專利名稱：正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中降低單頻或窄帶干擾影響的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)中降低單頻和窄帶干擾的方法。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)以其高效的頻譜利用率、良好的抗多徑衰落性能而被認(rèn)為是第四代移動(dòng)通信4G的核心技術(shù)之一。OFDM的基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)相互正交的子信道中進(jìn)行傳輸。OFDM技術(shù)作為一種寬帶調(diào)制技術(shù)，在實(shí)際的無(wú)線信道傳輸時(shí)勢(shì)必容易受到單頻信號(hào)和窄帶調(diào)制信號(hào)的干擾。傳統(tǒng)的方法是對(duì)信道進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，然后選擇可靠的子載波頻點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但該方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，并且在遠(yuǎn)程通信中尤其在面臨復(fù)雜的信道傳輸環(huán)境時(shí)，頻率選擇性衰落現(xiàn)象不利于對(duì)信道的監(jiān)聽(tīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中降低單頻或窄帶干擾影響的方法，不需要對(duì)信道進(jìn)行額外的監(jiān)聽(tīng)和跟蹤。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是提出一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中降低單頻或窄帶干擾影響的方法，包括以下步驟:通過(guò)應(yīng)用環(huán)境的信道模型仿真確定判決干擾的門(mén)限；計(jì)算每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息；估算在無(wú)單頻或窄帶干擾情況下的信道狀態(tài)信息平均值；根據(jù)每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息與所述門(mén)限的比較結(jié)果確定每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子；以及根據(jù)每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子計(jì)算每個(gè)子載波的加權(quán)后軟信肩、O在本發(fā)明的一實(shí)施例中，計(jì)算每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息的步驟包括，每個(gè)子載波幅度增益的平方IHkI2。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，估算在無(wú)單頻或窄帶干擾情況下的信道狀態(tài)信息平均值的步驟中，剔除依據(jù)一判決門(mén)限判定為強(qiáng)干擾點(diǎn)的子載波。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，根據(jù)每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息與所述門(mén)限的比較結(jié)果確定每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子的步驟包括:當(dāng)子載波的信道狀態(tài)信息小于判決干擾的第一門(mén)限與信道狀態(tài)信息平均值的乘積時(shí)，令所述子載波的軟信息加權(quán)因子等于信道狀態(tài)信息；當(dāng)信道狀態(tài)信息大于第一門(mén)限與信道狀態(tài)信息平均值的乘積時(shí)，離開(kāi)第一門(mén)限與信道狀態(tài)信息平均值的乘積越遠(yuǎn)的子載波，其軟信息加權(quán)因子越小。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，根據(jù)每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息與所述門(mén)限的比較結(jié)果確定每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子的步驟還包括:當(dāng)子載波的信道狀態(tài)信息超過(guò)第二門(mén)限與信道狀態(tài)信息平均值的乘積時(shí)，則令軟信息加權(quán)因子為零。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第一門(mén)限和第二門(mén)限由應(yīng)用的信道環(huán)境下信道狀態(tài)信息的概率分布函數(shù)確定。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，根據(jù)每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子計(jì)算每個(gè)子載波的加權(quán)后軟信息之后還包括:將軟信息輸入譯碼器進(jìn)行譯碼。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述譯碼器為維特比譯碼器。本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，利用信道均衡獲得的CSI參數(shù)進(jìn)行抗干擾處理，不需要對(duì)信道進(jìn)行額外的監(jiān)聽(tīng)和跟蹤，不影響數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)；而且本發(fā)明通過(guò)子載波信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)譯碼的軟信息進(jìn)行加權(quán)，利用譯碼的特性消除窄帶干擾的影響，不需要對(duì)傳輸?shù)淖虞d波頻點(diǎn)進(jìn)行精確選擇，有利于實(shí)際應(yīng)用。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說(shuō)明，其中:圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的降低單頻或窄帶干擾影響的方法流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的信道狀態(tài)信息的計(jì)算流程框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的估算信道狀態(tài)信息平均值M的流程圖；圖4是加權(quán)因子Wk與|Hk|2的映射曲線；圖5A、圖5B是無(wú)干擾情況下的I Hk |2分布圖；圖6是在單頻干擾下使用信道狀態(tài)信息和不使用信道狀態(tài)信息的譯碼性能仿真圖；圖7是在802.1la基礎(chǔ)上不同信道狀態(tài)信息處理方法的譯碼性能仿真圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明下面描述的實(shí)施例在頻率選擇性衰落情況嚴(yán)重的條件下，采用一種簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的方法解決單頻或窄帶干擾影響數(shù)據(jù)解調(diào)的問(wèn)題。概要地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)信道估計(jì)獲取的信道狀態(tài)信息(CSI)進(jìn)行限幅等處理，以此作為譯碼的軟信息加權(quán)因子，通過(guò)降低干擾點(diǎn)對(duì)譯碼性能的貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾頻率的抑制作用。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，信道狀態(tài)信息被定義為每個(gè)子載波的信噪比。顯然，在頻率選擇性衰落信道中每個(gè)子載波的信噪比是不盡相同的。由于對(duì)噪聲功率的估計(jì)比較困難，在信號(hào)衰落變化比較慢的信道中，通常可以使用每個(gè)子載波幅度增益的平方I Hk 12來(lái)直接代替信道狀態(tài)信息，以簡(jiǎn)化運(yùn)算。在白噪聲情況下，IHkI2能較好地反映信道衰落的情況。在下面的描述中，IHk12應(yīng)理解為對(duì)信道狀態(tài)信息(CSI)的簡(jiǎn)化代替。在802.1la協(xié)議中，利用接收到的長(zhǎng)前導(dǎo)符號(hào)與本地長(zhǎng)前導(dǎo)符號(hào)比較，獲得每個(gè)子載波的信號(hào)幅頻變化。在沒(méi)有單頻干擾或窄帶干擾的情況下，可以認(rèn)為具有較大IHkI2的子載波具有更高的可信度。將其作為譯碼軟信息的加權(quán)因子能有效提高譯碼結(jié)果的性能。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，依據(jù)傳輸環(huán)境對(duì)應(yīng)的|Hk|2概率分布函數(shù)確定判決干擾的門(mén)限，對(duì)超過(guò)門(mén)限的軟信息進(jìn)行折線處理，以降低大信號(hào)對(duì)譯碼的影響。以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的降低窄帶干擾影響的方法流程圖。參照?qǐng)D1所示，方法包括以下步驟:在步驟101，通過(guò)應(yīng)用環(huán)境的信道模型仿真確定判決干擾的門(mén)限。
例如在一實(shí)施例中，門(mén)限分為第一門(mén)限hi和第二門(mén)限h2，其中hi < h2。若|Hk|2< hl，則認(rèn)為該頻點(diǎn)未受干擾或者說(shuō)干擾對(duì)其的影響可忽略不計(jì)；若|Hk|2 > h2，則認(rèn)為該頻點(diǎn)確定受到單頻干擾；若IHkI2處于hi和h2之間的區(qū)域?yàn)槟：齾^(qū)，不能確定該頻點(diǎn)是否受到干擾。hi和h2由應(yīng)用的信道環(huán)境下CSI的概率分布函數(shù)確定，通常hi需要大于90%以上的CSI。以GSM05.05中的山區(qū)模型為例，在無(wú)單頻或窄帶干擾的情況下通過(guò)仿真結(jié)果(見(jiàn)圖5A、5B)可知I Hk 12大部分分布在其平均值的4倍以內(nèi)，極少數(shù)分布在平均值的8倍以上。在這一例子中，可以將|Hk|2按其平均值歸一化后的判決門(mén)限hi和h2分別設(shè)為4和8。在步驟102，計(jì)算每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息。如前所述，使用每個(gè)子載波幅度增益的平方IHkI2來(lái)直接代替信道狀態(tài)信息，以簡(jiǎn)化運(yùn)算。圖2示出|Hk|2的示例性計(jì)算過(guò)程，這一過(guò)程即為OFDM系統(tǒng)中的信道均衡模塊中執(zhí)行的過(guò)程。將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算后，輸入圖2所示裝置獲得兩個(gè)長(zhǎng)前導(dǎo)的頻域符號(hào)T1、T2，將Tl、Τ2相加后與本地長(zhǎng)前導(dǎo)的頻域符號(hào)TO共扼(符號(hào)為*)相乘得到2Hk* | T012，對(duì)其求模運(yùn)算并按本地長(zhǎng)前導(dǎo)TO的幅度歸一化后即為所求的信道狀態(tài)信息|Hk|2。在步驟103，估算在無(wú)單頻或窄帶干擾情況下的信道狀態(tài)信息平均值。這一步驟的重要特征是，剔除判定為強(qiáng)干擾點(diǎn)的子載波。強(qiáng)干擾點(diǎn)可以依據(jù)一判決門(mén)限來(lái)判定。這是考慮到在有強(qiáng)干擾信號(hào)時(shí)IHkI2的平均值可能會(huì)有較大的提高。一旦使用大幅增大后的平均值會(huì)使實(shí)際的判決門(mén)限hi和h2抬高，從而無(wú)法濾除某些影響較大的干擾信號(hào)。同時(shí)平均值的提高會(huì)導(dǎo)致歸一化后的小信號(hào)載波的數(shù)據(jù)精度降低，影響譯碼效果。圖3中示出估算在無(wú)單頻或窄帶干擾情況下的|Hk|2平均值M的流程。參照?qǐng)D3所示，流程包括以下步驟:首先在步驟301計(jì)算所有子載波|Hk|2的平均值Ml。然后在步驟303對(duì)|Hk|2進(jìn)行判斷，若|Hk|2 >A*M1，則認(rèn)為子載波K為強(qiáng)干擾點(diǎn)，剔除該頻點(diǎn)(步驟304)。若所有|Hk|2 < A*M1，即在步驟306判斷沒(méi)有剔除過(guò)頻點(diǎn)，則認(rèn)為當(dāng)前所求得的平均值M’即為所需要的M，退出M值的估計(jì)(步驟309)。剔除強(qiáng)干擾點(diǎn)后計(jì)算剩余子載波的|Hk|2平均值M’(步驟307)，然后經(jīng)步驟308返回，重新對(duì)IHk|2進(jìn)行判斷，直到剔除所有強(qiáng)干擾點(diǎn)。強(qiáng)干擾點(diǎn)的判決門(mén)限A由窄帶干擾帶寬和信道帶寬的比值確定。例如信道帶寬為10MHz，窄帶干擾帶寬為ΙΟΟΚΗζ，則可以將A設(shè)為10。在該情況下干擾對(duì)M的影響< 0.1，對(duì)譯碼的性能影響可以忽略。在步驟104，根據(jù)每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息與門(mén)限的比較結(jié)果確定每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子。設(shè)定判決干擾的第一門(mén)限，當(dāng)信道狀態(tài)信息小于第一門(mén)限與平均值M的乘積時(shí)，軟信息加權(quán)因子等于信道狀態(tài)信息，當(dāng)信道狀態(tài)信息大于第一門(mén)限與平均值M的乘積時(shí)，離開(kāi)第一門(mén)限與平均值M的乘積越遠(yuǎn)的子載波，其軟信息加權(quán)因子越小。另外可設(shè)定判決干擾的第二門(mén)限(大于第一門(mén)限)，一旦信道狀態(tài)信息超過(guò)第二門(mén)限與平均值M的乘積，則對(duì)應(yīng)子載波的軟信息忽略不計(jì)，即軟信息加權(quán)因子基本上為零。例如，根據(jù)I Hk 12確定每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子Wk。若|Hk|2 <M*hl，則 Wk = |Hk|2 ;
若I Hk 12 > M*h2，則 Wk = O ；若M*hl < I Hk 12 < M*h2，則 Wk = (M*h2_ | Hk |2) *hl/ (h2_hl)。該映射方式使|Hk|2離開(kāi)門(mén)限hi越遠(yuǎn)的點(diǎn)其加權(quán)因子越小，一旦|Hk|2超過(guò)門(mén)限h2則對(duì)應(yīng)子載波的軟信息忽略不計(jì)。在此，若h2取2倍hi，則模糊區(qū)間的Wk計(jì)算可以簡(jiǎn)化為M*h2_ | Hk |2。加權(quán)因子Wk與IHkI2的映射關(guān)系如圖4所示。在步驟105，根據(jù)每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子計(jì)算每個(gè)子載波的加權(quán)后軟信息。每個(gè)子載波的加權(quán)后軟信息包括Xk和Yk，令Xk = Ik*Wk，Yk = Qk*Wk。其中Ik和Qk為子載波歸一化后的IQ分量。若Xk>M*hl，則令Xk = M*hl，Yk做同樣處理。這可以降低突發(fā)單頻干擾對(duì)譯碼的影響。處理后的軟信息輸入譯碼器進(jìn)行譯碼。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，譯碼的方法為維特比譯碼。維特比譯碼是一種有效的卷積碼譯碼方法。維特比軟判決就是在網(wǎng)格圖上搜尋歐氏距離最小的路徑。它將接收序列R與網(wǎng)格圖上的路徑逐分支進(jìn)行比較，留下與R距離最小的路徑，稱為幸存路徑，并刪去其余可能的路徑。這些幸存路徑逐分支的延長(zhǎng)并存儲(chǔ)起來(lái)，幸存路徑的數(shù)目等于狀態(tài)數(shù)目。這樣進(jìn)行下去，直到接收到已知結(jié)束信息后，網(wǎng)格圖中將留下唯一的一條幸存路徑，這就是譯碼所得到的路徑。對(duì)于(n，k，K)卷積碼，維特比譯碼的具體步驟為:1、以全O狀態(tài)為起點(diǎn)，至第j = K個(gè)時(shí)刻以前，譯碼器計(jì)算所有長(zhǎng)為j級(jí)分支的部分路徑分量，對(duì)進(jìn)入-(κ.1)個(gè)狀態(tài)的每一路徑都保留。2、湊夠第j = K個(gè)時(shí)刻開(kāi)始，對(duì)進(jìn)入每一狀態(tài)的2k個(gè)長(zhǎng)為j級(jí)分支的部分路徑進(jìn)行計(jì)算，選擇具有最小量度的路徑為幸存路徑并存儲(chǔ)其部分量度值，同時(shí)刪去其余路徑。若出現(xiàn)兩條路徑量度相等 的情況，可任選其中一條為幸存路徑。幸存路徑前向延伸一級(jí)，共存儲(chǔ)浐0^條路徑及其路徑量度值。3、j增加1，重復(fù)步驟2的“加-比-選”操作，直至j = (L+K-1)，其中L為信息序列的長(zhǎng)度。為迫使編碼器回到全O狀態(tài)并使譯碼器從-(κ.1)條幸存路徑中選擇出譯碼所得路徑，還需向編碼器再送入(K-1)段已知序列如全O序列作為借宿信息。圖6是在單頻干擾下使用信道狀態(tài)信息和不使用信道狀態(tài)信息的譯碼性能仿真圖；圖7是在802.1la基礎(chǔ)上不同信道狀態(tài)信息處理方法的譯碼性能仿真圖。參照?qǐng)D6所示，在千分之一誤碼率的應(yīng)用需求下使用信道狀態(tài)信息進(jìn)行抗干擾處理能獲得5dB左右的收益。參照?qǐng)D7所示，在同樣使用信道狀態(tài)信息進(jìn)行抗干擾處理的各種方法中，本發(fā)明方法獲得的系統(tǒng)性能更接近于理想信道情況下的系統(tǒng)性能。本發(fā)明的實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)子載波信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)維特比譯碼的軟信息進(jìn)行加權(quán)，利用維特比譯碼的特性消除窄帶干擾的影響，不需要對(duì)傳輸?shù)淖虞d波頻點(diǎn)進(jìn)行精確選擇，有利于實(shí)際應(yīng)用。2、本發(fā)明的實(shí)施例利用信道均衡獲得的CSI參數(shù)進(jìn)行抗干擾處理，不需要對(duì)信道進(jìn)行額外的監(jiān)聽(tīng)和跟蹤，不影響數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)。3、本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)迭代運(yùn)算估計(jì)出未受干擾情況下的I Hk 12平均值M，以M為基礎(chǔ)確定了高置信度的軟信息區(qū)間，盡可能地使未受干擾的子載波落入可信區(qū)間內(nèi)而使受干擾的子載波處于不可信的區(qū)間。因此，本發(fā)明的譯碼軟信息處于一個(gè)相對(duì)固定的值域，不會(huì)因加權(quán)而降低小信號(hào)的軟信息精度。4、本發(fā)明設(shè)定了一個(gè)判決干擾的模糊區(qū)間，對(duì)該區(qū)間的軟信息進(jìn)行線形遞減。通過(guò)該方法的處理保留了一部分弱干擾子載波的軟信息，加強(qiáng)了譯碼的性能。5、本發(fā)明對(duì)加權(quán)后的軟信息作了限幅處理。若在求CSI參數(shù)時(shí)未受到干擾的子載波在傳輸過(guò)程中受到突發(fā)干擾，則該限幅處理能消除突發(fā)干擾對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)幀譯碼效果的影響。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中降低單頻或窄帶干擾影響的方法，包括以下步驟: 通過(guò)應(yīng)用環(huán)境的信道模型仿真確定判決干擾的門(mén)限； 計(jì)算每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息； 估算在無(wú)單頻或窄帶干擾情況下的信道狀態(tài)信息平均值； 根據(jù)每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息與所述門(mén)限的比較結(jié)果確定每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子；以及 根據(jù)每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子計(jì)算每個(gè)子載波的加權(quán)后軟信息。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息的步驟包括，每個(gè)子載波幅度增益的平方IHkI2。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，估算在無(wú)單頻或窄帶干擾情況下的信道狀態(tài)信息平均值的步驟中，剔除依據(jù)一判決門(mén)限判定為強(qiáng)干擾點(diǎn)的子載波。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息與所述門(mén)限的比較結(jié)果確定每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子的步驟包括: 當(dāng)子載波的信道狀態(tài)信息小于判決干擾的第一門(mén)限與信道狀態(tài)信息平均值的乘積時(shí)，令所述子載波的軟信息加權(quán)因子等于信道狀態(tài)信息； 當(dāng)信道狀態(tài)信息大于第一門(mén)限與信道狀態(tài)信息平均值的乘積時(shí)，離開(kāi)第一門(mén)限與信道狀態(tài)信息平均值的乘積越遠(yuǎn)的子載波，其軟信息加權(quán)因子越小。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息與所述門(mén)限的比較結(jié)果確定每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子的步驟還包括: 當(dāng)子載波的信道狀態(tài)信息超過(guò)第二門(mén)限與信道狀態(tài)信息平均值的乘積時(shí)，則令軟信息加權(quán)因子為零。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一門(mén)限和第二門(mén)限由應(yīng)用的信道環(huán)境下信道狀態(tài)信息的概率分布函數(shù)確定。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子計(jì)算每個(gè)子載波的加權(quán)后軟信息之后還包括: 將軟信息輸入譯碼器進(jìn)行譯碼。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述譯碼器為維特比譯碼器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不需要對(duì)信道進(jìn)行額外的監(jiān)聽(tīng)和跟蹤的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中降低單頻或窄帶干擾影響的方法，包括以下步驟通過(guò)應(yīng)用環(huán)境的信道模型仿真確定判決干擾的門(mén)限；計(jì)算每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息；估算在無(wú)單頻或窄帶干擾情況下的信道狀態(tài)信息平均值；根據(jù)每個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息與所述門(mén)限的比較結(jié)果確定每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子；以及根據(jù)每個(gè)子載波的軟信息加權(quán)因子計(jì)算每個(gè)子載波的加權(quán)后軟信息。
文檔編號(hào)H04L25/03GK103188176SQ201110457728
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者宋治平 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十研究所