基于VSCBOMP算法的FBMC/OQAM系统信道估计

偏移正交调制的滤波器组多载波(filter bank multi-carrier/offset quadrature amplitude modulation,FBMC/OQAM)相比于传统正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)系统具有误码率低、频谱利用率高等优点,但目前较少有采用压缩感知方法来进行FBMC/OQAM的信道估计的研究。针对FBMC/OQAM系统提出基于变步长条件回溯正交匹配追踪(variable step-size conditional backtracking orthogonal matching pursuit,VSCBOMP)的信道估计算法。该算法在每次迭代过程中选择多个原子,当支撑集充满之后,利用回溯剔除相关性较差的原子。同时,加入了变步长的思想,提高了运算效率。在随后的稀疏随机信号恢复实验及FBMC/OQAM系统信道估计仿真实验中验证了该算法。仿真结果表明,该算法比传统的正交匹配追踪类算法运行时间短,亦能获得更高的估计精度。

FBMC/OQAM系统部分置零编码辅助导频方案

FBMC/OQAM系统的正交性只在实数域上满足,存在固有虚部干扰问题,使得准确的信道估计十分困难,为解决固有虚部干扰对系统信道估计的影响,改善系统性能,因此对虚部干扰消除方案进行研究;依托FBMC/OQAM系统中基于干扰消除原理的现有方案,将现有方案中的邻域置零方案、辅助导频方案及编码方案融合均衡,提出一种部分置零编码辅助导频方案;理论分析表明,新提出的方案相较于原有方案在提高频谱利用率的同时,降低了峰均功率比和计算复杂度;通过进一步的系统仿真发现,在相同干扰计算域的前提下,新提出的方案在多径信道中的误比特率和最小均方误差均低于现有方案,具有一定的应用意义。

基于迭代的FBMC/OQAM系统IAM前导信道估计算法

FBMC/OQAM系统中传统的基于干扰近似(IAM)的信道估计算法存在导频开销过大,且计算复杂度高等问题;研究了一种新的IAM前导信道估计算法,该算法为增加导频功率采用一种新的三列导频结构,同时采用多次迭代方法获得精度更高的信道信息,来重构相邻子载波间和符号间干扰;理论分析和仿真结果表明,在ITU的车载信道环境和步行信道环境下,基于迭代的IAM前导信道估计算法在保持其传统信道估计方法性能即传输速率高且降低干扰的同时,有效地提高了数据传输速率且降低了计算复杂度。

等效导频功率最大化的FBMC/OQAM系统导频结构设计

针对干扰近似估计(interference approximation method,IAM)算法中提高FBMC/OQAM系统信道估计性能方案中噪声对性能的影响较大的问题,通过对传统干扰近似估计—实时(interference approximation method-real,IAM-R)信道估计算法进行改进,提出了一种基于等效导频功率最小值最大化的导频设计信道估计方案。该算法在传统IAM-R算法的基础上,通过对两侧导频的重新设计,提高了等效导频的功率,进一步减小噪声对信道估计性能的影响。

基于压缩感知的FBMC/OQAM系统信道估计方法

在移动到移动传感网络中,利用无线信道的固有稀疏性,可将FBMC/OQAM系统信道估计作为一个压缩感知问题来研究,以提高系统频带利用率。首先,提出了一种新的基于Tanimoto系数的弱选择正则化正交匹配追踪(T-SWROMP)算法,以提高LS信道估计的精度。然后,分别用结合辅助导频和编码方法的T-SWROMP方法来估计FBMC/OQAM系统中的信道频率响应。仿真结果表明,所提方法比传统的SWOMP方法具有更低的复杂度。此外,其在双选择信道下比传统的OMP、SWOMP和ROMP方法具有更好的BER性能。

FBMC/OQAM系统中无边带信息的色散选择性映射方法

色散选择性映射(dispersive selected mapping,DSLM)是降低基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波(filter bank multicarrier with offset quadrature amplitude modulation,FBMC/OQAM)系统峰均比(peak to average power ratio,PAPR)的技术,但是该方法需要传输额外比特边带信息(side information,SI)。为了抑制FBMC/OQAM系统的PAPR,提高系统的频谱利用率,在DSLM的基础上,提出了一种无边带信息的色散选择性映射(without side information of DSLM,W-DSLM)方法。W-DSLM通过在相位序列中挑选特定的位置,并插入模值大于1的扩展因子对相位序列进行改进,然后利用扩展因子与相邻位置的能量差,在接收端得到最优相位序列,从而恢复出传输的符号。扩展因子的插入避免了边带信息的传输,因此能够有效提高系统的频谱效率。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于实值神经网络的FBMC/OQAM系统PAPR降低方法

偏移正交幅度调制滤波器组多载波(FBMC/OQAM)系统是5G多载波通信系统候选方案之一,与正交频分复用(OFDM)等多载波方案一样,存在峰均功率比(PAPR)较高的问题,影响了高功率放大器(HPA)的效率。针对FBMC/OQAM系统PAPR过高的问题,提出了一种基于实值神经网络的方法,该方法在发送端和接收端搭建两个实值神经网络,分别用来降低PAPR和误码率(BER)。仿真结果表明,相较于色散选择性映射(DSLM)、限幅(Clipping)、编码以及PRnet方法,本文方法对PAPR和BER性能都有一定的提升。

FBMC/OQAM系统中基于子空间的信道估计算法

针对滤波器组多载波偏移幅度调制(FBMC/OQAM)系统中基于传统导频结构的信道估计方法估计精确度不高、频谱利用率低的问题,提出一种基于子空间的盲信道估计算法。区别于传统的子空间方法,该算法通过空间上的接收分集技术引入数据冗余进行盲信道估计,不需要发送导频序列,从而提高了频谱利用率。仿真结果表明,该算法可以有效地估计信道,而且估计性能优于传统导频方法。

FBMC/OQAM系统符号定时同步算法改进

符号定时偏差将严重影响滤波器组多载波/交错正交幅度调制(FBMC/OQAM)系统的性能,由于FBMC系统符号间的重叠结构,现有定时同步算法需要发送大量的符号并根据重复冗余部分进行相关性计算,降低了频谱效率且相关峰下降缓慢,容易出现定时偏差。针对这一问题,本文在原有同步算法的基础上,设计了一种新的适合FBMC/OQAM系统的训练序列,该训练序列具有共轭对称性,并通过插入零值符号减少数据部分干扰,在使用较少训练序列的同时相关峰值更为明显。此外,采用滑动窗口算法来提高多径衰落信道中符号定时估计的精确度。仿真结果表明,在AWGN信道和多径衰落信道中,符号定时估计的性能优于现有的算法。

基于DFT扩频技术的FBMC/OQAM系统峰均比研究

针对基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波系统峰均功率比较高的情况,将DFT扩频技术加以改进应用到FBMC/OQAM中,提出了一种移除DFT矩阵中输入基脉冲的剪枝DFT扩频(Pruned-DFTs)技术。该技术通过移除DFT矩阵中基脉冲,来实现将发送端较少子载波上的符号映射到较多子载波上传输,进而来减少子载波之间的重叠,降低系统PAPR,使系统具有优良峰均比性能。该技术充分利用了DFT扩频的单载波效应,解决了多载波系统普遍存在的峰均比较差的问题。最后的仿真结果证明,本方案可实现与SC-FDMA相媲美的峰均比性能,并可有效降低系统BER,而且该技术可使系统传输信号在时间上的重叠大大减小,使平均传输功率显示出几乎完美的矩形形状,但计算复杂度仅略微提高2倍。

FBMC-OQAM系统定时同步改进算法

针对具有偏移正交幅度调制的滤波器组多载波(Filter Bank Multicarrier with Offset Quadrature Amplitude Modulation,FBMC-OQAM)系统中目前存在的定时同步算法问题,提出了一种改进的定时同步算法。该算法利用两个特殊设计的符号,将其连续通过FBMC-OQAM系统后在时域形成共轭对称特性的信号。与现有的算法相比,该算法增加了计算相关序列的长度,但减少了训练符号,还去除了高旁瓣带来的干扰。理论分析与仿真结果表明,改进算法具有更好的定时同步性能。

FBMC/OQAM系统导频辅助信道估计方法概述

滤波器组多载波/交错正交幅度调制(filter bank-based multicarrier/offset quadrature amplitude modulation,FBMC/OQAM)是一种基于滤波器组的多载波调制系统,其在收发器两端采用特殊的信号处理机制来消除符号间/载波间存在的固有干扰,具有旁瓣衰减快和无需严格正交同步等优点。但是在信号传输过程中,这种固有干扰与信道特性叠加,严重影响了导频位置的信道估计精度。描述了FBMC/OQAM的系统框图、正交特性,并对其固有干扰作了时频域定量分析。指出将正交频分复用(orthogral frequency division multiplexing,OFDM)系统信道估计方法应用到FBMC/OQAM系统的关键是处理好固有干扰项。将现有FBMC/OQAM导频辅助信道估计方法分为干扰消除、干扰利用和干扰规避三大类,并从导频宽度、计算复杂度和估计性能等方面,对3类信道估计方法进行比较,指出各自的优缺点。概述了当前最新的创新性研究方法,并提出未来的工作重点。

FBMC/OQAM水声通信系统的适应性成型脉冲设计

水声信道是一个时变的双扩散信道,不仅会引起传输信号的时频扩展,而且会造成严重的信息损失。由于滤波器组多载波/交错正交幅度调制(Filter Bank Based Multicarrier/Offset Quadrature Amplitude Modulation, FBMC/OQAM)系统可通过改变发送信号的成型脉冲来减小时频扩展带来的符号干扰和子载波干扰,因此更适合快速时变的水下声信道。为了降低现有成型脉冲设计算法的优化难度,提出了一种快速且易于实现的成型脉冲设计方法,该方法根据信道时频统计特性对扩展高斯函数(Extend Gaussian Function, EGF)进行了优化,实现了期望信号能量最大化,并在时域符号间加入适当的保护间隔,进一步增强了抗多途干扰的能力。仿真结果表明,无论在高频散信道还是在低频信道下,相比于其它成型脉冲算法,该算法在降低计算量的同时,改进了的FBMC/OQAM系统的传输性能,误码率降低了2～3 dB。

FBMC/OQAM中基于离散粒子群优化的峰均比抑制方法

部分传输序列(Partial Transmit Sequence,PTS)是降低正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统峰均比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)的有效方法,但是PTS穷举法搜索最优解,使系统复杂度增加。针对这一缺点进行改进,提出了基于离散粒子群优化的部分传输序列(Partial Transmit Sequence based on Discrete Particle Swarm Optimization,PTS-DPSO)方法,并将其应用到基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波系统(Filter Bank Multicarrier with Offset Quadrature Amplitude Modulation,FBMC/OQAM)中。PTS-DPSO利用离散粒子群优化搜寻最优解,避免了系统复杂度的增加。通过仿真验证,PTS-DPSO可以有效抑制FBMC/OQAM系统过高的PAPR且误码率低。

一种降低FBMC-OQAM系统PAPR的预编码算法

通过对FBMC-OQAM系统产生PAPR的本质原因分析,提出了一种预编码算法(Pre-coding)。该算法分为两部分:变换编码和相位扰码。FBMC-OQAM信号高PAPR的本质原因有两个:一是受发送信号的非周期自相关性的影响,可以通过变换编码进行改善;二是子载波信号连续叠加,当子载波相位一致时,就会出现高峰值功率,可以通过相位扰码进行改善。通过这两种方法可以有效地降低FBMC-OQAM信号的PAPR,且不会引起信号畸变,理论分析和数值仿真证实了所提算法具有很好的BER(误码率)性能。

降低FBMC-OQAM系统峰均比的重叠分段主动星座扩展算法

作为多载波系统,FBMC-OQAM系统存在峰均比(PAPR)较高的问题,同时由于FBMC-OQAM信号的时域重叠特性,导致传统OFDM系统中的方法并不能完全适用。通过对传统主动星座扩展(ACE)方法进行改进,提出了一种适用于FBMC-OQAM系统的重叠分段主动星座扩展(OS-ACE)方法。该算法先将重叠数据进行分割处理,然后再降低每个数据块的PAPR。理论分析和仿真结果证明,该算法能够有效降低FBMC-OQAM系统峰均比,且不会影响误码率性能。

一种降低FBMC-OQAM系统PAPR的低复杂度选择性映射算法

滤波器组多载波(FBMC)是第五代蜂窝网络无线接入技术重点考虑的对象之一,然而其存在较高的峰均功率比(PAPR)。通过分析FBMC-OQAM信号的重叠特性和信号功率分布特点,将传统选择性映射(SLM)方法加以改进,提出了一种比色散选择性映射(DSLM)方法更优的低复杂度色散选择性映射(LD-SLM)方法。LD-SLM方法用备选旋转矢量将当前数据块信号旋转,通过计算在当前信号周期[T,3T]区间内信号的PAPR来选取最优旋转矢量,并更新当前数据块信号,接着对下一个数据块信号进行同样的优化,直至所有的数据块都被优化。通过比较算法复杂度可知,LDSLM算法相比DSLM算法降低了50%,仿真实验表明LD-SLM方法能有效降低FBMC-OQAM系统的PAPR。

一种降低FBMC-OQAM系统PAPR的算法

滤波器组多载波(Filter Bank Multi-Carrier,FBMC)与偏移正交振幅调制(Offset Quadrature Amplitude Modulation,OQAM)相结合的FBMC-OQAM技术在无线通信系统中具有频谱效率高和无需同步等特点。然而,FBMC-OQAM系统较高的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)容易导致信号失真、频谱扩展、系统性能下降。鉴于此,文中提出一种载波预留(Tone Reservation,TR)和μ-律压扩联合的新方法(TR-μLaw)来降低FBMCOQAM系统的PAPR。TR方法具有无失真特性,而μ-律压扩法虽然给FBMC-OQAM系统带来了一定失真,但是能显著降低PAPR。TR-μLaw方法将二者结合,实现了两种方法的利弊互补。仿真结果表明,TR-μLaw方法在降低PAPR方面的性能优于μ-律压扩法和TR方法,在μ=3和Iterations=8时TR-μLaw方法的PAPR较后两者分别降低约1.0dB和3.4dB,且BER性能优于μ-律压扩法。

FBMC系统改进序列算法的定时同步技术

为提高滤波器组多载波(Filter Bank Multicarrier,FBMC)系统在低信噪比下的定时同步准确率和抗频偏性能,基于FBMC系统与正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiple,OFDM)系统的相似性,对OFDM系统定时同步中的Park测度函数进行改进并引入到FBMC系统中。利用共轭对称结构能够提高定时精度和加权处理能够更好地抵抗频偏影响的特点设计同步序列,进行共轭对称和加权处理。仿真结果表明,基于改进序列的Park算法相较共轭对称序列的TR1算法,其信噪比提前3 dB达到了100%定时准确率,实现了低信噪比下的高精度定时同步,且具有更强的抗频偏性能;相较原Park算法,相同信噪比下,改进序列的Park算法的频偏均方差(Mean Square Error,MSE)也小于原Park算法的频偏MSE,抗频偏性能表现更优。

一种基于训练序列的FBMC/OQAM时频同步方法

针对符号定时偏差会严重影响偏移正交幅度调制的滤波器组多载波系统性能的问题,提出了一种改进的同步估计方法。方法采用了一种既能实现时间同步又能实现频率同步的数据辅助序列的特殊设计方法,有效提高了系统性能。首先,基于滤波器组多载波的系统模型,表明特殊设计的数据辅助序列具有共轭对称性。在此基础上,将设计的训练序列分为三部分,第1、2部分采用相同的训练序列,第3部分是在第1、2两个部分中间插入零值用来减少干扰,先利用训练序列的共轭对称性进行定时同步,再利用训练序列第一第二部分的相关性进行频率偏移的估计。在现有的算法基础上增加了相关序列长度和训练符号数,提高了定时同步精度,同时增加了频偏估计方法。经理论分析和仿真结果表明,在AWGN信道和瑞利信道下,本文提出的方法有更好的定时性能和更低的误码率。