CN112565150A - 正交加窗正交频分复用系统、主动干扰抵消方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种正交加窗正交频分复用系统、主动干扰抵消方法及应用，正交加窗正交频分复用系统包括发送机和接收机；所述发送机包括串并转换模块、符号映射模块、子载波映射模块、多载波调制模块、并串转换模块、正交加窗模块、正交主动频谱泄漏抵消模块、上变频模块。本发明提供的正交加窗正交频分复用系统，应用了波形滚降速度可变的主动干扰抵消技术，能够在不产生任何子载波间干扰的条件下，更有效抑制信号的频谱泄漏，将正交频分复用系统的频谱泄漏降低到‑75dB以下，从而提高无线通信系统频谱效率；同时还显著改善了主动干扰抵消方法的能量效率，和减少了计算量。

Description

正交加窗正交频分复用系统、主动干扰抵消方法及应用

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种正交加窗正交频分复用系统、主动干扰抵消方法及应用。

背景技术

目前，带宽无线通信面临严重的频谱资源不足的问题，在带宽无线通信中广泛采用的正交频分复用系统(OFDM)却又存在频谱泄漏严重，降低了频谱效率。抑制正交频分复用信号的频谱旁瓣泄漏，对于提高无线频谱效率和缓解无线频谱资源不足有重要意义。

抑制OFDM信号的频谱泄漏的方法主要包括加窗法和主动干扰抵消方法(AIC)，也可以把它们结合起来使用。其中已有的非正交主动干扰抵消存在较严重的干扰系统内数据子载波的缺点；而已有的正交主动干扰抵消虽然对系统内数据子载波不造成干扰，但其旁瓣抑制效果不足；另外，M.S.El-Saadany，A.F.Shalash,and M.Abdallah，“Revisitingactive cancellation carriers for shaping the spectrum of OFDM-based CognitiveRadios”in Sarnoff Symposium，2009.SARNOFF’09.IEEE,2009,pp.1-5将加窗方法与主动干扰抵消方法相结合，对旁瓣抑制效果的进改有限。

此外，已有的主动干扰抵消方法还存在能量效率偏低，且所使用的主动干扰抵消信号数量较多，因此计算量也较大的问题。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)已有的正交主动干扰抵消虽然对系统内数据子载波不造成干扰，但其旁瓣抑制效果不足。

(2)现有技术将加窗方法与主动干扰抵消方法相结合，对旁瓣抑制效果的进改有限。

(3)常规的加窗方法是先对OFDM信号添加循环前缀(CP)后再加窗，加窗过程不影响已有的OFDM数据部分和CP部分，但是这样加窗后的数据子载波就互相不再正交了，再进一步应用主动干扰抵消的效果就不太好。

解决以上问题及缺陷的难点为：

(1)找到主动干扰抵消与加窗最有效的结合的方法；

(2)加窗一般都会影响子载波间的正交性，进一步影响干扰抵消的效率。正交加窗，特别是滚降因子动态可变的正交加窗可以有效解决主动干扰抵消与加窗高效结合的关键难点问题。

解决以上问题及缺陷的意义为：

建立了新的正交加窗正交频分复用系统，从而大大降低频谱泄漏，提高的无线频谱资源利用率；降低了对其它无线通信系统的干扰。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种正交加窗正交频分复用系统、主动干扰抵消方法及应用。

本发明是这样实现的，一种正交加窗正交频分复用系统，所述正交加窗正交频分复用系统包括发送机和接收机；所述发送机包括串并转换模块、符号映射模块、子载波映射模块、多载波调制模块、并串转换模块、正交加窗模块、正交主动频谱泄漏抵消模块、上变频模块。

串并转换模块，用于将串行数据转换成并行数据；

符号映射模块，用于将二进制信息映射为多进制的通信星座符号；

子载波映射模块，用于将符号分配到合适的子载波，将不用的子载波置零；

多载波调制模块，用于完成对信号从频域到时域的调制转换；

并串转换模块，用于将并行信号转成串行信号；

正交加窗模块，用于对时域信号加窗成形；

正交主动频谱泄漏抵消模块，用于计算主动旁瓣抵消信号，并作减法运算实现频谱泄漏抵消；

上变频模块，用于将信号由基带信号转换成频带信号。

进一步，所述正交加窗模块与频谱泄漏模块同时采用正交加窗设计，采用升余弦波形实现对数据子载波信号的正交加窗，即加窗后的数据子载波仍然是正交的，不产生任何子载波间干扰，频谱泄漏在整数倍子载波间隔位置总为0；加窗后的符号长度是多载波调制器输出符号长度的(1+α)倍，α为升余弦窗函数的滚降因子。

进一步，所述正交主动频谱泄漏抵消模块，包括：滚降因子自适应的窗函数g(t)，干扰抵消子载波波形的窗函数时域定义为：

其中，α的值等于应用于数据子载波的窗函数的滚降因子，

是滚降速度调节因子；每个干扰抵消子载波应用形式相同的窗函数g(t)，但是参数

的取值不同，参数

在旁瓣抵消效果最大化的过程中确定。

进一步，所述干扰抵消子载波均位于正交频率位置；对干扰抵消子载波CC应用权利要求2所述的窗函数后，CC的频谱和数据子载波正交，频谱旁瓣在整数倍子载波间隔位置总为0。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的正交加窗正交频分复用系统的主动干扰抵消方法，所述主动干扰抵消方法包括以下步骤：

步骤一，计算正交加窗后的正交频分复用系统数据子载波在频率f_k∈ψ的多个频谱抑制区的泄漏

步骤二，计算主动干扰抵消信号的频谱旁瓣；

步骤三，令主动干扰抵消信号的频谱在f_k∈ψ处与正交频分复用信号的频谱泄漏相互抵消，求解权重系数w和窗函数的可调参数

步骤四，合成干扰抵消信号，并对已加窗正交频分复用信号作干扰抵消。

进一步，步骤一中，所述计算加窗后的正交频分复用系统数据子载波在频率f_k∈ψ的多个频谱抑制区的泄漏

包括：

其中，

是调制前的长度为N的复数域符号；

是其第m列由矢量p_m构成的矩阵，即：

其中，p_m表示第m个子载波在频率f_k处的频谱取值，由数据子载波所应用的升余弦窗函数波形和数据子载波的频率w确定，元素定义为：

进一步，步骤二中，所述计算主动干扰抵消信号的频谱旁瓣，包括：

令矢量q_m表示第m个CC子载波的频谱在频率f_k∈ψ处的取值，由CC所采用的滚降速度可变窗函数及CC的频率m确定，元素

那么由κ个子载波频谱向量构成其频谱矩阵Q＝[q₀，q₁，…，q_κ-1]。假设频域旁瓣抵消子载波矢量为w，那么它在目标抑制频段f_k∈ψ的频谱可写为：

进一步，步骤三中，所述令主动干扰抵消信号与正交频分复用信号的频谱泄漏相互抵消，求解权重系数w和窗函数的可调参数

包括：

令旁瓣抵消信号的频谱与数据子载波的频谱在旁瓣抑制区频率f_k∈ψ处相互抵消，最小化带外的频谱泄漏，得到目标优化方程：

minimize：

即等价于：

其中，

是数据子载波在f_k∈ψ的频谱泄漏采样值，采样点的个数等于或大于干扰抵消基函数个数κ。

将系数矩阵Q中的κ个未知变量

从系数矩阵中分离，并写到待求解的未知变量中：

进一步，所述

w_b用如下方法得到：

将

的每一列q_m被拆成2列，即

和

并定义

是一个不含有

的常数矩阵。

总行数为2κ的列向量w_b由原来行数为κ的列向量w经过扩充得到，定义为：

新的目标方程可写为：

minimize：

在求解κ个CC时实际需要求解的变量为2κ个，所以需要至少2κ个频谱采样值，最小二乘解可写为：

其中，上标

表示摩尔-彭若斯广义逆广义逆矩阵，即

位于w_b的偶数位置的κ个元素(最开头的记数为第0个)，构成旁瓣抵消子载波的权重矢量w，位于w_b奇数的位置的另外κ个元素为所需的调节CC的滚降因子的参数

进一步，所述主动干扰抵消方法，还包括对求解过程的简化：

令

全部为零，方程求解可免去系数分离过程。采用最小二乘方法求解所得的结果为

其中

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

计算正交加窗后的正交频分复用系统数据子载波在频率f_k∈ψ的多个频谱抑制区的泄漏

计算主动干扰抵消信号的频谱旁瓣；

令主动干扰抵消信号与正交频分复用信号的频谱泄漏相互抵消，求解权重系数w和窗函数的可调参数

合成干扰抵消信号，并对加窗正交频分复用信号作主动干扰抵消。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的主动干扰抵消方法。

本发明的另一目的在于提供一种宽带无线发送机，所述带宽无线发送机执行所述的主动干扰抵消方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的正交加窗正交频分复用系统，正交加窗正交频分复用系统包括正交加窗模块，采用升余弦波形实现对数据信号的加窗，加窗后的数据子载波没有任何子载波间干扰；滚降速度可变窗函数包含固定滚降因子和可调节参数，可调参数在旁瓣抵消效果最大化的过程中确定；应用了滚降速度可变窗函数的干扰抵消信号不会对数据子载波产生任何干扰，同时有更好的频谱旁瓣抵消效果。主动干扰抵消方法提供了确定干扰抵消子载波权重及可调参数的求解步骤，同时还提供了简化的解法。因此，采用这种结构和旁瓣抵消方法的正交频分复用系统，能够在不产生任何子载波间干扰的条件下，更有效抑制信号的频谱泄漏，将正交频分复用系统的频谱泄漏降低到-75dB以下，从而提高无线通信系统频谱效率；同时因为抑制效果的提升，还改善了系统能量效率。

常规的加窗方法是先对OFDM信号添加循环前缀(CP)后再加窗，加窗过程不影响已有的OFDM数据部分和CP部分，但是这样加窗后的数据子载波就互相不再正交了，再进一步应用主动干扰抵消的效果就不太好。本发明的提出的加窗过程能保持数据子载波的正交性不会破坏，即数据子载波的频谱旁瓣在整数倍子载波间隔处为零，即

在f_kT＝n时的值为0，其中n是值不为m的整数。同时，本发明提出的正交干扰抵消子载波的旁瓣在整数子载波间隔位置也是为零的，即

在f_kT＝n时为0，其中n是值不为m的整数。于是旁瓣抵消信号的频谱旁瓣与OFDM信号的频谱泄漏的峰值位置更一致，具有更好的抵消效果。

另外，主动干扰抵消的频谱旁瓣抵消效果还依赖于干扰抵消子载波的数量与基函数的波形形状。当干扰抵消子载波的形状由传统的固定形状变为更灵活的可变形状时，抵消的效果就会更好，所需要的干扰抵消子载波的数量也会相应减小。本发明所提出的滚降因子动态可变的窗函数是针对频谱旁瓣抵消效果最大化而自动调节窗函数的形状的，同时还保持可变窗的正交性。所提出的正交加窗正交频分复用系统能够在对系统内数据子载波完全不引入干扰的条件下，比其它现有的同类系统的频谱旁瓣泄漏更低，例如：在每个数据频带边缘仅用2个子载波带宽作为过渡保护带，窗函数滚降因子为α＝1/16的条件下，旁瓣泄漏可以降低到-75dB以下，比已有方法(使用多得多的主动干扰抵消子载波)的性能提高了约20dB以上，提高了频谱效率。而且，干扰抵消子载波的功率下降约10dB，提高了系统的能量效率。

同时，本发明提供的主动干扰抵消方法中，简化求解的方法可以减少一半求解计算量，但是其干扰抵消变得不再可变，旁瓣抵消效果会下降。但是，因为该方案仍保持了干扰抵消信号的正交性，以及干抵消信号的旁瓣峰值与待抵消信号的频谱泄漏高峰相互对准，所以总的旁瓣抵消效果仍会优于其它现有方法，将这种简化的方法记为OW-AIC。

对比的技术效果或者实验效果。包括：

表1对几种现有的OFDM旁瓣抑制的性能和本发明提出的主动干扰抵消方法OW-AIC、VC-OAIC进行了比较，以多载波数N＝128为例，假设旁瓣抑制区的宽度均为40个子载波宽度。可见，当不采用任何旁瓣抑制技术时，OFDM信号的频谱泄漏高达-17～-25dB，单独采用加窗法，或者主动干扰抵消时，频谱泄漏可分别降低到-43～-40dB或-43～-50dB。不过主动干扰抵消的干扰抵消子载波的功率明显过高，达10dB以上。传统的AIC+Windowing的方法相对AIC的改善并不显著。而本发明提出的OW-AIC大大降低的频谱泄漏，最低可达-75dB以下；且CC的功率比传统AIC方法更低，计算量还更小。

表1几种不同的OFDM旁瓣抑制技术的性能与代价比较

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的采用OW-AIC的OFDM系统发送机框图。

图2是本发明实施例提供的数据子载波与主动干扰抵消子载波的分布示意图。

图3是本发明实施例提供的正交加窗与尾部补零的示意图及其和CP-OFDM加窗的区别示意图。

图4是本发明实施例提供的数据子载波及旁瓣抵消信号子载波加窗后频谱局部放大示意图。

图5是本发明实施例提供的滚降速率可调窗函数的时域形状示意图。

图6是本发明实施例提供的滚降速率可调窗函数的频谱图。

图7是本发明实施例提供的几种相关方法频谱旁瓣抑制性能的比较示意图。

图8是本发明实施例提供的主动干扰抵消方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种正交加窗正交频分复用系统及主动干扰抵消方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供的正交加窗正交频分复用系统包括发送机和接收机；所述发送机包括串并转换模块、符号映射模块、子载波映射模块、多载波调制模块、并串转换模块、正交加窗模块、正交主动频谱泄漏抵消模块、上变频模块。

串并转换模块，用于将串行数据转换成并行数据；

符号映射模块，用于将二进制信息映射为多进制的通信星座符号；

子载波映射模块，用于将符号分配到合适的子载波，将不用的子载波置零；

多载波调制模块，用于完成对信号从频域到时域的调制转换；

并串转换模块，用于将并行信号转成串行信号；

正交加窗模块，用于对时域信号加窗成形；

正交主动频谱泄漏抵消模块，用于计算主动旁瓣抵消信号，并作减法运算实现频谱泄漏抵消；

上变频模块，用于将信号由基带信号转换成频带信号。

如图8所示，本发明实施例提供的主动干扰抵消方法包括以下步骤：

S101，计算正交加窗后的正交频分复用系统数据子载波在多个频谱抑制区的泄漏；

S102，计算主动干扰抵消信号的频谱旁瓣；

S103，令主动干扰抵消信号与正交频分复用信号的频谱泄漏相互抵消，求解权重系数和窗函数的可调参数；

S104，合成干扰抵消信号，并在对数据子载波实施主动干扰抵消。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

图1是采用OW-AIC的OFDM系统发送机框图；其中，串并转换模块，将串行数据转换成并行数据；符号映射模块，将二进制信息映射为多进制的通信星座符号；子载波映射模块，将符号分配到合适的子载波，并将不用的子载波置零；多载波调制器，完成从频域到时域的调制转换；并串转换，将并行信号转成串行信号；正交加窗模块，对时域信号加窗成形；正交主动频谱泄漏抵消模块，抵消发送信号的频谱泄漏；符号尾部补零模块，在每个OFDM符号尾部添加0值，以对抗符号间干扰；上变频模块，将信号由基带信号转换成频带信号。

图2是数据子载波与主动干扰抵消子载波的分布示意图，其中正交频分复用系统的部分频率可能被其它用户(如PU1,PU2)占用，不能在这些频带传输信号，是非连续频谱正交频分复用系统(NC-OFDM)。干扰抵消子载波等间隔地分布在数据子载波的边缘的正交频率位置处。

在发送端，待发送的数据经串并转换和符号映射变成为复值频域符号矢量。然后，频域符号被映射到数据子载波上，得到

在NC-OFDM系统中不发送数据的子载波映射0值，以尽量避免干扰该频段的其它用户，例如图2所示PU 1、PU 2区所在的频段。PU 1位于NC-OFDM信号的N个子载波之内，而PU 2则位于NC-OFDM信号的N个子载波之外。因为PU 1的存在，造成了OFDM的数据子载波的频谱是不连续的(NC-OFDM)，因此对于m∈S_p时符号x_m＝0，其中p是非数据子载波对应的索引集合。

图3是对OFDM符号的正交加窗与尾部补零的示意图及其和CP-OFDM加窗的区别。先给并串转换后的时域OFDM符号添加长度均为αT/2的循环前缀和循环后缀,延长后的符号长度为(1+α)T，其中0≤α≤1,对应于窗函数的滚降因子。然后将延长后的符号乘以总长度为(1+α)T正交窗函数。

类似于CP-OFDM系统,在相继的符号之间加入时间长度为T_cp的保护前缀,以对抗无线信道多径的影响，本系统通过在符号尾部添加长度为T_zp的全零后缀(ZP)作为符号之间的保护时间间隔。

图4是数据子载波及旁瓣抵消信号子载波加窗后频谱局部放大示意图，数据子载波形成的频谱标记为OFDM，2个主动干扰抵消子载波的频谱标记为CC1和CC2。可以看出它们的旁瓣过零点都位于归一化子载波间隔整数倍位置，它们的功率峰值也几乎在频率上是对准的，因此比普通加窗方法有更好的相互抵消效果。

记发送符号矢量为x，那么经过正交加窗后，一个NC-OFDM多载波时域符号可写为：

-αT/2≤t≤(1+α/2)T，其中x_m是矢量x中的元素，S_d是NC-OFDM系统的数据子载波索引集合；符号时间总长度为(1+α)T，α是应用于数据子载波的窗函数r_d(t)的滚降因子，T＝1/Δf，Δf是子载波间隔。在理论上以及实际实施时，数据子载波窗函数r_d(t)可以采用任何能维持子载波正交性的窗函数，这里选择常用的升余弦窗函数：

因为升余弦窗函数的频谱为：

所以NC-OFDM信号的频谱可以表示为：

因为第m个数据子载波的频谱旁瓣在f＝i/T，i≠m处过零，所以互相不造成载波间干扰，且多载波信号的总的频谱泄漏在

处过零。正交加窗后的数据子载波间的正交性示意图如图4所示(标注OFDM的实线)。令矢量p_m表示第m个子载波的频谱在频率f_k处的取值，即其元素

那么由N个子载波频谱向量构成其频谱矩阵

于是NC-OFDM数据子载波在频率f_k∈ψ的泄漏可以写为：

图5是滚降速率可调窗函数的时域形状示意图，其中固定滚降因子为α＝1/4，可调参数

分别为0、0.25、0.5以及1。可以观察到，当

时，该窗等同于α＝1/4的经典升余弦窗；当

时，该窗变成α＝0矩形窗；而当

为其它值时，它是矩形窗与升余弦窗的一个折中，这相当于使得该窗函数的滚降速率在0～α之间灵活变化取值，同时这种窗函数保持正交。于是，在发送端，除了发送数据子载波外，还需要在数据子载波边缘插入少量(κ个)旁瓣抵消子载波，用于高效抵消OFDM的旁瓣泄漏。干扰抵消子载波波形的窗函数时域定义为：

其中

是滚降速度调节因子。在具体实施时，对干扰抵消子载波所应用的窗函数也可以改写成其它形式，或用两个或多个等价的窗函数来组合，从而达到和本发明提出的窗函数相似的效果。

图6是滚降速率可调窗函数的频谱示意图，其中固定滚降因子为α＝1/4，可调参数

分别为0、0.25、0.5、以及1。根据傅里叶变换，可变滚降速率窗函数的频谱可以写为：

它的频谱旁瓣在f＝i/T，i≠m处过零，这表明干扰抵消子载波不会干扰到数据子载波。特别重要的是，具有双参数的窗函数可以通过参数

调节频谱旁瓣的下降速度，例如，图6中的4条曲线都对应相同的升余弦因子α＝1/4，但

取值不同，所以频域旁瓣幅度衰减速度不同。可以发现，该函数的频谱旁瓣衰减速度介于矩形窗的

和升余弦窗的

之间。同时，可调参数

有效调节了频谱旁瓣的衰减速度，有助于更有效地抵消NC-OFDM的频谱泄漏。在实际应用中，参数

不需像传统升余弦窗的滚除因子α那样事先确定，而是在最大化旁瓣抵消的过程中被动态最佳地确定，因此能大大改善旁瓣抵消性能。

令矢量q_m表示第m个CC子载波的频谱在频率f_k处的取值，即其元素

那么由κ个子载波频谱向量构成其频谱矩阵Q＝[q₀，q₁，…，q_κ-1]。假设频域旁瓣抵消子载波矢量为w，那么它在目标抑制频段f_k∈ψ的频谱可写为：

令旁瓣抵消信号的频谱与数据子载波的频谱在旁瓣抑制区相互抵消，从而最小化系统频谱泄漏，于是得到目标优化方程：minimize：

其中

是数据子载波在f_k∈ψ的频谱泄漏采样值，其采样点的个数等于或大于干扰抵消基函数个数κ。需要注意的是，对于正交加窗的OFDM系统来讲，其频谱旁瓣

在整数倍子载波间隔处总是为零的，所以采样位置选在整数倍子载波间隔位置就不起作用，而应该选择非整数倍子载波间隔位置作为优化方程的采样位置。

这是一个无约束的二次型优化问题。在使用动态可变的窗函数之后，每个符号对应的Q都是变化的，体现了窗函数的灵活性。为了求解该优化问题，将系数矩阵中的κ个未知变量

从系数矩阵中分离，并写到待求解的未知变量中：

其中

w_b用如下方法得到：将

的每一列被拆成2列，即

和

并定义

这样处理后得到的

中并不含有

是一个常数矩阵。另外，总行数为2κ的列向量w_b由原来行数为κ的列向量w经过扩充得到，定义为

于是，新的目标方程可写为：minimize：

这样在求解κ个CC时实际需要求解的变量为2κ个，所以需要至少2κ个频谱采样值，这是频谱泄漏抑制较好的方案，后面称其为VC-OAIC，其最小二乘解可写为：

其中上标

表示摩尔-彭若斯广义逆广义逆矩阵，即

另外一种简化求解的方法是令

全部为零，方程求解可免去系数分离过程。采用最小二乘方法求解所得的结果为

其中

简化求解的方法可以减少一半求解计算量，但是其干扰抵消变得不再可变，旁瓣抵消效果会下降。但是，因为该方案仍保持了干扰抵消信号的正交性，以及干抵消信号的旁瓣峰值与待抵消信号的频谱泄漏高峰相互对准，所以总的旁瓣抵消效果仍会优于其它现有方法。后面将这种简化的方法记为OW-AIC。

图7是本发明的方法和其它几种已有的频谱旁瓣抑制方法的性能比较。仿真实验条件为：系统共有N＝128个子载，子载波从0开始顺序编号。假设有3个频谱抑制区，其中PU1位于子载波64～96区间，代表一个中等带宽的抑制区；PU 2代表低于NC-OFDM最低频率0和高于最高频率127的频率区间，即代表OFDM整个带外的较宽的旁瓣泄漏区间；PU 3位于子载波32～40区间，代表一个窄带抑制区。每个旁瓣抑制区边缘均使用2个子载波宽度作为保护过渡带。L_cp是时间长度为T_cp的循环前缀的采样点数；L_zp是时间长度为T_zp补零后缀的采样点数。Without AIC指未采用任何频谱旁瓣抑制方法，它将作为各种旁瓣抑制方法性能比较的基准；Windowing指采用了加窗法；AIC指采用传统的主动干扰抵消方法；VC-OAIC指采用了本发明所提出正交加窗以及滚降系数动态可变窗函数的正交干扰抵消方法；OW-AIC指采用了本发明提出的简化求解方法；所有加窗法的α值均取1/16。实验共收集了100000个OFDM符号的频谱进行统计平统，并由此绘制图7。可以看出，NC-OFDM(包含OFDM)系统的频谱泄漏的确很大；VC-OAIC旁瓣抑制效果非常好，远优于其它正交的旁瓣抑制方法，例如和传统AIC相比，其剩余频谱泄漏从-45dB～-50dB降低到-75dB以下，性能提高了20dB以上；OW-AIC因为采用了简化求解，减少了计算量，但也导致其干扰抵消基函数实际不可变，所以效果比VC-OAIC差一些，但仍优于其它已有方法。另外，传统的加窗与AIC相结合方法的旁瓣抑制效果只比传统AIC略有改善，效果远不及本发明提出的VC-OAIC，为了叙述的简洁，这里省去了有关结果。最后，从图7左上角的放大子图可以看出，本发明的另一大改善是有效降低了插入在数据子载波边缘的干扰抵消子载波的功率，使其从AIC方法的约13dB下降到VC-OAIC的约3dB，从而大大提高了系统能效。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正交加窗正交频分复用系统，其特征在于，所述正交加窗正交频分复用系统包括：

串并转换模块，用于将串行数据转换成并行数据；

符号映射模块，用于将二进制信息映射为多进制的通信星座符号；

子载波映射模块，用于将符号分配到合适的子载波，将不用的子载波置零；

多载波调制模块，用于完成对信号从频域到时域的调制转换；

并串转换模块，用于将并行信号转成串行信号；

正交加窗模块，用于对时域信号加窗成形；

正交主动频谱泄漏抵消模块，用于计算主动旁瓣抵消信号，并作减法运算实现频谱泄漏抵消；

上变频模块，用于将信号由基带信号转换成频带信号。

2.如权利要求1所述的正交加窗正交频分复用系统，其特征在于，所述正交加窗模块与频谱泄漏模块同时采用正交加窗设计，采用升余弦波形实现对数据子载波信号的正交加窗，即加窗后的数据子载波仍然是正交的，不产生任何子载波间干扰，频谱泄漏在整数倍子载波间隔位置总为0；加窗后的符号长度是多载波调制器输出符号长度的(1+α)倍，α为升余弦窗函数的滚降因子。

3.如权利要求1所述的正交加窗正交频分复用系统，其特征在于，所述正交主动频谱泄漏抵消模块，包括：滚降因子自适应的窗函数g(t)，干扰抵消子载波波形的窗函数时域定义为：

其中，α的值等于应用于数据子载波的窗函数的滚降因子，

是滚降速度调节因子；每个干扰抵消子载波应用形式相同的窗函数g(t)，但是参数

的取值不同，参数

在旁瓣抵消效果最大化的过程中确定。

4.如权利要求1所述的正交加窗正交频分复用系统，其特征在于，所述干扰抵消子载波均位于正交频率位置；对干扰抵消子载波CC应用权利要求3所述的窗函数后，CC的频谱和数据子载波正交，频谱旁瓣在整数倍子载波间隔位置总为0。

5.一种主动干扰抵消方法，其特征在于，所述主动干扰抵消方法包括：

步骤一，计算正交加窗后的正交频分复用系统数据子载波在频率f_k∈ψ的多个频谱抑制区的泄漏

步骤二，计算主动干扰抵消信号的频谱旁瓣；

步骤三，令主动干扰抵消信号的频谱在f_k∈ψ处与正交频分复用信号的频谱泄漏相互抵消，求解权重系数w和窗函数的可调参数

步骤四，合成干扰抵消信号，并对已加窗正交频分复用信号作主动干扰抵消。

6.如权利要求5所述的主动干扰抵消方法，其特征在于，步骤一中，所述计算正交加窗后的正交频分复用系统数据子载波在频率f_k∈ψ的多个频谱抑制区的泄漏

包括：

其中，

是调制前的长度为N的复数域符号；

是其第m列由矢量p_m构成的矩阵，即：

其中，p_m表示第m个子载波在频率f_k处的频谱取值，由数据子载波所应用的升余弦窗函数波形和数据子载波的频率m确定，元素定义为：

步骤二中，所述计算主动干扰抵消信号的频谱旁瓣，包括：

令矢量q_m表示第m个CC子载波的频谱在频率f_k∈ψ处的取值，由CC所采用的滚降速度可变窗函数及CC的频率m确定，元素

那么由κ个子载波频谱向量构成其频谱矩阵Q＝[q₀，q₁，…，q_κ-1]；假设频域旁瓣抵消子载波矢量为w，那么它在目标抑制频段f_k∈ψ的频谱可写为：

步骤三中，所述主动干扰抵消信号与正交频分复用信号的频谱泄漏相互抵消，求解权重系数w和窗函数的可调参数

包括：

令旁瓣抵消信号的频谱与数据子载波的频谱在旁瓣抑制区频率f_k∈ψ处相互抵消，最小化带外的频谱泄漏，得到目标优化方程：

即等价于：

其中，

是数据子载波在f_k∈ψ的频谱泄漏采样值，采样点的个数等于或大于干扰抵消基函数个数κ；

将系数矩阵Q中的κ个未知变量

从系数矩阵中分离，并写到待求解的未知变量中：

对求解过程简化：

令

全部为零，方程求解可免去系数分离过程；采用最小二乘方法求解所得的结果为

其中上标

表示摩尔-彭若斯广义逆广义逆矩阵，即

7.如权利要求6所述的主动干扰抵消方法，其特征在于，所述

w_b用如下方法得到：

将

的每一列q_m被拆成2列，即

和

并定义

是一个不含有

的常数矩阵；

总行数为2κ的列向量w_b由原来行数为κ的列向量w经过扩充得到，定义为：

新的目标方程可写为：

在求解κ个CC时实际需要求解的变量为2κ个，所以需要至少2κ个频谱采样值，最小二乘解可写为：

其中，

位于w_b的偶数位置的κ个元素(最开头的记数为第0个)，构成旁瓣抵消子载波的权重矢量w，位于w_b奇数的位置的另外κ个元素为所需的调节CC的滚降因子的参数

8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

计算正交加窗后的正交频分复用系统数据子载波在频率f_k∈ψ的多个频谱抑制区的泄漏

计算滚降因子可变的主动干扰抵消信号的频谱旁瓣；

令主动干扰抵消信号与正交频分复用信号的频谱泄漏相互抵消，求解权重系数w和窗函数的可调参数

合成干扰抵消信号，并对加窗正交频分复用信号作主动干扰抵消。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求5～7任意一项所述的主动干扰抵消方法。

10.一种宽带无线发送机，其特征在于，所述带宽无线发送机执行权利要求5～7任意一项所述的主动干扰抵消方法。

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