一種抑制ofdm系統(tǒng)帶外泄露的余弦組合窗設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露的余弦組合窗設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)OFDM系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào)加載不同的余弦組合窗函數(shù)，推算出發(fā)送信號(hào)經(jīng)過各個(gè)余弦組合窗函數(shù)加載后OFDM系統(tǒng)的總能量泄露以及泄露能量對(duì)鄰近頻帶的影響，然后通過相互比較，選擇對(duì)鄰近頻帶影響最小的余弦組合窗函數(shù)加載到發(fā)送信號(hào)上。本發(fā)明提供的方法能夠有效地抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露。
【專利說明】
-種抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露的余弦組合窗設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露的余弦組 合窗設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和人們?nèi)找嬖鲩L的帶寬要求，(FDM技術(shù)作為寬帶無線通信的一 種核屯、技術(shù)，具有抗多徑干擾、頻偏利用率高、數(shù)據(jù)傳輸能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)，OFDM系統(tǒng)的 帶外能量泄露非常嚴(yán)重，如未能有效抑制系統(tǒng)的帶外能量泄露，OFDM系統(tǒng)將對(duì)其鄰近無線 通信頻帶產(chǎn)生極大的干擾，從而影響其他頻段信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。
[0003] OFDM系統(tǒng)帶外信號(hào)能量越低，衰減速度越快，其對(duì)其他頻段的影響就越小。因此， 對(duì)OFDM系統(tǒng)進(jìn)行加窗處理，降低系統(tǒng)帶外能量泄露是很有必要的。而合理的選擇合適的窗 函數(shù)，對(duì)改善OFDM系統(tǒng)帶外泄露有很大的幫助。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決W上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種抑制(FDM系統(tǒng)帶外泄露的余弦組 合窗設(shè)計(jì)方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)W上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露的余弦組合窗設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)OFDM系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào) 加載不同的余弦組合窗函數(shù)，推算出發(fā)送信號(hào)經(jīng)過各個(gè)余弦組合窗函數(shù)加載后OFDM系統(tǒng)的 總能量泄露W及泄露能量對(duì)鄰近頻帶的影響，然后通過相互比較，選擇對(duì)鄰近頻帶影響最 小的余弦組合窗函數(shù)加載到發(fā)送信號(hào)上。
[0007] 優(yōu)選地，所述發(fā)送信號(hào)表示如下：
[000引
[0009] 其中Μ為(FDM系統(tǒng)的載波數(shù)，Am為(FDM符號(hào)的幅值，fm為對(duì)應(yīng)子載波的載波頻率；
[0010] 所述余弦組合窗函數(shù)表示如下：
[0011]
[001^ 其中N表示OFDM的符號(hào)長度，L表示余弦組合窗函數(shù)的階數(shù)，bi為余弦組合窗函數(shù) 的系數(shù)；
[0013] 則發(fā)送信號(hào)加載余弦組合窗函數(shù)后表示如下：
[0014]
[0015] 對(duì)x(n)做傅里葉變換，得到頻域表達(dá)式X化)如下：
[0016]
[0017] k表示子載波序號(hào)；
[001引基于傅里葉變換的結(jié)果，計(jì)算(FDM帶內(nèi)信號(hào)能量E內(nèi)旨、(FDM系統(tǒng)對(duì)相鄰頻帶產(chǎn)生能 量泄露影響E外宮；
[0019]取k點(diǎn)為例，其信號(hào)表達(dá)式為
[0020]
[0021] 其中bo表示第一階系數(shù);Ak為(FDM符號(hào)的第k個(gè)載波上信號(hào)的幅值；
[0022] 求該點(diǎn)信號(hào)的能量并求其期望，如下：
[0023] 信號(hào)能量：
[0029] 對(duì)帶外信號(hào)某一數(shù)據(jù)點(diǎn)來說，由于信號(hào)頻譜峰值出現(xiàn)在子載波間隔中點(diǎn)處，因此 取該點(diǎn)為代表計(jì)算帶外信號(hào)能量，如對(duì)OFDM系統(tǒng)相鄰頻帶的第I個(gè)載波的中點(diǎn)來說，其信號(hào) 表達(dá)式為：
[0030]
[0031] 求該信號(hào)點(diǎn)的能量并求其期望，方法如下：
[0032] 信號(hào)能量期望：
[0033]
[0034] 因此，信號(hào)帶外總能量可由相鄰頻帶各數(shù)據(jù)點(diǎn)累加求和得到，表示為：
[0035]
[0036] 求解得到各個(gè)余弦組合窗函數(shù)加載后的郵自，、臥總后，通過相互比較，選擇對(duì)鄰近頻 帶影響最小的余弦組合窗函數(shù)加載到發(fā)送信號(hào)上。
[0037] 優(yōu)選地，確定得到各個(gè)余弦組合窗函數(shù)加載后的郵自,、臥總后，計(jì)算不同余弦組合窗 函數(shù)各系數(shù)bi與郵旨、E外旨的關(guān)系，得到不同余弦組合窗函數(shù)各系數(shù)與助總、E外旨的仿真曲線； 然后選擇對(duì)鄰近頻帶影響最小的余弦組合窗函數(shù)作為加載函數(shù)，并基于仿真曲線找到最優(yōu) 的窗系數(shù)bo,然后對(duì)其他系數(shù)進(jìn)行求取，求取的過程如下：
[0040] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0041] 本發(fā)明利用多個(gè)OFDM符號(hào)統(tǒng)計(jì)求出的帶內(nèi)信號(hào)能量期望值和信號(hào)帶外泄露能量 期望值，通過比較帶內(nèi)、外信號(hào)能量的關(guān)系W及系統(tǒng)對(duì)帶外漏泄抑制的性能要求，確定余弦 組合窗函數(shù)及其相應(yīng)的系數(shù)，并最終確定余弦組合窗函數(shù)。本發(fā)明提供的方法能夠有效地 抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露。
【附圖說明】
[0042] 圖1本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的流程圖。
[0043] 圖2 OFDM系統(tǒng)總泄露能量隨Ξ階余弦組合窗函數(shù)系數(shù)變化示意圖
[0044] 圖3帶外能量泄露隨Ξ階余弦組合窗函數(shù)系數(shù)變化示意圖。
[0045] 圖4帶外能量泄露對(duì)系統(tǒng)總能量泄露占比隨Ξ階余弦組合窗函數(shù)系數(shù)變化示意 圖。
[0046] 圖5 OFDM系統(tǒng)總泄露能量隨四階余弦組合窗函數(shù)系數(shù)變化示意圖
[0047] 圖6帶外能量泄露隨四階余弦組合窗函數(shù)系數(shù)變化示意圖。
[0048] 圖7帶外能量泄露對(duì)系統(tǒng)總能量泄露占比隨四階余弦組合窗函數(shù)系數(shù)變化示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制；
[0050] W下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[0化1]實(shí)施例1
[0052] 如圖1所示，抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露的余弦組合窗設(shè)計(jì)方法通過對(duì)OFDM系統(tǒng)的發(fā) 送信號(hào)加載不同的余弦組合窗函數(shù)，推算出發(fā)送信號(hào)經(jīng)過各個(gè)余弦組合窗函數(shù)加載后OFDM 系統(tǒng)的總能量泄露W及泄露能量對(duì)鄰近頻帶的影響，然后通過相互比較，選擇對(duì)鄰近頻帶 影響最小的余弦組合窗函數(shù)加載到發(fā)送信號(hào)上。
[0053] 其中，在考慮OFDM系統(tǒng)的總能量泄露W及泄露能量對(duì)鄰近頻帶的影響時(shí)，主要是 考慮OFDM帶內(nèi)信號(hào)能量E內(nèi)旨、OFDM系統(tǒng)對(duì)相鄰頻帶產(chǎn)生能量泄露影響E外旨;運(yùn)兩個(gè)參數(shù)的具 體求解過程如下：
[0化4] 所述發(fā)送信號(hào)表示如下：
[0化5]
[0056] 其中Μ為(FDM系統(tǒng)的載波數(shù)，Am為(FDM符號(hào)的幅值，fm為對(duì)應(yīng)子載波的載波頻率；
[0057] 所述余弦組合窗函數(shù)表示如下：
[0化引
[0059] 其中N表示OFDM的符號(hào)長度，L表示余弦組合窗函數(shù)的階數(shù)，bi為余弦組合窗函數(shù) 的系數(shù)；
[0060] 則發(fā)送信號(hào)加載余弦組合窗函數(shù)后表示如下：
[0061]
[0062] 對(duì)x(n)做傅里葉變換，得到頻域表達(dá)式X化)如下：
[0063]
[0064] k表不子載波序號(hào)；
[0065] 又因?yàn)楫?dāng)N〉〉l時(shí)，菊
e±i" = -l，e±i2"=l因此，上式可化簡(jiǎn) 為如下式所示：
[0066]
[0067] 基于傅里葉變換的結(jié)果，計(jì)算(FDM帶內(nèi)信號(hào)能量E內(nèi)自,、0FDM系統(tǒng)對(duì)相鄰頻帶產(chǎn)生能 量泄露影響E外宮；
[0068] 取k點(diǎn)為例，其信號(hào)表達(dá)式為
[0069]
[0070] 其中bo表示第一階系數(shù);Ak為(FDM符號(hào)的第k個(gè)載波上信號(hào)的幅值；
[0071] 求該點(diǎn)信號(hào)的能量并求其期望，如下：
[00巧信號(hào)能量：
[0076] 因此，信號(hào)帶內(nèi)總能量可表示為：
[0077]
[0078] 對(duì)帶外信號(hào)某一數(shù)據(jù)點(diǎn)來說，由于信號(hào)頻譜峰值出現(xiàn)在子載波間隔中點(diǎn)處，因此 取該點(diǎn)為代表計(jì)算帶外信號(hào)能量，如對(duì)OFDM系統(tǒng)相鄰頻帶的第I個(gè)載波的中點(diǎn)來說，其信號(hào) 表達(dá)式為：
[0079]
[0080] 求該信號(hào)點(diǎn)的能量并求其期望，方法如下：
[0081] 信號(hào)能量期望：
[0082]
[0083] 因此，信號(hào)帶外總能量可由相鄰頻帶各數(shù)據(jù)點(diǎn)累加求和得到，表示為：
[0084]
[0085] 本實(shí)施例中，確定得到各個(gè)余弦組合窗函數(shù)加載后的E內(nèi)自,、E4協(xié)后，計(jì)算不同余弦組 合窗函數(shù)各系數(shù)bi與帖旨、E外旨的關(guān)系，得到不同余弦組合窗函數(shù)各系數(shù)與帖旨、E外旨的仿真曲 線，如圖2~7所示;然后選擇對(duì)鄰近頻帶影響最小的余弦組合窗函數(shù)作為加載函數(shù)，比如， 當(dāng)要求系統(tǒng)的總能量泄露最小時(shí)，可選擇圖2中對(duì)應(yīng)的窗函數(shù)系數(shù)曲線，求得對(duì)應(yīng)最低泄露 總能量下的Ξ階窗函數(shù)的第一階系數(shù)bo;當(dāng)要求系統(tǒng)對(duì)相鄰頻帶干擾的能量最小時(shí)，可選 擇圖3中對(duì)應(yīng)的窗函數(shù)系數(shù)曲線，求得對(duì)應(yīng)最小能量占比下的Ξ階窗函數(shù)的第一階系數(shù)bo; 如當(dāng)要求系統(tǒng)泄露能量占自身總能量占比最小時(shí)，可選擇圖4中對(duì)應(yīng)窗函數(shù)的系數(shù)曲線，求 得對(duì)應(yīng)最小能量占比下的Ξ階窗函數(shù)的第一階系數(shù)bo。
[0086]然后對(duì)其他系數(shù)進(jìn)行求取，求取的過程如下：
[0089] 實(shí)驗(yàn)仿真表明：當(dāng)性能要求選為OFDM系統(tǒng)對(duì)相鄰頻帶能量干擾最小時(shí)，運(yùn)用本發(fā) 明所加余弦組合窗函數(shù)的帶外能量泄露，是加漢寧窗時(shí)能量泄露的88.24%，是漢明窗能量 泄露的85.71 %，是凱撒窗能量泄露的85.89% ;當(dāng)系統(tǒng)選OFDM系統(tǒng)對(duì)帶外泄露占總能量泄 露比值最小時(shí)，運(yùn)用本發(fā)明所加余弦組合窗函數(shù)的帶外能量泄露占總能量泄露的比值，是 加漢寧窗時(shí)能量泄露占總能量泄露的比值的65.37 %，是漢明窗的80.49 %，是凱撒窗的 67.45%。
[0090] 綜上，本發(fā)明提供的方法能夠有效地抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露。
[0091] 顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì) 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可 W做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。運(yùn)里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予W窮舉。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露的余弦組合窗設(shè)計(jì)方法，其特征在于：通過對(duì)OFDM系統(tǒng) 的發(fā)送信號(hào)加載不同的余弦組合窗函數(shù)，推算出發(fā)送信號(hào)經(jīng)過各個(gè)余弦組合窗函數(shù)加載后 OFDM系統(tǒng)的總能量泄露以及泄露能量對(duì)鄰近頻帶的影響，然后通過相互比較，選擇對(duì)鄰近 頻帶影響最小的余弦組合窗函數(shù)加載到發(fā)送信號(hào)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露的余弦組合窗設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述發(fā)送信號(hào)表示如下：其中Μ為OFDM系統(tǒng)的載波數(shù)，Am為OFDM符號(hào)的幅值，為對(duì)應(yīng)子載波的載波頻率； 所述余弦組合窗函數(shù)表示如下：其中N表示OFDM的符號(hào)長度，L表示余弦組合窗函數(shù)的階數(shù)，匕為余弦組合窗函數(shù)的系 數(shù)； 則發(fā)送信號(hào)加載余弦組合窗函數(shù)后表示如下：對(duì)x(n)做傅里葉變換，得到頻域表達(dá)式X(k)如下： k衣不卞鄆股斤虧；基于傅里葉變換的結(jié)果，計(jì)算OFDM帶內(nèi)信號(hào)能量E_.、0FDM系統(tǒng)對(duì)相鄰頻帶產(chǎn)生能量泄 露影響玢卜總； 取k點(diǎn)為例，其信號(hào)表達(dá)^ ι=ι ?·其中bo表不第一階系數(shù)，Ak為OFDM符號(hào)的第k個(gè)載波上信號(hào)的幅值； 求該點(diǎn)信號(hào)的能量并求其期望，如下： 信號(hào)能量：因此，信號(hào)帶內(nèi)總能量可表示為：對(duì)帶外信號(hào)某一數(shù)據(jù)點(diǎn)來說，由于信號(hào)頻譜峰值出現(xiàn)在子載波間隔中點(diǎn)處，因此取該 點(diǎn)為代表計(jì)算帶外信號(hào)能量，如對(duì)OFDM系統(tǒng)相鄰頻帶的第I個(gè)載波的中點(diǎn)來說，其信號(hào)表達(dá) 式為： m=u t=u ?、又 _ w+.w j m; ·'求該信號(hào)點(diǎn)的能量并求其期望，方法如下： 信號(hào)能量期望：因此，信號(hào)帶外總能量可由相鄰頻帶各數(shù)據(jù)點(diǎn)累加求和得到，表示為：求解得到各個(gè)余弦組合窗函數(shù)加載后的E_.、E順后，通過相互比較，選擇對(duì)鄰近頻帶影 響最小的余弦組合窗函數(shù)加載到發(fā)送信號(hào)上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制OFDM系統(tǒng)帶外泄露的余弦組合窗設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 確定得到各個(gè)余弦組合窗函數(shù)加載后的E_.、E^總后，計(jì)算不同余弦組合窗函數(shù)各系數(shù)h 與細(xì)自4觸的關(guān)系，得到不同余弦組合窗函數(shù)各系數(shù)與E內(nèi)總、E觸的仿真曲線；然后選擇對(duì)鄰 近頻帶影響最小的余弦組合窗函數(shù)作為加載函數(shù)，并基于仿真曲線找到最優(yōu)的窗系數(shù)bo， 然后對(duì)其他系數(shù)進(jìn)行求取，求取的過程如下：
【文檔編號(hào)】H04L27/26GK105871767SQ201610177381
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】柯少杰, 李妍, 戴憲華
【申請(qǐng)人】廣東順德中山大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國際聯(lián)合研究院, 中山大學(xué)