[发明专利]一种5G多载波通信系统中的信道均衡方法

摘要

本发明公开了一种5G多载波通信系统中的信道均衡方法，首先建立FBMC‑OQAM的一般模型，然后对FMBC滤波器组的原型滤波器采用Hermite滤波器设计，Hermite滤波器具有时域和频域对称特性，此滤波器设计的FBMC系统获得的相邻信号干扰比值与欧州PHYDYAS组的原型滤波器大约小3dB；并在杰克斯‑多普勒频谱衰落信道模型内，基于数据块联合的MMSE方法对MIMO‑FBMC系统中的时‑频双选信道进行多抽头均衡，通过增加天线的数目完成对FBMC系统的误比特率‑信噪比比值的测试，达到减小系统的相邻子载波间干扰、降低系统总的误码率和提高系统信噪比的目的，从而增强多载波通信系统的有效性和可靠性。

主权项

1.一种5G多载波通信系统中的信道均衡方法，其特征在于：所述的信道均衡方法是基于数据块联合的MMSE方法对MIMO‑FBMC系统中的时‑频双选信道进行多抽头均衡的方法，具体包括有以下步骤：(1)、建立FBMC‑OQAM系统模型：原始的FBMC‑OQAM系统模型主要由四部分构成，在信号发送端主要包括OQAM信号预处理模块和综合滤波器组模块，信号接收端主要包括分析滤波器组模块和后期处理模块，符号c_k,n中的k表示系统输入OQAM信号的复数值为k个，k＝0,1,…M‑1,子载波长为M，时间自变量为n，n＝0,1,…k‑1，且实部和虚部相互错开半个符号周期；在预处理模块中复数符号c_k,n经过转换因子为2的抽样后完成从复数到实数的转换，转换后的符号为d_k,n，d_k,n乘以旋转因子θ_k,n后彼此正交，保证了相邻的子载波符号间不产生相互干扰；在综合滤波器组模块中，每路子载波信号在经过上采样后，经由综合滤波器组处理后再经过求合器后送入信道中进行传输，其中，Z域内，每路子载波的滤波器Z域传输函数为G_k(z)，信道的传输函数为C(z)，综合滤波器组的原型滤波器为有限冲击长响应滤波器FIR，其时域内离散的脉冲响为h(m)，经过复指数调制为k阶的综合滤波器为g_k(m)定义如下式(1)：式(1)中的m＝0,1,…L_f‑1，L_f为滤波器的长度；完美重构的综合滤波器p_k(m)定义为其中，式(2)中的为g_k(·)的复共轭；信号接收端信号先经由分析滤波器组模块处理，分析滤波器组模块的每路子载波滤波器Z域内的传输函数为F_k(z)，旋转因子抽样率降低2倍后再将实数转换为复数信号即可，复信号经过OQAM信号后处理后接收端的复信号为(2)、对FMBC滤波器组的原型滤波器采用Hermite滤波器设计：设定式(1)中的原型滤波器离散脉冲响应h(m)的连续冲激响应函数为h(t)，当Z域内传输函数多项形式为H_n(Z)，则该FBMC‑OQAM系统的原型滤波器定义如下式(3)：式(3)中，e_i为Hermite多项式H_n(Z)的系数，经过计算得出：e₀＝1.4127          e₄＝‑3.0145×10^‑3e₈＝‑8.8041×10^‑6    e₁₂＝‑2.2611×10^‑9e₁₆＝‑4.4570×10^‑15  e₂₀＝1.8633×10^‑16  (4)；T₀为原型滤波器脉冲响应的最小的时间周期，其时域和频域的周期分别为T₀和F。则保证式(3)中的正交性，π指代180度角度；经上采样后信号S为式(5)：S＝Gc  (5)，式(5)中，S∈c^M×1，c为系统传输符号c_k,n的矩阵形式，见公式(7)；G为传输矩阵其矢量空间由式(1)中矢量采样长为M的矢量g_k(m)∈c^M×1构成见公式(6)：信道为时变多径信道时，其信道噪声为加性高斯白噪声n，设其多径传播卷积矩阵为H∈c^M×M，再经现由滤波器进行矩阵G^H复乘后采样，接收数据符号矩阵为表示如下式(8)：式(8)中的传输矩阵定义为：W＝G^HHG   (9)，AWGN的概率分布为均值为0，方差为即AWGN在时域内的功率为由FBMC系统中的实正交性可得(3)、基于数据块联合的方式进行均衡即将数据的实部和虚部堆叠成数据块后再进行均衡，均衡后的数据块见式(10)：其中，式(10)中的整块的数据块进行均衡，一般会有延迟且计算复杂度大，所以，要降低计算复杂度可将传输矩阵W作如下分解：式(12)中，为接收数据块矩阵中所选取的子数据块中的子向量，O为子数据块的维数，c_O∈R^|O|×1表示从传输数据块矩阵中c选取的子数据块中的子向量，c_P∈R^|P|×1则为所有余下的数据块与接收子数据块相关的子向量，P为子数据块的维数；|P|<<L_fK‑|O|，相应的传输矩阵W中选取的向量W_O∈C^|O|×|O|和W_O,P∈C^|O|×|P|；(5)、由于式(12)满足式(8)，所以具有|O|个抽头的MMSE均衡器的式(10)转换为：噪声矩阵Q_O∈c^2|O|×2|O|,在大小为L_fK的总矩阵中的所需要的矩阵的逆为2|O|×2|O|。