CN110290082B - 一种用于ofdm系统的空频线性编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是一种用于OFDM系统的空频线性编码方法。在所提方案中，连续两个子载波符号利用信道心进行空频线性编码，检测时对接收信息线性组合后，不再需要信道信息便可直接解调出发送信息。从仿真结果看出，所提的SFLC‑OFDM系统性接近于传统的STLC‑OFDM和传统的STBC‑OFDM系统，同时在多普勒频移增大时，SFLC‑OFDM系统的系统几乎没有变化，而STLC‑OFDM的系统的性能急剧变化。在高速的情况下，SFLC‑OFDM要远优于STLC‑OFDM。

Description

一种用于OFDM系统的空频线性编码方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及用于OFDM系统的空频线性编码方法；本发明涉及空频线性编码(Space-frequency Line Code，SFLC)，空时线性编码(Space-time Line Code，STLC)和OFDM(Multiple Input Multiple Output,MIMO)等技术。
背景技术
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术是一种无线通信的高速传输技术，其基本原理是将高速的数据流分解成许多低速率的子数据流，即将信号分成许多正交的子载波，利用这些相互正交的子载波同时进行传输。该技术利用子载波对数据进行调制，扩展了符号的脉冲宽度，可以有效地抵抗符号间干扰(Inter-SymbolInterference,ISI)，提高了对抗多径衰落的性能。与传统频分复用(Frequency DivisionMultiplexing,FDM)相比，OFDM不需要专门的保护频带。虽然频谱之间会有重叠，但是各个载波之间是相互正交的。根据正交性原理可知，各个载波之间是不存在干扰的，从而大大提高了频谱的利用率。
近来，一种新的多载波传输方式——(Space-time Line Code，STLC)被提出。STLC在发射端利用信道对相邻两个时隙的调制符号进行信息线性编码。接收端通过对接收信息进行线性组合后，可直接解调出发射信息，而不再需要信道信息。STLC和STBC一种满分集增益方案，在提升了系统性能的同时极大的简小了接收端的复杂度，只需进行简单的线性操作就可以解调出发射信息。
STLC在于OFDM系统结合时，利用相邻两个OFDM符号同一位置的子载波符号进行STLC编码，可在提升系统性能同时简化接收端复杂度。但是STLC-OFDM系统的性能受多普勒频移影响较大，在高速的情况下，其性能将急剧变差。针对上诉这种情况，考虑到OFDM的频域特性，本发明在空频域对发射符号进行线性编码，在保留STLC-OFDM的特性同时适用于高速的情况。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，基于传统的空时线性编码(Space-time LineCode，STLC)系统，提出一种在空频的进行线性编码的SFLC-OFDM(Space-frequency linecoded OFDM,SFLC-OFDM)传输方案，该方案保留了传统STLC接收端检测不需要信道估计的特性，并且在对抗不同的多普勒频移时都能有效的提升系统的性能。
本发明的技术方案是：
一种用于OFDM系统的空频线性编码方法，其特征在于，包括以下步骤：
假设一个具有N个子载波的OFDM符号可分为R个OFDM-IM子块，每个子块包含个2子载波。每个子块用X(r)＝[x1(r) x2(r)]T表示，其中r＝1,2,…,R。其中发射天线数为1，接收天线为2。具体有如下几个步骤：
步骤1：获取该OFDM符号的信道信息
步骤2：对传输比特进行QAM/PSK调制，每个子块的调制符号用[s1(r) s2(r)]T。
步骤3：对第r个子块的调制符号进行空频线性编码：
Figure BDA0002143497820000021
其中，
Figure BDA0002143497820000022
表示第一根接收天线的第r个子块的信道信息的平均值；
Figure BDA0002143497820000023
表示第二根接收天线的第r个子块的信道信息的平均值。得到第r个子块的2个发送信号为
Figure BDA0002143497820000024
Figure BDA0002143497820000025
步骤4：计算归一化因子
Figure BDA0002143497820000026
得到归一化的发射符号ηsfx1(r)和ηsfx2(r)
步骤5：对所有子块进行空频线性编码后，得到的SFLC-OFDM符号可以表示为X＝[X(1)T … X(r)T … X(R)T]T。接收端在对接收信息进行去CP和FFT变换后，得到的接收符号表示为Yk＝[yk(1) yk(2) … yk(2r-1) yk(2r) … yk(2R-1) yk(2R)]T，其中k＝1,2表示接收天线，r＝1,2,…,R表示子载波块索引。
步骤6：对处理后的接收符号进行线性组合：
Figure BDA0002143497820000031
Figure BDA0002143497820000032
其中nk(2r-1)表示高斯白噪声。
步骤7：对线性处理后的符号进行解调得到估计的发送信息：
Figure BDA0002143497820000033
Figure BDA0002143497820000034
其中Q(·)表示解调函数。
本发明提出了在空频进行线性编码的OFDM传输方案。在所提方案中，连续两个子载波符号利用信道心进行空频线性编码，检测时对接收信息线性组合后，不再需要信道信息便可直接解调出发送信息。从仿真结果看出，所提的SFLC-OFDM系统性接近于传统的STLC-OFDM和传统的STBC-OFDM系统，同时在多普勒频移增大时，SFLC-OFDM系统的系统几乎没有变化，而STLC-OFDM的系统的性能急剧变化。在高速的情况下，SFLC-OFDM要远优于STLC-OFDM。
附图说明
图1是SFLC-OFDM系统框图；
图2SFLC-OFDM与STLC-OFDM以及STBC-OFDM系统性能对比示意图；
图3不同车速下，SFLC-OFDM和STLC-OFDM系统性能对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：
以N＝1024，BPSK调制为例。其中发射天线数为1，接收天线为2。
一个OFDM符号可分为512个OFDM-IM子块，每个子块包含个2子载波。每个子块用X(r)＝[x1(r) x2(r)]T表示，其中r＝1,2,…,512。具体有如下几个步骤：
步骤1：获取该OFDM符号的信道信息
步骤2：对传输比特进行BPSK调制，每个子块的调制符号用[s1(r) s2(r)]T。
步骤3：对第r个子块的调制符号进行空频线性编码：
Figure BDA0002143497820000041
其中，
Figure BDA0002143497820000042
表示第一根接收天线的第r个子块的信道信息的平均值；
Figure BDA0002143497820000043
表示第二根接收天线的第r个子块的信道信息的平均值。得到第r个子块的2个发送信号为
Figure BDA0002143497820000044
Figure BDA0002143497820000045
步骤4：计算归一化因子
Figure BDA0002143497820000046
得到归一化的发射符号ηsfx1(r)和ηsfx2(r)
步骤5：对所有子块进行空频线性编码后，得到的SFLC-OFDM符号可以表示为X＝[X(1)T … X(r)T … X(512)T]T。接收端在对接收信息进行去CP和FFT变换后，得到的接收符号表示为Yk＝[yk(1) yk(2) … yk(2r-1) yk(2r) … yk(1023) yk(1024)]T，其中k＝1,2表示接收天线，r＝1,2,…,512表示子载波块索引。
步骤6：对处理后的接收符号进行线性组合：
Figure BDA0002143497820000047
Figure BDA0002143497820000048
其中nk(2r-1)表示高斯白噪声。
步骤7：对线性处理后的符号进行解调得到估计的发送信息：
Figure BDA0002143497820000051
Figure BDA0002143497820000052
其中Q(·)表示解调函数。
如图2所示，在5G NR信道下进行仿真，得出本发明的方案相对于传统STLC-OFDM和STBC-OFDM方案能获得相近的性能增益；如图3所示，在5G NR信道不同车速下进行仿真，得出本发明的方案在不用的车速下性能几乎保持不变，而传统STLC-OFDM方案的性能则随着车速增加性能急剧恶化。

Claims (1)

1.一种用于OFDM系统的空频线性编码方法，其特征在于，将一个具有N个子载波的OFDM符号分为R个OFDM-IM子块，N＝1024，每个子块包含2个子载波，每个子块用X(r)＝[x1(r) x2(r)]T表示，其中r＝1,2,…,R表示子载波块索引，发射天线数为1，接收天线数为2；所述编码方法包括：
步骤1：获取OFDM符号的信道信息；
步骤2：对传输比特进行BPSK调制，每个子块的调制符号为[s1(r) s2(r)]T；
步骤3：对第r个子块的调制符号进行空频线性编码：
Figure FDA0002928742420000011
其中，
Figure FDA0002928742420000012
表示第一根接收天线的第r个子块的信道信息的平均值；
Figure FDA0002928742420000013
表示第二根接收天线的第r个子块的信道信息的平均值；得到第r个子块的2个发送信号为
Figure FDA0002928742420000014
Figure FDA0002928742420000015
步骤4：计算归一化因子
Figure FDA0002928742420000016
得到归一化的发射符号ηsfx1(r)和ηsfx2(r)；
步骤5：对所有的子块进行空频线性编码后，得到的SFLC-OFDM符号为X＝[X(1)T … X(r)T … X(R)T]T；接收端在对接收信息进行去CP和FFT变换后，得到的接收符号为Yk＝[yk(1) yk(2) … yk(2r-1) yk(2r) … yk(2R-1) yk(2R)]T，其中k＝1,2表示接收天线序号；
步骤6：对处理后的接收符号进行线性组合：
Figure FDA0002928742420000017
Figure FDA0002928742420000018
其中nk(2r-1)表示高斯白噪声；
步骤7：对线性处理后的符号进行解调得到估计的发送信息：
Figure FDA0002928742420000021
Figure FDA0002928742420000022
其中Q(·)表示解调函数。
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