JP6976320B2 - ＸＤＭシステムに適用される信号サンプリング回復方法、装置及びＯｖＸＤＭシステム - Google Patents

ＸＤＭシステムに適用される信号サンプリング回復方法、装置及びＯｖＸＤＭシステム Download PDF

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Description

本発明はOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法、装置及びOvXDMシステムに関する。
OvXDMシステムでは、受信側はまず受信したアナログ信号に対しサンプリングしデジタル信号を得てから、デジタル信号に対し後続の処理（例えばデコード）を行う。しかし、重複回数Kの増加とともに、受信側の信号に対するサンプリング点数が多くなっている--ナイキストサンプリング定理により、精確に信号を再建するには、サンプリングスピードは信号帯域幅の二倍以上にならなければならない--これにより、OvXDMシステムのハードウエアのA/Dに対する要求が高くなり、ハードウエアシステムが大きなサンプリングスピードと処理速度のプレッシャーを直面し、ハードウエアの実現可能性が下がっている。
本発明はOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法、装置及びOvXDMシステムを提供するものである。このシステムは、受信側でオリジナル信号を圧縮しより低いサンプリングスピードで信号サンプリングし、一定の方法によりサンプリング信号を再建することでオリジナル信号を回復する。
本発明の第一の特徴によれば、本発明はOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法を提供し、下記を含むものである。
設計パラメータによりオリジナル信号yと関連しない観測マトリックス
Figure 0006976320
を構築する。その中、前記観測マトリックス
Figure 0006976320
はサイズがM*Sである二次元マトリックスであり、Sがオリジナル信号yの長さで、MがSより小さい；
公式
Figure 0006976320
により低いサンプリングスピードでオリジナル信号yを圧縮し、サイズがM*1である圧縮信号
Figure 0006976320
を得る。その中、Yはオリジナル信号yから得たサイズS*1の列ベクトルである；
予定のアルゴリズムにより圧縮信号
Figure 0006976320
に対し再建することでオリジナル信号yを回復する。
本発明の第二の特徴によれば、本発明はOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置を提供し、下記を含むものである。
観測マトリックス構築ユニットは、設計パラメータによりオリジナル信号yと関連しない観測マトリックス
Figure 0006976320
を構築することに使われる。その中、前記観測マトリックス
Figure 0006976320
はサイズがM*Sである二次元マトリックスであり、Sがオリジナル信号yの長さで、MがSより小さい；
圧縮ユニットは、公式
Figure 0006976320
により低いサンプリングスピードでオリジナル信号yを圧縮し、サイズがM*1である圧縮信号
Figure 0006976320
を得ることに使われる。その中、Yはオリジナル信号yから得たサイズS*1の列ベクトルである；
再建回復ユニットは、予定のアルゴリズムにより圧縮信号
Figure 0006976320
を再建することでオリジナル信号yを回復することに使われる。
本発明の第三の特徴によれば、本発明はOvXDMシステムを提供し、前記OvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置を含む。その中、OvXDMシステムがOvTDMシステム、OvFDMシステム、OvCDMシステム、OvSDMシステム又はOvHDMシステムである。
本発明の有益な効果は下記の通りである。
上記により実施されるOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法、装置及びOvXDMシステムは、OvXDMシステムの発射側からのオリジナル信号の希薄性を十分に利用し、受信側で信号を圧縮し低いサンプリングスピードで信号をサンプリングし、一定の方法によりサンプリング信号を再建しオリジナル信号を回復することで、システムサンプリング率を下げる状況で正確にオリジナル信号を回復することを実現し、システムハードウエアの指標の要求を下げ、方案の実現性を上げている。
図１は、伝統OvTDMシステムの発射側の構成を示す図である。 図２は、OvTDMシステムが入力符号に対し重複多重エンコードをする平行四辺形規則を示す図である。 図３（ａ）は、伝統OvTDM受信側の前処理ユニットを示す図である。 図３（ｂ）は、伝統OvTDM受信側のシーケンステストユニットを示す図である。 図４は、システム重複多重回数K=3の場合、システム入力-出力のコードトリーグラフである。 図５は、図４対応のシステムのノード状態遷移図である。 図６は、図４又は図５対応のシステムのトレリス（Trellis）グラフである。 図７は、本発明の実施例でOvTDMシステム発射側からの信号の周波数領域での波形を示す図である。 図８は、本発明の実施例でOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法のフローチャートである。 図９は、本発明の実施例でOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法の信号再建回復のフローチャートである。 図１０は、本発明の実施例でOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法の信号再建回復の反復計算のフローチャートである。 図１１は、本発明の実施例で信号サンプリング回復方法の再建により回復した回復信号とオリジナル信号の比較を示す図である。 図１２は、本発明の実施例でOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置の構成を示す図である。 図１３は、本発明の実施例でOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置の再建回復ユニットの構成を示す図である。 図１４は、本発明の実施例での反復ユニットの構成を示す図である。
以下に、具体的な実施方法と図面とを結び合わせ、本発明をさらに詳しく説明する。
情報技術の高速発展により、情報に対し人々の需要が急激に増えている。現実世界のアナログ化と信号処理ツールのデジタル化は、アナログ信号ソースからデジタル情報を取得するには、信号サンプリングが避けて通れない道であることを決めている。ナイキストサンプリング定理は、どうやってサンプリングするかを指導する重要な理論基礎である。ナイキストサンプリング定理により、精確に信号を再建するには、サンプリングスピードは信号帯域幅の二倍以上にならなければならないが、情報に対する人々の需要の増加とともに、情報を持つ信号帯域幅がますます広くなり、それを基礎とする信号処理わく組の要求するサンプリングスピードと処理速度も高くなるので、ブロードバンド信号処理の難しさが日増しに増えている。具体的に言えば、OvXDMシステムに対し、重複回数の増加とともに、受信側の信号に対するサンプリング点数が多くなり、ハードウエアのA/Dに対する要求が高くて、ハードウエアシステムが大きなサンプリングスピードと処理速度のプレッシャーを直面し、ハードウエアの実現可能性が下がっている。
本発明では、OvXDMシステムが重複時分割多重（OvTDM、Overlapped Time Division Multiplexing）システム、重複周波数分割多重（OvFDM、Overlapped Frequency Division Multiplexing）システム、重複コード分割多重（OvCDM、Overlapped Code Division Multiplexing）システム、重複スペース分割多重（OvSDM、Overlapped Space Division Multiplexing）システム又は重複混合多重（OvHDM、Overlapped Hybrid Division Multiplexing）システムである。
OvTDMシステムを例とし、まず簡単にシステムの受発信側を説明する。
図1は、OvTDM発信側の発信プロセスである。具体的なステップは下記のようである。
（1）まず発信信号を生成する包絡波形
Figure 0006976320
を設計する。
（2）（1）で設計された包絡波形
Figure 0006976320
を特定時間にて変位した後に、ほかの各時刻発信信号の包絡波形
Figure 0006976320
を生成する。
（3）発信しようとする符号
Figure 0006976320
と（2）で生成した相応時刻の包絡波形
Figure 0006976320
を相乗し、各時刻の発信待ち信号波形
Figure 0006976320
を得る。
（4）（3）で生成した各発信待ち波形の
Figure 0006976320
重複を行い、発射信号波形を生成する。発信の信号は
Figure 0006976320
と示される。
その中、重複多重の方法は図2に示されている平行四辺形規則に従う。
発信側はエンコード変調後の信号をアンテナにより発射し、信号は無線チャンネルで伝送され、受信側は受信信号に対しマッチング・フィルタリングを行い、信号をそれぞれサンプリングしデコードし、最終的にビットストリームの判决出力をする。
図3は、OvTDM受信側の受信プロセスである。その中、図3（a）はOvTDM受信側の前処理ユニットであり、図3（b）はOvTDM受信側のシーケンステストユニットである。具体的なステップは下記のようである。
（5）まず受信信号を同期する。搬送波同期、フレーム同期、符号時間同期等を含む。
（6）サンプリング定理により、各フレーム内の受信信号に対しデジタル化処理を行う。
（7）受信した波形に対し波形発信の時間間隔により切断する。
（8）一定のデコードアルゴリズムにより切断後の波形をデコードする。例えば、ビタビデコードでデコードする。
その中、デコードプロセスは図4〜6を参照されたい。図4は重複多重回数K=3の場合、システム入力-出力のコードトリーグラフであり、図5はシステム対応のノード状態遷移図であり、図6はシステムのトレリス（Trellis）グラフである。
上記と同様に、前記OvTDMシステムを例とする。本実施例は圧縮感知プロセスを説明するために、簡単なパラメータを例とし説明する。例A：仮にビット情報の長さN=100、重複回数K=4、各ビットのサンプリング倍数sample=10とし、チェビシェフを多重波形とすると、発信側はまず100個の情報ビットのBPSK変調を行う後に、矩形波と畳み込み運算を行い
Figure 0006976320
個のサンプルポイントを得る。つまり1030個のサンプルポイントである。アンテナによりエンコード変調後の信号を発信する。受信側はアンテナによりチャンネルで伝送された信号yを受信した後に、信号を回復するにはサンプリング率がとても高くなければならない。
本発明者は研究と実践により、OvXDMシステムの発射側からの信号は、多重波形の関係により、それがとても希薄であることが分かったので、本発明者はOvXDMシステムの発射側からのオリジナル信号の希薄性を十分に利用し、受信側で信号を圧縮し低いサンプリングスピードでオリジナル信号をサンプリングし、一定の方法によりサンプリング信号を再建することでオリジナル信号を回復する。具体的な発明構想と原理は下記の通りである。
信号がある変換領域で希薄である場合は、変換基と関連しない観測マトリックスにより変換で得た高次元信号を低次元スペースに投影できる。それから最適化問題を解ければ少量の投影からオリジナル信号を高確率的に再建できる。その中、投影は信号再建の十分な情報を含むので、サンプリングスピードはもはや信号の帯域幅を決めなくなる。本発明はオリジナル信号（OvXDMシステム発射側からの信号、つまりOvXDMシステム受信側の受信信号）の希薄性を利用し、少量の信号投影値を収集すれば信号を精確に又は近似的に再建でき、サンプリングの同時に情報圧縮を実現している。
仮に実値有限長の一次元離散時間信号Xは、その要素が
Figure 0006976320
とすると、それを
Figure 0006976320
スペースN*1次元の列ベクトルと見なしてよい。
サンプリング圧縮：
（1）直交基Ψの構築
仮に
Figure 0006976320
スペースのいかなる信号はN*1次元の基底ベクトル
Figure 0006976320
のシニア組み合わせで示せ、これらの基底は規範的で直行であるとする。ベクトル
Figure 0006976320
を列ベクトルとしN*Nの基底マトリックス
Figure 0006976320
を生成する。任意信号Xは
Figure 0006976320
又は
Figure 0006976320
と示される。その中、
Figure 0006976320
は投影係数N*1の列ベクトルである。本分野の当業者であれば、Xと
Figure 0006976320
が同じ信号の等価表現で、Xは信号の時間領域での表現で、
Figure 0006976320
は信号のΨ領域での表現であることが分かる。
Figure 0006976320
のゼロでない個数がNより大幅に小さければ、当該信号が希薄で、圧縮可能であることを証明している。
（2）観測基
Figure 0006976320
を構築する
変換基Ψと関連しないM*N次元の観測マトリックス
Figure 0006976320
を設計する。
（3）圧縮信号
Ψ領域の
Figure 0006976320
信号を観測し観測集合
Figure 0006976320
を得る。
Figure 0006976320
と示してもよい。その中、
Figure 0006976320
、
Figure 0006976320
はCS（Compressed Sensing）情報演算子と呼ばれ、サイズがM*Nである。
Figure 0006976320
はサイズM*Nのマトリックスで、
Figure 0006976320
はN*1のマトリックスであるため、シニア相乗により得られたYのサイズがM*1であり、即ち長さNの信号をΨ領域で圧縮すると、長さがMとなる。
上記は、オリジナル信号に対し低いサンプリングスピードで完成した圧縮プロセスである。それから、圧縮後のサンプリング信号によりオリジナル信号を再建する。信号の再建は色々な方法を含んでいる。例えば基底追跡法(Basic Pursuit、BP)、マッチング追跡法 (Matching Pursuit、MP)と直交マッチング追跡法 (Orthogonal Matching Pursuit、OMP)等がある。直交マッチング追跡法を例とし信号の再建プロセスを説明する。
再建プロセス：
（4）マージン
Figure 0006976320
を初期化し、重建信号
Figure 0006976320
、インデックスセット
Figure 0006976320
、反復回数nは0から始まる。
（5）マージンと感知マトリックス
Figure 0006976320
の各列の内積
Figure 0006976320
を計算する。
（6）
Figure 0006976320
の中の絶対値最大の要素対応のインデックスkを見つけ、
Figure 0006976320
を満足する。
（7）原子集合
Figure 0006976320
と新インデックスセット
Figure 0006976320
を更新する。
（8）最小二乗法で信号の近似解：
Figure 0006976320
を計算する。
（9）マージン
Figure 0006976320
を計算更新する。
（10）反復回数n=n+1を更新し、反復停止条件を満足するかを判断する。満足すると
Figure 0006976320
、
Figure 0006976320
、
Figure 0006976320
を出力し、満足しないとステップ（5）に戻り、引き続き進める。その中、
Figure 0006976320
は再建回復後の信号である。
上記は本発明のOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法、装置及びOvXDMシステムの構想及び原理である。以下に、本発明を詳しく説明する。
OvXDMは多重波形の特徴により、オリジナル信号が変換領域を見つけ、この変換領域では信号は希薄性がある。例えば、OvTDMシステムの信号に対し、それは周波数領域では希薄である。OvTDMのスペクトル帯域幅は図7のように、システム帯域幅がfsであるが、実際の有効信号は真ん中のほんの少しの一部帯域幅にあり、ほかの区域は希薄であるので、OvTDM信号が圧縮可能であると思われる。それと似ているように、OvFDMシステムも時間領域の信号が希薄であることを照明できる。周波数領域の信号が時間領域の信号に変換した後に、エネルギーが有限の時間内だけに存在し、ほかの時間はエネルギーがだんだん弱くなるので、OvFDM信号も圧縮可能である。
本発明のOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法（下記から信号サンプリング回復方法と略称する）は、一つの実施例では、OvXDMシステムがOvTDMシステム、OvFDMシステム、OvCDMシステム、OvSDMシステム又はOvHDMシステムである。図8を参照されたい。本発明の信号サンプリング回復方法はステップS100〜S500を含む。
ステップS100、設計パラメータによりオリジナル信号yと関連しない観測マトリックス
Figure 0006976320
を構築する。その中、前記観測マトリックス
Figure 0006976320
はサイズがM*Sである二次元マトリックスであり、Sがオリジナル信号yの長さで、MがSより小さい。Mの値があまり小さければ、信号が再建されにくいが、あまり大きければ到圧縮の效果を果たせない。そのため、一つの実施例では、Mの値はオリジナル信号yの希薄度により選ぶ。例えば、OvTDMシステムを例とし、周波数領域で信号の有効帯域幅は実際の帯域幅の0.1を占めるので、Mを選ぶ時に、M/Sもできるだけ0.1より大きいべきである。M=200とする。また、一般的には、観測マトリックスとオリジナル信号の関連性は小ければ小さいほどよい。ランダム正規分布で測定マトリックスを生成する。ここのオリジナル信号yは、OvXDMシステムの発射側から来た信号である。
ステップS300、公式
Figure 0006976320
により低いサンプリングスピードでオリジナル信号yを圧縮し、サイズがM*1である圧縮信号
Figure 0006976320
を得る。その中、Yはオリジナル信号yから得たサイズS*1の列ベクトルである、例えば、上記のように、オリジナル信号yの長さがSであり、それでオリジナル信号yを直接にサイズS*1の列ベクトルYに変える。本ステップS300は実際は長さSの信号のサンプリング圧縮を行ってから長さMの信号に変える。
ステップS500、予定のアルゴリズムにより圧縮信号
Figure 0006976320
に対し再建することでオリジナル信号yを回復する。上記のように、信号の再建は色々な方法を含んでいる。例えば、基底追跡法(Basic Pursuit、BP)、マッチング追跡法 (Matching Pursuit、MP)と直交マッチング追跡法(Orthogonal Matching Pursuit、OMP)等がある。一つの実施例では、本発明は直交マッチング追跡法で信号の再建回復を行っている。具体的には、図9を参照されたい。本ステップS500はステップS501〜S511を含む。
ステップS501、サイズS*Sの対角マトリックスをオリジナル信号yの希薄領域に変換し、直交変換マトリックスΨを得る。希薄領域はオリジナル信号yが変換領域では希薄であることを指す。上記のように、OvTDMシステムの希薄領域は周波数領域で、OvFDMシステムの希薄領域は時間領域である。
ステップS503、公式
Figure 0006976320
により回復マトリックスTを計算する。その中、
Ψ'はΨの転置マトリックスである。
ステップS505、マージンrn、増量マトリックス
Figure 0006976320
、サイズ1*Sの再建待ちの希薄領域での信号
Figure 0006976320
、トータル反復回数Nを設定する。その中、Nは負数でない整数であり、マージン初期値はr0=
Figure 0006976320
、増量マトリックス
Figure 0006976320
の初期値はエンプティーマトリックスである。一つの実施例では、トータル反復回数Nの値はオリジナル信号yの希薄度により選ぶ。トータル反復回数Nの値の選択はMの値と似ている。両者の間の値は近似又は同等でもよい。例えば、本実施例は反復回数を200としてもよい。
ステップS507、反復計算を始める。図10を参照されたい。毎回の反復計算はステップS507a〜S507fを含む。
ステップS507a、マージンと回復マトリックスTの各列の内積
Figure 0006976320
を計算し、S個の内積を得る。このステップは実際は回復マトリックスとマージンの相関性を計算している。回復マトリックスTのサイズはM*S、r0のサイズはM*1、Tは各列でr0と相乗するごとに一つの内積値を得られ、トータルS個の内積値を得る。上記例Aを例とし、本ステップは1030個の内積値を取得できる。
ステップS507b、このS個の内積で絶対値最大の要素対応のインデックスkを見つける。その中、kは
Figure 0006976320
を満足する；
ステップS507c、回復マトリックスTの第k列のデータを増量マトリックス
Figure 0006976320
に保存し充増量マトリックス
Figure 0006976320
を拡充し、回復マトリックスTの第k列のデータをクリアする。増量マトリックス
Figure 0006976320
が拡充するごとに、前n-1のデータを保留し、第n回のデータを末尾に補充する。その中、nは現在の反復回数である。
ステップS507d、オリジナル信号yの希薄領域での近似信号
Figure 0006976320
を計算し、
Figure 0006976320
を得る。その中、
Figure 0006976320
はマトリックスに対し転置運算を求めることを示し、
Figure 0006976320
はマトリックスに対し逆演算を求めることを示す。一つの実施例では、最小二乗法で周波数領域信号の近似解を計算し、つまり近似信号
Figure 0006976320
である。
ステップS507e、圧縮信号
Figure 0006976320
と近似信号
Figure 0006976320
の間のマージンを計算し、
Figure 0006976320
を更新する。
ステップS507f、N回反復が終わるまで、現在反復回数nに1を足し、反復回数を更新する。また、反復終了は多くの条件を設定でき、例えばマージンが一定の値より小さい場合、回復により希薄領域での信号が現れたと見なし、反復をとめる。反復回数を設定してもよく、反復回数になるととめる。本実施例では、反復回数を設定する方法で反復プロセスをとめる。
ステップS509、N回反復により得たすべての近似信号
Figure 0006976320
に対し、反復するごとに得た近似信号
Figure 0006976320
を、当該回の反復で見つけたインデックスkにより、再建待ちの希薄領域での信号
Figure 0006976320
マトリックスで対応のインデックスの列に更新する。反復回数200を例とする時に、本ステップは200回の反復により得た200個の近似信号の解
Figure 0006976320
であり、それをステップS507bで見つけたインデックスkにより、再建待ちの希薄領域での信号
Figure 0006976320
マトリックスで対応のインデックスの列に更新し、S個のベクトルを得る。その中、200個だけはデータがあり、ほかは全部0で、即ち希薄領域での希薄信号分布と対応する。
ステップS511、公式
Figure 0006976320
により、回復出オリジナル信号y。やはりOvTDMシステムを例とする。このステップは得られた圧縮したスペクトル信号を、変換マトリックスΨにより対応する時間領域信号
Figure 0006976320
を回復し、長さがSである。その中、yは回復されたオリジナル信号である。図11により、再建された信号は高精度にオリジナル信号を回復したことが分かる。
上記は本発明のOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法である。それと相応に、本発明はOvXDMシステムをも提示し、それはOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置を含む。その中、OvXDMシステムがOvTDMシステム、OvFDMシステム、OvCDMシステム、OvSDMシステム又はOvHDMシステムである。本発明のOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置は、図12を参照されたい。それは観測マトリックス構築ユニット100、圧縮ユニット300と再建回復ユニット500を含む。
観測マトリックス構築ユニット100は、設計パラメータによりオリジナル信号yと関連しない観測マトリックス
Figure 0006976320
を構築することに使われる。その中、前記観測マトリックス
Figure 0006976320
はサイズがM*Sである二次元マトリックスであり、Sがオリジナル信号yの長さで、MがSより小さい。Mの値があまり小さければ、信号が再建されにくいが、あまり大きければ到圧縮の效果を果たせない。そのため、一つの実施例では、観測マトリックス構築ユニット100は第一代入ユニット101をも含む。それはオリジナル信号yの希薄度によりMの値を選ぶことに使われる。例えば、OvTDMシステムを例とする。周波数領域で信号の有効帯域幅が実際の帯域幅の0.1を占めるので、Mを選ぶ時に、M/Sはできるだけ0.1より大きくすべきで、ここではM=200とする。また、一般的には、観測マトリックスとオリジナル信号の関連性は小ければ小さいほどよい。ランダム正規分布で測定マトリックスを生成する。ここのオリジナル信号yは、OvXDMシステムの発射側から来た信号である。
圧縮ユニット300は、公式
Figure 0006976320
により低いサンプリングスピードでオリジナル信号yを圧縮し、サイズがM*1である圧縮信号
Figure 0006976320
を得ることに使われる。その中、Yはオリジナル信号yから得たサイズS*1の列ベクトルである。
再建回復ユニット500は、予定のアルゴリズムにより圧縮信号
Figure 0006976320
を再建することでオリジナル信号yを回復することに使われる。再建回復ユニット500の実現原理は多くて、例えば基底追跡法(Basic Pursuit、BP)、マッチング追跡法 (Matching Pursuit、MP)と直交マッチング追跡法 (Orthogonal Matching Pursuit、OMP)等がある。一つの実施例では、本発明は直交マッチング追跡法による信号の再建回復の原理で再建回復ユニット500を実現する。具体的には、図13を参照されたい。再建回復ユニット500は変換マトリックス構築ユニット501、回復マトリックス計算ユニット503、設定ユニット505、反復ユニット507、再建ユニット509と回復ユニット511を含む。
変換マトリックス構築ユニット501は、サイズS*Sの対角マトリックスをオリジナル信号yの希薄領域に変換し、直交変換マトリックスΨを得ることに使われる。
回復マトリックス計算ユニット503は、公式
Figure 0006976320
により回復マトリックスTを計算することに使われる。その中、Ψ'ΨはΨの転置マトリックスである。
設定ユニット505は、マージンrn、増量マトリックス
Figure 0006976320
、サイズ1*Sの再建待ちの希薄領域での信号
Figure 0006976320
、トータル反復回数Nを設定することに使われる。その中、Nは負数でない整数であり、マージン初期値はr0=
Figure 0006976320
であり、増量マトリックス
Figure 0006976320
の初期値はエンプティーマトリックスである。
反復ユニット507は、反復計算を行うことに使われる。図14を参照されたい。それは内積計算ユニット507a、シークユニット507b、拡充ユニット507c、近似信号計算ユニット507d、マージン計算ユニット507eを含む、第一更新ユニット507fと第二更新ユニット507g、一つの実施例では、さらに第二代入ユニット507hを含む。
内積計算ユニット507aは、マージンと回復マトリックスTの各列の内積
Figure 0006976320
を計算し、S個の内積を得ることに使われる。
シークユニット507bは、このS個の内積で絶対値最大の要素対応のインデックスkを見つけることに使われる。その中、kは
Figure 0006976320
を満足する。
拡充ユニット507cは、回復マトリックスTの第k列のデータを増量マトリックス
Figure 0006976320
に保存し増量マトリックス
Figure 0006976320
を拡充し、回復マトリックスTの第k列のデータをクリアすることに使われる。増量マトリックス
Figure 0006976320
は拡充するごとに、前n-1のデータを保留し、第n回のデータを末尾に補充する。その中、nは現在の反復回数である。一つの実施例では、第二代入ユニット507hはオリジナル信号yの希薄度によりトータル反復回数Nの値を選ぶことに使われる。
近似信号計算ユニット507dは、オリジナル信号yの希薄領域での近似信号を計算し
Figure 0006976320
、
Figure 0006976320
を得ることに使われる。その中、
Figure 0006976320
はマトリックスに対し転置運算を求めることを示し、
Figure 0006976320
はマトリックスに対し逆演算を求めることを示す。
マージン計算ユニット507eは、圧縮信号
Figure 0006976320
と近似信号
Figure 0006976320
の間のマージンを計算することに使われる。
第一更新ユニット507fは、
Figure 0006976320
を更新することに使われる。
第二更新ユニット507gは、N回反復が終わるまで、現在反復回数nに1を足し、反復回数を更新することに使われる。
再建ユニット509は、N回反復により得たすべての近似信号に対し
Figure 0006976320
、反復するごとに得た近似信号
Figure 0006976320
を、当該回の反復で見つけたインデックスkにより、再建待ちの希薄領域での信号
Figure 0006976320
マトリックスの対応インデックスの列に更新することに使われる。
回復ユニット511は、公式
Figure 0006976320
により、オリジナル信号yを回復することに使われる。
本発明はOvXDMシステムの発射側からのオリジナル信号の希薄性を十分に利用し、受信側で信号を圧縮し低いサンプリングスピードで信号をサンプリングし、一定の方法によりサンプリング信号を再建しオリジナル信号を回復する。具体的には、本発明はそれを利用しスペース説明信号を変換し、新しい信号説明と処理の理論のわく組を作り、情報損失のない状況で、ナイキストサンプリング定理の要求よりかなり低いサンプリングスピードでオリジナル信号をサンプリングし、同時にサンプリングで得られた信号により完全にオリジナル信号を回復できる。
このように、システム設計時にハードウエアに対する要求が大幅に下がり、実現可能性も大幅に上がっている。これにより、OvXDMシステムの重複回数が大きい場合、オリジナル信号を回復するには受信側は高いサンプリングスピードと処理速度が必要で、ハードウエアの実現が難しく、方案の実施可能性が下がる問題を解決している。重複回数が大きい場合、本発明によりシステムサンプリング率を下げる状況で精確にオリジナル信号を回復し、システムハードウエアの指標の要求を下げ、方案の実現性を上げることを実現している。
上記説明内容は具体的な実施方法と結び合わせ、本発明をさらに詳しく説明したものであり、本発明の具体的な実施はこれらの説明に限られると見なしてはならない。本発明の所属技術分野の一般技術者にとっては、本発明の構想を逸脱しない前提で、また若干簡単な演繹や差し替えを行うことができる。

Claims (8)

  1. OvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法であって、
    オリジナル信号yと関連しない観測マトリックス
    Figure 0006976320
    を構築し、その中、前記観測マトリックス
    Figure 0006976320
    はサイズがM*Sである二次元マトリックスであり、Sがオリジナル信号yの長さで、MがSより小さい；
    公式
    Figure 0006976320
    によりオリジナル信号yを圧縮し、サイズがM*1である圧縮信号
    Figure 0006976320
    を得て、その中、
    Figure 0006976320
    はオリジナル信号yから得たサイズS*1の列ベクトルである；
    圧縮信号
    Figure 0006976320
    を再建することでオリジナル信号yを回復する；
    その中、前記予定のアルゴリズムにより圧縮信号
    Figure 0006976320
    を再建することでオリジナル信号yを回復し、かつ下記を含む：
    サイズS*Sの対角マトリックスをオリジナル信号yの希薄領域に変換し、直交変換マトリックス Ψ を得る；
    公式
    Figure 0006976320
    により回復マトリックスTを計算し、その中、 Ψ' は Ψ の転置マトリックスである；
    マージンr n 、増量マトリックス
    Figure 0006976320
    、サイズ1*Sの再建待ちの希薄領域での信号
    Figure 0006976320
    、トータル反復回数Nを設定し、その中、Nは負数でない整数であり、マージン初期値はr 0 =
    Figure 0006976320
    、増量マトリックス
    Figure 0006976320
    の初期値はエンプティーマトリックスである；
    反復計算を始め、毎回の反復計算は下記を含む：
    マージンと回復マトリックスTの各列の内積
    Figure 0006976320
    を計算し、S個の内積を得る；
    このS個の内積で絶対値最大の要素対応のインデックスkを見つける。その中、kは
    Figure 0006976320
    を満足する；
    回復マトリックスTの第k列のデータを増量マトリックス
    Figure 0006976320
    を保存し増量マトリックス
    Figure 0006976320
    を拡充し、回復マトリックスTの第k列のデータをクリアする；増量マトリックス
    Figure 0006976320
    は拡充するごとに、前n-1のデータを保留し、第n回のデータを末尾に補充し、その中、nは現在の反復回数である；
    オリジナル信号yの希薄領域での近似信号
    Figure 0006976320
    を計算し、
    Figure 0006976320
    を得る；その中、
    Figure 0006976320
    はマトリックスに対し転置運算を求めることを示し、
    Figure 0006976320
    はマトリックスに対し逆演算を求めることを示す；
    圧縮信号
    Figure 0006976320
    と近似信号
    Figure 0006976320
    の間のマージンを計算し、
    Figure 0006976320
    を更新する；
    N回反復が終わるまで、現在反復回数nに1を足し、反復回数を更新する；
    N回反復により得たすべての近似信号
    Figure 0006976320
    に対し、反復するごとに得た近似信号
    Figure 0006976320
    を、当該回の反復で見つけたインデックスkにより、再建待ちの希薄領域での信号
    Figure 0006976320
    マトリックスの対応するインデックスの列に更新する；
    公式
    Figure 0006976320
    により、オリジナル信号yを回復する；
    ことを特徴とするOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法。
  2. 請求項１記載のOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法において、
    Mの値はオリジナル信号yの希薄度により選定されるものである、
    信号サンプリング回復方法。
  3. 請求項１記載のOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法において、
    トータル反復回数Nの値はオリジナル信号yの希薄度により選ぶことである、
    信号サンプリング回復方法。
  4. 請求項１〜３のいずれか記載のOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復方法において、
    前記OvXDMシステムがOvTDMシステム、OvFDMシステム、OvCDMシステム、OvSDMシステム又はOvHDMシステムである、
    信号サンプリング回復方法。
  5. OvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置であって、
    観測マトリックス構築ユニットは、オリジナル信号yと関連しない観測マトリックス
    Figure 0006976320
    を構築することに使われ、その中、前記観測マトリックス
    Figure 0006976320
    はサイズがM*Sである二次元マトリックスであり、Sがオリジナル信号yの長さで、MがSより小さい；
    圧縮ユニットは、公式
    Figure 0006976320
    によりオリジナル信号yを圧縮し、サイズがM*1である圧縮信号
    Figure 0006976320
    を得ることに使われ、その中、
    Figure 0006976320
    はオリジナル信号yから得たサイズS*1の列ベクトルである；
    再建回復ユニットは、予定のアルゴリズムにより圧縮信号
    Figure 0006976320
    を再建することでオリジナル信号yを回復することに使われる；
    前記再建回復ユニットが下記を含む：
    変換マトリックス構築ユニットは、サイズS*Sの対角マトリックスをオリジナル信号yの希薄領域に変換し、直交変換マトリックス Ψ を得ることに使われる；
    回復マトリックス計算ユニットは、公式
    Figure 0006976320
    により回復マトリックスTを計算することに使われ、その中、 Ψ' は Ψ の転置マトリックスである；
    設定ユニットは、マージンr n 、増量マトリックス
    Figure 0006976320
    、サイズ1*Sの再建待ちの希薄領域での信号
    Figure 0006976320
    、トータル反復回数Nを設定することに使われ、その中、Nは負数でない整数であり、マージン初期値はr 0 =
    Figure 0006976320
    、増量マトリックス
    Figure 0006976320
    初期値はエンプティーマトリックスである；
    反復ユニットは、反復計算を行うことに使われ、かつ下記を含む：
    内積計算ユニットは、マージンと回復マトリックスTの各列の内積
    Figure 0006976320
    を計算し、S個の内積を得ることに使われる；
    シークユニットは、このS個の内積で絶対値最大の要素対応のインデックスkを見つけることに使われ、その中、kは
    Figure 0006976320
    を満足する；
    拡充ユニットは、回復マトリックスTの第k列のデータを増量マトリックス
    Figure 0006976320
    を保存し増量マトリックス
    Figure 0006976320
    を拡充し、回復マトリックスTの第k列のデータをクリアすることに使われる；増量マトリックス
    Figure 0006976320
    は拡充するごとに、前n-1のデータを保留し、第n回のデータを末尾に補充し、その中、nは現在の反復回数である；
    近似信号計算ユニットは、オリジナル信号yの希薄領域での近似信号を計算し
    Figure 0006976320
    、
    Figure 0006976320
    を得ることに使われ、その中、
    Figure 0006976320
    はマトリックスに対し転置運算を求めることを示し、
    Figure 0006976320
    はマトリックスに対し逆演算を求めることを示す；
    マージン計算ユニットは、圧縮信号
    Figure 0006976320
    と近似信号
    Figure 0006976320
    の間のマージンを計算することに使われる；
    第一更新ユニットは、
    Figure 0006976320
    を更新することに使われる；
    第二更新ユニットは、N回反復が終わるまで、現在反復回数nに1を足し、反復回数を更新することに使われる。；
    再建ユニットは、N回反復により得たすべての近似信号に対し
    Figure 0006976320
    、反復するごとに得た近似信号
    Figure 0006976320
    を、当該回の反復で見つけたインデックスkにより、再建待ちの希薄領域での信号
    Figure 0006976320
    マトリックスの対応するインデックスの列に更新することに使われる；
    回復ユニットは、公式
    Figure 0006976320
    により、オリジナル信号yを回復することに使われる；
    ことを特徴とするOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置。
  6. 請求項５記載のOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置において、
    前記観測マトリックス構築ユニットが、オリジナル信号yの希薄度によりMの値を選ぶための第一代入ユニットをさらに含む、
    信号サンプリング回復装置。
  7. 請求項５記載のOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置において、
    再建回復ユニットが、オリジナル信号yの希薄度によりトータル反復回数Nの値を選ぶための第二代入ユニットをも含む
    信号サンプリング回復装置。
  8. 請求項５〜７のいずれか記載のOvXDMシステムに適用される信号サンプリング回復装置を含み、その中、OvXDMシステムがOvTDMシステム、OvFDMシステム、OvCDMシステム、OvSDMシステム又はOvHDMシステムである、
    OvXDMシステム。
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