CN101123449A - 干扰消除方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干扰消除方法和装置，其核心是：将接收的有用数据块后面的PN序列叠加到有用数据块的开始位置，以保证有用数据块和信道的多径时延间形成循环卷积关系；同时，将PN序列经过信道的多径时延造成的干扰看成是PN序列和信道多径时延的循环卷积；这样，可以通过快速傅立叶变换/反变换处理直接复制PN序列经过信道多径时延的信号，从而避免现有技术中的线性卷积运算，减少了接收处理过程中复杂的运算，使接收处理过程比较简单。

Description

干扰消除方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种干扰消除技术。

背景技术

正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multplexing)技术能够将所传输的数据符号并行调制在相互之间重叠正交的多个子载波上来传输。所述OFDM技术适用于多径无线信道环境下高速率数据的传输，其具有如下特点：

一方面，数据符号串并变换会使每个子载波上的符号周期相对地增长，可以最大限度地减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对***造成的影响，避免频率选择性衰落；另一方面，子载波之间正交，可以有效利用带宽，提高***容量。再者，为了避免符号之间的符号干扰，在符号之间***循环前缀或者保护间隔，消除由于多径效应而引起的符号间干扰。

利用OFDM技术的通信***(简称OFDM***)较一般的单载波通信***能更充分利用频带，得到更高的数据传输速率。OFDM技术已经在许多通信领域得到了应用。例如，欧洲数字音频广播(DAB，Digital audiobroadcast)标准采用了带差分相位调制的OFDM技术，数字视频广播(DVB，Digital Video Broadcast)标准包含了多幅度调制的OFDM技术，有线电话网上基于现有铜双绞线的非对称数字用户环路(ADSL，AsymmetricalDigital Subscriber Loop)、基于5G频段的高速无线接入局域网的标准802.11a和HIPERLAN II也采用了正交幅度调制(QAM，QuadratureAmplitude Modulation)的OFDM技术，等等。

与本发明相关的现有技术是地面数字多媒体广播***(DMB-T)，其采用的核心技术是时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)技术，它在时域保护间隔位置填充具有良好自相关性的PN序列，生成如附图1所示结构的TDS-OFDM符号，接收端利用保护间隔中的PN序列进行同步和信道估计，并消除由于多径时延造成的PN序列对有用数据的干扰影响后，进行傅立叶变换(IDFT)和解调。

DMB-T中，消除由于多径时延造成的PN序列对有用数据的干扰影响的方法如下：

首先要利用接收到的PN序列(长度为G)通过相关运算得到多径信道的时域响应(长度为L)，通过已知PN序列和时域响应进行卷积运算得到长度为L+G-1的PN序列干扰信号，然后利用其对接收到的OFDM符号进行PN序列干扰消除，得到保护间隔内近似零填充的OFDM符号，并将有用数据的多径时延叠加到有用数据块的开始位置，最后，进行傅立叶变换和解调。

由现有技术的技术方案可以看出，由于发送端在保护间隔中传输PN序列，因此接收端进行接收处理时，为了消除PN序列的影响，需要进行线性卷积运算，实现过程比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种干扰消除方法和装置，通过本发明，避免了现有技术中在接收处理接收信号时进行线性卷积运算的复杂操作。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

A、根据未经过信道多径时延干扰的PN序列，以及经过信道估计处理后得到的信道估计响应计算频域干扰数据，并经过快速傅立叶反变换处理得到相应的时域干扰数据；

B、将在接收有用数据块后接收的PN序列叠加到所述有用数据块的开始位置，并利用所述时域干扰数据消除经过信道多径延时后的PN序列对有用数据造成的干扰。

所述步骤A具体包括：

A1、对未经过信道多径时延干扰的PN序列进行快速傅立叶变换处理，得到对应的频域PN序列数据；

A2、对经过信道估计处理后得到的信道估计响应进行转换和/或抽样处理，得到信道频域响应序列；

A3、将所述频域PN序列数据和所述信道频域响应序列进行相乘计算，并将计算结果进行快速傅立叶反变换处理得到相应的时域干扰数据。

步骤A2包括：

对估计得到的信道时域响应序列进行傅立叶变换，得到相应的信道频域响应序列；或，

对估计得到的信道时域响应序列进行傅立叶变换，得到相应的频域响应序列，然后对所述频域响应序列每隔一定的样点进行抽取，得到相应的信道频域响应序列；或，

对估计得到的信道频域响应序列，每隔一定的样点进行抽取，得到相应的信道频域响应序列。

在所述步骤B之前还包括：

将接收信号转换为基带信号，并利用有用数据前面的PN序列进行同步处理，确定出有用数据块的开始位置；

从有用数据块的开始位置开始向后抽取样点，并对所述样点进行串并转换处理，然后按照所述样点的抽取的先后顺序将其划分为接收的有用数据块和接收的有用数据后面的PN序列。

所述步骤B包括：

根据设定的PN序列叠加长度将接收的有用数据块后的PN序列叠加到所述有用数据块的开始位置，并利用所生成的新序列减去所述时域干扰数据。

所述设定的PN序列叠加长度包括：

保护间隔长度，或根据获得的信道估计响应而设定的长度。

本发明还提供一种干扰消除装置，包括：频域干扰数据计算模块、快速傅立叶反变换模块和干扰消除器；

所述频域干扰数据计算模块，用于根据未经过信道多径时延干扰的PN序列，以及经过信道估计处理后得到的信道估计响应计算频域干扰数据；

所述快速傅立叶反变换模块，用于对所述得到的频域干扰数据进行快速傅立叶反变换处理，得到相应的时域干扰数据；

所述干扰消除器，用于将接收的有用数据块后的PN序列叠加到所述有用数据块的开始位置，并利用所述时域干扰数据消除经过信道多径延时后的PN序列对有用数据造成的干扰。

所述装置还包括：

快速傅立叶变换模块，用于将未经过信道多径时延干扰的PN序列进行快速傅立叶变换处理，得到的频域PN序列数据，并将其发送给所述频域干扰数据计算模块。

所述装置还包括：信道估计模块和信道频域响应序列计算模块；

所述信道估计模块，用于利用接收信号中的PN序列进行信道估计，得到信道估计响应，并将信道估计响应发送给所述信道频域响应序列计算模块；

所述信道频域响应序列计算模块，用于根据所述信道估计响应进行转换和/或抽样处理得到信道频域响应序列，并将所述信道频域响应序列传送给所述频域干扰数据计算模块。

所述装置还包括：

同步处理模块，用于对接收信号中包含的PN序列进行同步处理，确定出有用数据块的开始位置。

所述装置还包括：

串并转换处理模块，用于从有用数据块的开始位置开始向后抽取样点，并对所述样点进行串并转换处理，然后按照所述样点的抽取的先后顺序将其划分为接收的有用数据块和接收的PN序列。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过将接收的有用数据块后面的PN序列叠加到有用数据块的开始位置，保证了有用数据块和信道的多径时延间形成循环卷积关系，同时，将PN序列经过信道的多径时延造成的干扰看成是PN序列和信道多径时延的循环卷积；这样，可以通过快速傅立叶变换/反变换处理直接复制PN序列经过信道多径时延的信号，从而避免现有技术中的线性卷积运算，减少了接收处理过程中复杂的运算。

附图说明

图1为背景技术中TDS-OFDM符号结构；

图2为本发明提供的第一实施例的流程图；

图3为本发明提供的第二实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供的第一实施例是一种干扰消除方法，其主要是通过叠加处理将PN序列经过信道多径时延造成对有用数据的干扰从PN序列和信道多径时延间的线性卷积关系转换成循环卷积关系，从而避免现有技术中的线性卷积运算。

假设定义N为子载波数(有用数据块长度)，G为保护间隔长度(发送PN序列长度)，PN序列时域表达式为p(m)，m＝0，1，…，G-1。接收端对接收到的每一个OFDM符号的接收处理过程如图2所示，如下：

步骤1，接收端接收到接收信号后，首先对所述接收信号进行射频处理和模数变换(A/D)处理，使接收信号转换成基带信号，其中包括了接收到的PN序列；然后利用所述接收到的PN序列进行同步处理和信道估计处理，确定出有用数据块的开始位置，并得到信道估计响应。

步骤2，对所述信道估计响应进行转换处理，得到信道频域响应序列(G点)H，计算方法包括如下几种形式：

1、假设通过信道估计模块已经估计得到信道时域响应 $\hat{h}\left(l\right),l=\mathrm{0,1}\·\·\·L-1,$ 对

进行G点傅立叶变换。当L＜G时，先在

后面进行补零处理；当L＞G时，先对

进行截短处理。

2、如果N是G的整数倍，假设已经估计得到信道时域响应 $\hat{h}\left(l\right),l=\mathrm{0,1},\·\·\·L-1,$ 对

进行N点快速傅立叶变换，得到N点的信道频域响应

对

每隔N/G个样点取值：

$H\left(m\right)=\hat{H}(m*N/G),m=\mathrm{0,1},\·\·\·,G-1$

3、如果N是G的整数倍，假设已经估计得到信道频域响应 $\hat{H}\left(n\right),n=\mathrm{0,1},\·\·\·N-1,$ 对估计得到的N点信道频域响应进行类似2)中的抽取处理：

$H\left(m\right)=\hat{H}(m*N/G),m=\mathrm{0,1}\·\·\·,G-1$

在执行上述步骤的之前或同时，还进行如下操作：

步骤3，对未经过多径信道干扰的PN序列(G点)进行快速傅立叶变换处理，得到对应的频域PN序列数据P：

P＝FFT^G(p(m))

经过上述处理之后，得到G点信道频域响应序列H和G点频域PN序列数据P。本发明可以不对每个OFDM符号都进行上述步骤3的处理，如可以对第一个OFDM符号进行上述步骤3的处理，然后，将处理得到的频域PN序列数据P保存起来，这样，在对以后的OFDM符号进行处理时，可以直接使用保存的频域PN序列数据P。

之后执行步骤4，对经过步骤1和2得到的G点信道频域响应序列H和经过步骤3得到的G点频域PN序列数据P相乘，然后进行快速傅立叶反变换处理得到时域干扰数据I，其表达式如下：

I＝IFFT(P·H)

在进行上述过程的同时，执行如下的步骤5。

步骤5，从有用数据块的开始位置开始向后抽取样点，并对所述样点进行串并转换处理，然后按照所述样点的抽取的先后顺序将其划分为接收的有用数据块和接收的PN序列。

步骤5中，从有用数据块的开始位置取N+M个样点r(i)，i＝0，1，…，N+M-1，其中M满足0＜M≤G，这样r(i)就包括接收的有用数据块即IFFT块数据(r的前N个样点)和接收的PN序列(r的后M个样点)。当M＜G时，所述接收的PN序列指部分PN序列；当M＝G时，所述接收的PN序列指整个PN序列。接着，将所述r(i)进行串并转换处理，并将其划分为两部分：接收的IFFT块数据r_IFFT即有用数据块(长度为N)和接收的PN序列r_PN(长度为M)。

经过上述处理过程，得到了时域干扰数据I、接收的IFFT块数据r_IFFT(长度为N)和接收的PN序列r_PN(长度为M)。之后，利用上述数据消除PN序列对有用数据块的影响，具体实施过程如下：

步骤6，将IFFT块接收数据r_IFFT(有用数据块)从开始位置加上接收PN序列r_PN，然后减去步骤4产生的时域干扰数据I，得到消除了PN序列影响的数据序列

(长度为N)。用公式表示为：

$\tilde{r}\left(n\right)=r_{\mathrm{IFFT}}+r_{\mathrm{PN}}-I=\left\{\begin{array}{cc}r\left(n\right)+r(n+N)-I\left(n\right)& 0\≤n\≤M-1\\ r\left(n\right)-I\left(n\right)& M\≤n\≤G-1\\ r\left(n\right)& G\≤n\≤N-1\end{array}\right.$

具体叠加的PN序列长度可以固定为保护间隔长度，也可以根据信道估计值设定。

步骤7，对消除了PN序列影响的数据序列

进行后续处理，包括快速傅立叶变换(FFT)，信道均衡和星座解映射等等。其处理过程与传统的OFDM解调过程一样，这里不再详细描述。

本发明提供的第二实施例是一种干扰消除装置，其应用在时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)***中，用于对接收到的接收信号受到的多径信道的干扰进行消除处理。其结构如图3所示，包括

射频处理和模数变换(A/D)处理模块210、同步处理模块211、信道估计模块212、信道频域响应序列计算模块213、快速傅立叶变换(FFT)模块214、频域干扰数据计算模块215、快速傅立叶反变换(IFFT)模块216、S/P处理模块217和干扰消除器218。

假设定义N为子载波数(有用数据块长度)，G为保护间隔长度(发送PN序列长度)，PN序列时域表达式为p(m)，m＝0，1，…，G-1。接收到的每一个OFDM符号在所述干扰消除装置中的各个器件间的传递以及处理情况如下：

接收端接收到接收信号后，首先通过射频处理和模数变换(A/D)处理模块210对所述接收信号进行射频处理和模数变换(A/D)处理，使接收信号转换成基带信号，其中包括了接收到的PN序列；

通过同步处理模块211利用所述接收到的PN序列对所得到的基带信号进行同步处理，确定出有用数据块的开始位置；

通过信道估计模块212利用所述接收到的PN序列对所得到的基带信号进行信道估计处理，得到信道估计响应。

通过信道频域响应序列计算模块213对所述信道估计响应进行转换处理，得到信道频域响应序列(G点)H，然后将所述信道频域响应序列(G点)H送入频域干扰数据计算模块215。

其中，信道频域响应序列(G点)H的计算方法包括如下几种形式：

1、假设通过信道估计模块已经估计得到信道时域响应 $\hat{h}\left(l\right),l=\mathrm{0,1},\·\·\·L-1,$ 对

进行G点傅立叶变换。当L＜G时，先在后面进行补零处理；当L＞G时，先对

进行截短处理。

2、如果N是G的整数倍，假设已经估计得到信道时域响应 $\hat{h}\left(l\right),l=\mathrm{0,1},\·\·\·L-1,$ 对进行N点快速傅立叶变换，得到N点的信道频域响应

对

每隔N/G个样点取值：

$H\left(m\right)=\hat{H}(m*N/G),m=\mathrm{0,1},\·\·\·,G-1$

3、如果N是G的整数倍，假设已经估计得到信道频域响应 $\hat{H}\left(n\right),n=\mathrm{0,1},\·\·\·N-1,$ 对估计得到的N点信道频域响应进行类似2)中的抽取处理：

$H\left(m\right)=\hat{H}(m*N/G),m=\mathrm{0,1},\·\·\·,G-1.$

所述快速傅立叶变换(FFT)模块214按照如下公式，对未经过多径信道干扰的PN序列(G点)进行快速傅立叶变换处理，得到对应的频域PN序列数据P，并将其送入频域干扰数据计算模块215。

P＝FFT^G(p(m))

所述频域干扰数据计算模块215将得到的频域PN序列数据P和信道频域响应序列H相乘，然后将结果送入IFFT模块216进行快速傅立叶反变换处理得到时域干扰数据I，然后将其输送给干扰消除器218。所述时域干扰数据I的表达式如下：

I＝IFFT(P·H)

S/P处理模块217从有用数据块的开始位置取N+M个样点r(i)，i＝0，1，…，N+M-1，其中M满足0＜M≤G，这样r(i)就包括接收的IFFT块数据(r的前N个样点)和接收的PN序列(r的后M个样点，当M＜G时，所述接收的PN序列指部分PN序列；当M＝G时，所述接收的PN序列指整个PN序列。)。接着，将所述r(i)进行串并转换处理，并将其划分为两部分：接收的IFFT块数据r_IFFT(长度为N)和接收的PN序列r_PN(长度为M)，最后输送给干扰消除器218。

所述干扰消除器218按照如下的公式，将IFFT块接收数据r_IFFT从开始位置加上接收PN序列r_PN，然后减去时域干扰数据I，得到消除了PN序列影响的数据序列

(长度为N)，并将其输出。公式表示为：

$\tilde{r}\left(n\right)=r_{\mathrm{IFFT}}+r_{\mathrm{PN}}-I=\left\{\begin{array}{cc}r\left(n\right)+r(n+N)-I\left(n\right)& 0\≤n\≤M-1\\ r\left(n\right)-I\left(n\right)& M\≤n\≤G-1\\ r\left(n\right)& G\≤n\≤N-1\end{array}\right.$

具体叠加的PN序列长度可以固定为保护间隔长度，也可以根据信道估计值设定。

由上述本发明提供的具体实施例可以看出，本发明中，将接收的有用数据块后面的PN序列叠加到有用数据块的开始位置，保证有用数据块和信道的多径时延间形成循环卷积关系；同时，将PN序列经过信道的多径时延造成的干扰看成是PN序列和信道多径时延的循环卷积；这样，可以通过快速傅立叶变换/反变换处理直接复制PN序列经过信道多径时延的信号，从而避免现有技术中的线性卷积运算，减少了接收处理过程中复杂的运算，使接收处理过程比较简单。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种干扰消除方法，其特征在于，包括：

A、根据未经过信道多径时延干扰的PN序列，以及经过信道估计处理后得到的信道估计响应计算频域干扰数据，并经过快速傅立叶反变换处理得到相应的时域干扰数据；

B、将在接收有用数据块后接收的PN序列叠加到所述有用数据块的开始位置，并利用所述时域干扰数据消除经过信道多径延时后的PN序列对有用数据造成的干扰。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：

A1、对未经过信道多径时延干扰的PN序列进行快速傅立叶变换处理，得到对应的频域PN序列数据；

A2、对经过信道估计处理后得到的信道估计响应进行转换和/或抽样处理，得到信道频域响应序列；

A3、将所述频域PN序列数据和所述信道频域响应序列进行相乘计算，并将计算结果进行快速傅立叶反变换处理得到相应的时域干扰数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A2包括：

对估计得到的信道时域响应序列进行傅立叶变换，得到相应的信道频域响应序列；或，

对估计得到的信道时域响应序列进行傅立叶变换，得到相应的频域响应序列，然后对所述频域响应序列每隔一定的样点进行抽取，得到相应的信道频域响应序列；或，

对估计得到的信道频域响应序列，每隔一定的样点进行抽取，得到相应的信道频域响应序列。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在所述步骤B之前包括：

将接收信号转换为基带信号，并利用有用数据前面的PN序列进行同步处理，确定出有用数据块的开始位置；

从有用数据块的开始位置开始向后抽取样点，并对所述样点进行串并转换处理，然后按照所述样点的抽取的先后顺序将其划分为接收的有用数据块和接收的有用数据后面的PN序列。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：

根据设定的PN序列叠加长度将接收的有用数据块后的PN序列叠加到所述有用数据块的开始位置，并利用所生成的新序列减去所述时域干扰数据。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述设定的PN序列叠加长度包括：

保护间隔长度，或根据获得的信道估计响应而设定的长度。

7.一种干扰消除装置，其特征在于，包括：频域干扰数据计算模块、快速傅立叶反变换模块和干扰消除器；

所述频域干扰数据计算模块，用于根据未经过信道多径时延干扰的PN序列，以及经过信道估计处理后得到的信道估计响应计算频域干扰数据；

所述快速傅立叶反变换模块，用于对所述得到的频域干扰数据进行快速傅立叶反变换处理，得到相应的时域干扰数据；

所述干扰消除器，用于将接收的有用数据块后的PN序列叠加到所述有用数据块的开始位置，并利用所述时域干扰数据消除经过信道多径延时后的PN序列对有用数据造成的干扰。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

快速傅立叶变换模块，用于将未经过信道多径时延干扰的PN序列进行快速傅立叶变换处理，得到的频域PN序列数据，并将其发送给所述频域干扰数据计算模块。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：信道估计模块和信道频域响应序列计算模块；

所述信道估计模块，用于利用接收信号中的PN序列进行信道估计，得到信道估计响应，并将信道估计响应发送给所述信道频域响应序列计算模块；

所述信道频域响应序列计算模块，用于根据所述信道估计响应进行转换和/或抽样处理得到信道频域响应序列，并将所述信道频域响应序列传送给所述频域干扰数据计算模块。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

同步处理模块，用于对接收信号中包含的PN序列进行同步处理，确定出有用数据块的开始位置。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括：

串并转换处理模块，用于从有用数据块的开始位置开始向后抽取样点，并对所述样点进行串并转换处理，然后按照所述样点的抽取的先后顺序将其划分为接收的有用数据块和接收的PN序列。

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