基于Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復(fù)用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Vector?OFDM的雙選擇信道的變換域復(fù)用方法。高速移動環(huán)境下的無線通信中，信道經(jīng)歷嚴(yán)重的雙選擇性衰落。本發(fā)明在發(fā)送端將符號射到變換域，進(jìn)行二維IFFT，Vector?OFDM調(diào)制，得到時頻域信號進(jìn)行發(fā)送，在接收端使用Vector?OFDM解調(diào)，二維FFT變換重回變換域，不考慮噪聲，變換域的接收信號等于原發(fā)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(xiàn)信道均衡。此外，需要一定的編碼或預(yù)編碼的結(jié)構(gòu)來對抗信道深衰落。本發(fā)明處理復(fù)雜度低，同時能獲取雙選擇性信道固有聯(lián)合多徑-多普勒分集增益，有效地對抗信道衰落，提高無線通信可靠性。
【專利說明】基于Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復(fù)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復(fù)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線通信中，多徑傳輸引起的時延擴(kuò)展加劇了寬帶傳輸?shù)念l率選擇性衰落，導(dǎo)致嚴(yán)重的符號間干擾；同時由于通信終端高速運動，高移動性造成的多普勒擴(kuò)展使得信道快速變化，導(dǎo)致時間選擇性衰落。兩者共同作用下，信道發(fā)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(tǒng)要求具有很高的傳輸速率，如第四代移動通信傳輸數(shù)據(jù)速率高達(dá)100Mb/S ;同時為了支持高移動環(huán)境下通信，如高鐵通信，下一代移動通信系統(tǒng)必須要采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(fù)用(OFDM)技術(shù)是LTE中的一項重要技術(shù)，通過將寬帶系統(tǒng)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，并且保持低計算復(fù)雜度，并且在應(yīng)用一定的編碼或預(yù)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)。然而對于雙選擇信道，由于多普勒擴(kuò)展的引入會破壞子載波的正交性，帶來的子載波間干擾(ICI)會嚴(yán)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,但是由于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，計算復(fù)雜并且性能不夠理想。
[0004]另一方面，在雙選擇信道帶來嚴(yán)重的雙選擇性衰落影響無線通信系統(tǒng)的同時，也提供了更多的信道自由度，從而可以獲取聯(lián)合多徑-多普勒分集增益。在CDMA系統(tǒng)中，目前已經(jīng)提出了基于時頻二維RAKE接收機(jī)的方法，來獲取雙選擇信道的聯(lián)合多徑-多普勒分集增益(見“Joint multipath-Doppler diversity in mobile wireless communications”，Communications, IEEE Transactions on, vol.47, n0.1, pp.123—132, 1999)。但該方法僅適用于擴(kuò)頻CDMA系統(tǒng)，具有局限性。此外，已經(jīng)有研究證明，雙選擇信道的可達(dá)最大分集增益與信道沖激響應(yīng)系數(shù)的相關(guān)矩陣的秩有關(guān)(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(shè)計適當(dāng)?shù)陌l(fā)射和接受方案來對抗雙選擇性衰落，并獲得信道固有的聯(lián)合多徑-多普勒分集增益。
[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，我們提出了一種基于信號二維變換域的發(fā)射與接收機(jī)設(shè)計方法，即變換域復(fù)用(TrDM)。這種方案從OFDM中受到啟發(fā)，通過二維FFT，將時間色散與頻率色散的雙選擇信道轉(zhuǎn)化成變換域上正交的子信道，從而實現(xiàn)變換域復(fù)用。TrDM技術(shù)的主要思想是:在發(fā)送端將待發(fā)送的符號組成矩陣并映射到變換域，進(jìn)行二維IFFT后再使用Vector OFDM調(diào)制，得到時頻域信號進(jìn)行發(fā)送，在接收端使用Vector OFDM解調(diào)后，進(jìn)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于原發(fā)送符號與信道的擴(kuò)展系數(shù)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(xiàn)信道均衡。通過這樣的處理過程，將同時發(fā)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(yīng)為信道的色散參數(shù)在其二維FFT網(wǎng)格上的取值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)復(fù)雜度高且無法獲得雙選擇信道固有的多徑-多普勒分集增益的缺點，提供一種基于Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復(fù)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(lián)合多徑-多普勒分集增益，在低復(fù)雜度的條件下降低誤碼率，提高通信性能。
[0007]基于Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復(fù)用方法是:發(fā)送端將經(jīng)過卷積編碼后的發(fā)送信號串并變換為矩陣形式，并對該矩陣進(jìn)行二維IFFT，然后加上二維CP/ZP得到擴(kuò)展矩陣，利用Vector OFDM調(diào)制，將矩陣映射到時頻域并發(fā)送；接收信號首先利用VectorOFDM解調(diào)，然后通過二維FFT得到變換域信號，利用單抽頭濾波器做均衡后，得到原發(fā)送信號的估計值，最后進(jìn)行解碼；
[0008]考慮等效基帶信號模型，雙選擇信道采用BEM建模，記發(fā)送信號載波頻率fc，傳輸帶寬B，采樣頻率為Ts= 1/B，數(shù)據(jù)塊長度N，信號經(jīng)過雙選擇信道，接收端接收到的信號是來自不同方向、具有不同時延和多普勒頻移的信號簇，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間相對運動速度V，引起的最大時延擴(kuò)展為Tmax，最大多普勒頻移Tdfflax，信道用連續(xù)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(quán)利要求】
1.一種基于Vector OFDM的雙選擇性信道的變換域復(fù)用方法，其特征在于:發(fā)送端將經(jīng)過卷積編碼后的發(fā)送信號串并變換為矩陣形式，并對該矩陣進(jìn)行二維IFFT，然后加上二維CP/ZP得到擴(kuò)展矩陣，利用Vector OFDM調(diào)制，將矩陣映射到時頻域并發(fā)送；接收信號首先利用Vector OFDM解調(diào)，然后通過二維FFT得到變換域信號，利用單抽頭濾波器做均衡后，得到原發(fā)送信號的估計值，最后進(jìn)行解碼； 考慮等效基帶信號模型，雙選擇信道采用BEM建模，記發(fā)送信號載波頻率f。，傳輸帶寬B，采樣頻率為Ts = 1/B,數(shù)據(jù)塊長度N，信號經(jīng)過雙選擇信道，接收端接收到的信號是來自不同方向、具有不同時延和多普勒頻移的信號簇，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間相對運動速度V，引起的最大時延擴(kuò)展為Tmax，最大多普勒頻移Tdfflax，信道用連續(xù)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(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】羅茜倩, 張朝陽, 付攀玉, 鐘財軍 申請人:浙江大學(xué)