一种OFDM系统中对抗窄带干扰与冲激噪声的时频交织预处理联合方法技术方案

本发明专利技术提出一种OFDM系统中对抗窄带干扰与冲激噪声的时频交织预处理联合方法，该方法具体为：在OFDM系统中信号经由LDPC编码与相应星座映射后，优化时域交织器参数，充分将噪声白化；在发送端OFDM调制之后，利用一种频域内块交织器子矩阵的循环移位操作，对OFDM子载波进行频域的交织；通过接收端的限幅法噪声预处理，将经过充分交织后仍高于门限的噪声以及干扰非线性去除。本发明专利技术充分结合了交织器的特性与非线性法噪声处理的优点，可以有效的加强OFDM系统对窄带干扰以及冲激噪声的抵抗性能，相比传统的块交织方法，进一步提升系统传输性能。

A time frequency interleaved preprocessing combined method for narrowband interference and impulse noise in OFDM system

The invention proposes a joint method of time-frequency interleaver pretreatment against narrowband interference and impulse noise in an OFDM system. The method is as follows: after the signal in the OFDM system is mapped to the corresponding constellation via LDPC coding, the parameters of the time-domain interleaver are optimized to fully whiten the noise; after the OFDM modulation at the transmitter, a frequency-domain interleaver is used. The frequency domain interleaving of OFDM subcarriers is carried out by cyclic shift operation of block interleaver submatrix. The noise which is still above the threshold after full interleaving and the interference nonlinearity are removed by the noise pre-processing of the receiver's limiting method. The invention fully combines the characteristics of interleaver and the advantages of non-linear noise processing, and can effectively enhance the resistance of OFDM system to narrowband interference and impulse noise. Compared with the traditional block interleaving method, the transmission performance of the system is further improved.

【技术实现步骤摘要】
一种OFDM系统中对抗窄带干扰与冲激噪声的时频交织预处理联合方法
本专利技术涉及一种OFDM系统中对抗干扰与噪声方法，尤其涉及一种OFDM系统中对抗窄带干扰与冲激噪声的时频交织预处理联合方法。
技术介绍
正交频分复用(OFDM)是一种高效的多载波调制技术，由于它具有子载频间相互正交可复用且持续时间长的特点，使得它具有频谱利用率高和抗多径效应等优势，因而目前被广泛推广并应用在各种数字通信系统中，如无线区域网(WLAN)，PLC电力线标准通信IEEE1901.2以及数字广播音频(DAB)等，是4G通信的核心代表。OFDM是经由FDM系统不断发展而来的。传统FDM系统中，频谱中需要留有一定的间隔来确保系统不发生信道间的串扰，且子载波之间的频谱也不能重叠。为了到达这一目的，OFDM系统要求各个子载波需要相互正交，且载波在时间、频率上均保持同步，相邻子载波的间隔为有效符号时间间隔T的倒数。OFDM技术将多载波的数据流分成了多个码率较低的子数据流，用这些低码率的子数据流去调制相应的子载波，使得传输信号的持续时间增长，有效的减少了码间干扰(ISI)。宽带数字系统的传输性能，受到众多因素影响，以多样的噪声以及干扰尤为严重。尤其是对于那些广泛存在却又具有特殊性的干扰和噪声，比如窄带干扰和冲激噪声，它们有着与高斯白噪声完全不同的复杂性、随机性和稀疏性。在对抗这类干扰与噪声的方法中，常用的便是交织与解交织技术，其原理是通过把连续的比特数据分散开来，将单帧中的错误有效的分散至各个帧中，这样使得成串的连续错误变为单个或者相对分散的短错误，此时配合上信道编码所容纳的纠错范围，便可以最大程度上恢复信号的原始数据，从而有效的提升通信系统的稳定性和鲁棒性。从本质上看，交织与解交织只是改变数据的结构将突发错误分散化，并没有改动数据本身携带的内容，这一特性使得交织与解交织技术在大部分通信系统中得到了广泛的应用。然而现有的传统交织技术存在着很多的不足，如灵活性差，针对不同的编码调制参数，交织器需要对应重新设计；频域的传统块交织，无法同时规避时域频域联合发生的错误，导致交织的性能提升不大等等。另一方面，由于交织技术只能从概率上降低冲激噪声带来的影响，不能绝对的保障消除，因此在噪声功率过高时，交织技术就具有一定的局限性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种OFDM系统中对抗窄带干扰与冲激噪声的时频交织预处理联合方法，从而有效提升系统传输性能。为了达到上述目的，具体技术方案如下：一种OFDM系统中对抗窄带干扰与冲激噪声的时频交织预处理联合方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：步骤一：二进制比特流的原始信号{bk}在发送端先经过LDPC编码生成码字{cl}，编码码字再经星座图映射之后生成复数域符号{ct}，再将{ct}经过长度为m行n列的时域交织器交织并加入导频，获得复数域符号{cm}，其中，所述的时域交织器参数m、n通过求解下式ξT的最大值获得的最优解；其中，NIOB(n)为第n个LDPC码字中的独立OFDM块数量；LC为交织器中LDPC码字个数；Lsym为LDPC的数据符号个数；m,n分别为交织器的行数与列数；N为OFDM数据子载波数与DFT的阶数；ξT所表示的含义为NIOB(n)与它的理论最大值的平均比值；步骤二：将复数域符号{cm}调制到OFDM子载波中，将该子载波再进行频域交织处理后进行IDFT变化，将数据符号转化为时域信号xi，送入天线发射；所述的频域交织方法如下：(1)将OFDM子载波调制后的数据符号以行为单位读入频域交织器，在保证每个子矩阵列数相同的情况下，将其分为S个子矩阵；(2)在每一个子矩阵内，按照每个子矩阵循环位移fr个单位的规律进行，最后将循环位移后的新矩阵按列读出，映射到子载波中完成频域交织，其中fr＝p·r其中，p为预先设定的系数，取值为大于等于2的素数，r为子矩阵的编号；步骤三：经过存在AWGN噪声与冲激噪声、窄带干扰共同存在的恶劣信道后，信号由天线接收，天线接收的信号为yi，通过接收端的限幅法对yi进行噪声预处理，即将经过充分交织后仍高于门限的噪声以及干扰非线性去除；步骤四：将去除噪声后的信号进行DFT后进行相应的频域解交织、OFDM解调、时域解交织、星座解映射，再经由LDPC译码，输出信号。进一步地，所述的步骤二中每个子矩阵循环位移fr个单位的具体过程如下：其中与分别表示移位后与移位前的第r个子矩阵中的第j行，行内循环操作即将c(r)，r＝0,1,…S-1的各行都向下或者上位移fr个单位。进一步地，所述的OFDM数据符号长度为N，取值为256、512、1024或2048，LDPC编码码长为C，取值为3072或5120，码率为T取值为1/2或2/3。进一步地，所述的子矩阵S与n相同，p取值为2、3、5、7或11。进一步地，其中限幅非线性噪声预处理的门限Tk与信号平均功率的比值为1.8-2.2。本专利技术的有益效果：本专利技术的联合方法利用时频联合交织与非线性噪声预处理的方式，将单帧中的错误有效地分散至各个帧中，这样使得成串的连续错误变为单个或者相对分散的短错误，有效的将干扰噪声白化，尤其在强干扰与噪声的影响下，仍有良好的抵抗性能，进一步提升OFDM系统的传输性能、鲁棒性、灵活性和稳定性。附图说明图1限幅时频交织的OFDM系统的流程图；图2是本专利技术中频域子矩阵循环位移示意图；图3系统中不同门限与信号平均功率比下的系统误码率的曲线图；图4是仅冲激噪声下本专利技术提出算法与传统块交织的性能对比图；图5是仅窄带干扰下本专利技术提出算法与传统块交织的性能对比图；图6是本专利技术中AWGN信道下强干扰噪声与弱干扰噪声下的算法性能对比图。具体实施方式下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，OFDM系统流程图表达式如下：yi＝hi⊙xi+ei+zi+wi其中：hi＝[hi，0hi，1…hi，N-1]T表示最大多径时延为L的多径信道冲激响应；⊙为卷积操作；ei＝[ei，0ei，1…ei，N-1]T为对应于第i个接收时域OFDM符号的窄带干扰信号；zi＝[zi，0zi，1…zi，N-1]T为对应于第i个接收时域OFDM符号的冲激噪声信号；wi＝[wi，0wi，1…wi，N-1]T表示背景的AWGN噪声；一种OFDM系统中对抗窄带干扰与冲激噪声的时频交织预处理联合方法，如图1所示，该方法包括具体包括如下步骤：步骤一：二进制比特流的原始信号{bk}在发送端先经过LDPC编码生成码字{cl}，编码码字再经QPSK的星座图映射之后生成复数域符号{ct}，再将{ct}经过长度为m行n列的时域交织器交织并加入导频，获得复数域符号{cm}。这里，OFDM数据符号长度为N，取值为256、512、1024或2048，LDPC编码码长为C，取值为3072或5120，码率为T取值为1/2或2/3。本实施例中，N＝1024，C＝3072，T＝2/3。针对于一个FEC码字，如果其包含的OFDM数据块的个数增加，那么系统对冲击噪声的抵抗能力便越好，随着每个FEC码字对应的独立OFDM块增加，冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种OFDM系统中对抗窄带干扰与冲激噪声的时频交织预处理联合方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：步骤一：二进制比特流的原始信号{bk}在发送端先经过LDPC编码生成码字{cl}，编码码字再经星座图映射之后生成复数域符号{ct}，再将{ct}经过长度为m行n列的时域交织器交织并加入导频，获得复数域符号{cm}，其中，所述的时域交织器参数m、n通过求解下式ξT的最大值获得的最优解；

【技术特征摘要】
1.一种OFDM系统中对抗窄带干扰与冲激噪声的时频交织预处理联合方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：步骤一：二进制比特流的原始信号{bk}在发送端先经过LDPC编码生成码字{cl}，编码码字再经星座图映射之后生成复数域符号{ct}，再将{ct}经过长度为m行n列的时域交织器交织并加入导频，获得复数域符号{cm}，其中，所述的时域交织器参数m、n通过求解下式ξT的最大值获得的最优解；其中，NIOB(n)为第n个LDPC码字中的独立OFDM块数量；LC为交织器中LDPC码字个数；Lsym为LDPC的数据符号个数；m,n分别为交织器的行数与列数；N为OFDM数据子载波数与DFT的阶数；ξT所表示的含义为NIOB(n)与它的理论最大值的平均比值。步骤二：将复数域符号{cm}调制到OFDM子载波中，将该子载波再进行频域交织处理后进行IDFT变化，将数据符号转化为时域信号xi，送入天线发射；所述的频域交织方法如下：(1)将OFDM子载波调制后的数据符号以行为单位读入频域交织器，在保证每个子矩阵列数相同的情况下，将其分为S个子矩阵；(2)在每一个子矩阵内，按照每个子矩阵循环位移fr个单位的规律进行，最后将循环位移后的新矩阵按列读出，映射到子载波中完成频域交织，其中fr＝p·r其中，p为预先设定的系数，取值为大于等于2的素数，r为子矩阵的编号。步...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪阳，赵民建，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33