CN115001918B - 一种恒包络正交频分复用***多址接入方法 - Google Patents

一种恒包络正交频分复用***多址接入方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种恒包络正交频分复用(Constant Envelope OFDM，CE‑OFDM)的多址接入方法。本发明提出了一种用户载波偏移的多址接入方法，在CE‑OFDMA***中，通过不同用户进行不同的相位旋转，降低了用户间的数据混叠，减少用户间干扰，提升***性能。

Description

一种恒包络正交频分复用***多址接入方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于相位旋转的恒包络正交频分复用(Constant Envelope Orthogonal Frequency Division Multiplexing，CE-OFDM)的多址接入方法。
背景技术
正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)将OFDM和频分多址(frequency division multiple access，FDMA)技术结合，具有良好的抗多径效应和多用户干扰能力，已成为第3代到第五代移动通信、无线局域网等无线通信***的物理层多址接入方案。但OFDMA***发送信号较单载波波形存在过高的峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)，进而降低功率放大器的功率利用率，影响无线接入网络，特别是上行多址接入的有效覆盖范围。针对传统OFDM波形的高PAPR问题，CE-OFDM技术通过相位调制将OFDM时域符号进一步调制到恒包络载波信号的相位上，形成具有0dBPAPR特性的CE-OFDM基带发送波形，保证了功率放大器的工作效率。
虽然CE-OFDM中的相位调制操作降低了发送信号的PAPR波动，但非线性相位调制过程也破坏了子载波间的正交性，造成用户的子载波分量相互重叠，引入用户间干扰，从而导致***传输性能降低。针对用户间干扰问题，本发明提出了一种适用于CE-OFDM的新型多址接入方法。该方法通过改进用户载波偏移，缓解了用户间数据混叠，降低用户间干扰，可有效改善***传输性能。
发明内容
本发明提出了一种用户载波偏移的多址接入方法，不同用户通过不同的相位旋转，减少不同用户的子载波分量混叠，降低相位调制带来的用户间干扰，实现子带频分复用。
本发明的技术方案是：
在CE-OFDMA***中，其中子载波数为N，总用户数为U，过采样倍数为Q，每个用户所占用的子载波数为Ni＝N/U，有效子载波数Nc＝Ni/2,其中i＝1,2,...,U表示第i个用户。所述方法包括以下步骤：
发射端：
a1.数字调制：将第i个用户的信息比特映射为M阶QAM调制后得到调制信号
Figure BDA0003762039530000021
表示为
Figure BDA0003762039530000022
a2.对称映射：将Xi按照如下共轭对称格式进行放置，得到长度为NFFT＝NQ的频域符号
Figure BDA0003762039530000023
即
Figure BDA0003762039530000024
/>
其中，Nzp＝N(Q-1)，(·)*表示共轭，01×N表示一个一行N列的零向量；
a3.频域-时域变换：将
Figure BDA0003762039530000025
通过NFFT点IFFT变换生成第i个用户的时域OFDM符号
Figure BDA0003762039530000026
第i个用户第n个采样点上的信号xi[n]表示为：
Figure BDA0003762039530000027
a4.相位调制：将第i个用户的时域OFDM符号xi通过相位调制得到离散时域CE-OFDM信号
Figure BDA0003762039530000028
第i个用户第n个采样点上的信号si[n]表示为：
Figure BDA0003762039530000029
φi＝2πhCNxi[n]
其中，A为载波信号幅值，2πh为调制指数；
Figure BDA00037620395300000210
为归一化常数因子，其中/>
Figure BDA00037620395300000211
此时信号si的相位φi的方差为(2πh)2；
a5.时域-频域变换：将si通过NFFT点FFT变换生成第i个用户的频域信号
Figure BDA00037620395300000212
第i个用户第k个子载波上的信号Si[k]表示为：
Figure BDA00037620395300000213
a6.频域偏移：将Si向右偏移NSi＝Ni(i-1)个子载波得到
Figure BDA00037620395300000214
表示为
Figure BDA00037620395300000215
a7.频域-时域变换：将S'i通过NFFT点IFFT变换得到时域信号
Figure BDA0003762039530000031
第i个用户第n个采样点上的信号s'i[n]表示为：
Figure BDA0003762039530000032
a8.加入循环前缀(CP)得到基带发送信号
Figure BDA0003762039530000033
Figure BDA0003762039530000034
其中，NCP为循环前缀长度；
接收端：
b1.时域-频域变换：将接收信号去除CP并通过NFFT点FFT变换得到频域接收信号Y＝[Y(1),Y(2),…,
Figure BDA0003762039530000035
表示为
Y＝H1S'1+H2S'2+…+HUS'U+W
b2.用户分离：将频域接收信号Y进行分离得到
Figure BDA0003762039530000036
表示为：
Figure BDA0003762039530000037
/>
其中，Ki＝(i-2)Ni；
b3.均衡偏移：将Yi通过均衡得到均衡符号
Figure BDA0003762039530000038
接着同发送端操作相反，将/>
Figure BDA0003762039530000039
向左偏移NSi个子载波得到/>
Figure BDA00037620395300000310
表示为：
Figure BDA00037620395300000311
接着通过IFFT变换到时域，再利用反正切函数进行相位解调并通过FFT变换得到
Figure BDA00037620395300000312
最后对第i个用户的有效数据进行判决得到该用户的检测结果/>
Figure BDA00037620395300000313
本发明的有益效果是：在CE-OFDMA***中，通过不同用户进行不同的相位旋转，降低了用户间的数据混叠，减少用户间干扰，提升***性能。
附图说明
图1为本发明的***框图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：
实施例：
考虑一个上行CE-OFDM***，其中子载波数为N＝32，总用户数为U＝2，过采样倍数为Q＝2，每个用户所占用的子载波数为Ni＝N/U＝16，有效子载波数Nc＝Ni/2＝8，其中i＝1,2，采用QPSK调制。以用户2为例进行说明。所述方法包括以下步骤：
发射端：
1.数字调制：将用户2的发送比特序列映射为QPSK符号后得到调制信号
Figure BDA0003762039530000041
即
X(2)＝[0,0.7+0.7j,0.7+0.7j,-0.7-0.7j,0.7+0.7j,0.7-0.7j,-0.7-0.7j,-0.7-0.7j]T
2.对称映射：将X(2)按照如下共轭对称格式进行放置，得到长度为NFFT＝NQ＝64的频域符号
Figure BDA0003762039530000042
即
Figure BDA0003762039530000043
3.频域-时域变换：将
Figure BDA0003762039530000044
通过NFFT＝64点IFFT变换后生成第2个用户时域的OFDM符号
Figure BDA0003762039530000045
即
x(2)＝[0.021,0.054,0.082,…,0.009,-0.005,-0.001]T
4.相位调制：将上述用户2的时域OFDM符号x(2)通过相位调制得到离散时域CE-OFDM信号
Figure BDA0003762039530000046
令A＝1，2πh＝0.7，计算得/>
Figure BDA0003762039530000047
CN＝8.2624，则s(2)表示为
s(2)＝[0.992+0.126j,0.950+0.310j,0.888+0.458j,…,0.998+0.055j,0.999-0.315j,1.00-0.007j]T
5.时域-频域变换：将s(2)通过NFFT＝64点FFT变换后生成用户2的频域信号
Figure BDA0003762039530000048
即
S(2)＝[7.56+0.019j,-0.472+0.615j,-0.446+0.446j,…,-0.547-0.486j,0.568+0.506j,0.472+0.369j]T
6.频域偏移：将S(2)向右偏移NS(2)＝16个子载波得到
Figure BDA0003762039530000051
即
Figure BDA0003762039530000052
7.频域-时域变换：将S'(2)通过NFFT＝64点IFFT变换得到时域信号
Figure BDA0003762039530000053
即
s'(2)＝[0.124+0.015j,-0.038+0.118j,-0.111-0.057j,…,-0.007+0.124j,-0.124+0.003j,-0.001-0.125j]T
8.令NCP＝2，加入循环前缀得到基带发送信号
Figure BDA0003762039530000054
s'cp (2)＝[-0.124+0.003j,-0.001-0.125j,0.124+0.015j,-0.038+0.118j,,...,-0.124+0.003j,-0.001-0.125j]T
假设过高斯信道，不加噪声，则Y(2)＝S'(2)。
接收端：
此示例由于上述假设即可跳过步骤9和步骤10，直接进行步骤11操作。
11.均衡偏移：由于过高斯信道，则
Figure BDA0003762039530000055
那么/>
Figure BDA0003762039530000056
接着将/>
Figure BDA0003762039530000057
向左偏移NS(2)个子载波得到/>
Figure BDA0003762039530000058
即
Figure BDA0003762039530000059
接着通过IFFT变换到时域，再利用反正切函数进行相位解调并通过FFT变换得到
Figure BDA00037620395300000510
最后对第i个用户的有效数据进行判决得到该用户的检测结果/>
Figure BDA00037620395300000511
即
Figure BDA0003762039530000061
本发明中的方法通过不同用户进行不同的频域偏移，来降低用户间干扰。以本实施例为例，如果在步骤2时将不同用户映射到不同的频域，且步骤6不进行偏移，则为传统上行CE-OFDM多址接入方法，从步骤7能看出本发明中不同用户的直流分量被分开，同时相比传统上行CE-OFDM***，用户间的干扰更小。

Claims (1)

1.一种基于恒包络正交频分复用的多址接入方法，用于CE-OFDMA***，***中子载波数为N，总用户数为U，过采样倍数为Q，每个用户所占用的子载波数为Ni＝N/U，有效子载波数Nc＝Ni/2,其中i＝1,2,…,U表示第i个用户，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
发射端：
a1.数字调制：将第i个用户的信息比特映射为M阶QAM调制后得到调制信号
Figure FDA0003762039520000011
表示为
Xi＝[0,Xi(1),Xi(2),…,Xi(Nc-1)]T
a2.对称映射：将Xi按照如下共轭对称格式进行放置，得到长度为NFFT＝NQ的频域符号
Figure FDA0003762039520000012
即
Figure FDA0003762039520000013
其中，Nzp＝N(Q-1)，(·)*表示共轭，01×N表示一个一行N列的零向量；
a3.频域-时域变换：将
Figure FDA0003762039520000014
通过NFFT点IFFT变换生成第i个用户的时域OFDM符号
Figure FDA0003762039520000015
第i个用户第n个采样点上的信号xi[n]表示为：
Figure FDA0003762039520000016
a4.相位调制：将第i个用户的时域OFDM符号xi通过相位调制得到离散时域CE-OFDM信号
Figure FDA0003762039520000017
第i个用户第n个采样点上的信号si[n]表示为：
Figure FDA0003762039520000018
φi＝2πhCNxi[n]
其中，A为载波信号幅值，2πh为调制指数；
Figure FDA0003762039520000019
为归一化常数因子，其中/>
Figure FDA00037620395200000110
此时信号si的相位φi的方差为(2πh)2；
a5.时域-频域变换：将si通过NFFT点FFT变换生成第i个用户的频域信号
Figure FDA00037620395200000111
第i个用户第k个子载波上的信号Si[k]表示为：
Figure FDA0003762039520000021
a6.频域偏移：将Si向右偏移NSi＝Ni(i-1)个子载波得到
Figure FDA0003762039520000022
表示为
Figure FDA0003762039520000023
a7.频域-时域变换：将S'i通过NFFT点IFFT变换得到时域信号
Figure FDA0003762039520000024
第i个用户第n个采样点上的信号s'i[n]表示为：
Figure FDA0003762039520000025
a8.加入循环前缀得到基带发送信号
Figure FDA0003762039520000026
/>
s'cp i＝[s'i[NFFT-NCP+1],...,s'i[NFFT-1],s'i[0],s'i[1],...,s'i[NFFT-1]]T
其中，NCP为循环前缀长度；
接收端：
b1.时域-频域变换：将接收信号去除CP并通过NFFT点FFT变换得到频域接收信号
Figure FDA0003762039520000027
表示为
Y＝H1S'1+H2S'2+...+HUS'U+W
b2.用户分离：将频域接收信号Y进行分离得到
Figure FDA0003762039520000028
表示为：
Figure FDA0003762039520000029
其中，Ki＝(i-2)Ni；
b3.均衡偏移：将Yi通过均衡得到均衡符号
Figure FDA00037620395200000210
接着同发送端操作相反，将/>
Figure FDA00037620395200000211
向左偏移NSi个子载波得到/>
Figure FDA00037620395200000212
表示为：
Figure FDA00037620395200000213
接着通过IFFT变换到时域，再利用反正切函数进行相位解调并通过FFT变换得到
Figure FDA00037620395200000214
最后对第i个用户的有效数据进行判决得到该用户的检测结果/>
Figure FDA00037620395200000215
/>
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