[發明專利]基于壓縮感知技術的提高OFDM系統抗時域干擾能力的方法

無效

• 申請號: 201110098438.4
• 申請日: 2011-04-20
• 公開（公告）號: CN102164111A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 張廣超;趙志峰;張宏綱
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本發明涉及一種基于壓縮感知技術的提高正交頻分復用信號（OFDM）抗時域干擾能力的方法。

背景技術

壓縮感知（CS）是近幾年來的一項新興信號處理技術，其核心思想是將數據采樣和壓縮合并進行，首先采集信號的非自適應線性投影（測量值），然后根據相應的重構算法由測量值復原信號。壓縮感知有兩個方面的基本要求：信號的稀疏性，觀測基（觀測矩陣）與變換基（變換矩陣）的非相關性。對于自然界的任何信號，均存在一個特定的表示空間，使得該信號在此空間具有稀疏性。經相關理論證明，隨機矩陣，即元素為隨機數的矩陣，與固定的變換基具有很好的非相關性。

壓縮感知技術的最大優點在于能以遠低于奈奎斯特采樣率的采樣速率進行采樣，大大減少信號在數據采集和傳輸過程中消耗的資源和能量。相對于常規的先采樣后壓縮的分布式信源編碼方法，壓縮感知的優勢在于不需要被處理信號的任何先驗信息，且不需要控制信息交換。

正交頻分復用技術是一種發明較早的技術，現已成為一種關鍵的調制方式，在未來的第四代通信系統中具有重要地位。該技術在保證高的傳輸速率的同時，具有天生的抗窄帶干擾的能力，在加入循環前綴后又可在一定程度上抵抗載波間干擾和符號間干擾。但是由于其多載波信號的特性，在面對時域脈沖干擾的時，正交頻分復用技術本身就沒有很好的抗干擾能力。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于壓縮感知技術的提高OFDM系統抗時域干擾能力的方法。

本發明的構思是：在正交頻分復用（OFDM）系統的發送端中，s（s長度為N）是OFDM調制后的時域信號，將s進行數模變換調制到高頻，得到信號S。當S在信道中可能受到時域信號的干擾。在接受端，將接受到的信號調制低頻，進行模數變換等操作后，得到的信號就相當于s加上一個時域干擾信號????????????????????????????????????????????????(的長度為N),?信號只在對應出現干擾信號的時刻處有值（值為相應時域干擾信號的幅度），其他位置的值均為0。OFDM系統的接收端在接收到s+時，是無法正確得到原始信號s的。本發明是在信號s的頻域中預留出一定的子載波來攜帶信號的信息，為此本發明通過頻域的預留子載波上的信號，利用CS方法來恢復出時域干擾信號p，這樣就可以去除時域的干擾信號。

本發明中考慮信號的大部分值為零值，只有極少的值為非零的情況。因此信號正好滿足了CS中提到的稀疏性的概念。式（Ⅰ）表示了和經OFDM解調制后信號的關系，

?????????????????????（Ⅰ）

其中，為傅里葉反變換基，為時域干擾信號的頻域信號，根據CS理論，只要找到一個矩陣，M為觀測信號的長度，N為頻域信號的長度。使用該矩陣對頻域信號進行觀測，式（Ⅱ）表示了該關系，

??????????????????????（Ⅱ）

式（Ⅱ）中的是觀測值，根據CS理論只要當滿足非相關時，我們就能使用恢復出時域干擾信號。

為此，本發明利用CS技術來估計是時域干擾信號，從而可以提高OFDM系統對時域干擾的能力。在OFDM系統的發送端空出一定個數的子載波，通過CS算法，使用較低的計算復雜度在OFDM系統的接受端恢復出時域干擾信號，從而恢復出干擾前的信號。

為實現上述目的，本發明所采取的具體技術方案是：該基于壓縮感知技術的提高OFDM系統抗時域干擾能力的方法是在進行發送端信號處理后，再進行接收端信號處理；

其中，所述發送端信號處理包括如下步驟：

（1）先將基帶調制后的數字信號經過串并變換得到并行信號，再將所述并行信號進行向量擴展，以使所述并行信號中隨機插入零值作為預留子載波且所述并行信號中插入零值的總個數滿足如下關系式（1），

??????????????（1）

并且，,,滿足關系式（2），

????????????????????????????????（2）

式（1）中，M表示并行信號中插入零值的總個數，N表示插入零值后的并行信號的總長度，K表示預先設定的需要恢復時域干擾信號的個數；?表示時域干擾信號的幅度最小值與幅度平均值的比率，?表示時域干擾信號的能量與噪聲能量的比率；

（2）對插入零值后的并行信號進行逆快速傅里葉變化，得到正交頻分復用調制信號；