谱编码OFDM系统及最小频谱旁瓣导频符号设计方法技术方案

本发明专利技术公开谱编码OFDM系统，包括发送机和接收机，发送机包括谱编码器和多载波调制器，接收机包括多载波解调器、信道均衡器、信道估计器、谱解码器和符号检测器，接收机中使用的最小频谱旁瓣导频符号和发送机相同，无需作谱编码预处理，简化了信道估计、提高了信道估计的性能，频谱旁瓣低，实现简单。还公开了最小频谱旁瓣导频符号的设计方法，最小频谱旁瓣导频符号根据目标约束频段的频谱旁瓣最小化离线搜索得到，具有频谱旁瓣最小化的优点，可直接插入谱编码的OFDM信号中作为导频使用。

Spectrum Coded OFDM System and Minimum Spectrum Sidelobe Pilot Symbol Design Method

The present invention discloses a spectrum coded OFDM system, which includes a transmitter and a receiver. The transmitter includes a spectrum encoder and a multi-carrier modulator. The receiver includes a multi-carrier demodulator, a channel equalizer, a channel estimator, a spectrum decoder and a symbol detector. The minimum spectrum sidelobe pilot symbols used in the receiver are the same as those used in the transmitter. Spectral coding pretreatment is needed to simplify channel estimation and improve the performance of channel estimation. The spectrum sidelobe is low and the implementation is simple. The design method of the minimum spectrum sidelobe pilot symbol is also disclosed. The minimum spectrum sidelobe pilot symbol is obtained by off-line searching based on the minimum spectrum sidelobe of the target constrained frequency band. It has the advantage of minimizing the spectrum sidelobe and can be directly inserted into the spectrum coded OFDM signal as a pilot.

【技术实现步骤摘要】
谱编码OFDM系统及最小频谱旁瓣导频符号设计方法
本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及谱编码OFDM系统，还涉及最小频谱旁瓣导频符号的设计方法。
技术介绍
谱编码能够大大降低正交频分复用(OFDM)系统的频谱旁瓣,是提高无线通信频谱利用率的重要技术之一。但谱编码频谱旁瓣抑制效果会因为后面插入导频子载波而被破坏。现有技术要么对数据做预畸变以补偿导频频谱旁瓣的影响，恶化了系统误码性能；要么对导频符号也作谱编码处理，结果使导频发生不必要的畸变，影响信道估计。本专利技术提出了一种谱编码OFDM系统及频谱旁瓣最小化导频设计方法，导频符号与数据符号互不影响，既不需要对数据符号作预畸变，也不需要对导频符号作谱编码，简化了系统复杂度，并能改善系统误码性能。所采用的导频符号具有频谱旁瓣最小化优点，达到可直接插入到谱编码的数据子载波之间而不显著增加系统总旁瓣的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供谱编码OFDM系统，还提供最小频谱旁瓣导频符号的设计方法。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：谱编码OFDM系统，包括发送机和接收机，发送机包括谱编码器和多载波调制器，接收机包括多载波解调器、信道均衡器、信道估计器、谱解码器和符号检测器，待发送的多值频谱域号di经过谱编码器编码后，与最小频谱旁瓣导频符号do分别加载到多载波调制器的数据子载波位置和导频子载波位置形成频域符号，多载波调制器将频域符号调制为时域OFDM符号发送到多载波解调器，多载波解调器将接收到的时域OFDM符号解调为频域符号后，将解调得到的频域符号按载波位置分成数据接收矢量ri与导频接收矢量rp，将数据接收矢量ri发送到信道均衡器，将导频接收矢量rp发送到信道估计器，信道估计器通过最小频谱旁瓣导频符号do及导频接收矢量rp计算信道参数并将信道参数发送到信道均衡器，信道均衡器根据信道参数对数据接收矢量ri作均衡处理并将均衡处理后的数据接收矢量ri再通过谱解码器进行谱解码，谱解码器的解码结果输入到符号检测器进行符号检测，恢复发送符号。最小频谱旁瓣导频符号do的设计方法，包括以下步骤，步骤1、构建待测导频符号组，待测导频符号组包括2M个不同的待测导频符号，M为待测导频符号中的元素的个数，待测导频符号中的元素为+1或-1，将待测导频符号组中的各个待测导频符号分别插入多载波调制器的导频子载波位置；步骤2、多载波调制器对插入到导频子载波位置的各个待测导频符号进行解调获得各个待测导频符号对应的待比较时域OFDM符号，计算各个待比较时域OFDM符号在目标抑制频段的功率；步骤3、将最小的目标抑制频段的功率对应的待测导频符号作为最小频谱旁瓣导频符号do。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：最小频谱旁瓣导频符号的频谱旁瓣功率很低，最小频谱旁瓣导频符号不需要经过谱编码就可直接插入已作谱编码的OFDM符号中使用，避免了在发送端对导频进行编码从而使导频符号产生不必要的畸变，利于信道计算；同时也不需要在发送端对数据符号作预畸变处理，提高了OFDM系统的误码性能。附图说明图1为系统结构示意图；图2为谱编码ZP-OFDM系统功率谱；图3为谱编码CP-OFDM系统功率谱。具体实施方式以下结合附图对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，谱编码OFDM系统包括发送机和接收机。发送机结构主要包括：谱编码器和多载波调制器。待发送的多值频谱域号di与谱编码器的输入端连接，谱编码器的输出端连接到多载波调制器输入端，最小频谱旁瓣导频符号do与多载波调制器输入端相连。其处理过程为：待发送的多值频谱域号di经过谱编码器编码后，与最小频谱旁瓣导频符号do分别加载到多载波调制器的数据子载波位置和导频子载波位置形成频域符号，多载波调制器将频域符号调制为时域OFDM符号发送到接收机。接收机结构主要包括：多载波解调器、信道估计器、信道均衡器、谱解码器和符号检测器。其处理过程为：时域OFDM符号r(t)经多载波解调器解调为频域符号后，按载波位置分成数据接收矢量ri与导频接收矢量rp，并将数据接收矢量ri发送到信道均衡器，将导频接收矢量rp发送到信道估计器。信道估计器通过已知的最小频谱旁瓣导频符号do及导频接收矢量rp计算信道参数并将信道参数发送到信道均衡器；信道均衡器根据信道参数对数据接收矢量ri作均衡处理，均衡处理后的数据接收矢量ri再通过谱解码器进行谱解码，最后通过符号检测器进行符号检测，恢复发送符号。发送机的工作过程为：待发送的数据映射为待发送的多值频谱域号di，待发送的多值频谱域号di经过谱编码器编码，以降低多载波调制模块生成的OFDM信号的频谱旁瓣。谱编码器的结果为x＝Gidi，其中Gi为谱编码矩阵。将谱编码器的编码结果与频谱旁瓣最小导频符号do分别映射到多载波调制器的数据子载波位置和导频子载波位置，形成完整的长度为K的频域符号d。多载波调制器将频域符号调制为时域OFDM符号,多载波调制器采用快速逆付利叶变换(IFFT)实现。OFDM系统总的频谱旁瓣为p＝Ad，A∈CN×K是频谱矩阵，其列为每个子载波(包括导频子载波与数据子载波)的频谱函数，A的第k列写为0≤k≤M-1,f∈{f1，f2，…,fk，…，fN}是N个抑制频点，j是虚部符号、T是Wk(t)的长度。Wk(t)是第k个子载波的时域波形。应用于CP-OFDM系统时，Wk(t)是长为T＝Ts+Tcp的矩形函数,Ts是OFDM子载波时间长度,Tcp是循环前缀长度；应用于ZP-OFDM系统时，Wk(t)是长度为T＝Ts的矩形函数，Tcp＝0；当OFDM符号采用了加窗塑形时，Wk(t)是相应的窗函数。将频域符号d按数据子载波位置与导频子载波位置分组排列d＝(x，do)T，对应的频谱矩阵A的列按此改变排列顺序，不影响所计算的结果。于是，OFDM系统的总频谱旁瓣写为其中Ai，Ao是A的子矩阵，分别由频谱矩阵A中与数据子载波和导频子载波相对应的列所构成。再将x＝Gidi代入，得到p＝AiGidi+Aodo。OFDM系统频谱旁瓣最小化意味着min||p||2＝min||AiGidi+Aodo||2。注意频域数据di经过了谱编码，而导频符号do则不需要经过谱编码。直接求解最小化||AiGidi+Aodo||会导致数据di与导频符号do的相互影响，即求解出的编码矩阵Gi要考虑补偿do的影响；或者需要对导频符号do也施加谱编码以抑制其旁瓣。为了克服这一问题，本申请将目标优化函数改写为min||p||2＝min||AiGidi+Aodo||2≤min||AiGidi||2+min||Aodo||2,该式的最右边的等号在AiGidi与Aodo相互独立时成立。于是，本申请提出分别对||AiGidi||2和||Aodo||2最小化来实现对OFDM整体频谱旁瓣的抑制。虽然这种将导频符号与数据子载波符号独立优化的方法会稍微放大其频谱旁瓣，但简化了OFDM系统结构，也不需要考虑导频的影响与频谱旁瓣补偿问题。||AiGidi||2的最小化可以通过选择合适的谱编码矩阵G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.谱编码OFDM系统，包括发送机，其特征在于，还包括接收机，发送机包括谱编码器和多载波调制器，接收机包括多载波解调器、信道均衡器、信道估计器、谱解码器和符号检测器，待发送的多值频谱域号di经过谱编码器编码后，与最小频谱旁瓣导频符号do分别加载到多载波调制器的数据子载波位置和导频子载波位置形成频域符号，多载波调制器将频域符号调制为时域OFDM符号发送到多载波解调器，多载波解调器将接收到的时域OFDM符号解调为频域符号后，将解调得到的频域符号按载波位置分成数据接收矢量ri与导频接收矢量rp，将数据接收矢量ri发送到信道均衡器，将导频接收矢量rp发送到信道估计器，信道估计器通过最小频谱旁瓣导频符号do及导频接收矢量rp计算信道参数并将信道参数发送到信道均衡器，信道均衡器根据信道参数对数据接收矢量ri作均衡处理并将均衡处理后的数据接收矢量ri再通过谱解码器进行谱解码，谱解码器的解码结果输入到符号检测器进行符号检测，恢复发送符号。

【技术特征摘要】
1.谱编码OFDM系统，包括发送机，其特征在于，还包括接收机，发送机包括谱编码器和多载波调制器，接收机包括多载波解调器、信道均衡器、信道估计器、谱解码器和符号检测器，待发送的多值频谱域号di经过谱编码器编码后，与最小频谱旁瓣导频符号do分别加载到多载波调制器的数据子载波位置和导频子载波位置形成频域符号，多载波调制器将频域符号调制为时域OFDM符号发送到多载波解调器，多载波解调器将接收到的时域OFDM符号解调为频域符号后，将解调得到的频域符号按载波位置分成数据接收矢量ri与导频接收矢量rp，将数据接收矢量ri发送到信道均衡器，将导频接收矢量rp发送到信道估计器，信道估计器通过最小频谱旁瓣导频符号do及导频接收矢量rp计算信道参数并将信道参数发送到信道均衡器，信道均衡器根据信道参数对数据接...

【专利技术属性】
技术研发人员：代光发，陈少平，饶文贵，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42