CN104202284A - 一种非连续可用的子载波ci-ofdm码添加方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，尤其涉及在子载波非连续可用的情况下，一种非连续可用的子载波CI-OFDM码添加方法，具体包括：获取频谱信息、进行CI码扩展、对被占用子载波位置置零，获得CI码扩展后的频域发送信号Xfd和进行OFDM发送。本发明相对于传统的OFDM系统发射机模型，添加了一个N点IDFT运算，不需要太多额外的复杂度和硬件开销。相对于传统的OFDM，本发明大大降低了发送信号的PAPR，使发送信号功率分配更加均匀，降低了发射机功放的设计难度。本发明提出对添加Nzero个0后的N维信号进行CI扩展，相对于现有技术直接对N-Nzero调制符号进行CI扩展，保持了子载波的正交性，使得发射信号的PAPR获得了进一步的降低。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及在子载波非连续可用的情况下，一种非连续可用的子载波CI-OFDM码添加方法。
背景技术
认知无线电技术最早是由Joseph Mitola III博士于1999年提出，它的核心思想是通过频谱感知获得在当前时间可用的频谱，利用这些频谱进行数据的传输，从而从整体上大大提高了频谱的利用率。
基于认知无线电的思想，应用到正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)系统中去，部分子载波将被主用户占用，频谱不再是连续可用的。根据这一特点，非连续OFDM(Non-Contiguous Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，NC-OFDM)即通过未被占用的子信道进行数据传输，而对被占用的子信道对应的子载波置零，避免对主用户的干扰。
作为多载波传输技术中的OFDM技术拥有频谱利用率高、实现简单、易于与其它技术进行结合等优点，因而广受科研和工程领域的青睐，并作为4G的关键技术获得广泛推广。但是OFDM技术也拥有自身的一些缺陷，其中过高的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)为制约OFDM系统工程应用的主要问题之一。
OFDM系统的时域输出表现为多个子载波信号的叠加，这样势必造成合成信号会产生很高的PAPR，这对发射机功放的线性度提出了很高的要求，增加了设备的精度要求。同时过高的功率还会造成很大的浪费，与高能效要求的下一代通信系统背道而驰。
针对这一问题，很多学者进行了研究，提出了各种降低OFDM系统PAPR的方法，其中，文献1“High-throughput,high-performance OFDM via pseudo-orthogonalcarrier interferometry spreading codes(W.D A,Nassar C R and Z.Wu.IEEETransactions on Communications,vol.51,iss.7,1123-1134,July 2003)”提出了一种CI-OFDM传输技术，它利用一种正交的CI码，将每个并行单独地在子载波上传输的数据扩展到所有子载波上进行同时传输，使得调制的每个子载波时域波形的峰值均匀错开，不再像OFDM时域波形一样是由所有子载波的信号叠加而成，从而使子载波间在理论上的发送功率相同，从而降低了发送信号的PAPR。
文献2“载波干涉OFDM系统信号检测技术研究(高培.成都:电子科技大学2011.)”将CI-OFDM技术应用到子载波非连续可用的情况下，设计了一种CI码添加方法，提出了不连续CI-OFDM系统。但这种方法只对数据子载波进行CI扩展，由于主用户导致的空闲子载波的存在，使得子载波的正交性受到了一定程度的破坏，导致PAPR抑制的幅度较小。
发明内容
本发明提出了一种非连续可用的子载波CI-OFDM码添加方法，所述方法对数据子载波和空闲子载波同时进行CI扩展，不仅抑制了PAPR问题，且兼顾了子载波的正交性，最终发射信号的PAPR获得了更大程度的降低。
一种非连续可用的子载波CI-OFDM码添加方法，包括如下步骤：
S1、获取频谱信息：
获取主用户信息，得到空闲频谱标记向量Λ＝[Λ1,Λ2,...,ΛN]，设所述空闲频谱标记向量Λ中0元素个数为Nzero，其中，若第i个子载波被占用时，Λi＝0，若第i个子载波未被占用时，Λi＝1，N表示子载波的数量，Nzero表示N个频点中有Nzero个频点被占用，即可用频点为N-Nzero，i＝1,2,...,N，N为正整数；
S2、进行CI码扩展：
根据S1所述可用频点N-Nzero得到N-Nzero个调制信号，所述N-Nzero个调制信号以S1所述的空闲频谱向量Λ为索引，构建CI扩展前的N维频域发送信号X，对所述信号X进行CI码扩展，即做N点的IDFT运算，得到信号XCI，其中，XCI为非零的N维向量；
S3、对被占用子载波位置置零，获得CI码扩展后的频域发送信号Xfd：
根据S1所述，Nzero个子载波被占用，对所述Nzero个子载波位置进行置零，获得CI扩展后的频域发送信号Xfd＝ΛXCI；
S4、进行OFDM发送：
将S3所得频域发送信号Xfd以OFDM的方式发送。
进一步地，S1所述N为2的整次幂。
进一步地，当S1所述Λi＝1时，用S2所述调制信号对Xi赋值，当S1所述Λi＝0时，Xi＝0，其中，Xi表示CI扩展前的N维信号的第i个元素。
本发明的有益效果是：
本发明相对于传统的OFDM系统发射机模型，添加了一个N点IDFT运算，不需要太多额外的复杂度和硬件开销。相对于传统的OFDM，本发明大大降低了发送信号的PAPR，使发送信号功率分配更加均匀，降低了发射机功放的设计难度。
若N为2的整次幂，相对于传统的OFDM系统发射机模型，则只需要添加一个N点的IFFT运算，相对于IDFT运算复杂度更低。
本发明提出对添加Nzero个0后的N维信号进行CI扩展，相对于现有技术直接对N-Nzero调制符号进行CI扩展，保持了子载波的正交性，使得发射信号的PAPR获得了进一步的降低。
附图说明
图1是本发明发射机框图。
图2是具体实施例仿真结果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。
本实施方式采用Matlab2013a仿真平台进行运行实验。OFDM系统参数：子载波N＝1024，循环前缀Np＝128，采样时间Ts＝0.1us。主用户所占用的子载波占子载波总数的20％，即主用户所占用的子载波数为Nzero＝N×20％个。
调制方式为QPSK调制，编码方式采用1/2卷积码，主用户所占用的子载波占子载波总数的20％，主用户位置随机分配。
步骤1：构造空闲频谱标记向量Λ。随机生成一个N维向量，保证向量中有Nzero个0，N-Nzero个1。
步骤2：根据空闲频谱标记向量Λ，将接收到的N-Nzero个已调制信号扩充成N维向量X，当Λi＝1时，用已调制信号对Xi赋值；当Λi＝0时，Xi＝0。其中，i＝1,2,...,N，N为正整数。
对获得的N维向量X进行CI扩展，获得信号XCI。
步骤3：被占用子载波位置置零。即将步骤2所得向量XCI与空闲频谱标记向量Λ相乘。
步骤4：将步骤3得到的信号进行OFDM发送。
对发送信号的PAPR进行仿真测试，仿真结果如图2所示。其中实线为采用本发明所提发射机方案的发射信号的PAPR分布函数曲线，虚线为采用文献2所提出的方法的发射信号的PAPR分布函数曲线。仿真的符号数为100000。
比较两条曲线可知，本发明所介绍的发射机方案相比文献2提出的方法有更低的PAPR，在分布曲线上有3dB以上的性能增益，且本发明所介绍的发射机方案在运算复杂度上和文献2方法相比基本一致。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
另外，在本发明实施例中的各功能单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
Claims (3)
1.一种非连续可用的子载波CI-OFDM码添加方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取频谱信息：
获取主用户信息，得到空闲频谱标记向量Λ＝[Λ1,Λ2,...,ΛN]，设所述空闲频谱标记向量Λ中0元素个数为Nzero，其中，若第i个子载波被占用时，Λi＝0，若第i个子载波未被占用时，Λi＝1，N表示子载波的数量，Nzero表示N个频点中有Nzero个频点被占用，即可用频点为N-Nzero，i＝1,2,...,N，N为正整数；
S2、进行CI码扩展：
根据S1所述可用频点N-Nzero得到N-Nzero个调制信号，所述N-Nzero个调制信号以S1所述的空闲频谱向量Λ为索引，构建CI扩展前的N维频域发送信号X，对所述信号X进行CI码扩展，即做N点的IDFT运算，得到信号XCI，其中，XCI为非零的N维向量；
S3、对被占用子载波位置置零，获得CI码扩展后的频域发送信号Xfd：
根据S1所述，Nzero个子载波被占用，对所述Nzero个子载波位置进行置零，获得CI扩展后的频域发送信号Xfd＝ΛXCI；
S4、进行OFDM发送：
将S3所得频域发送信号Xfd以OFDM的方式发送。
2.根据权利要求1所述一种非连续可用的子载波CI-OFDM码添加方法，其特征在于：S1所述N为2的整次幂。
3.根据权利要求1所述一种非连续可用的子载波CI-OFDM码添加方法，其特征在于：当S1所述Λi＝1时，用S2所述调制信号对Xi赋值，当S1所述Λi＝0时，Xi＝0，其中，Xi表示CI扩展前的N维信号的第i个元素。
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