一种抑制ofdm系统带外泄露的余弦组合窗设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种抑制OFDM系统带外泄露的余弦组合窗设计方法，通过对OFDM系统的发送信号加载不同的余弦组合窗函数，推算出发送信号经过各个余弦组合窗函数加载后OFDM系统的总能量泄露以及泄露能量对邻近频带的影响，然后通过相互比较，选择对邻近频带影响最小的余弦组合窗函数加载到发送信号上。本发明提供的方法能够有效地抑制OFDM系统带外泄露。
【专利说明】
-种抑制OFDM系统带外泄露的余弦组合窗设计方法
技术领域
[0001] 本发明设及通信技术领域，更具体地，设及一种抑制OFDM系统带外泄露的余弦组 合窗设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着互联网的发展和人们日益增长的带宽要求，(FDM技术作为宽带无线通信的一 种核屯、技术，具有抗多径干扰、频偏利用率高、数据传输能力强的优点，但同时，OFDM系统的 带外能量泄露非常严重，如未能有效抑制系统的带外能量泄露，OFDM系统将对其邻近无线 通信频带产生极大的干扰，从而影响其他频段信号传输的质量。
[0003] OFDM系统带外信号能量越低，衰减速度越快，其对其他频段的影响就越小。因此， 对OFDM系统进行加窗处理，降低系统带外能量泄露是很有必要的。而合理的选择合适的窗 函数，对改善OFDM系统带外泄露有很大的帮助。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决W上现有技术的不足，提供了一种抑制(FDM系统带外泄露的余弦组 合窗设计方法。
[0005] 为实现W上发明目的，采用的技术方案是：
[0006] -种抑制OFDM系统带外泄露的余弦组合窗设计方法，通过对OFDM系统的发送信号 加载不同的余弦组合窗函数，推算出发送信号经过各个余弦组合窗函数加载后OFDM系统的 总能量泄露W及泄露能量对邻近频带的影响，然后通过相互比较，选择对邻近频带影响最 小的余弦组合窗函数加载到发送信号上。
[0007] 优选地，所述发送信号表示如下：
[000引
[0009] 其中Μ为(FDM系统的载波数，Am为(FDM符号的幅值，fm为对应子载波的载波频率；
[0010] 所述余弦组合窗函数表示如下：
[0011]
[001^ 其中N表示OFDM的符号长度，L表示余弦组合窗函数的阶数，bi为余弦组合窗函数 的系数；
[0013] 则发送信号加载余弦组合窗函数后表示如下：
[0014]
[0015] 对x(n)做傅里叶变换，得到频域表达式X化)如下：
[0016]
[0017] k表示子载波序号；
[001引基于傅里叶变换的结果，计算(FDM带内信号能量E内旨、(FDM系统对相邻频带产生能 量泄露影响E外宮；
[0019]取k点为例，其信号表达式为
[0020]
[0021] 其中bo表示第一阶系数;Ak为(FDM符号的第k个载波上信号的幅值；
[0022] 求该点信号的能量并求其期望，如下：
[0023] 信号能量：
[0029] 对带外信号某一数据点来说，由于信号频谱峰值出现在子载波间隔中点处，因此 取该点为代表计算带外信号能量，如对OFDM系统相邻频带的第I个载波的中点来说，其信号 表达式为：
[0030]
[0031] 求该信号点的能量并求其期望，方法如下：
[0032] 信号能量期望：
[0033]
[0034] 因此，信号带外总能量可由相邻频带各数据点累加求和得到，表示为：
[0035]
[0036] 求解得到各个余弦组合窗函数加载后的邮自，、臥总后，通过相互比较，选择对邻近频 带影响最小的余弦组合窗函数加载到发送信号上。
[0037] 优选地，确定得到各个余弦组合窗函数加载后的邮自,、臥总后，计算不同余弦组合窗 函数各系数bi与邮旨、E外旨的关系，得到不同余弦组合窗函数各系数与助总、E外旨的仿真曲线； 然后选择对邻近频带影响最小的余弦组合窗函数作为加载函数，并基于仿真曲线找到最优 的窗系数bo,然后对其他系数进行求取，求取的过程如下：
[0040] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0041] 本发明利用多个OFDM符号统计求出的带内信号能量期望值和信号带外泄露能量 期望值，通过比较带内、外信号能量的关系W及系统对带外漏泄抑制的性能要求，确定余弦 组合窗函数及其相应的系数，并最终确定余弦组合窗函数。本发明提供的方法能够有效地 抑制OFDM系统带外泄露。
【附图说明】
[0042] 图1本发明实现的流程图。
[0043] 图2 OFDM系统总泄露能量随Ξ阶余弦组合窗函数系数变化示意图
[0044] 图3带外能量泄露随Ξ阶余弦组合窗函数系数变化示意图。
[0045] 图4带外能量泄露对系统总能量泄露占比随Ξ阶余弦组合窗函数系数变化示意 图。
[0046] 图5 OFDM系统总泄露能量随四阶余弦组合窗函数系数变化示意图
[0047] 图6带外能量泄露随四阶余弦组合窗函数系数变化示意图。
[0048] 图7带外能量泄露对系统总能量泄露占比随四阶余弦组合窗函数系数变化示意 图。
【具体实施方式】
[0049] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0050] W下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
[0化1]实施例1
[0052] 如图1所示，抑制OFDM系统带外泄露的余弦组合窗设计方法通过对OFDM系统的发 送信号加载不同的余弦组合窗函数，推算出发送信号经过各个余弦组合窗函数加载后OFDM 系统的总能量泄露W及泄露能量对邻近频带的影响，然后通过相互比较，选择对邻近频带 影响最小的余弦组合窗函数加载到发送信号上。
[0053] 其中，在考虑OFDM系统的总能量泄露W及泄露能量对邻近频带的影响时，主要是 考虑OFDM带内信号能量E内旨、OFDM系统对相邻频带产生能量泄露影响E外旨;运两个参数的具 体求解过程如下：
[0化4] 所述发送信号表示如下：
[0化5]
[0056] 其中Μ为(FDM系统的载波数，Am为(FDM符号的幅值，fm为对应子载波的载波频率；
[0057] 所述余弦组合窗函数表示如下：
[0化引
[0059] 其中N表示OFDM的符号长度，L表示余弦组合窗函数的阶数，bi为余弦组合窗函数 的系数；
[0060] 则发送信号加载余弦组合窗函数后表示如下：
[0061]
[0062] 对x(n)做傅里叶变换，得到频域表达式X化)如下：
[0063]
[0064] k表不子载波序号；
[0065] 又因为当N〉〉l时，菊
e±i" = -l，e±i2"=l因此，上式可化简 为如下式所示：
[0066]
[0067] 基于傅里叶变换的结果，计算(FDM带内信号能量E内自,、0FDM系统对相邻频带产生能 量泄露影响E外宮；
[0068] 取k点为例，其信号表达式为
[0069]
[0070] 其中bo表示第一阶系数;Ak为(FDM符号的第k个载波上信号的幅值；
[0071] 求该点信号的能量并求其期望，如下：
[00巧信号能量：
[0076] 因此，信号带内总能量可表示为：
[0077]
[0078] 对带外信号某一数据点来说，由于信号频谱峰值出现在子载波间隔中点处，因此 取该点为代表计算带外信号能量，如对OFDM系统相邻频带的第I个载波的中点来说，其信号 表达式为：
[0079]
[0080] 求该信号点的能量并求其期望，方法如下：
[0081] 信号能量期望：
[0082]
[0083] 因此，信号带外总能量可由相邻频带各数据点累加求和得到，表示为：
[0084]
[0085] 本实施例中，确定得到各个余弦组合窗函数加载后的E内自,、E4協后，计算不同余弦组 合窗函数各系数bi与帖旨、E外旨的关系，得到不同余弦组合窗函数各系数与帖旨、E外旨的仿真曲 线，如图2~7所示;然后选择对邻近频带影响最小的余弦组合窗函数作为加载函数，比如， 当要求系统的总能量泄露最小时，可选择图2中对应的窗函数系数曲线，求得对应最低泄露 总能量下的Ξ阶窗函数的第一阶系数bo;当要求系统对相邻频带干扰的能量最小时，可选 择图3中对应的窗函数系数曲线，求得对应最小能量占比下的Ξ阶窗函数的第一阶系数bo; 如当要求系统泄露能量占自身总能量占比最小时，可选择图4中对应窗函数的系数曲线，求 得对应最小能量占比下的Ξ阶窗函数的第一阶系数bo。
[0086]然后对其他系数进行求取，求取的过程如下：
[0089] 实验仿真表明：当性能要求选为OFDM系统对相邻频带能量干扰最小时，运用本发 明所加余弦组合窗函数的带外能量泄露，是加汉宁窗时能量泄露的88.24%，是汉明窗能量 泄露的85.71 %，是凯撒窗能量泄露的85.89% ;当系统选OFDM系统对带外泄露占总能量泄 露比值最小时，运用本发明所加余弦组合窗函数的带外能量泄露占总能量泄露的比值，是 加汉宁窗时能量泄露占总能量泄露的比值的65.37 %，是汉明窗的80.49 %，是凯撒窗的 67.45%。
[0090] 综上，本发明提供的方法能够有效地抑制OFDM系统带外泄露。
[0091] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对 本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 W做出其它不同形式的变化或变动。运里无需也无法对所有的实施方式予W穷举。凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种抑制OFDM系统带外泄露的余弦组合窗设计方法，其特征在于：通过对OFDM系统 的发送信号加载不同的余弦组合窗函数，推算出发送信号经过各个余弦组合窗函数加载后 OFDM系统的总能量泄露以及泄露能量对邻近频带的影响，然后通过相互比较，选择对邻近 频带影响最小的余弦组合窗函数加载到发送信号上。2. 根据权利要求1所述的抑制OFDM系统带外泄露的余弦组合窗设计方法，其特征在于： 所述发送信号表示如下：其中Μ为OFDM系统的载波数，Am为OFDM符号的幅值，为对应子载波的载波频率； 所述余弦组合窗函数表示如下：其中N表示OFDM的符号长度，L表示余弦组合窗函数的阶数，匕为余弦组合窗函数的系 数； 则发送信号加载余弦组合窗函数后表示如下：对x(n)做傅里叶变换，得到频域表达式X(k)如下： k衣不卞郓股斤亏；基于傅里叶变换的结果，计算OFDM带内信号能量E_.、0FDM系统对相邻频带产生能量泄 露影响玢卜总； 取k点为例，其信号表达^ ι=ι ?·其中bo表不第一阶系数，Ak为OFDM符号的第k个载波上信号的幅值； 求该点信号的能量并求其期望，如下： 信号能量：因此，信号带内总能量可表示为：对带外信号某一数据点来说，由于信号频谱峰值出现在子载波间隔中点处，因此取该 点为代表计算带外信号能量，如对OFDM系统相邻频带的第I个载波的中点来说，其信号表达 式为： m=u t=u ?、又 _ w+.w j m; ·'求该信号点的能量并求其期望，方法如下： 信号能量期望：因此，信号带外总能量可由相邻频带各数据点累加求和得到，表示为：求解得到各个余弦组合窗函数加载后的E_.、E顺后，通过相互比较，选择对邻近频带影 响最小的余弦组合窗函数加载到发送信号上。3.根据权利要求2所述的抑制OFDM系统带外泄露的余弦组合窗设计方法，其特征在于： 确定得到各个余弦组合窗函数加载后的E_.、E^总后，计算不同余弦组合窗函数各系数h 与細自4觸的关系，得到不同余弦组合窗函数各系数与E内总、E觸的仿真曲线；然后选择对邻 近频带影响最小的余弦组合窗函数作为加载函数，并基于仿真曲线找到最优的窗系数bo， 然后对其他系数进行求取，求取的过程如下：
【文档编号】H04L27/26GK105871767SQ201610177381
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】柯少杰, 李妍, 戴宪华
【申请人】广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院, 中山大学