一種基于sfme的時間反演正交頻分復用無線通信方法
【技術領域】
[0001] 發(fā)明屬于無線通信技術領域，涉及正交頻分復用無線通信技術，具體涉 及一種基于子載波頻域幅度均衡（Sub-CarrierFrequency-DomainMagnitude Equalization,SFME)的時間反演正交頻分復用無線通信方法。
【背景技術】
[0002] 正交頻分復用（Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,OFDM)技術利用 頻域相互正交的子載波調(diào)制并行數(shù)據(jù)，具有高的頻譜效率。在實際通信中分別應用逆快速 傅里葉變換（InverseFastFourierTransform,IFFT)和快速傅里葉變換（FastFourier Transform，F(xiàn)FT)來實現(xiàn)正交調(diào)制及解調(diào)，可以減小系統(tǒng)復雜性。正交頻分復用技術最大的 優(yōu)點在于即使在頻率選擇性衰落信道中依然可以獲得高的性能，并且采用循環(huán)前綴可以抵 抗子載波間干擾。然而，OFDM需要精確的信道估計，對頻率偏移和時間同步都非常敏感，以 及接收端進行的大量的數(shù)據(jù)處理都導致無線系統(tǒng)復雜結構和高造價。同時為了抵抗長多徑 時延產(chǎn)生的符號間干擾，過大的保護間隔會嚴重減低系統(tǒng)的效率。
[0003] 為了解決OFDM系統(tǒng)存在的問題，可將時間反演（TimeReversal，TR)與OFDM相 結合。TR在無線通信中獲得了關注是由于其具有多徑衰落抑制功能以及獨特的時-空聚 焦特性和環(huán)境自適應能力。TR可自動適應各種復雜的無線傳輸環(huán)境，不需要復雜的多徑 信號合并處理以及自適應算法，極大地簡化接收機設計；更為重要的是，TR在抑制多徑衰 落的同時，能夠充分地利用多徑能量來提高信噪比、壓縮脈沖擴展、減小符號間干擾、提高 系統(tǒng)的通信容量。理論和實驗研宄表明，例如文獻"Greenwirelesscommunications:A time-reversalparadigm"（IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications. 2011 September, 29(8) : 1698 - 1710)，在多徑豐富的環(huán)境中，TR技術的空間和時間聚焦效果比較 明顯，可以獲得較好的信噪比增益及窄的主瓣寬度，對提高無線通信系統(tǒng)性能的效果十分 顯著。
[0004] 然而，研宄表明，例如文獻"Anumericalstudyontime-reversal electromagneticwaveforindoorultra-widebandsignaltransmission"（Progress InElectromagneticsResearch, 2007, 77:329-342)，常規(guī)TR不能完全消除多徑影響。在 TR聚焦波形相干疊加的主瓣兩側還存在許多小的旁瓣。這些旁瓣在高速率傳輸下，會與信 號脈沖相互交疊。因此，常規(guī)TR不能顯著地提高OFDM無線通信系統(tǒng)速率，抑制了無線系統(tǒng) 向高性能方向上發(fā)展。為了克服常規(guī)TR技術的缺點，已提出了不同的均衡方式與之相結 合，比如TR結合最小均方根誤差（MMSE)以及TR結合迫零均衡（ZF)。這些技術都是將TR 與其它均衡技術相結合，消弱相干多徑影響，提高TR無線通信系統(tǒng)性能。但是隨著數(shù)據(jù)速 率的提高以及多徑數(shù)目的增加，這些均衡技術的復雜度和計算量將會增加，不適應OFDM高 速無線通信系統(tǒng)。
[0005] 例如文獻"Timereversalandzero-forcingequalizationforfixed wirelessaccesschannels"（Signals,SystemsandComputers, 2005.ConferenceRecord oftheThirty-NinthAsilomarConferenceon.IEEE, 2005:1297-1301)提出將TR與迫 零均衡（ZF)相結合。該技術是在確定信道沖擊響應之后，利用有限沖擊響應濾波器來模擬 整個傳輸信道，然后利用迫零算法與TR技術相結合以達到信道均衡的目的。結果表明，該 技術對相干多徑的抑制好于常規(guī)TR技術，但是，過多的均衡器抽頭數(shù)目會增加系統(tǒng)的復雜 度，并且迫零均衡也沒有考慮噪聲的影響。
[0006] 文獻"Matchedfilteringwithrateback-offforlowcomplexity communicationsinverylargedelayspreadchannels"（Signals,Systemsand Computers, 2004.ConferenceRecordoftheThirty-EighthAsilomarConference on.IEEE，2004, 1:218-222)提出將最小均方誤差（MMSE)與TR技術相結合來抑制相干多徑 和噪聲。研宄表明該方法能夠有效提高TR無線傳輸系統(tǒng)的性能，但是隨著無線信道中多徑 數(shù)目的增加，該均衡技術所需的計算量與復雜度將會急劇增加，不適應OFDM高速無線通信 系統(tǒng)。
[0007] 此外，專利"全通均衡的時間反演超寬帶無線通信方法：CN200810044614， 2008. 11. 19"中還提出了一種抑制TR-UWB通信系統(tǒng)相干多徑效應的全通均衡時間反演方 法，消除了超寬帶無線信道中相干多徑效應。
[0008] 這里提出一種基于子載波頻域幅度均衡（SFME)的時間反演正交頻分復用無線通 信方法，應用于TR-0FDM無線通信系統(tǒng)以消除TR時域聚焦波形旁瓣。這種方法是在頻域?qū)?子載波頻譜的幅度進行均衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明旨在提供一種基于子載波頻譜幅度均衡（SFME)的時間反演正交頻分復 用無線通信方法（SFME-TR-OFDM)，消除TR時域聚焦波形主瓣兩側的小旁瓣，用以抑制 TR-0FDM無線通信系統(tǒng)在豐富散射環(huán)境下的相干多徑干擾，提高通信系統(tǒng)的傳輸性能。本發(fā) 明具有操作簡單、運算量小、適應性強的特點。
[0010] 本發(fā)明技術方案為：
[0011] 一種基于SFME的時間反演正交頻分復用無線通信方法，其特征在于包括以下步 驟：
[0012] 步驟1 :進行無線信道測量，獲得無線信道的沖擊響應h(t)，首先從發(fā)射端發(fā)射一 個探測信號p(t)，接收端接收到信號p'（t);或從接收端發(fā)射一個探測信號p(t)，發(fā)射端接 收到信號P'（t);基于探測信號以及接收信號，采用CLEAN算法提取信道沖擊響應h(t)，
[0013]
【主權項】
1. 一種基于SFME的時間反演正交頻分復用無線通信方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1 :進行無線信道測量，獲得無線信道的沖擊響應h(t)，首先從發(fā)射端發(fā)射一個探 測信號P (t)，接收端接收到信號p'（t);或從接收端發(fā)射一個探測信號p (t)，發(fā)射端接收到 信號P'（t);基于探測信號以及接收信號，采用CLEAN算法提取信道沖擊響應h(t)， 其中，L為總的多徑數(shù)量，1代表每條多徑分量的序號，&1和τ 別為第1條路徑分 量的幅度和時間延遲，S (t)為單位沖激響應函數(shù)，t代表時間；h(t)的頻譜為Η(ω)= |Η(ω) I ·&_0(ω)，式中|Η(ω) I為無線信道的頻域增益或損耗因子，e〃(u)為無線信道的相 位因子或色散因子； 步驟2 :根據(jù)步驟1所記錄的無線信道的沖擊響應h(t)，對其進行時間反演，得到 無線信道沖擊響應的時間反演波形h(_t)，同時利用數(shù)字濾波器或模擬濾波器構造出無 線信道的時間反演器，并使此時間反演器的沖擊響應函數(shù)為h(_t)和頻率響應函數(shù)為 Η(ω)卜 e-J0(u); 步驟3:構造子載波頻域幅度均衡器，所述子載波頻域幅度均衡器傳輸函數(shù)為 1/|Η(ωη) |2,均衡器傳輸函數(shù)中的Η(ωη)通過對無線信道的傳輸函數(shù)幅度進行離散采樣得 到，即//K) =//⑷U"，〇^為子載波η中心頻率，η為子載波序號； 步驟4 :在OFDM系統(tǒng)中，將串行比特序列經(jīng)串并轉換后進行QPSK映射，獲得并行復數(shù) 序列dn，n = 0、Ρ··Ν-1，式中N為OFDM系統(tǒng)子載波個數(shù)； 步驟5 :0FDM系統(tǒng)中經(jīng)正交子載波調(diào)制之前的并行復數(shù)序列4對應的子載波為， 其中fn為第η個子載波中心頻率；由于d n為頻域符號，所提方法是在發(fā)送端對并行復數(shù)序 列4進行頻域均衡處理dn*w n，wn= 1/|Η(ω n) I2為第n個子載波的幅度加權系數(shù)，即將子 載波所經(jīng)歷的頻率選擇性衰落信道的頻域損耗因子|Η(ω η) I平方值的倒數(shù)加權到并 行信號dn上； 步驟：6 :將步驟5中經(jīng)子載波頻域幅度均衡器處理后所得的并行信號，經(jīng)逆快速傅里 葉變換（Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)、加循環(huán)前綴以及串并轉換處理后，再經(jīng) 時間反演器發(fā)送到無線信道，在接收端對接收到的信號進行相應的OFDM解調(diào)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于SFME的時間反演正交頻分復用無線通信方法，其特征 在于：步驟3構造子載波頻域幅度均衡器具體步驟為：根據(jù)提取的信道沖激響應h(t)，對其 進行快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform, FFT)來確定信道頻率響應Η(ω)，對信道 頻率響應Η(ω)進行離散采樣，以便獲得每個子載波中心頻率fn= ω y(2 π)所經(jīng)歷的頻 率選擇性衰落，即"(?) = 7/(~)，η = 0, 1，2,…，N-I ;利用當前t時刻儲存的信道頻率 響應Η( ωη)，來確定各個子載波的頻域均衡系數(shù)Wn，各個子載波的頻域均衡系數(shù)計算公式 為Wn= 1/|Η(ω η) |2,由于是在頻域中實現(xiàn)子載波均衡，因而采用簡單的乘法運算，直接對 OFDM并行復數(shù)序列4信號的幅度進行預均衡，即利用Η(ω η)幅度的平方的倒數(shù)對dn進行 幅度均衡，將原復數(shù)序列dn變換為d n · I/ I Η( ωη) 12,然后再將其進行IFFT，得到OFDM發(fā)射 信號。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于SFME的時間反演正交頻分復用無線通信方法，包括以下步驟：數(shù)據(jù)源產(chǎn)生串行隨機二進制比特流，經(jīng)串并轉換后并行比特數(shù)據(jù)速率變?yōu)榇兴俾实?/N，經(jīng)QPSK調(diào)制處理后并行比特序列變?yōu)椴⑿袕蛿?shù)序列dn＝an+jbn，在進行正交調(diào)制之前，利用子載波頻域幅度均衡器對dn進行幅度加權，經(jīng)子載波頻域幅度均衡器處理后所得的并行信號經(jīng)IFFT、加循環(huán)前綴以及串并轉換處理后經(jīng)時間反演器發(fā)送到無線信道，在接收端對接收到的信號進行相應的OFDM解調(diào)。本發(fā)明消除每個子載波時間反演信號聚焦后時域的旁瓣，從而消除豐富散射環(huán)境中OFDM系統(tǒng)的相干多徑干擾，降低系統(tǒng)的誤碼率，克服了傳統(tǒng)通信系統(tǒng)需要采用多路均衡器進行信道均衡的不足。
【IPC分類】H04L27-26, H04L25-03
【公開號】CN104639491
【申請?zhí)枴緾N201510046086
【發(fā)明人】趙德雙, 陳志新, 劉海勇, 李祥
【申請人】武漢銘為電子科技有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月29日