基於VectorOFDM的雙選擇性信道的變換域復用方法
2023-09-19 22:49:25
基於Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復用方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於Vector?OFDM的雙選擇信道的變換域復用方法。高速移動環境下的無線通信中，信道經歷嚴重的雙選擇性衰落。本發明在發送端將符號射到變換域，進行二維IFFT，Vector?OFDM調製，得到時頻域信號進行發送，在接收端使用Vector?OFDM解調，二維FFT變換重回變換域，不考慮噪聲，變換域的接收信號等於原發送符號與信道的BEM矩陣的二維FFT的乘積，變換域信號在雙選擇信道的傳輸過程中保持正交，因此僅需單抽頭的均衡器即可實現信道均衡。此外，需要一定的編碼或預編碼的結構來對抗信道深衰落。本發明處理複雜度低，同時能獲取雙選擇性信道固有聯合多徑-都卜勒分集增益，有效地對抗信道衰落，提高無線通信可靠性。
【專利說明】基於Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通信領域，具體涉及一種基於Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復用方法。
【背景技術】
[0002]無線通信中，多徑傳輸引起的時延擴展加劇了寬帶傳輸的頻率選擇性衰落，導致嚴重的符號間幹擾；同時由於通信終端高速運動，高移動性造成的都卜勒擴展使得信道快速變化，導致時間選擇性衰落。兩者共同作用下，信道發生時間色散和頻率色散，造成雙選擇性衰落。下一代移動通信系統要求具有很高的傳輸速率，如第四代移動通信傳輸數據速率高達100Mb/S ;同時為了支持高移動環境下通信，如高鐵通信，下一代移動通信系統必須要採取有效的措施來克服雙選擇信道帶來的時間-頻率雙選擇性衰落。
[0003]正交頻分復用(OFDM)技術是LTE中的一項重要技術，通過將寬帶系統劃分成為正交的窄帶子信道，能夠有效對抗頻率選擇性衰落，並且保持低計算複雜度，並且在應用一定的編碼或預編碼的條件下，能夠獲得多徑分集增益(見「Complex-Field Codingfor OFDM over Fading Wireless Channels」，IEEE Transactions on InformationTheory, vol.49，n0.3，pp.707— 702，2003)。然而對於雙選擇信道，由於都卜勒擴展的引入會破壞子載波的正交性，帶來的子載波間幹擾(ICI)會嚴重地影響OFDM的通信性能。一系列消除I Cl的均衡方法被提出，利用兩階段均衡方法的方案(見「 Low-comp Iexityequalization of OFDM in doubly selective channels，，，Signal Processing, IEEETransactions on, vol.52, n0.4, pp.1002-1011，2004),在第一階段利用線性均衡控制 ICI,但是由於信道同時存在時間和頻率色散，消除ICI的效果不理想，第二階段利用迭代均衡消除雙選擇信道影響，計算複雜並且性能不夠理想。
[0004]另一方面，在雙選擇信道帶來嚴重的雙選擇性衰落影響無線通信系統的同時，也提供了更多的信道自由度，從而可以獲取聯合多徑-都卜勒分集增益。在CDMA系統中，目前已經提出了基於時頻二維RAKE接收機的方法，來獲取雙選擇信道的聯合多徑-都卜勒分集增益(見「Joint multipath-Doppler diversity in mobile wireless communications」，Communications, IEEE Transactions on, vol.47, n0.1, pp.123—132, 1999)。但該方法僅適用於擴頻CDMA系統，具有局限性。此外，已經有研究證明，雙選擇信道的可達最大分集增益與信道衝激響應係數的相關矩陣的秩有關(見「Maximum-diversity transmissionsover doubly selective wireless channels, ' ' Information Theory, IEEE Transactionson, vol.49，n0.7，pp.1832—1840，2003)。因此我們可以設計適當的發射和接受方案來對抗雙選擇性衰落，並獲得信道固有的聯合多徑-都卜勒分集增益。
[0005]為對抗頻率選擇性衰落和時間選擇性衰落，提高無線通通信的可靠性，我們提出了一種基於信號二維變換域的發射與接收機設計方法，即變換域復用(TrDM)。這種方案從OFDM中受到啟發，通過二維FFT，將時間色散與頻率色散的雙選擇信道轉化成變換域上正交的子信道，從而實現變換域復用。TrDM技術的主要思想是:在發送端將待發送的符號組成矩陣並映射到變換域，進行二維IFFT後再使用Vector OFDM調製，得到時頻域信號進行發送，在接收端使用Vector OFDM解調後，進行二維FFT變換重回變換域，不考慮噪聲時，變換域的接收信號等於原發送符號與信道的擴展係數矩陣的二維FFT的乘積，變換域的信號在雙選擇信道的傳輸過程中保持相互正交，因此僅需單抽頭的均衡器即可實現信道均衡。通過這樣的處理過程，將同時發生時間色散和頻率色散的信道變成了獨立的平行子信道，其信道響應為信道的色散參數在其二維FFT網格上的取值。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是克服現有技術複雜度高且無法獲得雙選擇信道固有的多徑-都卜勒分集增益的缺點，提供一種基於Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復用方法。不僅能夠有效的對抗雙選擇性信道的頻率選擇性衰落和時間選擇性衰落，而且能夠獲得雙選擇信道的聯合多徑-都卜勒分集增益，在低複雜度的條件下降低誤碼率，提高通信性能。
[0007]基於Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復用方法是:發送端將經過卷積編碼後的發送信號串並變換為矩陣形式，並對該矩陣進行二維IFFT，然後加上二維CP/ZP得到擴展矩陣，利用Vector OFDM調製，將矩陣映射到時頻域並發送；接收信號首先利用VectorOFDM解調，然後通過二維FFT得到變換域信號，利用單抽頭濾波器做均衡後，得到原發送信號的估計值，最後進行解碼；
[0008]考慮等效基帶信號模型，雙選擇信道採用BEM建模，記發送信號載波頻率fc，傳輸帶寬B，採樣頻率為Ts= 1/B，數據塊長度N，信號經過雙選擇信道，接收端接收到的信號是來自不同方向、具有不同時延和都卜勒頻移的信號簇，發射機與接收機之間相對運動速度V，引起的最大時延擴展為Tmax，最大都卜勒頻移Tdfflax，信道用連續時變線性濾波器hjt，τ)和單邊功率譜密度為Ntl的加性白高斯噪聲描述，通過傅立葉變換可
作分解
【權利要求】
1.一種基於Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復用方法，其特徵在於:發送端將經過卷積編碼後的發送信號串並變換為矩陣形式，並對該矩陣進行二維IFFT，然後加上二維CP/ZP得到擴展矩陣，利用Vector OFDM調製，將矩陣映射到時頻域並發送；接收信號首先利用Vector OFDM解調，然後通過二維FFT得到變換域信號，利用單抽頭濾波器做均衡後，得到原發送信號的估計值，最後進行解碼； 考慮等效基帶信號模型，雙選擇信道採用BEM建模，記發送信號載波頻率f。，傳輸帶寬B，採樣頻率為Ts = 1/B,數據塊長度N，信號經過雙選擇信道，接收端接收到的信號是來自不同方向、具有不同時延和都卜勒頻移的信號簇，發射機與接收機之間相對運動速度V，引起的最大時延擴展為Tmax，最大都卜勒頻移Tdfflax，信道用連續時變線性濾波器hjt，τ)和單邊功率譜密度為Ntl的加性白高斯噪聲描述，通過傅立葉變換可作分解
【文檔編號】H04L1/00GK103428154SQ201310335528
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月2日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】羅茜倩, 張朝陽, 付攀玉, 鍾財軍 申請人:浙江大學