[发明专利]一种采用时域滤波的OFDM系统抗多径时变信道混合干扰方法

说明书

一种采用时域滤波的OFDM系统抗多径时变信道混合干扰方法，信号的时域滤波等效于Toeplitz加权矩阵操作，首先，针对Toeplitz加权矩阵W_T进行SINR的数学建模，得到各子载波SINR_m；为了通过优化算法得到Toeplitz加权矩阵W_T中的滤波器系数向量w_T，将SINR_m进一步转化为关于w_T的表示；接着，根据SINR和BER的理论转换公式，得BER_m，并将子载波平均BER设定为w_T优化问题的代价函数，采用梯度算法对代价函数进行最小化，得最优系数向量w_T，并重建得到Toeplitz矩阵W_T；最终，将该Toeplitz加权矩阵W_T用于OFDM系统接收端，对接收信号进行时域滤波处理。本发明能够有效地抑制多径时变衰落信道引起的干扰，改善系统BER性能。

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，适用于OFDM系统，是一种多径时变衰落信道下抗循环前缀(Cyclic Prefix,CP)不足引起的符号间干扰(Inter Symbol Interference,ISI)，以及多普勒频移引起的子载波间干扰(Inter-Carrier Interfence,ICI)的方法。该方法通过优化设计OFDM系统接收端的时域滤波器，或者等效于优化一个Toeplitz加权矩阵，能够有效地抑制多径时变衰落信道引起的混合ISI/ICI干扰，改善系统BER性能。

背景技术

4G时代，OFDM作为一种成熟的多载波技术，已被广泛地应用于LTE-A、Wi-Fi等无线通信系统中。目前，正处于4G向5G的演进发展阶段，OFDM也得到了大量关注，相关研究有基于OFDM的改进波形技术、智能通信等。在OFDM系统中，一般采用循环前缀(cyclic prefix,CP)来防止信道时延产生的ISI问题。若信道环境的随机性使得最大多径时延超过了CP长度，对于采用OFDM系统的快速移动用户，则会面临ICI和ISI引起的严重性能恶化问题。

针对多径信道下因CP不足而产生的干扰问题，相关研究提出了信道压缩技术，其中经典的方法以最大压缩信噪比(Maximum Shortening Signal Noise Ratio,MSSNR)为准则。该方法通过优化设计来得到一组缩短脉冲响应滤波器(Shortened Impulse ResponseFilter,SIRF)系数用于OFDM系统接收端，采用时域滤波(均衡)来缩短信道的冲激响应，使其时延扩展不再大于CP长度，从而消除ISI。这组SIRF滤波用矩阵描述的话就是一个Toeplitz矩阵乘操作。但是由于信道时变性，当前时刻设计的SIRF并不适用于其他时刻，导致抗干扰效果较差。对于时变信道导致的ICI，经典方法是采用全维加权矩阵乘，但是当CP不足以对抗多径信道时，抗干扰效果较差。因此，对于多径时变信道，存在混合干扰，包括CP不足引起的ISI和信道时变引起的ICI，无法通过单纯的时域滤波或者全维加权矩阵方法去解决。

发明内容

为了解决多径时变信道下抗混合干扰(ISI和ICI)的问题，本发明提出了一种时域滤波方法，即采用时域滤波的OFDM系统抗多径时变信道混合干扰方法。由于时域滤波也可以等效为对信号做Toeplitz矩阵加权乘法操作，本方法也可以称为采用Toeplitz加权矩阵的OFDM系统抗多径时变信道混合干扰方法。

时域滤波等效的Toeplitz矩阵用于OFDM接收机傅立叶变换前进行信号加权，其想法来源于Toeplitz矩阵的加权可以理解为信道系数与Toeplitz矩阵列向量的卷积，即等效实现了SIRF时域滤波功能，同时时域滤波对应的Toeplitz矩阵加权可以理解为非全维矩阵加权，有望能处理信道时变问题。核心是怎么设计时域滤波器系数或者说Toeplitz矩阵元素，使得时域滤波/Toeplitz矩阵加权同时实现SIRF功能和抗时变信道干扰的矩阵加权功能。不失一般性，我们不再区分时域滤波和Toeplitz加权矩阵的概念。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：