CN109981223B - 基于frft的多载波ftn发送/接收方法及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FRFT的多载波FTN信号发送/接收方法及相关设备,发送端向接收端发送多载波FTN信号,所述发送端对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换,并处理由所述IFRFT变换形成的信号生成所述多载波FTN信号;所述接收端对根据所述多载波FTN信号形成的第二并行符号序列进行FRFT变换,并由所述接收端对所述FRFT变换后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,所述干扰系数基于所述FRFT变换对应的变换系数和所述IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定。上述基于FRFT的多载波FTN信号发送方法/接收方法、发送端/接收端及存储介质均可实现任意频域压缩因子的压缩,并能够以较低的计算复杂度得到较好的检测性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种基于分数傅里叶变换(FractionalFourier Transform,FRFT)的多载波超奈奎斯特(Faster Than Nyquist,FTN)信号的发送/接收方法及相关设备。
背景技术
通信网络中用户数量和数据速率的急剧增长对系统的频谱效率提出了更高的要求,FTN传输技术是一种能够提高系统频谱利用率的非正交传输技术,通过引入符号间干扰,能够使得单位时间内传输更多的数据,能够提高数据传输速率,这种非正交传输技术不仅适用于时域上的非正交传输,也可以推广之多载波传输系统中,使得子载波之间不再遵循除OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)系统中相互正交的关系,从而提升了系统的频谱效率,因此多载波FTN系统也被称为高效谱效率频分复用技术(Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing,SEFDM),但正由于子载波之间不再正交,其收发两端不能直接通过快速傅氏变换(Fast FourierTransformation,FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)来实现,而且有载波非正交引入的子载波件的干扰需要在接收端进行干扰删除。
现有多载波FTN传输方法中,在FFT/IFFT的基础上,通过比例输入发送机、有理数α发送机或多IDFT组合发送机等来对多载波FTN进行传输,虽然能够实现多载波FTN传输,但都存在复杂度过高的问题;且现有多载波FTN传输方法中,在干扰删除时无法实现系统性能和复杂度的平衡,一部分干扰删除方法复杂度不高,但是系统的性能损失较大;而另一部分干扰方法虽然系统的性能损失小,但复杂度过高。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺点,本发明的主要目的在于提供一种基于FRFT的多载波FTN信号的发送方法/接收方法及相关设备,以实现系统性能和复杂度的平衡。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明技术方案如下:
一种基于FRFT的多载波FTN信号发送方法,
发送端向接收端发送多载波FTN信号,
所述发送端对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换,并处理由所述IFRFT变换形成的信号生成所述多载波FTN信号;
由所述接收端对根据所述多载波FTN信号形成的第二并行符号序列进行FRFT变换,并由所述接收端对所述FRFT变换后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,所述干扰系数基于所述FRFT变换对应的变换系数和所述IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定。
可选的,进行所述IFRFT变换的公式为:
s=Fa -1S
其中,S表示所述第一并行符号序列,s表示进行所述IFRFT变换后形成的序列,Fα -1表示所述逆变换系数;
进行所述FRFT变换的公式为:
R=Far
其中,r表示所述第二并行符号序列,R表示进行所述FRFT变换后形成的序列,Fα表示所述变换系数;
所述相关矩阵的计算公式为:
C=Fa -1·Fa
其中,C表示所述相关矩阵,所述相关矩阵的总行数和总列数相等;
通过所述相关矩阵中的非对角元素表示所述干扰系数。
可选的,由所述接收端进行所述软干扰删除的方法包括:
进行软信息估计获取软估计值;
生成所述干扰系数;
结合所述软估计值和所述干扰系数进行干扰删除。
可选的,由所述接收端依据干扰系数进行干扰删除的公式为:
其中,k表示当前进行干扰删除的目标载波序号,Zk表示软干扰删除前第k个子载波,表示干扰删除后的第k个子载波,i表示序号为k的子载波之外的子载波的序号,C[k,i]表示相关矩阵[k,i]中第k行第i列的元素,表示所述软信息估计的软估计值。
可选的,所述发送端依次先对所述信源进行编码、交织处理和映射处理后,再进行所述IFRFT变换;
由所述接收端先对所述FRFT变换生成的信号进行所述软干扰删除后,再依次进行解映射处理、解交织处理、译码处理和判决处理;
由所述接收端连续迭代所述软干扰删除、所述解映射处理、所述解交织处理和所述译码处理的步骤,进行译码处理时,经所述解交织处理的形成的先验编码作为所述译码处理的输入,并输出后验编码和软信息数据,
由所述接收端将所述后验编码与所述先验编码差值进行迭代交织处理和迭代映射处理,并根据所述迭代映射处理后形成的外信息进行所述软干扰删除步骤中的所述软信息估计,
由所述接收端在迭代完成后,将迭代后输出的所述软信息数据作为判决处理的输入信息。
可选的,所述软估计值的计算公式为:
其中,表示所述软估计值,ct表示星座点,t={0,1,2,…,2J},Mt表示所述星座点的集合,J表示每个调制符号中的比特数;P(Si=ct)表示所述IFRFT变换后生成的信号Si映射到对应星座点ct上的概率,其计算公式为:
其中,Lext(Si)表示所述外信息;bt,q表示比特,所述ct星座点与比特bt,q的映射关系为:ct=f(bt,1,bt,2,,…,bt,J)。
可选的,所述相关系数C中,行序号为m、列序号为n的元素为:
其中,N表示所述相关矩阵的最大行数,N也表示所述相关矩阵的最大列数,m和n的取值范围均为0,1,2,…,N-1,j表示复数,k表示载波索引,α表示所述IFRFT变换中和所述FRFT变换的压缩因子。
可选的,所述发送端先通过第一串并变换形成所述第一并行符号序列,所述发送端在对所述第一并行符号序列进行IFRFT变换后,再对由所述IFRFT变换后形成的信号进行第一并串变换;
由所述接收端通过第二串并变换形成所述第二并行符号序列,并对所述FRFT变化后形成的信号,在所述软干扰删除前,进行第二并串变换。
一种基于FRFT的多载波FTN信号接收方法:
接收端接收发送端发送的多载波FTN信号,
由所述发送端对根据所述信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换,并由所述发送端处理由所述IFRFT变换形成的信号生成所述多载波FTN信号,
所述接收端对根据所述多载波FTN信号形成的第二并行符号序列进行FRFT变换,所述接收端还对所述FRFT变换后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,所述干扰系数基于所述FRFT变换对应的变换系数和所述IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定。
可选的,进行所述IFRFT变换的公式为:
s=Fa -1S
其中,S表示所述第一并行符号序列,s表示进行所述IFRFT变换后形成的序列,Fα -1表示所述逆变换系数;
进行所述FRFT变换的公式为:
R=Far
其中,r表示所述第二并行符号序列,R表示进行所述FRFT变换后形成的序列,Fα表示所述变换系数;
所述相关矩阵的计算公式为:
C=Fa -1·Fa
其中,C表示所述相关矩阵,所述相关矩阵的总行数和总列数相等;
通过所述相关矩阵中的非对角元素表示所述干扰系数。
可选的,所述接收端进行所述软干扰删除的方法包括:
进行软信息估计获取软估计值;
生成所述干扰系数;
结合所述软估计值和所述干扰系数进行干扰删除。
可选的,所述接收端进行所述软干扰删除的方法还包括,在干扰删除后进行均衡处理。
可选的,所述接收端依据干扰系数进行干扰删除的公式为:
其中,k表示当前进行干扰删除的目标载波序号,Zk表示软干扰删除前第k个子载波,表示干扰删除后的第k个子载波,i表示序号为k的子载波之外的子载波的序号,C[k,i]表示相关矩阵[k,i]中第k行第i列的元素,表示所述软信息估计的软估计值。
可选的,由所述发送端依次先对所述信源进行编码、交织处理和映射处理后,再进行所述IFRFT变换;
所述接收端先对所述FRFT变换生成的信号进行所述软干扰删除后,再依次进行解映射处理、解交织处理、译码处理和判决处理;
所述接收端迭代所述软干扰删除、所述解映射处理、所述解交织处理和所述译码处理的步骤,进行译码处理时,所述接收端将经所述解交织处理的形成的先验编码作为所述译码处理的输入,并输出后验编码和软信息数据,
所述接收端将所述后验编码与所述先验编码差值进行迭代交织处理和迭代映射处理,并根据所述迭代映射处理后形成的外信息进行所述软干扰删除步骤中的所述软信息估计,所述接收端在迭代完成后,将迭代后输出的所述软信息数据作为判决处理的输入信息。
可选的,所述软估计值的计算公式为:
其中,表示所述软估计值,ct表示星座点,t={0,1,2,…,2J},Mt表示所述星座点的集合,J表示每个调制符号中的比特数;P(Si=ct)表示所述IFRFT变换后生成的信号Si映射到对应星座点ct上的概率,其计算公式为:
其中,Lext(Si)表示所述外信息;bt,q表示比特,所述ct星座点与比特bt,q的映射关系为:ct=f(bt,1,bt,2,,…,bt,J)。
可选的,所述相关系数C中,行序号为m、列序号为n的元素为:
其中,N表示所述相关矩阵的最大行数,N也表示所述相关矩阵的最大列数,m和n的取值范围均为0,1,2,…,N-1,j表示复数,k表示载波索引,α表示所述IFRFT变换中和所述FRFT变换的压缩因子。
可选的,由所述发送端先通过第一串并变换形成所述第一并行符号序列,所述发送端在对所述第一并行符号序列进行IFRFT变换后,再对由所述IFRFT变换后形成的信号进行第一并串变换;
所述接收端通过第二串并变换形成所述第二并行符号序列,并对所述FRFT变化后形成的信号,在所述软干扰删除前,进行第二并串变换。
一种基于FRFT的多载波FTN信号发送端,包括:
IFRFT变换模块,其用于对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换,并处理由所述IFRFT变换形成的信号生成所述多载波FTN信号;
由接收端对根据所述多载波FTN信号的形成的第二并行符号序列进行FRFT变换;并由所述接收端对经所述FRFT变换后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,所述干扰系数基于所述FRFT变换对应的变换系数和所述IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定。
可选的,所述基于FRFT的多载波FTN信号发送端还包括:
编码模块,其用于对信源进行编码,形成编码序列;
交织模块,其用于对所述编码序列进行交织处理,形成交织序列;
映射模块,其用于对所述交织序列进行映射,得到复数符号序列;
所述编码模块、所述交织模块、所述映射模块和所述IFRFT变换模块依次连接。
可选的,所述基于FRFT的多载波FTN信号发送端还包括:
第一串并模块,其用于通过串并变换形成所述第一并行符号序列;
第一并串模块,其用于对经所述IFRFT变换模块处理形成的信号进行并串处理;
所述第一串并模块、所述IFRFT变换模块和所述第一并串模块依次连接。
一种基于FRFT的多载波FTN信号接收端,包括:
FRFT变换模块,其用于对根据所述多载波信号形成的第二并行符号序列进行FRFT变换,
软干扰删除模块,其用于对经所述FRFT变换模块处理后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,所述干扰系数基于所述FRFT变换对应的变换系数和所述IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定;
所述多载波FTN信号由发送端先对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换后,并对经所述IFRFT变换形成的信号进行处理而生成。
可选的,所述软干扰删除模块包括:
软信息估计单元,进行软信息估计以获取软估计值;
干扰系数生成单元,其用于计算生成干扰系数;
干扰删除单元,其用于结合所述软估计值和所述干扰系数进行干扰删除;
所述干扰删除单元分别与所述软信息估计单元和所述干扰系数生成单元连接。
可选的,所述软干扰删除模块还包括均衡单元,所述均衡单元用于对软干扰删除后形成的信号进行均衡处理,所述均衡单元与所述干扰删除单元连接。
可选的,所述基于FRFT的多载波FTN信号接收端还包括:
解映射模块,用于对经所述软干扰删除模块处理后形成的信号进行解映射处理;
解交织模块,用于对经所述解映射模块处理后形成的信号进行解交织处理,形成先验编码
译码模块,用于对经所述解交织模块处理后的形成的先验编码进行译码处理,输出后验编码和软信息数据,
判决模块,用于判决所述译码模块输出的所述软信息数据,输出比特序列;
迭代映射模块,其用于将所述后验编码与所述先验编码差值进行映射处理;
迭代交织模块,其用于将经所述迭代映射模块处理后输出的序列进行交织处理,输出外信息;
其中,所述软干扰删除模块、所述解映射模块、所述解交织模块、所述译码模块和所述判决模块依次连接,所述迭代交织模块与所述解交织模块连接,所述译码模块、所述迭代交织模块、所述迭代映射模块和所述软干扰删除模块依次连接,使所述外信息迭代输入所述软干扰删除模块,更新所述后验编码和所述软信息数据;
所述多载波FTN信号由所述发送端进行编码处理、交织处理和映射处理后生成。
可选的,所述基于FRFT的多载波FTN信号接收端还包括:
第二串并模块,其用于通过串并变换形成所述第二并行符号序列;
第二并串模块,其用于对经所述FRFT变换模块处理形成的信号进行并串处理;
所述第二串并模块、所述FRFT变换模块和所述第二并串模块依次连接。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述任一种的基于FRFT的多载波FTN信号发送方法中的步骤,或者执行上述任一种基于FRFT的多载波FTN信号接收方法中的步骤。
一种发送端,其包括存储器、处理器、收发器及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时,实现上述任一种基于FRFT的多载波FTN信号发送方法。
一种接收端,其包括存储器、处理器、收发器及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时,实现上述任一种基于FRFT的多载波FTN信号发送方法。
上述基于FRFT的多载波FTN信号发送方法/接收方法、发送端/接收端及存储介质均可实现任意频域压缩因子的压缩,并能够以较低的计算复杂度得到较好的检测性能。
附图说明
图1显示为发送方法和接收方法中发送端发送多载波FTN信号的流程图;
图2显示为发送方法和接收方法中接收端接收多载波FTN信号的流程图;
图3显示为发送方法和接收方法中进行软干扰删除的流程框图;
图4显示为发送端的结构框图;
图5显示为接收端的结构框图;
图6显示为软干扰删除模块的结构框图;
图7显示为正交子载波系统的频谱图;
图8显示为采用本发明的发送/接收方法将压缩因子设定为3/4时的多载波FTN频谱图;
图9显示为正交子载波系统与本发明的发送/接收方法传输的多载波FTN系统的频谱示意图;
图10显示为多载波FTN信号对应不同频域压缩因子下的BER性能示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。
结合图1、图2,显示出了一个实施例的基于FRFT的多载波FTN信号发送方法,该方法的执行主体的发送端,具体步骤如下:
发送端向接收端发送多载波FTN信号,
发送端执行步骤S105:对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换,
并由该发送端对经步骤S105的IFRFT变换形成的信号生成该多载波FTN信号;
由接收端进行步骤S202:对根据该多载波FTN信号形成的第二并行符号序列进行,进行FRFT变换
由接收端进行步骤S204:对该FRFT变换后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除;
其中,干扰系数基于步骤S202中进行FRFT对应的变换系数和步骤S105中进行IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定。
这样,通过该发送端对第一并行符号序列进行IFRFT变换的过程中,可以采用任意频域压缩因子的压缩,并且在后续解调过程中,还根据变换和逆变换的过程进行软干扰删除,能够实现较好的检测性能,且其实现的复杂度较低。
具体的,步骤S105中,进行该IFRFT变换的公式为:
s=Fa -1S (1)
其中,S表示该第一并行符号序列,s表示进行该IFRFT变换后形成的序列,Fα -1表示该逆变换系数;
该第一并行符号序列也可以表示为{Sn,n=0,1,2,…,N-1},则进行N点IFRFT变换的的公式也可以表示为:
结合公式(1)和公式(2),可得到逆变换系数的计算公式:
对应的,步骤S202中,进行该FRFT变换的公式为:
R=Far (4)
其中,r表示该第二并行符号序列,R表示进行该FRFT变换后形成的序列,Fα表示该变换系数;
该第二并行符号序列也可以表示为{rq,q=0,1,2,…,N-1},则进行N点FRFT变换的的公式也可以表示为:
结合公式(1)和公式(2),可得到变换系数的计算公式:
该相关矩阵的计算公式为:
C=Fα -1·Fα (7)
其中,C表示该相关矩阵,该相关矩阵的总行数和总列数相等,通过该相关矩阵中的非对角元素可表示该干扰系数。
由上述变换系数Fα和逆变换系数Fα -1的具体计算公式可以看出变换过程中,频域压缩因子α是可以根据需求进行设定,随着压缩因子的减少,非正交多载波系统的占用宽带约少,频谱利用率提升越大。
对比图7中的正交多载波频谱图(OFDM)和图8中压缩因子α=3/4对应的非正交多载波频谱图,可以看出,非正交多载波系统占用的宽带更少。
利用本发明的方法将频域压缩因子分别设定为0.5、0.65、0.75进行仿真后,得到的图9的频谱示意图可以看出,当α=0.75时,相对于OFDM系统,频谱节省了25%,当α=0.65时,相对于OFDM系统,频谱节省了35%,当α=0.5时,相对于OFDM系统,频谱节省了50%。
再参见图10,其中ICI-free为性能边界,即α=1,为OFDM系统,多载波FTN系统频域压缩因子α={0.5,0.55,0.65,0.75}。当α=0.75时,多载波FTN的BER性能接近于性能边界,当α=0.65时,在BER为10-3时性能损失小于1dB,当α=0.55时,在BER为10-3时性能损失为2dB左右,本发明利用FRFT变换实现子载波压缩,其实现的复杂度为O(Nlog2N),相较复杂度达到O(MN)的ML检测方法(其中,N为载波数,M为调制阶数),其复杂度更低,且本发明的方法能够达到最优的BER性能。
在具体实施过程中,参见图3,由接收端进行该软干扰删除的方法可以包括步骤:
S2041,进行软信息估计获取软估计值;
S2042,生成该干扰系数;
S2043,结合该软估计值和该干扰系数进行干扰删除。
该均衡处理步骤可以采用MMSE算法、BCJR算法等。
由该接收端依据干扰系数进行干扰删除的公式可以是:
其中,k表示当前进行干扰删除的目标载波序号,Zk表示软干扰删除前第k个子载波,表示干扰删除后的第k个子载波,i表示序号为k的子载波之外的子载波的序号,C[k,i]表示相关矩阵[k,i]中第k行第i列的元素,表示该软信息估计的软估计值。
在一些实施例中,参见图1,该发送端依次先对该信源进行编码(步骤S101)、交织处理(步骤S102)和映射处理(步骤S103)后,再进行该IFRFT变换(步骤S104);
参见图2,由该接收端先对该FRFT变换(步骤S202)生成的信号进行该软干扰删除(步骤S204)后,再依次进行解映射处理(步骤S205)、解交织处理(步骤S206)、译码处理(步骤S207)和判决处理(S210);
由该接收端连续迭代该软干扰删除、该解映射处理、该解交织处理和该译码处理的步骤,进行译码处理时,经该解交织处理的形成的先验编码作为该译码处理的输入,并输出后验编码和软信息数据,
由该接收端将该后验编码与该先验编码差值进行迭代交织处理(步骤S208)和迭代映射处理(步骤S209),并根据该迭代映射处理后形成的外信息进行该软干扰删除步骤中的该软信息估计。
由该接收端在迭代完成后,将迭代后输出的该软信息数据作为判决处理的输入信息。
为便于理解,发送端处理的过程信号可表示如下:
该信源可以表示为{Am,m=0,1,2,...,M-1},该信源可以使二进制比特序列;
经编码处理形成的编码序列可以表示为{Uy,y=0,1,2,...,Q-1},该编码处理中采用的编码可以是Polar码、LDPC码、Turbo码等;
经交织处理形成的交织序列可以表示为{Vx,x=0,1,2,...,Q-1};
经映射处理形成的复数符号序列可以表示为{W(d),d=0,1,2,...,N-1},该映射处理可以是QAM或PSK;
由接收端处理的过程信号表示如下:
经该迭代映射形成的序列可以表示为{Lext(Si),i=0,1,2,...,N-1};
相应的,该软估计值的计算公式可以表示为:
公式(9)中,P(Si=ct)表示该IFRFT变换后生成的信号Si映射到对应星座点ct上的概率,其计算公式为:
其中,Lext(Si)表示所述外信息;bt,q表示比特,所述ct星座点与比特bt,q的映射关系为:ct=f(bt,1,bt,2,,…,bt,J)。
可选的,该相关系数C中,行序号为m、列序号为n的元素为:
其中,N表示该相关矩阵的最大行数,N也表示该相关矩阵的最大列数,m和n的取值范围均为0,1,2,…,N-1,j表示复数,k表示载波索引,α表示该IFRFT变换中和该FRFT变换的压缩因子。
本实施例中,参见图1,该发送端先通过第一串并变换(步骤S104)形成该第一并行符号序列,该发送端在对该第一并行符号序列进行IFRFT变换(步骤S105)后,再对由该IFRFT变换后形成的信号进行第一并串变换(步骤S106);且由该接收端通过第二串并变换(步骤201)形成该第二并行符号序列,并对该FRFT变换(步骤202)后形成的信号,在该软干扰删除前,进行第二并串变换(步骤203)。
例如:第一并行符号序列{Sn,n=0,1,2,…,N-1}可以通过对经映射处理后的序列{W(d),d=0,1,2,...,N-1}进行第一串并变换后获得,而IFRFT变换后形成的序列{Si,i=0,1,2,…,N-1}进行第一并串变换后形成信号{tb,b=1,2,3,…,N-1},信号发送端将信号tb通过AWGN信道发送至接收端;
对应的,由接收端对接收到的信号{Yb,b=1,2,3,…,N-1}进行第二串并变换后形成序列{rq,q=1,2,3,…,N-1},而FRFT变换后形成的序列{Rk,k=0,1,...,N-1}则通过第二并串变换获得信号{Zt,t=0,1,...,N-1},此处的Zt即为公式(8)中的代入干扰删除的Zk,下标t和k相对应。
结合图1、图2,本发明的实施例还提供一种基于FRFT的多载波FTN信号接收方法,接收方法中采用的计算公式与上述基于FRFT的多载波FTN信号发送方法中的步骤和计算公式对应,该接收方法与上述发送方法的首要区别在于,该接收方法的执行主体是接收端,具体步骤如下:
接收端接收发送端发送的多载波FTN信号,
由该发送端对根据该信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换,并由该发送端处理由该IFRFT变换形成的信号生成该多载波FTN信号,
该接收端对根据该多载波FTN信号形成的第二并行符号序列进行FRFT变换,该接收端还对该FRFT变换后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,该干扰系数基于该FRFT变换对应的变换系数和该IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定。
这样,通过该接收端对第二并行符号序列进行FRFT变换的过程中,其压缩因子可以根据IFRFT中的压缩因子进行任意选择,还对应逆变换和变换的过程进行的该软干扰删除步骤,能够实现较好的检测性能,且实现的复杂度较低。
在具体实施过程中,进行该IFRFT变换的公式可以为:
s=Fa -1S (1)
其中,S表示该第一并行符号序列,s表示进行该IFRFT变换后形成的序列,Fα -1表示该逆变换系数;
该第一并行符号序列也可以表示为{Sn,n=0,1,2,…,N-1},则进行N点IFRFT变换的的公式也可以表示为:
进行该FRFT变换的公式为:
R=Far (4)
其中,r表示该第二并行符号序列,R表示进行该FRFT变换后形成的序列,Fα表示该变换系数;
该第二并行符号序列也可以表示为{rq,q=1,2,3,…,N-1},则进行N点FRFT变换的的公式也可以表示为:
结合公式(1)和公式(2),可得到变换系数的计算公式:
该相关矩阵的计算公式为:
C=Fα -1·Fα (7)
其中,C表示该相关矩阵,该相关矩阵的总行数和总列数相等;
通过该相关矩阵中的非对角元素表示该干扰系数。
由上述变换系数Fα和逆变换系数Fα -1的具体计算公式可以看出变换过程中,频域压缩因子α是可以根据需求进行设定,随着压缩因子的减少,非正交多载波系统的占用宽带约少,频谱利用率提升越大。对比图1中的正交多载波频谱图和压缩因子α=3/4对应的非正交多载波频谱图,可以看出,非正交多载波系统占用的宽带更少。本实施例中,发射端利用IFRFT变换实现子载波压缩,其实现的复杂度为O(Nlog2N)。
在具体实施过程中,该接收端进行该软干扰删除的方法包括:
进行软信息估计获取软估计值;
生成该干扰系数;
结合该软估计值和该干扰系数进行干扰删除。
在具体实施过程中,由接收端进行该软干扰删除时,还可以在干扰删除后进行均衡处理,该均衡处理步骤可以采用MMSE算法、BCJR算法等。
可选的,该接收端进行该软干扰删除的方法还包括,在干扰删除后进行均衡处理。
可选的,该接收端依据干扰系数进行干扰删除的公式为:
其中,k表示当前进行干扰删除的目标载波序号,Zk表示软干扰删除前第k个子载波,表示干扰删除后的第k个子载波,i表示序号为k的子载波之外的子载波的序号,C[k,i]表示相关矩阵[k,i]中第k行第i列的元素,表示该软信息估计的软估计值。
在一些实施例中,由该发送端依次先对该信源进行编码、交织处理和映射处理后,再进行该IFRFT变换;
该接收端先对该FRFT变换生成的信号进行该软干扰删除后,再依次进行解映射处理、解交织处理、译码处理和判决处理;
该接收端迭代该软干扰删除、该解映射、该解交织和该译码处理的步骤,进行译码处理时,该接收端将经该解交织处理的形成的先验编码作为该译码处理的输入,并输出后验编码和软信息数据,
该接收端将该后验编码与该先验编码差值进行迭代交织处理和迭代映射处理,并根据该迭代映射处理后形成的外信息进行该软干扰删除步骤中的该软信息估计,
该接收端在迭代完成后,将迭代后输出的该软信息数据作为判决处理的输入信息。
相应的,该软估计值的计算公式为:
P(Si=ct)表示该IFRFT变换后生成的信号Si映射到对应星座点ct上的概率,其计算公式为:
其中,Lext(Si)表示所述外信息;bt,q表示比特,所述ct星座点与比特bt,q的映射关系为:ct=f(bt,1,bt,2,,…,bt,J)。
可选的,该相关系数C中,行序号为m、列序号为n的元素为:
其中,N表示该相关矩阵的最大行数,N也表示该相关矩阵的最大列数,m和n的取值范围均为0,1,2,…,N-1,j表示复数,k表示载波索引,α表示该IFRFT变换中和该FRFT变换的压缩因子。
在一些实施例中,由该发送端先通过第一串并变换形成该第一并行符号序列,该发送端在对该第一并行符号序列进行IFRFT变换后,再进行对有该IFRFT变换后形成的信号进行第一并串变换;
该接收端通过第二串并变换形成该第二并行符号序列,并对该FRFT变化后形成的信号,在该软干扰删除前,进行第二串并变换。
参见图4,本发明的实施例还提供一种基于FRFT的多载波FTN信号发送端,包括:
IFRFT变换模块105,其用于对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换,并处理由该IFRFT变换形成的信号生成该多载波FTN信号;
由接收端对根据该多载波FTN信号的形成的第二并行符号序列进行FRFT变换;并由该接收端对经该FRFT变换后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,该干扰系数基于该FRFT变换对应的变换系数和该IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定。
在一些实施例中,参见图4,该基于FRFT的多载波FTN信号发送端还包括:
编码模块101,其用于对信源进行编码,形成编码序列;
交织模块102,其用于对该编码序列进行交织处理,形成交织序列;
映射模块103,其用于对该交织序列进行映射,得到复数符号序列;
该编码模块101、该交织模块102、该映射模块103和该IFRFT变换模块105依次连接。
在一些实施例中,参见图4,该基于FRFT的多载波FTN信号发送端还包括:
第一串并模块104,其用于通过串并变换形成该第一并行符号序列;
第一并串模块106,其用于对经该IFRFT变换模块105处理形成的信号进行并串处理;
该第一串并模块104、该IFRFT变换模块105和该第一并串模块106依次连接。
参见图5,本发明的实施例还提供一种基于FRFT的多载波FTN信号接收端,包括:
FRFT变换模块202,其用于对根据该多载波信号形成的第二并行符号序列进行FRFT变换,
软干扰删除模块204,其用于对经该FRFT变换模块处理后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,该干扰系数基于该FRFT变换对应的变换系数和该IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定;
该多载波FTN信号由发送端先对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换后,并对经该IFRFT变换形成的信号进行处理而生成。
本实施例中,参见图6,该软干扰删除模块包括:
软信息估计单元2041,进行软信息估计以获取软估计值;
干扰系数生成单元2042,其用于计算生成干扰系数;
干扰删除单元2043,其用于结合该软估计值和该干扰系数进行干扰删除;
该干扰删除单元分别与该软信息估计单元和该干扰系数生成单元连接。
在一些实施例中,该软干扰删除模块还包括均衡单元2044,该均衡单元用于对软干扰删除后形成的信号进行均衡处理,该均衡单元与该干扰删除单元连接。
在一些实施例中,参见图5,该基于FRFT的多载波FTN信号接收端还包括:
解映射模205,用于对经该软干扰删除模块204处理后形成的信号进行解映射处理;
解交织模块206,用于对经该解映射模块205处理后形成的信号进行解交织处理,形成先验编码
译码模块207,用于对经该解交织模块206处理后的形成的先验编码进行译码处理,输出后验编码和软信息数据,
判决模块210,用于判决该译码模块207输出的该软信息数据,输出比特序列;
迭代映射模块208,其用于将该后验编码与该先验编码差值进行映射处理;
迭代交织模块209,其用于将经该迭代映射模块208处理后输出的序列进行交织处理,输出外信息;
其中,该软干扰删除模块204、该解映射模块205、该解交织模块206、该译码模块207和该判决模块210依次连接,该迭代交织模块208与该解交织模块206连接,该译码模块207、该该迭代交织模块208、迭代映射模块209和该软干扰删除模块204依次连接,使该外信息迭代输入该软干扰删除模块,更新该后验编码和该软信息数据;
该多载波FTN信号由该发送端进行编码处理、交织处理和映射处理后生成。
在一些实施例中,参见图5,该基于FRFT的多载波FTN信号接收端还包括:
第二串并模块201,其用于通过串并变换形成该第二并行符号序列;
第二并串模块203,其用于对经该FRFT变换模块处理形成的信号进行并串处理;
该第二串并模块201、该FRFT变换模块202和该第二并串模块203依次连接。
本发明的是实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述任一种的基于FRFT的多载波FTN信号发送方法中的步骤,或者执行上述任一种基于FRFT的多载波FTN信号接收方法中的步骤。本实施例中的存储介质,本领域普通技术人员可以理解:实现本说明书各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时,执行包括本说明书中各方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
一种发送端,其包括存储器、处理器、收发器及存储在该存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,该处理器执行该程序时,实现上述任一种基于FRFT的多载波FTN信号发送方法。
一种接收端,其包括存储器、处理器、收发器及存储在该存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,该处理器执行该程序时,实现上述任一种基于FRFT的多载波FTN信号发送方法。
在本实施例中,存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory,简称RAM),也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器,包括中央处理器(Central Processing Unit,简称CPU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)等;还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing,简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit,简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (21)
1.一种基于FRFT的多载波FTN信号发送方法,其特征在于:
发送端向接收端发送多载波FTN信号,
所述发送端对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换,并处理由所述IFRFT变换形成的信号生成所述多载波FTN信号;
由所述接收端对根据所述多载波FTN信号形成的第二并行符号序列进行FRFT变换,并由所述接收端对所述FRFT变换后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,所述干扰系数基于所述FRFT变换对应的变换系数和所述IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定;
由所述接收端进行所述软干扰删除的方法包括:
进行软信息估计获取软估计值;
生成所述干扰系数;
结合所述软估计值和所述干扰系数进行干扰删除;
其中,所述发送端依次先对所述信源进行编码、交织处理和映射处理后,再进行所述IFRFT变换;由所述接收端先对所述FRFT变换生成的信号进行所述软干扰删除后,再依次进行解映射处理、解交织处理、译码处理和判决处理;
由所述接收端连续迭代所述软干扰删除、所述解映射处理、所述解交织处理和所述译码处理的步骤,进行译码处理时,经所述解交织处理的形成的先验编码作为所述译码处理的输入,并输出后验编码和软信息数据,
由所述接收端将所述后验编码与所述先验编码差值进行迭代交织处理和迭代映射处理,并根据所述迭代映射处理后形成的外信息进行所述软干扰删除步骤中的所述软信息估计,
由所述接收端在迭代完成后,将迭代后输出的所述软信息数据作为判决处理的输入信息。
2.根据权利要求1所述的基于FRFT的多载波FTN信号发送方法,其特征在于:
进行所述IFRFT变换的公式为:
s=Fα -1S
其中,S表示所述第一并行符号序列,s表示进行所述IFRFT变换后形成的序列,Fα -1表示所述逆变换系数;
进行所述FRFT变换的公式为:
R=Fαr
其中,r表示所述第二并行符号序列,R表示进行所述FRFT变换后形成的序列,Fα表示所述变换系数;
相关矩阵的计算公式为:
C=Fα -1·Fα
其中,C表示所述相关矩阵,所述相关矩阵的总行数和总列数相等;
通过所述相关矩阵中的非对角元素表示所述干扰系数。
6.根据权利要求1所述的基于FRFT的多载波FTN信号发送方法,其特征在于:
所述发送端先通过第一串并变换形成所述第一并行符号序列,所述发送端在对所述第一并行符号序列进行所述IFRFT变换后,再对由所述IFRFT变换后形成的信号进行第一并串变换;由所述接收端通过第二串并变换形成所述第二并行符号序列,并对所述FRFT变化后形成的信号,在所述软干扰删除前,进行第二并串变换。
7.一种基于FRFT的多载波FTN信号接收方法,其特征在于:
接收端接收发送端发送的多载波FTN信号,
由所述发送端对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换,并由所述发送端处理由所述IFRFT变换形成的信号生成所述多载波FTN信号,
所述接收端对根据所述多载波FTN信号形成的第二并行符号序列进行FRFT变换,所述接收端还对所述FRFT变换后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,所述干扰系数基于所述FRFT变换对应的变换系数和所述IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定;
所述接收端进行所述软干扰删除的方法包括:
进行软信息估计获取软估计值;
生成所述干扰系数;
结合所述软估计值和所述干扰系数进行干扰删除;
其中,由所述发送端依次先对所述信源进行编码、交织处理和映射处理后,再进行所述IFRFT变换;所述接收端先对所述FRFT变换生成的信号进行所述软干扰删除后,再依次进行解映射处理、解交织处理、译码处理和判决处理;
所述接收端迭代所述软干扰删除、所述解映射处理、所述解交织处理和所述译码处理的步骤,进行译码处理时,所述接收端将经所述解交织处理的形成的先验编码作为所述译码处理的输入,并输出后验编码和软信息数据,
所述接收端将所述后验编码与所述先验编码差值进行迭代交织处理和迭代映射处理,并根据所述迭代映射处理后形成的外信息进行所述软干扰删除步骤中的所述软信息估计,
所述接收端在迭代完成后,将迭代后输出的所述软信息数据作为判决处理的输入信息。
8.根据权利要求7所述的基于FRFT的多载波FTN信号接收方法,其特征在于:
进行所述IFRFT变换的公式为:
s=Fα -1S
其中,S表示所述第一并行符号序列,s表示进行所述IFRFT变换后形成的序列,Fα -1表示所述逆变换系数;
进行所述FRFT变换的公式为:
R=Fαr
其中,r表示所述第二并行符号序列,R表示进行所述FRFT变换后形成的序列,Fα表示所述变换系数;
相关矩阵的计算公式为:
C=Fα -1·Fα
其中,C表示所述相关矩阵,所述相关矩阵的总行数和总列数相等;
通过所述相关矩阵中的非对角元素表示所述干扰系数。
9.根据权利要求8所述的基于FRFT的多载波FTN信号接收方法,其特征在于:所述接收端进行所述软干扰删除的方法还包括,在干扰删除后进行均衡处理。
13.根据权利要求12所述的基于FRFT的多载波FTN信号接收方法,其特征在于:
由所述发送端先通过第一串并变换形成所述第一并行符号序列,所述发送端在对所述第一并行符号序列进行IFRFT变换后,再对由所述IFRFT变换后形成的信号进行第一并串变换;
所述接收端通过第二串并变换形成所述第二并行符号序列,并对所述FRFT变化后形成的信号,在所述软干扰删除前,进行第二并串变换。
14.一种基于FRFT的多载波FTN信号发送端,其特征在于,包括:
IFRFT变换模块,其用于对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换,并处理由所述IFRFT变换形成的信号生成所述多载波FTN信号;
由接收端对根据所述多载波FTN信号的形成的第二并行符号序列进行FRFT变换;并由所述接收端对经所述FRFT变换后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,所述干扰系数基于所述FRFT变换对应的变换系数和所述IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定;
编码模块,其用于对信源进行编码,形成编码序列;
交织模块,其用于对所述编码序列进行交织处理,形成交织序列;
映射模块,其用于对所述交织序列进行映射,得到复数符号序列;
所述编码模块、所述交织模块、所述映射模块和所述IFRFT变换模块依次连接。
15.根据权利要求14所述的基于FRFT的多载波FTN信号发送端,其特征在于,还包括:
第一串并模块,其用于通过串并变换形成所述第一并行符号序列;
第一并串模块,其用于对经所述IFRFT变换模块处理形成的信号进行并串处理;
所述第一串并模块、所述IFRFT变换模块和所述第一并串模块依次连接。
16.一种基于FRFT的多载波FTN信号接收端,其特征在于,包括:
FRFT变换模块,其用于对根据多载波FTN信号形成的第二并行符号序列进行FRFT变换,软干扰删除模块,其用于对经所述FRFT变换模块处理后生成的信号依据干扰系数进行软干扰删除,所述干扰系数基于所述FRFT变换对应的变换系数和IFRFT变换对应的逆变换系数进行确定;
所述多载波FTN信号由发送端先对根据信源形成的第一并行符号序列进行IFRFT变换后,并对经所述IFRFT变换形成的信号进行处理而生成;
所述软干扰删除模块包括:
软信息估计单元,其用于进行软信息估计以获取软估计值;
干扰系数生成单元,其用于计算生成干扰系数;
干扰删除单元,其用于结合所述软估计值和所述干扰系数进行干扰删除;
所述干扰删除单元分别与所述软信息估计单元和所述干扰系数生成单元连接;
所述接收端还包括:
解映射模块,用于对经所述软干扰删除模块处理后形成的信号进行解映射处理;
解交织模块,用于对经所述解映射模块处理后形成的信号进行解交织处理,形成先验编码译码模块,用于对经所述解交织模块处理后的形成的先验编码进行译码处理,输出后验编码和软信息数据,
判决模块,用于判决所述译码模块输出的所述软信息数据,输出比特序列;
迭代映射模块,其用于将所述后验编码与所述先验编码差值进行映射处理;
迭代交织模块,其用于将经所述迭代映射模块处理后输出的序列进行交织处理,输出外信息;其中,所述软干扰删除模块、所述解映射模块、所述解交织模块、所述译码模块和所述判决模块依次连接,所述迭代交织模块与所述解交织模块连接,所述译码模块、所述迭代交织模块、所述迭代映射模块和所述软干扰删除模块依次连接,使所述外信息迭代输入所述软干扰删除模块,更新所述后验编码和所述软信息数据;
所述多载波FTN信号由所述发送端进行编码处理、交织处理和映射处理后生成。
17.根据权利要求16所述的基于FRFT的多载波FTN信号接收端,其特征在于:
所述软干扰删除模块还包括均衡单元,所述均衡单元用于对软干扰删除后形成的信号进行均衡处理,所述均衡单元与所述干扰删除单元连接。
18.根据权利要求17所述的基于FRFT的多载波FTN信号接收端,其特征在于,还包括:第二串并模块,其用于通过串并变换形成所述第二并行符号序列;
第二并串模块,其用于对经所述FRFT变换模块处理形成的信号进行并串处理;
所述第二串并模块、所述FRFT变换模块和所述第二并串模块依次连接。
19.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于:该程序被处理器执行时实现如权利要求1~6任一项所述的基于FRFT的多载波FTN信号发送方法中的步骤,或者执行如权利要求7~15中任一项所述的基于FRFT的多载波FTN信号接收方法中的步骤。
20.一种发送端,其包括存储器、处理器、收发器及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时,实现如权利要求1~6任一项所述的基于FRFT的多载波FTN信号发送方法。
21.一种接收端,其包括存储器、处理器、收发器及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时,实现如权利要求7~15任一项所述的基于FRFT的多载波FTN信号发送方法。
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