基于发射端截断与接收端重构的高效UFMC实现结构

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，适用于(Universal Filtered Multi-Carrier,UFMC)系统，是一种提高UFMC系统时域效率的实现结构。该结构通过在发射端截断UFMC发射信号来提高时域传输效率，在接收端对截断部分进行重构，恢复出完整的UFMC信号，从而提升系统的性能。

背景技术

随着5G投入商用，众多的从业人员已经开启6G移动通信的研发工作。在5G系统中，正交频分复用技术凭借高频谱效率、强兼容性、低复杂度等优势，被广泛应用于超宽带广播、无线城域网和电力线通信等各类无线通信系统领域。但是OFDM技术存在峰值平均比高、受保护间隔影响大、对频偏敏感性强、对业务适配的灵活性差等缺点，不能很好地满足6G中更加多样化、更加海量的连接等需求。6G以其超高的传输速率、广阔的发展覆盖范围、较高的可靠性和较强的时间延迟性能指标等特点，应用于智能交互、超能交通、室内定位等场景。5G研究时期提出的新型多载波技术能克服OFDM技术的缺点，满足6G在峰值速率、时延、可靠性、频谱效率、定位能力等方面的需求。

UFMC是一种新提出的5G候选技术，适用于6G移动通信的新型多载波调制技术，也被称为UF-OFDM，它对信号子带采用滤波器进行滤波操作，适用于短分组和低延迟传输。UFMC技术是针对FBMC的改进方案，FBMC带外泄露低，频谱效率高，且对频偏不明感，无需循环前缀。但是FBMC滤波器长度很长，无法适应短数据帧传输，同时复杂度也较高。

与CP-OFDM相比，UFMC技术去掉了OFDM技术的循环前缀，在较短的保护周期中进行滤波器的上升和下降，使得UFMC比OFDM误码率更低，而且UFMC通过分配不同的子带来使用非连续频谱资源，提高灵活性的同时也增强了抗干扰能力(Gerzaguet R,Bartzoudis N,Baltar L G,et al.The 5G candidate waveform race:a comparison of complexityand performance[J].EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking,2017,2017(1):1-14.即Gerzaguet R,Bartzoudis N,Baltar L G,et al，5G候选波形竞赛:复杂性和性能的比较[J].EURASIP Journal on Wireless Communications andNetworking,2017,2017(1):1-14.)。在给定的时间范围内，UFMC系统时域传输效率与传输信号中的有效数据长度和UFMC发射端信号总长度相关，在有效数据长度一定的情况下，发射端信号总长度越短，时域效率越高。为了满足6G超高的传输速率等需求，可通过对UFMC发射端信号进行截断的方式提高系统的时域效率。

发明内容

为了提高UFMC系统的时域传输效率，本发明提出了一种时域截断结构，在该结构中，首先通过在发射端截断UFMC发射信号，然后在接收端对截断部分进行重构，恢复出完整的UFMC信号。由于时域截断较大地改变了信号完整性，可能会对信号与干扰加噪声比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)以及误码率(Symbol Error Ratio,SER)产生影响，因此本发明在截断结构的基础上提出在接收机对UFMC信号进行重构，恢复SER性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

UFMC系统的高时域传输效率与接收机重构实现结构，该结构需要对UFMC系统发射信号进行截断，然后在接收端对截断部分进行重构，恢复出完整的UFMC信号，消除截断引入的干扰，包括以下步骤：

1)UFMC系统的输入信号由B个子带，每个子带由P个子载波构成，数据长度为B·P。发射信号长度是由离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete Fourier Transform,IDFT)点数N与子带滤波器长度L决定，数值为N+L-1。根据时间效率需求，对发射信号进行截断，以线性相位子带滤波器为例，将发射信号两端各截断L

2)令迭代次数指示变量I＝0，重构的截断信号为空集，则接收端向量重组结果即为接收信号本身，进而在长度为N+L-2L

3)每个子带解调后的频域信号经过N点IDFT，转换为长度为N的时域信号，再将该时域信号与其对应的子带滤波器进行滤波处理，线性卷积运算后得到长度为N+L-1的子带重构信号序列，所有子带重构信号序列相加得到重构信号。

4)将3)所得重构信号前L

5)对4)中重构后的完整信号尾部填零扩展为2N长度序列，并做2N点FFT变换，再进行标准的UFMC解调操作，得到新的频域解调信号。I＝I+1。

6)当I达到预设数值时迭代终止，否则重复第3)～5)的步骤进行迭代。

上述过程中，迭代终止时得到的频域解调信号即为最终输出解调信号。

进一步，在所述步骤1)中，说明书附图1给出了本专利UFMC系统发射端截断与接收端重构下的改进系统模型图，与原系统相比增加了截断和重构步骤。在原系统中，输入信号由B个子带，每个子带由P个子载波构成，经过预均衡处理消除滤波器带来的相位影响后，经过IDFT变换为时域信号，与其相应的滤波器进行卷积处理，再经过累加后从发射端发出。接收端接收到信号后进行时域预处理，再2N点FFT后，对该信号进行解调。

系统改进后将根据外部的系统性能指标需求和时间效率需求，对信号进行截断再发射，附图2给出了本专利UFMC系统发射信号截断前后对比。

接收端第s帧时域无发射截断时完整信号表达式为：

其中，符号

对信号进行发射截断，等效于公式(1)左边的接收信号通过一个长度为N+L-2L

其中，

在给定的时间范围内，UFMC系统时域传输效率r

通过对发射信号两端L

从式中可以看出，时域传输效率随着截断长度2L

在所述步骤2)中，接收机接收到长度为N+L-2L

对Y

在所述步骤3)中，从上一轮(第I-1次)迭代解调得到的信号里提取相应子带信号，I＝0时从初始解调信号中提取，提取的子带解调信号经过N点IDFT变换，转换成时域信号

其中，f

在所述步骤4)中，如附图3所示，把

在所述步骤5)中，将重构出的完整信号

对Y

在所述步骤6)中，当迭代次数尚未达到预设数值时，重复3)～5)的步骤。预设数值根据外部的系统性能指标需求进行仿真确定，不失一般性，本说明书中设为3。

上述过程中，迭代终止时得到的频域解调信号即为最终输出解调信号。

本发明的技术构思为：为了提高UFMC系统的时域传输速率，该发明通过在发射端截断UFMC发射信号来提高时域传输效率，在接收端对截断部分重构，恢复标准长度的UFMC信号，为了消除截断引入的干扰，提升系统的性能。

本发明的有益效果主要表现在：发射信号截断后，能够提高UFMC系统的时域传输效率，并且通过在接收端重构接收信号，能够有效消除截断引入的干扰。

附图说明

图1为UFMC系统发射端截断与接收端重构下系统模型。

图2为UFMC系统发射信号截断前后对比。

图3为UFMC系统接收信号重构前后对比。

图4为基于发射端截断与接收端重构的高效UFMC实现结构的流程图

图5为UFMC系统在不同截断长度下的SINR对比图。

图6为UFMC系统在不同截断长度下的SER对比图。

图7为UFMC系统在接收端进行重构的对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图5～图7，不失一般性，仿真所用UFMC系统参数设定如表1所示。其中，系统输入信号采用(16Quadrature Amplitude Modulation,16QAM)调制。

表1 UFMC系统仿真参数

图4显示了基于发射端截断与接收端重构的高效UFMC实现结构的流程图，每个方框或者条件框分别对应上文所述步骤1)到步骤6)。其中，步骤1)对UFMC发射信号两端进行截断，步骤2)对接收信号尾部进行填零之后再做2N点FFT和UFMC标准解调操作，步骤3)对解调后的各子带信号做N点IDFT，各自分别滤波后再累加，步骤4)为对实际接收信号的缺失部分进行重构得到重构完整信号，步骤5)对重构完整信号尾部填零，做2N点FFT和UFMC标准解调，步骤6)判断迭代次数I是否达到预设数值，当I达到预设数值时迭代终止，否则重复步骤3)～5)进行迭代。

图5中，进行了UFMC系统不同截断长度的SINR仿真对比，图(a)为L

图6中，进行了UFMC系统不同截断长度的SER仿真对比，信噪比设置为0～20dB，步距为2dB。从图中可以看出，在SNR小于10dB时，截断长度对SER的影响不大；SNR大于10dB时，截断长度增大使得SER性能逐步恶化。

图7中，进行了UFMC系统在接收端重构次数的对比，从图中可以看出本发明能够将重构后误码率与无发射截断完整信号误码率差异减小，第三次重构信号的误码率仅略高于无发射截断完整信号的误码率，说明第3次重构的信号已经接近原信号，可以设置迭代次数指示变量I为3。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。