CN115695113A - 一种频选信道预编码功率分配传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种频选信道预编码功率分配传输方法。本发明所述方法能够在发射端和接收端均已知频选信道的信道状态信道前提下，通过在发射端进行合适的符号与子载波能量分配，在接收端进行对应的信道均衡，取得相较于在发射端使用预均衡技术或在接收端使用相同的均衡技术情况下更好的误码性能。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别是涉及一种频选信道预编码功率分配传输方法。
背景技术
在频率选择性衰落信道下，OFDM技术将整个通信频段切分为若干个彼此独立的平坦衰落的子载波信道。OFDM技术的这一特性使得接收机可以方便的通过频域线性均衡技术来实现对信道衰落影响的抵消和抑制，常用的频域线性均衡技术有以最小信号畸变为准则的迫零(Zero Forcing，ZF)均衡和以最小均方误差为准则的MMSE(Minimum Mean SquareError)均衡。而相较于在接收端进行均衡，在发射端以相同的均衡系数进行发端频域预均衡往往能取得更好的误码性能。OFDM系统的发端预均衡技术需要发射端已知信道状态信息，而在实际通信系统中，接收端更容易获得信道状态信息。因此在发射端能够获取信道状态信息的系统中，接收端通常也具有信道状态信息的知识。基于以上背景，本发明提出一种在发射端和接收端都能够获取信道状态信息的系统中，将发射端的符号与子载波能量分配和接收端的均衡技术相结合的信号传输方法，使得系统能够取得相较于在发射端使用预均衡技术或在接收端使用相同的均衡技术情况下更好的误码性能。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术中的问题。本发明提出了一种频选信道预编码功率分配传输方法。本发明所述方法能够在发射端和接收端均已知频选信道的信道状态信道前提下，通过在发射端进行合适的符号与子载波能量分配，在接收端进行对应的信道均衡，取得相较于在发射端使用预均衡技术或在接收端使用相同的均衡技术情况下更好的误码性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种频选信道预编码功率分配传输方法，所述传输方法在发射端进行合适的符号与子载波能量分配，在接收端进行对应的信道均衡；所述方法具体包括：
发射端的处理过程为：
步骤A1、预先根据OFDM技术的原理将通信带宽内的一整个频率选择性衰落信道划分为N个相互独立的平坦衰落子信道，其中第i个子信道增益记为H(i)；
步骤A2、将待传输的信息比特数据流进行基带星座映射，得到星座映射后的复数信号矢量X0，矢量长度为N；
步骤A3、将步骤A2得到的复数信号矢量X0左乘一个变换矩阵T，得到复数信号矢量X1＝TX0；
步骤A4、将步骤A3得到的复数信号矢量X1中的N个元素视为N个待传输的信频域信息符号，按顺序映射到步骤A1中划分出的N个子信道进行传输；
步骤A5、将步骤A4中映射在各个子信道上的符号以不同的发射功率利用功率控制策略进行传输，每个子信道上的发射功率与该子信道的信道幅度增益相关；所述功率控制策略以信号解调时的等效信噪比最大化为准则，得到第i个子信道的发射功率为
即经过步骤A5后得到信号矢量X2＝WX1，其中W表示功率控制矩阵；
步骤A6、将步骤A5得到的经过功率控制以后的子载波映射结果用IFFT实现OFDM调制，并为IFFT的结果添加CP，得到待传输的基带信号序列；
步骤A7、将步骤A6获得的待发送的基带信号序列进行数字滤波成型和数/模转换，获得模拟信号后，进行上变频处理，并将处理后的信号发射至信道；
接收端的处理过程为：
步骤B1、接收端接收发射端发射的信号，将接收到的信号进行下变频处理，并将下变频处理得到的信号进行模/数转换和匹配滤波，获得基带数字信号；
步骤B2、将步骤B1得到的基带数字信号在去除CP以后通过做FFT得到频域接收信号序列；
步骤B3、从步骤B2得到的频域信号序列中提取出各个子载波信道上传输的信息符号，并对其进行均衡；第i个子信道上提取出的接收信息符号记为Y0(i)，得到的均衡结果为Y1(i)＝Y0(i)·G(i)；
步骤B4、将步骤B3得到的N个均衡后的信息符号记为信号矢量Y1，将该信号矢量左乘步骤A3中的变换矩阵T的逆矩阵TH，得到变换后的信号矢量Y2＝THY1；
步骤B5、将步骤B4得到的信号矢量Y2做星座解映射，解调出对应的比特数据，实现一次信息的传输过程。
进一步地，所述变换矩阵T满足如下条件：
(a)矩阵T是一个N×N的酉矩阵；
(b)将矩阵T第i行第j列的元素记为tij，对于任意的i和j，有
(c)将信号矢量X1的第i个元素记为x1(i)，所有可能的输入X0经过变换矩阵T得到的所有可能的结果X1满足：
E[x1(1)]＝E[x2(1)]＝…＝E[xi(1)]＝…＝E[xN(1)]。
进一步地，所述功率控制矩阵W是一个对角阵，矩阵元素具体为：
进一步地，对应的均衡系数为：
其中
为信道增益H(i)的相位。
进一步地，所述信号矢量Y1具体为：
进一步地，所述N的取值为4，每个子信道的幅度增益分别为|H(1)|＝1，|H(2)|＝0.5，|H(3)|＝0.25，|H(4)|＝0.1。
进一步地，所述基带星座映射选择QPSK调制方式。
本发明的有益效果为：
本发明在发射端已知信道状态信息的情况下，在发射端首先进行符号能量平均化，然后根据不同子载波信道的信道增益情况进行功率控制，并在接收端进行频域信道均衡来接收信号。相较现有的发射端频域预均衡和接收端频域线性均衡技术，本发明所述方法可以提高系统的误码性能，在相同的信噪比下实现更低的误码率。
附图说明
图1为发射端和接收端的信号处理流程框图；
图2为本发明所述方法与现有的发射端频域预均衡技术和接收端频域线性均衡技术之间的误码率性能对比图。
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。
结合图1-图2，本发明提出一种频选信道预编码功率分配传输方法，所述传输方法在发射端进行合适的符号与子载波能量分配，在接收端进行对应的信道均衡；所述方法具体包括：
发射端的处理过程为：
步骤A1、预先根据OFDM技术的原理将通信带宽内的一整个频率选择性衰落信道划分为N个相互独立的平坦衰落子信道，其中第i个子信道增益记为H(i)；信道增益的具体数值可以通过现有的信道感知技术获得；在本实施方式中将信道划分为4个相互独立的平坦衰落信道，即N＝4，每个子信道的幅度增益分别为|H(1)|＝1，|H(2)|＝0.5，|H(3)|＝0.25，|H(4)|＝0.1；
步骤A2、将待传输的信息比特数据流进行基带星座映射，得到星座映射后的复数信号矢量X0，矢量长度为N＝4；在本实施方式中，基带星座映射选择QPSK调制方式；
步骤A3、将步骤A2得到的复数信号矢量X0左乘一个变换矩阵T，得到复数信号矢量X1＝TX0；所述变换矩阵T满足如下条件：
(a)矩阵T是一个N×N的酉矩阵；
(b)将矩阵T第i行第j列的元素记为tij，对于任意的i和j，有
(c)将信号矢量X1的第i个元素记为x1(i)，所有可能的输入X0经过变换矩阵T得到的所有可能的结果X1满足：
E[x1(1)]＝E[x2(1)]＝…＝E[xi(1)]＝…＝E[xN(1)]。
根据以上条件(a)(b)(c)，在本实施方式中，变换矩阵T选择傅里叶矩阵，记为F，其中矩阵F中各元素为：
式中的i表示复数单位。
信号矢量X0左乘傅里叶矩阵F的结果X1可以通过对矢量X0做N＝4点的FFT得到。
步骤A3的物理含义可以解释为将信号矢量X0中的每一个符号x0(i)的能量都平均分配到所有符号上，因此本发明中将变换矩阵T称为能量平均化矩阵，将步骤A3称为信息符号的能量平均化过程；
步骤A4、将步骤A3得到的复数信号矢量X1中的N个元素视为N个待传输的信频域信息符号，按顺序映射到步骤A1中划分出的N个子信道进行传输；
步骤A5、将步骤A4中映射在各个子信道上的符号以不同的发射功率利用功率控制策略进行传输，每个子信道上的发射功率与该子信道的信道幅度增益相关；所述功率控制策略以信号解调时的等效信噪比最大化为准则，得到第i个子信道的发射功率为
即经过步骤A5后得到信号矢量X2＝WX1，其中W表示功率控制矩阵；所述功率控制矩阵W是一个对角阵，矩阵元素具体为：
根据本实施方式中|H(i)|的具体值，可以得到：
步骤A6、将步骤A5得到的经过功率控制以后的子载波映射结果用IFFT实现OFDM调制，并为IFFT的结果添加CP，得到待传输的基带信号序列；
步骤A7、将步骤A6获得的待发送的基带信号序列进行数字滤波成型和数/模转换，获得模拟信号后，进行上变频处理，并将处理后的信号发射至信道；
接收端的处理过程为：
步骤B1、接收端接收发射端发射的信号，将接收到的信号进行下变频处理，并将下变频处理得到的信号进行模/数转换和匹配滤波，获得基带数字信号；
步骤B2、将步骤B1得到的基带数字信号在去除CP以后通过做FFT得到频域接收信号序列；
步骤B3、从步骤B2得到的频域信号序列中提取出各个子载波信道上传输的信息符号，并对其进行均衡；第i个子信道上提取出的接收信息符号记为Y0(i)，得到的均衡结果为Y1(i)＝Y0(i)·G(i)；
对应的均衡系数为：
其中
为信道增益H(i)的相位。
步骤B4、将步骤B3得到的N个均衡后的信息符号记为信号矢量Y1，将该信号矢量左乘步骤A3中的变换矩阵T的逆矩阵TH，得到变换后的信号矢量Y2＝THY1；
所述信号矢量Y1具体为：
步骤B4的物理含义是步骤A3的逆过程，将发射端通过步骤A3平均分配到所有符号上的信号能量分别收集起来。本实施方式中，变换矩阵T选择傅里叶矩阵，因此通过对信号矢量Y1做N＝4点的IFFT即可得到矢量Y2。
步骤B5、将步骤B4得到的信号矢量Y2做星座解映射，解调出对应的比特数据，实现一次信息的传输过程。
图2为本发明所述方法与现有的发射端频域预均衡技术和接收端频域线性均衡技术之间的误码率性能对比图。可以看到，本发明所述方法通过特定的符号能量与功率分配，相较发端频域预均衡技术可以取得一定大小的性能增益，增益的具体数值与信道衰落情况有关。在本实施方式设定的信道条件下可以取得约2.24dB的性能增益。并且本发明所述方法的误码性能在较高的信噪比条件下也优于在接收端使用频域线性均衡技术的系统。
以上对本发明所提出的一种频选信道预编码功率分配传输方法进行了详细介绍，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 (7)
1.一种频选信道预编码功率分配传输方法，其特征在于，所述传输方法在发射端进行合适的符号与子载波能量分配，在接收端进行对应的信道均衡；所述方法具体包括：
发射端的处理过程为：
步骤A1、预先根据OFDM技术的原理将通信带宽内的一整个频率选择性衰落信道划分为N个相互独立的平坦衰落子信道，其中第i个子信道增益记为H(i)；
步骤A2、将待传输的信息比特数据流进行基带星座映射，得到星座映射后的复数信号矢量X0，矢量长度为N；
步骤A3、将步骤A2得到的复数信号矢量X0左乘一个变换矩阵T，得到复数信号矢量X1＝TX0；
步骤A4、将步骤A3得到的复数信号矢量X1中的N个元素视为N个待传输的信频域信息符号，按顺序映射到步骤A1中划分出的N个子信道进行传输；
步骤A5、将步骤A4中映射在各个子信道上的符号以不同的发射功率利用功率控制策略进行传输，每个子信道上的发射功率与该子信道的信道幅度增益相关；所述功率控制策略以信号解调时的等效信噪比最大化为准则，得到第i个子信道的发射功率为
即经过步骤A5后得到信号矢量X2＝WX1，其中W表示功率控制矩阵；
步骤A6、将步骤A5得到的经过功率控制以后的子载波映射结果用IFFT实现OFDM调制，并为IFFT的结果添加CP，得到待传输的基带信号序列；
步骤A7、将步骤A6获得的待发送的基带信号序列进行数字滤波成型和数/模转换，获得模拟信号后，进行上变频处理，并将处理后的信号发射至信道；
接收端的处理过程为：
步骤B1、接收端接收发射端发射的信号，将接收到的信号进行下变频处理，并将下变频处理得到的信号进行模/数转换和匹配滤波，获得基带数字信号；
步骤B2、将步骤B1得到的基带数字信号在去除CP以后通过做FFT得到频域接收信号序列；
步骤B3、从步骤B2得到的频域信号序列中提取出各个子载波信道上传输的信息符号，并对其进行均衡；第i个子信道上提取出的接收信息符号记为Y0(i)，得到的均衡结果为Y1(i)＝Y0(i)·G(i)；
步骤B4、将步骤B3得到的N个均衡后的信息符号记为信号矢量Y1，将该信号矢量左乘步骤A3中的变换矩阵T的逆矩阵TH，得到变换后的信号矢量Y2＝THY1；
步骤B5、将步骤B4得到的信号矢量Y2做星座解映射，解调出对应的比特数据，实现一次信息的传输过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变换矩阵T满足如下条件：
(a)矩阵T是一个N×N的酉矩阵；
(b)将矩阵T第i行第j列的元素记为tij，对于任意的i和j，有
(c)将信号矢量X1的第i个元素记为x1(i)，所有可能的输入X0经过变换矩阵T得到的所有可能的结果X1满足：
E[x1(1)]＝E[x2(1)]＝…＝E[xi(1)]＝…＝E[xN(1)]。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述功率控制矩阵W是一个对角阵，矩阵元素具体为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对应的均衡系数为：
其中
为信道增益H(i)的相位。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信号矢量Y1具体为：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N的取值为4，每个子信道的幅度增益分别为|H(1)|＝1，|H(2)|＝0.5，|H(3)|＝0.25，|H(4)|＝0.1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基带星座映射选择QPSK调制方式。
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| CN202211342267.XA CN115695113B (zh) | 2022-10-31 | 一种频选信道预编码功率分配传输方法 |
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| CN202211342267.XA CN115695113B (zh) | 2022-10-31 | 一种频选信道预编码功率分配传输方法 |
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| CN101719816A (zh) * | 2009-11-06 | 2010-06-02 | 山东大学 | 实现自适应mimo-scfde系统低反馈速率的方法 |
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN101719816A (zh) * | 2009-11-06 | 2010-06-02 | 山东大学 | 实现自适应mimo-scfde系统低反馈速率的方法 |
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| WEILIN JIANG等: "Low complexity hybrid power distribution combined with subcarrier allocation algorithm for OFDMA", JOURNAL OF SYSTEMS ENGINEERING AND ELECTRONICS, vol. 22, no. 6, 31 December 2011 (2011-12-31), pages 879 - 882 * |
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