一种基于符号级预编码的OCDM传输方法

本发明涉及通信，特别涉及一种基于符号级预编码的ocdm传输方法。

背景技术：

1、chirp信号具有高处理增益、低功耗实现和针对信道损伤的鲁棒性等，且具有良好的自相关特性，因此已经被广泛地利用在雷达和通信领域。与此同时，chirp信号可以利用其正交性在时域或频域的叠加进而提高频谱效率和数据速率，也就是ocdm(正交线性调频波分复用)系统。ocdm系统虽与ofdm(正交频分复用)系统有着相同的峰值-平均功率比，但是其在多径信道下，相比于ofdm系统能够产生很强的性能增益。同时存在保护间隔不足引起的干扰时，ocdm系统相较于ofdm系统也有具有更强的抵抗力。

2、由于ocdm调制系统目前已经能够基于离散菲涅尔变换进行数字实现，并且现有的dfnt矩阵能够通过快速傅里叶变换(fast fourier transform,fft)算法分步实现。这使得ocdm调制仅需要基于ofdm系统进行简单变化，就能够很好融入到当前的高性能数字处理平台当中，降低了对其研究使用的成本。基于此，ocdm最近开始在不同的通信系统中获得更多关注，但仍然缺乏针对下行ocdm系统的预编码方案的设计研究。

3、在典型的多用户传输中，干扰的存在是由于不同信号的传输数据在无线通信信道中被叠加发送。在传统的通信系统中，干扰通常被视为性能的限制因素。因此传统的多用户多天线预编码方案被设计为干扰抑制甚至消除。这些方法可以通过每个块中的瞬时csi得到，被统称为blp(block-level precoding，块级预编码)。研究表明，slp(symbol-levelprecoding，符号级预编码)能够逐符号的通过操控干扰信号在复数平面上的功率和方向，能够使得干扰信号成为所需信号功率的有用来源。slp已经被证明其能够有效地利用了干扰信号，增加接收符号的snr(signal to-noise radio，瞬时信噪比)，从而有助于接收机中的符号检测，提高通信系统的整体性能。slp在多天线mimo宽带系统也中有着十分重要的应用。同时相比于接收端的估计与检测，在发送端进行预编码具有更强的灵活性。

4、因此，将ocdm系统和slp结合起来，利用上述的宽线性处理为slp的优化设计提供新的自由度，并辅助ocdm系统产生进一步地性能提升，有着重要的研究意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的问题是：提供一种基于符号级预编码的ocdm传输方法，结合ocdm系统和slp编码方法，提高通信系统的自由度，进而充分提升系统的误码率性能。

2、本发明采用如下技术方案：一种基于符号级预编码的ocdm传输方法，包括如下步骤：

3、步骤1、构建多径信道下的ocdm系统：ocdm系统发送若干个正交的chirp载波，生成离散时域ocdm信号，进行信号发送；

4、步骤2、构建发送功率最小化的优化问题：基于slp方法利用干扰最小化ocdm系统的发送功率，构建优化函数；

5、步骤3、获取ocdm系统的等效zf预编码矩阵，根据zf准则选定预编码矩阵，从而能够消除信道的影响；

6、步骤4、通过基于非负最小二乘的slp方法，获得最终的发送信号。

7、优选的，步骤1中，构建多径信道下ocdm系统，进行信号传输，包括如下子步骤：

8、步骤1.1、假设单天线ocdm系统共发送n个正交的chirp载波，每个chirp载波上的发送符号序列为s，

9、发送符号序列经过预编码得到x，

10、其中，s(0),s(1),…,s(n-1)表示发送符号序列，x(0),x(1),…,x(n-1)表示预编码后的符号序列，上标t表示转置；表示n维的复数域；

11、步骤1.2、ocdm块生成器生成一个大小为n×1的离散时域ocdm信号xocdm：

12、xocdm＝φhx＝φhws

13、其中，φ表示dfnt(离散菲涅尔变换)矩阵，w表示预编码矩阵，上标h表示共轭转置。

14、离散菲涅尔变换矩阵φ的(m,n)个元素定义如下：

15、

16、其中，j用于表示复数信号的他形式，如a+bj。

17、优选的，步骤s2中，构建发送功率最小化的优化问题，包括如下子步骤：

18、步骤2.1、ocdm系统的发送符号首先通过slp，所述离散时域ocdm信号表示为：

19、xocdm＝φhx＝φhw(s+u)

20、其中，为一扰动向量；

21、所述slp方法利用干扰最小化ocdm系统的发送功率，得到最优的扰动向量u，优化函数为：

22、

23、步骤2.2、根据帕塞瓦尔定理，发送信号在经过idfnt(离散菲涅尔逆变换)后所含能量保持不变，发送功率最小化的优化问题转化为：

24、

25、其中，表示第i个最优扰动向量，k表示总的用户数量；

26、优选的，步骤3中，获取针对ocdm系统的等效zf预编码矩阵，包括如下子步骤：

27、步骤3.1、将循环前缀附加到ocdm块后，对抗多径传播，假设接收端通过特定的信道估计方法同步获得信道状态信息，接收的时域信号表示为：

28、y＝hxocdm+n＝hφhw(s+u)+n

29、其中，h表示信道冲激响应矩阵，n为噪声项；

30、步骤3.2、ocdm系统采用cp作为保护间隔，信道冲激响应矩阵h为循环矩阵，在接收端不做波束形成处理，经过离散菲涅尔变换变换后的接收信号为r′：

31、r′＝φr

32、＝φhxocdm+φn

33、＝φhφhw(s+u)+φn

34、＝θw(s+u)+n

35、其中，θ＝φhφh为等效信道矩阵，r表示接收到的观测信号；

36、步骤3.3：根据zf准则，选定预编码矩阵wzf：

37、wzf＝θ-1

38、将预编码矩阵带入发送符号表达式，得到：

39、x＝θ-1(s+u)。

40、优选的，步骤4中，基于非负最小二乘的slp方法，获得最终的发送信号，包括如下子步骤：

41、步骤4.1、引入等价符号矩阵和对角矩阵b，对应符号序列s的每一个元素，发送符号序列s等价表示为：

42、

43、步骤4.2、定义实值扰动向量用于满足符号幅值增加而相位不变的限制，中每一个元素ui都为非负实数，且满足从而将发送符号表达式重新写为：

44、

45、步骤4.3：构造优化函数最小化天线的发送功率，得到最优扰动向量优化函数表示为：

46、

47、步骤4.4、将优化问题转化为nnls问题，引入临时矩阵a＝θ-1b和向量d＝-θ-1bs，将优化问题重新写为：

48、min‖au-d‖2

49、s.t u≥0

50、步骤4.5、利用复数向量之间的欧氏范数对偶性以及增广向量v＝[v1,v2,…,vm]表示复数向量的维度，向量中任意一个复数表示为和vi＝[ai,bi]，i＝1,…,m表示向量的索引值，ai为向量的实部，bi为向量的虚部，得到：

51、

52、其中，以及

53、基于标准的nnls问题，利用快速nnls算法进行求解，得到最优扰动向量u*；表示取复数的实部，表示取复数的虚部；

54、步骤4.6：获得最终的发送信号为：

55、

56、本发明技术方案还提供了：一种电子设备，包括：

57、一个或多个处理器；

58、存储装置，其上存储有一个或多个程序；

59、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述任一所述的基于符号级预编码的ocdm传输方法。

60、本发明技术方案还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现上述任一项基于符号级预编码的ocdm传输方法中的步骤。

61、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

62、本发明基于符号级预编码的ocdm传输方法，将符号级预编码结合到ocdm系统中，通过slp操纵干扰信号使其有益地叠加在接收信号处，辅助ocdm系统获得最终的发送信号，减少了发送功率，有效提高了通信系统的自由度和系统的能量效率，进而充分提升了系统的误码率性能。