[发明专利]一种高速运动下基于两步检测OFDM信号的接收方法

说明书

本发明公开了一种高速运动下基于两步检测OFDM信号的接收方法，接收端收到OFDM信号后，首先进行串并转换，串并转换后的信号经DFT操作分离出各个子载波上的信号。对于各个子载波上的信号，进行两次检测。第一次检测就采用传统的OFDM的检测方法，其检测复杂度很低，但是性能很差。在第一步检测的基础上，利用第一步检测的结果作为初始状态，进行第二步检测。第二步检测采用高斯赛德尔迭代的方法代替矩阵的求逆运算，从而消除各个载波间的干扰，得到精确的结果，使其性能达到最优。

技术领域

本发明属于无线移动通信技术领域，特别涉及一种高速运动下基于两步检测OFDM信号的接收方法。

背景技术

随着高速铁路和高速公路技术的飞速发展，交通工具的时速越来越高。目前，高速铁路的时速可达350公里，高速公路汽车的行驶速度也将能达到200Km/h.而无线通信和移动互联网的广泛普及,越来越多的人使用移动电话和其他便携式终端在高速交通工具上进行无线通信和信息传输。未来，人们在高速运动状态下对高数据速率及稳定可靠无线传输来进行信息传递、获取的需求越来越强烈。车联网概念的提出和发展有大大加速了这一趋势的发展。因此，研究高速运动下无线数字通信系统的发送和接收有着非常重大的理论和现实意义。

无线通信利用电磁波在空气中传播信号。在高速移动环境下的无线通信，发射机和接收机和周围环境物体之一或全部都在快速运动，从而信道也相应的发生剧烈变化，导致信号的持续时间大于信道的相干时间，形成多普勒频移造成的时间选择性衰落。在高速运动下，这种快时变信道会降低可获得的有用信号功率并增加干扰的影响，使得接收机的接收信号产生失真、波形展宽、波形重叠和畸变，甚至造成通信系统解调器输出出现大量差错，以至完全不能通信。

现在的无线宽带系统中(例如LTE和wifi)，都采用正交频分复用(OFDM)的多载波的传输方式。即用户的数据符号经串并转换后进行反离散傅立叶变换(IDFT)操作，从而实现在多个正交的子载波上进行调制，IDFT后的信号经并串转换后发送出去，从而完成OFDM信号的发送，如图1所示。

在静止或低速运动的情况下，OFDM信号通过信道后，首先进行串并转换，串并转换后的信号经DFT操作分离出各个子载波上的信号。DFT第k个子载波上的信号可以表示为：

y_k＝h_ks_k+n_k；

其中，s_k和y_k分别为第k个子载波的发送和接收信号，h_k为第k个子载波的等效信道，n_k为高斯白噪声。把所有载波的信号合在一起，写成矩阵形式，

Y＝HS+N；

其中Y＝[y₁,y₂…,y_K]^T，S＝[s₁,s₂…,s_K]^T，H可以如下的对角矩阵表示：

在接收端，根据OFDM接收信号的特点，可以用如下的方法来检测出第k子载波的发送信息：

各个子载波上的检测结果经并/串转换后输出，从而恢复出原始信号，完成信号的接收如图2所示。

对于上述的OFDM系统，当运动速度比较高时，由于多普勒效应，会造成子载波间的信号干扰。此时信道矩阵将不再是对角阵，而会变成如下的形式：

即随着运动速度的提高，信道矩阵的非0元素会沿着主对角线向上下两侧扩展。这是如果仍按照原检测公式和图2的方法进行解调就会出现严重的子载波间干扰，从而使接收性能严重恶化。