[发明专利]一种采用三对角加权矩阵的OFDM系统抗时变信道干扰方法

说明书

一种采用三对角加权矩阵的OFDM系统抗时变信道干扰方法，首先，采用P‑BEM技术来估计重构信道系数矩阵H_tv，并用于后续SINR的公式计算；然后，针对三对角加权矩阵W进行SINR的数学表示建模，得到各子载波SINR_m；将对角系数表示成一个向量w，并进一步进行转化公式，得到关于w表示的SINR_m。然后，根据SINR和BER的理论转换公式，得BER_m，并将子载波平均BER设定为w优化问题的代价函数。采用梯度算法对代价函数进行最小化，得最优三对角加权矩阵系数向量w，并重建得到三对角加权矩阵W；最终，将该加权矩阵W用于OFDM系统接收端。本发明能够缓解子载波间干扰改善系统误码率性能，并有效减小矩阵加权实现的复杂度。

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，适用于OFDM系统，是一种快速移动环境下抗时变信道引起子载波间干扰(Inter-Carrier Interfence,ICI)的方法。时变信道导致了接收信号的多普勒频移，破坏子载波间正交性，从而产生ICI。该方法通过优化设计OFDM系统接收端附加的三对角加权矩阵，能够缓解子载波间干扰改善系统误码率(Bit Error Rate,BER)性能，并有效减小矩阵加权实现的计算复杂度。

背景技术

OFDM具有系统实现简单、抗码间干扰强等特点，已被广泛地应用于4G时代的多种无线通信系统，如LTE-A、Wi-Fi；同时，OFDM的改进版本也已用于5G网络，用来满足未来移动通信流量大、设备多、延迟低、业务灵活的高要求。在高速移动场景下，无线信道呈现出时间选择性衰落的特性，产生多普勒频移，使得OFDM子载波间正交性被破坏，由此产生的ICI会严重影响系统性能，这个干扰后续简称为时变信道干扰。

针对以上问题，可以在OFDM系统接收端采用加权矩阵模块，通过对其进行优化设计，将系统与信道的联合数学影响尽可能地退化为主对角矩阵，并进一步采用频域单点均衡能有效改善系统性能。已有方法中，所用加权矩阵为全维矩阵，在其优化设计时以系统子载波信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)的最大化为目标，通过闭式求解方法来获得矩阵系数。由于全维矩阵的使用，其加权的计算实现存在高复杂度的问题；此外，由于BER与SINR的非线性关系，子载波SINR的改善可能反而会引起系统BER性能的恶化。

发明内容

为了有效降低加权矩阵实现的计算复杂度，并直接改善OFDM系统的BER性能，本发明提供了一种三对角加权矩阵的设计方法，在三对角加权矩阵的优化设计中，只需考虑加权矩阵三个主对角上的系数，而其余系数皆固定为零。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种采用三对角加权矩阵的OFDM系统抗时变信道干扰方法，该方法中需要对三对角加权矩阵进行优化设计，然后用于系统接收端对接收信号进行加权处理，包括以下步骤：

1)首先，采用多项式基函数扩展模型(Polynomial-Basis Expansion Model,P-BEM)技术来实现对信道系数矩阵H_tv的估计重构；

2)采用H_tv建立针对三对角加权矩阵W的子载波SINR_m数学模型；

3)将三对角加权矩阵W中的对角系数取出，构成待优化变量w，并对SINR_m进行公式变形，将其表示成关于w的形式；

4)然后，根据SINR和BER的理论关系，得到子载波BER(BER_m)，并建立代价函数F(w)，即子载波平均BER；

5)对代价函数采用梯度优化方法来实现其最小化，得到三对角加权矩阵系数向量w，并重建得到三对角加权矩阵W；

6)将W用于OFDM系统接收端，通过加权操作实现抗时变信道干扰。