本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)OFDM旁瓣抑制的方法與裝置。

背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，頻譜資源變得日益緊缺。為了有效地利用寶貴的頻譜資源，提高頻譜利用率，引入了認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電和頻譜池技術(shù)。將認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)與某種數(shù)字通信技術(shù)相結(jié)合，可以增強(qiáng)對(duì)空閑頻段的利用率，有效地緩解頻譜資源緊張的問(wèn)題。而OFDM技術(shù)有著頻譜利用率高、抗多徑衰落能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此OFDM技術(shù)與認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)相結(jié)合，可以有效地提高頻譜利用率。然而，由于存在鄰道干擾，導(dǎo)致OFDM調(diào)制信號(hào)存在嚴(yán)重的頻譜泄露問(wèn)題。所以，在認(rèn)知用戶(hù)發(fā)射端，通過(guò)簡(jiǎn)單地關(guān)閉子載波來(lái)產(chǎn)生頻譜凹槽的方法不可避免地會(huì)對(duì)主用戶(hù)產(chǎn)生干擾。因此，為了有效地提高頻譜利用率，引入旁瓣抑制技術(shù)，使得認(rèn)知用戶(hù)發(fā)送頻譜在主用戶(hù)工作頻段形成足夠深的頻譜凹槽，從而有效地抑制旁瓣功率對(duì)主用戶(hù)的干擾顯得格外的重要。在公開(kāi)號(hào)為CN103581917的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)“用于OFDM系統(tǒng)的頻譜共存方法和頻譜處理裝置”中，提出了一種通過(guò)在目標(biāo)頻段(即需要產(chǎn)生頻譜凹槽的頻段)兩端插入干擾抵消子載波的方法來(lái)產(chǎn)生頻譜凹槽，抑制旁瓣干擾。但是這種方法需要引入虛擬子載波，從而減少了數(shù)據(jù)子載波的個(gè)數(shù)，降低了頻譜利用率；同時(shí)，這種方法會(huì)增加OFDM發(fā)送信號(hào)的峰均比，從而增加發(fā)射機(jī)的功率放大器、D/A變換等模塊的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有旁瓣抑制方法會(huì)降低頻譜利用率和增加系統(tǒng)復(fù)雜度的不足，提供一種基于預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)OFDM旁瓣抑制的方法與裝置。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：基于預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)OFDM旁瓣抑制的方法，包括如下步驟：步驟1、根據(jù)上位機(jī)模塊送來(lái)的目標(biāo)頻段[fD,fU]，確定該目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)向量L及向量L的長(zhǎng)度len；步驟2、根據(jù)目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)向量L確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的OFDM子載波向量flen；步驟3、根據(jù)目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的OFDM子載波向量flen確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的傅里葉變換矩陣E；步驟4、根據(jù)確定的目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的傅里葉變換矩陣E確定干擾矩陣A；即A＝EFHD式中：A為干擾矩陣；F為N×len的蝶形矩陣，該蝶形矩陣中的各元素為e-j2pnk/N，n為行數(shù)，n＝1,2,…，N,k為列數(shù)，k＝1,2,…,len；FH表示對(duì)蝶形矩陣F求共軛轉(zhuǎn)置；D為N×N的對(duì)角矩陣，D＝diag(1,e-j2pv/N,...e-j2pv(N-1)/N)；上述N為反傅里葉變換采樣的點(diǎn)數(shù)，len為向量L的長(zhǎng)度；步驟5、先對(duì)所得的干擾矩陣A進(jìn)行奇異值分解后獲得一個(gè)N×N的分解酉矩陣V，再?gòu)腘×N的分解酉矩陣V中抽取當(dāng)中的最后M列構(gòu)成一個(gè)N×M的分解子矩陣VG；上述N為反傅里葉變換采樣的點(diǎn)數(shù)，M為信源輸出的信源向量c的長(zhǎng)度，N＞M；步驟6、將長(zhǎng)為M的信源向量c復(fù)制M行，得到M×M的信源酉矩陣Q；步驟7、將所得分解子矩陣VG與所得信源酉矩陣Q相乘，得到預(yù)編碼矩陣G；步驟8、先將預(yù)編碼矩陣G與信源數(shù)據(jù)c相乘，得到預(yù)編碼數(shù)據(jù)d，再并對(duì)預(yù)編碼數(shù)據(jù)d進(jìn)行反傅里葉變換；步驟9，將反傅里葉變換后的預(yù)編碼數(shù)據(jù)d進(jìn)行數(shù)字上變頻，并最終實(shí)現(xiàn)旁瓣抑制。所述步驟1具體為：設(shè)上位機(jī)模塊送來(lái)的目標(biāo)頻段為[fD,fU]，fD與fU分別為目標(biāo)頻段的下限截止頻率和上限截止頻率，則目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)的下限值lmin和上限值lmax分別為：①②式①和②中：lmin為目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)的下限值；lmax為目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)的上限值；f0為OFDM子載波的基頻；Δf為OFDM子載波的頻率間隔；則目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)向量L為：L＝[lmin,lmin+1,…lmax]③向量L的長(zhǎng)度為len，len＝lmax-lmin+1。所述步驟2中，求解OFDM子載波向量flen的公式為：flen＝f0+ΔfLT④式中，符號(hào)T表示向量的轉(zhuǎn)置，向量flen為長(zhǎng)度為len的列向量。所述步驟3中，確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的傅里葉變換矩陣E的公式為：⑤式中，Ts為反傅里葉變換采樣時(shí)間間隔，E為len×len的矩陣?；谏鲜雠园暌种品椒ǘO(shè)計(jì)的一種基于預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)OFDM旁瓣抑制的方法與裝置；其主要由數(shù)據(jù)源模塊、基帶信號(hào)處理模塊和主用戶(hù)上位機(jī)組成；數(shù)據(jù)源模塊的輸入端連接基帶信號(hào)處理模塊的輸入端，基帶信號(hào)處理模塊連接基帶信號(hào)處理模塊的控制端；上述基帶信號(hào)處理模塊至少包括調(diào)制映射模塊和數(shù)字上變頻模塊；其特征在于：上述基帶信號(hào)處理模塊進(jìn)一步包括一預(yù)編碼模塊，且該預(yù)編碼模塊增設(shè)在調(diào)制映射模塊和數(shù)字上變頻模塊之間；即調(diào)制映射模塊的輸出端與預(yù)編碼模塊的輸入端相連，預(yù)編碼模塊的輸出端連接數(shù)字上變頻模塊的輸入端，主用戶(hù)上位機(jī)連接數(shù)字上變頻模塊的輸入控制端，數(shù)字上變頻模塊的輸出控制端連接預(yù)編碼模塊的控制端。上述裝置中，預(yù)編碼模塊主要由乘法器模塊、IFFT模塊、奇異值分解模塊、地址計(jì)數(shù)器模塊和2個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)組成；乘法器模塊的一個(gè)輸入端連接數(shù)據(jù)源模塊，乘法器模塊的輸出端經(jīng)IFFT模塊與第一RAM的輸入端相連，第一RAM的輸出端連接奇異值分解模塊的輸入端，奇異值分解模塊的一個(gè)輸出端連接數(shù)字上變頻模塊的輸入端，奇異值分解模塊的另一個(gè)輸出端經(jīng)第二RAM連接乘法器模塊的另一個(gè)輸入端，第一RAM的控制端連數(shù)字上變頻模塊的輸出控制端，第二RAM的控制端連接地址計(jì)數(shù)器模塊的輸出端。上述裝置中，奇異值分解模塊是一個(gè)由16個(gè)SVD處理器組成的陣列。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的傅里葉變換矩陣，確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的干擾矩陣，后將干擾矩陣進(jìn)行奇異值分解后確定預(yù)編碼矩陣，再根據(jù)預(yù)編碼矩陣對(duì)信源數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，以實(shí)現(xiàn)旁瓣抑制。本發(fā)明能在不降低頻譜利用率和不增加硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的情況下，在目標(biāo)頻段上產(chǎn)生足夠深的頻譜凹槽，從而最大限度地抑制認(rèn)知用戶(hù)對(duì)主用戶(hù)的干擾。附圖說(shuō)明圖1為一種基于預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)OFDM旁瓣抑制的方法的流程圖。圖2為一種基于預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)OFDM旁瓣抑制的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為圖2中預(yù)編碼模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖4為圖3中奇異值分解模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖5為圖4中旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖6為圖4中雙邊旋轉(zhuǎn)模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖7為本方法與傳統(tǒng)的AIC方法的陷波性能對(duì)比。圖8為本方法與傳統(tǒng)的AIC方法的誤碼性能對(duì)比。具體實(shí)施方式將信源數(shù)據(jù)進(jìn)行QPSK/16QAM映射，并進(jìn)行反傅里葉變換。設(shè)信源產(chǎn)生了M個(gè)相互獨(dú)立且無(wú)記憶的信源向量，記為c,即：c＝[c0,...,cM-1]T將經(jīng)過(guò)預(yù)編碼模塊后的信源向量記為d，即：d＝Gc式中，G為N×M的預(yù)編碼矩陣。本發(fā)明所要解決的問(wèn)題就是求出預(yù)編碼矩陣G。經(jīng)過(guò)反傅里葉變換及插入循環(huán)前綴后，一個(gè)OFDM符號(hào)可表示為：s＝[s0,...,sK-1]T式中，K表示一個(gè)OFDM符號(hào)所包含的OFDM子載波個(gè)數(shù)，從而s中的任意一個(gè)元素可表示為：式中，v為循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，N為反傅里葉變換的采樣點(diǎn)數(shù)，K＝N+v。對(duì)向量s進(jìn)行傅里葉變換，可以得到一個(gè)OFDM符號(hào)的頻域表示形式為：式中，Ts為反傅里葉變換采樣時(shí)間間隔；f為OFDM符號(hào)占據(jù)的頻率范圍，它根據(jù)具體的通信協(xié)議確定；S為OFDM符號(hào)的頻譜函數(shù)。根據(jù)目標(biāo)頻段的頻率值確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)向量L，從而確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的傅里葉變換矩陣。設(shè)[fD,fU]為上位機(jī)模塊送來(lái)的需要抑制的目標(biāo)頻段，則根據(jù)公式可以很容易地確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)向量L，進(jìn)而確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的OFDM子載波向量flen及目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的傅里葉變換矩陣E。fD和fU分別為目標(biāo)頻段的下限頻率和上限頻率。則目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)的下限值lmin和上限值lmax分別為：lmin為目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)的下限值；lmax為目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)的上限值；f0為OFDM子載波的基頻；Δf為OFDM子載波的頻率間隔；則目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)下標(biāo)向量L為：L＝[lmin,lmin+1,...lmax]向量L的長(zhǎng)度為len，len＝lmax-lmin+1。根據(jù)向量L可確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的OFDM子載波向量flen為：flen＝f0+ΔfLT式中，符號(hào)T表示向量的轉(zhuǎn)置，向量flen為長(zhǎng)度為len的列向量。根據(jù)向量flen可以確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的傅里葉變換矩陣E為：式中，Ts為反傅里葉變換采樣時(shí)間間隔。E為len×len的矩陣。根據(jù)矩陣E可以確定目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)為：式中，N為反傅里葉變換采樣點(diǎn)數(shù)。E為目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的傅里葉變換矩陣，F(xiàn)為一個(gè)N×len的蝶形矩陣。蝶形矩陣F中的元素為e-j2pnk/N，其中n＝1,2,…，N,k＝1,2,...，len。FH表示對(duì)蝶形矩陣F求共軛轉(zhuǎn)置。D為循環(huán)前綴矩陣，且為N′N(xiāo)的對(duì)角矩陣，D＝diag(1,e-j2pv/N,...e-j2pv(N-1)/N)。G為N×M的預(yù)編碼矩陣。c為信源向量。上述K表示一個(gè)OFDM符號(hào)所包含的OFDM子載波個(gè)數(shù)，K＝N+v，N為反傅里葉變換采樣的點(diǎn)數(shù)，v為循環(huán)前綴的長(zhǎng)度。要抑制認(rèn)知用戶(hù)對(duì)主用戶(hù)的旁瓣干擾，需要使認(rèn)知用戶(hù)的發(fā)送頻譜在目標(biāo)頻段的發(fā)射端形成頻譜凹槽，即需要使發(fā)送頻譜在目標(biāo)頻段對(duì)應(yīng)的反傅里葉變換采樣點(diǎn)處的值為零，即：S(flen)＝0從式中可以看出，EFHD決定了發(fā)送頻譜在目標(biāo)頻段處的干擾大小。令A(yù)＝EFHD，將A稱(chēng)為干擾矩陣，則問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求預(yù)編碼矩陣G，使得S(flen)＝0成立，即：AGc＝0將干擾矩陣進(jìn)行奇異值分解，最終確定預(yù)編碼矩陣G。為了求解上式，并將矩陣A進(jìn)行奇異值分解，得：A＝U∑V式中，U和V分別是L×L和N×N的酉矩陣，∑是一個(gè)L×N的對(duì)角矩陣，其主對(duì)角線(xiàn)上的元素為矩陣A的奇異值。因此，預(yù)編碼矩陣G可以被當(dāng)成是矩陣A的零空間的正交基，即：G＝VGQ式(15)中，VG為...