CN115801525A - 针对高速移动场景加窗ofdm通信系统的符号检测方法 - Google Patents

针对高速移动场景加窗ofdm通信系统的符号检测方法 Download PDF

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CN115801525A
CN115801525A CN202210983461.XA CN202210983461A CN115801525A CN 115801525 A CN115801525 A CN 115801525A CN 202210983461 A CN202210983461 A CN 202210983461A CN 115801525 A CN115801525 A CN 115801525A
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何树菁
张旗
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Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，提出一种针对高速移动场景加窗OFDM通信系统的符号检测方法，包括以下步骤：获取加窗OFDM通信系统接收端接收的频域接收向量
Figure DDA0003801122200000014
；对状态向量s进行初始化；对频域接收向量
Figure DDA0003801122200000013
执行I轮频变维特比检测，求解满足检测结果初始状态和最终状态相同的状态序列，且当检测符号子载波
Figure DDA0003801122200000011
与
Figure DDA0003801122200000012
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并根据当前所有状态向量s[0],...,s[N‑1]，得到符号检测结果
Figure DDA0003801122200000015
实现以较低的复杂度逼近最大似然检测的最优性能，克服因OFDM系统引入加窗和多普勒频移导致存在ICI，造成OFDM系统性能下降的问题。

Description

针对高速移动场景加窗OFDM通信系统的符号检测方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种针对高速移动场景加窗OFDM通信系统的符号检测方法。
背景技术
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Mutiplexing,OFDM)是第四代和第五代移动通信的核心调制技术，具有频谱效率高、资源分配灵活、抗频率选择性干扰能力强等诸多优点。然而，传统的基于循环前缀(Cyclic Prefix,CP)的OFDM并不能满足高速移动场景的无线通信要求。在高速移动场景中的OFDM存在的一个主要问题是严重的子载波间干扰(Inter-Carrier Interference,ICI)，造成OFDM系统性能下降。
为减小ICI，通信学术界提出了不少基于OFDM的改进方案，主要分为ICI自消除和载波间均衡两大类。前者主要包括：成对数据调制，频域滤波以及时域加窗。后者主要包括：维特比检测和迭代均衡。然而，现有方法在OFDM子载波数量较大时复杂度极高，难以实际应用；且其ICI干扰消除能力有限，在高多普勒场景下存在残留的ICI，导致系统性能变差。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的加窗OFDM系统中引入加窗和多普勒频移导致存在ICI，造成OFDM系统性能下降的问题，提供一种针对高速移动场景加窗OFDM通信系统的符号检测方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
针对高速移动场景加窗OFDM通信系统的符号检测方法，包括以下步骤：
S1、获取加窗OFDM通信系统接收端接收的频域接收向量
Figure BDA0003801122180000011
S2、对状态向量s进行初始化；其中，第k个状态向量s[k]中，
Figure BDA0003801122180000012
Figure BDA0003801122180000013
表示检测符号的第k个子载波，q为加窗OFDM通信系统的频域等效信道矩阵的带宽，Aq表示由q个调制的符号集合A组合成的向量集合，p为加窗OFDM通信系统中窗函数的截断范围，且q＝2p+1，k＝0,1,...,N-1，N为子载波总数量；
S3、对频域接收向量
Figure BDA0003801122180000021
执行I轮频变维特比检测，求解满足检测结果初始状态和最终状态相同的状态序列，且当检测符号子载波
Figure BDA0003801122180000022
与
Figure BDA0003801122180000023
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并根据当前所有状态向量s[0],...,s[N-1]中第p+1个检测符号子载波，得到符号检测结果
Figure BDA0003801122180000024
本技术方案应用于高速移动场景加窗OFDM通信系统中，采用多次维特比算法迭代，将每一轮维特比算法迭代中的N个步骤与OFDM符号的N个子载波相对应，并将相邻几个子载波之间的串扰视作一种咬尾卷积关系，持续不断地探索初始状态与最终状态一致的“咬尾”序列，从而以较低的复杂度逼近最大似然(Maximum Likelihood,ML)序列检测器的最优性能。
进一步地，本发明还提出了一种加窗OFDM通信系统，包括发送端和接收端，所述发送端和接收端之间通过天线通信连接。其中，所述发送端包括依次连接的串并转换模块、IFFT模块、加窗模块、并串转换模块和循环前缀添加模块；所述接收端包括依次连接的前缀移除模块、串并转换模块、FFT模块、频变维特比检测模块和并串转换模块。
所述频变维特比检测模块运行时首先对状态向量s进行初始化，然后对输入的频域接收向量
Figure BDA0003801122180000025
执行I轮频变维特比检测，求解满足检测结果初始状态和最终状态相同的状态序列，且当检测符号子载波
Figure BDA0003801122180000026
与
Figure BDA0003801122180000027
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并根据当前状态向量s[0],...,s[N-1]中相应的检测符号子载波，输出符号检测结果
Figure BDA0003801122180000028
本技术方案中，除了结合了本发明的符号检测方法，还将OFDM系统中的加窗模块设置在循环前缀添加模块之前，用于使系统的输入-输出关系构成了完美的循环(咬尾)卷积关系，进一步执行频变维特比检测，实现降低系统的复杂度，同时确保较高的系统检测性能。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明应用于高速移动场景加窗OFDM通信系统中，采用多次维特比算法迭代，将每一轮维特比算法迭代中的N个步骤与OFDM符号的N个子载波相对应，将相邻子载波之间的串扰视作一种咬尾卷积关系，迭代探索初始状态和最终状态相同的序列，并基于该序列得到符号检测结果，实现以较低的复杂度逼近最大似然检测的最优性能，克服因OFDM系统引入加窗处理存在ICI导致性能下降的问题。
附图说明
图1为实施例1中符号检测方法的流程图。
图2为实施例1中频域等效信道矩阵的示意图。
图3为实施例1中频变维特比检测的伪代码图。
图4为实施例2中加窗OFDM通信系统的架构图。
图5为实施例3中频变维特比检测与最大似然检测的FER性能对照。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提出一种针对高速移动场景加窗OFDM通信系统的符号检测方法，如图1所示，为本实施例的符号检测方法的流程图。
本实施例提出的针对高速移动场景加窗OFDM通信系统的符号检测方法中，包括以下步骤：
S1、获取加窗OFDM通信系统接收端接收的频域接收向量
Figure BDA0003801122180000031
S2、对状态向量s进行初始化。
其中，设调制符号集合为Aq，定义第k个状态向量s[k]表示为：
Figure BDA0003801122180000032
式中，
Figure BDA0003801122180000033
表示检测符号的第k个子载波，q为加窗OFDM通信系统的频域等效信道矩阵的带宽，Aq表示由q个调制的符号集合A组合成的向量集合，p为加窗OFDM通信系统中窗函数的截断范围，且带宽q＝2p+1；k＝0,1,...,N-1，N为子载波总数量。
S3、对频域接收向量
Figure BDA0003801122180000034
执行I轮频变维特比检测：
求解满足检测结果初始状态和最终状态相同的状态序列，且当检测符号子载波
Figure BDA0003801122180000035
与
Figure BDA0003801122180000036
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并从当前所有状态向量s[0],...,s[N-1]中，分别提取其中的第p+1个检测符号子载波，得到符号检测结果
Figure BDA0003801122180000037
本实施例中，采用多次维特比算法迭代，将每一轮维特比算法迭代中的N个步骤与OFDM符号的N个子载波相对应，并将相邻几个子载波之间的串扰视作一种咬尾卷积关系，持续不断地探索初始状态与最终状态一致的“咬尾”序列，从而以较低复杂度的复杂度逼近符号检测的最优性能。
在一可选实施例中，本实施例的加窗OFDM通信系统对输入的OFDM发送符号进行串并转换，将其以每N个为一组转化为并行数据，然后做N点快速傅里叶逆变换(Inverse FastFourier Transform,IFFT)得到时域连续信号x(t)，即：
Figure BDA0003801122180000041
式中，Δf表示子载波间隔，T表示OFDM发送符号的时长，且满足TΔf＝1。将时域连续信号x(t)与时长同样为T的窗函数w(t)相乘得到
xw(t)＝x(t)·w(t)
之后添加循环前缀(CP)，再通过天线发射至接收端。
进一步地，一可选实施例中采用包含L个独立散射分量的双选择性信道，即既有时间选择性衰落(由多普勒效应造成)，又有频率选择性衰落(由多径效应造成)的信道，这类信道是信道建模中最具有广泛性的一大类信道。
其中信道输出如下：
Figure BDA0003801122180000042
式中，hl为独立散射分量l的衰落系数，fl为独立散射分量l的多普勒频移，τl为独立散射分量l的时延，xw(t)表示时域连续信号x(t)与窗函数相乘后得到的发射信号；v(t)为加性高斯噪声。
进一步地，其窗函数选用具有快速衰减的旁瓣电平的窗函数，使OFDM系统频域的输入-输出符合循环(咬尾)卷积关系。其中，引入的窗函数可以将ICI约束于相邻几个子载波之间，还能降低通信系统的带外泄露。
本实施例采用双选择性信道，使系统同时具有较强的抗时间选择性衰落和频率选择性衰落能力，可应用于大时延扩展、高多普勒频移场景。即使对于fD＝10KHz的高多普勒频移，该符号检测方法仍然表现良好。
进一步地，一可选实施例中，获取接收端接收的频域接收向量
Figure BDA0003801122180000043
后，对所述频域接收向量
Figure BDA0003801122180000044
进行移除循环前缀处理，再做N点快速傅里叶变换处理，得到离散的频域接收信号
Figure BDA0003801122180000045
其中，离散的频域接收信号表示为：
Figure BDA0003801122180000051
综合上述表达式，可得到本实施例加窗OFDM通信系统的输入-输出关系式如下：
Figure BDA0003801122180000052
式中，
Figure BDA0003801122180000053
表示独立同分布的加性高斯噪声，
Figure BDA0003801122180000054
表示在第k个子载波处对时延为τl、频偏为fl的窗函数的频域采样值，即：
Figure BDA0003801122180000055
且本实施例中p>0表示在计算
Figure BDA0003801122180000056
时对窗函数频域响应
Figure BDA0003801122180000057
旁瓣的截断范围，即仅考虑
Figure BDA0003801122180000058
在(-pΔf,pΔf)范围内的响应。
设频域上的发射、接收OFDM符号分别为：
Figure BDA0003801122180000059
Figure BDA00038011221800000510
其中，
Figure BDA00038011221800000511
和
Figure BDA00038011221800000512
分别表示第k个子载波上的发送、接收符号(0≤k<N)。
本实施例中，频域接收向量
Figure BDA00038011221800000513
与符号检测结果
Figure BDA00038011221800000514
满足以下条件：
Figure BDA00038011221800000515
式中，
Figure BDA00038011221800000516
为加窗OFDM通信系统的频域等效信道矩阵，且所述频域等效信道矩阵
Figure BDA00038011221800000517
为近似带限矩阵；
Figure BDA00038011221800000518
为独立同分布的加性高斯噪声。
其中，本实施例通过选取具有低旁瓣电平的的窗函数使得频域等效信道矩阵
Figure BDA00038011221800000519
为近似带限矩阵。如图2所示，为本实施例的频域等效信道矩阵的示意图。从图中可以看出，该矩阵的非零元素均集中在主对角线附近一定的范围内，定义相应的带宽为q＝2p+1。
在一可选实施例中，如图3所示，为本实施例的频变维特比检测的伪代码图。在第i轮频变维特比检测中，包括以下步骤：
(1)对所有状态向量s进行判断：
当存在状态向量s'中后2p个元素与状态向量s中前2p个元素一一对应且相等，则设定状态转移指示函数Tk(s′,s)＝1，并计算相应的分支度量γk(s′,s)；
否则设定状态转移指示函数Tk(s′,s)＝0。
本实施例中的状态向量s即为s[k]，状态向量s'即为s[k-1]，且k＝0,1,...,N-1，因此每次判断即为针对相邻的2个状态向量进行比对。
其中，分支度量γk(s′,s)的表示式如下：
Figure BDA0003801122180000061
式中，
Figure BDA0003801122180000062
表示卷积系数，且随着子载波频率而改变；
Figure BDA0003801122180000063
为离散的频域接收信号。
(2)对所有满足状态转移指示函数Tk(s′,s)＝1的状态向量s∈Aq计算相应的度量函数
Figure BDA0003801122180000064
并记录使其分支度量最小的状态向量s'。
其中，度量函数
Figure BDA0003801122180000065
的表达式如下：
Figure BDA0003801122180000066
(3)取当前度量函数值最小的状态向量s作为最后一个状态向量s[N-1]，并对所述状态向量s[N-1]进行回溯求出其他状态向量s[N-2],...,s[0],s[-1]，以及求出
Figure BDA0003801122180000067
和
Figure BDA0003801122180000068
其中，
Figure BDA0003801122180000069
其中，对状态向量s[N-1]进行回溯是一个从后往前的反向递推过程：对于第k个步骤，假设已得到s[k]，由于前面我们已经记录了使得γk(s′,s[k])最小的状态s'，由此得到上一个状态向量s[k-1]＝s'。
(4)对子载波
Figure BDA00038011221800000610
和
Figure BDA00038011221800000611
进行判断：当子载波
Figure BDA00038011221800000612
与
Figure BDA00038011221800000613
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并根据当前状态向量s[0],...,s[N-1]得到发送向量
Figure BDA00038011221800000614
作为符号检测结果；
否则对所有状态向量s更新其相应的度量函数，其表达式如下：
Figure BDA00038011221800000615
将
Figure BDA00038011221800000616
作为第i+1轮频变维特比检测度量函数的初始值。
当满足步骤(4)中的条件或达到预设的迭代次数I时，完成频变维特比检测，并根据当前状态向量s[0],...,s[N-1]得到发送向量
Figure BDA00038011221800000617
作为符号检测结果。
其中，根据状态向量s[k]的定义，
Figure BDA00038011221800000618
即为状态向量s[k]中第p+1个元素。
本实施例中，设定退出迭代循环的条件为子载波
Figure BDA00038011221800000619
与
Figure BDA00038011221800000620
相等，与以s[-1]＝s[N-1]作为判定条件相比，同样能够尽可能地满足初始状态与最终状态相同的条件，同时能够显著减小平均迭代次数，且保持较高的检测性能。
同时，本实施例采用多次维特比迭代，以较低的复杂度逼近最大似然检测的最优性能，具有渐近最优的性能。
本实施例中的符号检测方法应用于采用具有快速衰减的旁瓣电平的窗函数的加窗OFDM通信系统，由于其具有满足双选择性信道下加窗OFDM系统频域的输入-输出符合循环(咬尾)卷积关系，使本实施例的符号检测方法在算法复杂度和检测性能等方面均有较好的表现。
且本实施例的检测算法复杂度与OFDM子载波数量N呈线性关系，即O(N)。传统的迫零均衡、最小均方误差均衡等子载波间均衡算法的复杂度与OFDM子载波数量呈三次关系，即O(N3)，因此在子载波数量N较大的情况下，本实施例提出的符号检测方法的复杂度更低，且能够保持较高的检测性能。
实施例2
本实施例提出一种加窗OFDM通信系统，如图4所示，为本实施例的加窗OFDM通信系统的架构图。
本实施例提出的加窗OFDM通信系统中，包括发送端和接收端，所述发送端和接收端之间通过天线通信连接。
其中，所述发送端包括依次连接的串并转换模块、IFFT模块、加窗模块、并串转换模块和循环前缀添加模块。
所述接收端包括依次连接的前缀移除模块、串并转换模块、FFT模块、频变维特比检测模块和并串转换模块。
所述频变维特比检测模块运行时首先对状态向量s进行初始化，然后对输入的频域接收向量
Figure BDA0003801122180000071
执行I轮频变维特比检测，求解满足检测结果初始状态和最终状态相同的状态序列，且当检测符号子载波
Figure BDA0003801122180000072
与
Figure BDA0003801122180000073
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并根据当前所有状态向量s[0],...,s[N-1]中第p+1个检测符号子载波，输出符号检测结果
Figure BDA0003801122180000074
其中，第k个状态向量s[k]中，
Figure BDA0003801122180000075
Figure BDA0003801122180000076
表示检测符号的第k个子载波，q为加窗OFDM通信系统的频域等效信道矩阵的带宽，Aq表示由q个调制的符号集合A组合成的向量集合，p为加窗OFDM通信系统中窗函数的截断范围，且q＝2p+1，k＝0,1,...,N-1，N为子载波总数量。
在一可选实施例中，所述频变维特比检测模块在执行第i轮频变维特比检测中，包括以下步骤：
(1)对所有状态向量s进行判断：当存在状态向量s'中后2p个元素与状态向量s中前2p个元素一一对应且相等，则设定状态转移指示函数Tk(s′,s)＝1，并计算相应的分支度量γk(s′,s)；否则设定状态转移指示函数Tk(s′,s)＝0；
其中，分支度量γk(s′,s)的表示式如下：
Figure BDA0003801122180000081
式中，
Figure BDA0003801122180000082
表示卷积系数，且随着子载波频率而改变。
(2)对所有满足状态转移指示函数Tk(s′,s)＝1的状态向量s计算相应的度量函数
Figure BDA0003801122180000083
并记录使其分支度量最小的状态向量s'；其中，度量函数
Figure BDA0003801122180000084
的表达式如下：
Figure BDA0003801122180000085
(3)取当前度量函数值最小的状态向量s作为最后一个状态向量s[N-1]，并对所述状态向量s[N-1]进行回溯求出其他状态向量s[N-2],...,s[0],s[-1]，以及求出
Figure BDA0003801122180000086
和
Figure BDA0003801122180000087
其中，
Figure BDA0003801122180000088
(4)对子载波
Figure BDA0003801122180000089
和
Figure BDA00038011221800000810
进行判断：当子载波
Figure BDA00038011221800000811
与
Figure BDA00038011221800000812
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并根据当前状态向量s[0],...,s[N-1]得到发送向量
Figure BDA00038011221800000813
作为符号检测结果；
否则对所有状态向量s更新其相应的度量函数，其表达式如下：
Figure BDA00038011221800000814
将
Figure BDA00038011221800000815
作为第i+1轮频变维特比检测度量函数的初始值。
本实施例的频变维特比检测模块中，其检测算法复杂度与OFDM子载波数量N呈线性关系，尤其在子载波数量N较大的情况下，本实施例的频变维特比检测模块能够维持在较低的算法复杂度，同时保持较高的检测性能。
同时，本实施例的频变维特比检测模块中，通过对子载波
Figure BDA00038011221800000816
和
Figure BDA00038011221800000817
进行判断，当子载波
Figure BDA00038011221800000818
与
Figure BDA00038011221800000819
相等时，则退出迭代。与根据初始状态和最终状态的一致性比对相比，本实施例的检测算法迭代次数大大减少，算法快速收敛，同时能够保持优良性能。仿真结果表明，最大迭代次数设置为I＝4就足以使FER逼近最大似然检测。
在一可选实施例中，所述发射端中的加窗模块包括具有快速衰减的旁瓣电平的窗函数w[n]。
在一具体实施例中，所述窗函数w[n]包括升余弦滚降窗函数或Chebyshev-Dolpher窗函数。
本实施例中，窗函数的引入降低了系统的带外泄露。在加窗OFDM通信系统中，具有低旁瓣电平的窗函数的引入不但可以将ICI约束于相邻几个子载波之间，还能降低通信系统的带外泄露。
进一步地，本实施例的OFDM通信系统中，采用包含L个独立散射分量的双选择性信道。其中，信道输出如下：
Figure BDA0003801122180000091
式中，hl为独立散射分量l的衰落系数，fl为独立散射分量l的多普勒频移，τl为独立散射分量l的时延，xw(t)表示时域连续信号x(t)与窗函数相乘后得到的发射信号；v(t)为加性高斯噪声。
由此本实施例中输入发送端的OFDM符号x～与接收端接收的OFDM符号
Figure BDA0003801122180000092
满足以下条件：
Figure BDA0003801122180000093
式中，
Figure BDA0003801122180000094
为加窗OFDM通信系统的频域等效信道矩阵，且所述频域等效信道矩阵
Figure BDA0003801122180000095
为近似带限矩阵；
Figure BDA0003801122180000096
为独立同分布的加性高斯噪声。本实施例通过选取具有低旁瓣电平的的窗函数w[n](例如升余弦滚降窗函数或Chebyshev-Dolpher窗函数)，使得频域等效信道矩阵
Figure BDA0003801122180000097
为近似带限矩阵。
本实施例通过选用双选择性信道，系统同时具有较强的抗时间选择性衰落和频率选择性衰落能力，可应用于大时延扩展、高多普勒频移场景。尤其适用于高载波频率的高速移动通信场景，例如在高铁上使用第五代移动通信。
本实施例将OFDM系统中的加窗模块设置在循环前缀添加模块之前，用于使系统的输入-输出关系构成了完美的循环(咬尾)卷积关系，进一步执行频变维特比检测，实现降低系统的复杂度，同时确保较高的系统检测性能。
实施例3
本实施例应用实施例1提出的符号检测方法，和/或实施例2提出的OFDM通信系统，基于3GPP TR 38.901协议TDL-A模型进行仿真。如图5所示，为本实施例的仿真结果示意图。
本实施例中，时延扩展为DS＝300ns，最大多普勒频移采用fD＝2KHz和fD＝10KHz两种配置。对于不同的多普勒频移，图5展示了q＝3和q＝5两种参数设置下的FER检测性能。
本实施例的加窗OFDM通信系统的参数设置如下表1所示。调制方式采用4-QAM，窗函数选取滚降系数为β＝1的升余弦滚降窗。
表1加窗OFDM通信系统仿真参数配置
Figure BDA0003801122180000101
从图5可以看出，在fD＝2KHz的条件下，不管是q＝3还是q＝5，频变维特比检测(FVVD)都能取得较好的FER性能，且q＝5的频变维特比检测性能非常接近最大似然检测下界(Lower Bound of Maximum Likelihood Detection,LB-ML D)，但q＝3的时间复杂度更低；在fD＝10KHz的条件下，由于子载波间串扰(ICI)非常大，q＝3的频变维特比检测性能迅速下降，但q＝5的频变维特比检测仍然表现出接近最大似然检测的性能，这说明了本发明所提出的符号检测方法可适用于高多普勒频移场景。
此外，仿真结果表明，本发明对于分数时延、分数多普勒频移效应具有鲁棒性。当q＝5时，在fD≤10KHz，SNR≤30dB的范围内未出现任何的错误平层，鲁棒性较强。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.针对高速移动场景加窗OFDM通信系统的符号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取加窗OFDM通信系统接收端接收的频域接收向量
Figure FDA0003801122170000011
S2、对状态向量s进行初始化；其中，第k个状态向量s[k]中，
Figure FDA0003801122170000012
Figure FDA0003801122170000013
表示检测符号的第k个子载波，q为加窗OFDM通信系统的频域等效信道矩阵的带宽，Aq表示由q个调制的符号集合A组合成的向量集合，p为加窗OFDM通信系统中窗函数的截断范围，且q＝2p+1，k＝0,1,...,N-1，N为子载波总数量；
S3、对频域接收向量
Figure FDA0003801122170000014
执行I轮频变维特比检测，求解满足检测结果初始状态和最终状态相同的状态序列，且当检测符号子载波
Figure FDA0003801122170000015
与
Figure FDA0003801122170000016
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并根据当前所有状态向量s[0],...,s[N-1]中第p+1个检测符号子载波，得到符号检测结果
Figure FDA0003801122170000017
2.根据权利要求1所述的符号检测方法，其特征在于，所述S3步骤中，在第i轮频变维特比检测中，包括以下步骤：
(1)对所有状态向量s进行判断：当存在状态向量s'中后2p个元素与状态向量s中前2p个元素一一对应且相等，则设定状态转移指示函数Tk(s′,s)＝1，并计算相应的分支度量γk(s′,s)；否则设定状态转移指示函数Tk(s′,s)＝0；
其中，分支度量γk(s′,s)的表示式如下：
Figure FDA0003801122170000018
式中，
Figure FDA0003801122170000019
表示卷积系数，且随着子载波频率而改变；
(2)对所有满足状态转移指示函数Tk(s′,s)＝1的状态向量s计算相应的度量函数
Figure FDA00038011221700000110
并记录使其分支度量最小的状态向量s'；其中，度量函数
Figure FDA00038011221700000111
的表达式如下：
Figure FDA00038011221700000112
(3)取当前度量函数值最小的状态向量s作为最后一个状态向量s[N-1]，并对所述状态向量s[N-1]进行回溯求出其他状态向量s[N-2],...,s[0],s[-1]，以及求出
Figure FDA0003801122170000021
和
Figure FDA0003801122170000022
其中，
Figure FDA0003801122170000023
(4)对子载波
Figure FDA0003801122170000024
和
Figure FDA0003801122170000025
进行判断：当子载波
Figure FDA0003801122170000026
与
Figure FDA0003801122170000027
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并根据当前状态向量s[0],...,s[N-1]得到发送向量x～作为符号检测结果；
否则对所有状态向量s更新其相应的度量函数，其表达式如下：
Figure FDA0003801122170000028
将
Figure FDA0003801122170000029
作为第i+1轮频变维特比检测度量函数的初始值。
3.根据权利要求1所述的符号检测方法，其特征在于，所述S1步骤中，还包括以下步骤：
获取接收端接收的频域接收向量
Figure FDA00038011221700000210
并对所述频域接收向量
Figure FDA00038011221700000211
进行移除循环前缀处理，再做N点快速傅里叶变换处理，得到离散的频域接收信号
Figure FDA00038011221700000212
4.根据权利要求1～3任一项所述的符号检测方法，其特征在于，所述频域接收向量
Figure FDA00038011221700000213
与符号检测结果
Figure FDA00038011221700000214
满足以下条件：
Figure FDA00038011221700000215
式中，
Figure FDA00038011221700000216
为加窗OFDM通信系统的频域等效信道矩阵，且所述频域等效信道矩阵
Figure FDA00038011221700000217
为近似带限矩阵；
Figure FDA00038011221700000218
为独立同分布的加性高斯噪声。
5.根据权利要求4所述的符号检测方法，其特征在于，所述加窗OFDM通信系统采用包含L个独立散射分量的双选择性信道；其中信道输出如下：
Figure FDA00038011221700000219
式中，hl为独立散射分量l的衰落系数，fl为独立散射分量l的多普勒频移，τl为独立散射分量l的时延，xw(t)表示时域连续信号x(t)与窗函数相乘后得到的发射信号；v(t)为加性高斯噪声。
6.一种加窗OFDM通信系统，包括发送端和接收端，所述发送端和接收端之间通过天线通信连接，其特征在于：
所述发送端包括依次连接的串并转换模块、IFFT模块、加窗模块、并串转换模块和循环前缀添加模块；
所述接收端包括依次连接的前缀移除模块、串并转换模块、FFT模块、频变维特比检测模块和并串转换模块；
所述频变维特比检测模块运行时首先对状态向量s进行初始化，然后对输入的频域接收向量
Figure FDA0003801122170000031
执行I轮频变维特比检测，求解满足检测结果初始状态和最终状态相同的状态序列，且当检测符号子载波
Figure FDA0003801122170000032
与
Figure FDA0003801122170000033
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并根据当前所有状态向量s[0],...,s[N-1]中第p+1个检测符号子载波，输出符号检测结果
Figure FDA0003801122170000034
其中，第k个状态向量s[k]中，
Figure FDA0003801122170000035
Figure FDA0003801122170000036
表示检测符号的第k个子载波，Aq表示带宽为q的调制符号集合，p为加窗OFDM通信系统中窗函数的截断范围，且q＝2p+1，k＝0,1,...,N-1，N为子载波总数量。
7.根据权利要求6所述的加窗OFDM通信系统，其特征在于：所述频变维特比检测模块在执行第i轮频变维特比检测中，包括以下步骤：
(1)对所有状态向量s进行判断：当存在状态向量s'中后2p个元素与状态向量s中前2p个元素一一对应且相等，则设定状态转移指示函数Tk(s′,s)＝1，并计算相应的分支度量γk(s′,s)；否则设定状态转移指示函数Tk(s′,s)＝0；
其中，分支度量γk(s′,s)的表示式如下：
Figure FDA0003801122170000037
式中，
Figure FDA0003801122170000038
表示卷积系数，且随着子载波频率而改变；
(2)对所有状态向量s计算相应的度量函数
Figure FDA0003801122170000039
并记录使其分支度量最小的状态向量s'；其中，度量函数
Figure FDA00038011221700000310
的表达式如下：
Figure FDA00038011221700000311
(3)取当前度量函数值最小的状态向量s作为最后一个状态向量s[N-1]，并对所述状态向量s[N-1]进行回溯求出其他状态向量s[N-2],...,s[0],s[-1]，以及求出
Figure FDA00038011221700000312
和
Figure FDA00038011221700000313
其中，
Figure FDA00038011221700000314
(4)对子载波
Figure FDA00038011221700000315
和
Figure FDA00038011221700000316
进行判断：当子载波
Figure FDA00038011221700000317
与
Figure FDA00038011221700000318
相等时，则退出迭代，完成频变维特比检测，并根据当前状态向量s[0],...,s[N-1]得到发送向量
Figure FDA0003801122170000041
作为符号检测结果；
否则对所有状态向量s更新其相应的度量函数，其表达式如下：
Figure FDA0003801122170000042
将
Figure FDA0003801122170000043
作为第i+1轮频变维特比检测度量函数的初始值。
8.根据权利要求6所述的加窗OFDM通信系统，其特征在于：所述加窗模块中包括具有快速衰减的旁瓣电平的窗函数w[n]；所述窗函数w[n]包括升余弦滚降窗函数或Chebyshev-Dolpher窗函数。
9.根据权利要求8所述的加窗OFDM通信系统，其特征在于：所述系统采用包含L个独立散射分量的双选择性信道；信道输出如下：
Figure FDA0003801122170000044
式中，hl为独立散射分量l的衰落系数，fl为独立散射分量l的多普勒频移，τl为独立散射分量l的时延，xw(t)表示时域连续信号x(t)与窗函数相乘后得到的发射信号；v(t)为加性高斯噪声。
10.根据权利要求9所述的加窗OFDM通信系统，其特征在于：所述系统中，输入发送端的OFDM符号
Figure FDA0003801122170000045
与接收端接收的OFDM符号
Figure FDA0003801122170000046
满足以下条件：
Figure FDA0003801122170000047
式中，
Figure FDA0003801122170000048
为加窗OFDM通信系统的频域等效信道矩阵，且所述频域等效信道矩阵
Figure FDA0003801122170000049
为近似带限矩阵；
Figure FDA00038011221700000410
为独立同分布的加性高斯噪声。
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