CN114301752B - 一种能量平均化预编码ofdm传输方法 - Google Patents

一种能量平均化预编码ofdm传输方法 Download PDF

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Abstract

一种能量平均化预编码OFDM传输方法，它属于无线通信技术领域。本发明解决了现有的OFDM系统在时频双衰落信道条件下误码性能差的问题。本发明为OFDM系统设计了一种新型预编码方案，在发送端，通过设计预编码矩阵实现了兼具时域能量平均化特征和频域能量平均化特征的预编码OFDM信号的构造。在双选信道下，由于符号能量在时频平面上的完全平均化分布，该方案具有良好的信道衰落补偿能力，接收端可以通过数据处理以较高概率实现信号的重构，有效降低了误码率，提升了OFDM系统的抗衰落性能，保障了通信的可靠性。本发明方法可以应用于无线通信技术领域。

Description

一种能量平均化预编码OFDM传输方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种能量平均化预编码OFDM传输方法。
背景技术
在无线通信领域，多载波体制已经得到了广泛的研究和应用，其具有良好的抗时域深衰落能力，但其抗频域深衰落的性能较差，误码性能逐渐不能满足复杂场景的通信需求。预编码是改进系统性能的一种有效手段。近年来，研究人员提出了一系列预编码方案来弥补OFDM系统在时频双衰落等较差信道条件下的性能缺陷。
然而，现有的预编码OFDM方案不能实现信号能量在时频平面的完全平均化分布，这限制了其信道补偿能力的进一步提升。因此，现有OFDM系统对抗信道衰落的性能仍然较差，对其性能的缺陷进行补充和优化、更好的保障系统的可靠性成为一个值得关注的研究方向。
发明内容
本发明的目的是为解决现有的OFDM系统在时频双衰落信道条件下误码性能差的问题，而提出了一种能量平均化预编码OFDM传输方法。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
基于本发明的一个方面，一种能量平均化预编码OFDM传输方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、对信源产生的数据进行调制后，再对调制结果进行分帧处理，得到分帧后的各帧数据；
步骤2、分别对每帧数据进行预编码，获得各帧数据所对应的预编码后输出信号；
Xi′1 T＝ΛXi′ T
其中，Xi′代表分帧后的第i′帧数据，Xi′1代表Xi′对应的预编码后输出信号，上角标T代表转置，Λ代表预编码矩阵；
预编码矩阵Λ具体为：
其中，[Λ]m,n表示预编码矩阵Λ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，L为每帧数据的长度，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数βk,k＝0,1,...,L-1通过如下方法生成：
其中，L＝2N，表示向下取整，/>mod表示取余数；
步骤3、分别对每帧数据对应的预编码后输出信号进行IDFT和添加循环前缀处理，得到每帧数据对应的处理结果；再将各帧数据对应的处理结果表示为一路串行数字信号XT；
对信号XT依次进行数/模转换和上变频处理后，将上变频处理后信号发射至信道；
步骤4、接收机对从信道中接收到的信号依次进行下变频、模/数转换、移除循环前缀和信道均衡处理，再对信道均衡处理结果进行分帧处理；
并分别对得到的每帧数据做DFT处理，得到处理后的各帧数据，将处理后的第j帧数据表示为Yj，j＝1,2,3,...,M；
步骤5、分别对步骤4处理后的每帧数据进行处理，得到各帧数据对应的处理后信号；其具体过程为：
Yj1 T＝ΓYj T
其中，Yj1为Yj对应的处理后信号，Γ是预编码矩阵Λ的逆矩阵；
预编码矩阵Λ的逆矩阵Γ为：
其中，[Γ]m,n表示逆矩阵Γ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数ψk,k＝0,1,...,L-1表示为：
其中，μk＝-θk,k＝0,1,...,2t-1；
步骤6、将步骤5获得的输出信号Yj1表示为一路串行数字信号YT，对信号YT进行星座解映射，恢复出0、1比特数据。
基于本发明的另一个方面，一种能量平均化预编码OFDM传输方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、对信源产生的数据进行调制后，再对调制结果进行分帧处理，得到分帧后的各帧数据；
步骤2、分别对每帧数据进行预编码，获得各帧数据所对应的预编码后输出信号；
Xi′1 T＝ΛXi′ T
其中，Xi′代表分帧后的第i′帧数据，Xi′1代表Xi′对应的预编码后输出信号，上角标T代表转置，Λ代表预编码矩阵；
预编码矩阵Λ具体为：
其中，[Λ]m,n表示预编码矩阵Λ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，L为每帧数据的长度，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数βk,k＝0,1,...,L-1通过如下方法生成：
其中，L＝2N，表示向下取整，/>mod表示取余数；
步骤3、分别对每帧数据对应的预编码后输出信号进行IDFT和添加循环前缀处理，得到每帧数据对应的处理结果；再将各帧数据对应的处理结果表示为一路串行数字信号XT；
对信号XT依次进行数/模转换和上变频处理后，将上变频处理后信号发射至信道；
步骤4、接收机对从信道中接收到的信号依次进行下变频、模/数转换、移除循环前缀和信道均衡处理，再对信道均衡处理结果进行分帧处理；
并分别对得到的每帧数据做DFT处理，得到处理后的各帧数据，将处理后的第j帧数据表示为Yj，j＝1,2,3,...,M；
步骤5、分别对步骤4处理后的每帧数据进行处理，得到各帧数据对应的处理后信号；其具体过程为：
Yj1 T＝ΓYj T
其中，Yj1为Yj对应的处理后信号，Γ是预编码矩阵Λ的逆矩阵；
预编码矩阵Λ的逆矩阵Γ为：
其中，[Γ]m,n表示逆矩阵Γ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数ψk,k＝0,1,...,L-1表示为：
其中，μk＝-θk,k＝0,1,...,2t-1；
步骤6、将步骤5获得的输出信号Yj1表示为一路串行数字信号YT，对信号YT进行星座解映射，恢复出0、1比特数据。
本发明的有益效果是：
本发明为OFDM系统设计了一种新型预编码方案，在发送端，通过设计预编码矩阵实现了兼具时域能量平均化特征和频域能量平均化特征的预编码OFDM信号的构造。在双选信道下，由于符号能量在时频平面上的完全平均化分布，该方案具有良好的信道衰落补偿能力，接收端可以通过数据处理以较高概率实现信号的重构，有效降低了误码率，提升了OFDM系统的抗衰落性能，保障了通信的可靠性。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种能量平均化预编码OFDM传输方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、对信源产生的数据进行调制后，再对调制结果进行分帧处理，得到分帧后的各帧数据；
其中，分帧后的每帧数据的长度均为L＝2N，N为正整数，分帧后的总帧数为M；
步骤2、分别对每帧数据进行预编码，获得各帧数据所对应的预编码后输出信号；
Xi′1 T＝ΛXi′ T
其中，Xi′代表分帧后的第i′帧数据，Xi′1代表Xi′对应的预编码后输出信号，上角标T代表转置，Λ代表预编码矩阵；
预编码矩阵Λ具体为：
其中，[Λ]m,n表示预编码矩阵Λ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，L为每帧数据的长度，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数βk,k＝0,1,...,L-1通过如下方法生成：
其中，L＝2N，表示向下取整，/>mod表示取余数；
步骤3、分别对每帧数据对应的预编码后输出信号进行IDFT和添加循环前缀处理，得到每帧数据对应的处理结果；再将各帧数据对应的处理结果表示为一路串行数字信号XT；
对信号XT依次进行数/模转换和上变频处理后，将上变频处理后信号发射至信道；
步骤4、接收机对从信道中接收到的信号依次进行下变频、模/数转换、移除循环前缀和信道均衡处理，再对信道均衡处理结果进行分帧处理；
并分别对得到的每帧数据做DFT处理，得到处理后的各帧数据，将处理后的第j帧数据表示为Yj，j＝1,2,3,...,M；
步骤5、分别对步骤4处理后的每帧数据进行处理，得到各帧数据对应的处理后信号；其具体过程为：
Yj1 T＝ΓYj T
其中，Yj1为Yj对应的处理后信号，Γ是预编码矩阵Λ的逆矩阵；
预编码矩阵Λ的逆矩阵Γ为：
其中，[Γ]m,n表示逆矩阵Γ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数ψk,k＝0,1,...,L-1表示为：
其中，μk＝-θk,k＝0,1,...,2t-1；
步骤6、将步骤5获得的输出信号Yj1表示为一路串行数字信号YT，YT＝[Y11Y21...Yj1...YM1]，对信号YT进行星座解映射，恢复出0、1比特数据。
本发明方法具有良好的兼容性，提出的预编码方案适用于现行的各种多载波系统。
具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述对信号XT依次进行数/模转换和上变频处理，上变频处理后的信号的具体形式为：
其中，XT1为上变频处理后的信号，fc为载波调制中心频率，t0为时序标志，Re[·]代表取实部，XT0为XT对应的数/模转换后信号，e为自然常数。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述接收机从信道中接收到的信号YR1的形式为：
YR1＝HXT1+NT
其中，H为信道状态信息矩阵，NT为随机噪声。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四、结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种能量平均化预编码OFDM传输方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、对信源产生的数据进行调制后，再对调制结果进行分帧处理，得到分帧后的各帧数据；
其中，分帧后的每帧数据的长度均为L＝2N，N为正整数，分帧后的总帧数为M；
步骤2、分别对每帧数据进行预编码，获得各帧数据所对应的预编码后输出信号；
Xi′1 T＝ΛXi′ T
其中，Xi′代表分帧后的第i′帧数据，Xi′1代表Xi′对应的预编码后输出信号，上角标T代表转置，Λ代表预编码矩阵；
预编码矩阵Λ具体为：
其中，[Λ]m,n表示预编码矩阵Λ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，L为每帧数据的长度，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数βk,k＝0,1,...,L-1通过如下方法生成：
其中，L＝2N，表示向下取整，/>mod表示取余数；
步骤3、分别对每帧数据对应的预编码后输出信号进行IDFT和添加循环前缀处理，得到每帧数据对应的处理结果；再将各帧数据对应的处理结果表示为一路串行数字信号XT；
对信号XT依次进行数/模转换和上变频处理后，将上变频处理后信号发射至信道；
步骤4、接收机对从信道中接收到的信号依次进行下变频、模/数转换、移除循环前缀和信道均衡处理，再对信道均衡处理结果进行分帧处理；
并分别对得到的每帧数据做DFT处理，得到处理后的各帧数据，将处理后的第j帧数据表示为Yj，j＝1,2,3,...,M；
步骤5、分别对步骤4处理后的每帧数据进行处理，得到各帧数据对应的处理后信号；其具体过程为：
Yj1 T＝ΓYj T
其中，Yj1为Yj对应的处理后信号，Γ是预编码矩阵Λ的逆矩阵；
预编码矩阵Λ的逆矩阵Γ为：
其中，[Γ]m,n表示逆矩阵Γ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数ψk,k＝0,1,...,L-1表示为：
其中，μk＝-θk,k＝0,1,...,2t-1；
步骤6、将步骤5获得的输出信号Yj1表示为一路串行数字信号YT，YT＝[Y11Y21...Yj1...YM1]，对信号YT进行星座解映射，恢复出0、1比特数据。
本发明方法具有良好的兼容性，提出的预编码方案适用于现行的各种多载波系统。
具体实施方式五、本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述对信号XT依次进行数/模转换和上变频处理，上变频处理后的信号的具体形式为：
其中，XT1为上变频处理后的信号，fc为载波调制中心频率，t0为时序标志，Re[·]代表取实部，XT0为XT对应的数/模转换后信号。
其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是，所述接收机从信道中接收到的信号YR1的形式为：
YR1＝HXT1+NT
其中，H为信道状态信息矩阵，NT为随机噪声。
其它步骤及参数与具体实施方式四或五相同。
本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种能量平均化预编码OFDM传输方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、对信源产生的数据进行调制后，再对调制结果进行分帧处理，得到分帧后的各帧数据；
步骤2、分别对每帧数据进行预编码，获得各帧数据所对应的预编码后输出信号；
Xi′1 T＝ΛXi′ T
其中，Xi′代表分帧后的第i′帧数据，Xi′1代表Xi′对应的预编码后输出信号，上角标T代表转置，Λ代表预编码矩阵；
预编码矩阵Λ具体为：
其中，[Λ]m,n表示预编码矩阵Λ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，L为每帧数据的长度，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数βk,k＝0,1,...,L-1通过如下方法生成：
其中，L＝2N， 表示向下取整，/>mod表示取余数；
步骤3、分别对每帧数据对应的预编码后输出信号进行IDFT和添加循环前缀处理，得到每帧数据对应的处理结果；再将各帧数据对应的处理结果表示为一路串行数字信号XT；
对信号XT依次进行数/模转换和上变频处理后，将上变频处理后信号发射至信道；
步骤4、接收机对从信道中接收到的信号依次进行下变频、模/数转换、移除循环前缀和信道均衡处理，再对信道均衡处理结果进行分帧处理；
并分别对得到的每帧数据做DFT处理，得到处理后的各帧数据，将处理后的第j帧数据表示为Yj，j＝1,2,3,...,M；
步骤5、分别对步骤4处理后的每帧数据进行处理，得到各帧数据对应的处理后信号；其具体过程为：
Yj1 T＝ΓYj T
其中，Yj1为Yj对应的处理后信号，Γ是预编码矩阵Λ的逆矩阵；
预编码矩阵Λ的逆矩阵Γ为：
其中，[Γ]m,n表示逆矩阵Γ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数ψk,k＝0,1,...,L-1表示为：
其中，μk＝-θk,k＝0,1,...,2t-1；
步骤6、将步骤5获得的输出信号Yj1表示为一路串行数字信号YT，对信号YT进行星座解映射，恢复出0、1比特数据。
2.根据权利要求1所述的一种能量平均化预编码OFDM传输方法，其特征在于，所述对信号XT依次进行数/模转换和上变频处理，上变频处理后的信号的具体形式为：
其中，XT1为上变频处理后的信号，fc为载波调制中心频率，t0为时序标志，Re[·]代表取实部，XT0为XT对应的数/模转换后信号。
3.根据权利要求2所述的一种能量平均化预编码OFDM传输方法，其特征在于，所述接收机从信道中接收到的信号YR1的形式为：
YR1＝HXT1+NT
其中，H为信道状态信息矩阵，NT为随机噪声。
4.一种能量平均化预编码OFDM传输方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、对信源产生的数据进行调制后，再对调制结果进行分帧处理，得到分帧后的各帧数据；
步骤2、分别对每帧数据进行预编码，获得各帧数据所对应的预编码后输出信号；
Xi′1 T＝ΛXi′ T
其中，Xi′代表分帧后的第i′帧数据，Xi′1代表Xi′对应的预编码后输出信号，上角标T代表转置，Λ代表预编码矩阵；
预编码矩阵Λ具体为：
其中，[Λ]m,n表示预编码矩阵Λ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，L为每帧数据的长度，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数βk,k＝0,1,...,L-1通过如下方法生成：
其中，L＝2N， 表示向下取整，/>mod表示取余数；
步骤3、分别对每帧数据对应的预编码后输出信号进行IDFT和添加循环前缀处理，得到每帧数据对应的处理结果；再将各帧数据对应的处理结果表示为一路串行数字信号XT；
对信号XT依次进行数/模转换和上变频处理后，将上变频处理后信号发射至信道；
步骤4、接收机对从信道中接收到的信号依次进行下变频、模/数转换、移除循环前缀和信道均衡处理，再对信道均衡处理结果进行分帧处理；
并分别对得到的每帧数据做DFT处理，得到处理后的各帧数据，将处理后的第j帧数据表示为Yj，j＝1,2,3,...,M；
步骤5、分别对步骤4处理后的每帧数据进行处理，得到各帧数据对应的处理后信号；其具体过程为：
Yj1 T＝ΓYj T
其中，Yj1为Yj对应的处理后信号，Γ是预编码矩阵Λ的逆矩阵；
预编码矩阵Λ的逆矩阵Γ为：
其中，[Γ]m,n表示逆矩阵Γ中的第m行第n列的元素，m＝0,1,...,L-1，n＝0,1,...,L-1，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，参数ψk,k＝0,1,...,L-1表示为：
其中，μk＝-θk,k＝0,1,...,2t-1；
步骤6、将步骤5获得的输出信号Yj1表示为一路串行数字信号YT，对信号YT进行星座解映射，恢复出0、1比特数据。
5.根据权利要求4所述的一种能量平均化预编码OFDM传输方法，其特征在于，所述对信号XT依次进行数/模转换和上变频处理，上变频处理后的信号的具体形式为：
其中，XT1为上变频处理后的信号，fc为载波调制中心频率，t0为时序标志，Re[·]代表取实部，XT0为XT对应的数/模转换后信号。
6.根据权利要求5所述的一种能量平均化预编码OFDM传输方法，其特征在于，所述接收机从信道中接收到的信号YR1的形式为：
YR1＝HXT1+NT
其中，H为信道状态信息矩阵，NT为随机噪声。
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