CN113852581A - 一种单载波thp-ftn系统相位噪声估计与消除方法 - Google Patents

一种单载波thp-ftn系统相位噪声估计与消除方法 Download PDF

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CN113852581A CN202111084712.2A CN202111084712A CN113852581A CN 113852581 A CN113852581 A CN 113852581A CN 202111084712 A CN202111084712 A CN 202111084712A CN 113852581 A CN113852581 A CN 113852581A
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Abstract

本发明公开了一种单载波THP‑FTN系统相位噪声估计与消除方法，属于FTN通信领域。本发明基于导频辅助实现相位噪声消除，发送端在进行THP预编码时，检测符号编号k是否为导频间隔的整数倍，若是，则基于本发明所设置的导频调整方式配置预编码序列的第k个符号，该导频调整方式为导频符号能量缩减PSER导频调整方式或导频符号相位旋转PSPR导频调整方式；否则，对指定符号进行模
Figure DDA0003265090820000011
处理得到预编码序列的第k个符号。接收端在执行相噪消除处理时，先通过对应的导频调整方式的提取方式获取导频位置的相位噪声，再根据导频位置的相位噪声内插得到信号的相位噪声估计值，最后进行相噪补偿。本发明通过改变导频符号幅度和相位，避免了THP预编码的取模模块破坏导频的幅度和相位。

Description

一种单载波THP-FTN系统相位噪声估计与消除方法
技术领域
本发明属于单载波超奈奎斯特(faster-than-Nyquist，FTN)通信领域中的导频符号辅助的相位噪声消除技术领域，具体涉及一种单载波THP(Tomlinson-HarashimaPrecodin，THP)的FTN系统相位噪声估计与消除方法。
背景技术
对于FTN传输技术，其在发射端脉冲成型过程中，将符号间隔压缩到小于Nyquist准则限定的最小间隔，从而提升数据传输速率。由于突破了Nyquist准则，FTN调制也在数据符号之间引入了符号间串扰(inter-symbol interference,ISI)。为了消除ISI，最大似然检测(MLSE)和最大后验检测(MAP)具有理论上最优性能，但实现复杂度关于ISI长度呈指数增长。线性均衡方法，如迫零(ZF)均衡、最小均方误差(MMSE)均衡，虽然实现复杂度低，但是其对抗ISI能力有限，因而，利用FTN技术可实现的容量增益较低。不同于无线信道引入的ISI，FTN引入的ISI由成型脉冲和压缩因子共同决定。因而，FTN-ISI在发射机是已知的。利用此先验信息，FTN-ISI可以在发端预消除，从而简化接收机设计。THP是多输入多输出(MIMO)系统中一种常用的发射端干扰预消除技术，如图1所示，其包含两部分：干扰线性消除和信号限幅。信号限幅通过一取模器实现，其将输出信号的实部和虚部均限制在
Figure BDA0003265090800000011
区间。
Figure BDA0003265090800000012
表示传输信号幅度上限，限幅处理有效限制由于预消除导致的功率损失。目前，THP技术已经被学者应用于FTN系统，研究显示，接收机在实现低复杂度解调的同时，解调性能也优于线性均衡方案。
在通信系统中，完成基带调制后，基带信号会调制到载波上得到射频信号。接收机接收来自发射机的射频信号，依次完成下变频、基带信号解调、译码，得到发送信息比特的估计。射频链路中某些处理单元，如上下变频器，会在信号中引入相位噪声。对于高阶QAM(Quadrature Amplitude Modulation)调制，如1024-QAM，其对链路干扰比较敏感。相位噪声对高阶QAM通信系统影显著。为了对抗相噪，目前通信系统中常用方法是在发送符号序列中周期插入已知符号(或者称为导频符号)，如图2所示。Nyquist系统中导频符号一般来自于QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)星座，且导频符号和数据符号具有相同的能量。在接收端，首先通过计算发射导频和接收导频之间的相位差来估计导频位置处的相位噪声，接着通过内插方法估计数据符号位置处相位噪声。常用内插方法包括线性内插，维纳内插。
在本发明的技术方案的实现过程中，发明人发现：在THP-FTN系统中，导频和数据符号经过相同的信号处理，如THP干扰预消除和FTN调制。若THP-FTN系统相噪估计导频仍沿用QPSK符号，则导频符号经过干扰消除后，信号实部和虚部范围可能超过
Figure BDA0003265090800000021
进而，取模器限幅处理会破坏导频符号的幅度和相位。然而，这种破坏机理在接收端未知，进而传统的导频位置处相位噪声测量方法失效。基于QPSK符号的导频设计不适用于THP-FTN系统。
发明内容
本发明提供了一种单载波THP-FTN系统相位噪声估计与消除方法，从而在单载波THP-FTN系统的接收端利用导频正确估计相位噪声。
本发明采用的技术方案为：
一种单载波THP-FTN系统相位噪声估计与消除方法，包括下列步骤：
步骤1：发送端在发送序列{ak}中每间隔F-1符号插入一个导频符号，得到导频符号序列{akF}，发送端对发送符号ak和导频符号akF进行THP预编码以生成预编码序列时，判断当前符号编号k是否为导频间隔F的整数倍，若否，则对符号
Figure BDA0003265090800000022
进行模
Figure BDA0003265090800000023
处理得到预编码序列的第k个符号
Figure BDA0003265090800000024
其中，
Figure BDA0003265090800000025
表示传输信号幅度上限，fl表示符号间串扰序列
Figure BDA0003265090800000026
的第l个符号，符号间串扰序列的长度为L+1，且首个符号的值为1，预编码序列的首个符号为发送序列{ak}的首个符号；
若k为F的整数倍，则根据设置的导频调整方式配置预编码序列的第k个符号
Figure BDA0003265090800000027
即
Figure BDA0003265090800000028
所述导频调整方式为PSER导频调整方式或PSPR导频调整方式；
所述PSER导频调整方式为：
根据公式
Figure BDA0003265090800000029
确定导频符号能量缩减因子α的取值范围，其中，
Figure BDA00032650908000000210
Re{}表示复数的实部，Im{}表示复数的虚部；
选择取值范围内|α|最大时的α作为因子α的取值，并根据
Figure BDA00032650908000000211
得到符号
Figure BDA00032650908000000212
所述PSPR导频调整方式为：
设置相位旋转角θkF多个离散的取值：2πμ/Q,u＝0,1,...Q-1，其中，Q表示预置的常数；
遍历每一个θkF取值，查找一个满足搜索条件的θkF，若当前的所有取值均不满足，则调整常数Q，直到查找到一个满足搜索条件的θkF，则根据
Figure BDA0003265090800000031
得到符号
Figure BDA0003265090800000032
其中，所述搜索条件为：
Figure BDA0003265090800000033
步骤2：接收端执行导频符号辅助的相位噪声消除：提取导频位置的相位噪声，根据导频位置的相位噪声内插获取信号相位噪声估计值，基于所述信号相位噪声估计值对接收信号进行相噪补偿；
其中，导频位置的相位噪声的提取方式与发送端配置的导频调整方式相对应；
对于PSER导频调整方式，导频位置的相位噪声的提取方式为：
获取发送端和接收端导频相位总变化值
Figure BDA0003265090800000034
估计导频相位变化量
Figure BDA0003265090800000035
根据
Figure BDA0003265090800000036
得到相位噪声估计值
Figure BDA0003265090800000037
其中，
Figure BDA0003265090800000038
表示在PSER导频调整方式下接收端收到的导频符号；
对于PSPR导频调整方式，导频位置的相位噪声的提取方式为：
根据公式
Figure BDA0003265090800000039
得到相位噪声估计值
Figure BDA00032650908000000310
其中，
Figure BDA00032650908000000311
表示在PSER导频调整方式下接收端收到的导频符号。
进一步的，对常数Q的更新方式为：更新后的值为更新前的两倍。
进一步的，所述
Figure BDA00032650908000000312
的取值设置为：
Figure BDA00032650908000000313
其中，M表示每个分组的比特数。
本发明提供的技术方案至少带来如下有益效果：本发明提出了适用于单载波THP-FTN系统的相噪估计方法，通过改变QPSK导频符号幅度和相位，避免了THP预编码的取模模块破坏导频的幅度和相位。最终在收端利用导频符号获得的相位噪声信息内插估计其他时刻相位噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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它的附图。
图1为THP模块实现框图；
图2为导频插入示意图；
图3为本发明实施例提供的结合相噪消除的THP-FTN系统框图；
图4为本发明实施例中，-76dBC@10KHz；-130dBC@1MHz的平稳色相位噪声功率谱；
图5为本发明实施例中，THP预编码结合PSER/PSPR流程图；
图6为本发明实施例中，PSPR工作原理；
图7为本发明实施例中，THP-FTN系统在加性高斯白噪声信道，调制方式为4096QAM，成型脉冲滚降系数0.25下对应加速因子5/6的误码性能曲线；
图8为本发明实施例中，THP-FTN系统在加性高斯白噪声信道，调制方式为4096QAM，成型脉冲滚降系数0.25下对应加速因子4/5的误码性能曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了更好地理解本发明，首先简单说明一下THP预编码工作原理：
THP预编码模块是在单载波FTN系统的发射端发送序列{ak}进行FTN成型之前进行的预编码，用于FTN-ISI的预消除，生成序列为
Figure BDA0003265090800000041
假设FTN引入的ISI为
Figure BDA0003265090800000042
且
Figure BDA0003265090800000043
为首1(即f0＝1)的最小相位系统。
如图1所示，THP预编码具体实现步骤如下：
①将序列{ak}的首项a0赋予
Figure BDA0003265090800000044
并令符号编号k＝1；
②将
Figure BDA0003265090800000045
之前的L项(不存在时补零)
Figure BDA0003265090800000046
与{fl,fl-1,...,f1}T相乘得到
Figure BDA0003265090800000047
其中，上标“T”表示转置；
③根据公式pk＝ak-Ik得到符号pk，并对pk进行模2M处理得到
Figure BDA0003265090800000048
令
Figure BDA0003265090800000049
落在
Figure BDA00032650908000000410
区间内。
④更新k＝k+1，根据步骤②至③继续对下一个符号进行相同的处理。
THP预编码输出序列表达式为
Figure BDA00032650908000000411
其中，dk、vk为中间量，即
Figure BDA00032650908000000412
Z表示整数集，
Figure BDA00032650908000000413
表示向下取整。
导频辅助的相位噪声消除方法需要在发端序列{ak}中每间隔F-1个符号插入一个已知导频{akF}，F被称为导频间隔，传统的导频一般采用QPSK调制方式，导频和待传输信号进行THP预编码，FTN成型，AWGN(Additive White Gaussian Noise)信道以及白化匹配滤波后，接收到的导频符号表达式为
Figure BDA0003265090800000051
nkF表示高斯白噪声，ρ0是为保证THP-FTN信号和Nyquist信号功率相等的功率归一化因子，且
Figure BDA0003265090800000052
其中，M表示每个分组的比特数，λ0表示FTN成型和白化匹配滤波器引入的等效ISI信道抽头系数的首项，τ表示FTN时域压缩因子，e表示自然底数，j表示虚数单位，ΨkF为导频符号对应的相位噪声。根据式(2)，导频符号位置处相位噪声正确估计方式为
Figure BDA0003265090800000053
由于随机变量dkF未知，无法利用已知的信息对
Figure BDA0003265090800000054
进行计算。针对该问题，本发明通过重新设置导频令符号p′kF＝a′kF-IkF落在
Figure BDA0003265090800000055
范围内，将dkF限制为0，从而在收端利用导频正确估计相位噪声最终达到相位噪声消除的效果。
本发明所设置的两种新的导频符号如下：
(1)导频符号能量缩减(pilot symbol energy reduction，PSER)，该方式使用能量缩减后的QPSK符号a′kF＝αakF作为导频，使
Figure BDA0003265090800000056
落在目标区域内，其中0＜|α|＜1称为导频符号能量缩减因子。此时接收端收到的导频符号可以表示为，
Figure BDA0003265090800000057
其中，nkF是一个零均值、方差为E{|nkF|2}的实AWGN。由于因子α越大，信噪比越大，为了优化性能，以p′kF＝αakF-IkF的实部和虚部分别落在目标区域
Figure BDA0003265090800000058
内为约束条件，通过优化求解的方法获得最大的α值。
PSER方式的使用受符号间串扰限制，要保证始终存在α使得p′kF落在
Figure BDA0003265090800000059
内，需要满足
Figure BDA00032650908000000510
(2)导频符号相位旋转(pilot symbol phase rotation，PSPR)，该方式使用相位旋转后的QPSK符号
Figure BDA0003265090800000061
作为导频从而令
Figure BDA0003265090800000062
落在目标区域内。
其中，相位旋转角θkF的确定方式为：
设定一个常数Q，将θkF的取值限定在2πμ/Q,μ＝0,1,...Q-1中。
从上述取值中选择一个θkF对并导频进行相位旋转得到
Figure BDA0003265090800000063
计算p′kF是否落在目标区域
Figure BDA0003265090800000064
内，如果没有落在目标区域内，那么就尝试不同的θkF取值，直到落在目标区域内为止。如果尝试了所有取值依旧没有落在目标区域内的p′kF，那么可以重新设定常数，比如令Q′＝2Q并对θkF重新取值，直到找到令p′kF落在
Figure BDA0003265090800000065
区域内的相位旋转值θkF。
在接收端接收到的导频符号为：
Figure BDA0003265090800000066
与PSER相比，PSPR没有放大加性噪声，为了正确地估计ΨkF需要确定θkF，在ΨkF为平稳色噪声，且
Figure BDA0003265090800000067
以高概率成立的情况下，令
Figure BDA0003265090800000068
可以使用
Figure BDA0003265090800000069
简单估计θkF，最后通过计算
Figure BDA00032650908000000610
得到正确的相噪估计值，其中，函数round()表示进行四舍五入取整运算。
PSPR的使用条件为：
假设
Figure BDA00032650908000000611
那么它需要满足
Figure BDA00032650908000000612
或者，等价地，
Figure BDA00032650908000000613
本发明提供的相位噪声估计与消除方法(简称相噪消除方法)是建立在THP-FTN系统中，在利用本发明提供的相噪消除方法时，THP-FTN系统的发射端和接收端的具体处理过程如下：
发端处理步骤：
信道编码：对发送的二进制比特序列进行信道编码(如卷积编码、Turbo编码、LDPC编码等)，得到编码序列。
符号映射：对编码序列按每M个进行分组；每含M个比特的分组映射得到一个符号
Figure BDA0003265090800000071
其中k表示第k个符号。
添加QPSK导频：在序列
Figure BDA0003265090800000072
中每隔F-1个符号，添加一个随机的QPSK符号作为导频，添加导频后序列中的akF,k＝0,1,2,...都为已知的QPSK符号。接着，将添加QPSK导频后的符号序列{ak}输入预编码结合PSER和PSPR模块。
预编码结合PSER和PSPR：本具体实施方式中，使用THP预编码，并结合PSER和PSPR两种方法对QPSK导频进行幅度或者相位的调整，具体实现步骤如下：
①设置导频调整方式为PSER或PSPR；
②将序列{ak}的首项a0赋予
Figure BDA0003265090800000073
并令k＝1；
③将
Figure BDA0003265090800000074
第k项之前的L项(不存在时补零)
Figure BDA0003265090800000075
与{fl,fl-1,...,f1}T相乘得到
Figure BDA0003265090800000076
④通过计算pk＝ak-Ik得到pk，如果k不为F整数倍，对pk进行模
Figure BDA0003265090800000077
处理得到
Figure BDA0003265090800000078
如果k为F整数倍，即当前处理的符号为QPSK导频，根据设置的导频调整方式分别进行如下处理：
PSER：通过公式计算导频符号能量缩减因子α的取值范围：
Figure BDA0003265090800000079
选择取值范围内|α|最大时的α作为实际取值，输出
Figure BDA00032650908000000710
PSPR：首先设定一个常数Q，将θkF的取值限定在2πμ/Q,μ＝0,1,...Q-1中。从所限定的取值中选择一个θkF对并导频进行相位旋转得到
Figure BDA00032650908000000711
计算是否满足
Figure BDA00032650908000000712
如果无法满足，那么就尝试不同的θkF取值，直到满足上述条件为止。如果尝试了所有取值依旧没有满足条件的θkF，则重新设定常数，例如令重新设定的常数Q′＝2Q并对θkF重新取值，直到找到满足条件的相位旋转值θkF，输出
Figure BDA00032650908000000713
⑤更新k＝k+1，根据步骤②至④继续对下一个符号进行相同的处理。
FTN调制：符号以FTN准则完成脉冲成型，得到FTN信号为
Figure BDA0003265090800000081
其中，
Figure BDA0003265090800000082
表示具有单位能量的成型脉冲。符号传输速率为1/τT，τ称为FTN时域压缩因子，T为Nyquist准则下的采样周期。信号经过上变频后发送到接收机。
接收端处理步骤：
接收信号：接收机首先将接收信号下变频到基带，并依次通过匹配滤波、τT间隔下采样和白化滤波(响应为1/λ0F(z))，得到用于估计发送数据符号的观测量。
匹配滤波和下采样：假设考虑AWGN信道(双边噪声功率谱为
Figure BDA00032650908000000815
)、理想载波频率同步和定时采样、理想相位恢复，τT间隔下采样输出为：
Figure BDA0003265090800000083
其中，
Figure BDA0003265090800000084
是未进行白化滤波时FTN成型引入的等效ISI信道响应的抽头系数，而
Figure BDA0003265090800000085
是色噪声，且
Figure BDA0003265090800000086
其中，上标“*”表示复共轭。
白化滤波：定义
Figure BDA0003265090800000087
为序列{gk}的z变换。对
Figure BDA0003265090800000088
做频谱分解，可以将
Figure BDA0003265090800000089
拆写成
Figure BDA00032650908000000810
其中，
Figure BDA00032650908000000811
序列{fl}是首一(即f0＝1)且最小相位。白化滤波器输出为：
Figure BDA00032650908000000812
其中，nk为零均值、方差为
Figure BDA00032650908000000813
的白高斯噪声，Ψk为变频过程中引入的相位噪声。
假设THP预编码能完全地消除FTN引入的ISI，那么上式可以改写为
Figure BDA00032650908000000814
相噪消除：相噪消除的处理过程中，先提取导频位置的相位噪声，然后利用导频位置的相位噪声内插得到信号的相位噪声估计值，最后进行相噪补偿。
提取导频位置相位噪声：根据发端不同的导频设计方法，接收端采用不同的相噪提取方法：
发端采用PSPR时
Figure BDA0003265090800000091
估计方式是：
先得到发端和收端导频相位总变化值
Figure BDA0003265090800000092
紧接着估计PSPR过程中导频相位变化量
Figure BDA0003265090800000093
最终得到相位噪声估计值
Figure BDA0003265090800000094
发端采用PSER时
Figure BDA0003265090800000095
估计方式是：
Figure BDA0003265090800000096
相噪估计和补偿：利用导频位置的相噪估计值
Figure BDA0003265090800000097
内插产生其他时刻的信号相位噪声估计值
Figure BDA0003265090800000098
并对接收信号进行补偿得到
Figure BDA0003265090800000099
信号经过相噪补偿并将发端添加的导频符号从序列中去除后输入THP-EAD模块，获得LLR并输入信道解码器，最终得到输出的比特序列。
实施例：
图3为本实施例的单载波THP-FTN系统结构框图,信源端输入二进制比特流，经过LDPC编码后得到编码序列，再经过QAM调制得到序列
Figure BDA00032650908000000910
并且插入QPSK导频akF得到序列{ak}。经THP预编码结合PSER/PSPR得到序列
Figure BDA00032650908000000911
序列进行
Figure BDA00032650908000000912
FTN成型后输入AWGN信道。
上下变频的过程都会引入相位噪声，在接收端观测时把相位噪声收发端引入的相位噪声加和Ψk＝θTx(kτT)+θRx(kτT)整体估计消除。本发明实施例考虑平稳色相位噪声，图4为-76dBC@10KHz；-130dBC@1MHz的平稳色相位噪声功率谱。
接收机射频前端接收到受信道污染的发射信号。接着，FTN解调制器对接收信号完成匹配滤波，下采样及白化滤波。白化滤波器的输出序列
Figure BDA00032650908000000913
送入到相噪消除模块，先提取导频处相位噪声信息，内插得到信号的相位噪声估计并补偿后输出序列
Figure BDA00032650908000000914
序列输入THP-EAD模块检测并输出软信息LLR，得到的LLR经过LDPC软解码获得输出比特流。
本实施例中相位噪声的估计方法主要分为两种，一种是线性内插，第kF+i个符号的相位噪声估计为：
Figure BDA00032650908000000915
线性内插复杂度低，实现简单。
第二种是基于最小均方误差准则的维纳内插，使用维纳滤波器对导频符号位置的相位噪声进行滤波得到其他符号相位噪声的估计值。
定义
Figure BDA0003265090800000101
维纳滤波器输出为第k-1个和第k个导频符号之间第i个符号的相噪估计值：
Figure BDA0003265090800000102
其中，N为滤波器阶数。Bk为参与计算的bk序列，
Figure BDA0003265090800000103
即相位噪声的估计值。关于滤波器系数计算，根据维纳滤波理论，
Figure BDA0003265090800000104
其中，Cbb是观测样本Bk的协方差矩阵，而
Figure BDA0003265090800000105
则是观测样本Bk与
Figure BDA0003265090800000106
之间的互相关系数。
本实施例中，THP预编码结合PSER/PSPR流程图如图5所示，预编码器的输入为添加QPSK导频后的序列，先将序列{ak}的首项a0赋予
Figure BDA0003265090800000107
并令k＝1，接下来计算
Figure BDA0003265090800000108
pk＝ak-Ik，若k不为F整数倍直接对pk进行取模输出
Figure BDA0003265090800000109
如果k为F整数倍，那么根据预先选定的导频设计方法进行操作，若是PSER就选择满足pkF＝αakF-IkF落在目标区域内条件下|α|最大的α作为能量衰减因子，输出
Figure BDA00032650908000001010
若是PSPR，将θkF的取值限定在2πμ/Q,u＝0,1,...Q-1中(Q为预先设定的常数)。搜索上述取值中满足
Figure BDA00032650908000001011
落在目标区域内的θkF并输出
Figure BDA00032650908000001012
若不存在满足条件的θkF，令Q＝2Q，重复上述步骤直到找到满足条件的θkF取值。图6展示了通过PSPR的方法令pkF落在目标区域内的原理。
本发明的PSER方法和PSPR方法使用条件不同，取决于FTN引入的ISI
Figure BDA00032650908000001013
的大小，PSER适用于
Figure BDA00032650908000001014
的系统，PSPR适用于
Figure BDA00032650908000001015
的系统，表1为成型滤波采用滚降系数β＝0.25的根升余弦脉冲和不同加速因子τ的FTN系统对应的
Figure BDA00032650908000001016
值，并分析了其在256QAM条件下PSER和PSPR的适用性。
表1 不同滚降和加速因子下
Figure BDA00032650908000001017
Figure BDA00032650908000001018
Figure BDA0003265090800000111
根据表1，滚降系数为0.25，加速因子τ＝5/6的THP-FTN系统满足PSER和PSPR的使用条件，加速因子τ＝4*5时，只满足PSPR的使用条件。
其它本实施例中所涉及参数如表2所示：
表2 仿真参数
Figure BDA0003265090800000112
图7，图8分别给出了4096QAM下滚降系数0.25对应加速因子5/6，4/5和的误码性能曲线，并对比了THP-FTN系统和收端使用MMSE均衡器消除FTN-ISI方法的误码性能。
根据图7，在加速因子为5/6时，相比于MMSE均衡器的方案，THP-FTN系统有1.8dB左右的性能提升。在THP-FTN系统中使用维纳内插方法进行相噪估计时PSER和PSPR性能接近，使用线性内插相噪估计时，PSPR性能略好于PSER，两种方案差距在0.1dB左右。图8中，加速因子为4/5，THP-FTN系统仅满足PSPR使用条件，在相噪存在的情况下依然可以正确估计和消除，误码率随信噪比快速下降，而收端使用MMSE均衡器时，相噪无法正确估计，导致误码性能曲线产生平台。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种单载波THP-FTN系统相位噪声估计与消除方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1：发送端在发送序列{ak}中每间隔F-1符号插入一个导频符号，得到导频符号序列{akF}，发送端对发送符号ak和导频符号akF进行THP预编码以生成预编码序列时，判断当前符号编号k是否为导频间隔F的整数倍，若否，则对符号
Figure FDA0003265090790000011
进行模
Figure FDA00032650907900000114
处理得到预编码序列的第k个符号
Figure FDA0003265090790000012
其中，
Figure FDA0003265090790000013
表示传输信号幅度上限，fl表示符号间串扰序列
Figure FDA0003265090790000014
的第l个符号，符号间串扰序列的长度为L+1，且首个符号的值为1，预编码序列的首个符号为发送序列{ak}的首个符号；
若k为F的整数倍，则根据设置的导频调整方式配置预编码序列的第k个符号
Figure FDA0003265090790000015
即
Figure FDA0003265090790000016
所述导频调整方式为PSER导频调整方式或PSPR导频调整方式；
所述PSER导频调整方式为：
根据公式
Figure FDA0003265090790000017
确定导频符号能量缩减因子α的取值范围，其中，
Figure FDA0003265090790000018
Re{}表示复数的实部，Im{}表示复数的虚部；
选择取值范围内|α|最大时的α作为因子α的取值，并根据
Figure FDA0003265090790000019
得到符号
Figure FDA00032650907900000110
所述PSPR导频调整方式为：
设置相位旋转角θkF多个离散的取值：2πμ/Q,u＝0,1,…Q-1，其中，Q表示预置的常数；
遍历每一个θkF取值，查找一个满足搜索条件的θkF，若当前的所有取值均不满足，则调整常数Q，直到查找到一个满足搜索条件的θkF，则根据
Figure FDA00032650907900000111
得到符号
Figure FDA00032650907900000112
其中，所述搜索条件为：
Figure FDA00032650907900000113
步骤2：接收端执行导频符号辅助的相位噪声消除：提取导频位置的相位噪声，根据导频位置的相位噪声内插获取信号相位噪声估计值，基于所述信号相位噪声估计值对接收信号进行相噪补偿；
其中，导频位置的相位噪声的提取方式与发送端配置的导频调整方式相对应；
对于PSER导频调整方式，导频位置的相位噪声的提取方式为：
获取发送端和接收端导频相位总变化值
Figure FDA0003265090790000021
估计导频相位变化量
Figure FDA0003265090790000022
根据
Figure FDA0003265090790000023
得到相位噪声估计值
Figure FDA0003265090790000024
其中，
Figure FDA0003265090790000025
表示在PSPR导频调整方式下接收端收到的导频符号；
对于PSER导频调整方式，导频位置的相位噪声的提取方式为：
根据公式
Figure FDA0003265090790000026
得到相位噪声估计值
Figure FDA0003265090790000027
其中，
Figure FDA0003265090790000028
表示在PSER导频调整方式下接收端收到的导频符号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对常数Q的更新方式为：更新后的值为更新前的两倍。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
Figure FDA0003265090790000029
的取值设置为：
Figure FDA00032650907900000210
其中，M表示每个分组的比特数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，在发送序列{ak}中每间隔F-1符号插入的导频符号为QPSK符号。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PSER导频调整方式的使用条件为：
Figure FDA00032650907900000211
所述PSPR导频调整方式的使用条件为：
Figure FDA00032650907900000212
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