本發(fā)明涉及低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低軌衛(wèi)星通信OFDM系統(tǒng)中高頻譜利用率的載波間干擾自消除的實(shí)現(xiàn)方案。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。衛(wèi)星通信以其通信距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、性能穩(wěn)定、適用于多種業(yè)務(wù)、不受地域限制等諸多優(yōu)點(diǎn)，在無線通信領(lǐng)域占有重要的地位，因此在過去的幾十年的時(shí)間里得到了迅速的發(fā)展并獲得了廣泛應(yīng)用，目前已經(jīng)成為了一種強(qiáng)有力的現(xiàn)代化通信手段。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)根據(jù)其軌道高度可以分為靜止軌道(Geostationary Orbit，GEO)、中軌(Medium Earth Orbit，MEO)和低軌(Low Earth orbit，LEO)。LEO衛(wèi)星由于能夠克服GEO軌道資源緊張、時(shí)延較大、研制成本較高等優(yōu)點(diǎn)，因此在近年來成為全球衛(wèi)星通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

目前LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)常見的傳輸體制是采用FDMA與TDMA相結(jié)合的MF-TDMA傳輸技術(shù)(比如Iridium、Teledesic)和采用CDMA傳輸技術(shù)(比如Globalstar)。但MF-TDMA自身的頻帶利用率低，而且由于其需要聯(lián)合兩種傳輸體制，這將導(dǎo)致發(fā)射機(jī)或接收機(jī)設(shè)備復(fù)雜度很高。盡管CDMA相對(duì)于TDMA可以通過分集接收的方式來有效抑制多徑衰落，但其擴(kuò)頻增益無法支持較高速率的信號(hào)傳輸，而且對(duì)于多徑數(shù)量較多的傳輸鏈路來說，采用該傳輸體制同樣也會(huì) 增加傳輸系統(tǒng)的接收機(jī)設(shè)備的復(fù)雜度，因此這兩種傳輸技術(shù)并不能很好地滿足數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枨?。LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要一種帶寬利用率高、抗頻率選擇性衰落能力強(qiáng)，又可以提供靈活多變的資源分配方式的傳輸技術(shù)。由于OFDM具有很高的頻譜效率和良好的抗多徑衰落能力，因此LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)合OFDM技術(shù)成為克服上述缺陷的關(guān)鍵傳輸技術(shù)之一，在頻帶日益緊張、信道特性復(fù)雜的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

雖然OFDM能夠有效克服LEO衛(wèi)星通信中的一些重要問題，但OFDM本身對(duì)頻率同步性要求嚴(yán)格。實(shí)際中的LEO衛(wèi)星相對(duì)于地面終端有著非常高的運(yùn)動(dòng)速度，因此即使接收衛(wèi)星信號(hào)的終端保持位置不變，收到的信號(hào)頻率與衛(wèi)星發(fā)送端的載波頻率之間也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的多普勒頻移，這將導(dǎo)致信號(hào)的正交性被破壞并產(chǎn)生載波間干擾(Inter-channel Interference，ICI)，從而影響信號(hào)的檢測(cè)效果。因此如何有效地減小ICI對(duì)通信系統(tǒng)的影響是OFDM技術(shù)是否能夠在LEO衛(wèi)星通信中得以廣泛應(yīng)用的重要因素之一。

近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)提出了相應(yīng)的抑制ICI方案并將其應(yīng)用到OFDM系統(tǒng)中，主要有ICI干擾自消除技術(shù)、信道估計(jì)技術(shù)、頻域均衡技術(shù)、時(shí)域加窗技術(shù)等等。其中ICI干擾自消除技術(shù)[Yuping Zhao，S.-G.Haggman.Intercarrier interference self-cancellation scheme for OFDM mobile communication systems[J].IEEE Transactions on Communications，2001，49(7)：1185-1191.]由于具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和抑制效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛關(guān)注。但該算法是以降低系統(tǒng)頻譜利用率作為代價(jià)來達(dá)到抑制ICI的目的。學(xué)者們?cè)谠撍惴ǖ幕A(chǔ)上提出的一些改進(jìn)算法來進(jìn)一步提高系統(tǒng)對(duì)ICI的抑制性能，但算法自身頻譜利用率低的問題始終都沒有得以解決。盡管ICI自消除差分編碼算法[劉解華，楊東凱，常青，張其善.基于差分編碼的OFDM系統(tǒng)ICI消除 方法的研究[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2007，29(7)：1529-1532.]和數(shù)據(jù)傳輸速率自消除算法[ZhenchaoWang，Jianping Zhang，and Yanqin Wang.A Novel ICI-SC Scheme in MIMO-OFDM System[C].International Conference on Communication Signal Processing and Systems，Lecture Notes in Electrical Engineering246，2014：697-706.]在不同程度上提高了頻譜利用率，但它們的抑制效果不及傳統(tǒng)的ICI自干擾消除方案來得好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有通信系統(tǒng)中，消除ICI會(huì)犧牲頻譜利用率；為解決所述問題，本發(fā)明提供高頻譜利用率的ICI自消除通信方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的高頻譜利用率的ICI自消除通信方法包括：

步驟一、序列發(fā)生器發(fā)送由N個(gè)序列組成的子載波序列組X₀(k)，0≤k≤N-1，k為波數(shù)，N為偶數(shù)；

步驟二、對(duì)X₀(k)進(jìn)行調(diào)制處理，對(duì)奇數(shù)項(xiàng)不作處理，偶數(shù)項(xiàng)映射為與相鄰項(xiàng)差的二分之一；

步驟三、調(diào)制處理后，接收端接收到的第k個(gè)子載波序列組為Y(k)、第k+1個(gè)子載波序列組為Y(k+1)，對(duì)這兩個(gè)序列組做解映射處理：Y′(k)＝2[Y(k)-Y(k+1)]。

進(jìn)一步，X₀(k)＝[X(0)，X(1)，…，X(N-2)，X(N-1)]^T，調(diào)制處理得：

進(jìn)一步，所述步驟二包括：

步驟2.1、將X₀(k)進(jìn)行抽樣處理，將X₀(k)中的N/2個(gè)奇數(shù)序列不作處理，N/2個(gè)偶數(shù)序列以零表示，得到：

X_0-odd(k)＝[X(0)，0，X(2)，0，…，X(N-2)，0]^T；

步驟2.2、將X₀(k)中的所有序列均乘以-1/2，得到：

步驟2.3、將X′₀(k)與X_0-odd(k)中對(duì)應(yīng)位置的序列進(jìn)行相加，得到：

步驟2.4、將X_0-odd(k)中所有序列均乘以1/2，得到：

步驟2.5、再將X′_0-odd(k)進(jìn)行圓周右移一位，得到X″_0-odd(k)X″_0-odd(k)

步驟2.6、將X″_0-odd(k)與X′_0-odd(k)中對(duì)應(yīng)位置的序列進(jìn)行相加，得到

步驟2.7、將X″′_0-odd(k)和X″₀(k)中對(duì)應(yīng)位置的序列進(jìn)行相加，得到X₁(k)。

進(jìn)一步，所述接收端第k個(gè)子載波序列組為：

第k+1個(gè)子載波序列組為：

其中，n_k為高斯白噪聲，S(m-k)為第k個(gè)子載波在第m個(gè)子載波上產(chǎn)生的ICI干擾序列。

進(jìn)一步，所述步驟三得到：

進(jìn)一步，本發(fā)明還提供的實(shí)現(xiàn)所述高頻譜利用率的ICI自消除通信方法的系統(tǒng)，包括：序列發(fā)生器、調(diào)制處理器、接收端；序列發(fā)生器輸出的載波序列組由調(diào)制處理器處理后輸出到接收端，所述調(diào)制處理器對(duì)序列發(fā)生器輸出載波序列組的奇數(shù)項(xiàng)不作處理，偶數(shù)項(xiàng)映射為與相鄰項(xiàng)差的二分之一。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：

本發(fā)明通過對(duì)子載波序列組進(jìn)行調(diào)制處理，采用如步驟二所述的映射方法，使得子載波序列中的奇數(shù)項(xiàng)保持不變，偶數(shù)項(xiàng)的表達(dá)式中含有調(diào)制處理前的子載波序列，使得接收端接收到的子載波序列組在映射處理所得到不僅相減消除ICI，而且相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提高了頻譜利用率，實(shí)現(xiàn)高頻譜利用率的ICI自消除通信。

不難發(fā)現(xiàn)，本方案不僅可以像傳統(tǒng)的相鄰數(shù)據(jù)取反ICI自消除方案那樣對(duì)ICI具有相同的抑制效果，而且采用本發(fā)明中的映射方案不會(huì)對(duì)系統(tǒng)頻譜利用率造成任何影響。因此本方案在實(shí)際的低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)中具有很好的實(shí)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中，序列發(fā)生器提供的初始子載波序列結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中，調(diào)制處理之后的子載波序列結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中，調(diào)制處理的工作流程示意圖。

具體實(shí)施方式

由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有LEO衛(wèi)星OFDM通信系統(tǒng)所采用的ICI自消除方法會(huì)降低頻譜利用率；發(fā)明人針對(duì)所述問題進(jìn)行研究，認(rèn)為降低頻譜利用率的原因是對(duì)子載波序列作映射處理時(shí)，部分子載波序列的頻譜信息丟失；發(fā)明人針對(duì)上述問題進(jìn)行進(jìn)一步研究，在本發(fā)明的實(shí)施例中提供一種高頻譜利用率ICI自消除通信方法及系統(tǒng)。

下文中，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)作進(jìn)一步闡述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的高頻譜利用ICI自消除通信方法，包括：

步驟一、序列發(fā)生器發(fā)送由N個(gè)序列組成的子載波序列組X₀(k)，0≤k≤N-1，k為波數(shù)，N為偶數(shù)，X₀(k)＝[X(0)，X(1)，…，X(N-2)，X(N-1)]^T，

X₀(k)需要在OFDM系統(tǒng)中進(jìn)行快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)與快速傅里葉反變換(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)，因此N一定是偶數(shù)。X₀(k)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

步驟二、對(duì)X₀(k)進(jìn)行調(diào)制處理，對(duì)奇數(shù)項(xiàng)不作處理，偶數(shù)項(xiàng)映射為與相鄰項(xiàng)差的二分之一。

本實(shí)施例中，第2n項(xiàng)子載波序列映射為第2n-1項(xiàng)子載波序列與第2n項(xiàng)子 載波序列差的二分之一，n為自然數(shù)。

圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的調(diào)制處理的流程示意圖，所述流程由本發(fā)明實(shí)施例提供的高頻譜利用率ICI自消除通信系統(tǒng)的調(diào)制處理器實(shí)現(xiàn)，包括：

步驟2.1、將X₀(k)進(jìn)行抽樣處理，將X₀(k)中的N/2個(gè)奇數(shù)序列不作處理，N/2個(gè)偶數(shù)序列以零表示，得到：

X_0-odd(k)＝[X(0)，0，X(2)，0，…，X(N-2)，0]^T；

步驟2.2、將X₀(k)中的所有序列均乘以-1/2，得到：

步驟2.3、將X′₀(k)與X_0-odd(k)中對(duì)應(yīng)位置的序列進(jìn)行相加，得到：

步驟2.4、將X_0-odd(k)中所有序列均乘以1/2，得到：

步驟2.5、再將X′_0-odd(k)進(jìn)行圓周右移一位，得到X″_0-odd(k)X″_0-odd(k)

步驟2.6、將X″_0-odd(k)與X′_0-odd(k)中對(duì)應(yīng)位置的序列進(jìn)行相加，得到

步驟2.7、將X″′_0-odd(k)和X″₀(k)中對(duì)應(yīng)位置的序列進(jìn)行相加，得到X₁(k)，序列結(jié)構(gòu)式如圖2所示。

步驟三、調(diào)制處理后，接收端接收到的第k個(gè)子載波序列組為Y(k)、第k+1 個(gè)子載波序列組為Y(k+1)，對(duì)Y(k)做映射處理：Y′(k)＝2[Y(k)-Y(k+1)]。

所述步驟三包括：

步驟3.1、，計(jì)算Y(k)、Y(k+1)，k為波數(shù)，0≤k≤N-1，

其中，n_k為高斯白噪聲，S(m-k)為第k個(gè)子載波在第m個(gè)子載波上產(chǎn)生的ICI干擾序列。

步驟3.2、采用反映射法對(duì)接收端接收到的子載波序列Y(k)、Y(k+1)進(jìn)行解調(diào)還原

由Y′(k)的表達(dá)式可以看出，通過差運(yùn)算可以消除ICI，并且不會(huì)降低頻譜利用率。在本發(fā)明實(shí)施例中，可以繼續(xù)利用Y′(k)進(jìn)行信道解碼。

發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明 技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。