一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法

本发明属于无线通信，具体涉及一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法。

背景技术：

1、在整个20世纪，通信技术的快速发展改变了我们的经济、社会和个人生活。通信技术促进的各项服务和应用的发展预计将持续下去，移动性的附加值已将这一变化提升到一个新的水平。现如今，无线通信不断发展以提供更快速、更稳定的服务，进而满足人们的需求。而频谱资源作为信息传递的重要媒介，无疑是通信技术研究中需格外关注的方面，因此高谱效波形技术的研究已成为未来通信发展的方向之一。

2、正交频分复用(orthogonal frequencydivision multiplexing,ofdm)是一种使用广泛的多载波调制方案，是dsl、dab、wimax等通信系统的核心，其标志性特征是使用了重叠但正交的子载波。与采用保护频带的频分复用系统相比，ofdm具有更高的带宽利用率以及更好的抗信道损伤能力。ofdm将高速率的单载波信号转为多个重叠的较慢子通道，这有助于抵抗信道的延迟扩展，从而具有更好的抗频率选择性衰落的能力。ofdm系统将其子载波放置在固定位置，不仅保证了子载波之间的正交性，并且提供了较高的频谱效率。由于频谱资源的日益紧缺，如何进一步提升频谱效率成为了目前研究的一大热点。目前，针对于以ofdm为例的多载波系统，例如现有超奈奎斯特(faster than nyquist，ftn)、快速ofdm(fast-ofdm)、频谱高效频分复用(spectrally efficient frequency divisionmultiplexing，sefdm)等各项高谱效的技术通过不同的时频域手段以获取频谱效率的提升。ftn是一种时域技术，旨在减少信号的传输时间，从整体上提升频谱效率。fast-ofdm系统将子载波间隔定为ofdm系统中的一半，其频谱效率相对于ofdm系统提升了两倍，但其子载波的调制方式受到限制。值得注意的是，sefdm系统是一种典型的高谱效ofdm系统，主要原理为减小ofdm系统的子载波间隔，以便达到频谱效率提升的目的。显而易见，这种进一步压缩ofdm系统子载波间隔的操作将会丧失子载波之间的正交性，从而引入严重的子载波间干扰(inter carrier interference，ici)，而使其误码率性能产生退化。所以对于sefdm系统来说，系统内部存在的ici是影响其性能的主要因素。因此，提出一种新的方法以解决现有sefdm系统由于存在子载波间干扰导致误码率性能差的问题是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决由于现有sefdm系统存在子载波间干扰导致误码率性能差的问题，而提出的一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

3、一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，所述方法具体包括以下步骤：

4、在发送端

5、步骤一、信源产生长度为n×log2m的随机比特流序列v，其中，n为子载波个数，m为调制阶数；

6、再对信源产生的随机比特流序列进行数字调制，得到数字调制后的符号向量st＝[s0,s1,s2,...,sn-1]，其中，[]t表示向量的转置；

7、步骤二、对符号向量st＝[s0,s1,s2,...,sn-1]进行串并转换，得到向量s＝[s0,s1,s2,...,sn-1]t；并对s进行后补零处理，即在s的尾部补q/α-n个0，q为时域样本数，q＝ρn，ρ为过采样因子，α为带宽压缩因子；

8、步骤三、将步骤二中的补零结果记为再将补零结果与θ2h相乘，得到s′＝[s′0,s′1,s′2,...,s′q/α-1]t；

9、其中，θ2是相位旋转因子，[]h表示矩阵的hermite转置；

10、步骤四、对s′＝[s′0,s′1,s′2,...,s′q/α-1]t进行q/α点的idft，得到x′＝[x′0,x′1,x′2,...,x′q/α-1]t；再将x′＝[x′0,x′1,x′2,...,x′q/α-1]t与θ1h相乘，并舍弃相乘结果尾部的q(1-α)/α个数据后，得到x＝[x0,x1,x2,...,xq-1]t；

11、其中，θ1是相位旋转因子；

12、步骤五、将x＝[x0,x1,x2,...,xq-1]t进行并串转换，得到并串转换结果xt＝[x0,x1,x2,...,xq-1]；

13、在接收端

14、步骤六、信号xt＝[x0,x1,x2,...,xq-1]经过信道后，将接收端接收到的信号表示为yt＝[y0,y1,y2,...,yq-1]；将接收信号yt进行串并转化，得到串并转化结果y＝[y0,y1,y2,...,yq-1]t，并在串并转化结果的末尾添加q(1-α)/α个0，得到长度为q/α×1的向量

15、步骤七、将向量与相位旋转因子θ1相乘，得到相乘结果y′＝[y′0,y′1,y′2,...,y′q/α-1]t；再对相乘结果y′进行q/α点的dft，得到向量r′＝[r′0,r′1,r′2,...,r′q/α-1]t；

16、步骤八、将向量r′与相位旋转因子θ2相乘，并在相乘结果的末尾舍弃q/α-n个数据，得到待检测信号r＝[r0,r1,r2,...,rn-1]t；

17、步骤九、对待检测信号r＝[r0,r1,r2,...,rn-1]t进行检测，得到星座点s＝[s0,s1,s2,...,sn-1]t的估计值

18、步骤十、将估计值进行数字解调后得到即为恢复出的信源比特流序列。

19、进一步地，所述带宽压缩因子α为：

20、α＝δf′/δf

21、其中，δf′是设定的子载波间隔，δf是正交chirp分复用系统中的子载波间隔。

22、进一步地，所述相位旋转因子θ2为：

23、

24、其中，θ2(n,n)是相位旋转因子θ2中的第n行第n列的元素，n＝0,1,...q/α-1，e是自然对数的底数，j为虚数单位。

25、进一步地，所述相位旋转因子θ1的表达式为：

26、

27、其中，θ1(m,m)是相位旋转因子θ1中的第m行第m列的元素，m＝0,1,...q/α-1。

28、进一步地，所述dft的变换矩阵为：

29、

30、其中，fm,n是变换矩阵f中第m行第n列的元素，f是dft的变换矩阵。

31、进一步地，所述信号yt为：

32、yt＝xt+nt

33、其中，nt为信号经过信道引入的噪声序列。

34、优选地，所述信道为awgn信道。

35、进一步地，所述待检测信号r表示为：

36、r＝θ2fθ1θ1hfhθ2hs+n′＝cs+n′

37、其中，c为子载波相关矩阵，c＝θ2fθ1θ1hfhθ2h，n′是接收端解调后的噪声；

38、再采用最大似然检测方法对待检测信号r进行检测：

39、

40、其中，||·||表示二范数。

41、优选地，所述信道为频率选择性衰落信道；

42、首先需要分别在xt的每个符号前插入循环前缀，再将插入循环前缀后的信号经过频率选择性衰落信道，最后接收端对从信道中接收到的信号进行移除循环前缀处理后，得到信号yt。

43、更进一步地，所述待检测信号r表示为：

44、r＝φhηφs+n′＝θ2fθ1ηθ1hfhθ2hs+n′

45、其中，h是信道等效矩阵，φ是维度为q×n的等效子载波矩阵，φ＝θ2fθ1，φh＝θ2fθ1，φh为等效共轭子载波矩阵；

46、再采用最大似然检测方法对待检测信号r进行检测：

47、

48、其中，||·||表示二范数，上角标-1代表矩阵的逆。

49、本发明的有益效果是：

50、本发明建立了基于dft和相位旋转的secdm系统，通过减小正交chirp分复用信号中的chirp子载波间隔，将正交chirp分复用系统中子载波间的距离进一步压缩，从而达到提升传输速率和频谱效率的目的。与此同时，本发明的secdm系统以chirp载波代替正余弦载波，沿袭了chirp子载波的特性，可以在相同频谱效率的情况下降低ici的影响，因此，相比于sefdm系统具有更优越的误码率性能表现。

技术特征：

1.一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，其特征在于，所述带宽压缩因子α为：

3.根据权利要求1所述的一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，其特征在于，所述相位旋转因子θ2为：

4.根据权利要求3所述的一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，其特征在于，所述相位旋转因子θ1的表达式为：

5.根据权利要求4所述的一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，其特征在于，所述dft的变换矩阵为：

6.根据权利要求1所述的一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，其特征在于，所述信号yt为：

7.根据权利要求5所述的一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，其特征在于，所述信道为awgn信道。

8.根据权利要求7所述的一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，其特征在于，所述待检测信号r表示为：

9.根据权利要求5所述的一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，其特征在于，所述信道为频率选择性衰落信道；

10.根据权利要求9所述的一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，其特征在于，所述待检测信号r表示为：

技术总结
一种基于子载波间隔压缩的非正交chirp多载波传输方法，它属于无线通信技术领域。本发明的目的是为了解决由于现有SEFDM系统存在子载波间干扰导致误码率性能差的问题。本发明建立了基于DFT和相位旋转的SECDM系统，通过减小正交chirp分复用信号中的chirp子载波间隔，将正交chirp分复用系统中子载波间的距离进一步压缩，从而达到提升传输速率和频谱效率的目的。与此同时，本发明的SECDM系统以chirp载波代替正余弦载波，沿袭了chirp子载波的特性，可以在相同频谱效率的情况下降低ICI的影响，因此，相比于SEFDM系统具有更优越的误码率性能表现。本发明方法可以应用于无线通信技术领域。

技术研发人员：梅林,李炜,杜兆鹏
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23