CN102223343A - 混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法 - Google Patents

Abstract

混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，涉及通信领域。它解决了现有的复用和多址接入方法的抗时变性较差、峰均功率比较高的问题。信号发射过程：将m个用户中的每个用户的输入的数据分别进行用户地址选择，并分别进行加权分数傅立叶变换及选择系统参数，并发送至信道；信号接收过程：接收端将接收到的信号进行加权分数傅立叶变换并选择系统参数后输出。本发明适用于混合载波体制通信系统中。

Description

混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法

技术领域

本发明涉及通信领域。

背景技术

加权类分数傅立叶变换(WFRFT)已经在通信系统中得到了初步的应用，而基于加权类分数傅立叶变换的数字通信系统具有单、多载波体制混合调制的特征，是一种可以根据需要改变载波体制的混合系统结构。其在整个时频平面上的比特能量分布相比较单载波或多载波而言更加均匀、对称，这使得基于WFRFT的混合载波体制通信系统在不同类型的时频选择性衰落信道中具有更稳定的系统性能。而基于该系统的加权分数域多址接入方案，则可以为不同用户提供相对一致的资源，进而实现用户间的公平性。在不同类型的时频选择性衰落信道中，这种多址接入方案相比较传统的时分多址或频分多址方案，能够更加充分的利用资源，进而实现更多用户的同时接入。但是，现有的复用和多址接入方法的抗时变性较差、峰均功率比较高。

发明内容

本发明是为了解决现有的复用和多址接入方法的抗时变性较差、峰均功率比较高的问题，从而提供混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法。

混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，它是混合载波体制通信系统中的加权分数域复用和多址接入联合的方法，它由以下步骤实现：

信号发射过程：

步骤A1、将m个用户中的每个用户的输入的数据分别进行用户地址选择，然后选择系统参数对数据进行加权分数傅立叶变换，m个用户中的每个用户获得变换后的N路信号；

步骤A2、将步骤A1获得的m个用户中的每个用户的N路信号进行信号发送前期处理，并发送至信道；

信号接收过程：

步骤B1、接收端将接收到的信号进行接收后期处理；

步骤B2、选择系统参数对步骤B1处理后的信号进行加权分数傅立叶变换，获得m个用户中的每个用户变换后的N路数据，m个用户中的每个用户变换后的N路数据分别进行用户地址选择后输出；

m和N均为正整数。

信号发送前期处理的方法包括以下步骤：

步骤C1、将m个用户中的每个用户的经加权分数傅立叶变换后获得的N路信号进行发送信号处理，m个用户中的每个用户获得处理后的N路信号，所述发送信号处理为加入循环前缀；

步骤C2、将步骤C1获得的处理后的信号进行D/A变换；

步骤C3、将步骤C2获得的变换后的信号进行上变频处理，完成信号发送前期处理。

信号接收后期处理的方法包括以下步骤：

步骤D1、将接收到的信号进行下变频处理；

步骤D2、将步骤D1获得的处理后的信号进行A/D变换；

步骤D3、将步骤D2获得的变换后的信号进行接收信号处理，m个用户中的每个用户获得处理后的N路信号，完成信号接收后期处理；所述接收信号处理为去除循环前缀。

混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，它是混合载波体制通信系统中的加权分数域复用方法，它由以下步骤实现：

信号发射过程：

步骤E1、m个用户的输入数据通过信号复用模块合并成一路长度为N的复数序列；

步骤E2、采用动态参数选择的方法获得系统参数，将步骤E1获得的一路长度为N的复数序列进行加权分数傅立叶变换，获得变换后的信号；所述系统参数为α、MV、NV；

步骤E3、将步骤E2获得的变换后的信号进行发送前期处理；

步骤E4、将步骤E3获得的处理后的信号进行D/A变换；

步骤E5、将步骤E4获得的变换后的信号进行上变频处理，并发射至信道；

信号接收过程：

步骤F1、将接收到的信号进行下变频处理；

步骤F2、将步骤F1获得的处理后的信号进行A/D变换；

步骤F3、将步骤F2获得的变换后的信号进行接收信号处理；

步骤F4、采用动态参数选择的方法获得系统参数，将步骤F3获得的处理后的信号进行加权分数傅立叶变换，获得变换后的信号；所述系统参数为-α、MV、NV；

步骤F5、将步骤F4获得的变换后的信号通过分离模块进行分离，获得m个用户的输出数据。

混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，混合载波体制通信系统中的加权分数域多址接入方法，它由以下步骤实现：

信号发射过程：

步骤G1、将用户输入的数据分别进行用户地址选择，采用动态参数选择的方法获得系统参数，对获得用户地址的N组数据分别进行加权分数傅立叶变换，获得变换后的N路信号；

步骤G2、将步骤G1获得的变换后的N路信号进行发送信号处理；

步骤G3、将步骤G2获得的处理后的信号进行D/A变换；

步骤G4、将步骤G3获得的变换后的信号进行上变频率处理，并发送至信道；

信号接收过程：

步骤H1、将接收到的信号进行下变频处理；

步骤H2、将步骤H1获得的处理后的信号进行A/D变换；

步骤H3、将步骤H2获得的变换后的信号进行接收信号处理；

步骤H4、用动态参数选择的方法获得系统参数，将步骤H3中获得的处理后的信号分别进行加权分数傅立叶变换，获得N路变换后的信号；

步骤H5、将步骤H4获得的N路变换后的信号进行用户地址提取，获得用户的N组数据。

有益效果：本发明在混合载波体制通信系统中采用加权分数域复用和多址接入方法，系统抗时变性好，峰均功率比低。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的本发明的一种加权分数域复用和多址接入方法的信号处理流程示意图；图2是本发明的加权分数域复用方法的信号发射过程中和信号接收方法的信号处理流程示意图；图3是本发明的多址接入方法的信号发射过程中和信号接收方法的信号处理流程示意图；图4是加权分数傅立叶变换的实施结构及其物理含义示意图；图5是时分多址系统的用户信息能量分布示意图；图6是频分多址系统的用户信息能量分布示意图；图7是加权分数域多址系统的用户信息能量分布示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，它是混合载波体制通信系统中的加权分数域复用和多址接入联合的方法，它由以下步骤实现：

信号发射过程：

步骤A1、将m个用户中的每个用户的输入的数据分别进行用户地址选择，然后选择系统参数对数据进行加权分数傅立叶变换，m个用户中的每个用户获得变换后的N路信号；

步骤A2、将步骤A1获得的m个用户中的每个用户的N路信号进行信号发送前期处理，并发送至信道；

信号接收过程：

步骤B1、接收端将接收到的信号进行接收后期处理；

步骤B2、选择系统参数对步骤B1处理后的信号进行加权分数傅立叶变换，获得m个用户中的每个用户变换后的N路数据，m个用户中的每个用户变换后的N路数据分别进行用户地址选择后输出；

m和N均为正整数。

信号发送前期处理的方法包括以下步骤：

步骤C1、将m个用户中的每个用户的经加权分数傅立叶变换后获得的N路信号进行发送信号处理，m个用户中的每个用户获得处理后的N路信号，所述发送信号处理为加入循环前缀；

步骤C2、将步骤C1获得的处理后的信号进行D/A变换；

步骤C3、将步骤C2获得的变换后的信号进行上变频处理，完成信号发送前期处理。

信号接收后期处理的方法包括以下步骤：

步骤D1、将接收到的信号进行下变频处理；

步骤D2、将步骤D1获得的处理后的信号进行A/D变换；

步骤D3、将步骤D2获得的变换后的信号进行接收信号处理，m个用户中的每个用户获得处理后的N路信号，完成信号接收后期处理；所述接收信号处理为去除循环前缀。

具体实施方式二、结合图2说明本具体实施方式，混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，它是混合载波体制通信系统中的加权分数域复用方法，它由以下步骤实现：

信号发射过程：

步骤E1、m个用户的输入数据通过信号复用模块合并成一路长度为N的复数序列；

步骤E2、采用动态参数选择的方法获得系统参数，将步骤E1获得的一路长度为N的复数序列进行加权分数傅立叶变换，获得变换后的信号；所述系统参数为α、MV、NV；

步骤E3、将步骤E2获得的变换后的信号进行发送前期处理；

步骤E4、将步骤E3获得的处理后的信号进行D/A变换；

步骤E5、将步骤E4获得的变换后的信号进行上变频处理，并发射至信道；

信号接收过程：

步骤F1、将接收到的信号进行下变频处理；

步骤F2、将步骤F1获得的处理后的信号进行A/D变换；

步骤F3、将步骤F2获得的变换后的信号进行接收信号处理；

步骤F4、采用动态参数选择的方法获得系统参数，将步骤F3获得的处理后的信号进行加权分数傅立叶变换，获得变换后的信号；所述系统参数为-α、MV、NV；

步骤F5、将步骤F4获得的变换后的信号通过分离模块进行分离，获得m个用户的输出数据。

具体实施方式三、结合图3说明本具体实施方式，混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，它是混合载波体制通信系统中的加权分数域多址接入方法，它由以下步骤实现：

信号发射过程：

信号发射过程：

步骤G1、将用户输入的数据分别进行用户地址选择，采用动态参数选择的方法获得系统参数，对获得用户地址的N组数据分别进行加权分数傅立叶变换，获得变换后的N路信号；

步骤G2、将步骤G1获得的变换后的N路信号进行发送信号处理；

步骤G3、将步骤G2获得的处理后的信号进行D/A变换；

步骤G4、将步骤G3获得的变换后的信号进行上变频率处理，并发送至信道；

信号接收过程：

步骤H1、将接收到的信号进行下变频处理；

步骤H2、将步骤H1获得的处理后的信号进行A/D变换；

步骤H3、将步骤H2获得的变换后的信号进行接收信号处理；

步骤H4、用动态参数选择的方法获得系统参数，将步骤H3中获得的处理后的信号分别进行加权分数傅立叶变换，获得N路变换后的信号；

步骤H5、将步骤H4获得的N路变换后的信号进行用户地址提取，获得用户的N组数据。

具体实施方式四：本实施方式采用技术方案为具体实施方式一至三中的一种，所述实施方式一至三的基于的原理相同，具体为：本发明是在加权分数域上的正交划分，相比较码分多址方案，本发明的技术方案中不存在多用户干扰的问题。

设X₀(n)为任意复数序列，{X₀(n)，X₁(n)，X₂(n)，X₃(n)}分别是X₀(n)的0～3次离散傅立叶变换其中DFT采用归一化定义形式，如式(1)所示

$\left\{\begin{array}{c}X\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}}\\ x\left(n\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

则其WFRFT定义可以表示为：

S₀＝w₀(α，V)X₀(n)+w₁(α，V)X₁(n)+w₂(α，V)X₂(n)+w₃(α，V)X₃(n)   (2)

其中，加权系数定义为：

$w_l\left(\mathrm{\α}\right)=\frac{1}{4}\underset{k=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\exp \{\±\frac{2\mathrm{\πi}}{4}[(4m_k+1)\mathrm{\α}(k+4n_k)-\mathrm{lk}\left]\right\},l=\mathrm{0,1,2,3}---\left(3\right)$

公式(3)是由α、MV＝[m₀，m₁，m₂，m₃]和NV＝[n₀，n₁，n₂，n₃]等9个参数共同控制的加权系数形式，其中MV和NV均为实向量。定义V＝[MV，NV]，当V＝0时公式(2)所定义的为单参数WFRFT，否则为多参数WFRFT。

扩展公式(2)的定义：

$S=\left[\begin{array}{c}{S}_0\\ S_1\\ S_2\\ S_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{w}_0& w_1& w_2& w_3\\ w_3& w_0& w_1& w_2\\ w_2& w_3& w_0& w_1\\ w_1& w_2& w_3& w_0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_0\\ X_1\\ X_2\\ X_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{w}_0{X}_0+w_1{X}_1+w_2{X}_2+w_3{X}_3\\ w_3{X}_0+w_0{X}_1+w_1{X}_2+w_2{X}_3\\ w_2{X}_0+w_3{X}_1+w_0{X}_2+w_1{X}_3\\ w_1{X}_0+w_2{X}_1+w_3{X}_2+w_0{X}_3\end{array}\right]---\left(4\right)$

由{X₀(n)，X₁(n)，X₂(n)，X₃(n)}之间的关系不难证明：{S₀(n)，S₁(n)，S₂(n)，S₃(n)}分别是S₀(n)的0～3次DFT，S₀(n)是S₃(n)的DFT；{S₀(n)，S₁(n)，S₂(n)，S₃(n)}分别是{X₀(n)，X₁(n)，X₂(n)，X₃(n)}的α阶WFRFT。由于可逆性的存在，在已知S₀(n)情况下，可以通过对其做阶数为-α的WFRFT求得X₀(n)。

X₀(n)＝w₀(-α，V)S₀(n)+w₁(-α，V)S₁(n)+w₂(-α，V)S₂(n)+w₃(-α，V)S₃(n)    (5)

如图5至图7所示，分别为时分多址、频分多址与加权分数域多址系统每个用户的信息能量在时频平面上的分布情况。对于时分多址而言，每个时隙中传送特定用户的信息能量，而所有用户的信息能量都分布在同一个带宽之内。频分多址系统刚好与之对应，特定用户信息能量在独立子频段内传输，而所有用户的信息能量都分布在同一段时间内。从用户信息能量的时频分布来看，时分多址系统与频分多址系统是对偶的，结构上并没有孰优孰劣之分。在不同环境中二者性能的差异，主要取决于信道对于信息能量分布的影响。倘若在双弥散信道环境下，这两种能量分布的形式受到的影响是十分相似的。比较理想的能量分布情况应当是如WFRFT系统中的加权分数域多址那样，每个用户的信息能量将尽量均匀、对称的分布在整个时频平面上。

方差作为二阶统计量具有与能量相对应的物理意义，可以通过研究序列时频域的方差来比较信息能量在时频平面上的分布情况。设X(n)(n＝0，1，…，127)是一个长度为128的信息序列，且序列第一个元素X(0)＝128，其他元素为0；对X(n)进行α＝0.5的单参数WFRFT得到序列S(n)。通过简单的计算很容易得到时域信号X(n)在时频域上的方差分别为128和0，而分数域信号S(n)在时频域上的方差分别为64和64；X(n)频域上的方差为0，说明X(n)的能量在频域上分布的非常均匀，然而其时频域方差相差巨大，说明了它在时频域上的能量分布不够对称。与之对应的是信号S(n)虽然在频域上方差为64，但是时频域相等，说明WFRFT可以使得信息比特能量在时频域上的分布更加对称。

加权分数傅立叶变换的实施结构及其物理含义如图4所示：N点并行数据输入，分别经过4条支路：支路0和支路2没有经过离散傅立叶变换，视为单载波分量；支路1和支路3经过离散傅立叶变换，视为多载波分量。反转模块的输出，是将输入数据的第1点保持不变，第2点至第N点顺序前后颠倒。4条支路的数据分别经过各自支路的系数加权后相加并输出。

本发明的多个用户同时共享这个系统，每个用户通过不同的地址码来与其他用户相互区别，这一点主要是通过图3中所示的用户地址选择来实现的。因为在加权分数域中，有多条子信道，每个用户在自己对应的子信道上进行数据传输，在用户地址码上的体现是：每次用户进行传输时，都将数据加载到分配给自己的子信道上，同时在其它的子信道上置零，然后再进行WFRFT，送入信道进行传输。与之相对应的，在接收端，用户首先将接收到的所有数据进行WFRFT，变换到加权分数域中，然后从系统分配给自己的子信道上将数据取出，送入下一级电路进行进一步的处理。

本发明中的复用模块的功能是将待传输的用户数据整合成系统所要求的数据帧的格式，即将数据组合成一个长度为N的复数序列(N为一帧信号的长度)，并将其作为WFRFT的输入信号，在一个发送符号周期内，不同的码元加载到加权分数域中不同的子信道上进行传输，从而实现高速的数据传输；分离模块的功能正好相反，它将WFRFT输出的N点复数序列恢复成原来的形式，即从发射端所选定的加权域中的各个子信道上将数据取出，再按照发射端的相同的规则传给下一级系统。

同时，加权分数域中的子信道形式可以用来进行多用户的多址接入。混合载波体制通信系统中对单个用户的加权分数域多址方案如图3所示。其中，用户地址选择的功能是将某一用户的数据分配到系统指定给该用户的加权分数域中的子信道上，并将其他未指定给该用户的子信道位置上置0，然后再进行WFRFT。用户地址提取的功能与用户地址选择的功能刚好相反，具体策略视用户地址选择的策略而定。

Claims (5)

1.混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，其特征是：它是混合载波体制通信系统中加权分数域复用和多址接入联合的方法，它由以下步骤实现：

信号发射过程：

步骤A1、将m个用户中的每个用户的输入的数据分别进行用户地址选择，然后选择系统参数对数据进行加权分数傅立叶变换，m个用户中的每个用户获得变换后的N路信号；

步骤A2、将步骤A1获得的m个用户中的每个用户的N路信号进行信号发送前期处理，并发送至信道；

信号接收过程：

步骤B1、接收端将接收到的信号进行接收后期处理；

步骤B2、选择系统参数对步骤B1处理后的信号进行加权分数傅立叶变换，获得m个用户中的每个用户变换后的N路数据，m个用户中的每个用户变换后的N路数据分别进行用户地址选择后输出；

m和N均为正整数。

2.根据权利要求1所述的混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，其特征在于信号发送前期处理的方法包括以下步骤：

步骤C1、将m个用户中的每个用户的经加权分数傅立叶变换后获得的N路信号进行发送信号处理，m个用户中的每个用户获得处理后的N路信号，所述发送信号处理为加入循环前缀；

步骤C2、将步骤C1获得的处理后的信号进行D/A变换；

步骤C3、将步骤C2获得的变换后的信号进行上变频处理，完成信号发送前期处理。

3.根据权利要求1所述的混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，其特征在于信号接收后期处理的方法包括以下步骤：

步骤D1、将接收到的信号进行下变频处理；

步骤D2、将步骤D1获得的处理后的信号进行A/D变换；

步骤D3、将步骤D2获得的变换后的信号进行接收信号处理，m个用户中的每个用户获得处理后的N路信号，完成信号接收后期处理；所述接收信号处理为去除循环前缀。

4.混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，其特征是：它是混合载波体制通信系统中的加权分数域复用方法，它由以下步骤实现：

信号发射过程：

步骤E1、m个用户的输入数据通过信号复用模块合并成一路长度为N的复数序列；

步骤E2、采用动态参数选择的方法获得系统参数，将步骤E1获得的一路长度为N的复数序列进行加权分数傅立叶变换，获得变换后的信号；所述系统参数为α、MV、NV；

步骤E3、将步骤E2获得的变换后的信号进行发送前期处理；

步骤E4、将步骤E3获得的处理后的信号进行D/A变换；

步骤E5、将步骤E4获得的变换后的信号进行上变频处理，并发射至信道；

信号接收过程：

步骤F1、将接收到的信号进行下变频处理；

步骤F2、将步骤F1获得的处理后的信号进行A/D变换；

步骤F3、将步骤F2获得的变换后的信号进行接收信号处理；

步骤F4、采用动态参数选择的方法获得系统参数，将步骤F3获得的处理后的信号进行加权分数傅立叶变换，获得变换后的信号；所述系统参数为-α、MV、NV；

步骤F5、将步骤F4获得的变换后的信号通过分离模块进行分离，获得m个用户的输出数据。

5.混合载波体制通信系统中分数域资源复用方法，其特征是：混合载波体制通信系统中的加权分数域多址接入方法，它由以下步骤实现：

信号发射过程：

步骤G1、将用户输入的数据分别进行用户地址选择，采用动态参数选择的方法获得系统参数，对获得用户地址的N组数据分别进行加权分数傅立叶变换，获得变换后的N路信号；

步骤G2、将步骤G1获得的变换后的N路信号进行发送信号处理；

步骤G3、将步骤G2获得的处理后的信号进行D/A变换；

步骤G4、将步骤G3获得的变换后的信号进行上变频率处理，并发送至信道；

信号接收过程：

步骤H1、将接收到的信号进行下变频处理；

步骤H2、将步骤H1获得的处理后的信号进行A/D变换；

步骤H3、将步骤H2获得的变换后的信号进行接收信号处理；

步骤H4、用动态参数选择的方法获得系统参数，将步骤H3中获得的处理后的信号分别进行加权分数傅立叶变换，获得N路变换后的信号；

步骤H5、将步骤H4获得的N路变换后的信号进行用户地址提取，获得用户的N组数据。

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