CN104917599B - 同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输方法 - Google Patents
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Abstract
同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输方法，涉及通信领域，是为了抵抗信道的衰落，并提升传输容量。第一种方案的发射端：中心基站对来自M个业务的数据符号进行预处理，将不同的业务数据分配给不同的通信时隙；M个业务数据符号进行串/并转换，并进行N点加权分数傅里叶变换，然后经并/串转换、调制、滤波后发射至信道；第二种方案的反射端：将来自不同业务的数据比特或符号信息映射到不同的加权域子载波位置上，M路信号分别进行N点的加权分数傅里叶变换后进行信号合成，然后经并/串转换、调制、滤波后发射至信道。本发明适用于同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输技术。
背景技术
分数傅立叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)是一种重要的时频分析工具，近些年来得到了较为广泛的研究，并在一些工程技术领域得以应用，FRFT是对传统Fourier变换的推广，其根本特点可以理解为对Fourier变换特征值的分数化、参数取值的连续性、旋转相加性和对信号时频形式的统一性是FRFT的基本性质。由于对特征值分数化方式的不同，以及对FRFT性质约束的宽泛性，使得FRFT具有很多种不同的定义形式。根据这些定义各自的出发点和基本特征，可以大致将其划分为两类，即：经典类FRFT和加权类FRFT。
加权分数傅立叶变换(weighted Fractional Fourier Transform，WFRFT)是出现时间较晚，是由C.C.Shih在1995年首次提出,近些年来得到了较为广泛的研究，并在一些工程技术领域得以应用。四项加权分数傅立叶变换的定义为：
其中：
动态加密参数α的取值周期为4，这里设定α的取值范围为[-2,2]之间的任何实数，对于取值范围之外的实数，加权系数将随着α呈现周期性变化。X1、X2和X3分别为序列X0的1～3次DFT结果。其能量归一化DFT定义形式为：
申请号为201010301259.1、发明名称为《一种场强驱动型单载波一多载波融合的信号传输方法》的专利基于加权分数傅里叶变换申请公开了一种可提高系统的吞吐量场强驱动型单载波一多载波融合的信号传输方法。然而该方法只适用于单用户情况，并未考虑多用户场景。
发明内容
本发明是为了抵抗信道的衰落，并提升传输容量，从而提供一种同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输方法。
第一种方案：同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输方法，
该方法采用长度为N的加权分数傅立叶变换进行处理，N为正整数；设基站中心系统所处理的数据业务种类为M，M为正整数，且M≤N；来自业务i的数据的第k比特或符号信息由Di k＝±ai k±jbi k表示；i＝1,2,3,...,M；式中：a为实部数据；b为虚部数据；j为虚部符号；k为正整数；
它的信号发射方法：
步骤A1、中心基站对来自M个业务的数据符号进行预处理，将不同的业务数据分配给不同的通信时隙，分配后的信号形式满足：
式中：Ts为每个时隙的时间长度。
步骤A2、将步骤A1获得的M个业务数据符号进行串/并转换，获得长度为M的并行数据；
步骤A3、将步骤A2获得的M点并行数据进行N点加权分数傅里叶变换，变换阶数α∈[-2,2]；
当M<N时，系统自动在M点数据之后补充N-M个零点以保证加权分数傅里叶模块的数据点需求；
经傅里叶变换处理后，获得到长度为N的并行加权分数傅里叶变换结果；
步骤A4、将步骤A3获得的长度为N的并行加权分数傅里叶变换结果进行并串转换，获得长度为N的串行加权分数傅里叶变换结果；
步骤A5、将步骤A4中的N点串行加权分数傅里叶结果添加帧头和帧尾后，打包成一个数据包；
步骤A6、将步骤A5获得的数据包进行数字载波调制；
步骤A7、将步骤A6中的数字载波调制结果进行模/数转换，并进行滤波处理；
步骤A8、将步骤A7得到的滤波处理后信号进行上变频处理，并通过发射天线发送至无线信道；
对于业务i系统，它的信号接收方法：
步骤B1、接收端对接收到信号进行下变频处理，得到基带连续模拟波形信号；
步骤B2、将步骤B1获得的基带连续模拟波形信号进行滤波处理，并进行模/数转换，得到基带数字采样信号；
步骤B3、将步骤B2中获得的基带数字采样信号进行数字载波解调处理，得到解调后的信号；
步骤B4、将步骤B3中的解调信号帧解包，并去除帧头和帧尾，得到长度为N的接收数据；
步骤B5、将步骤B4获得的长度为N的接收数据进行串/并转换，得到长度为N的并行数据；
步骤B6、将步骤B5中获得的长度为N的并行数据进行N点的加权分数傅里叶逆变换处理，得到长度为N的逆变换结果；
步骤B7、将步骤B6获得的长度为N的逆变换结果进行载波位置解映射，恢复出业务i的业务数据。
步骤B7中，载波位置解映射过程为：
对步骤B6获得的长度为N的逆变换结果进行掩码处理，业务i的掩码形式满足：
利用Si(t)与步骤B6获得的长度为N的逆变换结果进行逻辑与运算后，结果只保留了业务i的业务数据，而其他位置的数据均置为0，从而有效的恢复出业务i的业务数据。
第二种方案：同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输方法，
该方法采用长度为N的加权分数傅立叶变换进行处理，N为正整数；设基站中心系统所处理的数据业务种类为M，M为正整数，且M≤N；来自业务i的数据的第k比特或符号信息由Di k＝±ai k±jbi k表示；i＝1,2,3,...,M；式中：a为实部数据；b为虚部数据；j为虚部符号；k为正整数；
它的信号发射方法：
步骤C1、将来自不同业务的数据比特或符号信息映射到不同的加权域子载波位置上，表现在时域，业务i的数据映射后的信号满足关系：
式中：Ts为时间周期；
步骤C2、将步骤C1获得的M路信号分别进行N点的加权分数傅里叶变换，变换阶数α∈[-2,2]，获得M路长度为N的并行加权分数傅里叶处理结果；
步骤C3、将步骤C2获得的M路长度为N的并行加权分数傅里叶处理结果进行信号合成处理，获得长度为N的合成处理结果；
步骤C4、将步骤C3获得的长度为N的合成处理结果添加帧头和帧尾后，打包成一个数据包；
步骤C5、将步骤C4获得的数据包进行数字载波调制；
步骤C6、将步骤C5中的数字载波调制结果进行模/数转换，并进行滤波处理；
步骤C7、将步骤C6获得的滤波处理后信号进行上变频处理，并通过发射天线发送至无线信道；
对于业务i系统，它的信号接收方法：
步骤D1、接收端对接收到信号进行下变频处理，得到基带连续模拟波形信号；
步骤D2、将步骤D1获得的基带连续模拟波形信号进行滤波处理，并进行模/数转换，得到基带数字采样信号；
步骤D3、将步骤D2中获得的基带数字采样信号进行数字载波解调处理，得到解调后的信号；
步骤D4、将步骤D3中的解调信号帧解包，并去除帧头和帧尾，得到长度为N的接收数据；
步骤D5、将步骤D4获得的长度为N的接收数据进行串/并转换，得到长度为N的并行数据；
步骤D6、将步骤D5中获得的长度为N的并行数据进行N点的加权分数傅里叶逆变换处理，得到长度为N的逆变换结果；
步骤D7、将步骤D6获得的长度为N的逆变换结果进行载波位置解映射，恢复出业务i的业务数据。
步骤C3中，合成过程满足：
步骤D7中，载波位置解映射过程为：
对步骤B6获得的长度为N的逆变换结果进行掩码处理，业务i的掩码形式满足：
利用Si(t)与步骤B6获得的长度为N的逆变换结果进行逻辑与运算后，结果只保留了业务i的业务数据，而其他位置的数据均置为0，从而有效的恢复出业务i的业务数据。
本发明针对现有带有基站的中心系统，能够有效的抵抗信道的衰落，并有效的提升传输容量。
附图说明
图1是第一种方案下信号发射流程示意图；
图2是第一种方案下业务数据时隙分配原理示意图；
图3是第二种方案下信号发射流程示意图；
图4是业务i信号接收流程示意图；
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1、图2和图4说明本具体实施方式，同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输方法，它由以下步骤实现：
本发明考虑采用长度为N的加权分数傅立叶变换进行处理，N为正整数；假设基站中心系统所处理的数据业务种类为M，M为正整数，且M≤N，来自业务i的数据的第k比特或符号信息由Di k＝±ai k±jbi k(i＝1,2,3,...,M)表示；
步骤A1、中心基站对来自M个业务的数据符号进行预处理，不同的业务数据被分配到不同的通信时隙，具体分配方式如图2所示。分配后的信号形式满足：
步骤A2、将步骤A1得到的M个业务数据符号进行串/并转换，得到长度为M的并行数据；
步骤A3、将步骤A2得到的M点并行数据进行N点加权分数傅里叶变换，变换阶数α∈[-2,2]；
当M<N时，系统自动在M点数据之后补充N-M个零点以保证加权分数傅里叶模块的数据点需求；
经傅里叶变换处理后可得到长度为N的并行加权分数傅里叶变换结果。
步骤A4、将步骤A3得到的长度为N的并行加权分数傅里叶变换结果进行并/串转换，得到长度为N的串行加权分数傅里叶变换结果；
步骤A5、将步骤A4中的N点串行加权分数傅里叶结果添加帧头帧尾后打包成一个数据包；
步骤A6、将步骤A5得到的数据包进行数字载波调制；
步骤A7、将步骤A6中的数字载波调制结果进行模数转换后并滤波处理；
步骤A8、将步骤A7得到的滤波处理后信号进行上变频并通过发射天线发送至无线信道。
业务i系统接收端由以下步骤实现：
步骤B1、接收端对接收信号进行下变频处理，得到基带连续模拟波形信号；
步骤B2、将步骤B1得到的基带连续模拟波形信号进行滤波以及模数转换处理，得到基带数字采样信号；
步骤B3、将步骤B2中得到的基带数字采样信号进行数字载波解调处理，得到解调后的信号；
步骤B4、将步骤B3中的解调信号帧解包，并去除帧头帧尾，得到长度为N的接收数据；
步骤B5、将步骤B4得到的长度为N的接收数据进行串并转换，得到长度为N的并行数据；
步骤B6、将步骤B5中得到的长度为N的并行数据进行N点的加权分数傅里叶逆变换处理，得到长度为N的逆变换结果；
步骤B7、将步骤B6得到的长度为N的逆变换结果进行载波位置解映射恢复出业务i的业务数据；
其中载波位置解映射过程为：对步骤B6得到的长度为N的逆变换结果进行掩码处理，业务i的掩码形式满足：
利用Si(t)与步骤B6得到的长度为N的逆变换结果进行逻辑与运算后，结果只保留了业务i的业务数据，而其他位置的数据均置为0。从而有效的恢复出业务i的业务数据。
具体实施方式二、结合图3和图4说明本具体实施方式，同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输方法，该方法采用长度为N的加权分数傅立叶变换进行处理，N为正整数；设基站中心系统所处理的数据业务种类为M，M为正整数，且M≤N；来自业务i的数据的第k比特或符号信息由Di k＝±ai k±jbi k表示；i＝1,2,3,...,M；式中：a为实部数据；b为虚部数据；j为虚部符号；k为正整数；
步骤C1、将来自不同业务的数据比特或符号信息映射到不同的加权域子载波位置上去，表现在时域，业务i的数据映射后的信号满足关系：
步骤C2、将步骤C1得到的M路信号分别进行N点的加权分数傅里叶变换，变换阶数α∈[-2,2]。得到M路长度为N的并行加权分数傅里叶处理结果。
步骤C3、将步骤C2得到的M路长度为N的并行加权分数傅里叶处理结果进行信号合成处理。得到长度为N的合成处理结果。
合成过程满足：
步骤C4、将步骤C3中得到长度为N的合成处理结果添加帧头帧尾后打包成一个数据包。
步骤C5、将步骤C4得到的数据包进行数字载波调制。
步骤C6、将步骤C7中的数字载波调制结果进行模数转换后并滤波处理。
步骤C7、将步骤C6得到的滤波处理后信号进行上变频并通过发射天线发送至无线信道。
业务i系统接收端由以下步骤实现：
步骤D1、接收端对接收信号进行下变频处理，得到基带连续模拟波形信号；
步骤D2、将步骤D1得到的基带连续模拟波形信号进行滤波以及模数转换处理，得到基带数字采样信号；
步骤D3、将步骤D2中得到的基带数字采样信号进行数字载波解调处理，得到解调后的信号；
步骤D4、将步骤D3中的解调信号帧解包，并去除帧头帧尾，得到长度为N的接收数据；
步骤D5、将步骤D4得到的长度为N的接收数据进行串并转换，得到长度为N的并行数据；
步骤D6、将步骤D5中得到的长度为N的并行数据进行N点的加权分数傅里叶逆变换处理，得到长度为N的逆变换结果；
步骤D7、将步骤D6得到的长度为N的逆变换结果进行载波位置解映射恢复出业务i的业务数据；
其中载波位置解映射过程为：对步骤D6得到的长度为N的逆变换结果进行掩码处理，业务i的掩码形式满足：
利用Si(t)与步骤D6得到的长度为N的逆变换结果进行逻辑与运算后，结果只保留了业务i的业务数据，而其他位置的数据均置为0。从而有效的恢复出业务i的业务数据。
本具体实施方式与具体实施方式一相比，缺点是：实现结构复杂较高，中间处理过程较为繁琐，优点是：业务数据分配相比具体实施方式一的灵活性较好，增添业务以及删除业务只需额外增加或者关闭一路数据通道即可。
Claims (2)
1.同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输方法，其特征是：
该方法采用长度为N的加权分数傅立叶变换进行处理，N为正整数；设基站中心系统所处理的数据业务种类为M，M为正整数，且M≤N；来自业务i的数据的第k比特或符号信息由Di k＝±ai k±jbi k表示；i＝1,2,3,...,M；式中：a为实部数据；b为虚部数据；j为虚部符号；k为正整数；
它的信号发射方法：
步骤A1、中心基站对来自M个业务的数据符号进行预处理，将不同的业务数据分配给不同的通信时隙，分配后的信号形式满足：
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式中：Ts为每个时隙的时间长度；
步骤A2、将步骤A1获得的M个业务数据符号进行串/并转换，获得长度为M的并行数据；
步骤A3、将步骤A2获得的M点并行数据进行N点加权分数傅里叶变换，变换阶数α∈[-2,2]；
当M<N时，系统自动在M点数据之后补充N-M个零点以保证加权分数傅里叶变换的数据点需求；
经傅里叶变换处理后，获得到长度为N的并行加权分数傅里叶变换结果；
步骤A4、将步骤A3获得的长度为N的并行加权分数傅里叶变换结果进行并串转换，获得长度为N的串行加权分数傅里叶变换结果；
步骤A5、将步骤A4中的N点串行加权分数傅里叶结果添加帧头和帧尾后，打包成一个数据包；
步骤A6、将步骤A5获得的数据包进行数字载波调制；
步骤A7、将步骤A6中的数字载波调制结果进行模/数转换，并进行滤波处理；
步骤A8、将步骤A7得到的滤波处理后信号进行上变频处理，并通过发射天线发送至无线信道；
对于业务i系统，它的信号接收方法：
步骤B1、接收端对接收到信号进行下变频处理，得到基带连续模拟波形信号；
步骤B2、将步骤B1获得的基带连续模拟波形信号进行滤波处理，并进行模/数转换，得到基带数字采样信号；
步骤B3、将步骤B2中获得的基带数字采样信号进行数字载波解调处理，得到解调后的信号；
步骤B4、将步骤B3中的解调信号帧解包，并去除帧头和帧尾，得到长度为N的接收数据；
步骤B5、将步骤B4获得的长度为N的接收数据进行串/并转换，得到长度为N的并行数据；
步骤B6、将步骤B5中获得的长度为N的并行数据进行N点的加权分数傅里叶逆变换处理，得到长度为N的逆变换结果；
步骤B7、将步骤B6获得的长度为N的逆变换结果进行载波位置解映射，恢复出业务i的业务数据，载波位置解映射过程为：
对逆变换获得的长度为N的逆变换结果进行掩码处理，业务i的掩码形式满足：
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利用Si(t)与逆变换获得的长度为N的逆变换结果进行逻辑与运算后，结果只保留业务i的业务数据，其他位置的数据均置为0，从而恢复出业务i的业务数据。
2.同步系统中加权分数傅里叶变换扩时传输方法，其特征是：
该方法采用长度为N的加权分数傅立叶变换进行处理，N为正整数；设基站中心系统所处理的数据业务种类为M，M为正整数，且M≤N；来自业务i的数据的第k比特或符号信息由Di k＝±ai k±jbi k表示；i＝1,2,3,...,M；式中：a为实部数据；b为虚部数据；j为虚部符号；k为正整数；
它的信号发射方法：
步骤C1、将来自不同业务的数据比特或符号信息映射到不同的加权域子载波位置上，表现在时域，业务i的数据映射后的信号满足关系：
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式中：Ts为每个时隙的时间长度；
步骤C2、将步骤C1获得的M路信号分别进行N点的加权分数傅里叶变换，变换阶数α∈[-2,2]，获得M路长度为N的并行加权分数傅里叶处理结果；
步骤C3、将步骤C2获得的M路长度为N的并行加权分数傅里叶处理结果进行信号合成处理，获得长度为N的合成处理结果，合成过程满足：
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步骤C4、将步骤C3获得的长度为N的合成处理结果添加帧头和帧尾后，打包成一个数据包；
步骤C5、将步骤C4获得的数据包进行数字载波调制；
步骤C6、将步骤C5中的数字载波调制结果进行模/数转换，并进行滤波处理；
步骤C7、将步骤C6获得的滤波处理后信号进行上变频处理，并通过发射天线发送至无线信道；
对于业务i系统，它的信号接收方法：
步骤D1、接收端对接收到信号进行下变频处理，得到基带连续模拟波形信号；
步骤D2、将步骤D1获得的基带连续模拟波形信号进行滤波处理，并进行模/数转换，得到基带数字采样信号；
步骤D3、将步骤D2中获得的基带数字采样信号进行数字载波解调处理，得到解调后的信号；
步骤D4、将步骤D3中的解调信号帧解包，并去除帧头和帧尾，得到长度为N的接收数据；
步骤D5、将步骤D4获得的长度为N的接收数据进行串/并转换，得到长度为N的并行数据；
步骤D6、将步骤D5中获得的长度为N的并行数据进行N点的加权分数傅里叶逆变换处理，得到长度为N的逆变换结果；
步骤D7、将步骤D6获得的长度为N的逆变换结果进行载波位置解映射，恢复出业务i的业务数据，载波位置解映射过程为：
对步骤D6获得的长度为N的逆变换结果进行掩码处理，业务i的掩码形式满足：
<mrow>
<msub>
<mi>S</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
<mo>,</mo>
<mi>t</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mo>&lsqb;</mo>
<mn>0</mn>
<mo>,</mo>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>1</mn>
<mo>,</mo>
<mi>t</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mo>&lsqb;</mo>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<mi>i</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
<mo>,</mo>
<mi>t</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mo>&lsqb;</mo>
<mi>i</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
<mi>N</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
利用Si(t)与步骤D6获得的长度为N的逆变换结果进行逻辑与运算后，结果只保留业务i的业务数据，其他位置的数据均置为0，从而恢复出业务i的业务数据。
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