[发明专利]一种基于正交极化传输的OFDM系统相位噪声消除方法

摘要

本发明公开了一种基于正交极化传输的OFDM系统相位噪声消除方法，属于无线通信技术领域。本发明设计了OFDM系统的发射端，将传统调制后信号分为两路，其中一路做共轭，并由天线赋予两路信号正交的极化状态后，通过正交极化天线发射；在接收端通过正交极化天线接收信号，并将共轭信号再次共轭后，令两路信号相同且相位噪声共轭，两路信号进行相加，进而消除相位噪声的虚部，可使乘性干扰的相位噪声项近似为1，消除相位噪声对接收信号的影响，获得期望信号，最后通过相应的传统解调方法即可解调出发射数据信息。本发明解决了自消除方案的频谱效率低、重新设计低相位噪声本地振荡器所带来的高投入、终端成本价格增加的问题。

主权项

一种基于正交极化传输的OFDM系统相位噪声消除方法，其特征在于：在发射端，信息比特首先根据调制方案映射为星座字符，假设一个数据块有N个串行字符u′[k]，k＝0,1,...,N‑1，将相同信号送入上下两个支路，称为x支路和y支路，记为ux[k]和uy[k]，ux[k]＝uy[k]＝u′[k]，并对其中一路信号进行共轭处理后，将上下两个支路的信号合并写为u[k]，u[k]=ux[k][uy[k]]*T=ux[k]uy*[k]T---(1)]]>其中，为共轭信号，[·]T为转置矩阵；两支路信号分别经过一个OFDM调制器后，得到OFDM调制信号U[n]=Ux[n]Uy*[n]T,]]>U[n]=Ux[n]Uy*[n]=1NΣk=0N-1ux[k]ej2πnkN1NΣk=0N-1uy*[k]ej2πnkNn=0,1,...,N-1---(2)]]>OFDM调制信号再经插入导频、循环前缀和上变频处理后，转换为模拟连续信号通过前端的一对共放置的正交双极化天线发射，双极化天线的极化状态分别为x和y；假设t时刻的模拟连续信号为u(t)，信道的冲激响应矩阵为h(t)＝[hx(t) hy(t)]，其中hx(t)和hy(t)分别为两路极化状态为x和y的信号受到的信道冲激响应，在接收端受信道影响的接收模拟域信号为：r(t)=ejφ(t)∫-∞∞h(τ)u(t-τ)dτ+w(t)=h(t)*u(t)·ejφ(t)+w(t)---(3)]]>其中，r(t)为t时刻的接收模拟域信号，φ(t)为接收端相位噪声，ejφ(t)为相位噪声输出等效表示，h(t)为信道冲激响应矩阵，w(t)为高斯白噪声，*为卷积运算，τ为积分变量；在接收端，接收模拟域信号r(t)由一对共放置的正交双极化天线接收，正交双极化天线的极化状态分别为x和y，两种极化状态的信号同时到达接收端，由同一LO在同一时刻接收，故受到的相位噪声相同；设字符持续时间为Ts，以Ts做采样，在去循环前缀后，得到N个子载波携带字符组成的字符块R[n]，其中每个字符与调制信号U[n]，的关系为：R[n]=ejφ(nTs)(h[n]⊗U[n])+w[n]=ejφ(nTs)Σr=0N-1U[r][h(n-r)N]+w[n]---(4)]]>式中为圆周卷积，n＝0,1,...,N‑1，接收信号字符块R[n]经FFT变换后信号变为频域表示r[k]，k＝0,1,...,N‑1；由傅里叶变换性质可知，时域的卷积在频域为乘积，而时域的乘积在频域为卷积，因此式(4)变为，式中为傅里叶变换，i＝x or y，wi[k]为极化状态i时第k个子载波上的高斯白噪声，ui[k]和Hi[k]分别为极化状态为i时第k个子载波的信号的频域表达形式和信道频域冲激响应，l＝0，1，…，N‑1；令相位噪声的频域表达形式a[k]为，则式(5)写为：ri[k]=Σl=0N-1a[l]Hi[(k-l)N]ui[(k-l)N]+wi[k],k=0,1,...,N-1---(7)]]>将y支路共轭后，两支路相加，r[k]=12(rx[k]+[ry[k]]*)=12(rx[k]+ry*[k])---(8)]]>r[k]为经过解调判决后得到接收信息。