[发明专利]一种基于正交极化传输的OFDM系统相位噪声消除方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及正交极化传输技术和OFDM系统中的相位噪声。具体地说，是指一种基于正交极化传输的OFDM系统相位噪声消除方法。

背景技术

随着无线宽带网络时代的到来，正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)技术作为一种高效的多载波技术得到了广泛应用，其具有高频谱利用率，对码间干扰(inter-symbol interference，ISI)有较好的抑制性能，对多载波造成的多径效应有较好的鲁棒性。但OFDM系统中本地振荡器由于受到噪声和扰动导致输出不理想，会产生相位噪声(phase noise,PHN)，造成OFDM系统接收信号子载波星座发生公共相位误差(common phase error，CPE)和子载波间干扰(inter-channel interference，ICI)，导致误比特率(bit error ratio，BER)的上升。

现有解决CPE对接收信号影响的技术主要有：本地振荡器(local oscillator，LO)硬件设计、基于导频估计补偿法、自消除法、面向判决补偿法等。这些抑制CPE的方法中各自有不足之处，如LO硬件设计需要更多的资金支持，会使设备变的更加昂贵；基于导频估计补偿法，需要对导频额外设计，并在接收端需要额外的开销对导频中携带的信息进行提取和处理，时延较大，在高速通信中实用性差；面向判决补偿法依赖于码元间的相关性，对判决误差较敏感，如码元间变化较大时，会造成很大误差，且复杂度较高；自消除法的频谱只有采用传统调制的OFDM系统的一半，存在频谱效率极低的问题。因此，目前现有的OFDM系统中PHN抑制消除的技术普遍存在消耗大，复杂度高等问题，在实际应用中存在明显缺陷，不具有普遍适用性。

发明内容

为了降低相位噪声对接收信号BER的影响，本发明提供了一种采用正交极化信号传输技术的相位噪声消除方法，应用于OFDM系统中。

随着无线通信系统中双极化天线的普遍应用，使用极化调制来传输无线信号也变得可能。但目前传统调制技术都是使用载波的幅度、相位或频率来承载调制信号的信息，而同样能反映信号本质属性的矢量信息——极化信息却未被利用，这造成了对信号固有信息利用的重大损失。本发明利用信号的极化域，在发射端采用两条支路传输相互共轭的支路信号数据，并通过正交双极化天线赋予两条支路信号数据正交的极化状态，令两条支路信号数据可在同一子载波信道中传输，获得相同的子信道信息。在接收端采用极化天线接收极化信息后，对共轭信号再次共轭，令两条支路信号数据受到的相位噪声共轭，再将两条支路信号数据线性相加，消除相位噪声虚部。由于相位噪声很小且为乘性干扰，在共轭相加后，对接收信号的乘性干扰部分近似为1，即可大幅降低甚至消除相位噪声对接收信号的影响。本发明无需获取相位噪声的先验信息，不用复杂的预估算法，实时性强。由于利用两路正交极化信号在同一信道传输，采用本发明的OFDM系统与采用传统调制OFDM系统的频谱效率相同，且两条支路信号数据受其他子载波影响相同，对于ICI项的消除更为彻底，降低了系统的BER。

本发明提供的所述的基于正交极化传输的OFDM系统相位噪声消除方法，设计了OFDM系统的发射端，通过传统调制如正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)携带发射数据信息，将传统调制后信号分为两路，其中一路做共轭，并由天线赋予两路信号正交的极化状态后，通过正交极化天线发射；在接收端通过正交极化天线接收信号，并将共轭信号再次共轭后，令两路信号相同且相位噪声共轭，两路信号进行相加，进而消除相位噪声的虚部，可使乘性干扰的相位噪声项近似为1，消除相位噪声对接收信号的影响，获得期望信号，最后通过相应的传统解调方法即可解调出发射数据信息。

本发明的有益效果有：

(1)利用传输正交极化信号，使用一个子信道中可传输正交的两路信号，解决了自消除方案的频谱效率低的问题；

(2)利用正交极化信号在一个子信道中传输，可令接收端两路信号的ICI项相同，在线性相加时可完全消除ICI对期望信号的干扰。

(3)利用两路信号传输同一数据信息，可降低OFDM已调信号在同一数据同时出现大功率信号的概率，降低OFDM系统的峰均比(peak-to-average power ratio，PAPR)。

(4)利用硬件实现极化调制和差分极化解调，解决了现有CPE补偿算法的复杂度高，时延大的问题；