[发明专利]快变信道条件下正交频分复用系统中分块均衡方法

摘要

本发明提出了一种快变信道条件下的正交频分复用(OFDM)系统中分块均衡方法。在发送端，经循环冗余编码后的比特信号经信道编码、交织、符号映射、串并变换和IFFT变换成时域信号，然后经并串变换和插入循环前缀，发送到无线信道。在接收端，利用传统的一阶频域均衡器均衡接收信号，经并串变换、解映射、解交织和信道译码后，对信号估值进行校验。若校验正确，则输出。若校验不正确，则进行分块均衡，先重构时域OFDM发送信号，再将接收到的时域OFDM符号分成多个等长的接收信号子块，利用时域OFDM重构信号进行循环重构和干扰消除，最后对每个子块进行频域均衡，合并各子块的均衡估值得到分块均衡输出，作为并串变换的输入。

主权项

1、一种快变信道条件下的正交频分复用系统中分块均衡方法，其特征在于：在发送端，经循环冗余编码后的比特信号流b(n)经信道编码、交织、符号映射和串并变换后构成频域交正频分复用信号，第i个频域正交频分复用发送信号表示为s(i)＝[s(i，0)，s(i，1)，…，s(i，N-1)]T，N为子载波数，s(i)经逆快速傅立叶变换成时域正交频分复用发送信号后，插入长度为G的循环前缀，并经并串变换后发送到无线信道；在接收端，第一步：经去循环前缀、串并变换后，第i个时域正交频分复用接收符号$\tilde{r}\left(i\right)={[\tilde{r}(i,0),\tilde{r}(i,1),···,\tilde{r}(i,N-4)]}^T可以表示为：$ \tilde{r}\left(i\right)=H_t^i\tilde{s}\left(i\right)+\tilde{w}\left(i\right)=H_t^i{F}^{H}s\left(i\right)+\tilde{w}\left(i\right)这里Ht\; i是信道矩阵，表示功率为\sigma 2的高斯白噪声向量，F表示傅立叶变换矩阵，(\; )H表示共轭转置操作，为了进行一阶频域均衡器均衡，先将信道假设为准静止的，即在1个OFDM符号传输时间内信道的变化可以忽略，多径信道建模成具有L-1阶时不变有限冲击响应的FIR滤波器，用hl(i)表示第l阶冲击响应。此时Ht\; i是一个循环卷积矩阵，可以表示为$ H_t^i=F^H{\Lambda }^{i}F这里\Lambda i是对角矩阵，经快速傅立叶变换成频域正交频分复用接收符号$ r\left(i\right)=F\tilde{r}\left(i\right),利用一阶频域均衡器均衡频域正交频分复用接收符号r(i)，均衡器输出的频域正交频分复用信号估计值可以表示为：$ \hat{s}\left(i\right)={\Lambda }^{\mathrm{iH}}{({\Lambda }^i{\Lambda }^{\mathrm{iH}}+{\sigma }^{2}I)}^{-1}r\left(i\right)经并串变换，解映射，交织，译码得到发送端比特信号流的估计值\; 第二步：对得到的发送端比特信号估计值进行循环冗余校验，若循环冗余校验正确，则输出；若循环冗余校验不正确，则进行分块均衡，将分块均衡的输出作为第一步中并串变换的输入，上述的分块均衡方法可以表示如下：a.将第一步中得到的发送端比特信号流的估计值，进行与发送端相同的信道编码、交织、符号映射、串并变换、逆快速傅立叶变换后，得到时域正交频分复用重构信号$ {\tilde{s}}^{\prime }\left(i\right)={[{\tilde{s}}^{\prime }(i,0),{\tilde{s}}^{\prime }(i,1),···,{\tilde{s}}^{\prime }(i,N-1)]}^T,b.将每个接收到的时域正交频分复用符号划分成M个等长的接收信号子块，子块数M满足：且是2的整数次幂，这里表示向下取整操作，每个子块的长度为T＝N/M，T＞L，第k个子块可以表示为$ {\tilde{r}}_k\left(i\right)={[{\tilde{r}}_k(i,0),{\tilde{r}}_k(i,2),···,{\tilde{r}}_k(i,T-1)]}^T={[\tilde{r}(i,\mathrm{kT}),\tilde{r}(i,\mathrm{kT}+1),···,\tilde{r}(i,(k+1)T-1)]}^T,k\in [0，\dots ，M-1]，在每个子块传输的时间内，认为无线信道的时变可以忽略，即$ h^i(n,l)\equiv h_k^i\left(l\right),n＝kT，\dots ，(k+1)T-1，l\in [0，\dots L-1]是第k个子块传输的时间的信道第l阶冲击响应，此时可以表示为$ {\tilde{r}}_k\left(i\right)=H_k^{\prime }{\tilde{s}}_{k-1}\left(i\right)+H_k{\tilde{s}}_k\left(i\right)+{\tilde{w}}_k\left(i\right)这里$ {\tilde{s}}_k\left(i\right)={[{\tilde{s}}_k(i,0),{\tilde{s}}_k(i,1),···,{\tilde{s}}_k(i,T-1)]}^T={[\tilde{s}(i,\mathrm{kT}),\tilde{s}(i,\mathrm{kT}+1),···,\tilde{s}(i,(k+1)T-1)]}^T,$ {\tilde{w}}_k\left(i\right)={[{\tilde{w}}_k(i,1),{\tilde{w}}_k(i,2),···,{\tilde{w}}_k(i,T)]}^T,表征了第k-1个信号子块对当前第k个子块引起的子块间串扰。将重构的时域发送信号等分成长度为T的子块$ {\tilde{s}}_k^{\prime }\left(i\right)={[{\tilde{s}}_k^{\prime }(i,0),{\tilde{s}}_k^{\prime }(i,1),···,{\tilde{s}}_k^{\prime }(i,T-1)]}^T={[{\tilde{s}}^{\prime }(i,\mathrm{kT}),{\tilde{s}}^{\prime }(i,\mathrm{kT}+1),···,{\tilde{s}}^{\prime }(i,(k+1)T-1)]}^T,利用消除第k-1个信号子块对当前第k个子块引起的子块间串扰，$ {\tilde{r}}_k^{\prime }\left(i\right)={\tilde{r}}_k\left(i\right)-H_k^{\prime }{\tilde{s}}_{k-1}^{\prime }\left(i\right)=H_k^{\prime }({\tilde{s}}_{k-1}\left(i\right)-{\tilde{s}}_{k-1}^{\prime }\left(i\right))+H_k{\tilde{s}}_k\left(i\right)+{\tilde{w}}_k\left(i\right)并进行循环重构，保证了信道矩阵的循环特性，抑制载间干扰，$ {\tilde{r}}_k^{\prime \prime }\left(i\right)={\tilde{r}}_k^{\prime }\left(i\right)+H_k^{\prime }{\tilde{s}}_k^{\prime }\left(i\right)=H_k^{\prime }({\tilde{s}}_{k-1}\left(i\right)-{\tilde{s}}_{k-1}^{\prime }\left(i\right))+H_k{\tilde{s}}_k\left(i\right)+H_k^{\prime }{\tilde{s}}_k^{\prime }\left(i\right)+{\tilde{w}}_k\left(i\right)若不考虑重构引起的误差，即$ {\tilde{s}}_k\left(i\right)\equiv {\tilde{s}}_k^{\prime }\left(i\right),\forall k,则$ {\tilde{r}}_k^{\prime \prime }\left(i\right)=H_{k,\mathrm{cir}}^{\prime }{\tilde{s}}_k\left(i\right)+{\tilde{w}}_k\left(i\right)循环卷积矩阵H\prime k，cir＝Hk+H\prime k是第k个子块对应的信道矩阵，c.在消除子块间串扰和重构循环前缀基础上对每个接收子块，先进行快速傅立叶变换，其快速傅立叶变换的长度与子块长度一致，再利用一阶频域均衡器均衡每个接收子块，均衡后的每个子块的均衡估值经逆快速傅立叶变换，得到每个子块的时域均衡估计值，第k个子块的时域均衡估计值可以表示为$ {\hat{\tilde{s}}}_k\left(i\right)=F^H({\Lambda }_k^i{\Lambda }_k^{\mathrm{iH}}+{\sigma }_w^2{I}_T){\Lambda }_k^{\mathrm{iH}}F{\tilde{r}}_k^{\prime \prime }\left(i\right)这里对角矩阵$ {\Lambda }_k^i=F{H}_{k,\mathrm{cir}}^{\prime }{F}^H,d.最后对每个子块的均衡估计值进行合并，每个子块的时域均衡估计值，按照分块的顺序组合成一个长度为N符号$ \hat{\tilde{s}}\left(i\right)={[{\hat{\tilde{s}}}_0^T\left(i\right),{\hat{\tilde{s}}}_1^T\left(i\right),···,{\hat{\tilde{s}}}_{M-1}^T\left(i\right)]}^T,经快速傅立叶变换后得到分块频域均衡方法的输出，即是发送的频域正交频分复用信号的估计值。$$$$$$$$$$$$$$$$$$$