CN109391292A - 加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法 - Google Patents

Abstract

加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，它属于无线通信技术领域。本发明解决了现有的单天线系统无法实现分集增益和复用增益的兼顾的问题。本发明采用双时隙扩展与加权分数傅里叶技术，通过将单时隙信号扩展至双时隙，经由分数域运算后进行传输，可以实现单天线系统中分集增益与复用增益的兼收并蓄。在本发明的方法中，接收端通过解复用即可接收多路数据信号，为系统提供更高的用户容纳量，系统整体性能较好。本发明可以应用于无线通信技术领域。

Description

加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种双时隙分集与复用的协同传输方法。

背景技术

系统的可靠性与有效性是无线传输系统的两个优化方向，分别以分集增益与复用增益为代表。目前，针对单天线场景下的信息传输技术难以做到两者兼顾，以时间分集技术为例，该方案在同一频带的不同时隙传输同一用户发出的相同信号，因而极大的降低了接收端的差错概率，保障了用户可靠传输，但该方案浪费时频资源，无法供给多用户使用带来复用增益。而传统的多路复用技术也无法在非正交模式下保持系统增益；对于单天线系统来说，若在子载波上传输两个用户的数据，则可实现多用户复用，提高传输有效性，但分集方面无增益；反之，若子载波上传输同一用户的相同数据，则可获得分集增益，但无复用增益，因此，现有的单天线系统无法实现分集增益和复用增益的兼顾。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的单天线系统无法实现分集增益和复用增益的兼顾的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

基于本发明的一个方面，加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、对发送端用户发送的数据d₁进行调制，获得调制后的发送端基带数据s₁，并对发送端基带数据s₁进行补零处理，得到补零处理后的数据；

步骤二、对步骤一获得的补零处理后数据进行阶数为α的加权分数傅里叶变换，获得加权分数傅里叶变换后的数据w₁；

步骤三、将步骤二中获得的数据w₁调制到相应载波频率上，获得调制后数据X₁，并通过天线发射信号X₁，信号X₁通过信道传输后到达接收端；

步骤四、接收端接收到的信号的形式为Y₁，采用自适应均衡处理信号Y₁得到补偿衰落的信号；

步骤五、对步骤四获得的信号进行下变频处理去除载波，获得接收端基带数据

步骤六、将步骤五获得的接收端基带数据进行阶数为-α的加权分数傅里叶变换，得到恢复数据

步骤七、将步骤六获得的恢复数据去除无关信息，再按照步骤一采用的调制方式进行解调，从恢复数据中提取出各用户数据

基于本发明的另一个方面，加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、分别对发送端用户1发送的数据d₁和用户2发送的数据d₂进行调制，获得调制后的发送端基带数据s₁和发送端基带数据s₂，并对基带数据s₁和s₂进行并/串转换得到并/串转换后的数据；

步骤二、将步骤一获得的并/串转换后数据进行阶数为α的加权分数傅里叶变换，获得加权分数傅里叶变换后的数据w₁₂；

步骤三、将步骤二获得的数据w₁₂调制到相应载波频率上，获得调制后数据X₁₂，并通过天线发射信号X₁₂，信号X₁₂通过信道传输后到达接收端；

步骤四、接收端接收到的信号的形式为Y₁₂，采用自适应均衡处理信号Y₁₂得到补偿衰落的信号；

步骤五、对步骤四获得的信号进行下变频处理去除载波，获得接收端基带数据

步骤六、将步骤五获得的接收端基带数据进行阶数为-α的加权分数傅里叶变换，得到s₁对应的恢复数据和s₂对应的恢复数据

步骤七、将步骤六获得的数据和进行串/并转换，再按照步骤一采用的调制方式进行解调，从数据和中提取出各用户数据和

本发明的有益效果是：本发明的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，在系统存在单一数据流的情况下，对传输信号进行一个时隙的补零处理，经过加权分数傅里叶变换后，数据能量被平均分配到两个时隙上，当一个时隙出现衰落时，尚可通过另一个时隙的部分能量进行接收和处理，从而达到提升分集增益的目的；

在系统存在两个数据流的情况下，发射端将两组数据信息在同一子载波上根据时隙顺序进行排列，进而利用加权分数傅里叶技术进行处理，一方面，变换后的信号均匀分布在两个时隙内，当某一时隙发生衰落时，剩余的信息分量依然可以为解调提供足够的信息，从而提高系统的分集增益；另一方面，用户数据在接收端进行反变换、解复用后完全可以分开，因此，虽然变换后的信号中，两用户的信息不再正交，但本发明依然可以通过计算同时实现单天线双时隙情况下的两用户分集与复用；

本发明采用双时隙扩展与加权分数傅里叶技术，通过将单时隙信号扩展至双时隙，经由分数域运算后进行传输，可以实现单天线系统中分集增益与复用增益的兼收并蓄。

附图说明

图1是单一数据流传输情况下，本发明的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法的发送端原理示意图；

其中：WFRFT代表加权分数傅里叶变换；

图2是单一数据流传输情况下，本发明的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法的接收端原理示意图；

图3是两个数据流传输情况下，本发明的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法的发送端原理示意图；

图4是两个数据流传输情况下，本发明的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法的接收端原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1和图2所示，本实施方式所述的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、对发送端用户发送的数据d₁进行调制，获得调制后的发送端基带数据s₁，并对发送端基带数据s₁进行补零处理，得到补零处理后的数据；

步骤二、对步骤一获得的补零处理后数据进行阶数为α的加权分数傅里叶变换，获得加权分数傅里叶变换后的数据w₁；

步骤三、将步骤二中获得的数据w₁调制到相应载波频率上，获得调制后数据X₁，并通过天线发射信号X₁，信号X₁通过信道传输后到达接收端；

步骤四、接收端接收到的信号的形式为Y₁，采用自适应均衡处理信号Y₁得到补偿衰落的信号；

步骤五、对步骤四获得的信号进行下变频处理去除载波，获得接收端基带数据

采用最佳非相干检测规则的接收机，利用非同步本地振荡器解调接收信号，得到的等效低通信号与载波调制信号的等效低通信号进行相关运算，再选取绝对值最大者。判决准则可表示为

步骤六、将步骤五获得的接收端基带数据进行阶数为-α的加权分数傅里叶变换，得到恢复数据

步骤七、将步骤六获得的恢复数据去除无关信息，再按照步骤一采用的调制方式进行解调，从恢复数据中提取出各用户数据对于步骤一中举例的信号，去除的无关信息即为去除接收信号的后128比特。

本实施方式是适用于单一数据流传输的情况，本实施方式在兼顾分集增益与复用增益的同时，可以有效提高系统的容纳量。

本发明的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，在系统存在单一数据流的情况下，对传输信号进行一个时隙的补零处理，经过加权分数傅里叶变换后，数据能量被平均分配到两个时隙上，当一个时隙出现衰落时，尚可通过另一个时隙的部分能量进行接收和处理，从而达到提升分集增益；对抗多径衰落的目的。

本实施方式采用双时隙扩展与加权分数傅里叶技术，通过将单时隙信号扩展至双时隙，经由分数域运算后进行传输，可以实现单天线系统中分集增益与复用增益的兼收并蓄，基于该方法，接收端通过解复用即可接收多路数据信号，为系统提供更高的用户容纳量，系统整体性能较好。

本实施方式的发射端用户排列部分可以兼容时分多址技术，与双时隙扩展传输方法可以同时使用，最终获得的分集增益与复用增益为二者叠加的效果。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一的具体过程为：

发送端用户采用等概率、能量均分的方式发送数据，则发送的数据d₁的矢量形式为：

式中，s_m(t)为数字相位调制中的M个信号波形，M为载波的M个可能相位，m＝1,2,…,M，用于传送发送信息，s_m(t)代表每个m与发送信号之间的对应关系，ε_g为信号脉冲的能量；

对发送端用户发送的数据d₁进行调制，获得调制后的发送端基带数据s₁；

发送端信号发生器产生一串m序列，每个点经过s_m(t)对应成一个调制后的符号，这些符号最终组成发送序列s₁；

对发送端基带数据s₁进行补零处理，补零处理的过程为等长补零，经过补零处理得到补零处理后的数据。

等长补零，即发送信号为128比特信号，则在基带数据s₁后补128比特零，得到256比特的数据。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中对发送端用户发送的数据d₁进行调制，采用的调制方式为相移键控BPSK方式。

对于本实施方式的相移键控BPSK方式来说，调制后的信号为一串01序列，本发明对于各种调制方式均兼容，本实施方式以相移键控BPSK方式为例。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤二的具体过程为：

对步骤一获得的补零处理后数据进行阶数为α的加权分数傅里叶变换，获得加权分数傅里叶变换后的数据w₁，数据w₁的形式为：

式中，α为变换阶数，态函数F(t)与时域信号f(t)为傅里叶变换对；f(-t)代表时域信号f(t)以原点为中心的反转函数；F(-t)代表频域信号F(t)以原点为中心的反转函数；为基函数的加权函数。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤三中将步骤二中获得的数据w₁调制到相应载波频率上，获得调制后数据X₁，数据X₁的形式为：

式中：X_l′1为调制后数据X₁的等效低通信号，f_c为载波调制中心频率，t为时序标志，j是虚数单位，Re[·]代表取实部。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中接收端接收到的信号的形式为Y₁，Y₁的表达式具体为：

Y₁＝HX₁+N

其中，H为信道状态信息矩阵，N为随机噪声。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述恢复数据的具体形式为：

式中，-α为变换阶数，态函数F(t)与时域信号f(t)为傅里叶变换对；f(-t)代表时域信号f(t)以原点为中心的反转函数；F(-t)代表频域信号F(t)以原点为中心的反转函数；为基函数的加权函数。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四不同的是：在经典四项加权变换中，基函数的加权函数满足如下关系：

其中：l＝0,1,2,3，j是虚数的单位。

具体实施方式九：如图3和图4所示，本实施方式所述的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、分别对发送端用户1发送的数据d₁和用户2发送的数据d₂进行调制，获得调制后的发送端基带数据s₁和发送端基带数据s₂，并对基带数据s₁和s₂进行并/串转换得到并/串转换后的数据；

本步骤对于各种调制方式均兼容，以相移键控BPSK方式为例。发送端采用等概率、能量均分的方式发送信息，则发送信号的矢量形式可表达为

发送端信号发生器分别为两串数据流产生两串m(m＝1,2,…,M)取值序列，每个点经过s_m(t)对应成一个调制后的符号，这些符号最终组成发送序列s₁和s₂。对于BPSK来说，调制后的信号为两串0/1序列，经过并/串转换得到并/串转换后的数据长度为原来的二倍，即发送信号为128比特信号，将s₁和s₂串行传输得到长度为256比特的数据流。

步骤二、将步骤一获得的并/串转换后数据进行阶数为α的加权分数傅里叶变换，获得加权分数傅里叶变换后的数据w₁₂；

加权分数傅里叶变换后的数据w₁₂的形式为：

步骤三、将步骤二获得的数据w₁₂调制到相应载波频率上，获得调制后数据X₁₂，并通过天线发射信号X₁₂，信号X₁₂通过信道传输后到达接收端；

信号X₁₂的具体形式为：

X_l′12为信号X₁₂的等效低通信号，f_c为载波调制中心频率。

步骤四、接收端接收到的信号的形式为Y₁₂，采用自适应均衡处理信号Y₁₂得到补偿衰落的信号；

信号Y₁₂的具体形式为：

Y₁₂＝HX₁₂+N

其中，H为信道状态信息矩阵，N为随机噪声。

步骤五、对步骤四获得的信号进行下变频处理去除载波，获得接收端基带数据

采用最佳非相干检测规则的接收机，利用非同步本地振荡器解调接收信号，得到的等效低通信号与载波调制信号的等效低通信号进行相关运算，再选取绝对值最大者。判决准则可表示为

步骤六、将步骤五获得的接收端基带数据进行阶数为-α的加权分数傅里叶变换，得到s₁对应的恢复数据和s₂对应的恢复数据

以数据流长度为128比特为例，和分别为

式中，[]_m～n表示数据串的第m到第n位，m与n取值均小于字符串长度。

步骤七、将步骤六获得的数据和进行串/并转换，再按照步骤一采用的调制方式进行解调，从数据和中提取出各用户数据和

本实施方式适用于两个数据流传输的情况，发射端将两组数据信息在同一子载波上根据时隙顺序进行排列，进而利用加权分数傅里叶技术进行处理，一方面，变换后的信号均匀分布在两个时隙内，当某一时隙发生衰落时，剩余的信息分量依然可以为解调提供足够的信息，从而提高系统的分集增益；另一方面，用户数据在接收端进行反变换、解复用后完全可以分开，因此，虽然变换后的信号中，两用户的信息不再正交，但本发明依然可以通过计算同时实现单天线双时隙情况下的两用户分集与复用；

本发明采用双时隙扩展与加权分数傅里叶技术，通过将单时隙信号扩展至双时隙，经由分数域运算后进行传输，可以实现单天线系统中分集增益与复用增益的兼收并蓄。

本实施方式的发射端用户排列部分可以兼容时分多址技术，与双时隙扩展传输方法可以同时使用，最终获得的分集增益与复用增益为二者叠加的效果。

本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对发送端用户发送的数据d₁进行调制，获得调制后的发送端基带数据s₁，并对发送端基带数据s₁进行补零处理，得到补零处理后的数据；

步骤二、对步骤一获得的补零处理后数据进行阶数为α的加权分数傅里叶变换，获得加权分数傅里叶变换后的数据w₁；

步骤三、将步骤二中获得的数据w₁调制到相应载波频率上，获得调制后数据X₁，并通过天线发射信号X₁，信号X₁通过信道传输后到达接收端；

步骤四、接收端接收到的信号的形式为Y₁，采用自适应均衡处理信号Y₁得到补偿衰落的信号；

步骤五、对步骤四获得的信号进行下变频处理去除载波，获得接收端基带数据

步骤六、将步骤五获得的接收端基带数据进行阶数为-α的加权分数傅里叶变换，得到恢复数据

步骤七、将步骤六获得的恢复数据去除无关信息，再按照步骤一采用的调制方式进行解调，从恢复数据中提取出各用户数据

2.根据权利要求1所述的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：

发送端用户采用等概率、能量均分的方式发送数据，则发送的数据d₁的矢量形式为：

式中，s_m(t)为数字相位调制中的M个信号波形，M为载波的M个可能相位，m＝1,2,…,M，ε_g为信号脉冲的能量；

对发送端用户发送的数据d₁进行调制，获得调制后的发送端基带数据s₁；

对发送端基带数据s₁进行补零处理，补零处理的过程为等长补零，经过补零处理得到补零处理后的数据。

3.根据权利要求1所述的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，其特征在于，步骤一中对发送端用户发送的数据d₁进行调制，采用的调制方式为相移键控BPSK方式。

4.根据权利要求1所述的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

对步骤一获得的补零处理后数据进行阶数为α的加权分数傅里叶变换，获得加权分数傅里叶变换后的数据w₁，数据w₁的形式为：

式中，α为变换阶数，态函数F(t)与时域信号f(t)为傅里叶变换对；f(-t)代表时域信号f(t)以原点为中心的反转函数；F(-t)代表频域信号F(t)以原点为中心的反转函数；为基函数的加权函数。

5.根据权利要求1所述的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，其特征在于，所述步骤三中将步骤二中获得的数据w₁调制到相应载波频率上，获得调制后数据X₁，数据X₁的形式为：

式中：X_l′1为调制后数据X₁的等效低通信号，f_c为载波调制中心频率，t为时序标志，j是虚数单位，Re[·]代表取实部。

6.根据权利要求1所述的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，其特征在于，步骤四中接收端接收到的信号的形式为Y₁，Y₁的表达式具体为：

Y₁＝HX₁+N

其中，H为信道状态信息矩阵，N为随机噪声。

7.根据权利要求1所述的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，其特征在于，所述恢复数据的具体形式为：

式中，-α为变换阶数，态函数F(t)与时域信号f(t)为傅里叶变换对；f(-t)代表时域信号f(t)以原点为中心的反转函数；F(-t)代表频域信号F(t)以原点为中心的反转函数；为基函数的加权函数。

8.根据权利要求4所述的加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，其特征在于，所述基函数的加权函数满足如下关系：

其中：l＝0,1,2,3，j是虚数的单位。

9.加权分数傅里叶变换域双时隙分集与复用的协同传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、分别对发送端用户1发送的数据d₁和用户2发送的数据d₂进行调制，获得调制后的发送端基带数据s₁和发送端基带数据s₂，并对基带数据s₁和s₂进行并/串转换得到并/串转换后的数据；

步骤二、将步骤一获得的并/串转换后数据进行阶数为α的加权分数傅里叶变换，获得加权分数傅里叶变换后的数据w₁₂；

步骤三、将步骤二获得的数据w₁₂调制到相应载波频率上，获得调制后数据X₁₂，并通过天线发射信号X₁₂，信号X₁₂通过信道传输后到达接收端；

步骤四、接收端接收到的信号的形式为Y₁₂，采用自适应均衡处理信号Y₁₂得到补偿衰落的信号；

步骤五、对步骤四获得的信号进行下变频处理去除载波，获得接收端基带数据

步骤六、将步骤五获得的接收端基带数据进行阶数为-α的加权分数傅里叶变换，得到s₁对应的恢复数据和s₂对应的恢复数据

步骤七、将步骤六获得的数据和进行串/并转换，再按照步骤一采用的调制方式进行解调，从数据和中提取出各用户数据和