基于信号外推与梳状滤波的OFDM信号压缩传输与重构方法技术

基于信号外推与梳状滤波的OFDM信号压缩传输与重构方法，它属于无线通信技术领域。本发明专利技术解决了现有方法对信号的压缩程度受限，以及现有方法对噪声和干扰敏感，导致系统均方误差大的问题。本发明专利技术的方法未破坏子载波间的正交性，在发送端通过截取部分信号发送实现压缩传输，在接收端通过引入外推和梳状滤波实现信号重构。梳状滤波的引入克服了传统方法对噪声和干扰敏感的缺陷，提升了传统外推方法的均方误差性能，而且本发明专利技术方法对接收机的要求与传统OFDM方法一致，在保证通信性能的前提下，能够实现更大程度的信号压缩，突破了传统方法的压缩比下限，本发明专利技术方法的压缩比达到0.5。本发明专利技术可以应用于无线通信技术领域。

OFDM signal compression transmission and reconstruction method based on signal extrapolation and comb filter

【技术实现步骤摘要】
基于信号外推与梳状滤波的OFDM信号压缩传输与重构方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种OFDM信号压缩传输与重构方法。
技术介绍
为了满足5G高容量场景对于高效传输的要求，一系列高频谱效率的信号传输方法应运而生。现今广为应用的OFDM传输系统，虽然受到了奈奎斯特正交的约束，限制了信道容量和频谱效率，但具有抗干扰能力强、接收机结构简单的优点，对OFDM信号进行基于信号外推的压缩传输，不仅能够保留传统正交传输的优势，也满足了高效传输的需求。OFDM信号显然是一种频带受限信号，即信号频率ω在[-σ,σ]外的幅度等于零或明显小于区间内信号幅度。由于传输环境或检测环境的影响，信号的完整度受到极大制约，接收端则需要利用能够检测到的部分数据，外推得到整段信号；此外，如果在信道状态信息已知的情况下，仅发送一部分信号，就可以在接收端外推出完整信号。Gerchberg-Papoulis外推算法(简称GP算法)是解决频带受限解析信号外推问题的经典方法，它利用了长球函数在σ-带限空间内的完备正交性，通过反复应用傅里叶变换及反变换，并截断、替换来迭代出已知区间外的信号。Sanz-Huang理论是基于GP算法提出的离散估计理论，它使得GP算法可以用DFT实现。这种离散信号迭代外推的方法可以有效提高数据质量、计算简便，并在有效次迭代内获得误差递减的外推函数。虽然现有方法在OFDM信号压缩传输领域的研究中取得了一定的进展，但是现有方法仍然对接收机的要求较高，导致系统对信号的压缩程度受限，而且现有方法对噪声和干扰敏感，导致系统均方误差较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有方法对信号的压缩程度受限，以及现有方法对噪声和干扰敏感，导致系统均方误差大的问题。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：基于信号外推与梳状滤波的OFDM信号压缩传输与重构方法，该方法包括以下步骤：步骤一、在发送端，对待发送的OFDM信号x进行S/P转换，得到S/P转换后的OFDM信号；对S/P转换后的OFDM信号进行N-IDFT，得到N-IDFT后的OFDM信号；将N-IDFT后的OFDM信号通过压缩比为α的截断滤波器，得到截取信号；步骤二、对步骤一获得的截取信号进行P/S转换，得到P/S转换后的截取信号；选择步骤一中N-IDFT后的OFDM信号的后LCP个点作为P/S转换后的截取信号的循环前缀CP，获得待发送的压缩OFDM信号SP，并将待发送的压缩OFDM信号SP通过信道发送出去；步骤三、在接收端，根据压缩比α计算接收信号长度，并对接收信号的每个观测信号进行均衡，得到均衡后的每个观测信号其中：i代表第i个均衡后的观测信号；将均衡后的每个观测信号进行S/P转换，得到S/P转换后的每个观测信号；将S/P转换后的每个观测信号补零至信号x的长度，得到每个观测信号对应的初始化外推信号步骤四、分别对步骤三的每个初始化外推信号进行迭代外推，获得接收信号的每个观测信号对应的重构信号ri；步骤五、将步骤四获得的每个观测信号对应的重构信号ri进行N-DFT，得到N-DFT后的重构信号；将N-DFT后的重构信号经过检测器获得检测后信号；再将检测后信号进行P/S转换，得到每个观测信号对应的解调信号本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于信号外推与梳状滤波的OFDM信号压缩传输与重构方法，本专利技术的方法未破坏子载波间的正交性，在发送端通过截取部分信号发送实现压缩传输，在接收端通过引入外推和梳状滤波实现信号重构。梳状滤波的引入克服了传统方法对噪声和干扰敏感的缺陷，提升了传统外推方法的均方误差性能，而且本专利技术方法对接收机的要求与传统OFDM方法一致，在保证通信性能的前提下，能够实现更大程度的信号压缩，突破了传统方法的压缩比下限，本专利技术方法的压缩比达到0.5。附图说明图1是本专利技术的迭代外推方法的流程图；图2是本专利技术的发送端的流程图；其中：x0,x1,xN-1分别代表串行信号流x经串并转换后得到的第0、1和N-1路并行序列；s0，s1，sα(N-1)，sN-1分别代表并行序列经N-IDFT得到的第0、1、α(N-1)和N-1点时域信号值；图3是本专利技术的接收端的流程图；其中：r代表接收端的接收信号；代表第1个补零后的观测符号；分别代表第1路并行序列中第0、αN-1个信号点；0(1-α)N×1代表长度为(1-α)N的零序列，用来补齐观测信号位数；代表第1个观测信号对应的初始化外推信号；r1代表第1个观测符号对应的重构信号；为第1个观测信号对应的解调信号；detector代表检测器；代表第m+1次迭代时的输入，m为自然数；为经N-DFT得到的频域信号；为经梳状滤波器Hc处理得到的信号；为经N-IDFT得到的时域信号；为第m+1次迭代产生的信号，为第m+2次迭代时的输入，m+2≤M；图4是本专利技术的梳状滤波器带宽与均方误差的关系曲线图；图5是本专利技术的信号压缩比与误码率的关系曲线图；其中：BER代表误码率。具体实施方式具体实施方式一：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的基于信号外推与梳状滤波的OFDM信号压缩传输与重构方法，该方法包括以下步骤：步骤一、在发送端，对待发送的OFDM信号x进行S/P转换(串/并转换)，得到S/P转换后的OFDM信号；对S/P转换后的OFDM信号进行N-IDFT(N点离散傅里叶逆变换)，得到N-IDFT后的OFDM信号；将N-IDFT后的OFDM信号通过压缩比为α的截断滤波器，得到截取信号；步骤二、对步骤一获得的截取信号进行P/S转换(并/串转换)，得到P/S转换后的截取信号；选择步骤一中N-IDFT后的OFDM信号的后LCP个点作为P/S转换后的截取信号的循环前缀CP，以保证符号内相位的连续性，获得待发送的压缩OFDM信号SP，并将待发送的压缩OFDM信号SP通过信道发送出去；步骤三、根据已知的信道状态信息，在接收端，根据压缩比α计算接收信号长度，并对接收信号的每个观测信号进行均衡，得到均衡后的每个观测信号其中：i代表第i个均衡后的观测信号；将均衡后的每个观测信号进行S/P转换，得到S/P转换后的每个观测信号；将S/P转换后的每个观测信号补零至信号x的长度，得到每个观测信号对应的初始化外推信号步骤四、分别对步骤三的每个初始化外推信号进行迭代外推(每个初始化外推信号对应一个外推模块)，获得接收信号的每个观测信号对应的重构信号ri；步骤五、将步骤四获得的每个观测信号对应的重构信号ri进行N-DFT，得到N-DFT后的重构信号；将N-DFT后的重构信号经过检测器获得检测后信号；再将检测后信号进行P/S转换，得到每个观测信号对应的解调信号本实施方式未破坏子载波间的正交性，在发送端通过截取部分信号发送实现压缩传输，在接收端通过引入外推和梳状滤波实现信号重构。梳状滤波的引入克服了传统方法对噪声和干扰敏感的缺陷，提升了传统外推方法的均方误差性能，同时本专利技术在不提升对接收机的要求的前提下，能够实现更大程度的信号压缩，突破了传统方法的压缩比下限。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中将N-IDFT后的OFDM信号通过压缩比为α的截断滤波器，得到截取信号，其具体过程为：设N-IDFT后的OFDM信号的导频子载波数为Np、数据子载波数为Nd，根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于信号外推与梳状滤波的OFDM信号压缩传输与重构方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、在发送端，对待发送的OFDM信号x进行S/P转换，得到S/P转换后的OFDM信号；对S/P转换后的OFDM信号进行N‑IDFT，得到N‑IDFT后的OFDM信号；将N‑IDFT后的OFDM信号通过压缩比为α的截断滤波器，得到截取信号；步骤二、对步骤一获得的截取信号进行P/S转换，得到P/S转换后的截取信号；选择步骤一中N‑IDFT后的OFDM信号的后LCP个点作为P/S转换后的截取信号的循环前缀CP，获得待发送的压缩OFDM信号SP，并将待发送的压缩OFDM信号SP通过信道发送出去；步骤三、在接收端，根据压缩比α计算接收信号长度，并对接收信号的每个观测信号进行均衡，得到均衡后的每个观测信号

【技术特征摘要】
1.基于信号外推与梳状滤波的OFDM信号压缩传输与重构方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、在发送端，对待发送的OFDM信号x进行S/P转换，得到S/P转换后的OFDM信号；对S/P转换后的OFDM信号进行N-IDFT，得到N-IDFT后的OFDM信号；将N-IDFT后的OFDM信号通过压缩比为α的截断滤波器，得到截取信号；步骤二、对步骤一获得的截取信号进行P/S转换，得到P/S转换后的截取信号；选择步骤一中N-IDFT后的OFDM信号的后LCP个点作为P/S转换后的截取信号的循环前缀CP，获得待发送的压缩OFDM信号SP，并将待发送的压缩OFDM信号SP通过信道发送出去；步骤三、在接收端，根据压缩比α计算接收信号长度，并对接收信号的每个观测信号进行均衡，得到均衡后的每个观测信号其中：i代表第i个均衡后的观测信号；将均衡后的每个观测信号进行S/P转换，得到S/P转换后的每个观测信号；将S/P转换后的每个观测信号补零至信号x的长度，得到每个观测信号对应的初始化外推信号步骤四、分别对步骤三的每个初始化外推信号进行迭代外推，获得接收信号的每个观测信号对应的重构信号ri；步骤五、将步骤四获得的每个观测信号对应的重构信号ri进行N-DFT，得到N-DFT后的重构信号；将N-DFT后的重构信号经过检测器获得检测后信号；再将检测后信号进行P/S转换，得到每个观测信号对应的解调信号2.根据权利要求1所述的基于信号外推与梳状滤波的OFDM信号压缩传输与重构方法，其特征在于，所述步骤一中将N-IDFT后的OFDM信号通过压缩比为α的截断滤波器，得到截取信号，其具体过程为：设N-IDFT后的OFDM信号的导频子载波数为Np、数据子载波数为Nd，根据压缩比α对N-IDFT后的OFDM信号进行截取，得到截取信号；得到的截取信号保留了Np+αNd个子载波的信号，截取信号的支...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙学军，张宇思，翟鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23