一种ufmc系统中的主动干扰消除方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种UFMC系统中的主动干扰消除方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，LTE和它目前的演进形式以及WiFi都是用OFDM作为携载数据的基本 信号格式，OFDM是目前最重要的多载波调制技术。OFDM通过N个子载波把整个信道分割 成N个子信道进行并行传输信息。它主要有以下优点：第一，高的频谱利用率。OFDM各子 信道间不但没有保护频带，而且相邻信道间信号频谱的旁瓣是相互重叠的。此外，OFDM各 子信道可以采用不同的多进制调制方案，这进一步提高了系统的频谱效率。第二，实现过程 比较简单。可以采用基于FFT的方式实现调制和解调。第三，抗多径衰落能力强。通过将 整个信道划分为许多窄信道，各子信道上的衰落可以看成是近似平坦的，往往每个子信道 只需要单抽头的均衡器即可。虽是如此，OFDM有着很大的缺点：第一，较高的旁瓣电平。由 于各子载波在时域上进行了矩形加窗，对应的频谱呈sine形状，这通常会引起载波间的干 扰（ICI)和符号间的干扰（ISI);第二，OFDM系统峰均比较高，这会提高对射频电路中的放 大器的要求，从而增加成本；第三，OFDM对时频上的定位校准十分敏感，任何一点小的载波 频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起ICI，使系统整体性能下降。
[0003] 随着科技的迅速发展，未来无线移动通信系统有两大主流趋势：物联网和以小区 为中心到以用户为中心的转变，如果再采用严格的同步机制，必将会带来很大的信令开销 和系统能耗，应用到实际情况，会十分得不划算，因此该趋势决定着非严格的同步机制是未 来无线通信的主要发展方向。考虑到上面所述的OFDM系统只有在严格的同步下才能表现 出自身良好的特性，所以面对未来的需求，OFDM不再是主导技术，设计新型多载波调制技术 是一个亟待解决的问题。目前典型的技术方案有以下两种：
[0004] (1)FBMC(基于滤波组的多载波调制，Filter Bank based on Multi-Carrier):发 送端采用OQAM的映射方式，它将频谱划分成多个正交的子频带，然后对每个子载波进行滤 波操作。有着以下特点：a)有着较低的旁瓣电平，子载波间干扰较小；b)可以实现时频效率 为1，但前提是滤波器长度趋于无穷，这会带来新的问题：滤波器的上升和下降时间会使短 突发通信的效率很低，而短突发对于未来的MTC(Machine Type Communication)十分重要； c)采用的OQAM机制，不能直接与所有类型的MMO系统兼容；d)理论上，FBMC有着良好的 特性，但配置的时候，实际不可行。
[0005] (2)UFMC(一般滤波多载波调制，Universal Filtered Multi-Carrier):它将频谱 划分成一系列包含若干个子载波的子频带，然后对每个子频带进行滤波操作。有着以下特 点：a)支持分段频谱通信；b)与OFDM相比，频谱旁瓣电平少了几十个dB，很低；c)对于时 频偏移和载波间的干扰有着更高的鲁棒性；d)由于采用不严格的时频校准，所以降低了信 令开销，这也为接入引入了很多新的选择；e)关键在于滤波器的设计，具有一定的复杂度。
[0006] 考虑到UFMC技术的优势，又结合现有的主动干扰消除（AIC)的思想：它是基于频 谱池技术，适用于认知OFDM环境下的一种干扰抑制技术，认知用户将频谱池划分成若干个 数目的子载波，在紧邻主用户频段对应占据子载波的频谱两侧位置，放置一些调制特殊加 权因子的子载波，称之为干扰对消子载波，通过用加权因子对这些子载波进行调制，从而使 得认知用户的数据子载波，即最初发送数据信息调制的子载波，与干扰对消子载波在主用 户频段产生的带外干扰相互抵消，将干扰抑制到足够小，从而达到保护主用户通信的目的， 我们提出一种UFMC系统中的主动干扰消除方法，将UFMC的每个子频带当成认知OFDM中的 一个个的子载波，对其进行保护，从而使子频带间干扰达到更低。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提出一种创新方案，使UFMC系统整体性能更好。该方法不仅能够 保留UFMC系统本身的优点，而且能够提高通信质量，在一定程度上降低UFMC中滤波器的设 计复杂度。
[0008] UFMC系统中的主动干扰消除方法具体步骤如下：
[0009] 1)假设对第i个子频带造成的干扰来自于第i-Ι个子频带和第i+Ι个子频带，将 第i-1、i和i+Ι个子频带当成一个整体进行处理，该三个子频带所占据的子载波标号从左 到右依次为：[v3:v4]、[vl:v2]和[v5:v6];
[0010] 2)对原始比特流进行多进制调制映射
[0011] 分别对三个子频带上传送的原始比特流进行多进制调制映射，得到待经过UFMC 调制的编码比特流分别为x"、XjP X ^长度分别为V4-V3+1、V2-V1+1和V6-V5+1 ;
[0012] 3)干扰对消子载波调制数据的求解
[0013] 3. 1)对发送的频域符号进行IFFT变换后，得到对应的时域信号，然后对该时域信 号添加循环前缀，得到新的时域信号，并进行μ倍升采样，得到信号的频谱模型S，该频谱 模型表示为发送的频域符号与矩阵相乘的形式，将该矩阵定义为频谱系数矩阵Q ti;
[0014] 3. 2)第i-ι个子频带在第i个子频带两侧放置干扰对消子载波
[0015] 第i_l个子频带在第i个子频带两侧各放置C1个干扰对消子载波，通过最小 均方估计求解出第i_l个子频带所使用的干扰对消子载波调制的数据X le，使第i_l个 子频带的数据子载波和干扰对消子载波在第i个子频带处的总干扰最小，第i_l个子频 带的数据子载波造成的干扰用频谱系数矩阵Q ti的子矩阵与X "的乘积表示，该子矩阵所 在的行标号为[u*vl:u*v2]，列标号为[v3:v4]，干扰对消子载波造成的干扰用频谱系数 矩阵Q ti的子矩阵与X 1ε的乘积表示，该子矩阵所在的行标号为[u*vl:u*v2]，列标号为 卜1-(： 131-1^2+132+(31]，将乂11和父1￡作为第丨-1个子频带上新的数据信息乂 11，其中父11 =[0, · · ·，0, X11, 0, · · ·，0, Xlc, 0, · · ·，0] 1XN，N 为 IFFT 点数；
[0016] 3. 3)第i+Ι个子频带在第i个子频带两旁放置干扰对消子载波
[0017] 与第i-ι个子频带的求解过程一致，通过最小均方估计，求解出第i+Ι个子频带 所使用的干扰对消子载波调制的数据X#将L和X 作为第i+Ι个子频带上新的数据信息 Xi + l，其中 Xi + 1= [0, · · ·，0, X rc，0，· · ·，0, XrI, 0, · · ·，0] 1XN;
[0018] 4) UFMC的调制发送：
[0019] 通过步骤2)和步骤3)得到X1 p XjP X 1+1后，分别依次经过IFFT变换和滤波两个 过程进行调制发送；
[0020] 5)接收端的处理：
[0021] 5. 1)接收端对接收到的信号首先进行时域加窗预处理以及串并变换，得到并行信 号；
[0022] 5. 2)将得到的并行信号分别在相应的子频带上进行以下操作：首先通过与发送 端相匹配的滤波器，然后进行FFT变换，最后利用迫零均衡器消除ISI，得到新的数据信息 的估计值，去掉各个子频带使用的干扰对消子载波所调制的数据后，即可恢复出原始的数 据信息。
[0023] 所述的步骤3)中的3. 1)、3. 2)和3. 3)的具体步骤为：
[0024] 3. 1)定义1^ 表示对长度为d2的向量进行Cl1点傅里叶变换，矩阵中的元 素为
[0025] 其中m、η为元素下标；
[0026] 对发送的频域符号向量X = [X。，X1，…Xn J，做IFFT变换，得到变换后的时域X表 达式为
[0027] 其中，N为IFFT点数，（· Γ表示复共辄运算，f F 、为傅里叶变换矩阵；
[0028] 对每个UFMC符号加循环前缀，定义C矩阵如下：
[0029]
[0030] 其中，0为0矩阵，I为单位矩阵，NG为循环前缀的长度；
[0031] 将发送的时域信号X加上循环前缀之后，得到新的时域信号X'，X'的计算公式为 Xi = Cx ；
[0032] 对新的时域信号X'，进行μ倍升采样，得到信号的频谱模型S，S的计算公式为：
[0033]
[0034] 其中，μ为升采样因子，F UNX (N+NG) 为步骤3. 1)中定义的1?，d#uN，d^N+NG， (·广表示转置运算；
[0035] 定义维数为uNXN的频谱系数矩罔
[0036] 3. 2)第i-Ι个子频带在第i个子频带两旁放置干扰对消子载波
[0037] 第i-Ι个子频带在第i个子频带（[vl: v2])的两侧各放置C1个干扰对消子载波， 干扰对消子载波的位置为[Vl-C1: vl-1, vl: v2, v2+l: v2+cj，第i-Ι个子频带调制发送数据 的子载波标号为[v3:v4];
[0038] 数据子载波X11在第i个子频带产生的干扰为Q "X"T，干扰对消子载波调制的数据 Xlc在第i个子频带产生的干扰为Q 1εΧ1ετ，计算两种子载波产生的和干扰，计算公式为： _] I11= I Iq1cX1cVq1iX1itI I2
[0040] 其中，X11= [X1 >3)