本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域,更具體地,涉及一種基于fbmc調(diào)制在指定時間區(qū)間內(nèi)生成多載波導(dǎo)頻序列的方法。
背景技術(shù):
濾波器組多載波(filterbankmulticarrier,fbmc)系統(tǒng)相比于正交頻分復(fù)用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,ofdm)系統(tǒng)具有更高的頻譜利用率及更小的帶外干擾;fbmc系統(tǒng)己廣泛應(yīng)用于語音處理、快速計算、噪聲處理、圖像壓縮、雷達信號處理、多媒體信號處理等領(lǐng)域,如今作為未來無線通信的一個關(guān)鍵技術(shù),更是通信系統(tǒng)研究中的一大熱點。
無線通信系統(tǒng)的性能在很大程度上受到無線信道的影響,如陰影衰落和頻率選擇性衰落等等,因此信道估計的準確度直接決定整個系統(tǒng)的性能。
從信道先驗算法的角度來看,信道估計又分為:基于參考信號的估計、半盲估計和盲估計。基于參考信號的估計是在待發(fā)送數(shù)據(jù)前加入導(dǎo)頻通過導(dǎo)頻頻點的信道信息來推斷整個頻帶上的信道信息;因此得到一組含有接近于多載波導(dǎo)頻序列的信號是信道估計的基礎(chǔ)。為了達到這個目的,需要對導(dǎo)頻符號進行設(shè)計。當前的fbmc信道估計都是基于導(dǎo)頻符號的,由于導(dǎo)頻符號之間存在干擾,所以信道估計結(jié)果較差。如何在fbmc信號中構(gòu)造多載波導(dǎo)頻序列以提高信道估計性能是本領(lǐng)域關(guān)注的問題。
在獲得多載波導(dǎo)頻序列的基礎(chǔ)上,還要最大程度減小信號的時域長度,以提高頻譜利用率,而經(jīng)過fbmc調(diào)制之后的時域信號在最前端和最后端有較長的拖尾,因此在用fbmc調(diào)制構(gòu)造多載波導(dǎo)頻序列的時候還需要進行拖尾抑制。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求,本發(fā)明提供了一種基于fbmc調(diào)制在指定時間區(qū)間內(nèi)生成多載波導(dǎo)頻序列的方法,其目的在于用fbmc導(dǎo)頻符號構(gòu)造利用多載波導(dǎo)頻用于信道估計,并且抑制fbmc的時域信號拖尾,增大頻譜利用率。
為實現(xiàn)上述目的,按照本發(fā)明的一個方面,提供了一種基于fbmc調(diào)制在指定時間區(qū)間內(nèi)生成多載波導(dǎo)頻序列的方法,包括如下步驟:
(1)在指定頻點上通過ofdm調(diào)制生成第一多載波導(dǎo)頻序列,對該第一多載波導(dǎo)頻序列加窗口得到第二多載波導(dǎo)頻序列;
(2)根據(jù)以下原則獲取一組規(guī)定子載波和規(guī)定時間點上的fbmc導(dǎo)頻符號:
通過調(diào)制所述fbmc導(dǎo)頻符號所獲得的第三多載波導(dǎo)頻序列與所述第二多載波導(dǎo)頻序列的整體相近度最佳;
其中,整體相近度的值根據(jù)所加窗口各區(qū)域內(nèi)第三多載波導(dǎo)頻序列與所述第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的加權(quán)平方和確定;在整體相近度的值最小時,所述整體相近度最佳;
(3)根據(jù)導(dǎo)頻符號之后的數(shù)據(jù)符號對步驟(2)獲得的fbmc導(dǎo)頻符號疊加一組修正量獲得修正fbmc導(dǎo)頻符號;在所述修正fbmc導(dǎo)頻符號后加上數(shù)據(jù)符號進行調(diào)制獲得第四多載波導(dǎo)頻序列。第四多載波導(dǎo)頻序列即fbmc系統(tǒng)實際發(fā)射的多載波導(dǎo)頻序列,接收端利用該多載波導(dǎo)頻序列進行信道估計。
優(yōu)選地,上述的方法,對其第一多載波導(dǎo)頻序列所加的窗口包括前零值區(qū)、前過渡區(qū)、平坦區(qū)、后過渡區(qū)和后零值區(qū);所述窗口在前過渡區(qū)、后過渡區(qū)均呈滾降狀;所述窗口在前過渡區(qū)、后過渡區(qū)的幅值均不超過其在平坦區(qū)的幅值;所述窗口在前零值區(qū)和后零值區(qū)內(nèi)幅值為0。
優(yōu)選地,上述的方法,其窗口在前過渡區(qū)、后過渡區(qū)均為余弦滾降序列;
所述前過渡區(qū)的幅值
所述后過渡區(qū)的幅值
其中,f(t)是指對應(yīng)坐標t的幅值,t是指采樣點時間序列,m是指fbmc系統(tǒng)的復(fù)數(shù)符號間隔包含的采樣點數(shù),它和fbmc系統(tǒng)的子載波數(shù)是相等的,過渡區(qū)幅值由0增至1,保證了窗口的過渡區(qū)的幅值不超過平坦區(qū)的幅值,發(fā)送整段數(shù)據(jù)時發(fā)射功率穩(wěn)定。
優(yōu)選地,上述的方法,上述的整體相近度的值
p=p(前零值區(qū))c(前零值區(qū))+p(前過渡區(qū))c(前過渡區(qū))+p(平坦區(qū))c(平坦區(qū))+p(后過渡區(qū))c(后過渡區(qū))+p(后零值區(qū))c(后零值區(qū));
其中,前零值區(qū)相近度p(前零值區(qū))是前零值區(qū)內(nèi)第三多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的平方和;
前過渡區(qū)相近度p(前過渡區(qū))是前過渡區(qū)內(nèi)第三多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的平方和;
平坦區(qū)相近度p(平坦區(qū))是平坦區(qū)內(nèi)第三多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的平方和;
后過渡區(qū)相近度p(后過渡區(qū))是后過渡區(qū)內(nèi)第三多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的平方和;
后零值區(qū)相近度p(后零值區(qū))是后零值區(qū)內(nèi)第三多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的平方和;
c(前零值區(qū))為前零值區(qū)權(quán)重,c(前過渡區(qū))為前過渡區(qū)權(quán)重,c(平坦區(qū))為平坦區(qū)權(quán)重,c(后過渡區(qū))為后過渡區(qū)權(quán)重,c(后零值區(qū))為后零值區(qū)權(quán)重。
優(yōu)選地,上述的方法,其修正量根據(jù)以下方法獲得,
將使得第四多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列的整體相近度最佳的修正量作為修正量;該整體相近度的值
p2=p2(前零值區(qū))c2(前零值區(qū))+p2(前過渡區(qū))c2(前過渡區(qū))+p2(平坦區(qū))c2(平坦區(qū))+p2(前過渡區(qū))c2(后過渡區(qū))+p2(后零值區(qū))c2(后零值區(qū))
其中,前零值區(qū)相近度p2(前零值區(qū))是前零值區(qū)內(nèi)第四多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的平方和;
前過渡區(qū)相近度p2(前過渡區(qū))是前過渡區(qū)內(nèi)第四多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的平方和;
平坦區(qū)相近度p2(平坦區(qū))是平坦區(qū)內(nèi)第四多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的平方和;
過渡區(qū)相近度p2(后過渡區(qū))是后過渡區(qū)內(nèi)第四多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的平方和;
后零值區(qū)相近度p2(后零值區(qū))是后零值區(qū)內(nèi)第四多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列差值的絕對值的平方和。
c2(前零值區(qū))為前零值區(qū)權(quán)重,c2(前過渡區(qū))為前過渡區(qū)權(quán)重,c2(平坦區(qū))為平坦區(qū)權(quán)重,c2(后過渡區(qū))為后過渡區(qū)權(quán)重,c2(后零值區(qū))為后零值區(qū)權(quán)重。
利用構(gòu)造好的多載波導(dǎo)頻序列進行信道估計的方法是:接收端對接收到的第四多載波導(dǎo)頻序列進行傅里葉變換處理,然后將導(dǎo)頻載波上的接收值除以導(dǎo)頻載波上的發(fā)送值即可獲得信道估計結(jié)果。
總體而言,通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,能夠取得下列有益效果:
(1)在現(xiàn)有技術(shù)中,fbmc符號經(jīng)過調(diào)制之后,由于濾波器的原因會使得調(diào)制之后的時域信號前端有一定長度的拖尾,這一拖尾并沒有包含實際有用的信息,但占用了時域資源;本發(fā)明通過將第二多載波導(dǎo)頻序列在窗口的前零值區(qū)置0,使得導(dǎo)頻符號經(jīng)過fbmc調(diào)制之后前端數(shù)據(jù)趨于0,增加了頻譜利用率;
(2)在現(xiàn)有技術(shù)中,利用ofdm信道估計的方法顯然不能應(yīng)用于fbmc系統(tǒng)中,ofdm的導(dǎo)頻符號與數(shù)據(jù)在同一時間點相互正交,而fbmc系統(tǒng)中相鄰符號間存在干擾,這就使得接收端無法恢復(fù)純凈的導(dǎo)頻信息;本發(fā)明的方法將導(dǎo)頻序列與數(shù)據(jù)序列在時間點上前后連接,并根據(jù)第二多載波導(dǎo)頻序列找到一組修正fbmc導(dǎo)頻符號,根據(jù)該修正fbmc導(dǎo)頻符號進行調(diào)制,以在指定時間區(qū)間內(nèi)能夠生成純凈的多載波導(dǎo)頻序列,可更加準確的進行信道估計。
附圖說明
圖1是實施例中的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是實施例提供的生成所需fbmc導(dǎo)頻符號方法的流程圖;
圖3是實施例中加載在6個單載波上發(fā)送的第一多載波導(dǎo)頻序列;
圖4是對第一多載波導(dǎo)頻序列加窗的窗口;
圖5是實施例中對第一多載波導(dǎo)頻序列加窗之后生成的第二多載波導(dǎo)頻序列;
圖6是實施例中在時間點上的fbmc導(dǎo)頻符號的結(jié)構(gòu)及fbmc調(diào)制后的時域范圍;
圖7是實施例中數(shù)據(jù)符號和修正量經(jīng)過fbmc調(diào)制后在所述窗口內(nèi)的影響范圍;
圖8是實施例中生成的被干擾序列的示意圖;
圖9是實施例中生成的第四多載波導(dǎo)頻序列的示意圖;
圖10是實施例中在指定時間區(qū)間內(nèi)第二多載波導(dǎo)頻序列與第四多載波導(dǎo)頻序列的snr的ccdf曲線示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實施例,對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。此外,下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
本發(fā)明所提供的方法,通過尋找一組fbmc導(dǎo)頻符號,使其經(jīng)過fbmc調(diào)制后的第四多載波導(dǎo)頻序列在指定時間區(qū)間內(nèi)與目標多載波導(dǎo)頻序列,也即第二多載波導(dǎo)頻序列,盡可能接近;導(dǎo)頻符號的結(jié)構(gòu)如圖1所示,定義0時間點與1時間點之間的間隔為符號間隔,定義0時間點與2時間點之間的間隔為復(fù)數(shù)符號間隔;當用戶占用的子載波為i1至i2號子載波,則僅需發(fā)送一組i1至i2號子載波上的fbmc導(dǎo)頻符號,fbmc導(dǎo)頻符號的前部分為導(dǎo)頻符號,后部分為數(shù)據(jù)符號;通過導(dǎo)頻符號調(diào)制后生成的第四多載波導(dǎo)頻序列得到信道在i1至i2頻點上的信道響應(yīng)。
實施例提供的基于fbmc調(diào)制在指定時間區(qū)間內(nèi)生成多載波導(dǎo)頻序列的方法,其流程如圖2所示,具體包括如下步驟:
(1)根據(jù)下式生成第一多載波導(dǎo)頻序列;
其中,t表示采樣點時間序列,s(t)表示對應(yīng)時間t的多載波導(dǎo)頻序列,w(m)表示各單載波的相位,f表示多載波導(dǎo)頻序列在時域上的偏移,m是指fbmc系統(tǒng)的子載波個數(shù),ω是指發(fā)送導(dǎo)頻信號的頻點集合。
找到一組相位w(m)使得時域數(shù)據(jù)s(t)有零點,時域偏移f的確定標準是:讓時域零點成為所截取信號的起始點,通過設(shè)置使得第三多載波導(dǎo)頻序列有更清晰的起點和終點。
(2)對第一多載波導(dǎo)頻序列加窗得到第二多載波導(dǎo)頻序列;實施例中,窗口在平坦區(qū)為1,在前零值區(qū)和后零值區(qū)均為0,在前、后過渡區(qū)設(shè)置為余弦滾降序列;
前過渡區(qū)的幅值
后過渡區(qū)的幅值
其中,f(t)是指對應(yīng)坐標t的幅值,t是指采樣點時間序列,m是指fbmc系統(tǒng)的復(fù)數(shù)符號間隔包含的采樣點數(shù),與fbmc系統(tǒng)的子載波數(shù)相等,過渡區(qū)幅值由0增至1,保證了窗口的過渡區(qū)的幅值不超過平坦區(qū)的幅值,發(fā)送整段數(shù)據(jù)時發(fā)射功率穩(wěn)定。
(3)通過以下方法確定fbmc導(dǎo)頻符號,使得該fbmc導(dǎo)頻符號在經(jīng)fbmc調(diào)制之后得到的第三多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列盡量接近;
即為:找到一組fbmc導(dǎo)頻符號使得p最小;
p=p(前零值區(qū))c(前零值區(qū))+p(前過渡區(qū))c(前過渡區(qū))+p(平坦區(qū))c(平坦區(qū))+p(后過渡區(qū))c(后過渡區(qū))+p(后零值區(qū))c(后零值區(qū))
其中,c(前零值區(qū))=1,c(前過渡區(qū))=小于1的系數(shù),c(平坦區(qū))=1,c(后過渡區(qū))=0,c(后零值區(qū))=小于1的系數(shù);
(4)在fbmc導(dǎo)頻符號的基礎(chǔ)上疊加一組修正量,使得fbmc導(dǎo)頻符號與數(shù)據(jù)經(jīng)fbmc調(diào)制后的第四多載波導(dǎo)頻序列在指定時間區(qū)間內(nèi)仍與第二多載波導(dǎo)頻序列接近。
使得上述的第四多載波導(dǎo)頻序列與第二多載波導(dǎo)頻序列盡可能接近的方法為,找到一組修正量使得p2最小;
p2=p2(前零值區(qū))c2(前零值區(qū))+p2(前過渡區(qū))c2(前過渡區(qū))+p2(平坦區(qū))c2(平坦區(qū))+p2(前過渡區(qū))c2(后過渡區(qū))+p2(后零值區(qū))c2(后零值區(qū))
其中,c2(前零值區(qū))=c2(前過渡區(qū))=c2(后過渡區(qū))=0,c2(平坦區(qū))=1,c2(后零值區(qū))=小于1的系數(shù)。
以下結(jié)合具體實施例及數(shù)據(jù)進行進一步地闡述:
(1)本實施例中,fbmc系統(tǒng)的子載波個數(shù)為m=256;其中用戶可使用的子載波數(shù)m′=12,即1~12號子載波,多載波導(dǎo)頻信號在m=1,3,5,7,9,11的6個fbmc子載波上發(fā)送;
生成多載波導(dǎo)頻序列
通過計算機搜索得到w(m)=[135,45,270,45,90,90],時域偏移量f=49;生成的第一多載波導(dǎo)頻序列如圖3所示。
(2)對第一多載波導(dǎo)頻序列加窗得到第二多載波導(dǎo)頻序列;實施例中,窗口包括前零值區(qū),前過渡區(qū),平坦區(qū),后過渡區(qū)和后零值區(qū)5個部分;其中前零值區(qū)和后零值區(qū)均為0,平坦區(qū)為1,前、后過渡區(qū)為余弦滾降序列;
前過渡區(qū)函數(shù)公式為:
后過渡區(qū)函數(shù)公式為:
其中m是fbmc系統(tǒng)的復(fù)數(shù)符號間隔包含的采樣點數(shù),數(shù)值上與fbmc系統(tǒng)的子載波個數(shù)相等;過渡區(qū)包含的采樣點個數(shù)為
其中s(前零值區(qū))=s(后零值區(qū))=0,如圖5所示。
(3)找到一組fbmc導(dǎo)頻符號使得p最??;
p=p(前零值區(qū))c(前零值區(qū))+p(前過渡區(qū))c(前過渡區(qū))+p(平坦區(qū))c(平坦區(qū))+p(后過渡區(qū))c(后過渡區(qū))+p(后零值區(qū))c(后零值區(qū))
fbmc導(dǎo)頻符號矩陣記為v,v的大小為12行14列,對應(yīng)1~12號子載波的5~18號時間點上的符號。vt表示v在時間點上的符號個數(shù),這里vt=14,如圖6所示,其中虛線表示第一個和最后一個fbmc導(dǎo)頻符號經(jīng)調(diào)制后的時域范圍。
因為有
p(前零值區(qū))=||0-g1v||2
p(前過渡區(qū))=||s(前過渡區(qū))-g2v||2
p(平坦區(qū))=||s(平坦區(qū))-g3v||2
p(后過渡區(qū))=||s(后過渡區(qū))-g4v||2
p(后零值區(qū))=||0-g5v||2
其中,v是fbmc導(dǎo)頻符號v按列排列的向量;g1,g2,g3,g4,g5可以通過fbmc調(diào)制得到,大小分別為
則:
p=||0-g1v||2c(前零值區(qū))+||s(前過渡區(qū))-g2v||2c(前過渡區(qū))+||s(平坦區(qū))-g3v||2c(平坦區(qū))+||s(后過渡區(qū))-g4v||2c(后過渡區(qū))+||0-g5v||2c(后零值區(qū))
由于v是實數(shù),而上式中的參數(shù)s(前零值區(qū)),s(前過渡區(qū)),s(平坦區(qū)),s(后過渡區(qū)),s(后零值區(qū)),g1,g2,g3,g4,g5均為復(fù)數(shù),所以可將上式轉(zhuǎn)換為:
其中c(前零值區(qū))=1,c(前過渡區(qū))=0.4,c(平坦區(qū))=1,c(后過渡區(qū))=0,c(后零值區(qū))=0.7;
r[·],i[·]分別表示取實部和取虛部處理。
為了使p最小,則
(4)確定fbmc導(dǎo)頻符號的修正量;在上一步得到的fbmc導(dǎo)頻符號后面加上數(shù)據(jù)進行fbmc調(diào)制得到被干擾序列;fbmc導(dǎo)頻符號的修正量經(jīng)fbmc調(diào)制后的序列應(yīng)該盡量接近第二多載波導(dǎo)頻序列與被干擾序列的差值。
在實施例中,對平坦區(qū)產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)符號在時間點上的范圍為19~21,如圖7所示。為了降低計算復(fù)雜度,實施例只使用數(shù)據(jù)的第1個時間點(也就是19時間點)上的符號來計算被干擾序列,此時得到的被干擾序列的仿真圖如圖8所示,圖中可以看出被干擾序列在平坦區(qū)的后面部分受到了數(shù)據(jù)的干擾。
本實施例中修正量矩陣v′的大小為12行1列,對應(yīng)1~12號子載波的17號時間點上的符號;v′t表示v′在時間點上的符號個數(shù),這里v′t=1。
因為本實施例中只關(guān)注平坦區(qū)和后零值區(qū)受到數(shù)據(jù)符號所產(chǎn)生的影響,所以令c2(前零值區(qū))=c2(前過渡區(qū))=c2(后過渡區(qū))=0,設(shè)第二多載波導(dǎo)頻序列與被干擾序列在平坦區(qū)和后零值區(qū)的差值分別為s′(平坦區(qū)),s′(后零值區(qū)),其時域范圍分別為
p2(平坦區(qū))=||s′(平坦區(qū))-g3v′||2
p2(后零值區(qū))=||s′(后零值區(qū))-g5v′||2
v′是修正量v′按列排列的向量。
則p2=||s′(平坦區(qū))-g3v′||2c2(平坦區(qū))+||s′(后零值區(qū))-g5v′||2c2(后零值區(qū))
因為v′是實數(shù),而上式中的參數(shù)s′(平坦區(qū)),s′(后零值區(qū)),g3,g5均為復(fù)數(shù),所以將上式寫成:
其中c2(平坦區(qū))=1,c2(后零值區(qū))=0.02,
將fbmc導(dǎo)頻符號與相應(yīng)位上的修正量相加的結(jié)果就是修正fbmc導(dǎo)頻符號;根據(jù)修正fbmc導(dǎo)頻符號所獲得的第四多載波導(dǎo)頻序列如圖9所示。從圖9可以看出,fbmc系統(tǒng)實際發(fā)射的多載波導(dǎo)頻序列在前零值區(qū)的幅值近似為0,在平坦區(qū)與多載波導(dǎo)頻序列相近。
根據(jù)以下公式計算平坦區(qū)中間
snr的ccdf曲線如圖10所示,從該圖中可以看出仿真得到的snr在大多數(shù)情況下達到40db及以上,表明fbmc導(dǎo)頻符號經(jīng)fbmc調(diào)制后的第四多載波導(dǎo)頻序列在平坦區(qū)十分接近多載波導(dǎo)頻序列。
利用構(gòu)造好的多載波導(dǎo)頻序列進行信道估計的方法是:接收端對接收到的第四多載波導(dǎo)頻序列平坦區(qū)中間
在本實施例中,由于導(dǎo)頻信號在6個fbmc子載波上發(fā)送,所以接收端能夠收到6個頻點的準確信息,除這6個頻點相應(yīng)的發(fā)送值即可得到6個頻點上的信道估計結(jié)果,通過信道插值可得到所需估計的所有頻點信息。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。