一种多用户上行广义频分多址接入系统的接收机设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多用户上行广义频分多址（GFDM）接入系统的接收机设计方法。具体步骤如下：将移除循环前缀后的时域接收信号变换成频域信号；分离多用户频域信号并分别实施频域信道均衡；对各用户信号实施截尾与加和操作，构建GFDM频域调制矩阵的块循环结构；采用离散傅立叶变换（DFT）/离散傅立叶反变换（IDFT）与一阶均衡器对各用户重构的信号实施均衡，获取各个用户的解调信号。相比于传统的迫零接收机，本发明专利技术大幅降低了接收机的计算复杂度，而且可以获得与传统接收机几乎相同的误符号率性能。

A Receiver Design Method for Multiuser Uplink Generalized Frequency Division Multiple Access System

The invention discloses a receiver design method for a multiuser up-link generalized frequency division multiple access (GFDM) access system. Specific steps are as follows: converting the received signals in time domain after removing the cyclic prefix into frequency domain signals; separating multi-user frequency domain signals and implementing frequency domain channel equalization separately; truncating and summing each user signal to construct block-cyclic structure of the frequency domain modulation matrix of GFDM; using discrete Fourier transform (DFT)/discrete Fourier inverse transform (IDFT) and first-order equalizer for each user. The reconstructed signals are equalized to obtain demodulated signals of each user. Compared with the traditional zero-forcing receiver, the present invention greatly reduces the computational complexity of the receiver and achieves almost the same symbol error rate performance as the traditional receiver.

【技术实现步骤摘要】
一种多用户上行广义频分多址接入系统的接收机设计方法
本专利技术涉及无线通信中频分多址接入
，具体涉及一种多用户广义频分多址接入系统的接收机设计方法。
技术介绍
由于正交频分多址技术对同步误差异常敏感，且具有较大的带外功率泄漏，很难满足未来无线通信中机器类型通信需求。近年来，广义频分多址(generalizedfrequencydivisionmultiplexing，GFDM)技术被认为是一种具有广阔应用前景的多载波非正交调制技术，其主要优势在于具备较小的带外功率泄漏，以及对异步传输的鲁棒性。由于原型滤波器的非正交特性，GFDM系统会产生自干扰。因此，在接收端实施用户信号检测时，GFDM系统需要配备比较复杂的接收机。传统接收机实施方法是将信道矩阵与调制矩阵的合成矩阵进行直接求逆，然而，其复杂度随着合成矩阵维度的三次方而增长。为了避免大维度系统矩阵直接求逆而造成的较大计算复杂度，GFDM接收机的低复杂实施方案一直是研究的重点。通过采用频域干扰删除技术，已有研究提出了一种低复杂度的匹配接收机。然而，该匹配接收机并不能完全消除自干扰。利用调制矩阵的格拉姆(Gram)矩阵的块循环属性，已有研究提出了一种匹配接收机与迫零接收机的低复杂度实施方案。然而，已有的低复杂接收机方案都是基于单用户占用所有子载波的场景。在实际上行GFDM接入系统中，可并行调度多个用户，每个用户分配的子载波数目可各不相同，同时，每个用户到基站间的信道矩阵也各不相同。对于该多用户上行GFDM接入系统，已有的单用户低复杂度接收机实施方案并不适用。目前，关于多用户GFDM上行接入系统的接收机设计方法只有传统的系统矩阵直接求逆法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，利用GFDM频域调制矩阵的块循环特性与带状特性，设计了一种多用户广义频分多址接入系统的接收机设计方法，该接收机可实现GFDM系统多用户信号解调。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多用户广义频分多址接入系统的接收机设计方法，其特征是，包括以下步骤：S1，获取移除循环前缀后的时域接收信号，将其变换成频域信号；S2，从频域信号中分离出各用户信号，对各用户信号分别进行均衡处理；S3，对均衡处理后的各用户信号进行重构，构建GFDM频域调制矩阵的块循环结构；S4，对重构后的各用户信号实施均衡处理，实现各个用户信号的解调。进一步的，S1中，将时域接收信号变换成频域信号的具体过程为：对时域接收信号进行DFT操作变换成频域信号。进一步的，S2中，对各用户信号分别进行均衡处理的具体过程为：采用一个(Bk+1)M维的一阶均衡器对(Bk+1)M路用户信号yk进行并行均衡处理，其中，Bk表示用户k占用子载波数目，M表示一个GFDM符号块包含时隙数。进一步的，(Bk+1)M维一阶均衡器共有(Bk+1)M个抽头系数，其第i个抽头系数设计为1/Λk(CkM+i,CkM+i)，其中，Λk(CkM+i,CkM+i)为频域信道矩阵Λk的第(CkM+i)个对角元素，Ck为用户k的起始载波指数。进一步的，S3中，对均衡处理后的各用户信号进行重构包括：对均衡处理后的各用户信号进行截尾与加和操作。进一步的，对均衡处理后的各用户信号进行截尾与加和操作包括：将用户k信道均衡后的频域信号dk分成两段，第一段由dk的前BkM个元素组成，第二段由dk的后M个元素组成。将第二段的M个元素与第一段的前M个元素分别对应相加，得到一个新的BkM×1的列向量zk。进一步的，S4中，对重构后的各用户信号实施均衡处理包括：4a)将S3处理后的各用户对应列向量zk等分成M组短向量，其中，第m个短向量为zk,m＝[zk(m),zk(m+M),...,zk(m+(Bk-1)M)]T，这里上标T为向量的转置操作，zk(m)为列向量zk的第m个元素，每个短向量包含Bk个元素，对M组短向量分别实施Bk点IDFT，将变换后的信号再按原次序排列成一个BkM×1的列向量xk；4b)将合成后的向量xk从头至尾依次等分成Bk组短向量，每个短向量包含M个元素，对Bk组短向量分别采用M维一阶均衡器对M路数据流实施并行均衡处理；4c)对均衡后的Bk组短向量分别实施M点IDFT，将变换后的信号再按原次序排列成一个BkM×1的列向量wk；4d)将列向量wk等分成M组短向量，其中，第m个短向量为wk,m＝[wk(m),wk(m+M),...,wk(m+(Bk-1)M)]T，这里上标T为向量的转置操作，wk(m)为列向量wk的第m个元素，每个短向量包含Bk个元素，对M组短向量分别实施Bk点DFT，将处理后的信号按原次序排列成一个BkM×1的列向量，该列向量即为用户k的解调信号。进一步的，4b)中，Bk组M维的一阶均衡器的抽头系数设计方法如下：p记为GFDM系统原型滤波器抽头系数组成的NM×1的列向量，即p＝[p(0),...,p(NM-1)]T，其中，p(n)为原型滤波器的第n+1个抽头系数，原型滤波器系数向量的DFT为一个NM×1的列向量g，即g＝Fp；那么，第i组M维一阶均衡器的第m个抽头系数设计为其中，g(m)为向量g的第m个元素。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：只需通过一系列的DFT/IDFT与一阶均衡器便可实现多用户信号解调，从而避免了大维度矩阵直接求逆造成的巨大计算复杂度。相比于传统的迫零接收机，本专利技术大幅降低了接收机的计算复杂度，而且可以获得与传统接收机几乎相同的误符号率性能。附图说明图1是本专利技术方法的流程框图；图2、图3分别是等数目子载波分配、不等数目子载波分配情况下的计算复杂度性能；图4、图5分别是等数目子载波分配、不等数目子载波分配情况下的系统误符号率性能。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术考虑一个K用户上行传输场景，一个GFDM符号块包含N个子载波与M个时隙。对于任一用户k，所分配的子载波数目为Bk，其子载波指数集合为{Ck+1，…，Ck+Bk}，每个用户占用的子载波集合是正交的且采用连续子载波分配，不同用户子载波集合之间的保护间隔为一个子载波。GFDM调制采用原型滤波器的NM个抽头系数为{p(n),n＝0,...,NM-1}，其中，p(n)为原型滤波器第n+1个抽头系数。在基站接收端，先移除接收混合信号的循环前缀。移除循环前缀后的混合时域信号可以表示为：其中，sk是由用户k发送符号组成的一个(BkM)×1的列向量；n是一个NM×1的加性高斯白噪声向量；Hk为用户k到基站的信道矩阵，Hk是由信道脉冲响应组成的NM×NM循环矩阵，其第一列为[hk,0,...,hk,i,...,hk,L,0,...,0]T，其第n列是由第一列向下平移(n-1)个元素形成，这里，hk,i为第i+1个信道脉冲系数，L为信道脉冲响应的阶数；Pk是由原型滤波器抽头系数组成的NM×BkM的调制矩阵，其可以表示为其中，P＝[p,p1,...,pm,...,pM-1]，p是由原型滤波器抽头系数组成的向量，即p＝[p(0),...,p(NM-1)]T，pm由p向下平移mN个元素形成，Ei为NM×NM的常数对角矩阵，即Ei＝diag{1,exp(j2πi/N),...本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多用户广义频分多址接入系统的接收机设计方法，其特征是，包括以下步骤：S1，获取移除循环前缀后的时域接收信号，将其变换成频域信号；S2，从频域信号中分离出各用户信号，对各用户信号分别进行均衡处理；S3，对均衡处理后的各用户信号进行重构，构建GFDM频域调制矩阵的块循环结构；S4，对重构后的各用户信号实施均衡处理，实现各个用户信号的解调。

【技术特征摘要】
1.一种多用户广义频分多址接入系统的接收机设计方法，其特征是，包括以下步骤：S1，获取移除循环前缀后的时域接收信号，将其变换成频域信号；S2，从频域信号中分离出各用户信号，对各用户信号分别进行均衡处理；S3，对均衡处理后的各用户信号进行重构，构建GFDM频域调制矩阵的块循环结构；S4，对重构后的各用户信号实施均衡处理，实现各个用户信号的解调。2.根据权利要求1所述的一种多用户广义频分多址接入系统的接收机设计方法，其特征是，S1中，将时域接收信号变换成频域信号的具体过程为：对时域接收信号进行DFT操作变换成频域信号。3.根据权利要求1所述的一种多用户广义频分多址接入系统的接收机设计方法，其特征是，S2中，对各用户信号分别进行均衡处理的具体过程为：采用一个(Bk+1)M维的一阶均衡器对(Bk+1)M路用户信号yk进行并行均衡处理，其中，Bk表示用户k占用子载波数目，M表示一个GFDM符号块包含时隙数。4.根据权利要求3所述的一种多用户广义频分多址接入系统的接收机设计方法，其特征是，(Bk+1)M维一阶均衡器共有(Bk+1)M个抽头系数，其第i个抽头系数设计为1/Λk(CkM+i,CkM+i)，其中，Λk(CkM+i,CkM+i)为频域信道矩阵Λk的第(CkM+i)个对角元素，Ck为用户k的起始载波指数。5.根据权利要求1所述的一种多用户广义频分多址接入系统的接收机设计方法，其特征是，S3中，对均衡处理后的各用户信号进行重构包括：对均衡处理后的各用户信号进行截尾与加和操作。6.根据权利要求5所述的一种多用户广义频分多址接入系统的接收机设计方法，其特征是，对均衡处理后的各用户信号进行截尾与加和操作包括：将用户k信道均衡后的频域信号dk分成两段，第一段由dk的前BkM个元素组成，第二段由dk的后M个元素组成。将第二段的M个元素与第一段的前M个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸿，胡晗，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32