CN109450599A - 一种多项分数域Fourier再生变换的兼容扫描方法 - Google Patents
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Abstract
一种多项分数域Fourier再生变换的兼容扫描方法,加权类分数傅里叶变换WFRFT经典中加权项4项,后来加权项数由4项可扩展到任意项,即多项加权分数傅里叶变换M‑WFRFT。M‑WFRFT通信系统的复杂性非常大,尤其当发射端参数不固定或者多发射端共用一个接收系统时,则需接收端具有兼容能力,如接收端进行动态变化M‑WFRFT则复杂度将会剧增。为此考虑4‑WFRFT应用广泛性和容易实现等特性,接收端引入4‑WFRFT机理进行再生加权系数构造,并结合加权系数与阶数间内在关系,给出再生阶数从而建立再生的4‑WFRFT接收扫描方法,达到可兼容不同项数、不同阶数M‑WFRFT通信系统接收的目的。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理、通信技术领域,尤其是涉及一种多项分数域Fourier再生变换的兼容扫描方法。
背景技术
加权类分数傅里叶变换(Weighted Fractional Fourier Transform,WFRFT)的经典定义中加权项有4项,近年来,由于WFRFT计算的简便,以及变换后的信号能量分布均匀等特性,逐渐应用到了通信领域。随着WFRFT内涵被不断深入发掘,加权项数由原来的4项可扩展到任意项,这种变换称之为广义多重分数傅里叶变换,简称多项加权分数傅里叶变换(M-WFRFT)。M-WFRFT是4-WFRFT的一般形式,目前M-WFRFT主要用于信号处理方面,在通信上的应用研究较少。由于M-WFRFT通信系统的复杂性非常大,尤其当发射端参数不固定时,或者多个发射端共用一个接收系统时,则需要接收端具有兼容能力,如果接收端进行动态变化的M-WFRFT处理,则复杂度将会剧增。为此,对于M-WFRFT通信系统的接收方法研究就成为了研究的重点和难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种多项分数域Fourier再生变换的兼容扫描方法,适用于采用多项加权分数傅里叶变换(M-WFRFT)的通信系统。本发明针对基于M-WFRFT的通信系统的高复杂性,尤其当发射端的参数不固定时,或者多个发射端共用一个接收系统时,则需要接收端具有兼容能力,如果接收端进行动态变化的M-WFRFT处理,则复杂度将会剧增,为此,考虑4-WFRFT的应用广泛性和容易实现等特性,接收端引入4-WFRFT机理,进行再生加权系数构造,并结合加权系数与阶数间的内在关系,给出再生阶数,从而建立再生的4-WFRFT接收扫描方法,达到可兼容不同项数和阶数条件下的接收目的。
采用的技术方案是:
一种多项分数域Fourier再生变换的兼容扫描方法:
对于任意基于M-WFRFT处理的通信系统,在忽略射频前端处理的前提下,由于接收端的基带处理本质是尽可能地恢复原始信号,从而达到正确接收的目的,然而,要正确恢复原始信号,则需要对接收信号进行有效的反变换,反变换过程的核心为基于特定阶数的M-WFRFT扫描处理。然而,考虑到M-WFRFT通信系统的复杂性,为使得接收端具有兼容能力,引入4-WFRFT特性,考虑加权系数与阶数间的内在关系,构造再生加权系数,从而建立再生阶数βM,并建立再生扫描变换方法。
其优点在于:
针对不同项数、不同阶数的M-WFRFT通信系统,接收端通过构造再生加权系数、再生阶数,从而建立再生的4-WFRFT接收扫描方法,达到可兼容不同项数、不同阶数的M-WFRFT通信系统的目的。
综上所述:
在信号处理领域,为了更好地描述信号特性,出现了加权类分数傅里叶变换(WFRFT),经典定义中加权项有4项,随着经典WFRFT定义的内涵被不断深入发掘,加权项数由原来的4项可扩展到任意项,也即多项加权分数傅里叶变换(M-WFRFT)。由于M-WFRFT通信系统的复杂性非常大,尤其当发射端参数不固定时,或者多个发射端共用一个接收系统时,则需要接收端具有兼容能力,如果接收端进行动态变化的M-WFRFT,则复杂度将会剧增。为此,考虑4-WFRFT的应用广泛性和容易实现等特性,接收端引入4-WFRFT机理,进行再生加权系数构造,并结合加权系数与阶数间的内在关系,给出再生阶数,从而建立再生的4-WFRFT接收扫描方法,达到可兼容不同项数、不同阶数M-WFRFT通信系统接收的目的。
附图说明
图1是本发明方法适应的基于M-WFRFT处理的发送端原理图。
图2是本发明方法的再生变换扫描方法原理图。
具体实施方式
一种多项分数域Fourier再生变换的兼容扫描方法:
对于任意基于M-WFRFT处理的通信系统,在忽略射频前端处理的前提下,接收端接收到的基带发射信号R0可写为:
其中,S0=(s0,s2,ΛsN-1)为长度为N的原始信号,M为多项加权的项数,Sl是S0的第lth阶离散傅里叶变换,l的范围为1~(M-1),αM为阶数,为M-WFRFT处理的函数定义。ωM,l(αM)为加权系数,定义为式(2)。
由于接收端的基带处理本质是尽可能地恢复原始信号S0,从而达到正确接收的目的,然而,要正确恢复原始信号S0,则需要对R0进行有效的反变换,反变换过程的核心为M-WFRFT扫描处理,扫描原理如下:
(1)首先定义接收端的反变换参数,设βM为反变换过程的阶数,考虑随着αM的变化,βM需要多层次扫描的特性,为此,反变换过程的核心则为基于βM阶的扫描处理,βM阶的M-WFRFT扫描处理为式(3),进一步利用M-WFRFT的可加性,式(3)可以写为式(4)。
如式(4)可见,当βM+αM=0时,可得:
βM=-αM (5)。
在满足式(5)条件下,式(4)可以写为式(6),此时,表明扫描处理可以恢复原始信号S0,从而达到对接收信号的正确接收。
(2)接收端要正确地恢复原始信号S0,除了需要确定项数M,还需要精确地确定满足公式(5)的阶数βM。然而,考虑到M-WFRFT通信系统的复杂性,为使得接收端具有兼容能力,引入4-WFRFT特性,当M=4时,4-WFRFT的加权系数和4-WFRFT处理分别为式(7)和式(8)所示。
(3)考虑加权系数与阶数间的内在关系,构造再生加权系数ΘM,l(βM)为:
其中,
(4)利用构造的再生加权系数ΘM,l(βM),可以得到新的M-WFRFT,如式(12)。
(5)通过对比式(8)和式(12)可见,如果ΘM,l(βM)=ω4,l(β4),则则可利用4-WFRFT处理机制,来实现对M-WFRFT处理后的发射信号的扫描,从而降低接收端的处理复杂性。因此,当ΘM,l(βM)=ω4,l(β4)时,需要建立再生阶数β4与阶数βM间的关系。
当M=6,l=0时:
将参数M、l带入式(9)可得到:
将式(13)中的ω6,0(β6)、ω6,1(β6)、ω6,2(β6)、ω6,3(β6)、ω6,4(β6)、ω6,5(β6)分别带入式(10),将ω4,0(0)、ω4,0(2)、分别带入式(11),式(13)可重新整理:
得到式(14)。
如下:
并将参数M、l带入式(7):
可得到:
当Θ6,0(β6)=ω4,0(β4)时,对比式(14)和式(15),可得到式(16)。
(6)基于相同原理,在参数M、l为其它数值条件下,当ΘM,l(βM)=ω4,l(β4)时,可以得到:
(7)进一步,为满足式(6)成立,需结合式(5),可得到再生阶数β4为式(18)。
(8)因此,当ΘM,l(βM)=ω4,l(β4)时,再生阶数β4满足式(18),并可带入式(8)。同时考虑如果ΘM,l(βM)=ω4,l(β4)成立,则成立,从而将式(8)替代式(12),并结合式(4),则接收端的再生扫描过程为:
可见,接收端可以利用再生的β4阶4-WFRFT实现对M-WFRFT处理后的发射信号的扫描,而且可以正确接收M-WFRFT信号,并恢复出原始信号S0。该方法能够降低原始M-WFRFT接收处理的复杂性,且可兼容多个M-WFRFT系统,大大改善系统可实现能力。
Claims (1)
1.一种多项分数域Fourier再生变换的兼容扫描方法,在忽略射频前端处理的前提下,接收端的反变换过程核心为:基于不同阶数、不同项数的M-WFRFT扫描处理;一种多项分数域Fourier再生变换的兼容扫描方法,其特征在扫描原理包括下列步骤:
1)、首先定义接收端的反变换参数,设βM为反变换过程的阶数,考虑随着αM的变化,βM需要多层次扫描的特性,为此,反变换过程的核心则为基于βM阶的扫描处理,βM阶的M-WFRFT扫描处理为式[3],进一步利用M-WFRFT的可加性;
式[3]可以写为式[4];
如式[4]可见,当βM+αM=0时,可得:
βM=-αM [5];
在满足式[5]条件下,式[4]可以写为式[6],此时,表明扫描处理可以恢复原始信号S0,从而达到对接收信号的正确接收;
2)、接收端要正确地恢复原始信号S0,除了需要确定项数M,还需要精确地确定满足公式[5]的阶数βM;然而,考虑到M-WFRFT通信系统的复杂性,为使得接收端具有兼容能力,引入4-WFRFT特性,当M=4时,4-WFRFT的加权系数和4-WFRFT处理分别为式[7]和式[8]所示;
3)、考虑加权系数与阶数间的内在关系,构造再生加权系数ΘM,l(βM)为:
其中,
4)利用构造的再生加权系数ΘM,l(βM),可以得到新的M-WFRFT,如式[12];
5)、通过对比式[8]和式[12]可见,如果ΘM,l(βM)=ω4,l(β4),则则可利用4-WFRFT处理机制,来实现对M-WFRFT处理后的发射信号的扫描,从而降低接收端的处理复杂性;因此,当ΘM,l(βM)=ω4,l(β4)时,需要建立再生阶数β4与阶数βM间的关系;
当M=6,l=0时,将参数M、l带入式[9]:
可得到:
将式[13]中的ω6,0(β6)、ω6,1(β6)、ω6,2(β6)、ω6,3(β6)、ω6,4(β6)、ω6,5(β6)分别带入式[10],将ω4,0(0)、ω4,0(2)、分别带入式[11],式[13]重新整理得到式[14];
并将参数M、l带入式[7],可得到:
当Θ6,0(β6)=ω4,0(β4)时,对比式[14]和式[15],可得到式[16];
6)、基于相同原理,在参数M、l为其它数值条件下,当ΘM,l(βM)=ω4,l(β4)时,可以得到:
7)、进一步,为满足式[6]成立,需结合式[5],可得到再生阶数β4为式[18];
8)、因此,当ΘM,l(βM)=ω4,l(β4)时,再生阶数β4满足式[18],并可带入式[8];同时考虑如果ΘM,l(βM)=ω4,l(β4)成立,则成立,从而将式[8]替代式[12],并结合式[4],则接收端的再生扫描过程为式[19];
可见,接收端可以利用再生的β4阶4-WFRFT实现对M-WFRFT处理后的发射信号的扫描,而且可以正确接收M-WFRFT信号,并恢复出原始信号S0。
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