CN106953825A - 基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信发射和接收方法 - Google Patents

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李婧
梅林�
马聪
李勇
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Abstract

基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信发射和接收方法，涉及通信领域。本发明是为了实现多用户间的资源共享，同时能保证各用户发射信号在传输过程中降低局部衰落的影响。该方法采用TDMA多址方式，多个用户在发射端均引入加权分数傅立叶变换合成模块。信号经过加权分数傅立叶变换产生四路信号，得到两路时域信号和两路频域信号，且每路信号间均有数学约束关系，某一路信号衰落严重时，可通过其他支路信号分量恢复该路信号信息。此外，系统在发射信号前还引入了时延调节模块，对产生的两路信号分量进行时延调整，保证两路信号分量在接收端能够在同一时刻接收，其中控制时延调整的参数是由接收端反馈给发射端的。本发明适用于信号发射场合。

Description

基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信发射和接收方法
技术领域
本发明涉及通信领域。
背景技术
时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)现已经在无线通信系统中得到了广泛应用。在该多址方式中，将传输时间周期地分为互不叠加的时隙，各个时隙的宽度可以不同，多个用户通过不同时隙内插入用户的数据信息向基站发送信号。当满足定时和同步的条件时，基站能够在各时隙中接收到多用户终端的信号并且不会混扰。
目前，在多用户多址系统发射过程中，发射信号会受局部衰落的影响，导致系统的误码率较高。
发明内容
本发明是为了在多用户场景下接收端能够接收来自各用户的发射信号，并且发射信号在传输过程中降低局部衰落的影响，从而提供一种基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信发射和接收方法。
基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信发射方法，它包括以下步骤：
步骤一、每个用户分别按照TDMA多址方式，将基带调制后的待发送信号按照系统分配的时隙对相应位置进行补零操作，得到每个用户的补零扩展序列；
步骤二、每个用户分别将步骤一得到的扩展序列送入WFRFT合成模块进行处理，获得四路信号分量，分别为：补零扩展序列、补零扩展序列经过DFT处理后的序列、补零扩展序列经反转处理的序列和补零扩展序列依次经DFT处理和反转处理后的序列；
将所述四路信号分量分别与加权系数ω0(α)、ω1(α)、ω2(α)和ω3(α)合并；α为动态参数；合并后，对应命名为第一路信号分量、第二路信号分量、第三路信号分量和第四路信号分量；
步骤三、将步骤二中的第一路信号分量和第四路信号分量进行合并，形成一号发射信号；将步骤二中第二路信号分量和第三路信号分量进行合并，形成二号发射信号；
步骤四、对一号发射信号和二号发射信号进行时延调节，具体方法为：
对两路发射信号中分别插入两路导频序列，每路发射信号在固定的时隙内插入导频信号，每路导频序列的导频信号在时间上是断续的，两路导频信号对应起始时刻相同；
步骤五、将插入导频序列后的两路发射信号分别进行时延调整，时延调整由接收端反馈的时延参数τ1和τ2分别调整相应各支路信号的发射时延；
步骤六、每个用户将完成时延调整的两路信号分别由两根天线进行发射到信道中。
基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信接收方法，它包括以下步骤：
步骤一、接收端对接收的信号直接进行-α阶WFRFT变换，得到变换后各个用户信号；
步骤二、根据TDMA多址方式中各用户在系统分配的时隙，提取出各用户的发送数据信息。
有益效果：本发明多用户系统采用TDMA多址方式，能够保证接收端在各时隙接收到多用户终端的信号并且不会混扰。每个用户发射信号前均进行加权分数傅立叶变换及合并操作，发射的两路信号中既有时域信号，又有频域信号的特点，通过各个支路间的数学约束关系，能够减小个别支路信号衰落严重的影响，使采用本发明方法的通信系统改善误码性能。
附图说明
图1是本发明实施的基于加权分数傅立叶变换的多用户多址系统发射过程示意图；
图2是基于加权分数傅立叶变换与TDMA相结合的多用户系统接收过程示意图；
图3是用户发射端中WFRFT合成模块结构图；
图4是用户发射端中时延调节模块结构图。
图5是具体实施方式一中所述经过WFRFT后四路信号(α＝1.8时)幅度分布示意图；
图6是具体实施方式一中所述两路发射信号(α＝1.8时)幅度分布示意图；
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1、图3至图6说明本具体实施方式，基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信发射方法，它包括以下步骤：
步骤一、用户按照TDMA多址方式将基带调制后的待发送信号按照系统分配的时隙进行相应位置补零操作，得到每个用户的扩展序列，以用户1为例，设原始信号为f1(x)，补零后信号为f1 0(x)，如图1所示；
步骤二、每个用户将各自得到的信号序列送入WFRFT合成模块，如图3所示。该模块包括DFT模块、一号反转模块、二号反转模块及系数产生模块。经过变换后的四路信号分量分别为：基带调制后的扩展序列f1 0(x)、补零扩展后经过DFT模块后的序列F1 0(x)、补零扩展后经过反转模块处理的序列f1 0(-x)和补零扩展后依次经过DFT模块及反转模块处理后的序列F1 0(-x)。
而系数产生模块通过动态参数α控制并产生四路信号的加权系数ω0(α)、ω1(α)、ω2(α)和ω3(α)。将四路信号分量与对应加权系数合并；
步骤三、将步骤二中基带调制后的扩展序列和补零扩展后依次经过DFT模块及反转模块处理后的序列进行合并，成为一号发射信号，表示为T1＝ω0(α)f1 0(x)+ω3(α)F1 0(-x)；将补零扩展后经过DFT模块后的序列和补零扩展后经过反转模块处理的序列进行合并，成为二号发射信号，表示为T2＝ω1(α)F1 0(x)+ω2(α)f1 0(-x)；
步骤四、对上述经过加权分数傅立叶变换及合并后的两路信号送入时延调节模块，如图4所示。首先对信号插入导频序列，每路信号在固定的时隙内插入导频信号，每路导频序列的导频信号在时间上是断续的，两路导频信号对应起始时刻相同；
步骤五、将插入导频序列完成后的两路信号分别进入缓存器进行时延调整，时延调整由接收端反馈的时延参数τ进行控制，根据τ1，τ2分别调整相应各支路信号的发射时延；
步骤六、每个用户将完成时延调整的两路信号分别由两根天线进行发射到信道中。
基于WFRFT的多用户多址通信系统基站接收信号过程：
步骤一、接收端对接收的信号直接进行-α阶WFRFT变换，得到变换后各个用户信号；如图2所示；
步骤二、根据TDMA多址方式中各用户在系统分配的时隙，提取出各用户的发送数据信息。
基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信发射方法，它是基于以下系统实现的：每个用户发射部分包括补零模块、WFRFT合成模块、时延调节模块及两根发射天线。其中，WFRFT合成模块包括DFT模块、一号反转模块、二号反转模块和系数产生模块。所述补零模块信号输出端与WFRFT合成模块信号输入端连接，所述WFRFT合成模块信号输出端与时延调节模块信号输入端连接，所述时延调节模块信号输出端分别于两根发射天线信号输入端连接。
原理：加权分数傅立叶变换(Weighted-type Fractional Fourier Transform，WFRFT)是一种新型数学工具，近几年逐渐应用在通信领域中。它是由一系列函数加权求和得到的一种分数傅立叶形式。一个平方可积函数f(t)的傅立叶变换为：
对函数f(x)分别进行1～3次傅立叶变换，结果可表示为F(x)、f(-x)和F(-x)。
按照C.C.Shih的定义，加权分数傅立叶变换由其四个基本态函数与对应系数线性加权得到，定义的表示形式如下：
其中，f(x)、F(x)、f(-x)和F(-x)为基本态函数，ω0(α)、ω1(α)、ω2(α)和ω3(α)是加权系数，具体表达方式如下：
控制加权系数的调制参数α周期为4，范围设定为[0,4]或[-2,2]内的任意实数。
在多用户场景下，将上述TDMA多址方式与基于加权分数傅立叶变换的多分量发射方法相结合，能够实现多用户间的数据共享，并能提高各个用户抵抗信道衰落的能力。同时，实现了基于加权分数傅立叶变换的信号分量发射方法与现有通信技术的结合。
本发明提供了一种基于加权分数傅立叶变换域的多用户多址通信发射方法。本发明的主要思路是多用户采用TDMA多址方式向基站发射信号，每个用户发射信号前先进行加权分数傅立叶变换处理，将变换后的信号分量进行合并为两路信号，并分别由发射端的两根天线进行发射。发射信号中既有时域信号，又有频域信号，并且各路信号中彼此间具有数学约束关系，当某一路信号衰落严重时，可通过其他信道的信号恢复该路信号，能够有效抵抗信道衰落。同时，与传统采用TDMA多址方式传输信号相比，本发明提供的发射信号能够较均匀分布在发射用户传输的整个时隙中，能够降低局部衰落的影响。

Claims (4)

1.基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信发射方法，其特征是：它包括以下步骤：
步骤一、每个用户分别按照TDMA多址方式，将基带调制后的待发送信号按照系统分配的时隙对相应位置进行补零操作，得到每个用户的补零扩展序列；
步骤二、每个用户分别将步骤一得到的扩展序列送入WFRFT合成模块进行处理，获得四路信号分量，分别为：补零扩展序列、补零扩展序列经过DFT处理后的序列、补零扩展序列经反转处理的序列和补零扩展序列依次经DFT处理和反转处理后的序列；
将所述四路信号分量分别与加权系数ω0(α)、ω1(α)、ω2(α)和ω3(α)合并；α为动态参数；合并后，对应命名为第一路信号分量、第二路信号分量、第三路信号分量和第四路信号分量；
步骤三、将步骤二中的第一路信号分量和第四路信号分量进行合并，形成一号发射信号；将步骤二中第二路信号分量和第三路信号分量进行合并，形成二号发射信号；
步骤四、对一号发射信号和二号发射信号进行时延调节，具体方法为：
对两路发射信号中分别插入两路导频序列，每路发射信号在固定的时隙内插入导频信号，每路导频序列的导频信号在时间上是断续的，两路导频信号对应起始时刻相同；
步骤五、将插入导频序列后的两路发射信号分别进行时延调整，时延调整由接收端反馈的时延参数τ1和τ2分别调整相应各支路信号的发射时延；
步骤六、每个用户将完成时延调整的两路信号分别由两根天线进行发射到信道中。
2.根据权利要求1所述的基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信发射方法，其特征在于步骤二中所述WFRFT合成模块包括DFT模块、一号反转模块、二号反转模块及系数产生模块；
系数产生模块共有四个输入端，第一个输入端接收补零扩展序列；
第二个输入端接收补零扩展序列经过DFT模块处理后的序列；
第三个输入端接收补零扩展序列经一号反转模块处理的序列；
第四个输入端接收补零扩展序列依次经DFT模块处理和二号反转模块处理后的序列；
系数产生模块通过动态参数α控制并产生四路信号的加权系数ω0(α)、ω1(α)、ω2(α)和ω3(α)，并分别与四路信号分量合并。
3.根据权利要求1所述的基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信发射方法，其特征在于步骤五中，对插入导频序列后的两路发射信号分别进行时延调整是在缓存器中进行的。
4.基于加权分数傅立叶变换的多用户多址通信接收方法，其特征是：它包括以下步骤：
步骤一、接收端对接收的信号直接进行-α阶WFRFT变换，得到变换后各个用户信号；
步骤二、根据TDMA多址方式中各用户在系统分配的时隙，提取出各用户的发送数据信息。
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