CN115118558A

CN115118558A - 移动通信中ofdm/oqam的自干扰消除方法及系统

Info

Publication number: CN115118558A
Application number: CN202211002519.4A
Authority: CN
Inventors: 张超; 张波; 万亚东
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2022-08-22
Filing date: 2022-08-22
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2042-08-22
Also published as: CN115118558B

Abstract

本发明涉及一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法及系统，涉及通信领域，该方法包括：在信源发出的基带信号中加入第一导频数据；基于加入第一导频后的数据生成待发送信号；将加入噪声信号后的待发送信号经过信道发送至接收端；从接收端接收的信号中获取导频数据记为第二导频数据；对当前第二导频数据进行LS信道估计，获得当前信道估计值；根据当前信道估计值和当前第二导频数据的相邻数据确定当前相邻数据的干扰值；若不满足迭代停止条件则利用当前干扰值获得更新后的第二导频数据，返回LS信道估计步骤；直到满足迭代停止条件，将接收端接收的信号减去当前干扰值作为接收端的最终接收数据，提高了接收到数据的准确性。

Description

移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法及系统。

背景技术

车联网移动通信的信息传输要求实时性高、信息传输速率快，因此车联网移动通信，对于移动通信体质要求具有高速的传输和对多普勒频移的适应性。基于偏移正交幅度调制的正交频分复用（offset quadrature amplitude modulation based orthogonalfrequency division multiplexing，OFDM/OQAM）比基于偏移正交调制的加循环前缀正交频分复用(offset quadrature modulation based orthogonal frequency divisionmultiplexing added Cyclic Prefix, OFDM/CP)有更高的传输效率，对多普勒频移有着更好的适应性，其能够为车联网移动通信提供强有力的保证。

OFDM/OQAM系统在高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise，AWGN）信道下具有近似理想的传输效率。移动通信中，由于信号的反射、衍射等会产生信息的多径传输。车联网通信中，信宿与信源之间由于相对运动，会产生多普勒效应。信道的复杂性，会造成信息在经过信道传输后，造成时域、频域上的干扰，造成接收信息会产生畸变，导致信息有效性下降。OFDM/OQAM系统相较于OFDM/CP系统，其解调时由复数域正交变成实数域正交，放宽了正交条件，但是在信宿端，信道的复数域中的虚部部分，导致信息在信宿中存在干扰，并在实数域累加，产生实数域的干扰（Interference Real Symbol,IRS）。

发明内容

本发明的目的是提供一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法及系统，降低了自干扰的影响，提高了接收到数据的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法，包括：

在信源发出的基带信号中加入第一导频数据，获得加入所述第一导频后的数据；

基于加入所述第一导频后的数据生成待发送信号；

将加入噪声信号后的所述待发送信号经过信道发送至接收端；

从所述接收端接收的信号中获取导频数据，将获取的导频数据记为第二导频数据；

对当前第二导频数据进行LS信道估计，获得当前信道估计值；

根据当前信道估计值和当前第二导频数据的设定范围内的相邻数据确定当前相邻数据的干扰值；

判断是否满足迭代停止条件；

若不满足所述迭代停止条件，则将当前第二导频数据减去当前干扰值，获得更新后的第二导频数据，返回步骤“对当前第二导频数据进行LS信道估计，获得当前信道估计值”；

若满足所述迭代停止条件，则将所述接收端接收的信号减去当前干扰值作为所述接收端的最终接收数据。

可选地，所述在信源发出的基带信号中加入第一导频数据，获得加入所述第一导频后的数据，具体包括：

对所述基带信号进行4QAM调制后进行串并转换，获得串并转换后的数据；

在所述串并转换后的数据中加入所述第一导频数据，获得加入所述第一导频后的数据。

可选地，所述基于加入所述第一导频后的数据生成待发送信号，具体包括：

对加入所述第一导频后的数据依次进行快速傅立叶逆变换、相位偏移和脉冲成型后，生成所述待发送信号。

可选地，所述根据当前信道估计值和当前第二导频数据的设定范围内的相邻数据确定当前相邻数据的干扰值，具体包括：

根据预设硬判决信息值对当前第二导频数据的设定范围内的相邻数据进行硬判决，获得当前相邻数据的解调数据；

根据当前信道估计值和所述解调数据确定当前相邻数据的干扰值。

可选地，所述迭代停止条件具体包括：当前干扰值小于预设干扰值或者当前迭代次数等于预设迭代最大值。

本发明还公开了一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除系统，包括：

第一导频数据加入模块，用于在信源发出的基带信号中加入第一导频数据，获得加入所述第一导频后的数据；

待发送信号生成模块，用于基于加入所述第一导频后的数据生成待发送信号；

数据发送模块，用于将加入噪声信号后的所述待发送信号经过信道发送至接收端；

第二导频数据获取模块，用于从所述接收端接收的信号中获取导频数据，将获取的导频数据记为第二导频数据；

信道估计值模块，用于对当前第二导频数据进行LS信道估计，获得当前信道估计值；

干扰值确定模块，用于根据当前信道估计值和当前第二导频数据的设定范围内的相邻数据确定当前相邻数据的干扰值；

判断模块，用于判断是否满足迭代停止条件；

第二导频数据更新模块，用于若不满足所述迭代停止条件，则将当前第二导频数据减去当前干扰值，获得更新后的第二导频数据，返回所述信道估计值模块；

最终接收数据确定模块，用于若满足所述迭代停止条件，则将所述接收端接收的信号减去当前干扰值作为所述接收端的最终接收数据。

可选地，所述第一导频数据加入模块，具体包括：

调制及串并转换单元，用于对所述基带信号进行4QAM调制后进行串并转换，获得串并转换后的数据；

第一导频数据加入单元，用于在所述串并转换后的数据中加入所述第一导频数据，获得加入所述第一导频后的数据。

可选地，所述待发送信号生成模块，具体包括：

基带信号生成单元，用于对加入所述第一导频后的数据依次进行快速傅立叶逆变换、相位偏移和脉冲成型后，生成所述待发送信号。

可选地，所述干扰值确定模块，具体包括：

解调数据确定单元，用于根据预设硬判决信息值对当前第二导频数据的设定范围内的相邻数据进行硬判决，获得当前相邻数据的解调数据；

干扰值确定单元，用于根据当前信道估计值和所述解调数据确定当前相邻数据的干扰值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法及系统，在信源数据中加入导频数据，根据接收端接收的导频数据进行信道估计，并根据信道估计值获取接收到的导频数据的相邻数据的干扰值，根据干扰值对接收的导频数据进行干扰消除，通过进行多次迭代进行干扰消除，直到满足停止迭代的条件，降低了自干扰的影响，提高了接收端接收信息的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。

图1为本发明一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法流程示意图；

图2为本发明一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法仿真过程示意图；

图3为本发明一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法仿真结果示意图；

图4为本发明一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除系统结构示意图。

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做出创造性劳动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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法流程示意图，如图1所示，一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法，包括以下步骤：

步骤101：在信源发出的基带信号中加入第一导频数据，获得加入所述第一导频后的数据。

其中，信源具体为车联网移动通信中信源，接收端为车联网移动通信中接收端。

其中，步骤101具体包括：

对所述基带信号进行4QAM调制后进行串并转换，获得串并转换后的数据。

图2中星座图映射具体为4QAM调制，星座图逆映射具体为4QAM解调。

串并转换后的数据D表示为：

其中，k+1为数据D的列数，N是数据D的行数，N也是子载波数量。

第一导频数据的数学模型为：

；

其中，P _n表示所述第一导频数据中第n个值（对应第n个子载波），n的取值为0~N-1，j为复数。

加入第一导频后的数据S表示为：

其中，S中最右边一列1,......,j表示加入的第一导频数据。

步骤102：基于加入所述第一导频后的数据生成待发送信号。

D是由10列数据构成，数据D与导频构成S，可以理解为每10列数据后面加入一列第一导频数据。

其中，如图2所示，步骤102具体包括：

对加入所述第一导频后的数据依次进行快速傅立叶逆变换（Inverse FastFourier Transform，IFFT）、相位偏移和脉冲成型后，生成所述待发送信号。更为具体的步骤如下：

对加入第一导频后的数据进行实部（图2中Re）和虚部（图2中Im）分离，分别对实部和虚部进行相位偏移和IFFT变换，将IFFT变换后的实部通过G(n’)滤波器组（脉冲成型滤波器组），将IFFT变换后的虚部通过G(n’-N/2)滤波器组，根据G(n’)滤波器组输出信号和G(n’-N/2)滤波器组（脉冲成型滤波器组）输出的信号进行脉冲成型后生成包络信号（待发送信号），n’表示子载波数量的倍数。

实部进行相位偏移的相位为j ^(l+2*n) ，l表示S中列数，虚部进行相位偏移的相位为j ^(l+2*n+1)。

步骤103：将加入噪声信号后的所述待发送信号经过信道发送至接收端。

其中，步骤103中噪声信号为高斯白噪声，将加入高斯白噪声的待发送信号经过信道的时域冲激响应h(t)，生成基带发射信号发送至接收端，t表示时间。

将k+1列复数数据为一组进行发送。

每组的实际宽带传输效率为[（k/（k+3））*N/（N+1）]B/Hz，其中B为比特，Hz为赫兹。

步骤104：从所述接收端接收的信号中获取导频数据，将获取的导频数据记为第二导频数据。

其中，步骤104具体包括：从接收端接收的信号经过G(-n’)滤波器组、快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)及相位偏移后生成实部信号，其中相位偏移量为j ^(l ^+2*n)；从接收端接收的信号经过G(N/2-n’)滤波器组、快速傅里叶变换(fast Fouriertransform,FFT)及相位偏移后生成虚部信号，其中相位偏移量为j ^-(l+2*n+1)。将实部信号和虚部信号相加获得接收信息，从接收信息中获取导频数据，将获取的导频数据记为第二导频数据。

步骤105：对当前第二导频数据进行LS信道估计，获得当前信道估计值。

其中，步骤105具体包括：根据第一导频数据，对当前第二导频数据进行LS信道估计，获得当前信道估计值。

步骤106：根据当前信道估计值和当前第二导频数据的设定范围内的相邻数据确定当前相邻数据的干扰值。

其中，对于第二导频数据中第i个导频数据的相邻数据，若第i个导频数据不是边缘数据，则第i个导频数据包括第i个导频数据相邻的八个数据。

得出相邻信号间的干扰系数，得出干扰数值（干扰值）。

干扰系数是指脉冲成型函数的相关函数的归一化值，干扰值则是相邻数据与相应的相关函数值的乘积（频域）。

其中，步骤106具体包括：

步骤107：判断是否满足迭代停止条件。

所述迭代停止条件具体包括：当前干扰值小于预设干扰值或者当前迭代次数等于预设迭代最大值。

步骤108：若不满足所述迭代停止条件，则将当前第二导频数据减去当前干扰值，获得更新后的第二导频数据，返回步骤105。

步骤109：若满足所述迭代停止条件，则将所述接收端接收的信号减去当前干扰值作为所述接收端的最终接收数据。

本发明针对OFDM/OQAM系统的干扰消除，是以TFL（Time Frequency Location，时频聚集性）函数的干扰系数与信道估计值为基础，重点在于进行迭代消除。其中IAM-new是IAM系列中功率最优的导频设计方式，利用其获取信道的频域响应，即通常的信道估计值。然后，利用信道估计值进行信息解调。随后利用信道估计值，获取相邻信号对当前信号的干扰值，将解调信息减去干扰值。即可获取较为准确的解调信息。如果是高阶QAM映射，则可采用迭代的方式，获取更为准确的解调信息，减少误码率（bit error ratio，BER）。其中TFL函数用于评价滤波器的滤波性能。

OFDM/OQAM信息经过脉冲成型函数时，采用的是叠加和OQAM方式，生成的信息必须保证严格的实数域正交，经过多径信道后，信道的冲击响应会造成接收信息在实数域产生相邻信号间的干扰，如果消除相邻信号间的干扰，则能够提升信息质量。

下面以具体实施例说明本发明一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法。

按照表1中参数信息进行参数赋值。

表1 各参数值

表1中A信道为通信领域中IEEE规定的一个信道模型。

假设QPSK的信息为a _m,n，m为行，n为列，信源端的导频信息为P _n，脉冲成型函数为g(t)，信道的时域相应为h(t)，信道的频域相应为H _n。

Step1：信源进行QPSK映射（调制）后进行串并转换可得数据D。

Step2：将数据D中加入导频数据P _n（第一导频数据），生成加入导频数据后的数据S。

Step3：将数据S的实数部分与虚数部分进行相位偏移。

Step4：分别对相位偏移后的实数部分与虚数部分进行IFFT变换。

Step5：对IFFT变换后的数据通过脉冲成型函数进行时域、频域正交化，生成待发送信号。

Step6：对待发送信号加入高斯白噪声经过信道的时域冲激响应h(t)，构成基带发射信号。

Step7：接收端接收的信号经过匹配滤波器、FFT及相位偏移后，可得到接收信息y _k,n。

Step8：从接收信息y _k,n中获得导频数据（第二导频数据），利用LS信道估计得到初始信道估计值

。

；

其中，P _k,n表示连续进行数据发送时，第k个第一导频数据，

表示第k个第二导频数据，

表示第k个信道估计值。

Step9：对第二导频数据的相邻数据进行ZF均衡。

接收数据的数学模型为：

则：

；

其中，

表示FFT处理后数据的数学模型，

表示硬判决后的解调数据，Hard[]表示硬判决函数，

为相邻数据的相位偏移，

表示真实信息（信源端信息即发射端信息）与相邻信息的匹配滤波器与信道频率响应的积分值，Ag[]表示脉冲成型函数与接收滤波器的乘积，a _k,n表示第k个发射数据D的位置，k ₀表示当前解调数据所在列，n ₀表示当前解调数据所在行，τ表示脉冲成型函数时间间隔，τ₀表示接收数据所在的时间域，v ₀表示接收数据所在的频域。

表示当前信息（当前数据S）经过信道后的真实值，

表示经过多径信道后，相邻数据对当前解析信号的干扰值（真实值）。

Step10：计算第二导频数据的相邻数据的干扰值。

假设信道在一定范围内是准静止的，则可得出相邻信道间的频域响应是相同的，第二导频数据的相邻数据的干扰值的数学模型为：

其中，

表示当前接收数据归一化后的相关值，

表示第k个信道中第n个子载波的估计值，Ag[(k-k ₀),(n-n ₀)] 表示相邻信息与当前信息（当前第二导频数据）之间脉冲成型函数的相关值，

表示第二导频数据的相邻数据的干扰值（估计值）。

Step11：更新当前第二导频数据。

更新后的第二导频数据，即第二导频数据进行1次干扰消除后数据表示为：

。

Step12：获取1次干扰消除后的信道估计值。

进行1次干扰消除后的信道估计值表示为：

。

重复Step8~Step12直到满足停止迭代条件。

将最终接收数据进行ZF均衡，随后进行并串转换，QPSK逆映射（QPSK解调），得出解调出的二进制数据，本发明的BER仿真结果为图3中干扰消除、干扰消除2和干扰消除4，其中，“干扰消除”指进行一次干扰消除，“干扰消除2”指进行二次干扰消除，“干扰消除4”指进行四次干扰消除。本发明从有效性（数据的实际传输率）和可靠性（BER）进行分析，并对计算复杂度和工程可实现性进行了分析。

（1）有效性

就本实施例仿真参数来说，由于采用的是1列导频（第一导频数据），所以信息传输效率：η=10/11=90.1%。

IAM-new(interference approximation method，IAM)导频需要3列数据，设OFDM/CP有效性为80%，则IAM-new导频对应的有效数据传输速率为77.8%，本发明对应的有效数据传输速率为90.1%，可见本发明方法的有效传输速率最高。

（2）BER性能对比

从可靠性上可以看出，在干扰消除迭代2次以上时，本发明方法相比OFDM/CP、IAM-new的表现效果较好，在BER=2*10^-3下，本发明方法要比OFDM/CP与IAM-new相比少1dB的能量。图3中干扰消除为本发明方法中的干扰值消除，图3中纵坐标为误码率，横坐标为信噪比，如图3所示，随着干扰消除的次数增加，误码率随之降低。

本发明方法利用迭代的方式进行干扰消除，方法相对简单，通过牺牲一定量的有效信息传输速率与计算复杂度，通过仿真，验证了本发明方法的有效性。此外，对于高阶QAM映射，在扩大干扰信息搜索面积的情况下，也能取得较好的效果。

图4为本发明一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除系统结构示意图，如图4所示，一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除系统，包括：

第一导频数据加入模块201，用于在信源发出的基带信号中加入第一导频数据，获得加入所述第一导频后的数据。

待发送信号生成模块202，用于基于加入所述第一导频后的数据生成待发送信号。

数据发送模块203，用于将加入噪声信号后的所述待发送信号经过信道发送至接收端。

第二导频数据获取模块204，用于从所述接收端接收的信号中获取导频数据，将获取的导频数据记为第二导频数据。

信道估计值模块205，用于对当前第二导频数据进行LS信道估计，获得当前信道估计值。

干扰值确定模块206，用于根据当前信道估计值和当前第二导频数据的设定范围内的相邻数据确定当前相邻数据的干扰值。

判断模块207，用于判断是否满足迭代停止条件。

第二导频数据更新模块208，用于若不满足所述迭代停止条件，则将当前第二导频数据减去当前干扰值，获得更新后的第二导频数据，返回所述信道估计值模块。

最终接收数据确定模块209，用于若满足所述迭代停止条件，则将所述接收端接收的信号减去当前干扰值作为所述接收端的最终接收数据。

所述第一导频数据加入模块201，具体包括：

调制及串并转换单元，用于对所述基带信号进行4QAM调制后进行串并转换，获得串并转换后的数据。

所述待发送信号生成模块202，具体包括：

所述干扰值确定模块206，具体包括：

解调数据确定单元，用于根据预设硬判决信息值对当前第二导频数据的设定范围内的相邻数据进行硬判决，获得当前相邻数据的解调数据。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法，其特征在于，包括：

基于加入所述第一导频后的数据生成待发送信号，所述待发送信号为包络信号；

判断是否满足迭代停止条件；

2.根据权利要求1所述的移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法，其特征在于，所述在信源发出的基带信号中加入第一导频数据，获得加入所述第一导频后的数据，具体包括：

3.根据权利要求1所述的移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法，其特征在于，所述基于加入所述第一导频后的数据生成待发送信号，具体包括：

4.根据权利要求1所述的移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法，其特征在于，所述根据当前信道估计值和当前第二导频数据的设定范围内的相邻数据确定当前相邻数据的干扰值，具体包括：

5.根据权利要求1所述的移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除方法，其特征在于，所述迭代停止条件具体包括：当前干扰值小于预设干扰值或者当前迭代次数等于预设迭代最大值。

6.一种移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除系统，其特征在于，包括：

待发送信号生成模块，用于基于加入所述第一导频后的数据生成待发送信号，所述待发送信号为包络信号；

判断模块，用于判断是否满足迭代停止条件；

7.根据权利要求6所述的移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除系统，其特征在于，所述第一导频数据加入模块，具体包括：

8.根据权利要求6所述的移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除系统，其特征在于，所述待发送信号生成模块，具体包括：

9.根据权利要求6所述的移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除系统，其特征在于，所述干扰值确定模块，具体包括：

10.根据权利要求6所述的移动通信中OFDM/OQAM的自干扰消除系统，其特征在于，所述迭代停止条件具体包括：当前干扰值小于预设干扰值或者当前迭代次数等于预设迭代最大值。