一种可以减少循环前缀的方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种可以减少循环前缀(cyclicprefix，cp)的方法。本发明涉及基于正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)的非正交多址技术(non-orthogonalmultipleaccess，noma)。

背景技术：

随着移动通信的发展，传输效率在5g中非常重要，如何更有效地节省时域和频域资源是我们需要面对的问题。因此，基于此，有人提出了非正交多址(non-orthogonalmultipleaccess，noma)，子带上的时域和频域资源不再只分配给一个用户，而是由多个用户共享，从而提高了频谱效率和用户接入数。交织多址技术(interleave-divisionmultipleaccess,idma)是一种noma，也被研究用于高频谱效率，改进的性能和低接收机复杂度。该方案依赖于交织作为区分来自不同用户的信号的唯一手段，idma继承了码分多址(codedivisionmultipleaccess，cdma)的许多优点，特别是针对衰落的分集和减轻最坏情况的其他小区用户干扰问题。此外，它允许非常简单的逐层迭代多用户检测(multi-userdetection，mud)策略。标准化的mud成本(每个用户)与用户数无关。

现有的noma主要基于多载波，例如正交频分复用(ofdm)，由于其对符号间干扰(inter-symbolinterference,isi)的固有鲁棒性，已在许多宽带移动通信中广泛采用。在ofdm中，为了克服宽带信道对频率选择性衰落敏感的问题，整个信道被分成一系列经历平坦衰落的窄带信道，它们并行传输以保持高数据速率传输，同时，增加了符号持续时间以对抗符号间干扰。ofdm-idma系统结合了ofdm和idma的优点。它可以通过ofdm技术消除符号间干扰，并通过idma技术抑制多址干扰。另外，ofdm-idma系统使用低复杂度迭代多用户检测方法，其中单个用户的复杂性与多径数和用户数无关。

然而，ofdm引入循环前缀(cyclicprefix，cp)，它是符号最后部分的周期性扩展，以消除载波间干扰(inter-carrierinterference，ici)和符号间干扰(inter-symbolinterference，isi)，其长度大于信道脉冲响应(channelimpulseresponse，cir)。尽管由ofdm引入的循环前缀对于减轻isi和ici是有用的，但是这种冗余导致可用于信号传输的信道数量的减少，这违反了利用更有效的通信系统的判断标准。

技术实现要素：

为了提高频谱效率，本节提出了一种可以减少cp的ofdm-noma方案，不同于传统的在每个符号帧前面使用的循环前缀的方法，它只在偶数符号帧前面使用循环前缀。首先，在所提出的方案中，可以节省用于携带循环前缀的一半频谱以发送有用数据。其次，该方案有利于减少系统的延迟。第三，由后面的仿真结果可以看出，该方案可以达到与传统ofdm-noma系统接近的误码率。

本发明的技术方案是：

以idma系统为例，将idma和ofdm结合，在发射端，只在偶数符号帧前插入循环前缀，奇数帧则不插入循环前缀；在接收端，进行干扰重构恢复出信号。具体包括以下步骤：发射端：

假设ofdm-idma系统共包含k个用户。

s1、对于第k个用户，首先，数据序列dk由前向纠错码(forwarderrorcorrection，fec)(例如卷积，turbo或ldpc码)编码，生成编码的码序列bk。然后，进一步扩展编码序列bk以进一步降低码率，从而产生低码率扩频序列ck；

s2、将扩频序列ck送入到第k个用户的交织器πk，形成加扰序列xk，其中，交织器{πk}对于不同的用户是不同的；

s3、将加扰后的序列xk进行qam调制得到sk；

s4、通过快速傅立叶逆变换(ifft)将调制信号sk变换到时域，并仅在偶数帧符号矢量的前面放置循环前缀。

接收端：

s5、检测偶数帧信号，首先去掉循环前缀，通过快速傅里叶变换(fft)将去掉循环前缀后的信号变换到频域；然后采用turbo迭代检测恢复出偶数桢用户信号

其中，除去解交织器和交织器部分，turbo迭代检测结构包含一个单元信号估计器(elementarysignalestimator,ese)和k个译码器(decoder,dec)。ese估计器的功能主要是估计所有用户发送信号的软信息，此时仅考虑用户间的多址干扰而不考虑编码约束。而每个用户的dec译码器则是对应于发送端的fec编码器和扩频器，执行对应的解扩频和信道译码，产生码片序列的软信息。ese估计器与k个dec译码器之间通过解交织器和交织器进行级联，它们之间互相传递着用户信号的软信息。idma系统的接收机通过将多址干扰和编码约束分开考虑，可以极大降低信号检测的复杂度。当接收机达到预算设定的迭代次数时，由dec译码器对每个用户的数据比特进行硬判决，输出最终的判决果。

s6、用重构isi^(2i→2i+1)；

其中，isi^(2i→2i+1)表示第2i偶数帧对2i+1奇数帧的干扰。

s61、将偶数桢用户信号频域信号通过快速傅里叶逆变换(ifft)变为时域信号

s62、重构isi^(2i→2i+1)；

其中，n表示帧长，ng是循环前缀的长度，表示偶数帧第k个用户的信道冲激响应，l表示信道多径时延。

s7、重构isi^{(2i+1→2i+2)}；

其中，isi^{(2i+1→2i+2)}表示第2i+1奇数帧对2i+2偶数帧的干扰。

s8、重构

其中，表示重构后的奇数帧的接收信号，r²ⁱ⁺¹表示奇数桢的接收信号。

s9、类似偶数桢信号的检测，通过快速傅里叶变换(fft)将变换到频域，然后采用turbo迭代检测恢复出奇数桢用户信号

s10、最后，结合奇数桢信号和偶数桢信号输出。

本发明技术方案，针对传统的ofdm-idma系统，提出一种可以减少循环前缀的使用的一种方案。本发明的有益效果是：系统的误比特率性能没有明显降低的同时，提高了传输频谱效率。

附图说明

图1为本发明提出的系统发射机的基本模型；

图2为本发明提出的系统接收机的基本模型；

图3为本发明提出的系统与传统ofdm-idma系统的误码率性能对比仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

本例中，用户数为4，采用码率为1/2的卷积码，扩频序列为{-1，+1，-1，+1}，调制方式为qpsk调制，子载波数128个，信道多径数为16。本例采用以下步骤：

步骤1：产生4组用户的初始数据分别各32bits，并分别依次进行编码、扩频、交织，再经过qpsk调制后送入傅里叶变换处理器；

步骤2：在傅里叶变换处理器将数据做快速傅里叶变换并只在偶数帧前加入循环前缀，奇数桢则不做改变，然后发送出去；

步骤3：数据过多径信道后送入接收端，对于偶数帧，进行ese检测、解交织、解扩频和译码并完成迭代循环，恢复出偶数帧数据；

步骤4：对于奇数帧，利用偶数帧的数据重构干扰isi^(2i→2i+1)和isi^{(2i+1→2i+2)}，再重构出然后进行ese检测、解交织、解扩频和译码并完成迭代循环，恢复出奇数帧数据；

步骤5：最后重组奇数帧和偶数帧数据输出与初始数据对比统计得到ber。

根据图3可得，本文提出的一种可以减少循环前缀的使用的一种ofdm-idma系统，在系统的误比特率性能没有明显降低的同时，提高了传输频谱效率。