CN114301753B - 一种正交功率分层复用传输方法 - Google Patents

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Abstract

一种正交功率分层复用传输方法，它属于无线通信技术领域。本发明解决了现有通信方法在双选信道条件下的抗衰落性能差、可靠性低的问题。本发明方法在发送端，通过交织结构和变换来实现功率分层复用设计，接收端只需进行对应反变换和数据重组即可恢复信号。在双选信道下，由于对信号时频能量分布的信道匹配设计，使本发明方法具有更好的抗时频选择性衰落能力，可以有效实现误码性能的提升，保障通信的可靠性。同时本发明对现有通信系统及通信方法具有良好的兼容性。本发明方法可以应用于无线通信技术领域。

Description

一种正交功率分层复用传输方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种正交功率分层复用传输方法。
背景技术
在无线通信领域，单载波与多载波体制已经得到了广泛的研究和应用，它们各有优势和适用场景，同时也都存在一定的不足。近年来，为应对下一代通信场景的需求与挑战，研究人员提出了一系列新型物理层波形设计方案来支持复杂信道条件下的应用需求。然而，现有方案缺乏对信号时频能量分布的信道匹配设计，这使其在双选信道下的误码性能尚有提升的空间。因此，现有通信系统的抗衰落性能仍然较差，提出新的物理层波形设计方案以进一步提升系统的可靠性成为一个值得关注的研究方向。
发明内容
本发明的目的是为解决现有通信方法在双选信道条件下的抗衰落性能差、可靠性低的问题，而提出了一种正交功率分层复用传输方法。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
一种正交功率分层复用传输方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、信源产生的各帧原始数据分别经过基带的星座映射后，将各帧原始数据对应的星座映射后调制结果分别记为C1 C2 … Ci′ … CK,i′＝1,2,3,...,K，i′代表第i′帧，K代表总帧数；
第i′帧原始数据对应的星座映射后调制结果Ci′＝[c0 c1 … cL-1]T，ci″为调制结果Ci′中的第i″个数据，i″＝0,1,2,...,L-1，L代表每帧数据的长度，L＝MN，M、N为正整数；
步骤2、分别对每一帧原始数据对应的星座映射后调制结果进行正交功率分层复用，得到每一帧数据经过正交功率分层复用获得的输出信号；
其中，Ci′1表示第i′帧数据经过正交功率分层复用获得的输出信号，表示克罗内克积，IM表示大小为M×M的单位矩阵，EN表示大小为N×N的变换矩阵；
变换矩阵的形式为：
其中，ωl,l＝0,1,…,N-1为加权系数，ΠN表示大小为N×N的置换矩阵；
所述克罗内克积的定义如下：
其中，ep,q表示矩阵EN中的第p行第q列元素，p＝0,1,…,N-1，q＝0,1,…,N-1；
步骤3、将各帧数据经过正交功率分层复用获得的输出信号表示为一路串行数字信号，再对串行数字信号进行处理，将处理后信号发射至信道；
步骤4、接收机对从信道中接收到的信号进行处理，获得处理后的信号；并对处理后的信号进行分帧处理，将获得的第i′帧数据表示为Di′，每帧数据的长度均为L；
再分别对获得的每帧数据进行处理，得到每帧数据对应的处理后信号；其中，第i′帧数据Di′对应的处理后信号Di′1表示为：
其中，上角标H代表矩阵的共轭转置，上角标T代表矩阵的转置；
步骤5、对步骤4中获得的Di′1进行星座解映射，依次恢复出每一帧原始数据。
进一步地，所述加权系数ωl,l＝0,1,…,N-1为：
其中，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，βk,k＝0,1,...,N-1为中间变量参数。
进一步地，所述中间变量参数βk,k＝0,1,...,N-1由如下方法生成：
其中，n＝log2 N， 表示向下取整，/>mod表示取余数。
进一步地，所述置换矩阵ΠN为：
进一步地，所述步骤3中，对串行数字信号进行处理，其具体为：
串行数字信号依次经过数/模转换和上变频处理。
进一步地，所述步骤4中，接收机对从信道中接收到的信号进行处理，是指对接收到的信号依次进行下变频、模/数转换和信道均衡处理。
本发明的有益效果是：
本发明提出了一种正交功率分层复用传输方法，本发明方法在发送端，通过交织结构和变换来实现功率分层复用设计，接收端只需进行对应反变换和数据重组即可恢复信号。在双选信道下，由于对信号时频能量分布的信道匹配设计，使本发明方法具有更好的抗时频选择性衰落能力，可以有效实现误码性能的提升，保障通信的可靠性。同时本发明对现有通信系统及通信方法具有良好的兼容性。
本发明采用正交功率分层复用及数据恢复技术，可以实现无线通信系统抗衰落性能的提升。
附图说明
图1是本发明的一种正交功率分层复用传输方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种正交功率分层复用传输方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、信源产生的各帧原始数据(即，将信源产生的原始数据划分为各帧数据)分别经过基带的星座映射后，将各帧原始数据对应的星座映射后调制结果分别记为C1 C2 …Ci′ … CK,i′＝1,2,3,…,K，i′代表第i′帧，K代表总帧数；
第i′帧原始数据对应的星座映射后调制结果Ci′＝[c0 c1 … cL-1]T，ci″为调制结果Ci′中的第i″个数据，i″＝0,1,2,…,L-1，L代表每帧数据的长度，L＝MN，M、N为正整数；
步骤2、分别对每一帧原始数据对应的星座映射后调制结果进行正交功率分层复用，得到每一帧数据经过正交功率分层复用获得的输出信号；
其中，Ci′1表示第i′帧数据经过正交功率分层复用获得的输出信号，表示克罗内克积，IM表示大小为M×M的单位矩阵，EN表示大小为N×N的变换矩阵；
变换矩阵的形式为：
其中，ωl,l＝0,1,...,N-1为加权系数，ΠN表示大小为N×N的置换矩阵；
所述克罗内克积的定义如下：
其中，ep,q表示矩阵EN中的第p行第q列元素，p＝0,1,...,N-1，q＝0,1,...,N-1；
步骤3、将各帧数据经过正交功率分层复用获得的输出信号表示为一路串行数字信号，再对串行数字信号进行处理，将处理后信号发射至信道；
步骤4、接收机对从信道中接收到的信号进行处理，获得处理后的信号；并对处理后的信号进行分帧处理，将获得的第i′帧数据表示为Di′，每帧数据的长度均为L；
再分别对获得的每帧数据进行处理，得到每帧数据对应的处理后信号；其中，第i′帧数据Di′对应的处理后信号Di′1表示为：
其中，上角标H代表矩阵的共轭转置，上角标T代表矩阵的转置；
步骤5、对步骤4中获得的Di′1进行星座解映射，依次恢复出每一帧原始数据。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述加权系数ωl,l＝0,1,...,N-1为：
其中，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，βk,k＝0,1,...,N-1为中间变量参数。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述中间变量参数βk,k＝0,1,...,N-1由如下方法生成：
其中，n＝log2 N， 表示向下取整，/>mod表示取余数。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，所述置换矩阵ΠN为：
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，所述步骤3中，对串行数字信号进行处理，其具体为：
串行数字信号依次经过数/模转换和上变频处理。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，所述步骤4中，接收机对从信道中接收到的信号进行处理，是指对接收到的信号依次进行下变频、模/数转换和信道均衡处理。再对信道均衡处理后的信号进行分帧。
其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
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 (4)

1.一种正交功率分层复用传输方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、信源产生的各帧原始数据分别经过基带的星座映射后，将各帧原始数据对应的星座映射后调制结果分别记为C1 C2 … Ci′ … CK,i′＝1,2,3,...,K，i′代表第i′帧，K代表总帧数；
第i′帧原始数据对应的星座映射后调制结果Ci′＝[c0 c1 … cL-1]T，ci″为调制结果Ci′中的第i″个数据，i″＝0,1,2,...,L-1，L代表每帧数据的长度，L＝MN，M、N为正整数；
步骤2、分别对每一帧原始数据对应的星座映射后调制结果进行正交功率分层复用，得到每一帧数据经过正交功率分层复用获得的输出信号；
其中，Ci′1表示第i′帧数据经过正交功率分层复用获得的输出信号，表示克罗内克积，IM表示大小为M×M的单位矩阵，EN表示大小为N×N的变换矩阵；
变换矩阵的形式为：
其中，ωl,l＝0,1,...,N-1为加权系数，ΠN表示大小为N×N的置换矩阵；
所述克罗内克积的定义如下：
其中，ep,q表示矩阵EN中的第p行第q列元素，p＝0,1,...,N-1，q＝0,1,...,N-1；
步骤3、将各帧数据经过正交功率分层复用获得的输出信号表示为一路串行数字信号，再对串行数字信号进行处理，将处理后信号发射至信道；
所述对串行数字信号进行处理，其具体为：
串行数字信号依次经过数/模转换和上变频处理；
步骤4、接收机对从信道中接收到的信号进行处理，获得处理后的信号；并对处理后的信号进行分帧处理，将获得的第i′帧数据表示为Di′，每帧数据的长度均为L；
所述接收机对从信道中接收到的信号进行处理，是指对接收到的信号依次进行下变频、模/数转换和信道均衡处理；
再分别对获得的每帧数据进行处理，得到每帧数据对应的处理后信号；其中，第i′帧数据Di′对应的处理后信号Di′1的转置表示为：
其中，上角标H代表矩阵的共轭转置，上角标T代表矩阵的转置；
步骤5、对步骤4中获得的Di′1进行星座解映射，依次恢复出每一帧原始数据。
2.根据权利要求1所述的一种正交功率分层复用传输方法，其特征在于，所述加权系数ωl,l＝0,1,...,N-1为：
其中，i为虚数单位，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数，βk,k＝0,1,...,N-1为中间变量参数。
3.根据权利要求2所述的一种正交功率分层复用传输方法，其特征在于，所述中间变量参数βk,k＝0,1,...,N-1由如下方法生成：
其中，n＝log2 N， 表示向下取整，/>mod表示取余数。
4.根据权利要求3所述的一种正交功率分层复用传输方法，其特征在于，所述置换矩阵ΠN为：
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"基于信道估计的水声通信迭代均衡算法研究";邱昕等;《吉林大学学报（工学版）》;全文 *

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