基于GAMP算法的OFDM子载波数量优化的方法、装置及系统

本发明属于多载波通信，具体涉及一种基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法、装置及系统。

背景技术：

1、随着移动通信飞速发展，未来通信将要求在任何地点随时接入网络服务，以跟上万物互联的时代步伐。卫星通信技术具有全球无缝覆盖的特点，发展宽带卫星通信技术可以很好的弥补地面通信的不足。ofdm信号有其自身的优势，可以实现与地面网络的兼容，并实现空地异构网的无缝连接，简化了用户终端的设计。ofdm信号可实现更加灵活的频谱资源分配，提高了频谱利用效率，具有带外泄露小，频谱效率高等优势，但同时多载波技术中存在高峰均比的问题。基于广义近似消息传递(generalized approximate messagepassing，gamp)方法的接收机，将ofdm信号上最常见的非线性操作建模为带通无记忆非线性失真信道，可以降低了误码率。但目前传统仅通过带宽规定的可用子载波数目，并不能保证ofdm的频谱利用率。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在公开了一种基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法、装置及系统，用于解决如果确定ofdm子载波数量，提高频谱利用率问题。

2、本发明公开了一种基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、在发送端，ofdm信号调制过程中，通过对发送信息的ofdm波形参数进行控制，形成包括设定了调制子载波数量和设定了剪切率的ofdm信号；通过具有噪声的信道将ofdm信号发送到接收端；

4、步骤s2、在接收端，ofdm信号解调过程中，采用gamp算法对接收的ofdm信号进行迭代运算后恢复出发送信息；计算恢复出的发送信息的误码率；

5、步骤s3、调整调制子载波数量和gamp算法的收敛迭代次数，重复进行步骤s1-s2；获得在设定收敛迭代次数下误码率与调制子载波数量对应关系，进行ofdm频谱利用率分析；确定出在设定剪切率下频谱利用率最高的调制子载波数量。

6、进一步地，根据设定收敛迭代次数下的误码率与调制子载波数量的对应关系，建立误码率跟随调制子载波数量变化的误码率曲线；将误码率曲线中水平曲线拐点位置对应的调制子载波数量确定为在选定剪切率下频谱利用率最高的调制子载波数量。

7、进一步地，所述步骤s3中，包括：

8、1)设置gamp算法的初始收敛迭代次数；在初始收敛迭代次数下，改变调制子载波数量，重复进行步骤s1-s2，建立误码率跟随调制子载波数量变化的误码率曲线；

9、2)采用步进方式改变收敛迭代次数；并在每一个收敛迭代次数下，改变调制子载波数量，重复进行步骤s1-s2，建立对应的误码率跟随调制子载波数量变化的多条误码率曲线；

10、3)判断随着迭代次数的增加误码率曲线的水平曲线拐点位置是否趋于稳定；否，则继续迭代；是，则停止迭代，以当前的迭代次数下，误码率曲线的水平曲线拐点位置的子载波数量为频谱利用率最高的子载波数量。

11、进一步地，在发射端的ofdm信号产生过程中，包括：

12、1)根据设定的调制子载波数量，产生与调制子载波对应的发送信息的比特数据；

13、2)将发送信息的比特数据进行qam调制；

14、3)对qam调制信号进行分组补零；

15、4)对分组补零的qam调制信号进行ofdm调制；

16、5)对ofdm调制信号进行加cp；

17、6)对加cp后的ofdm信号进行剪切；

18、7)将剪切后的ofdm信号通过具有噪声的信道发送到接收端。

19、进一步地，对加cp后的ofdm信号进行剪切中，采用直接限幅的方式对ofdm信号进行剪切，采用的剪切率为：

20、其中sm是预先设置的限幅参数，x(t)表示多载波时域信号；n是ofdm信号的子载波数目；j是重叠因子。

21、本发明还公开了一种基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的装置，包括发送端、接收端和参数控制器；

22、所述发送端，用于ofdm信号调制和发送；通过对发送信息的ofdm波形参数进行控制，形成包括设定了调制子载波数量和设定了剪切率的ofdm信号；通过具有噪声的信道将ofdm信号发送到接收端；

23、所述接收端，用于ofdm信号接收和解调；并采用gamp算法对接收的ofdm信号进行迭代运算后恢复出发送信息；计算恢复出的发送信息的误码率；

24、所述参数控制器，用于进行发送端的ofdm波形参数控制和接收端的gamp算法参数控制；

25、通过参数控制器对发送端的调制子载波数量和接收端的gamp算法收敛迭代次数进行调整；根据获得的设定收敛迭代次数下误码率与调制子载波数量对应关系，进行ofdm频谱利用率分析；确定出在设定剪切率下频谱利用率最高的调制子载波数量。

26、进一步地，根据设定收敛迭代次数下误码率与调制子载波数量的对应关系，建立误码率跟随调制子载波数量变化的误码率曲线；将误码率曲线中水平曲线拐点位置对应的调制子载波数量确定为在选定剪切率下频谱利用率最高的调制子载波数量。

27、进一步地，发送端包括比特数据生成模块、ofdm调制模块和剪切模块；

28、所述比特数据生成模块，用于根据设定的数据子载波数量，产生与数据子载波对应的发送信息的比特数据；

29、所述ofdm调制模块，用于对发送信息的比特数据进行qam调制、分组补零、ofdm调制和加cp操作，输出ofdm调制信号；

30、所述剪切模块，用于对加cp后的ofdm信号进行剪切，得到剪切后的ofdm信号；

31、所述发送端通过有噪声的信道将剪切后的ofdm信号发送得到接收端。

32、进一步地，在剪切模块中，对加cp后的ofdm信号进行剪切中，采用直接限幅的方式对ofdm信号进行剪切，采用的剪切率为：

33、其中sm是预先设置的限幅参数，x(t)表示多载波时域信号；n是ofdm信号的子载波数目；j是重叠因子。

34、本发明还公开了一种ofdm系统，在ofdm系统的接收端利用gamp算法对接收的ofdm信号进行迭代运算恢复出发送信息；并且，ofdm系统的发送端中ofdm信号的调制子载波数量和接收端中gamp算法的收敛迭代次数，均采用如上所述的基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法进行确定。

35、本发明可实现以下有益效果之一：

36、本发明的基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法、装置及系统，通过确定出发射端中ofdm信号的调制子载波数量和接收端中gamp算法的收敛迭代次数，提高了ofdm系统的频谱利用率，明显降低了误码率。

技术特征：

1.一种基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法，其特征在于，

6.一种基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的装置，其特征在于，包括发送端、接收端和参数控制器；

7.根据权利要求6所述的基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的装置，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的装置，其特征在于，

9.根据权利要求6所述的基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的装置，其特征在于，

10.一种ofdm系统，其特征在于，在ofdm系统的接收端利用gamp算法对接收的ofdm信号进行迭代运算恢复出发送信息；并且，ofdm系统的发送端中ofdm信号的调制子载波数量和接收端中gamp算法的收敛迭代次数，均采用如权利要求1-5任一项所述的基于gamp算法的ofdm子载波数量优化的方法进行确定。

技术总结
本发明涉及一种基于GAMP算法的OFDM子载波数量优化的方法及装置；方法包括：在发送端，OFDM信号调制过程中，通过对发送信息的OFDM波形参数进行控制，形成包括设定了调制子载波数量和设定了剪切率的OFDM信号；通过具有噪声的信道将OFDM信号发送到接收端；在接收端，OFDM信号解调过程中，采用GAMP算法对接收的OFDM信号进行迭代运算后恢复出发送信息；计算恢复出的发送信息的误码率；调整调制子载波数量和GAMP算法的收敛迭代次数；获得在设定收敛迭代次数下误码率与调制子载波数量对应关系，进行OFDM频谱利用率分析；确定出在设定剪切率下频谱利用率最高的调制子载波数量。本发明提高了OFDM系统的频谱利用率，降低了误码率。

技术研发人员：王佳韵,杨超三,李金海,苏武海,王昊
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12