基于码域重构的sc-cfdma载波频偏迭代消除方法
【专利摘要】本发明提供一种基于码域重构的SC?CFDMA载波频偏迭代消除方法，实现多用户载波频偏的联合消除。步骤一：从接收端N点FFT的结果中提取各子载波集；步骤二：通过与各用户的频偏循环反卷积矩阵相乘，初步消除频偏对各用户的影响；步骤三：通过码域重构恢复各用户在所分配的子载波上的符号值；步骤四：干扰信号重构，将步骤三的结果与相应用户的频偏循环卷积矩阵相乘，再造出各用户频偏对其余用户造成的干扰项；步骤五：从各用户的信号中去除所有来自其他用户的干扰项；步骤六：再进行子载波提取、与频偏循环反卷积矩阵相乘，完成迭代频偏消除。步骤七：在完成迭代频偏消除的基础上，进行数据解调。
【专利说明】
基于码域重构的SC-CFDMA载波频偏迭代消除方法
技术领域
[0001] 本发明属于无线通信领域，涉及一种基于码域重构的SC-CFDMA载波频偏迭代消除 方法。
【背景技术】
[0002] SC-CroMA是将SC-FDMA和⑶MA相结合而形成的一种新通信体制。作为一种改进的 SC-FDMA，SC-CFDMA不可避免地继承了 SC-FDMA对同步偏差敏感的弱点。在上行链路接收端， 多用户载波频率偏差(CarrierFrequency Offset，CF0)会破坏SC-CFDMA各子载波之间的正 交性，引入 ICI(Inter Carrier Interference，载波间干扰）和 MUI(Multi_ 1]861'1]^6奸6^11〇6，多用户干扰），严重影响系统的接收性能和多用户能力。
[0003] 由于SC-CFDMA技术出现时间不长，目前其理论体系不够完善，相关文献并未就SC-CFDMA系统中的载波频偏消除问题进行专门研究，而只是将SC-CFDMA信号视为一种特殊的 SC-n)MA信号来处理。然而，已有SC-FDMA载波频偏消除方法成立的前提条件是多个用户在 频域上可区分;而在SC-CFDMA系统中，每个子载波集上容纳着若干CDMA用户，无法在频域进 行区分。因此已有方法不能直接应用于SC-CFDMA系统中的载波频偏消除，必须根据SC-CFDMA信号特性重新设计频偏消除算法。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种基于码域重构的SC-CFDMA载波频偏迭代消除方法，实现多用户载 波频偏的联合消除。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，在传统SC-FDMA系统载波频偏频域迭 代消除方法的基础上，加上码域重构模块，将扩频码和正交子载波的特性综合起来合理使 用。具体包括以下步骤：
[0006] 步骤一:从接收端N点FFT的结果中提取各子载波集；
[0007] 步骤二:通过与各用户的频偏循环反卷积矩阵相乘，初步消除频偏对各用户的影 响；
[0008] 步骤三:通过码域重构恢复各用户在所分配的子载波上的符号值；
[0009] 步骤四：干扰信号重构，将步骤三的结果与相应用户的频偏循环卷积矩阵相乘，再 造出各用户频偏对其余用户造成的干扰项；
[0010] 步骤五:从各用户的信号中去除所有来自其他用户的干扰项；
[0011] 步骤六:再进行子载波提取、与频偏循环反卷积矩阵相乘，完成迭代频偏消除。
[0012] 步骤七:在完成迭代频偏消除的基础上，进行数据解调。
[0013] 其中，步骤三将扩频处理的特点考虑到"干扰信号重构"过程中，实现各码分用户 干扰项的重构与分离;首先，SC-CFDMA系统的迭代深度需要包含解扩与重扩频环节;其次， 由于解扩之前必须进行信道均衡，因此信道均衡也应包含在迭代过程中。
[0014] 其中，步骤三所述的码域重构采用以下方法：
[0015] 假设每个用户占用子载波个数为M，用户扩频因子为J;若扩频码序列为s=[l，l，_ 1，1]，则每个用户实际发送调制符号数为P=M/J;码域重构矩阵设计如下：
[0016] a)综合解扩和重扩频处理
[0017] 构造解扩+扩频综合处理矩阵E e zMXM
[0018]
[0019] 以矩阵为元素的对角阵，由对角线上的P个矩阵S组成，其中矩阵S的产生如下式所 示;其中列向量s '为行向量s的共辄转置;对于M=Q = 64的情况，即每个用户用的64个子载 波传输一个调制符号，P = 1，则有E = S。
[0020]
[0021] b)综合IDFT和DFT处理
[0022] Μ点IDFT和DFT处理分别用MXM的矩阵表示为和和Dm，则解扩与重新扩频过程在频 域表示为
[0023] .F￥.yM' = D..m · E 'D..m
[0024] c)综合信道均衡和信道恢复处理
[0025] 假设用户k所占用子载波信号成Μ维向量无，所对应的信道频域响应表示为向量 ft =[7i15/72，…，若米用ZF均衡方法，则信道均衡矩阵表不为无//|，信道恢复表不为J,x/* ; 将信道均衡和信道恢复处理综合到上式中表示为
[0026]
[0027] 即在F_矩阵的第i行除以hi，并在第j行乘以hj;
[0028] 最终，结合以上三步进行综合处理，将码域重构操作整合为一个序列与矩阵的乘 法。
[0029] 本发明的有益效果:本发明提出的基于码域重构的残余CF0迭代消除方法，核心是 扩展迭代深度，将sc-croMA系统包含的解扩/重扩频、信道均衡/信道恢复环节纳入迭代过 程，从而可以区分同一子载波集上的码分用户，较为彻底地实现sc-croMA通信系统中载波 频偏的消除。此外，对码域重构矩阵进行了综合，采用离线计算的方式降低复杂度，易于系 统实现。
【附图说明】
[0030]图1为残余频偏条件下SC-CFDMA系统接收流程；
[0031 ]图2为基于码域重构的SC-CFDMA系统载波频偏迭代消除流程；
[0032]图3为码域重构模块具体流程。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0034] 1)系统描述
[0035] 如图1所示，SC-CFDMA通信系统总的子载波数目，即FFT点数N为512，CP长度为20， 每个用户所占用的子载波数，即子载波集大小为64。若定义扩频因子为J，则每个SC-CFDMA 符号内，每个用户实际发送的调制符号数量为P = 64/J。如J=l，即不扩频，则SC-CFDMA退化 成一般的SC-FDMA系统，每64个子载波上只有一个用户，且这个用户发送了64个调制符号； 如J = 64,即用户数据在时域64倍扩频，则每个用户在64个子载波上只传输了一个调制符 号，且64个子载波上最多可容纳64个用户。
[0036] 2)信道模型
[0037]这里使用两种信道模型，一种是最简单的AWGN模型，另外一种是国际电联步行A信 道模型。假设接收端能够获得理想的信道估计。
[0038] 3)频偏设置
[0039] 这里考虑小数倍频偏，将多个用户的归一化残余频偏设为:在[-0.2 0.2]之间均 勾分布。
[0040] 4)频偏迭代消除流程
[0041] 如图2所示，不失一般性，假设1个子载波集上有2个码分用户。则需经历如下频偏 迭代消除流程：
[0042] a)从接收端512点FFT的结果R中提取各子载波集，其中第i个子载波集表示为RA ⑴ 〇
[0043] b)将RA(1)分别与用户1、用户2的频偏循环反卷积矩阵C/(1)、C/(2)相乘，完成对用户 1、用户2的初步频偏补偿，得1
[0044] c)通过如图3所示的"码域重构"恢复各用户在所分配的子载波上的符号值，得到 叉'W和叉#)。主要包括信道均衡、IDFT、解扩、重扩频、DFT、信道恢复等环节。
[0045] d)将X'W、分别与A(i)C(1)、A⑴C(2)相乘，从而重构出每个用户的频偏对其余 用户造成的干扰项。
[0046] e )从各用户的信号中去除所有来自其他用户的干扰项，得到
[0047] f)进行子载波提取、与频偏循环反卷积矩阵相乘，完成迭代频偏消除。
[0048] g)在完成迭代频偏消除的基础上，进行数据解调。
【主权项】
1. 一种基于码域重构的SC-CFDM载波频偏迭代消除方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一:从接收端N点FFT的结果中提取各子载波集； 步骤二:通过与各用户的频偏循环反卷积矩阵相乘，初步消除频偏对各用户的影响； 步骤三:通过码域重构恢复各用户在所分配的子载波上的符号值； 步骤四：干扰信号重构，将步骤三的结果与相应用户的频偏循环卷积矩阵相乘，再造出 各用户频偏对其余用户造成的干扰项； 步骤五:从各用户的信号中去除所有来自其他用户的干扰项； 步骤六:再进行子载波提取、与频偏循环反卷积矩阵相乘，完成迭代频偏消除； 步骤七:在完成迭代频偏消除的基础上，进行数据解调。2. 如权利要求1所述的一种基于码域重构的SC-CFDMA载波频偏迭代消除方法，其特征 在于，其中，步骤三将扩频处理的特点考虑到"干扰信号重构"过程中，实现各码分用户干扰 项的重构与分离;首先，SC-CFDMA系统的迭代深度需要包含解扩与重扩频环节;其次，由于 解扩之前必须进行信道均衡，因此信道均衡也应包含在迭代过程中。3. 如权利要求1或2所述的一种基于码域重构的SC-CFDMA载波频偏迭代消除方法，其特 征在于，其中，步骤三所述的码域重构采用以下方法： 假设每个用户占用子载波个数为M，用户扩频因子为J;若扩频码序列为S= [I，1，-1， 1]，则每个用户实际发送调制符号数为P=M/J;码域重构矩阵设计如下： a) 综合解扩和重扩频处理 构造解扩+扩频综合々卜理钽陈R e #XM以矩阵为元素的对角阵，由对角线上的P个矩阵S组成，其中矩阵S的产生如下式所示； 其中列向量S'为行向量S的共辄转置;对于M = Q = 64的情况，即每个用户用的64个子载波传 输一个调制符号，P = 1，则有E = S;b) 综合IDFT和DFT处理 M点IDFT和DFT处理分别用M X M的矩阵表示为1?和Dm，则解扩与重新扩频过程在频域表 示为C)综合信道均衡和信道恢复处理 假设用户k所占用子载波信号成M维向量无，所对应的信道频域响应表示为向量 /i = [V7i-/7:,…./Vw ];若米用ZF均衡方法，则{目道均衡矩阵表不为至./.Λ，:{目道恢复表不为无 X/? ; 将信道均衡和信道恢复处理综合到上式中表示为即在F_矩阵的第i行除以lu，并在第j行乘以 最终，结合以上三步进行综合处理，将码域重构操作整合为一个序列与矩阵的乘法。
【文档编号】H04L27/00GK105897634SQ201610202867
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】丁丹, 廖育荣, 姜明勇, 倪淑燕, 李云涛, 柴黎, 杨君
【申请人】中国人民解放军装备学院