本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及一種ofdm系統(tǒng)的評估方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前的ofdm(正交頻分復(fù)用)無線通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中，存在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題和教學(xué)局限性，這些問題主要圍繞載波正交性評估、循環(huán)前綴(cp)與碼間干擾(isi)的關(guān)系展示、以及ofdm收發(fā)過程中自適應(yīng)調(diào)制原理的理解與應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種ofdm系統(tǒng)的評估方法及裝置。

2、本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本公開實(shí)施例中提供了一種ofdm系統(tǒng)的評估方法，方法包括：

4、對ofdm系統(tǒng)的多個(gè)初始載波信號進(jìn)行采樣，得到多個(gè)離散載波信號，計(jì)算各離散載波信號之間的正交度指標(biāo)；

5、獲取ofdm系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)長度為基準(zhǔn)信號添加循環(huán)前綴，通過多徑信道模型對添加循環(huán)前綴后的基準(zhǔn)信號進(jìn)行處理，得到總體接收信號，計(jì)算總體接收信號的碼間干擾水平，并根據(jù)碼間干擾水平計(jì)算總體接收信號的系統(tǒng)效率評估指標(biāo)、綜合性能指標(biāo)與頻譜效率指標(biāo)，并根據(jù)碼間干擾水平與系統(tǒng)效率評估指標(biāo)優(yōu)化循環(huán)前綴的長度；

6、獲取ofdm系統(tǒng)中多個(gè)子載波特定位置上的發(fā)送導(dǎo)頻信號與接收導(dǎo)頻信號，根據(jù)發(fā)送導(dǎo)頻信號與接收導(dǎo)頻信號計(jì)算ofdm系統(tǒng)的信道響應(yīng)估計(jì)值，并根據(jù)發(fā)送導(dǎo)頻信號、接收導(dǎo)頻信號與信道響應(yīng)估計(jì)值計(jì)算ofdm系統(tǒng)的噪聲功率估計(jì)值，根據(jù)信道響應(yīng)估計(jì)值與噪聲功率估計(jì)值計(jì)算各子載波的信噪比估計(jì)值，通過將各子載波的信噪比估計(jì)值與預(yù)設(shè)信噪比閾值進(jìn)行比較，確定各子載波的調(diào)制方式并生成對應(yīng)的調(diào)制信號。

7、可選地，對ofdm系統(tǒng)的多個(gè)初始載波信號進(jìn)行采樣，得到多個(gè)離散載波信號，包括：

8、通過預(yù)設(shè)采樣率、預(yù)設(shè)觀測窗口長度與預(yù)設(shè)滑動步長對各初始載波信號進(jìn)行采樣，對采樣到的各初始載波信號進(jìn)行信號歸一化處理，得到多個(gè)歸一化處理后的載波信號；

9、對各歸一化處理后的載波信號進(jìn)行加窗處理，得到多個(gè)加窗處理后的載波信號，并對各加窗處理后的載波信號進(jìn)行去直流偏置處理，得到多個(gè)離散載波信號；

10、其中，各初始載波信號為：

11、s1(t)＝a1cos(2πf1t+φ1)

12、s2(t)＝a2cos(2πf2t+φ2)

13、式中，s1(t)為第一個(gè)初始載波信號，s2(t)為第二個(gè)初始載波信號，a1、a2分別為第一個(gè)初始載波信號和第二個(gè)初始載波信號的幅度，f1、f2分別為第一個(gè)初始載波信號和第二個(gè)初始載波信號的頻率，φ1、φ2分別為第一個(gè)初始載波信號和第二個(gè)初始載波信號的相位。

14、可選地，計(jì)算各離散載波信號之間的正交度指標(biāo)，包括：

15、利用預(yù)設(shè)相關(guān)性計(jì)算公式計(jì)算各離散載波信號之間的相關(guān)性指標(biāo)，利用預(yù)設(shè)能量計(jì)算公式計(jì)算各離散載波信號的能量的乘積；

16、利用預(yù)設(shè)正交度計(jì)算公式并根據(jù)各離散載波信號之間的相關(guān)性指標(biāo)與各離散載波信號的能量的乘積，計(jì)算各離散載波信號之間的正交度指標(biāo)；

17、其中，預(yù)設(shè)相關(guān)性計(jì)算公式為：

18、

19、式中，s1[k]為第一個(gè)離散載波信號，為第二個(gè)離散載波信號的共軛復(fù)數(shù)，n為采樣點(diǎn)數(shù)，r[n]為相關(guān)性指標(biāo)，k為對各初始載波信號采樣的離散時(shí)間點(diǎn)；

20、其中，預(yù)設(shè)能量計(jì)算公式為：

21、

22、式中，e[n]為各離散載波信號的能量的乘積；

23、其中，預(yù)設(shè)正交度計(jì)算公式為：

24、

25、式中，o[n]為各離散載波信號之間的正交度指標(biāo)。

26、可選地，計(jì)算總體接收信號的碼間干擾水平，包括：

27、將總體接收信號分解為主路徑信號與多徑干擾信號，分別計(jì)算主路徑信號的能量與多徑干擾信號的能量；

28、利用預(yù)設(shè)碼間干擾水平計(jì)算公式并根據(jù)多徑干擾信號的能量與主路徑信號的能量，計(jì)算初始碼間干擾水平，并利用預(yù)設(shè)歸一化公式對初始碼間干擾水平進(jìn)行歸一化，得到總體接收信號的碼間干擾水平；

29、其中，預(yù)設(shè)碼間干擾水平計(jì)算公式為：

30、

31、式中，isilevel(τ)′為初始碼間干擾水平，hl為第l徑的信道系數(shù)，x(n-τl)為基準(zhǔn)信號經(jīng)過τl個(gè)采樣延遲后的信號，h0為主路徑的信道系數(shù)，x(n)為基準(zhǔn)信號，l為信道長度，τ為實(shí)際時(shí)延，n為采樣點(diǎn)數(shù)；

32、其中，預(yù)設(shè)歸一化公式為：

33、

34、式中，isilevel(τ)為碼間干擾水平，cplength為循環(huán)前綴的長度。

35、可選地，根據(jù)碼間干擾水平計(jì)算總體接收信號的系統(tǒng)效率評估指標(biāo)、綜合性能指標(biāo)與頻譜效率指標(biāo)，包括：

36、獲取基準(zhǔn)信號的ofdm符號長度，分別計(jì)算包含循環(huán)前綴的總體接收信號的第一碼間干擾水平與不包含循環(huán)前綴的總體接收信號的第二碼間干擾水平，根據(jù)ofdm符號長度與循環(huán)前綴的長度計(jì)算循環(huán)前綴開銷率，根據(jù)第一碼間干擾水平與第二碼間干擾水平計(jì)算碼間干擾水平抑制率，并利用預(yù)設(shè)系統(tǒng)效率評估指標(biāo)計(jì)算公式根據(jù)碼間干擾水平抑制率與循環(huán)前綴開銷率計(jì)算系統(tǒng)效率評估指標(biāo)；

37、獲取誤碼率，并分別獲取碼間干擾水平的第一權(quán)重、循環(huán)前綴開銷率的第二權(quán)重與誤碼率的第三權(quán)重，利用預(yù)設(shè)綜合性能指標(biāo)計(jì)算公式并根據(jù)碼間干擾水平、第一權(quán)重、循環(huán)前綴開銷率、第二權(quán)重、誤碼率與第三權(quán)重，計(jì)算綜合性能指標(biāo)；

38、利用預(yù)設(shè)頻譜效率指標(biāo)計(jì)算公式并根據(jù)ofdm符號長度與循環(huán)前綴的長度，計(jì)算頻譜效率指標(biāo)；

39、其中，預(yù)設(shè)系統(tǒng)效率評估指標(biāo)計(jì)算公式為：

40、

41、式中，ηsystem為系統(tǒng)效率評估指標(biāo)，isino_cp為第二碼間干擾水平，isiwith_cp為第一碼間干擾水平，ofdmlength為ofdm符號長度，cplength為循環(huán)前綴的長度，isisuppression為碼間干擾水平抑制率，cpoverhead為循環(huán)前綴開銷率；

42、其中，預(yù)設(shè)綜合性能指標(biāo)計(jì)算公式為：

43、

44、式中，psystem為綜合性能指標(biāo)，α為第一權(quán)重，β為第二權(quán)重，ber為誤碼率，γ為第三權(quán)重；

45、其中，預(yù)設(shè)頻譜效率指標(biāo)計(jì)算公式為：

46、

47、式中，ηspectral為頻譜效率指標(biāo)。

48、可選地，根據(jù)碼間干擾水平與系統(tǒng)效率評估指標(biāo)優(yōu)化循環(huán)前綴的長度，包括：

49、獲取循環(huán)前綴的所有長度，并分別計(jì)算循環(huán)前綴的所有長度下的性能評估指標(biāo)和碼間干擾水平；

50、根據(jù)預(yù)設(shè)優(yōu)化公式確定滿足碼間干擾水平低于預(yù)設(shè)干擾水平閾值的循環(huán)前綴的長度中，使得系統(tǒng)性能評估指標(biāo)值最小的循環(huán)前綴的目標(biāo)長度，將目標(biāo)長度作為循環(huán)前綴優(yōu)化后的長度；

51、其中，預(yù)設(shè)優(yōu)化公式為：

52、cpopt＝argminτ{ηsystem(τ)|isilevel(τ)<isithreshold}

53、式中，cpopt為目標(biāo)長度，isithreshold為預(yù)設(shè)干擾水平閾值。

54、可選地，ofdm系統(tǒng)包括多個(gè)子載波位置與多個(gè)子載波特定位置，根據(jù)發(fā)送導(dǎo)頻信號與接收導(dǎo)頻信號計(jì)算ofdm系統(tǒng)的信道響應(yīng)估計(jì)值，并根據(jù)發(fā)送導(dǎo)頻信號、接收導(dǎo)頻信號與信道響應(yīng)估計(jì)值計(jì)算ofdm系統(tǒng)的噪聲功率估計(jì)值，包括：

55、將各子載波特定位置上的接收導(dǎo)頻信號與發(fā)送導(dǎo)頻信號的比值，作為各子載波特定位置上的信道響應(yīng)估計(jì)值，利用線性插值算法并根據(jù)各子載波特定位置上的信道響應(yīng)估計(jì)值計(jì)算各子載波位置的信道響應(yīng)估計(jì)值，根據(jù)各子載波特定位置上的信道響應(yīng)估計(jì)值與各子載波位置的信道響應(yīng)估計(jì)值，得到ofdm系統(tǒng)的信道響應(yīng)估計(jì)值；

56、根據(jù)發(fā)送導(dǎo)頻信號與信道響應(yīng)估計(jì)值計(jì)算理想接收信號，利用預(yù)設(shè)噪聲功率計(jì)算公式并根據(jù)接收導(dǎo)頻信號與理想接收信號，計(jì)算ofdm系統(tǒng)的噪聲功率估計(jì)值；

57、其中，線性插值算法為：

58、

59、式中，h(k)為子載波位置k的信道響應(yīng)估計(jì)值，h(k1)、h(k2)分別為子載波特定位置k1和k2的信道響應(yīng)估計(jì)值，其中，k1<k<k2；

60、其中，預(yù)設(shè)噪聲功率計(jì)算公式為：

61、

62、式中，n0為噪聲功率估計(jì)值，yp(k)為接收導(dǎo)頻信號，hp(k)為k位置的信道響應(yīng)估計(jì)值與n個(gè)臨近位置的信道響應(yīng)估值的平滑值，xp(k)為發(fā)送導(dǎo)頻信號。

63、可選地，根據(jù)信道響應(yīng)估計(jì)值與噪聲功率估計(jì)值計(jì)算各子載波的信噪比估計(jì)值，包括：

64、計(jì)算信道響應(yīng)估計(jì)值的功率增益，并計(jì)算發(fā)送導(dǎo)頻信號的功率，利用預(yù)設(shè)信噪比計(jì)算公式并根據(jù)信道響應(yīng)估計(jì)值的功率增益、發(fā)送導(dǎo)頻信號的功率與噪聲功率估計(jì)值，計(jì)算各子載波的初始信噪比；

65、對各子載波的初始信噪比進(jìn)行時(shí)域平滑處理，得到各子載波的信噪比估計(jì)值；

66、其中，預(yù)設(shè)信噪比計(jì)算公式為：

67、snrk＝|hk|2·e[|xk|2]/n0

68、式中，snrk為信噪比估計(jì)值，|hk|2為信道響應(yīng)估計(jì)值的功率增益，e[|xk|2]為發(fā)送導(dǎo)頻信號的功率。

69、可選地，通過將各子載波的信噪比估計(jì)值與預(yù)設(shè)信噪比閾值進(jìn)行比較，確定各子載波的調(diào)制方式并生成對應(yīng)的調(diào)制信號，包括：

70、獲取預(yù)設(shè)誤碼率要求值，利用預(yù)設(shè)信噪比閾值計(jì)算公式并根據(jù)誤碼率要求值確定預(yù)設(shè)信噪比閾值，其中，預(yù)設(shè)信噪比閾值包括第一信噪比閾值與第二信噪比閾值；

71、若子載波的信噪比估計(jì)值小于第一信噪比閾值，則將其調(diào)制方式確定為bpsk調(diào)制并生成對應(yīng)的調(diào)制信號；

72、若子載波的信噪比估計(jì)值大于第一信噪比閾值并小于第二信噪比閾值，將其調(diào)制方式確定為qpsk調(diào)制并生成對應(yīng)的調(diào)制信號；

73、若子載波的信噪比估計(jì)值大于第二信噪比閾值，將其調(diào)制方式確定為16qam調(diào)制并生成對應(yīng)的調(diào)制信號；

74、其中，預(yù)設(shè)信噪比閾值計(jì)算公式為：

75、

76、式中，γ1、γ2分別為第一信噪比閾值與第二信噪比閾值，bertarget為預(yù)設(shè)誤碼率要求值。

77、第二方面，本公開實(shí)施例中提供了一種ofdm系統(tǒng)的評估裝置，裝置包括：

78、第一計(jì)算模塊，用于對ofdm系統(tǒng)的多個(gè)初始載波信號進(jìn)行采樣，得到多個(gè)離散載波信號，計(jì)算各離散載波信號之間的正交度指標(biāo)；

79、第二計(jì)算模塊，用于獲取ofdm系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)長度為基準(zhǔn)信號添加循環(huán)前綴，通過多徑信道模型對添加循環(huán)前綴后的基準(zhǔn)信號進(jìn)行處理，得到總體接收信號，計(jì)算總體接收信號的碼間干擾水平，并根據(jù)碼間干擾水平計(jì)算總體接收信號的系統(tǒng)效率評估指標(biāo)、綜合性能指標(biāo)與頻譜效率指標(biāo)，并根據(jù)碼間干擾水平與系統(tǒng)效率評估指標(biāo)優(yōu)化循環(huán)前綴的長度；

80、第三計(jì)算模塊，用于獲取ofdm系統(tǒng)中多個(gè)子載波特定位置上的發(fā)送導(dǎo)頻信號與接收導(dǎo)頻信號，根據(jù)發(fā)送導(dǎo)頻信號與接收導(dǎo)頻信號計(jì)算ofdm系統(tǒng)的信道響應(yīng)估計(jì)值，并根據(jù)發(fā)送導(dǎo)頻信號、接收導(dǎo)頻信號與信道響應(yīng)估計(jì)值計(jì)算ofdm系統(tǒng)的噪聲功率估計(jì)值，根據(jù)信道響應(yīng)估計(jì)值與噪聲功率估計(jì)值計(jì)算各子載波的信噪比估計(jì)值，通過將各子載波的信噪比估計(jì)值與預(yù)設(shè)信噪比閾值進(jìn)行比較，確定各子載波的調(diào)制方式并生成對應(yīng)的調(diào)制信號。

81、本技術(shù)的有益效果：

82、本技術(shù)實(shí)施例提供的ofdm系統(tǒng)的評估方法，通過對ofdm系統(tǒng)的多個(gè)初始載波信號進(jìn)行采樣，得到多個(gè)離散載波信號，計(jì)算各所述離散載波信號之間的正交度指標(biāo)；獲取所述ofdm系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)長度為所述基準(zhǔn)信號添加循環(huán)前綴，通過多徑信道模型對添加循環(huán)前綴后的基準(zhǔn)信號進(jìn)行處理，得到總體接收信號，計(jì)算所述總體接收信號的碼間干擾水平，并根據(jù)所述碼間干擾水平計(jì)算所述總體接收信號的系統(tǒng)效率評估指標(biāo)、綜合性能指標(biāo)與頻譜效率指標(biāo)，并根據(jù)所述碼間干擾水平與系統(tǒng)效率評估指標(biāo)優(yōu)化所述循環(huán)前綴的長度；獲取所述ofdm系統(tǒng)中多個(gè)子載波特定位置上的發(fā)送導(dǎo)頻信號與接收導(dǎo)頻信號，根據(jù)所述發(fā)送導(dǎo)頻信號與所述接收導(dǎo)頻信號計(jì)算所述ofdm系統(tǒng)的信道響應(yīng)估計(jì)值，并根據(jù)所述發(fā)送導(dǎo)頻信號、所述接收導(dǎo)頻信號與所述信道響應(yīng)估計(jì)值計(jì)算所述ofdm系統(tǒng)的噪聲功率估計(jì)值，根據(jù)所述信道響應(yīng)估計(jì)值與所述噪聲功率估計(jì)值計(jì)算各所述子載波的信噪比估計(jì)值，通過將各所述子載波的信噪比估計(jì)值與預(yù)設(shè)信噪比閾值進(jìn)行比較，確定各所述子載波的調(diào)制方式并生成對應(yīng)的調(diào)制信號。本技術(shù)將連續(xù)時(shí)間正交性理論轉(zhuǎn)化為可實(shí)現(xiàn)的離散計(jì)算方案，直觀展示循環(huán)前綴的長度變化對信噪比的影響，定量分析并優(yōu)化了循環(huán)前綴的長度選擇，建立了目標(biāo)誤碼率與調(diào)制方式選擇閾值的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了在保證傳輸質(zhì)量前提下的自適應(yīng)調(diào)制。

83、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯和易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，做詳細(xì)說明如下。