[发明专利]一种基于SFME的时间反演正交频分复用无线通信方法

说明书

技术领域

发明属于无线通信技术领域，涉及正交频分复用无线通信技术，具体涉及一种基于子载波频域幅度均衡(Sub-Carrier Frequency-Domain Magnitude Equalization,SFME)的时间反演正交频分复用无线通信方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术利用频域相互正交的子载波调制并行数据，具有高的频谱效率。在实际通信中分别应用逆快速傅里叶变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)和快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)来实现正交调制及解调，可以减小系统复杂性。正交频分复用技术最大的优点在于即使在频率选择性衰落信道中依然可以获得高的性能，并且采用循环前缀可以抵抗子载波间干扰。然而，OFDM需要精确的信道估计，对频率偏移和时间同步都非常敏感，以及接收端进行的大量的数据处理都导致无线系统复杂结构和高造价。同时为了抵抗长多径时延产生的符号间干扰，过大的保护间隔会严重减低系统的效率。

为了解决OFDM系统存在的问题，可将时间反演(Time Reversal，TR)与OFDM相结合。TR在无线通信中获得了关注是由于其具有多径衰落抑制功能以及独特的时-空聚焦特性和环境自适应能力。TR可自动适应各种复杂的无线传输环境，不需要复杂的多径信号合并处理以及自适应算法，极大地简化接收机设计；更为重要的是，TR在抑制多径衰落的同时，能够充分地利用多径能量来提高信噪比、压缩脉冲扩展、减小符号间干扰、提高系统的通信容量。理论和实验研究表明，例如文献“Green wireless communications:A time-reversal paradigm”(IEEE Journal on Selected Areas in Communications.2011 September,29(8):1698–1710)，在多径丰富的环境中，TR技术的空间和时间聚焦效果比较明显，可以获得较好的信噪比增益及窄的主瓣宽度，对提高无线通信系统性能的效果十分显著。

然而，研究表明，例如文献“A numerical study on time-reversal electromagnetic wave for indoor ultra-wideband signal transmission”(Progress In Electromagnetics Research,2007,77:329-342)，常规TR不能完全消除多径影响。在TR聚焦波形相干叠加的主瓣两侧还存在许多小的旁瓣。这些旁瓣在高速率传输下，会与信号脉冲相互交叠。因此，常规TR不能显著地提高OFDM无线通信系统速率，抑制了无线系统向高性能方向上发展。为了克服常规TR技术的缺点，已提出了不同的均衡方式与之相结合，比如TR结合最小均方根误差(MMSE)以及TR结合迫零均衡(ZF)。这些技术都是将TR与其它均衡技术相结合，消弱相干多径影响，提高TR无线通信系统性能。但是随着数据速率的提高以及多径数目的增加，这些均衡技术的复杂度和计算量将会增加，不适应OFDM高速无线通信系统。

例如文献“Time reversal and zero-forcing equalization for fixed wireless access channels”(Signals,Systems and Computers,2005.Conference Record of the Thirty-Ninth Asilomar Conference on.IEEE,2005:1297-1301)提出将TR与迫零均衡(ZF)相结合。该技术是在确定信道冲击响应之后，利用有限冲击响应滤波器来模拟整个传输信道，然后利用迫零算法与TR技术相结合以达到信道均衡的目的。结果表明，该技术对相干多径的抑制好于常规TR技术，但是，过多的均衡器抽头数目会增加系统的复杂度，并且迫零均衡也没有考虑噪声的影响。