CN106302279A - 基于干扰方差统计的fbmc系统均衡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种干扰方差统计的FBMC系统均衡方法，首先在发送端统计系统的干扰方差，为后续的均衡做准备，因为发送信号的随机性，在通信系统相对稳定的通信场景中，FBMC系统本身的干扰较为稳定，那么干扰的方差也为固定的，在接收端按照传统FBMC系统(或MIMO‑FBMC系统)解调，然后只需在做MMSE均衡的时候，在高斯白噪声的方差处加上已统计出的系统干扰方差即可很好地消除系统干扰。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及用于滤波器组多载波系统(FBMC)，更适用于多天线滤波器组多载波(MIMO-FBMC)系统中的均衡技术。
背景技术
在现有的通信技术中，滤波器组多载波(FBMC)系统以其较高的频谱利用率、良好的时频聚焦特性，成为未来移动多媒体通信的主要候选技术之一。其详细介绍可参见(LeFloch,M.Alard,and C.Berrou,“Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex,”Proceedings of the IEEE,vol.83,pp.982–996,Jun.1995.)。
传统的FBMC系统信号处理流程为：
首先定义FBMC系统的发送信号s(t)的数学表达式为：
其中am,n表示第n个发射符号的第m个子载波上数据，υ0和τ0表示FBMC系统子载波间隔和发送信号时间间隔，g(t)表示成形滤波器函数。
相比于传统的正交频分复用技术，FBMC系统仅仅在实数域满足严格的正交条件，如下所示：
假定FBMC信号经历了一个多径衰落信道，信道脉冲冲击响应为h(t)，高斯白噪声为n(t)，FBMC系统接收信号的数学表达式为：
当接收端收到经过多径衰落信道后的发送信号，对其进行匹配滤波操作后，接收信号y(t)表示为：
其中，而代表了所有符号间的干扰和子载波干扰。
对于多天线的MIMO-FBMC系统，有NT根发送天线，NR根接收天线，则频域上每根发送天线上的数据可以表示为SL×Nt经过HNt×Nr的MIMO信道矩阵。则接收信号可以表示为V＝HNt× NrSL×Nt+N。N为L×Nr的高斯白噪声。只需将式(1)、(3)和(4)的频域形式代入V＝HNt×NrSL×Nt+N式子中，即可得到接收端MIMO-FBMC的表达式，以及干扰项。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提出了一种基于干扰方差统计的FBMC系统均衡方法，只需在比较稳定的通信环境中测量统计出MIMO-FBMC(或FBMC)系统在此环境下系统本身干扰的方差，在均衡器中，把干扰的方差与高斯白噪声的方差做同样的处理就能消除数据符号的干扰。
本发明采用的技术方案是：基于干扰方差统计的FBMC系统均衡方法，包括：
S1、发送端数据处理；具体包括以下分步骤：
S10、统计系统的干扰方差；
S11、对原始发送数据，进行正交幅度调制；
S12、在步骤S11调制后的数据块头部添加导频序列；
S13、对步骤S12得到的数据进行正交化相位映射；
S14、对步骤S13得到的数据进行IFFT变换；
S15、对步骤S14得到数据进行滤波处理，并发射；
S2、接收端数据处理，具体包括以下分步骤：
S21、对接收到的数据进行匹配滤波处理；
S22、对步骤S21得到的数据进行FFT变换，得到原始发送数据；
S23、对步骤S22得到的数据，根据导频序列提取信道信息，然后根据提取的信道信息，同时对信道、噪声以及系统干扰做均衡处理；
S24、对步骤S23得到的数据进行恢复正交化相位映射处理；
S25、对步骤S24得到的数据进行QAM解调。
进一步地，步骤S23所述的均衡处理为改进型的均衡处理，具体为：将噪声的方差与步骤S0中统计得到的系统干扰方差相加。
更进一步地，通过下式完成所述改进型的均衡处理：
其中，H表示信道频域值，X表示经发送端处理后的信号，I表示系统干扰项，N表示噪声信号，E|X|2表示信号功率，E|I|2表示系统干扰功率，E|N|2表示噪声功率，θ改进MMSE表示改进型均衡处理的输出。
本发明的有益效果：本发明的基于干扰方差统计的FBMC系统均衡方法，首先在发送端统计系统的干扰方差，为后续的均衡做准备，因为发送信号的随机性，在通信系统相对稳定的通信场景中，FBMC系统本身的干扰较为稳定，那么干扰的方差也为固定的，在接收端按照传统FBMC系统(或MIMO-FBMC系统)解调，然后只需在做MMSE均衡的时候，在高斯白噪声的方差处加上已统计出的系统干扰方差即可很好地消除系统干扰。
附图说明
图1为本发明提供的任意典型的FBMC系统的原理图。
图2为本发明提供的任意典型的MIMO-FBMC系统的原理图。
图3为本发明提供的干扰统计方差均衡方法的FBMC系统的原理图。
图4为本发明提供的干扰统计方差均衡方法的MIMO-FBMC系统的原理图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
如图1所示为任意典型的FBMC系统的原理图，图2为任意典型的MIMO-FBMC系统的原理图，本发明通过增加系统干扰统计模块，在比较稳定的通信环境中测量统计出MIMO-FBMC(或FBMC)系统在此环境下系统本身干扰的方差，以及在改进型的均衡器中，把干扰的方差与高斯白噪声的方差做同样的处理，实现抵消干扰的目的，本申请的干扰统计方差均衡方法的FBMC系统结构如图3所示，包括：发送端与接收端；
所述每根天线的发送端包括：系统干扰统计模块、QAM调制模块、导频序列添加模块、正交化相位映射模块、IFFT变化模块、滤波模块以及发射单元；所述系统干扰统计模块用于对系统干扰进行统计，所述QAM调制模块用于对原始发送数据进行正交幅度调制，所述导频序列添加模块用于对经QAM调制模块调制后的数据块头部添加导频序列，所述正交化相位映射模块用于对导频添加模块输出的数据进行正交化相位映射，所述IFFT变化模块用于对正交化相位映射模块输出的数据进行IFFT变换，所述滤波模块用于对IFFT变化模块输出的数据进行滤波处理，所述发射单元用于将滤波模块的输出数据发射出去；
所述每根天线的接收端包括：接收单元、匹配滤波模块、FFT变换模块、改进的均衡模块、去正交化相位映射模块以及QAM解调模块；所述接收单元用于接收来自发送端的数据；所述匹配滤波模块用于对接收到的数据进行匹配滤波处理；所述FFT变换模块用于对匹配滤波后的数据进行FFT变换处理，得到原始发送数据；所述改进的均衡模块用于同时对信道、噪声以及系统干扰做均衡处理；所述去正交化相位映射模块用于对均衡模块输出的数据进行恢复正交化相位映射处理；所述QAM解调模块用于对去正交化相位映射模块输出的数据进行QAM解调。
本发明的基于干扰方差统计的FBMC系统均衡方法，包括：
S1、发送端数据处理；具体包括以下分步骤：
S10、统计系统的干扰方差；只需在比较稳定的通信环境中测量统计出MIMO-FBMC(或FBMC)系统在此环境下系统本身干扰的方差；经过仿真分析，大部情况下此系统的干扰都是服从高斯分布或者近高斯分布的。
S11、对原始发送数据，进行正交幅度调制；
S12、在步骤S11调制后的数据块头部添加导频序列；
S13、对步骤S12得到的数据进行正交化相位映射；
S14、对步骤S13得到的数据进行IFFT变换；
S15、对步骤S14得到数据进行滤波处理，并发射；
S2、接收端数据处理，具体包括以下分步骤：
S21、对接收到的数据进行匹配滤波处理；
S22、对步骤S21得到的数据进行FFT变换，得到原始发送数据；
S23、对步骤S22得到的数据，根据导频序列提取信道信息，然后根据提取的信道信息，同时对信道、噪声以及系统干扰做均衡处理；在均衡器中，把干扰的方差与高斯白噪声的方差做同样的处理，即可消除服从高斯分布或者类似高斯分布的干扰。
在接收端先进行加减操作之后做均衡操作，是因为如果先做均衡操作，由于在实际的通信系统中信道估计是有偏差的，这种情况下先做均衡会增大干扰。而先进行加减操作，因为在这种通信环境中，原始发送数据与辅助数据之间的信道的系数可以认为近似相同，这种情况下就省去了信道估计偏差带来的干扰。
S24、对步骤S23得到的数据进行恢复正交化相位映射处理；
S25、对步骤S24得到的数据进行QAM解调。
上述添加导频序列、正交化相位映射、IFFT变换、滤波处理、匹配滤波处理、FFT变换、QAM调制解调均为通信技术领域的常用处理技术，在此不做过多说明。
消除系统干扰的原理：模糊函数是一种非常重要的对信号进行时-频特性分析的函数。
首先定义模糊函数Ag(τ,υ)为：
其中，υ和τ表示FBMC系统子载波间隔变量和发送信号时间间隔变量，g(t)表示成形滤波器函数，g*(t)表示g(t)的共轭。
设FBMC系统发送端时频格点位置(m,n)处的发送信号为am,n，则对应于接收端时频格点(m′,n′)位置上的接收信号可以表示为：
上式可以用模糊函数表示为：
υ0和τ0表示FBMC系统子载波间隔值和发送信号时间间隔值，定义时频坐标为(m,n)的格点邻域为Ω+m,+n＝{(p,q),|p|≤+m,|q|≤+n}，并且有(p,q)≠(0,0)。由于滤波器的时频聚焦特性，滤波器干扰主要来自于最靠近接收符号这一圈数据符号，亦即(+m,+n)＝(1,1)。同理，在MIMO-FBMC系统中，接收信号受到滤波器干扰后的接收值可以表示为：
令I等于干扰值部分即式(6)中部分，假设FBMC解调后的输出信号为：
V＝HX+I+N (9)
其中，H为信道频域值，X为发送信号，I为系统干扰项，N为AWGN信号。另均衡后的接收信号为Y＝Vθ，则输出信号Y与输入信号X之间的误差功率为：
E|Y-X|2＝E|(HX+I+N)-X|2＝E|(Hθ-1)X+Iθ+Nθ|2 (10)
由于信号与噪声不相关，信号和噪声与信道都不相关。所以上式可以改写为：
E|Y-X|2＝E|(Hθ-1)X|2+E|Iθ|2+E|Nθ|2
＝E|(Hθ-1)|2E|X|2+|θ|2(E|I|2+E|N|2) (11)
＝E|X|2(|H|2|θ|2-Hθ-H*θ*+1)+|θ|2(E|I|2+E|N|2)
根据MMSE准则，将式(11)对θ求偏导数，并令其等于零，则可以得到：
E|X|2(|H|2θ*-H)+θ*(E|I|2+E|N|2)＝0 (12)
从而可以得到改进型的均衡器：
其中，E|X|2表示信号功率，而E|I|2、E|N|2分别表示干扰功率和噪声功率。同理，可以推出改进的MMSE均衡器同样适用于MIMO-FBMC系统。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (3)
1.基于干扰方差统计的FBMC系统均衡方法，其特征在于，包括：
S1、发送端数据处理；具体包括以下分步骤：
S10、统计系统的干扰方差；
S11、对原始发送数据，进行正交幅度调制；
S12、在步骤S11调制后的数据块头部添加导频序列；
S13、对步骤S12得到的数据进行正交化相位映射；
S14、对步骤S13得到的数据进行IFFT变换；
S15、对步骤S14得到数据进行滤波处理，并发射；
S2、接收端数据处理，具体包括以下分步骤：
S21、对接收到的数据进行匹配滤波处理；
S22、对步骤S21得到的数据进行FFT变换，得到原始发送数据；
S23、对步骤S22得到的数据，根据导频序列提取信道信息，然后根据提取的信道信息，同时对信道、噪声以及系统干扰做均衡处理；
S24、对步骤S23得到的数据进行恢复正交化相位映射处理；
S25、对步骤S24得到的数据进行QAM解调。
2.根据权利要求1所述的基于干扰方差统计的FBMC系统均衡方法，其特征在于，步骤S23所述的均衡处理为改进型的均衡处理，具体为：将噪声的方差与步骤S0中统计得到的系统干扰方差相加。
3.根据权利要求2所述的基于干扰方差统计的FBMC系统均衡方法，其特征在于，所述改进型的均衡处理表达式为：
其中，H表示信道频域值，X表示发送信号，I表示系统干扰项，N表示噪声信号，E|X|2表示信号功率，E|I|2表示系统干扰功率，E|N|2表示噪声功率，θ改进MMSE表示改进型均衡处理的输出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170104 |