[發明專利]增強余弦調制濾波器組多載波通信系統抗干擾能力的方法

有效

• 申請號: 201410073771.3
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103812807B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 王永;余夢佳
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L25/03
• 分類號: H04L25/03;H04L27/26
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，特別涉及一種基于凸優化技術的增強余弦調制濾波器組多載波通信系統抗干擾能力的方法。

背景技術

余弦調制濾波器組多載波技術是一種多載波復用技術，屬于濾波器組多載波（FBMC）技術中的一種。多載波調制技術因其可以有效的對抗無線信道中的多徑效應而被廣泛的應用到各種通信標準中。其思想是采用若干個子載波，而每個子載波對應一個特定的子信道，并行的傳輸各個子數據流。現有的多載波調制方式主要有多音實現、正交多載波調制（OFDM）和基于小波變換的多載波調制。傳統的FBMC系統是基于離散傅里葉變換（DFT）濾波器組進行調制的。但是DFT濾波器組不能徹底消除帶間混疊干擾，對于信號的信息壓縮不如余弦變換效果好。因而余弦調制濾波器組應運而生，它是從DFT濾波器組產生的，基于類型4的離散余弦變換的快速算法，可以達到信號的完全重建。余弦調制濾波器組通信系統相較于OFDM有很多優勢：較高的傳輸速率，較好的抗符號間干擾能力，抗碼間干擾能力，不用增加循環前綴，頻譜利用率較高等。但是，它也有本身的缺點，由于其多載波特性，時域干擾會極大降低FBMC系統性能。

高速發展的信息技術挑戰著物理系統的信號處理能力,傳統的信號處理模式已經不能適應如此海量的數據,因此壓縮感知理論框架被提出。壓縮感知理論在冗余的信號中感知簡潔的信息,從而有效降低系統處理的數據量。壓縮感知的主要研究內容有信號的稀疏表達、觀測矩陣的設計和信號恢復。精確的信號恢復算法是壓縮感知中的關鍵。壓縮感知指出只要信號是可壓縮的或在某個變換域下能夠被稀疏表示，那么就可以用一個與變換基不相關的觀測矩陣將變換所得高維信號投影到一個低維空間上，并且可從這些少量的測量數據中以高概率重構出原信號。壓縮感知理論主要包含以下幾方面內容：（1）信號的稀疏表達。一般來說信號x本身不是稀疏的,它就需要尋找某種正交基或緊框架Ψ。使信號x經過變換后在Ψ是稀疏的。（2）觀測矩陣Ф的設計。壓縮感知理論通過觀測矩陣感知信息,所以如何設計出與正交基越不相關的觀測矩陣,是保證信息完整性的前提。（3）信號恢復。信號恢復解決了從欠定線性觀測中恢復信號問題,如何設計快速高效的恢復算法是壓縮感知理論得以廣泛應用的基礎。快速高效的恢復算法是壓縮感知理論得以廣泛應用的基礎。其核心思想是數據采樣和壓縮合并進行。有兩方面基本要求：信號的稀疏性，觀測矩陣與變換矩陣的非相關性。已有相關證明隨機矩陣與4型余弦變換矩陣有很好的非相關性。壓縮感知技術的優點是能以低于乃奎斯特采樣率的采樣速率對信號進行采樣，從而減少了信號采集和傳輸過程中的能量消耗。凸松弛法是將壓縮感知恢復問題轉變成最小l₁范數的凸優化問題。凸優化是解決凸目標函數在凸函數約束下的極大值(極小值)的一類特殊的非線性優化技術。凸優化方法具有局部極小值點是全局最小值點的優點,特別是目標函數是嚴格凸函數時,那么全局極小值僅有一個。l₁范數既能包含稀疏特性又是一個可分離函數,凸松弛法利用這一特點作為目標函數,能夠有效解決壓縮感知中的信號恢復問題。常見的凸優化方法:內點法、梯度投影法、迭代加權法和收縮閾值法等。稀疏梯度投影法以梯度下降法為基礎的稀疏信號恢復方法,它引入隱變量將不可微的目標函數轉變成可微的無約束凸目標函數。稀疏梯度投影算法不受起始值影響,有效處理大規模信號的問題,而且還可以利用一種正則因子連續方案降低算法的運行時間疏信號恢復方法,它引入隱變量將不可微的目標函數轉變成可微的無約束凸目標函數。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于凸優化技術的增強余弦調制濾波器組多載波通信系統抗干擾能力的方法，該方法能有效提高信號傳輸的可靠性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種增強余弦調制濾波器組多載波通信系統抗干擾能力的方法，包括以下步驟：步驟一：在發送端先對原始信號x進行基帶調制和R位串并變換得到并行信號；步驟二：在并行信號中隨機插入零值，零值個數固定；步驟三：對插入零值的信號進行余弦調制綜合濾波器組調制，再由高斯信道發射出去；步驟四：接收端對經過高斯信道后的接收信號y進行處理，先進行快速傅里葉變換，再對信號進行頻域均衡，接著對信號進行快速傅里葉逆變換得到時域信號r；步驟五：再將時域信號r通過基于凸優化技術干擾估計模塊后，得到r中包含的干擾信號s，接著再將信號r與與干擾信號s進行減運算，得到新的信號；步驟六：再對新的信號進行余弦調制濾波器分析濾波器組解調和基帶解調等操作，獲得原始發送信號x。

進一步，在發送端的基帶調制采用BPSK、QPSK、16QAM或64QAM調制方式。