一种减小正交频分复用系统载波间干扰的方法技术方案

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体的说是涉及一种减小正交频分复用系统载波间干扰的方法。在本发明专利技术所提的方法中，基于“幅度相同符号相反的相邻子载波对其他子载波的干扰最低”的思想，利用扰码器和符号交织器改变调制符号序列顺序，使得序列中出现更多相反的相邻子载波，从而降低正交频分复用系统中的载波间干扰。传统的自消除方法冗余率至少为1/2，系统限制传输效率时无法应用。而本发明专利技术提供的方案能够在保证系统频谱效率不变的同时，利用简单的操作降低子载波间的干扰，提升正交频分复用系统的性能。统的性能。统的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种减小正交频分复用系统载波间干扰的方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种减小正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)多载波系统中载波间干扰(Inter
‑
Carrier Interference，ICI)的方法。

技术介绍

[0002]OFDM系统中，由于同步误差、振荡器工作频率不稳定以及多普勒频移扩展等因素引起的载波频率偏差，会使得接收信号频谱发生偏移，子载波之间的正交性被破坏，导致产生ICI。而OFDM是建立在严格正交的基础上的，如果不采取有效措施对ICI进行抑制，不仅会使系统误码性能恶化，还会带来严重的地板效应。针对系统中ICI严重破坏系统性能的问题，ICI自消除(Self
‑
Cancellation)方法被提出，与其它的消除ICI的方法相比，自消除方法实现简单并且能够有效对抗干扰，得到了广泛的应用。
[0003]自消除方法的主要思想是：在发射端，数据进行IFFT之前，将经过调制后的信号进行预编码，在相邻奇偶载波上分别传输幅度相等、符号相反的数据信号，如：X0＝
‑
X1，X2＝
‑
X3，X4＝
‑
X5…
在接收端接收时同样采取相对应的接收措施，具体是将相邻的数据进行合并接收，也就是在经过FFT之后采用相邻数据相减的方式进行接收。自消除方法能够有效减小干扰系数，改善系统的性能。
[0004]然而由于自消除方法等效于重复编码，增加了冗余数据，传输效率最大仅为原来的1/2，频谱利用率大大降低，在系统限制冗余率时应用会受到限制。因此，本专利技术利用该自消除的理论基础：相邻子载波的ICI系数相近，在不降低传输效率的基础上，提出一种减小ICI、提高OFDM系统误码性能的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术为OFDM系统提出了一种简单的ICI消除方法，能在不降低频谱效率的前提下，减小ICI带来的影响，提高传输性能。
[0006]为了便于理解，对本专利技术采用的方法进行如下说明：
[0007]破坏子载波之间正交性的是载波频率偏移，系统在通信过程中不可避免地会受到其影响，载波信号波形畸变，导致了ICI。OFDM系统引入频偏的过程如图1所示。
[0008]接收端的数据载波符号的时域表达式如下：
[0009][0010]这里ε表示的是载波频率偏移的归一化值，由
△
fNT
s
表示，
△
f表示的是载波频率偏移的固定值，T
s
表示的是数据子载波符号的持续时间。N是OFDM系统中子载波的数目，w(n)表示的是信道中的加性高斯白噪声。
[0011]如果用Y(k)表示y(n)对应的频域表达式，即第k个子载波的数据，那么Y(k)如下式所示：
[0012][0013]其中，W(k)是高斯白噪声的时频变换结果，X(m)是第m个数据子载波上调制的信号，且表达式经过变换后可得：
[0014][0015]将式(3)带入式(2)可得：
[0016][0017]S(m
‑
k)是ICI系数，表示的是第m和第k个子载波之间产生的干扰，具体表示如下：
[0018][0019]式(4)中第一项表示当前载波信号，频偏不为0会导致当前载波发生幅度失真和相位失真。第二项是干扰部分的载波信号，频偏因子为0时，对式(5)求极限为0，故频偏存在时，在接收机接收信号时会产生ICI，使得每个子载波都会受到其他载波所带来的影响，在接收时会降低系统的接收性能，使得系统的性能变得很差。图2展示了ICI系数的变化规律，OFDM系统中的子载波总数为64，归一化频率偏移分别取值为0.1、0.2、0.3、0.5，m＝0，可以看出，在不同的归一化频偏下，子载波之间的相互影响程度不同，当归一化频率偏移非常大时，邻近的数据子载波之间产生了严重的干扰。
[0020]本专利技术的技术方案如下：
[0021]针对ICI严重破坏系统性能的问题，必须想办法降低由于频偏所导致的ICI。第l和第l+1个子载波对第k(k≠l,l+1)个子载波的干扰如下：
[0022][0023]相邻取反的自消除方法给我们启示，若相邻子载波相反，则这两个子载波对第k个载波的干扰会降为：
[0024][0025]图3给出了相邻子载波相同和相反时对其他子载波位置的干扰对比。若相邻子载波相反，则记为一个相反子载波对。显然，一个OFDM符号中相反子载波对的数目越多，则受到的干扰总和越小。因此，在不降低传输效率的前提下，在BPSK调制时进行多次扰码，其他调制时通过多次符号交织，从而增加相反子载波对的数目。此外，由图2和3还能看出，当前子载波主要影响其相邻子载波，故若相反子载波对的数目相同，还可以通过避免相反子载波对相邻，使得每个相反子载波对中的两个子载波ICI系数更相近，从而抵消更多的ICI。
[0026]针对调制方式的不同，本专利技术提出了对应不同的方法，具体为：
[0027]1、采用BPSK调制的OFDM系统，产生二进制信源后，利用扰码器的ICI消除算法：
[0028]S1、将比特为0和1的相邻符号对定义为相反子载波对，统计二进制信源中相反子载波对的数目，并判断相反子载波对是否相邻，具体为：定义二进制信源的长度为N，对于第n个比特信号，n＝1,2,...,N
‑
1，判断其与第n+1个比特信号是否不同，若是，则第n个比特信号与第n+1个比特信号为相反子载波对，相反子载波对的数目参数num_s计数加1，并跳过下一比特信号的判断，否则直接进行下一比特信号的判断；若是相反子载波对，还同时判断该相反子载波对与上一个相反子载波对是否相邻，若是则不作任何处理，否则参数num_n的计数加1；直至判断完所有N个比特信号；
[0029]S2、改变扰码器的初始状态，生成不同扰码后的序列：扰码寄存器的结构如图4所示，使用的生成多项式为x7+x4+1，通过将移位寄存器中最后的比特与符号比特异或进行扰码；
[0030]S3、采用与S1相同的方式分别统计扰码后的比特序列中相反子载波对的数目和他们不相邻的数目；
[0031]S4、选出S1和S3中相反子载波对的数目最多的序列，若序列有相同数目的相反子载波对，则取其中相反子载波对不相邻的数目最多的序列，记录序列对应的扰码器的初始状态并发送给接收机，进行BPSK调制并发送信号；
[0032]S5、接收机接收信号，在解调后根据扰码器的初始状态进行解扰操作。
[0033]2、采用M
‑
PSK和M
‑
QAM调制的OFDM系统产生二进制信源并进行相应调制得到调制符号后，利用符号交织器的ICI消除算法：
[0034]S1、将幅度相等、符号相反的相邻调制符号定义为相反子载波对，统计调制符号中相反子载波对的数目，并判断相反子载波对是否相邻，具体为：定义调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减小正交频分复用系统载波间干扰的方法，采用BPSK调制的正交频分复用系统产生二进制信源比特，其特征在于，包括以下步骤：S1、将比特为0和1的相邻符号对定义为相反子载波对，统计二进制信源中相反子载波对的数目，并判断相反子载波对是否相邻，具体为：定义二进制信源的长度为N，对于第n个比特信号，n＝1,2,...,N
‑
1，判断其与第n+1比特信号是否不同，若是，则第n比特信号与第n+1比特信号为相反子载波对，相反子载波对的数目参数num_s计数加1，并跳过下一比特信号的判断，否则直接进行下一比特信号的判断；若是相反子载波对，还同时判断该相反子载波对与上一个相反子载波对是否相邻，若是则不作任何处理，否则参数num_n的计数加1；直至判断完所有N个比特信号；S2、改变扰码器的初始状态，生成不同扰码后的序列；S3、采用与S1相同的方式分别统计扰码后的比特序列中相反子载波对的数目和他们不相邻的数目；S4、选出S1和S3中相反子载波对的数目最多的序列，若序列有相同数目的相反子载波对，则取其中相反子载波对不相邻的数目最多的序列，记录序列对应的扰码器的初始状态并发送给接收机，进行BPSK调制并发送信号；S5、接收机接收信号，在解调后根据扰码器的初始状态进行解扰操作。2.一种减小正交频分复用系统载波间干扰的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：武晓静，肖悦，陈佳文，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：