基于加权分数傅里叶变换的gfdm系统的信号发射和接收方法

文档序号:9767786阅读:828来源:国知局
基于加权分数傅里叶变换的gfdm系统的信号发射和接收方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及基于加权分数傅里叶变换的GFDM系统的信号发射和接收技术。
【背景技术】
[0002] GFDM载波体制是一种针对未来的5G技术的一种新的载波体制,它是以0FDM技术为 基础发展而来的,由滤波多载波技术进一步演变而来。在未来的5G通信体制中,越来越注重 多场景的结合,如M2M和更加密集复杂的通信网络和异构网等,而且需要更高的传输速率, 更短的响应时间,并且在有限的频谱资源下传输更多的数据,这对4G技术所依托的0FDM技 术是一个挑战。根据5G的场景需求,(FDM技术主要的缺点就是较大的带外功率辐射和缺乏 波形的灵活性。较大的带外功率辐射会对相邻的频带上的数据产生干扰,会使数据产生失 真,这样就需要较大的频带保护间隔,然而空闲的频带正逐渐成为最为稀缺的资源;在面对 多样化的信道条件以及异构网时,波形灵活性的缺失可能会成为一个主要的缺点。在一个 不完美的信道同步条件下,根据时频特性灵活设计的波形,会对时频残留的同步错误会有 更强的鲁棒性。
[0003] 2009年,Gerhard Fettweis的团队第一次提出GFDM系统的框架结构(文献1: 《GFDM-Generalized Frequency Division Multiplexing》),主要说明了GFDM系统相比于 OFDM系统在峰均功率比和带外功率抑制方面的优势,但是在讨论峰均比的问题时在传输比 特数一致的条件下,二者的子载波数并不相同,由于GFDM系统灵活的参数选择方案,其峰均 功率比可以在一定的范围内变化。
[0004] 2012年,一种低复杂度的发射端和接收端装置在文献2(N.Michailow等于2012年 公开的〈〈Analysis of an alternative multi-carrier technique for next generation cellular systems》)和文献3(1 .Gaspar等于2013年公开的《Low Complexity GFDM Receiver Based on Sparse Frequency Domain Processing》)中提出,这种装置利用高效 的FFT运算,使先前的矩阵运算的复杂度大大降低,并且每一步的物理意义更加明确;在接 收端,这种新型的装置采样的方法是匹配接收方法,所以会导致子载波间的干扰出现,为提 升系统的性能,需要一种子载波干扰消除的方法提升系统的性能。
[0005] 文献4(R.Datta等于2012年公开的《GFDM Interference Cancellation for Flexible Cognitive Radio PHY Design》)针对GFDM系统提出了单边和双边的串行干扰消 除算法,其思想就是把MF接收器引入的相邻的子载波的干扰消除,其中子载波的消除算法 是从第1个子载波到第K个子载波依次进行的,这种方法可以认为是单一串行干扰消除和并 行干扰消除算法的混合,文献最后对两种算法的复杂度进行了分析。
[0006] 2013年,文献5(Michailow,N.等于2013年公开的《G.Low peak-to-average power ratio for next generation cellular systems with generalized frequency division multiplexing Intelligent Signal Processing and Communications Systems》)分析对比了不同系统的结构以及PAPR,包括OFDM系统、单载波频域均衡系统、单 载波频分复用系统以及GFDM系统,说明了GFDM系统可以看成以上三种系统的广义形式,而 且通过合理的成型参数选择GFDM系统的PAPR性能优于OFDM系统,并且成型滤波器参数越 大,系统的PAPR性能越优。

【发明内容】

[0007] 本发明是为了获得更优的误码率性能,以及降低峰均功率比,从而提供一种基于 加权分数傅里叶变换的GFDM系统的信号发射和接收方法。
[0008] 基于加权分数傅里叶变换的GFDM系统的信号发射和接收方法,
[0009] 所述GFDM系统包括的K个子载波,每一个子载波有Μ个子符号;K、M均为正整数; [0010]该方法包括以下步骤:
[0011] 步骤一、在发射端,进行子载波阶数的分配操作,对每一个子载波上的数据都进 行-α阶的加权分数傅里叶变换;
[0012] 步骤二、将不同的子载波映射给用户;
[0013]步骤三、对数据进行GFDM调制,即:把输入的数据与GFDM调制矩阵Α相乘,并进行加 CP操作后发送至信道;
[0014]步骤四、接收端在接收到步骤三发送的信号后,对信号进行去CP操作,然后进行 GFDM解调操作,获得GFDM解调后的数据;
[0015] 步骤五、对步骤四获得的GFDM解调后的数据进行解映射操作,根据发射端的子载 波阶数分配进行与阶数相对应的加权分数傅里叶变换后输出。
[0016] 基于加权分数傅里叶变换的GFDM系统的信号发射和接收方法,
[0017] 所述GFDM系统包括的K个子载波,每一个子载波有Μ个子符号;K、M均为正整数; [0018]该方法包括以下步骤:
[0019] 步骤一、在发射端,首先对每一个子载波上的数据均进行l-α阶的加权分数傅里叶 变换,将数据变换到频域;
[0020] 步骤二、在频域对数据进行复制,并依次排列成长度为2Μ的序列,并利用RC成型函 数对该序列进行成型;
[0021] 步骤三、将每个子载波数据叠加在一起,并对应相加,生成长度为ΚΧ Μ的数据; [0022]步骤四、对步骤三获得的长度为Κ XΜ的数据进行IFFT变换,后发送至信道;
[0023]步骤五、接收端接收发射端发射的信号,并对长度为ΚΧΜ的数据进行FFT变换,获 得变换后的信号;
[0024]步骤六、提取每一个子载波上的Μ个数据,并进行移位操作;
[0025]步骤七、利用RC成型函数对步骤六移位后的数据进行成型,获得成型后信号;
[0026] 步骤八、对每一个子载波上的数据进行Μ点的α-l阶的加权分数傅里叶变换后输 出。
[0027] 步骤一中,在发射端进行l-α阶的加权分数傅里叶变换把信号变换到频域,以及步 骤八中的相应阶数的逆变换。
[0028] 步骤二中,在进行成型处理后,位于中间的数据保持不变,呈"梯形"分布,两侧的 数据为〇,所述"梯形"的长度与成型函数参数β有关。
[0029] 步骤三中,每个子载波数据叠加在一起,并对应相加的过程中,干扰来自于相邻两 个子载波位于"梯形"中的"斜坡"段,当β = 〇时相邻的子载波间不存在干扰。
[0030] 在步骤五之后,如果接收信号经过的是衰落信道,则对信号进行频域块均衡操作, 所述频域块均衡操作包括ZF均衡和MMSE均衡。
[0031] 本发明能够根据信道状态信息、用户需求灵活的单位载波块内的子载波数和 WFRFT阶数,并且每一个子载波内的阶数可保持不同以达到系统性能的需求。本发明通过 WFRFT预编码并合理的根据信道状况信息选择合适的变换阶数,使编码后的系统获得更优 的误码率性能,并且拥有较低的峰均功率比。
【附图说明】
[0032] 图1是广义的WFRFT-GFDM系统示意图;
[0033] 图2是低复杂度的WFRFT-GFDM系统示意图;
[0034]图3是GFDM收发两端的滤波器以及接收端信号幅度与噪声幅度对比示意图;
[0035] 图4是QPSK调制的WFRFT预编码的GFDM系统在AWGN信道下的性能对比示意图;
[0036]图5是带有ZF均衡的BPSK调制的WFRFT预编码的GFDM系统在双离散信道下的性能 仿真不意图;
[0037]图6是带有ZF均衡的16QAM调制的WFRFT预编码的GFDM系统在双离散信道下的性能 仿真不意图;
[0038]图7是带有MMSE均衡的BPSK调制的WFRFT预编码的GFDM系统在双离散信道下的性 能仿真不意图;
[0039]图8是带有MMSE均衡的16QAM调制的WFRFT预编码的GFDM系统在双离散信道下的性 能仿真
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