CN107919937A - 基于重叠复用的译码方法、装置及调制解调方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的基于重叠复用的译码方法、装置及调制解调方法和系统，通过采用滑动分组的译码方式，利用OvXDM系统前后符号之间的关联性，将有头无尾的卷积运算拆分为有头有尾的分组运算后，采用相应的译码算法对每组序列进行译码，提高了译码效率，在降低译码复杂度的同时保证系统具有较好的性能。解决了传统通信系统采用维特比译码方式时，对接收序列进行逐符号译码，其译码效率较低，和随着重叠次数的提高，译码复杂度较高的问题。

Description

基于重叠复用的译码方法、装置及调制解调方法和系统
技术领域
本申请涉及通信领域，具体涉及一种基于重叠复用的译码方法、装置及调制解调方法和系统。
背景技术
基于重叠复用(OvXDM：Overlapped X Division Multiplexing)的调制解调技术包括多种具体实现方案，比如基于重叠时分复用(OvTDM：Overlapped Time DivisionMultiplexing)的调制解调技术、基于重叠频分复用(OvFDM：Overlapped FrequencyDivision Multiplexing)的调制解调技术、基于重叠码分复用(OvCDM：Overlapped CodeDivision Multiplexing)的调制解调技术、基于重叠空分复用(OvSDM：Overlapped SpaceDivision Multiplexing)的调制解调技术、基于重叠混合复用(OvHDM：Overlapped HybridDivision Multiplexing)的调制解调技术等。
需要说明的是，本申请中提及的OvXDM中，X代表任意域，例如时间T、空间S、频率F、码分C、混合H等。
下面仅以OvTDM为例进行简单说明。
首先，所谓时间分割(以下简称时分)复用(TDM：Time Division Multiplexing)是一种在数字通信中让多个占据较窄时间持续期的信号符号共享一个较宽时间持续期的技术。如图1所示，为常规的时分复用技术的示意图。
图1中各被复用信号符号的时间持续期(工程上称之为时隙宽度)分别为T1，T2，T3，T4，...，在工程上通常让它们占据相同的时隙宽度，ΔT为最小保护时隙，实际保护时隙宽度应该宽裕一些。ΔT应大于所使用解复用门电路的过渡时间宽度加上系统的最大时间抖动量。这是最常见的时分复用技术。现有绝大多数的多路数字广播系统、多路数字通信等系统采用的都是这种技术。
这种技术应用于数字通信时的最大特点是被复用信号符号之间在时间上是完全相互隔离的，决不会存在相互干扰，对被复用的信号符号没有任何限制，各个信号的符号持续期(时隙宽度)可以有不同的宽度，也能适用于不同的通信体制，只要它们的时隙相互不重叠交叉就可以了，因此使用最为广泛。但是这种复用，复用本身对改善系统的频谱效率毫无作用。
所以，传统的观点是相邻信道之间在时域上不重叠，以避免相邻信道之间产生干扰，但这种技术制约了频谱效率的提高。现有技术的时分复用技术的观 点是各信道之间不但不需要相互隔离，而且可以有很强的相互重叠，如图2所示，现有技术将信道之间的重叠视为一种新的编码约束关系，并根据该约束关系提出了相应的调制和解调技术，因此称之为重叠时分复用(OvTDM：Overlapped Time Division Multiplexing)，这种技术使得频谱效率随重叠次数K成比例的增加。
请参考图3，重叠时分复用系统包括信号发射机A01和接收机A02。
发射机A01包括重叠时分复用调制装置101和发射装置102。重叠时分复用调制装置101用于生成携带输入信号序列的复调制包络波形；发射装置102用于将该复调制包络波形发射到接收机A02。
接收机A02包括接收装置201和序列检测装置202。接收装置201用于接收发射装置102发射的复调制包络波形；序列检测装置202用于对接收的复调制包络波形进行时域内的数据序列检测，以进行判决输出。
通常，接收机A02还包括设置在接收装置201和序列检测装置202之间的预处理装置203，用于辅助形成每一帧内的同步接收数字信号序列。
在发射机A01中，输入的数字信号序列通过重叠时分复用调制装置101形成多个符号在时域上相互重叠的发射信号，再由发射装置102将该发射信号发射到接收机A02。接收机A02的接收装置201接收发射装置102发射的信号，经过预处理装置203形成适合序列检测装置202进行检测接收的数字信号，序列检测装置202对接收信号进行时域内的数据序列检测，从而输出判决。
请参考图4，重叠时分复用调制装置101(OvTDM调制装置)包括波形生成模块301、移位模块302、乘法模块303和叠加模块304。
波形生成模块301用于根据设计参数生成在时域内波形平滑的初始包络波形。
移位模块302用于根据重叠复用次数将初始包络波形在时域内按预定的移位间隔进行移位，以得到各固定间隔的移位包络波形。
调制模块305用于将输入的数字信号序列转换成正负符号表示的信号符号序列。
乘法模块303用于将所述信号符号序列与偏移后各固定间隔的移位包络波形相乘，以得到各调制包络波形。
叠加模块304用于将各调制包络波形在时域上进行叠加，以得到携带输入信号序列的复调制包络波形。
请参考图5，为接收机A02的预处理装置203的框图。
预处理装置203包括同步器501、信道估计器502和数字化处理器503。其中同步器501对接收信号在接收机内形成符号时间同步；接着信道估计器502对信道参数进行估计；数字化处理器503对每一帧内的接收信号进行数字化处理，从而形成适合序列检测装置进行序列检测接收的数字信号序列。
请参考图6，为接收机A02的序列检测装置202的框图。
序列检测装置202包括分析单元存储器601、比较器602及多个保留路径存储器603和欧氏距离存储器604或加权欧氏距离存储器(图中未示出)。在检测过程中，分析单元存储器601做出重叠时分复用系统的复数卷积编码模型及格状图，并列出重叠时分复用系统的全部状态，并存储；而比较器602根据分析单元存储器601中的格状图，搜索出与接收数字信号最小欧氏距离或加权最小欧氏距离的路径；而保留路径存储器603和欧氏距离存储器604或加权欧氏距离存储器则分别用于存储比较器602输出的保留路径和欧氏距离或加权欧氏距离。其中，保留路径存储器603和欧氏距离存储器604或加权欧氏距离存储器需要为每一个稳定状态各准备一个。保留路径存储器603长度可以优选为4K～5K。欧氏距离存储器604或加权欧氏距离存储器优选为只存储相对距离。
在OvXDM系统中，信号发射机对信号调制后发射给信号接收机，信号接收机接收到调制信号后对其进行解调。解调过程中包括译码步骤(即上述序列检测装置执行的序列检测步骤)，在传统译码中，需要不断的访问折叠树图(Trellis图)中的节点，并为每一个节点设置两个存储器，一个用于存储达到该节点的相对最佳路径的欧氏距离，一个用于存储到达该节点的相对最佳路径。对于一个重叠重数为K的M维调制的系统，Trellis图中的节点数为MK，由于译码过程中，需要对每个节点进行扩展，因此节点数决定了译码的复杂度，造成译码复杂度随重叠重数指数增加。众所周知，OvXDM系统中，重叠重数K越大频谱效率越高，因此需要尽可能的增加重叠重数K，而对于传统的译码算法，如维特比译码，当重叠重数增大到一定值(K>8)时，译码复杂度急剧增加，现有译码方法难以满足实时译码的需求，频谱效率与译码速率就形成了一对矛盾。因此，需要降低译码复杂度，提升译码效率。
发明内容
本申请提供一种基于重叠复用的译码方法、装置及调制解调方法和系统， 解决了传统译码方法中，例如采用维特比译码时，虽然译码性能较好，但是需要大量的存储资源(路径存储和距离存储)，译码复杂度随重叠复用次数K呈指数增加，提高译码速率和频谱效率相矛盾，无法实用化的问题，能够在保证频谱效率的前提下，提高译码速率。
根据本申请的第一方面，本申请提供了一种基于重叠复用的译码方法，包括：
步骤一：根据接收信号中复用波形的长度设定分组序列长度，并对接收信号中的接收序列进行分组；
步骤二：根据所述分组序列长度将复用波形系数转换为矩阵形式；
步骤三：将当前分组的接收序列采用预设算法进行译码，得到原始信号中当前组的发送序列；
步骤四：去除当前组的接收序列中的已知信息；
步骤五：将接收序列向后滑动，重复上述步骤三和步骤四，直至完成所有分组的译码；
步骤六：完成所有分组的译码后输出译码结果。
根据本申请的第二方面，本申请还提供了一种基于重叠复用的译码装置，包括：
分组模块，用于根据接收信号中复用波形的长度设定分组序列长度，并对接收信号中的接收序列进行分组；
转换模块，用于根据所述分组序列长度将复用波形系数转换为矩阵形式；
译码模块，用于将当前分组的接收序列采用预设算法进行译码，得到原始信号中当前组的发送序列；
已知信息去除模块，用于去除当前组的接收序列中的已知信息；
滑动模块，用于将接收序列向后滑动，并控制译码模块和已知信息去除模块重复执行译码步骤，直至完成所有分组的译码；
输出模块，用于在完成所有分组的译码后输出译码结果。
根据本申请的第三方面，本申请还提供了一种基于重叠复用的调制解调方法，包括调制步骤和解调步骤：
调制步骤包括：
生成初始包络波形；
根据重叠复用次数将初始包络波形在相应域内按移位间隔进行移位，以得到各固定间隔的移位包络波形；
将输入的信号数字序列转换成正负符号表示的信号符号序列；
将信号符号序列与偏移后各固定间隔的移位包络波形相乘，以得到各调制包络波形；
将各调制包络波形在相应域上进行叠加，以得到携带所述信号数字序列的复调制包络波形；
将所述复调制包络波形发射出去；
解调步骤采用上述译码方法。
根据本申请的第四方面，本申请还提供了一种基于重叠复用的调制解调系统，包括发射机和接收机；
所述发射机包括调制装置和发射装置，所述调制装置包括：
波形生成模块，用于生成初始包络波形；
移位模块，用于根据重叠复用次数将初始包络波形在相应域内按移位间隔进行移位，以得到各固定间隔的移位包络波形；
调制模块，用于将输入的信号数字序列转换成正负符号表示的信号符号序列；
乘法模块，用于将信号符号序列与偏移后各固定间隔的移位包络波形相乘，以得到各调制包络波形；
叠加模块，用于将各调制包络波形在相应域上进行叠加，以得到携带输入信号序列的复调制包络波形；
所述发射装置用于将所述复调制包络波形发射出去；
所述接收机包括用于接收所述复调制包络波形的接收装置和上述译码装置。
本申请提供的基于重叠复用的译码方法、装置及调制解调方法和系统，通过采用滑动分组的译码方式，利用OvXDM系统前后符号之间的关联性，将有头无尾的卷积运算拆分为有头有尾的分组运算后，采用相应的译码算法对每组序列进行译码，提高了译码效率，在降低译码复杂度的同时保证系统具有较好的性能。解决了传统通信系统采用维特比译码方式时，对接收序列进行逐符号译码，其译码效率较低，和随着重叠次数的提高，译码复杂度较高的问题。
附图说明
图1为常规的时分复用技术的示意图；
图2为重叠时分复用原理示意图；
图3为一种重叠时分复用系统的结构示意图；
图4为一种重叠时分复用调制装置的结构示意图；
图5为一种接收机预处理装置的结构示意图；
图6为一种接收机序列检测装置的结构示意图；
图7为OvTDM的Trellis图；
图8为OvXDM系统的等效卷积编码模型；
图9为本申请一种实施例中滑动分组译码的示意图；
图10为本申请一种实施例中基于重叠复用的译码方法的流程示意图；
图11为本申请一种实施例中基于重叠复用的译码装置的模块示意图；
图12为本申请一种实施例中基于重叠复用的调制解调方法中调制步骤的流程示意图；
图13为K路波形复用的原理示意图；
图14为K路波形的符号叠加过程原理示意图；
图15为本申请一种实施例发射机中调制装置的结构示意图。
具体实施方式
首先，需要说明的是，本申请提供的基于重叠复用(OvXDM)的译码方法、装置及调制解调方法和系统中，X代表任意域，例如时间T、空间S、频率F、码分C、混合H等。为了便于说明，本申请实施例主要以重叠时分复用(OvTDM)为例进行说明。本领域技术人员人应当知晓，本申请要求保护的基于重叠复用的译码方法、装置及调制解调方法和系统同样可以应用于其他域的重叠复用技术中。
在对重叠复用调制解调技术研究中，本领域技术人员皆采用传统的译码方法，在传统译码方法中，需要不断的访问折叠树图(Trellis图)中的节点，并为每一个节点设置两个存储器，一个用于存储达到该节点的相对最佳路径的欧氏距离，一个用于存储到达该节点的相对最佳路径。对于一个重叠重数为K的M维调制的系统，Trellis图中的节点数为MK，由于译码过程中，需要对每个节点进行扩展，因此节点数决定了译码的复杂度，造成译码复杂度随重叠重数指数增加。众所周知，OvXDM系统中，重叠重数K越大频谱效率越高，因此需要尽可能的增加重叠重数K，而对于传统的译码算法，如维特比译码，当重叠重数增大到一定值(K>8)时，译码复杂度急剧增加，现有译码方法难以满足实时 译码的需求，频谱效率与译码速率就形成了一对矛盾。
然而，虽然目前的译码方法中存在上述问题，但是由于这些方法已广为使用，本领域技术人员已全面接受使用这种方法，而不再花费成本去寻找更优的译码方法。
本申请中，发明人通过采用不同的技术构思，通过采用滑动分组的译码方式，利用OvXDM系统前后符号之间的关联性，将有头无尾的卷积运算拆分为有头有尾的分组运算后，采用相应的译码算法对每组序列进行译码，提高了译码效率，在降低译码复杂度的同时保证系统具有较好的性能。解决了传统通信系统采用维特比译码方式时，对接收序列进行逐符号译码，其译码效率较低，和随着重叠次数的提高，译码复杂度较高的问题。
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
实施例一
维特比(Viterbi)译码是卷积码中应用最广泛的方法，它的基本思想是遍历Trellis图(图7为OvTDM的Trellis图)中的所有路径，通过比较Trellis图状态转移过程中到达每个状态的多条支路与正确路径的距离，仅保留距离最小的路径，通过比较筛选得到正确路径的估计，实现译码。但是随着重叠重数K的增加，Viterbi译码中的状态数M＝2^K指数增加，造成该算法计算复杂度急剧增加，难以满足实时译码的需求。
而本施例提供了一种基于重叠复用的译码方法，其采用滑动分组译码的方式，解决在OvXDM系统中，译码效率较低且复杂度较高的问题。
OvXDM系统实际是等效卷积编码系统，其编码模型如图8所示。假定OvXDM在某分组处理区间χ内包含N位符号序列X＝{x0,x1,x2,...xN-1}，L为复用波形h(x)的截断区间(真实截断区间或虚拟截断区间)，K为移位重叠次数，那么其符号序列宽度为NL/K，按照此模型和复用波形H＝[h0,h1,...hK-1]进行卷积运算，得到编码后的信息序列Y，从而实现符号间的相互移位重叠复用。
移位卷积过程用公式可表示为：i＝0～N-1，如果将其展开，编码后的信息序列可表示为：yi＝xi-K+1×hK-1+xi-K+2×hK-2+...+xi×h0，由展开式可知，当前符号和前K-1个符号相关联。
滑动分组译码是把卷积运算分解成滑动分组运算，即将有头无尾的卷积运算拆分为有头有尾的分组运算后进行译码，其示意图如附图9所示。复用波形 系数H在译码端是已知的，且OvXDM呈平行四边形状，因此可对其从头到尾或者从尾到头的顺序进行译码。可用的分组译码方法包括梯度，最小二乘、最速下降、共轭梯度、加速共轭梯度、加速切比雪夫等算法。
本实施例中，以最小二乘法为例，对本实施例提供的基于重叠复用的译码方法进行说明。在其他实施例中，分组译码方法也可以采用其他算法，其原理与采用最小二乘法类似。
请参考图10，基于重叠复用的译码方法包括下面步骤：
步骤1.1：根据接收信号中复用波形的长度设定分组序列长度M，并对接收信号中的接收序列进行分组。其中，接收信号即为发送端发送的复调制包络波形。
M与复用波形长度有关，取值为1≤M≤L，对于长度为N的符号序列可以分为个组，表示向上取整。
步骤1.2：根据分组序列长度M将复用波形系数H转换为矩阵形式，具体可表示为：
步骤1.3：将当前分组的接收序列采用预设算法进行译码，得到原始信号中当前组的发送序列。
预设算法可以为梯度算法、最小二乘算法、最速下降算法、共轭梯度算法、加速共轭梯度算法或加速切比雪夫算法。本实施例中，预设算法采用最小二乘算法。
对于矩阵关系Y＝H×X，数学中可采用最小二乘的方法X＝(HT×H)-1×HT×Y计算出X。
同理，对于OvXDM系统也可以表示为矩阵相乘的形式：
yi'是对接收序列yi进行处理后的信息，处理过程参见下面步骤1.4。根据最小二乘的方法X＝(HT×H)-1×HT×Y'计算得出发送序列xi。
优选的，将当前分组的接收序列采用预设算法进行译码时，还包括：存储预设算法中的非变量，在进行译码时调用。本实施例中，由于H系数是已知的，因此在实际工程中可提前将(HT×H)-1×HT(即上述非变量)的结果存储起来，译码过程直接使用即可。这样可以省去每个分组反复计算的过程，以节省资源和时间。
步骤1.4：去除当前组的接收序列中的已知信息。
请结合图9，由卷积关系展开后可知，每个符号展开后可表示为：
y0＝x0×h0,
y1＝x0×h1+x1×h0,
y2＝x0×h2+x1×h1+x2×h0,
...
yi＝xi-K+1×hK-1+xi-K+2×hK-2+...+xi×h0,
第一次分组译码中得到发送信息x0～xM-1，在之后的分组中，由于前K-1个符号是在前一次分组译码中已经计算得到的，因此可对当前接收符号去除前K-1个符号信息，以保证在每次的分组运算中步骤1.2的矩阵形式是一致的。去除后的信息可表示为：
yi'＝yi-(xi-K+1×hK-1+xi-K+2×hK-2+...+xi-1×h1)＝xi×h0
需要说明的是，第一次分组译码时不用去除已知信息。
步骤1.5：将接收序列向后滑动，重复上述步骤1.3和步骤1.4，直至完成所有分组的译码。
步骤1.6：完成所有分组的译码后输出译码结果。
下面再以OvTDM系统为例，假设输入信息序列为X＝{0，1，1，0，1，1，1，0，0}，长度N＝9，以BPSK为调制方式，重叠复用次数K＝3，以矩形波为 复用波形，其窗长L＝3，复用系数H＝[1,1,1]。
发送端首先对输入符号序列X进行BPSK调制，本案例以1->-1,0->1的方式进行映射，得到调制后的符号序列{+1，-1，-1，+1，-1，-1，-1，+1，+1}，将其通过OvTDM编码后得到待发送的信息序列{1，0，-1，-1，-1，-1，-3，-1，1}。
信号经过信道传输，接收端收到信号后先对其进行同步、信道估计、均衡等处理，得到待译码的序列y＝{1，0，-1，-1，-1，-1，-3，-1，1}，采用最小二乘滑动分组的译码方式进行译码，其译码过程如下：
(1)设定分组序列长度M，本案例中M＝3，则可以将长度为N的数据分为N/M＝3组。
(2)将复用波形系数转换为矩阵形式：
(3)将接收序列根据最小二乘法译码
以第一次分组译码为例，可表示为其中[y0,y1,y2]＝[1,0,-1]。
根据公式X＝(HT×H)-1×HT×Y'可得出发送序列[x0,x1,x2]＝[+1,-1,-1]。
(4)去除接收序列中已知的信息
对于第二次分组由于在第一次分组中已经计算得到了x1,x2，因此可对y3,y4去除已知信息，得到去除后的关系式其对应的矩阵形式仍为
(5)将接收序列向后滑动，重复上述(3)～(4)步骤，直至完成所有分组的译码过程。
(6)输出译码结果。
经过译码后的符号序列为{+1，-1，-1，+1，-1，-1，-1，+1，+1}。
对符号序列按照BPSK映射方式，将其转换为{0,1}序列，其译码过程结束。
实施例二
对应于上述实施例一，本实施例相应提供了一种基于重叠复用的译码装置。同样的，本实施例中，以最小二乘法为例，对本实施例提供的基于重叠复用的译码装置进行说明。在其他实施例中，分组译码方法也可以采用其他算法，其原理与采用最小二乘法类似。
请参考图11，基于重叠复用的译码装置包括分组模块701、转换模块702、译码模块703、已知信息去除模块704、滑动模块705和输出模块706。
分组模块701用于根据接收信号中复用波形的长度设定分组序列长度M，并对接收信号中的接收序列进行分组。其中，接收信号即为发送端发送的复调制包络波形。
M与复用波形长度有关，取值为1≤M≤L，对于长度为N的符号序列可以分为个组，表示向上取整。
转换模块702用于根据分组序列长度M将复用波形系数H转换为矩阵形式，具体可表示为：
译码模块703用于将当前分组的接收序列采用预设算法进行译码，得到原始信号中当前组的发送序列。
预设算法可以为梯度算法、最小二乘算法、最速下降算法、共轭梯度算法、加速共轭梯度算法或加速切比雪夫算法。本实施例中，预设算法采用最小二乘算法。
对于矩阵关系Y＝H×X，数学中可采用最小二乘的方法X＝(HT×H)-1×HT×Y计算出X。
同理，对于OvXDM系统也可以表示为矩阵相乘的形式：
yi'是对接收序列yi进行处理后的信息，处理过程参见下面步骤1.4。根据最小二乘的方法X＝(HT×H)-1×HT×Y'计算得出发送序列xi。
优选的，本实施例提供的译码装置还包括存储模块707，用于存储预设算法中的非变量，译码模块703在进行译码时进行调用。本实施例中，由于H系数是已知的，因此在实际工程中可提前将(HT×H)-1×HT(即上述非变量)的结果存储起来，译码过程直接使用即可。这样可以省去每个分组反复计算的过程，以节省资源和时间。
已知信息去除模块704用于去除当前组的接收序列中的已知信息。
请结合图9，由卷积关系展开后可知，每个符号展开后可表示为：
y0＝x0×h0,
y1＝x0×h1+x1×h0,
y2＝x0×h2+x1×h1+x2×h0,
...
yi＝xi-K+1×hK-1+xi-K+2×hK-2+...+xi×h0,
第一次分组译码中得到发送信息x0～xM-1，在之后的分组中，由于前K-1个符号是在前一次分组译码中已经计算得到的，因此可对当前接收符号去除前K-1个符号信息，以保证在每次的分组运算中步骤1.2的矩阵形式是一致的。去除后的信息可表示为：
yi'＝yi-(xi-K+1×hK-1+xi-K+2×hK-2+...+xi-1×h1)＝xi×h0
需要说明的是，第一次分组译码时不用去除已知信息。
滑动模块705用于将接收序列向后滑动，并控制译码模块703和已知信息去除模块704重复执行译码步骤，直至完成所有分组的译码。
输出模块706用于在完成所有分组的译码后输出译码结果。
下面再以OvTDM系统为例，假设输入信息序列为X＝{0，1，1，0，1，1，1，0，0}，长度N＝9，以BPSK为调制方式，重叠复用次数K＝3，以矩形波为复用波形，其窗长L＝3，复用系数H＝[1,1,1]。
发送端首先对输入符号序列X进行BPSK调制，本案例以1->-1,0->1的方式进行映射，得到调制后的符号序列{+1，-1，-1，+1，-1，-1，-1，+1，+1}，将其通过OvTDM编码后得到待发送的信息序列{1，0，-1，-1，-1，-1，-3，-1，1}。
信号经过信道传输，接收端收到信号后先对其进行同步、信道估计、均衡等处理，得到待译码的序列y＝{1，0，-1，-1，-1，-1，-3，-1，1}，采用最小二乘滑动分组的译码方式进行译码，其译码过程如下：
(1)分组模块701用于设定分组序列长度M，本案例中M＝3，则可以将长度为N的数据分为N/M＝3组。
(2)转换模块702用于将复用波形系数转换为矩阵形式：
(3)译码模块703用于将接收序列根据最小二乘法译码
以第一次分组译码为例，可表示为其中[y0,y1,y2]＝[1,0,-1]。
根据公式X＝(HT×H)-1×HT×Y'可得出发送序列[x0,x1,x2]＝[+1,-1,-1]。
(4)已知信息去除模块704用于去除接收序列中已知的信息
对于第二次分组由于在第一次分组中已经计算得到了x1,x2，因此可对y3,y4去除已知信息，得到去除后的关系式其对应的矩阵形式仍为
(5)滑动模块705用于将接收序列向后滑动，重复上述(3)～(4)步骤，直至完成所有分组的译码过程。
(6)输出模块706用于输出译码结果。
经过译码后的符号序列为{+1，-1，-1，+1，-1，-1，-1，+1，+1}。
对符号序列按照BPSK映射方式，将其转换为{0,1}序列，其译码过程结束。
实施例三
本实施例提供了一种基于重叠复用的调制解调方法，包括调制步骤和解调步骤。本实施例中，主要以基于重叠时分复用的调制解调进行说明。
如图12所示，调制步骤包括下面子步骤：
步骤2.1：根据设计参数生成在时域内的初始包络波形h(t)。
在生成初始包络波形时，可以通过用户输入设计参数，以实现在实际系统中根据系统性能指标灵活配置。
在某些实施例中，当初始包络波形的旁瓣衰减已经确定时，设计参数包括初始包络波形的窗长度L，例如当初始包络波形为巴特莱特包络波形时。
在某些实施例中，设计参数包括初始包络波形的窗长度L和旁瓣衰减r，例如当初始包络波形为切比雪夫包络波形时。
当然，当初始包络波形为其他形式时，可以根据相应初始包络波形的特点确定设计参数。
步骤2.2：根据重叠复用次数K将初始包络波形在相应域(本实施例中为时域)内按预定的移位间隔进行移位，以得到各固定间隔的移位包络波形h(t-i*△T)。
其中，移位间隔为时间间隔△T，时间间隔△T为：△T＝L/K。此时，信号的符号宽度即为△T。
另外，还需要保证△T不小于系统采样率的倒数。
i的取值与输入符号长度N有关，且i取0到N-1的整数。例如，当N＝8时，i取0至7的整数。
步骤2.3：将输入的信号数字序列转换成正负符号表示的信号符号序列。
具体的，将输入的数字信号序列中的0转换为+A，1转换为-A，A取值为非0任意数，以得到正负符号序列。例如，取A为1时，将输入的{0,1}比特序列经过BPSK(Binary PhaseShift Keying，移相键控)调制转换成{+1、-1}符号序列。
步骤2.4：将转换后的信号符号序列xi(本实施例中xi＝{+1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 +1})与各固定间隔的移位包络波形h(t-i*△T)相乘，以得到各调制包络波形xih(t-i*△T)。
步骤2.5：将各调制包络波形xih(t-i*△T)在相应域(本实施例中为时域)上进行叠加，以得到携带输入信号序列的复调制包络波形，即发送的信号。
发送的信号可以如下表示：
步骤2.6：将得到的复调制包络波形作为发送信号发射出去。
故，本实施例中，A取值为1时，叠加后的输出符号(输出的信号符号序列)即为：s(t)＝{+1 +2 +1 -1 -3 -1 -1 +1}。
请参考图13，为K路波形复用的原理示意图，其呈平行四边形形状。其中，每一行表示一个所要发送的符号xi与相应时刻的包络波形h(t-i*△T)相乘后得到的待发送信号波形xih(t-i*△T)。a0～ak-1表示对每个窗函数波形(包络波形)进行K次分段得到的每部分的系数值，具体为关于幅度值的系数。
由于将输入的数字信号序列转换成正负符号序列时，将输入的数字信号序列中的0,1转换为±A，A取值为非0任意数以得到正负符号序列。例如，A取值为1时，将输入的{0,1}比特序列经过BPSK调制转换成{+1、-1}符号序列，以得到正负符号序列。所以图12所示即为K路波形的符号叠加过程原理示意图。图14叠加过程中，第1行左边3个数表示第1个输入符号+1，第2行左边3个数表示第2个输入符号+1，第3行左边3个数表示第3个输入符号-1，第1行中间3个数表示第4个输入符号-1，第2行中间3个数表示第5个输入符号-1，第3行中间3个数表示第6个输入符号+1，第1行右边3个数表示第7个输入符号-1，第2行右边3个数表示第8个输入符号+1。因此，三个波形叠加后，得到的输出符号为{+1 +2 +1 -1 -3 -1 -1 +1}。
当然，如果输入符号的长度为其他数值时，可以按照图13和图14所示的方式进行叠加，以得到输出符号。
本实施例中，解调步骤采用上述实施例一提供的译码方法，此处不再对解调步骤赘述。
实施例四
请参考图3，基于上述实施例三提供的基于重叠复用的调制解调方法，本实施例相应提供了一种基于重叠复用的调制解调系统，包括发射机和接收机。
发射机包括调制装置和发射装置，请参考图15，调制装置包括波形生成模块801、移位模块802、调制模块803、乘法模块804和叠加模块805。
波形生成模块801用于生成初始包络波形。本实施例中，主要以基于重叠时分复用的调制解调进行说明。其根据设计参数生成在时域内的初始包络波形h(t)。
在生成初始包络波形时，可以通过用户输入设计参数，以实现在实际系统中根据系统性能指标灵活配置。
在某些实施例中，当初始包络波形的旁瓣衰减已经确定时，设计参数包括初始包络波形的窗长度L，例如当初始包络波形为巴特莱特包络波形时。
在某些实施例中，设计参数包括初始包络波形的窗长度L和旁瓣衰减r，例如当初始包络波形为切比雪夫包络波形时。
当然，当初始包络波形为其他形式时，可以根据相应初始包络波形的特点确定设计参数。
移位模块802用于根据重叠复用次数将初始包络波形在相应域(本实施例中为时域)内按移位间隔进行移位，以得到各固定间隔的移位包络波形h(t-i*△T)。
其中，移位间隔为时间间隔△T，时间间隔△T为：△T＝L/K。此时，信号的符号宽度即为△T。
另外，还需要保证△T不小于系统采样率的倒数。
i的取值与输入符号长度N有关，且i取0到N-1的整数。例如，当N＝8时，i取0至7的整数。
调制模块803用于将输入的信号数字序列转换成正负符号表示的信号符号序列。
具体的，将输入的数字信号序列中的0转换为+A，1转换为-A，A取值为非0任意数，以得到正负符号序列。例如，取A为1时，将输入的{0,1}比特序列经过BPSK(Binary PhaseShift Keying，移相键控)调制转换成{+1、-1}符号序列。
乘法模块804用于将信号符号序列xi与各固定间隔的移位包络波形h(t-i*△T)相乘，以得到各调制包络波形xih(t-i*△T)。
叠加模块805用于将各调制包络波形xi h(t-i*△T)在相应域(本实施例中为时域)上进行叠加，以得到携带输入信号序列的复调制包络波形，即发送的信号。
发送的信号可以如下表示：
发射装置用于将复调制包络波形作为发送信号发射出去。
接收机包括用于接收复调制包络波形的接收装置和上述实施例二提供的任意一种基于重叠复用的译码装置，本实施不再对该译码装置赘述。
本申请实施例提供的基于重叠复用的译码方法、装置及调制解调方法和系统，通过采用滑动分组的译码方式，利用OvXDM系统前后符号之间的关联性，将有头无尾的卷积运算拆分为有头有尾的分组运算后，采用相应的译码算法对每组序列进行译码，提高了译码效率，在降低译码复杂度的同时保证系统具有较好的性能。解决了传统通信系统采用维特比译码方式时，对接收序列进行逐符号译码，其译码效率较低，和随着重叠次数的提高，译码复杂度较高的问题。
需要说明的是，本申请实施例提供的基于重叠复用的译码方法、装置及调制解调方法和系统可以应用到移动通信、卫星通信、微波视距通信、散射通信、大气层光通信、红外通信、水声通信等无线通信系统中，既可以应用于大容量无线传输，也可以应用于小容量的轻型无线电系统。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分步骤可以通过程序来控制相关硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘等。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (12)

1.一种基于重叠复用的译码方法，其特征在于，包括：
步骤一：根据接收信号中复用波形的长度设定分组序列长度，并对接收信号中的接收序列进行分组；
步骤二：根据所述分组序列长度将复用波形系数转换为矩阵形式；
步骤三：将当前分组的接收序列采用预设算法进行译码，得到原始信号中当前组的发送序列；
步骤四：若当前组的接受序列中存在已知信息，则将已知信息去除，否则进入步骤五；
步骤五：将接收序列向后滑动，重复上述步骤三和步骤四，直至完成所有分组的译码；
步骤六：完成所有分组的译码后输出译码结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述分组序列长度将复用波形系数转换为矩阵形式时，表示为：
其中，h为复用波形系数，M为分组序列长度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设算法为梯度算法、最小二乘算法、最速下降算法、共轭梯度算法、加速共轭梯度算法或加速切比雪夫算法。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将当前分组的接收序列采用预设算法进行译码时，还包括：存储预设算法中的非变量，在进行译码时调用。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设算法为最小二乘法，所述非变量为(HT×H)-1×HT，所述H为复用波形系数转换后的矩阵。
6.一种基于重叠复用的译码装置，其特征在于，包括：
分组模块，用于根据接收信号中复用波形的长度设定分组序列长度，并对接收信号中的接收序列进行分组；
转换模块，用于根据所述分组序列长度将复用波形系数转换为矩阵形式；
译码模块，用于将当前分组的接收序列采用预设算法进行译码，得到原始信号中当前组的发送序列；
已知信息去除模块，用于在当前组的接受序列中存在已知信息时，将已知信息去除；
滑动模块，用于将接收序列向后滑动，并控制译码模块和已知信息去除模块重复执行译码步骤，直至完成所有分组的译码；
输出模块，用于在完成所有分组的译码后输出译码结果。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，根据所述分组序列长度将复用波形系数转换为矩阵形式时，表示为：
其中，h为复用波形系数，M为分组序列长度。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设算法为梯度算法、最小二乘算法、最速下降算法、共轭梯度算法、加速共轭梯度算法或加速切比雪夫算法。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括存储模块，用于存储预设算法中的非变量，译码模块在进行译码时进行调用。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预设算法为最小二乘法，所述非变量为(HT×H)-1×HT，所述H为复用波形系数转换后的矩阵。
11.一种基于重叠复用的调制解调方法，其特征在于，包括调制步骤和解调步骤：
调制步骤包括：
生成初始包络波形；
根据重叠复用次数将初始包络波形在相应域内按移位间隔进行移位，以得到各固定间隔的移位包络波形；
将输入的信号数字序列转换成正负符号表示的信号符号序列；
将信号符号序列与偏移后各固定间隔的移位包络波形相乘，以得到各调制包络波形；
将各调制包络波形在相应域上进行叠加，以得到携带所述信号数字序列的复调制包络波形；
将所述复调制包络波形发射出去；
解调步骤采用如权利要求1-5任意一项所述的译码方法。
12.一种基于重叠复用的调制解调系统，其特征在于，包括发射机和接收机；
所述发射机包括调制装置和发射装置，所述调制装置包括：
波形生成模块，用于生成初始包络波形；
移位模块，用于根据重叠复用次数将初始包络波形在相应域内按移位间隔进行移位，以得到各固定间隔的移位包络波形；
调制模块，用于将输入的信号数字序列转换成正负符号表示的信号符号序列；
乘法模块，用于将信号符号序列与偏移后各固定间隔的移位包络波形相乘，以得到各调制包络波形；
叠加模块，用于将各调制包络波形在相应域上进行叠加，以得到携带输入信号序列的复调制包络波形；
所述发射装置用于将所述复调制包络波形发射出去；
所述接收机包括用于接收所述复调制包络波形的接收装置和如权利要求6-10任一项所述的译码装置。
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