专利名称：正交频分复用系统中降低单频或窄带干扰影响的方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及正交频分复用(OFDM)通信系统中降低单频和窄带干扰的方法。
背景技术：
正交频分复用(OFDM)技术以其高效的频谱利用率、良好的抗多径衰落性能而被认为是第四代移动通信4G的核心技术之一。OFDM的基本原理就是把高速的数据流通过串并转换，分配到传输速率相对较低的若干个相互正交的子信道中进行传输。OFDM技术作为一种宽带调制技术，在实际的无线信道传输时势必容易受到单频信号和窄带调制信号的干扰。传统的方法是对信道进行监听，然后选择可靠的子载波频点进行数据传输。但该方法实现复杂，并且在远程通信中尤其在面临复杂的信道传输环境时，频率选择性衰落现象不利于对信道的监听。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种正交频分复用系统中降低单频或窄带干扰影响的方法，不需要对信道进行额外的监听和跟踪。本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种正交频分复用系统中降低单频或窄带干扰影响的方法，包括以下步骤:通过应用环境的信道模型仿真确定判决干扰的门限；计算每个子载波的信道状态信息；估算在无单频或窄带干扰情况下的信道状态信息平均值；根据每个子载波的信道状态信息与所述门限的比较结果确定每个子载波的软信息加权因子；以及根据每个子载波的软信息加权因子计算每个子载波的加权后软信肩、O在本发明的一实施例中，计算每个子载波的信道状态信息的步骤包括，每个子载波幅度增益的平方IHkI2。在本发明的一实施例中，估算在无单频或窄带干扰情况下的信道状态信息平均值的步骤中，剔除依据一判决门限判定为强干扰点的子载波。在本发明的一实施例中，根据每个子载波的信道状态信息与所述门限的比较结果确定每个子载波的软信息加权因子的步骤包括:当子载波的信道状态信息小于判决干扰的第一门限与信道状态信息平均值的乘积时，令所述子载波的软信息加权因子等于信道状态信息；当信道状态信息大于第一门限与信道状态信息平均值的乘积时，离开第一门限与信道状态信息平均值的乘积越远的子载波，其软信息加权因子越小。在本发明的一实施例中，根据每个子载波的信道状态信息与所述门限的比较结果确定每个子载波的软信息加权因子的步骤还包括:当子载波的信道状态信息超过第二门限与信道状态信息平均值的乘积时，则令软信息加权因子为零。在本发明的一实施例中，所述第一门限和第二门限由应用的信道环境下信道状态信息的概率分布函数确定。
在本发明的一实施例中，根据每个子载波的软信息加权因子计算每个子载波的加权后软信息之后还包括:将软信息输入译码器进行译码。在本发明的一实施例中，所述译码器为维特比译码器。本发明由于采用以上技术方案，利用信道均衡获得的CSI参数进行抗干扰处理，不需要对信道进行额外的监听和跟踪，不影响数据的帧结构，便于实现；而且本发明通过子载波信号的强弱对译码的软信息进行加权，利用译码的特性消除窄带干扰的影响，不需要对传输的子载波频点进行精确选择，有利于实际应用。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明，其中:图1示出本发明一实施例的降低单频或窄带干扰影响的方法流程图；图2是根据本发明一实施例的信道状态信息的计算流程框图；图3是根据本发明一实施例的估算信道状态信息平均值M的流程图；图4是加权因子Wk与|Hk|2的映射曲线；图5A、图5B是无干扰情况下的I Hk |2分布图；图6是在单频干扰下使用信道状态信息和不使用信道状态信息的译码性能仿真图；图7是在802.1la基础上不同信道状态信息处理方法的译码性能仿真图。
具体实施例方式本发明下面描述的实施例在频率选择性衰落情况严重的条件下，采用一种简单易实现的方法解决单频或窄带干扰影响数据解调的问题。概要地说，本发明的实施例对信道估计获取的信道状态信息(CSI)进行限幅等处理，以此作为译码的软信息加权因子，通过降低干扰点对译码性能的贡献，实现对干扰频率的抑制作用。如本领域技术人员所知，信道状态信息被定义为每个子载波的信噪比。显然，在频率选择性衰落信道中每个子载波的信噪比是不尽相同的。由于对噪声功率的估计比较困难，在信号衰落变化比较慢的信道中，通常可以使用每个子载波幅度增益的平方I Hk 12来直接代替信道状态信息，以简化运算。在白噪声情况下，IHkI2能较好地反映信道衰落的情况。在下面的描述中，IHk12应理解为对信道状态信息(CSI)的简化代替。在802.1la协议中，利用接收到的长前导符号与本地长前导符号比较，获得每个子载波的信号幅频变化。在没有单频干扰或窄带干扰的情况下，可以认为具有较大IHkI2的子载波具有更高的可信度。将其作为译码软信息的加权因子能有效提高译码结果的性能。根据本发明的实施例，依据传输环境对应的|Hk|2概率分布函数确定判决干扰的门限，对超过门限的软信息进行折线处理，以降低大信号对译码的影响。以下对本发明的具体实施作进一步详细描述。图1示出本发明一实施例的降低窄带干扰影响的方法流程图。参照图1所示，方法包括以下步骤:在步骤101，通过应用环境的信道模型仿真确定判决干扰的门限。
例如在一实施例中，门限分为第一门限hi和第二门限h2，其中hi < h2。若|Hk|2< hl，则认为该频点未受干扰或者说干扰对其的影响可忽略不计；若|Hk|2 > h2，则认为该频点确定受到单频干扰；若IHkI2处于hi和h2之间的区域为模糊区，不能确定该频点是否受到干扰。hi和h2由应用的信道环境下CSI的概率分布函数确定，通常hi需要大于90%以上的CSI。以GSM05.05中的山区模型为例，在无单频或窄带干扰的情况下通过仿真结果(见图5A、5B)可知I Hk 12大部分分布在其平均值的4倍以内，极少数分布在平均值的8倍以上。在这一例子中，可以将|Hk|2按其平均值归一化后的判决门限hi和h2分别设为4和8。在步骤102，计算每个子载波的信道状态信息。如前所述，使用每个子载波幅度增益的平方IHkI2来直接代替信道状态信息，以简化运算。图2示出|Hk|2的示例性计算过程，这一过程即为OFDM系统中的信道均衡模块中执行的过程。将接收到的数据进行FFT运算后，输入图2所示装置获得两个长前导的频域符号T1、T2，将Tl、Τ2相加后与本地长前导的频域符号TO共扼(符号为*)相乘得到2Hk* | T012，对其求模运算并按本地长前导TO的幅度归一化后即为所求的信道状态信息|Hk|2。在步骤103，估算在无单频或窄带干扰情况下的信道状态信息平均值。这一步骤的重要特征是，剔除判定为强干扰点的子载波。强干扰点可以依据一判决门限来判定。这是考虑到在有强干扰信号时IHkI2的平均值可能会有较大的提高。一旦使用大幅增大后的平均值会使实际的判决门限hi和h2抬高，从而无法滤除某些影响较大的干扰信号。同时平均值的提高会导致归一化后的小信号载波的数据精度降低，影响译码效果。图3中示出估算在无单频或窄带干扰情况下的|Hk|2平均值M的流程。参照图3所示，流程包括以下步骤:首先在步骤301计算所有子载波|Hk|2的平均值Ml。然后在步骤303对|Hk|2进行判断，若|Hk|2 >A*M1，则认为子载波K为强干扰点，剔除该频点(步骤304)。若所有|Hk|2 < A*M1，即在步骤306判断没有剔除过频点，则认为当前所求得的平均值M’即为所需要的M，退出M值的估计(步骤309)。剔除强干扰点后计算剩余子载波的|Hk|2平均值M’(步骤307)，然后经步骤308返回，重新对IHk|2进行判断，直到剔除所有强干扰点。强干扰点的判决门限A由窄带干扰带宽和信道带宽的比值确定。例如信道带宽为10MHz，窄带干扰带宽为ΙΟΟΚΗζ，则可以将A设为10。在该情况下干扰对M的影响< 0.1，对译码的性能影响可以忽略。在步骤104，根据每个子载波的信道状态信息与门限的比较结果确定每个子载波的软信息加权因子。设定判决干扰的第一门限，当信道状态信息小于第一门限与平均值M的乘积时，软信息加权因子等于信道状态信息，当信道状态信息大于第一门限与平均值M的乘积时，离开第一门限与平均值M的乘积越远的子载波，其软信息加权因子越小。另外可设定判决干扰的第二门限(大于第一门限)，一旦信道状态信息超过第二门限与平均值M的乘积，则对应子载波的软信息忽略不计，即软信息加权因子基本上为零。例如，根据I Hk 12确定每个子载波的软信息加权因子Wk。若|Hk|2 <M*hl，则 Wk = |Hk|2 ;
若I Hk 12 > M*h2，则 Wk = O ；若M*hl < I Hk 12 < M*h2，则 Wk = (M*h2_ | Hk |2) *hl/ (h2_hl)。该映射方式使|Hk|2离开门限hi越远的点其加权因子越小，一旦|Hk|2超过门限h2则对应子载波的软信息忽略不计。在此，若h2取2倍hi，则模糊区间的Wk计算可以简化为M*h2_ | Hk |2。加权因子Wk与IHkI2的映射关系如图4所示。在步骤105，根据每个子载波的软信息加权因子计算每个子载波的加权后软信息。每个子载波的加权后软信息包括Xk和Yk，令Xk = Ik*Wk，Yk = Qk*Wk。其中Ik和Qk为子载波归一化后的IQ分量。若Xk>M*hl，则令Xk = M*hl，Yk做同样处理。这可以降低突发单频干扰对译码的影响。处理后的软信息输入译码器进行译码。在本发明的一实施例中，译码的方法为维特比译码。维特比译码是一种有效的卷积码译码方法。维特比软判决就是在网格图上搜寻欧氏距离最小的路径。它将接收序列R与网格图上的路径逐分支进行比较，留下与R距离最小的路径，称为幸存路径，并删去其余可能的路径。这些幸存路径逐分支的延长并存储起来，幸存路径的数目等于状态数目。这样进行下去，直到接收到已知结束信息后，网格图中将留下唯一的一条幸存路径，这就是译码所得到的路径。对于(n，k，K)卷积码，维特比译码的具体步骤为:1、以全O状态为起点，至第j = K个时刻以前，译码器计算所有长为j级分支的部分路径分量，对进入-(κ.1)个状态的每一路径都保留。2、凑够第j = K个时刻开始，对进入每一状态的2k个长为j级分支的部分路径进行计算，选择具有最小量度的路径为幸存路径并存储其部分量度值，同时删去其余路径。若出现两条路径量度相等 的情况，可任选其中一条为幸存路径。幸存路径前向延伸一级，共存储浐0^条路径及其路径量度值。3、j增加1，重复步骤2的“加-比-选”操作，直至j = (L+K-1)，其中L为信息序列的长度。为迫使编码器回到全O状态并使译码器从-(κ.1)条幸存路径中选择出译码所得路径，还需向编码器再送入(K-1)段已知序列如全O序列作为借宿信息。图6是在单频干扰下使用信道状态信息和不使用信道状态信息的译码性能仿真图；图7是在802.1la基础上不同信道状态信息处理方法的译码性能仿真图。参照图6所示，在千分之一误码率的应用需求下使用信道状态信息进行抗干扰处理能获得5dB左右的收益。参照图7所示，在同样使用信道状态信息进行抗干扰处理的各种方法中，本发明方法获得的系统性能更接近于理想信道情况下的系统性能。本发明的实施例与现有技术方法相比，具有以下优点:1、本发明的实施例通过子载波信号的强弱对维特比译码的软信息进行加权，利用维特比译码的特性消除窄带干扰的影响，不需要对传输的子载波频点进行精确选择，有利于实际应用。2、本发明的实施例利用信道均衡获得的CSI参数进行抗干扰处理，不需要对信道进行额外的监听和跟踪，不影响数据的帧结构，便于实现。3、本发明的实施例通过迭代运算估计出未受干扰情况下的I Hk 12平均值M，以M为基础确定了高置信度的软信息区间，尽可能地使未受干扰的子载波落入可信区间内而使受干扰的子载波处于不可信的区间。因此，本发明的译码软信息处于一个相对固定的值域，不会因加权而降低小信号的软信息精度。4、本发明设定了一个判决干扰的模糊区间，对该区间的软信息进行线形递减。通过该方法的处理保留了一部分弱干扰子载波的软信息，加强了译码的性能。5、本发明对加权后的软信息作了限幅处理。若在求CSI参数时未受到干扰的子载波在传输过程中受到突发干扰，则该限幅处理能消除突发干扰对整个数据帧译码效果的影响。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种正交频分复用系统中降低单频或窄带干扰影响的方法，包括以下步骤: 通过应用环境的信道模型仿真确定判决干扰的门限； 计算每个子载波的信道状态信息； 估算在无单频或窄带干扰情况下的信道状态信息平均值； 根据每个子载波的信道状态信息与所述门限的比较结果确定每个子载波的软信息加权因子；以及 根据每个子载波的软信息加权因子计算每个子载波的加权后软信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算每个子载波的信道状态信息的步骤包括，每个子载波幅度增益的平方IHkI2。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，估算在无单频或窄带干扰情况下的信道状态信息平均值的步骤中，剔除依据一判决门限判定为强干扰点的子载波。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每个子载波的信道状态信息与所述门限的比较结果确定每个子载波的软信息加权因子的步骤包括: 当子载波的信道状态信息小于判决干扰的第一门限与信道状态信息平均值的乘积时，令所述子载波的软信息加权因子等于信道状态信息； 当信道状态信息大于第一门限与信道状态信息平均值的乘积时，离开第一门限与信道状态信息平均值的乘积越远的子载波，其软信息加权因子越小。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据每个子载波的信道状态信息与所述门限的比较结果确定每个子载波的软信息加权因子的步骤还包括: 当子载波的信道状态信息超过第二门限与信道状态信息平均值的乘积时，则令软信息加权因子为零。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一门限和第二门限由应用的信道环境下信道状态信息的概率分布函数确定。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每个子载波的软信息加权因子计算每个子载波的加权后软信息之后还包括: 将软信息输入译码器进行译码。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述译码器为维特比译码器。
全文摘要
本发明涉及一种不需要对信道进行额外的监听和跟踪的正交频分复用系统中降低单频或窄带干扰影响的方法，包括以下步骤通过应用环境的信道模型仿真确定判决干扰的门限；计算每个子载波的信道状态信息；估算在无单频或窄带干扰情况下的信道状态信息平均值；根据每个子载波的信道状态信息与所述门限的比较结果确定每个子载波的软信息加权因子；以及根据每个子载波的软信息加权因子计算每个子载波的加权后软信息。
文档编号H04L25/03GK103188176SQ201110457728
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者宋治平 申请人:中国电子科技集团公司第五十研究所