
为第l组高效频分复用符号对应的数据向量，
Figure BDA0001777399820000024
为第l组复符号对应的数据向量，
Figure BDA0001777399820000025
为N×N的矩阵，形式为：
Figure BDA0001777399820000026
其中元素
Figure BDA0001777399820000027
0≤n<N，0≤k<N，α为带宽压缩因子，j表示虚数。
S124、将带宽压缩因子α置为1，将每组高效频分复用符号的前导复符号调制到一组正交的子载波上，再采用S122和S123的方法获得正交高效频分复用信号的矩阵。
优选的是，所述S2包括：
S21、将接收的信号进行相关性检验，通过相关性检验结果，确定前导正交信号的位置，结合判决门限进行包检测，确认帧的起始位置；
S22、建立接收符号频偏模型，根据接收符号频偏模型，粗估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号补偿；
S23、根据建立的接收符号频偏模型，精细估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号再次补偿；
S24、对信道进行估计，再根据估计的信道和S23补偿后的接收信号对进行接收信号的信道均衡，实现时延补偿；
S25、使用迭代检测和固定球形译码的混合算法对接收信号的非正交高谱效信号进行映射，映射出复符号；
S26、对S25映射出的复符号进行解调，通过星座逆映射，获得发送信息的若干码元组的二进制比特信息。
优选的是，所述接收符号频偏模型：
Figure BDA0001777399820000031
其中，y(ns)为接收信号序列，x(ns)为发送信号的短正交前导码序列，ftx为发射机发射信号时的中心频率，frx为接收信号时的中心频率，Ts为码元速率；
根据接收符号频偏模型，获得含有信号能量强度的z参数：
Figure BDA0001777399820000032
其中，D为一个周期的比特信息序列，L为自相关系数的长度，fΔ为载波频率偏差值；
根据z参数，粗估计fΔ的值：
Figure BDA0001777399820000041
本发明还提供一种联合正交与非正交的高效频分复用传输系统，所述系统包括发射机和接收机；
发射机包括：
映射单元，用以将发送信息码元分组，利用星座映射将每组码元映射成一个复符号；
正交与非正交处理单元，用以由复符号组成的高效频分复用符号，对高效频分复用符号的前导复符号进行正交处理，生成正交高效频分复用信号，对除去前导复符号的高效频分复用符号进行高频谱利用率的非正交处理，生成非正交高效频分复用信号；
装帧单元，用以将正交高效频分复用信号与非正交高效频分复用信号按照顺序进行帧的封装和发送，帧的整体按照短前导、长前导、数据负载、信号有效载荷的顺序排布；
接收机，用以对接收信息进行帧位置判定，并进行载波频率偏差补偿、时延补偿、非正交高效频分复用信号的映射与解调，获得发送信息。
优选的是，所述映射单元包括：
用于确定调制相位数目m和发送信息码元数目n的模块；
用于对发送信息码元分组，确定每组的码元个数h和映射后复符号个数e的模块；
h＝log2m；
Figure BDA0001777399820000042
用于各组码元以设定的规则映射到复平面上不同的星座点，形成了e个不同相位的复符号的模块。
优选的是，所述正交与非正交处理单元包括：
非正交处理模块，用以由若干组高效频分复用符号组成高效频分复用信号，每组高效频分复用符号携带N个复符号，除去前导复符号的每组高效频分复用符号调制到一组相互交叠、非正交的子载波上，调制后的高效频分复用信号x(t)；N表示子载波数量，T为高效频分复用符号间隔；
离散模块，用于对x(t)以T/N间隔采样，获得离散形式的高效频分复用信号Xl[k]；Xl[k]表示第l组高效频分复用符号上的第k个时间样本点；
矩阵获取模块，用于根据
Figure BDA0001777399820000051
获取非正交高效频分复用信号的矩阵，其中
Figure BDA0001777399820000052
为第l组高效频分复用符号对应的数据向量，
Figure BDA0001777399820000053
为第l组复符号对应的数据向量，
Figure BDA0001777399820000054
为N×N的矩阵，形式为：
Figure BDA0001777399820000055
其中元素
Figure BDA0001777399820000056
0≤n<N，0≤k<N，α为带宽压缩因子，j表示虚数。
正交矩阵获取模块，用于将带宽压缩因子α置为1，将每组高效频分复用符号的前导复符号调制到一组正交的子载波上，再调用离散模块和矩阵获取模块获得正交高效频分复用信号的矩阵。
优选的是，所述接收机包括：
检测信号单元，用于将接收的信号进行相关性检验，通过相关性检验结果，确定前导正交信号的位置，结合判决门限进行包检测，确认帧的起始位置；
偏差粗估计单元，用于建立接收符号频偏模型，根据接收符号频偏模型，粗估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号补偿；
偏差精细估计单元，用于根据建立的接收符号频偏模型，精细估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号再次补偿；
信道估计与均衡单元，用于对信道进行估计，再根据估计的信道和S23补偿后的接收信号对进行接收信号的信道均衡，实现时延补偿；
非正交高效频谱信号映射单元，用于使用迭代检测和固定球形译码的混合算法对接收信号的非正交高效频谱信号进行映射，映射出复符号；
调制单元，用于对映射出的复符号进行解调，通过星座逆映射，获得发送信息的若干码元组的二进制比特信息。
优选的是，所述接收符号频偏模型：
Figure BDA0001777399820000061
其中，y(ns)为接收信号序列，x(ns)为发送信号的短正交前导码序列，ftx为发射机发射信号时的中心频率，frx为接收信号时的中心频率，Ts为码元速率；
根据接收符号频偏模型，获得含有信号能量强度的z参数：
Figure BDA0001777399820000062
其中，D为一个周期的比特信息序列，L为自相关系数的长度，fΔ为载波频率偏差值；
根据z参数，粗估计fΔ的值：
Figure BDA0001777399820000063
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明的有益效果在于，本发明在频谱利用率方面相比传统的OFDM系统频带利用率更高，此外本发明结合非正交高效频分复用体质特点，进行帧结构设计，使信号能够得到更低误码率的传输，增加可靠性，在增加一定接收机系统开销的情况下进行高压缩比的高谱效传输。
附图说明
图1为高效频分复用符号生成原理图，Im表示虚部，Re表示实部；
图2为高效频分复用与OFDM频谱图；
图3为本发明帧的设计结构图；
图4为现有SEFDM传输、本发明误码率与OFDM理论误码率对比曲线。
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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的联合正交与非正交的高效频分复用传输方法，所述方法包括：
S1、发送信息步骤：
S11、将发送信息码元分组，利用星座映射将每组码元映射成一个复符号，如图1所示；
S12、由复符号组成的高效频分复用符号，对高效频分复用符号的前导复符号进行正交处理，生成正交高效频分复用信号，对除去前导复符号的高效频分复用符号进行高频谱利用率的非正交处理，生成非正交高效频分复用信号；
S13、将正交高效频分复用信号与非正交高效频分复用信号按照顺序进行帧的封装和发送，如图2所示，帧的整体按照短前导、长前导、数据负载、信号有效载荷的顺序排布；
S2、接收信息步骤：
对接收信息进行帧位置判定，并进行载波频率偏差补偿、时延补偿、非正交高效频分复用信号的映射与解调，获得发送信息。
本实施方式通过进一步的频带压缩，在频谱利用率方面相比传统OFDM系统频带利用率更高，本实施方式使用联合正交与非正交的高效频分复用传输系统帧，发送端通过帧结构对比特数据流进行星座映射，非正交变换生成SEFDM信号，而前导则使用正交频分复用信号，进行装帧后发送。在接收端，使用配合帧结构的设计方法进行帧位置判定，频偏补偿、时延补偿与信号的映射与解调。在接收端运算复杂度增加较少的情况下，提高了传输中的频谱利用率，并且降低了传输误码率，使系统具有高可靠性与相对少的使用频谱资源。
S11是进行符号映射，符号映射的目的是生成星座映射复符号，由发送信息的0,1二进制比特信息，经过不同的调制方式，将若干码元为一组映射成复符号，优选实施例中，本实施方式的S11包括：
S111、确定调制相位数目m和发送信息码元数目n；
S112、对发送信息码元分组，确定每组的码元个数h和映射后复符号个数e：
h＝log2m；
Figure BDA0001777399820000081
S113、各组码元以设定的规则映射到复平面上不同的星座点，形成了e个不同相位的复符号。根据星座点数设置的不同，每组映射的原象码元的个数的增加在一定程度上相当于传输效率的提高。
优选实施例中，本实施方式的S12包括：
S121、由若干组高效频分复用符号组成高效频分复用信号，每组高效频分复用符号携带N个复符号，除去前导复符号的每组高效频分复用符号调制到一组相互交叠、非正交的子载波上，调制后的高效频分复用信号x(t)；N表示子载波数量，T为高效频分复用符号间隔；
S122、对x(t)以T/N间隔采样，获得离散形式的高效频分复用信号Xl[k]；Xl[k]表示第l组高效频分复用符号上的第k个时间样本点；
S123、根据
Figure BDA0001777399820000082
获取非正交高效频分复用信号的矩阵，其中
Figure BDA0001777399820000083
为第l组高效频分复用符号对应的数据向量，
Figure BDA0001777399820000084
为第l组复符号对应的数据向量，
Figure BDA0001777399820000085
为N×N的矩阵，形式为：
Figure BDA0001777399820000091
其中元素
Figure BDA0001777399820000092
α为带宽压缩因子，j表示虚数。
S124、将带宽压缩因子α置为1，将每组高效频分复用符号的前导复符号调制到一组正交的子载波上，再采用S122和S123的方法获得正交高效频分复用信号的矩阵。
优选实施例中，本实施方式的S2包括：
S21、将接收的信号进行相关性检验，通过相关性检验结果，确定前导正交信号的位置，结合判决门限进行包检测，确认帧的起始位置；
S22、建立接收符号频偏模型，根据接收符号频偏模型，粗估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号补偿；
S23、根据建立的接收符号频偏模型，精细估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号再次补偿；
S24、对信道进行估计，再根据估计的信道和S23补偿后的接收信号对进行接收信号的信道均衡，实现时延补偿；
S25、使用迭代检测和固定球形译码的混合算法对接收信号的非正交高谱效信号进行映射，映射出复符号；
S26、对S25映射出的复符号进行解调，通过星座逆映射，获得发送信息的若干码元组的二进制比特信息。
优选实施例中，本实施方式的接收符号频偏模型：
Figure BDA0001777399820000093
其中，y(ns)为接收信号序列，x(ns)为发送信号的短正交前导码序列，ftx为发射机发射信号时的中心频率，frx为接收信号时的中心频率，Ts为码元速率；
根据接收符号频偏模型，获得含有信号能量强度的z参数：
Figure BDA0001777399820000101
其中，D为一个周期的比特信息序列，L为自相关系数的长度，fΔ为载波频率偏差值；
根据z参数，粗估计fΔ的值：
Figure BDA0001777399820000102
本实施方式还提供一种联合正交与非正交的高效频分复用传输系统，包括发射机和接收机；
发射机包括：
映射单元，用以将发送信息码元分组，利用星座映射将每组码元映射成一个复符号；
正交与非正交处理单元，用以由复符号组成的高效频分复用符号，对高效频分复用符号的前导复符号进行正交处理，生成正交高效频分复用信号，对除去前导复符号的高效频分复用符号进行高频谱利用率的非正交处理，生成非正交高效频分复用信号；
装帧单元，用以将正交高效频分复用信号与非正交高效频分复用信号按照顺序进行帧的封装和发送，帧的整体按照短前导、长前导、数据负载、信号有效载荷的顺序排布；
接收机，用以对接收信息进行帧位置判定，并进行载波频率偏差补偿、时延补偿、非正交高效频分复用信号的映射与解调，获得发送信息。
优选实施例中，所述映射单元包括：
用于确定调制相位数目m和发送信息码元数目n的模块；
用于对发送信息码元分组，确定每组的码元个数h和映射后复符号个数e的模块；
h＝log2m；
Figure BDA0001777399820000111
用于各组码元以设定的规则映射到复平面上不同的星座点，形成了e个不同相位的复符号的模块。
优选实施例中，所述正交与非正交处理单元包括：
非正交处理模块，用以由若干组高效频分复用符号组成高效频分复用信号，每组高效频分复用符号携带N个复符号，除去前导复符号的每组高效频分复用符号调制到一组相互交叠、非正交的子载波上，调制后的高效频分复用信号x(t)；N表示子载波数量，T为高效频分复用符号间隔；
离散模块，用于对x(t)以T/N间隔采样，获得离散形式的高效频分复用信号Xl[k]；Xl[k]表示第l组高效频分复用符号上的第k个时间样本点；
矩阵获取模块，用于根据
Figure BDA0001777399820000112
获取非正交高效频分复用信号的矩阵，其中
Figure BDA0001777399820000113
为第l组高效频分复用符号对应的数据向量，
Figure BDA0001777399820000114
为第l组复符号对应的数据向量，
Figure BDA0001777399820000115
为N×N的矩阵，形式为：
Figure BDA0001777399820000116
其中元素
Figure BDA0001777399820000117
0≤n<N，0≤k<N，α为带宽压缩因子，j表示虚数。
正交矩阵获取模块，用于将带宽压缩因子α置为1，将每组高效频分复用符号的前导复符号调制到一组正交的子载波上，再调用离散模块和矩阵获取模块获得正交高效频分复用信号的矩阵。
优选实施例中，所述接收机包括：
检测信号单元，用于将接收的信号进行相关性检验，通过相关性检验结果，确定前导正交信号的位置，结合判决门限进行包检测，确认帧的起始位置；
偏差粗估计单元，用于建立接收符号频偏模型，根据接收符号频偏模型，粗估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号补偿；
偏差精细估计单元，用于根据建立的接收符号频偏模型，精细估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号再次补偿；
信道估计与均衡单元，用于对信道进行估计，再根据估计的信道和S23补偿后的接收信号对进行接收信号的信道均衡，实现时延补偿；
非正交高效频谱信号映射单元，用于使用迭代检测和固定球形译码的混合算法对接收信号的非正交高效频谱信号进行映射，映射出复符号；
调制单元，用于对映射出的复符号进行解调，通过星座逆映射，获得发送信息的若干码元组的二进制比特信息。
优选实施例中，所述接收符号频偏模型：
Figure BDA0001777399820000121
其中，y(ns)为接收信号序列，x(ns)为发送信号的短正交前导码序列，ftx为发射机发射信号时的中心频率，frx为接收信号时的中心频率，Ts为码元速率；
根据接收符号频偏模型，获得含有信号能量强度的z参数：
Figure BDA0001777399820000122
其中，D为一个周期的比特信息序列，L为自相关系数的长度，fΔ为载波频率偏差值；
根据z参数，粗估计fΔ的值：
Figure BDA0001777399820000131
具体实施例：本实施方式提供一种联合正交与非正交的高效频分复用传输系统，包括发射机和接收机；
发射机的工作过程为：
1、符号映射。符号映射的目的是生成星座映射复符号，由发送信息的0,1二进制比特信息，经过不同的调制方式，将若干码元为一组映射成复符号，以四相位星座映射为例：
(1)设调制相位数目为m，发送信息码元数目为n，映射后复符号个数为e；
(2)发送信息0,1码元分组，每组码元映射为一个复符号，每组的码元个数h和调制相位数目m以及映射后复符号个数e的关系为：
Figure BDA0001777399820000132
h＝log2m
(3)各组码元以设定的规则映射到复平面上不同的星座点，形成了e个不同相位的复符号，根据星座点数设置的不同，每组映射的原象码元的个数的增加在一定程度上相当于传输效率的提高。四相位星座映射下，将符号能量归一化，代码中，信息码元到复平面上符号位置的映射关系为：
Figure BDA0001777399820000133
(i＝0,1；j＝0,1)
若为四相位映射，m＝4，h＝log2m＝2，因此每组码元个数为2，复符号共有m＝4种形式，映射关系为：
Figure BDA0001777399820000134
Figure BDA0001777399820000135
Figure BDA0001777399820000136
Figure BDA0001777399820000137
2、高频谱利用率的正交与非正交处理：
(1)、高效频分复用信号是由若干组高效频分复用符号组成，每组高效频分复用符号携带N个复符号，以T为周期进行数据传输。高效频分复用符号中除去前导复符号的复符号调制到一组相互交叠，非正交的子载波上，调制后的高效频分复用信号x(t)形式为：
Figure BDA0001777399820000141
其中，α为带宽压缩因子，α＝△f×T，△f为子载波间隔，T为高效频分复用符号间隔，N为子载波数量，Ql,n为第l个高效频分复用符号中的第n个子载波上承载的复符号数据，对应步骤A3中实际传输的数据部分的映射处理结果Ql,n。
(2)、离散的高效频分复用信号由对连续形式信号x(t)采样获得，以T/N间隔采样，采样后离散形式的高效频分复用信号表达式为：
Figure BDA0001777399820000142
其中，不使用过采样，N表示子载波数量及表示采样点数，Xl[k]表示第l个符号上的第k个时间样本点，
Figure BDA0001777399820000143
为归一化常数。
(3)非正交高效频分复用信号的矩阵形式为：
Figure BDA0001777399820000144
其中，
Figure BDA0001777399820000145
为第l组高效频分复用符号对应的数据向量，
Figure BDA0001777399820000146
Figure BDA0001777399820000147
为映射符号对应的数据向量，
Figure BDA0001777399820000148
Figure BDA0001777399820000149
为N×N的矩阵，其形式为：
Figure BDA00017773998200001410
Figure BDA0001777399820000151
即其中元素为
Figure BDA0001777399820000152
0≤n<N，0≤k<N。
(4)、将带宽压缩因子α置为1，将将每组高效频分复用符号的前导复符号调制到一组正交的子载波上，按照上述(2)和(3)的顺序，生成正交频分复用信号。
3、进行装帧和发送。将2中的正交与非正交高效频分复用信号，按照一定顺序进行帧的封装，通过合适的位置与长度设计，可以保证系统的同步与补偿部分能够准确的对接收机的接收帧进行同步与补偿。帧的整体按照短前导、长前导、数据负载、信令的四部分顺序排布。本次发明中长短前导均为96Bit正交频分复用信号，信令与数据负载分别为192Bit的非正交高效频分复用信号。
接收机的工作过程为：
1、检测接收信号的延迟与相关性。将接收的信号进行相关性检验，在前导正交信号设计中采用了重复同一比特信息序列的方法，所以通过相关性检验结果，可以确定前导正交信号的位置，结合判决门限进行包检测，确认帧的起始位置。
Figure BDA0001777399820000153
Figure BDA0001777399820000154
Figure BDA0001777399820000155
其中y为接收机接收到的信号，D为一个周期的比特信息序列，L为自相关系数的长度，本实施例中取为2D。计算出的M(ns)为自相关函数序列，设定门限值Threshold，取大于门限值的对应的ns值，提取最小的ns，所对应的y中位置，按发射帧的帧长度进行截取，获得一个接收帧。
2、载波频率偏差粗估计与补偿。由于发射频率与接收频率存在频率的不同，所以存在载波频率偏差：
(1)、建立接收符号频偏模型：
Figure BDA0001777399820000161
其中y(ns)为接收机收到的信号序列，x(ns)为发送的信号短正交前导码序列。ftx为发射机发射信号时的中心频率，frx为接收机接收信号时的中心频率，Ts为码元速率。该模型描述了发射机与接收机中心频率的偏差，导致接收的信号与发射的信号之间存在频率偏差。
(2)、计算粗估计载波频率偏差值f△，其具体计算方法为：
Figure BDA0001777399820000162
fΔ为载波频率偏差值，通过(1)中的接收符号频偏模型计算出含有信号能量强度的z参数，继而可粗估计
Figure BDA0001777399820000163
的值，具体估算方法为：
Figure BDA0001777399820000164
3、载波频率偏差精细估计与补偿。由于发射频率与接收频率存在频率的不同，所以存在载波频率偏差。该阶段使用2后进行恢复的信号进行进一步频偏校准，该阶段的具体步骤为：
(1)、建立接收符号频偏模型：
Figure BDA0001777399820000171
其中y(ns)为接收机收到的信号序列，x(ns)为发送的信号长正交前导码序列。ftx为发射机发射信号时的中心频率，frx为接收机接收信号时的中心频率，Ts为码元速率。该模型描述了发射机与接收机中心频率的偏差，导致接收的信号与发射的信号之间存在频率偏差。
(2)、计算f△，其具体计算方法为：
Figure BDA0001777399820000172
其中通过上述(1)中的接收符号频偏模型计算出含有信号能量强度的z参数，继而可精细估计
Figure BDA0001777399820000173
的值，具体估算方法为：
Figure BDA0001777399820000174
4、信道估计与均衡。信号传输中会有信道衰减与多径效应等影响，本步骤主要进行该部分的估计与均衡，实现时延补偿：
(1)、信道估计。使用R(k)＝H(k)X(k)+N(k)表示接收端信号，其中H(k)表示信道对发射信号的影响，N(k)表示信道噪声。使用长前导序列帧和进行运算，在接收机中也存储着长前导帧的正交频分复用信号，即已知X(k)与R(k)求解
Figure BDA0001777399820000175
具体估算方法为：
Figure BDA0001777399820000181
(2)、对接收信号进行信道均衡，具体的均衡方法为：
Figure BDA0001777399820000182
其中Y(k)为在接收机进行3之后的接收信号，
Figure BDA0001777399820000183
为估计的信道函数，
Figure BDA0001777399820000184
为信道均衡后的接收信号。
5、非正交高谱效信号的映射。使用迭代检测和固定球形译码的混合算法ID-FSD来对非正交高谱效信号进行映射，该算法可以在性能和复杂度上做出更好的权衡，该混合算法的思路是：
1)ID和FSD算法并行运行，针对一组数据得出各自的检测结果。
2)针对所有符号，将ID和FSD的检测结果分别计算。
3)取上一步计算结果的主对角线数据，该数据即为两种检测方式下每个符号的估计误差。
4)选出上一步中计算出的估计误差较小的检测算法的检测结果，作为最终的符号检测结果。
6、符号逆映射。与发射机中符号映射过程相反，经过不同的解调方式，星座映射复符号目的是生成比特信号，由复符号逆映射为发送信息的若干码元组的0,1二进制比特信息。
图1为本发明高效频分复用符号生成原理图。该部分解释了如何利用傅里叶反变换生成子载波不正交的高效频分复用符号。以8载波、α＝0.5为例，图中实心图形代表8点高效频分复用符号频率样本点，实心图形加空心图形代表16点IDFT操作的频率样本点。如图可以看出，生成8载波高效频分复用符号等效于末端有8个无效数据0的16点数据符号的IDFT。同等子载波个数情况下，α＝0.5的高效频分复用符号上每个子载波的频率样本点相比OFDM都压缩了一半，8载波OFDM符号的频率样本点为图中菱形所表示的点。
图2为本发明生成的高效频分复用与现有OFDM频谱图对比。结合图1的参数，带宽压缩因子α＝0.5，理论上每个子载波间隔压缩至OFDM符号子载波间隔的一半，故整个符号所占用的频带也是同等子载波个数下OFDM符号占用频带的二分之一。
图3为本发明的帧结构设计图，图中帧结构由四部分组成，第一部分为短正交同步前导，该同步前导由10次重复的无极性巴克码组成；第二部分为长同步正交信号，主要用于频偏校准与时延使用；第三部分为传输的数据信息；第四部分为系统中的信令信号，第三部分与第四部分均有高效频分复用信号构成。
图4为本发明帧结构设计下的系统传输误码率、现有SEFDM系统误码率与OFDM理论值的对比曲线。从图中可以看出本发明设计的帧结构能够接近OFDM传输系统的理论性能，而且明显好于传统的SEFDM传输系统，在信噪比Eb/N0为10dB时,本发明的误码率性能要比传统SEFDM系统小103倍，可以明显提高传输系统的可靠性，且可保证有效传输的压缩带宽比例也比传统的SEFDM系统更高。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.一种联合正交与非正交的高效频分复用传输方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、发送信息步骤：
S11、将发送信息码元分组，利用星座映射将每组码元映射成一个复符号；
S12、由复符号组成的高效频分复用符号，对高效频分复用符号的前导复符号进行正交处理，生成正交高效频分复用信号，对除去前导复符号的高效频分复用符号进行高频谱利用率的非正交处理，生成非正交高效频分复用信号；
S13、将正交高效频分复用信号与非正交高效频分复用信号按照顺序进行帧的封装和发送，帧的整体按照短前导、长前导、数据负载、信号有效载荷的顺序排布；
S2、接收信息步骤：
对接收信息进行帧位置判定，并进行载波频率偏差补偿、时延补偿、非正交高效频分复用信号的映射与解调，获得发送信息；
所述S11包括：
S111、确定调制相位数目m和发送信息码元数目n；
S112、对发送信息码元分组，确定每组的码元个数h和映射后复符号个数e：
h＝log2m；
Figure FDA0002647928330000011
S113、各组码元以设定的规则映射到复平面上不同的星座点，形成了e个不同相位的复符号；
所述S12包括：
S121、由若干组高效频分复用符号组成高效频分复用信号，每组高效频分复用符号携带N个复符号，除去前导复符号的每组高效频分复用符号调制到一组相互交叠、非正交的子载波上，调制后的高效频分复用信号x(t)；N表示子载波数量，T为高效频分复用符号间隔；
S122、对x(t)以T/N间隔采样，获得离散形式的高效频分复用信号Xl[k]；Xl[k]表示第l组高效频分复用符号上的第k个时间样本点；
S123、根据
Figure FDA0002647928330000012
获取非正交高效频分复用信号的矩阵，其中
Figure FDA0002647928330000013
为第l组高效频分复用符号对应的数据向量，
Figure FDA0002647928330000021
为第l组复符号对应的数据向量，
Figure FDA0002647928330000022
为N×N的矩阵，形式为：
Figure FDA0002647928330000023
其中元素
Figure FDA0002647928330000024
0≤n＜N，0≤k＜N，α为带宽压缩因子，j表示虚数；
S124、将带宽压缩因子α置为1，将每组高效频分复用符号的前导复符号调制到一组正交的子载波上，再采用S122和S123的方法获得正交高效频分复用信号的矩阵。
2.根据权利要求1所述的联合正交与非正交的高效频分复用传输方法，其特征在于，所述S2包括：
S21、将接收的信号进行相关性检验，通过相关性检验结果，确定前导正交信号的位置，结合判决门限进行包检测，确认帧的起始位置；
S22、建立接收符号频偏模型，根据接收符号频偏模型，粗估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号补偿；
S23、根据建立的接收符号频偏模型，精细估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号再次补偿；
S24、对信道进行估计，再根据估计的信道和S23补偿后的接收信号对进行接收信号的信道均衡，实现时延补偿；
S25、使用迭代检测和固定球形译码的混合算法对接收信号的非正交高谱效信号进行映射，映射出复符号；
S26、对S25映射出的复符号进行解调，通过星座逆映射，获得发送信息的若干码元组的二进制比特信息。
3.根据权利要求2所述的联合正交与非正交的高效频分复用传输方法，其特征在于，所述接收符号频偏模型：
Figure FDA0002647928330000031
其中，y(ns)为接收信号序列，x(ns)为发送信号的短正交前导码序列，ftx为发射机发射信号时的中心频率，frx为接收信号时的中心频率，Ts为码元速率；
根据接收符号频偏模型，获得含有信号能量强度的z参数：
Figure FDA0002647928330000032
其中，D为一个周期的比特信息序列，L为自相关系数的长度，fΔ为载波频率偏差值；
根据z参数，粗估计fΔ的值：
Figure FDA0002647928330000033
4.一种联合正交与非正交的高效频分复用传输系统，其特征在于，所述系统包括发射机和接收机；
发射机包括：
映射单元，用以将发送信息码元分组，利用星座映射将每组码元映射成一个复符号；
正交与非正交处理单元，用以由复符号组成的高效频分复用符号，对高效频分复用符号的前导复符号进行正交处理，生成正交高效频分复用信号，对除去前导复符号的高效频分复用符号进行高频谱利用率的非正交处理，生成非正交高效频分复用信号；
装帧单元，用以将正交高效频分复用信号与非正交高效频分复用信号按照顺序进行帧的封装和发送，帧的整体按照短前导、长前导、数据负载、信号有效载荷的顺序排布；
接收机，用以对接收信息进行帧位置判定，并进行载波频率偏差补偿、时延补偿、非正交高效频分复用信号的映射与解调，获得发送信息；
所述映射单元包括：
用于确定调制相位数目m和发送信息码元数目n的模块；
用于对发送信息码元分组，确定每组的码元个数h和映射后复符号个数e的模块；
h＝log2m；
Figure FDA0002647928330000041
用于各组码元以设定的规则映射到复平面上不同的星座点，形成了e个不同相位的复符号的模块；
所述正交与非正交处理单元包括：
非正交处理模块，用以由若干组高效频分复用符号组成高效频分复用信号，每组高效频分复用符号携带N个复符号，除去前导复符号的每组高效频分复用符号调制到一组相互交叠、非正交的子载波上，调制后的高效频分复用信号x(t)；N表示子载波数量，T为高效频分复用符号间隔；
离散模块，用于对x(t)以T/N间隔采样，获得离散形式的高效频分复用信号Xl[k]；Xl[k]表示第l组高效频分复用符号上的第k个时间样本点；
矩阵获取模块，用于根据
Figure FDA0002647928330000042
获取非正交高效频分复用信号的矩阵，其中
Figure FDA0002647928330000043
为第l组高效频分复用符号对应的数据向量，
Figure FDA0002647928330000044
为第l组复符号对应的数据向量，
Figure FDA0002647928330000045
为N×N的矩阵，形式为：
Figure FDA0002647928330000046
其中元素
Figure FDA0002647928330000047
0≤n＜N，0≤k＜N，α为带宽压缩因子，j表示虚数；
正交矩阵获取模块，用于将带宽压缩因子α置为1，将每组高效频分复用符号的前导复符号调制到一组正交的子载波上，再调用离散模块和矩阵获取模块获得正交高效频分复用信号的矩阵。
5.根据权利要求4所述的联合正交与非正交的高效频分复用传输系统，其特征在于，所述接收机包括：
检测信号单元，用于将接收的信号进行相关性检验，通过相关性检验结果，确定前导正交信号的位置，结合判决门限进行包检测，确认帧的起始位置；
偏差粗估计单元，用于建立接收符号频偏模型，根据接收符号频偏模型，粗估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号补偿；
偏差精细估计单元，用于根据建立的接收符号频偏模型，精细估计载波频率偏差值，根据该载波频率偏差值对接收信号再次补偿；
信道估计与均衡单元，用于对信道进行估计，再根据估计的信道和S23补偿后的接收信号对进行接收信号的信道均衡，实现时延补偿；
非正交高效频谱信号映射单元，用于使用迭代检测和固定球形译码的混合算法对接收信号的非正交高效频谱信号进行映射，映射出复符号；
调制单元，用于对映射出的复符号进行解调，通过星座逆映射，获得发送信息的若干码元组的二进制比特信息。
6.根据权利要求5所述的联合正交与非正交的高效频分复用传输系统，其特征在于，所述接收符号频偏模型：
Figure FDA0002647928330000051
其中，y(ns)为接收信号序列，x(ns)为发送信号的短正交前导码序列，ftx为发射机发射信号时的中心频率，frx为接收信号时的中心频率，Ts为码元速率；
根据接收符号频偏模型，获得含有信号能量强度的z参数：
Figure FDA0002647928330000061
其中，D为一个周期的比特信息序列，L为自相关系数的长度，fΔ为载波频率偏差值；
根据z参数，粗估计fΔ的值：
Figure FDA0002647928330000062
CN201810975918.6A 2018-08-24 2018-08-24 联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统 Active CN108768914B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810975918.6A CN108768914B (zh) 2018-08-24 2018-08-24 联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810975918.6A CN108768914B (zh) 2018-08-24 2018-08-24 联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108768914A CN108768914A (zh) 2018-11-06
CN108768914B true CN108768914B (zh) 2020-12-11

Family

ID=63967039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810975918.6A Active CN108768914B (zh) 2018-08-24 2018-08-24 联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108768914B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109361634B (zh) * 2018-11-21 2021-07-23 深圳昂瑞微电子技术有限公司 接收机载波频偏的补偿方法及系统
CN115277340B (zh) * 2021-04-30 2024-04-19 维沃移动通信有限公司 数据传输方法、装置、设备及存储介质
CN114285717B (zh) * 2022-03-03 2022-07-01 新华三技术有限公司 一种信号识别的方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101399803A (zh) * 2007-09-27 2009-04-01 大唐移动通信设备有限公司 正交频分复用传输信号的多用户检测方法及装置
CN101651522A (zh) * 2009-09-14 2010-02-17 清华大学 Ofdm系统空频编码发射分集的解调方法及其系统
EP2573990A1 (en) * 2011-09-26 2013-03-27 Alcatel Lucent Apparatus and method for transmitting a multicarrier signal
CN106789820A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 哈尔滨工业大学 联合正交变换与非正交的高效频分复用传输峰均比抑制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7548564B2 (en) * 2004-12-10 2009-06-16 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for transmitting data based on OFDM

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101399803A (zh) * 2007-09-27 2009-04-01 大唐移动通信设备有限公司 正交频分复用传输信号的多用户检测方法及装置
CN101651522A (zh) * 2009-09-14 2010-02-17 清华大学 Ofdm系统空频编码发射分集的解调方法及其系统
EP2573990A1 (en) * 2011-09-26 2013-03-27 Alcatel Lucent Apparatus and method for transmitting a multicarrier signal
CN106789820A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 哈尔滨工业大学 联合正交变换与非正交的高效频分复用传输峰均比抑制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于带宽压缩的载波聚合技术;刘倩楠，马恒;《信号与信息处理》;20171007;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108768914A (zh) 2018-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100922980B1 (ko) 다중 안테나를 사용하는 직교주파수분할다중 시스템에서 채널 추정 장치 및 방법
CN1697429A (zh) 信道估计装置、信道估计方法及无线接收机
JPWO2005002101A1 (ja) マルチキャリヤ伝送を行なう無線通信システム、受信装置及び受信方法、送信装置及び送信方法、並びに遅延時間算出装置及び遅延時間算出方法
WO2004112292A1 (en) Apparatus and method for transmitting and receiving a pilot pattern for identification of a base station in an ofdm communication system
CN108768914B (zh) 联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统
CN101394385B (zh) 基于时域处理联合信道估计的提高正交频分复用系统性能的方法
US20040258014A1 (en) Apparatus and method for assigning a dedicated pilot channel for identification of a base station in an OFDM communication system
US20040257981A1 (en) Apparatus and method for transmitting and receiving pilot patterns for identifying base stations in an OFDM communication system
CN102752253A (zh) 时频域联合处理抑制正交频分复用系统子载波间干扰的方法
KR20050043298A (ko) 다중 안테나를 사용하는 직교주파수분할다중 시스템에서간섭신호 제거 장치 및 방법
CN101667893A (zh) 基于块空时分组编码的虚拟多输入多输出中继传输方法
CN102870347A (zh) 用于mlse接收器的信道质量估计
CN109691048B (zh) 将发送数据格式化为帧结构的发送机和方法
CN107566311B (zh) 基于资源块滤波rb f-ofdm系统的传输方法
WO2007119451A1 (ja) Ｍｉｍｏ通信装置及びその通信方法
WO2008052146A2 (en) Method and apparatus for refining mimo channel estimation using the signal field
CN111245755B (zh) 一种低复杂度单载波频域均衡系统自适应速率传输方法
CN101141428A (zh) 正交频分复用系统中的导频编译码方法及装置
CA2469913A1 (en) Method and apparatus for multi-carrier transmission
Singh et al. BER performance analysis of OFDM-MIMO system using GNU Radio
CN114584435B (zh) 一种基于调制信息的ofdm-noma均衡检测方法
CN113411281B (zh) 基于并行干扰消除的f-ofdm无线传输方法
KR101225649B1 (ko) 다중 안테나 통신시스템의 채널추정 장치 및 방법
CN107231324A (zh) 应用于高效频分复用传输系统的ici补偿接收方法
CN102281224A (zh) Ofdm接收机及其实现方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant