一种无循环前缀的单载波频域均衡方法

摘要

本发明公开了一种无循环前缀的单载波频域均衡方法，可以明显提高单载波通信系统的带宽利用率。本发明方法的单载波系统物理帧包括训练序列部分和数据传输部分，其中所述训练序列为ZC序列，序列长度为FFT块长，在训练序列前添加循环前缀；所述数据传输部分为数据块，每块长度为FFT块长。该方法利用所述训练序列进行信道估计以及降噪处理，对接收到的数据进行块间干扰消除以及循环前缀的重构来消除符号间干扰，从而使得无循环前缀保护的单载波系统能够具有跟带有循环前缀保护的单载波系统一样的抗多径干扰特性。该方法的优点是在传统SCFDE的基础上，消除了循环前缀的开销，大大提高了带宽利用率和数据传输速率。

主权项

一种无循环前缀的单载波频域均衡方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)接收机对模拟信号进行采样以及数字下变频之后，接收物理帧信号r；所述物理帧信号r包括训练序列以及数据传输部分；所述训练序列(UW)为ZC序列，长度为FFT块长，在训练序列前添加循环前缀(CP)；所述数据传输部分为数据块，每块长度为FFT块长；(2)从接收得到的物理帧信号r中，根据物理帧结构提取出训练序列r_ZC，将该序列与本地序列进行移位相关运算以及降噪处理得到信道信息；(3)根据步骤(2)得到的信道信息以及上一符号块判决结果，来消除上一符号块对本符号块的干扰，即消除块间干扰；具体为：将块间干扰从接收信号中减去，消除IBI之后的信号可以表示为：$r^{\prime }\left(i\right)=r\left(i\right)-H_1\hat{x}(i-1)=H_{0}x\left(i\right)+n\left(i\right);$其中r'(i)为i时刻接收数据块进行块间干扰消除后的信号，r(i)为i时刻接收数据块，为i‑1时刻接收数据块的判决结果，n(i)为i时刻的噪声干扰，H₀和H₁为i时刻的信道矩阵：对于数据传输部分第一数据块，采用已知ZC序列进行IBI消除，即取$\hat{x}(i-1)=s_{\mathrm{ZC}};$(4)利用由步骤(2)得到的信道信息以及本符号前一次迭代的判决结果，对步骤(3)得到的信号r'(i)进行循环前缀的重构，使得符号块具有与传统SCFDE系统相同的循环特性；所述对步骤(3)得到的信号r'(i)进行循环前缀的重构具体可以表示为：$y\left(i\right)=r^{\prime }\left(i\right)+H_1\hat{x}\left(i\right)=H_{0}x\left(i\right)+H_1\hat{x}\left(i\right)+n\left(i\right);$其中，为i时刻接收数据块上一次迭代的判决结果；(5)利用由步骤(2)得到的信道信息以及步骤(4)得到的循环重构之后的信号y(i)来进行频域一阶均衡，从而消除符号块内的符号间干扰；具体为：经过循环重构之后的信号y(i)表示如下：$\begin{array}{c}y\left(i\right)=(H_0+H_1)x\left(i\right)+H_1(\hat{x}\left(i\right)-x\left(i\right))+n\left(i\right)\\ =H_{c}x\left(i\right)+H_1(\hat{x}\left(i\right)-x\left(i\right))+n\left(i\right)\end{array};$其中，H_c＝H₀+H₁为信道循环矩阵，其频域响应D为对角阵，对循环前缀得到的数据块以及信道信息进行FFT变换，得到频域表示为：$Y=\mathrm{DX}+{\mathrm{FH}}_1(\hat{x}-x)+\mathrm{Fn};$其中，X为发送信号的频域表示，Y为接收信号的频域表示，F为傅里叶变换矩阵，将作为噪声项，采用频域最小均方误差均衡进行一阶均衡消除ISI，均衡器系数为：$W\left(k\right)=\frac{H^{*}\left(k\right)}{{\left|H\left(k\right)\right|}^2+{\sigma }_n^2},0\le k\le N-1;$其中，W(k)为均衡器系数矩阵，k为FFT块的序数，H(k)为矩阵D中的对角元素，为噪声能量；(6)将由步骤(5)频域均衡得到的数据块进行IFFT变换至时域，输入到译码器，进行软译码，得到译码软信息以及译码结果输出；(7)迭代检测，利用步骤(6)得到的译码软信息进行重映射作为判决结果返回步骤步骤(4)，通过迭代消除ISI干扰，经过多次迭代操作达到需要的性能；(8)解调，通过对译码输出结果进行判决，解调恢复原始发送数据。