專(zhuān)利名稱(chēng)：基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波協(xié)同通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種整合單載波與多載波技術(shù)的載波 協(xié)同通信方法。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，OFDM技術(shù)因其在抗ISI性能上的天然優(yōu)勢(shì)以及簡(jiǎn)單的頻域均 衡器設(shè)計(jì)而得到了廣泛的關(guān)注和研究。隨著采用OFDM作為物理層基本技術(shù) 之一的WiMAX(802.16)被接納成為繼WCDMA、 CDMA2000和TD-SCDMA 后的第四個(gè)3G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，作為多載波典型代表的OFDM已經(jīng)不僅僅是4G的 寵兒，多載波似乎將要取代傳統(tǒng)的單載波，成為無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中基本的載波體 制。另一方面，OFDM在峰均功率比和同步等問(wèn)題上的不足又成為制約其廣 泛應(yīng)用的瓶頸，因而有相當(dāng)多的OFDM研究者將目光集中在這兩個(gè)問(wèn)題上。 此外，為了進(jìn)一步提高效率，有關(guān)OFDM資源分配和多址的問(wèn)題、OFDM與 CDMA結(jié)合的MC-CDMA相關(guān)技術(shù)、OFDM與MIMO結(jié)合的相關(guān)技術(shù)都成 為了研究的熱點(diǎn)。
面對(duì)多載波凌厲的攻勢(shì)，單載波技術(shù)在一段時(shí)間內(nèi)并無(wú)有效對(duì)策。 一些技 術(shù)的改進(jìn)和新算法的提出，也僅僅是對(duì)既有體制的完善和優(yōu)化。單載波技術(shù)的 相對(duì)成熟和完善以及人們對(duì)它的熟悉，使得相關(guān)的理論研究很難有令人振奮的 突破。直到單載波頻域均衡(SC-FDE)的提出，才又一次將人們的目光吸引到
了單載波體制上來(lái)。
在目前實(shí)用的通信系統(tǒng)中，更呈現(xiàn)出單/多載波分庭抗禮的局面。OFDM 技術(shù)已經(jīng)在有線(xiàn)ADSL系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用。無(wú)線(xiàn)方面，雖然目前世界 范圍內(nèi)絕大多數(shù)的個(gè)人移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)還屬于單載波體制，但是OFDM技術(shù)卻 是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的熱門(mén)技術(shù)。在個(gè)人無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)方面，IEEE 802.11系 列標(biāo)準(zhǔn)中既有采用單載波的802.11b(及其后續(xù)協(xié)議)，也有采用OFDM的 802.11a(及其后續(xù)協(xié)議)。在城域網(wǎng)方面，躋身3G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的WiMAX不但有OFDM技術(shù)，也有單載波的技術(shù)。數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的競(jìng)爭(zhēng)中，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是 國(guó)外，在技術(shù)上最根本的也都是單載波與多載波之間的較量。
由此可見(jiàn)，目前傳統(tǒng)的載波調(diào)制體制下，不論是理論上還是實(shí)際應(yīng)用中， 單載波與多載波之間都存在著激烈的競(jìng)爭(zhēng)。用以實(shí)現(xiàn)同一功能但歸屬于不同體 制的系統(tǒng)，不但硬件設(shè)備之間不兼容，甚至連工作的頻段也不一樣。即使像 WiMAX這樣同時(shí)包含單/多載波體制的規(guī)范，也是在不同應(yīng)用環(huán)境、不同頻段 上分別使用不同載波體制的系統(tǒng)。這種情況最終導(dǎo)致的結(jié)果就是無(wú)法有效的利 用資源，特別是我們所稀缺的頻譜資源。因而，若能將二者整合在一個(gè)體系框 架下，除了統(tǒng)一相關(guān)理論之外，更能使設(shè)計(jì)在新體系框架下的通信系統(tǒng)兼具二 者的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而在兼容現(xiàn)有系統(tǒng)的情況下大幅提高新系統(tǒng)的性能。
由于各有優(yōu)勢(shì)，所以有關(guān)單載波和多載波的性能孰優(yōu)孰劣的爭(zhēng)論不斷。隨 著研究的深入，單載波與多載波在各自體系框架下所采用的技術(shù)逐漸接近，而 其性能上的互補(bǔ)特點(diǎn)日趨明顯。比如備受關(guān)注的單載波頻域均衡技術(shù) (SC-FDE)，不單單在技術(shù)上引入了循環(huán)前綴、頻域均衡等在OFDM系統(tǒng)中得 以倚賴(lài)的方法，更提出了可以兼容OFDM系統(tǒng)的體系框架。
另一方面，近年來(lái)經(jīng)歷了 "911恐怖襲擊"、冰雪和地震等人為、自然災(zāi) 害后，人們意識(shí)到應(yīng)急條件下可靠通信的重要性。在基礎(chǔ)通信設(shè)備遭到大規(guī)模 破壞、損壞程度無(wú)法及時(shí)做出確切統(tǒng)計(jì)的情況下，要求應(yīng)急通信設(shè)備應(yīng)當(dāng)具有 廣泛的兼容性。不同網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議之間的兼容性應(yīng)以物理層的兼容性為基礎(chǔ)，而 在物理層技術(shù)中，載波體制的兼容是基礎(chǔ)。因而一種可以廣泛兼容不同載波體 制的系統(tǒng)，是應(yīng)急通信設(shè)備所應(yīng)具備的必要條件。
可以說(shuō)，未來(lái)的通信系統(tǒng)，除了開(kāi)發(fā)利用新的資源外，更是對(duì)現(xiàn)有時(shí)頻域 資源的綜合利用；其通信體制，也將是對(duì)現(xiàn)有單載波、多載波體制的整合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的采用單載波與多載波系統(tǒng)受多普勒頻移與多徑 的影響，無(wú)法根據(jù)信道狀態(tài)動(dòng)態(tài)的選擇載波體制與信道進(jìn)行匹配導(dǎo)致系統(tǒng)性能 差的問(wèn)題，從而提出基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波協(xié)同通信方法。
基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送夫線(xiàn)的載波協(xié)同通信方法，它 是基于以下系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的所述系統(tǒng)由發(fā)射部分和接收部分組成，所述發(fā)射部分 包括一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊、二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊、調(diào)制策略制定模塊、 一號(hào)發(fā)送處理模塊、二號(hào)發(fā)送處理模塊、 一號(hào)天線(xiàn)和二號(hào)天線(xiàn)，所述調(diào)制策略 制定模塊的第一、第二調(diào)制策略制定信號(hào)輸出端分別與一號(hào)信息調(diào)制及合成模 塊的調(diào)制策略制定信號(hào)輸入端和二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊的調(diào)制策略制定信 號(hào)輸入端連接，所述一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊的信號(hào)輸出端與一號(hào)發(fā)送處理模 塊的信號(hào)輸入端連接，所述一號(hào)發(fā)送處理模塊的信號(hào)輸出端與一號(hào)天線(xiàn)和信號(hào)
輸入端連接;二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊的信號(hào)輸出端與二號(hào)發(fā)送處理模塊的信 號(hào)輸入端連接，所述二號(hào)發(fā)送處理模塊的信號(hào)輸出端與二號(hào)天線(xiàn)和信號(hào)輸入端 連接；它的接收部分包括接收天線(xiàn)、接收處理模塊、信道狀態(tài)估計(jì)模塊、解調(diào) 策略制定模塊和WFRFT解調(diào)模塊，所述接收天線(xiàn)的信號(hào)輸出端與接收處理模 塊的信號(hào)輸入端連接，所述接收處理模塊的信號(hào)輸出端同時(shí)與信道狀態(tài)估計(jì)模 塊的信號(hào)輸入端和WFRFT解調(diào)模塊的信號(hào)輸入端連接，信道狀態(tài)估計(jì)模塊的 信號(hào)輸出端同時(shí)與調(diào)制策略制定模塊的信號(hào)輸入端和解調(diào)策略制定模塊的信 號(hào)輸入端連接，解調(diào)策略制定模塊的解調(diào)策略制定信號(hào)輸出端與WFRFT解調(diào) 模塊的解調(diào)策略制定信號(hào)輸入端連接；
基于上述系統(tǒng)的一種基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的 載波協(xié)同通信方法由以下步驟完成
步驟一、將待發(fā)送信息序列分別送入一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊和二號(hào)信息 調(diào)制及合成模塊；
步驟二、調(diào)制策略制定模塊根據(jù)信道狀態(tài)估計(jì)模塊(10)反饋的信道狀態(tài) 信息和接收機(jī)狀態(tài)信息產(chǎn)生兩組參數(shù)并分別送入一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊和 二號(hào)信號(hào)調(diào)制及合成模塊；并同時(shí)執(zhí)行步驟三一和步驟三二；所述每組參數(shù)中 均包括載波方式和變換參數(shù)；
步驟三一、一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊根據(jù)接收到的參數(shù)對(duì)待發(fā)送的信息序列進(jìn)行調(diào)制及合成，獲得調(diào)制及合成后的信號(hào)，所述調(diào)制及合成后的信號(hào)經(jīng)一 號(hào)發(fā)送處理模塊進(jìn)行脈沖成型、濾波、中頻及射頻調(diào)制處理后，由一號(hào)天線(xiàn)發(fā)
射至一號(hào)彌散信道；然后執(zhí)行步驟四；
步驟三二、二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊根據(jù)接收到的參數(shù)對(duì)待發(fā)送的信息序 列進(jìn)行調(diào)制及合成，獲得調(diào)制及合成后的信號(hào)，所述調(diào)制及合成后的信號(hào)經(jīng)二 號(hào)發(fā)送處理模塊進(jìn)行脈動(dòng)成型、濾波、中頻及射頻調(diào)制處理后，由二號(hào)天線(xiàn)發(fā) 射至二號(hào)彌散信道；然后執(zhí)行步驟四；
步驟四、接收天線(xiàn)接收所述一號(hào)彌散信道中的信號(hào)和二號(hào)彌散信道中的信 號(hào)，并將這兩個(gè)信號(hào)合成，獲得4-WFRFT信號(hào)；接收天線(xiàn)將所述4-WFRFT 信號(hào)送入接收處理模塊；
步驟五、接收處理模塊將所述4-WFRFT信號(hào)進(jìn)行濾波、下變頻處理后， 獲得處理后的信號(hào)，并將所述處理后的信號(hào)分別送入信道狀態(tài)估計(jì)模塊和 WFRFT解調(diào)模塊；
步驟六、信道狀態(tài)估計(jì)模塊根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)狀態(tài)估計(jì)，獲得信 道狀態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài)信息，并將所述信道狀態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài)信息送入 調(diào)制策略制定模塊和解調(diào)策略制定模塊；
步驟七、解調(diào)策略制定模塊根據(jù)接收到的信道狀態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài)信息 生成變換參數(shù)，并將所述變換參數(shù)發(fā)送至WFRFT解調(diào)模塊；
步驟八、WFRFT解調(diào)模塊根據(jù)接收到的變換參數(shù)接收到的處理后的信號(hào) 進(jìn)行解調(diào)，獲得輸出信息序列，并將所述輸出信息序列輸出；
所述調(diào)制策略制定模塊和解調(diào)策略制定模塊具有相同的策略制定機(jī)制。
所述的一種基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波協(xié)同 通信方法，其特征在于所述信道狀態(tài)信息包括兩個(gè)信道的時(shí)延擴(kuò)展、可分離 多徑數(shù)、最大多普勒頻移和多普勒功率譜類(lèi)型。 所述的一種基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)地載波協(xié)同 通信方法，其特征在于所述接收機(jī)狀態(tài)信息包括接收機(jī)移動(dòng)速度和接收機(jī)地所述調(diào)制策略制定模塊和解調(diào)策略制定模塊策略機(jī)制由以下步驟完成
步驟A、根據(jù)信道信息確定信道的彌散類(lèi)型；
步驟B、根據(jù)步驟A所述的信道的彌散類(lèi)型選擇載波體制；
步驟C、根據(jù)信道衰落狀態(tài)確定WFRFT變換系數(shù)。
有益效果本發(fā)明基于4-WFRFT信號(hào)同時(shí)具有單載波和多載波成份的特 性，采用分布式發(fā)送天線(xiàn)發(fā)送方式，以信道和接收機(jī)狀態(tài)信息為判斷依據(jù)，令 發(fā)射機(jī)將相同的信息分別以4-WFRFT分量的形式(單載波、多載波或者二者 混合的形式)發(fā)射；在接收機(jī)處，信號(hào)經(jīng)過(guò)信道的作用后形成完整的4-WFRFT 信號(hào)，再通過(guò)相應(yīng)的4-WFRFT逆變換恢復(fù)出原始信息。本發(fā)明的方法能夠根 據(jù)信道狀態(tài)動(dòng)態(tài)的選擇載波體制與信道進(jìn)行匹配，使用本發(fā)明方法的系統(tǒng)性能 優(yōu)于采用任何一種單一載波體制的系統(tǒng)性能。


圖1是本發(fā)明采用聯(lián)合分布式天線(xiàn)發(fā)送與四項(xiàng)加權(quán)傅立葉變換的載波協(xié) 同通信系統(tǒng)框圖；圖2是單載波系統(tǒng)的傳輸信號(hào)能量的時(shí)頻分布示意圖；圖3 是多載波系統(tǒng)的傳輸信號(hào)能量的時(shí)頻分布示意圖；圖4是采用本發(fā)明系統(tǒng)的傳 輸信號(hào)能量的時(shí)頻分布示意圖；圖5為本發(fā)明所使用的4-WFRFT數(shù)學(xué)流程的 并行實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理流程框圖；圖6是理想狀態(tài)下采用本發(fā)明方法的系統(tǒng)與單 載波系統(tǒng)、OFDM系統(tǒng)在時(shí)頻雙彌散信道下的誤碼率比較圖；圖7是本發(fā)明 的信息調(diào)制與合成模塊的原理框圖；圖8是圖5中反轉(zhuǎn)模塊的串行工作方式示 意圖；圖9是圖5中反轉(zhuǎn)模塊的并行工作方式示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一參見(jiàn)圖1、圖5、圖7、圖8和圖9說(shuō)明本具體實(shí)施方 式，基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波協(xié)同通信方法，它 是基于以下系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的所述系統(tǒng)由發(fā)射部分和接收部分組成，所述發(fā)射部分 包括一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊1、 二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊2、調(diào)制策略制定 模塊3、 一號(hào)發(fā)送處理模塊4、 二號(hào)發(fā)送處理模塊5、 一號(hào)天線(xiàn)6玩二號(hào)天線(xiàn)7, 所述調(diào)制策略制定模塊3的第一、第二調(diào)制策略制定信號(hào)輸出端分別與一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊1的調(diào)制策略制定信號(hào)輸入端和二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊2 的調(diào)制策略制定信號(hào)輸入端連接，所述一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊1的信號(hào)輸出 端與一號(hào)發(fā)送處理模塊4的信號(hào)輸入端連接，所述一號(hào)發(fā)送處理模塊4的信號(hào) 輸出端與一號(hào)天線(xiàn)6和信號(hào)輸入端連接；二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊2的信號(hào)輸 出端與二號(hào)發(fā)送處理模塊5的信號(hào)輸入端連接，所述二號(hào)發(fā)送處理模塊5的信 號(hào)輸出端與二號(hào)天線(xiàn)7和信號(hào)輸入端連接；它的接收部分包括接收天線(xiàn)8、接 收處理模塊9、信道狀態(tài)估計(jì)模塊10、解調(diào)策略制定模塊11和WFRFT解調(diào) 模塊12，所述接收天線(xiàn)8的信號(hào)輸出端與接收處理模塊9的信號(hào)輸入端連接， 所述接收處理模塊9的信號(hào)輸出端同時(shí)與信道狀態(tài)估計(jì)模塊10的信號(hào)輸入端 和WFRFT解調(diào)模塊12的信號(hào)輸入端連接，信道狀態(tài)估計(jì)模塊10的信號(hào)輸出 端同時(shí)與調(diào)制策略制定模塊3的信號(hào)輸入端和解調(diào)策略制定模塊11的信號(hào)輸 入端連接，解調(diào)策略制定模塊11的解調(diào)策略制定信號(hào)輸出端與WFRFT解調(diào) 模塊12的解調(diào)策略制定信號(hào)輸入端連接；
基于上述系統(tǒng)的基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波 協(xié)同通信方法由以下步驟完成
步驟一、將待發(fā)送信息序列分別送入一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊1和二號(hào)信 息調(diào)制及合成模塊2;
步驟二、調(diào)制策略制定模塊3根據(jù)信道狀態(tài)估計(jì)模塊(10)反饋的信道狀 態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài)信息產(chǎn)生兩組參數(shù)并分別送入一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊 1和二號(hào)信號(hào)調(diào)制及合成模塊2;并同時(shí)執(zhí)行步驟三一和步驟三二；所述每組 參數(shù)中均包括載波方式和變換參數(shù)；
步驟三一、一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊1根據(jù)接收到的參數(shù)對(duì)待發(fā)送的信息 序列進(jìn)行調(diào)制及合成，獲得調(diào)制及合成后的信號(hào)，所述調(diào)制及合成后的信號(hào)經(jīng) 一號(hào)發(fā)送處理模塊4進(jìn)行脈沖成型、濾波、中頻及射頻調(diào)制處理后，由一號(hào)天 線(xiàn)6發(fā)射至一號(hào)彌散信道；然后執(zhí)行步驟四；
步驟三二、 二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊2根據(jù)接收到的參數(shù)對(duì)待發(fā)送的信息 序列進(jìn)行調(diào)制及合成，獲得調(diào)制及合成后的信號(hào)，所述調(diào)制及合成后的信號(hào)經(jīng)二號(hào)發(fā)送處理模塊5進(jìn)行脈動(dòng)成型、濾波、中頻及射頻調(diào)制處理后，由二號(hào)天 線(xiàn)7發(fā)射至二號(hào)彌散信道；然后執(zhí)行步驟四；
步驟四、接收天線(xiàn)8接收所述一號(hào)頻率彌散信道中的信號(hào)和二號(hào)頻率彌散 信道中的信號(hào)，并將這兩個(gè)信號(hào)合成，獲得4-WFRFT信號(hào)；接收天線(xiàn)8將所 述4-WFRFT信號(hào)送入接收處理模塊9;
步驟五、接收處理模塊9將所述4-WFRFT信號(hào)進(jìn)行濾波、下變頻處理后， 獲得處理后的信號(hào)，并將所述處理后的信號(hào)分別送入信道狀態(tài)估計(jì)模塊10和 WFRFT解調(diào)模塊12;
步驟六、信道狀態(tài)估計(jì)模塊10根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)狀態(tài)估計(jì)，獲 得信道狀態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài)信息，并將所述信道狀態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài)信息 送入調(diào)制策略制定模塊3和解調(diào)策略制定模塊11;
步驟七、解調(diào)策略制定模塊11根據(jù)接收到的信道狀態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài) 信息生成變換參數(shù)，并將所述變換參數(shù)發(fā)送至WFRFT解調(diào)模塊12;
步驟八、WFRFT解調(diào)模塊12根據(jù)接收到的變換參數(shù)接收到的處理后的信 號(hào)進(jìn)行解調(diào)，獲得輸出信息序列，并將所述輸出信息序列輸出；
所述調(diào)制策略制定模塊3和解調(diào)策略制定模塊11具有相同的策略制定機(jī)制。
所述的一種基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波協(xié)同 通信方法，其特征在于所述信道狀態(tài)信息包括兩個(gè)信道的時(shí)延擴(kuò)展、可分離 多徑數(shù)、最大多普勒頻移和多普勒功率譜類(lèi)型。
所述的一種基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波協(xié)同 通信方法，其特征在于所述接收機(jī)狀態(tài)信息包括接收機(jī)移動(dòng)速度和接收機(jī)地 理信息。
所述調(diào)制策略制定模塊和解調(diào)策略制定模塊策略機(jī)制由以下步驟完成 步驟A、根據(jù)信道信息確定信道的彌散類(lèi)型； 步驟B、根據(jù)步驟A所述的信道的彌散類(lèi)型選擇載波體制； 步驟C、根據(jù)信道衰落狀態(tài)確定WFRFT變換系數(shù)。本發(fā)明所采用的數(shù)學(xué)工具有為四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換，它是一種將時(shí)頻
域有效整合的新型數(shù)學(xué)工具，四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換(4-WFRFT)，又是有別 于經(jīng)典分?jǐn)?shù)傅立葉變換的一種更新的數(shù)學(xué)變換方法。離散序列的多參數(shù)四項(xiàng)加 權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的定義為
= F"'叫'"4= w0jc(") + w,^(") + w2x(—") + w3%(—") (1)
其中
w,(a，m4,"J-告l^expj土宇[(4mA+l)a(A + 4 )-儀]1 / = 0，1,2,3 (2)
jc(")與Z(")是離散傅立葉變換(DFT)對(duì)(經(jīng)過(guò)變量代換AT點(diǎn)的DFT采用以 下形式定義
' 1 g 一A
VW "=0 。、 w-i 4 、 J
1 W-l
4-WFRFT的逆變換為
;c(w) = F—"'叫= w。g(") + + w2g(-") + w3G(-") (4)
其中g(shù)(n)與G(M)是離散傅立葉變換(DFT)對(duì)(經(jīng)過(guò)變量代換w=&)。
本發(fā)明中信道狀態(tài)估計(jì)模塊10可以采用既有的信道估計(jì)方法，但是采用 基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換的信道估計(jì)技術(shù)將更適應(yīng)于本發(fā)明所述方法。
本發(fā)明對(duì)信道狀態(tài)估計(jì)模塊IO采用的具體技術(shù)沒(méi)有限制，可以采用現(xiàn)有 通信領(lǐng)域中的信道狀態(tài)估計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明中根據(jù)信道衰落狀況確定WFRFT變換系數(shù)，簡(jiǎn)單的做法是事先建 立WFRFT變換系數(shù)與信道狀態(tài)的對(duì)照選擇表，根據(jù)信道狀態(tài)直接選擇變換系 數(shù)輸出。調(diào)制策略制定模塊3輸出的WFRFT變換系數(shù)為ct、 m*、 ^時(shí)，解調(diào) 策略制定模塊11輸出的WFRFT參數(shù)應(yīng)為-crM(MI〈1。/。)、 ^、 "a，其中^為解 調(diào)參數(shù)調(diào)整偏差。WFRFT解調(diào)模塊12對(duì)接收處理模塊9輸入的接收序列進(jìn)行 參數(shù)為-a+z/(MI〈10/0)、 mA、 ^的WFRFT，參見(jiàn)公式(4)所定義。
系統(tǒng)中發(fā)送處理模塊、接收處理模塊、信道狀態(tài)估計(jì)模塊及發(fā)送/接收天 線(xiàn)等均可采用現(xiàn)有系統(tǒng)中的相應(yīng)功能模塊和器件。接收策略對(duì)于天線(xiàn)數(shù)目沒(méi)有限制，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇是多天線(xiàn)接收還是單天線(xiàn)接收。
圖1中包含有兩個(gè)信息調(diào)制及合成模塊，即一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊1
和二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊2。所述一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊1和二號(hào)信息調(diào) 制及合成模塊2的信號(hào)處理流程相同，均如圖7所示。
在圖7中，載波體制選擇控制模塊2有兩條輸出支路單載波支路和多載 波支路。兩條支路的輸出受輸入?yún)?shù)"載波方式"控制，有四種輸出狀態(tài)，即 全部關(guān)閉狀態(tài)、單載波支路開(kāi)啟狀態(tài)(多載波支路關(guān)閉狀態(tài))、多載波支路輸出 狀態(tài)(單載波支路關(guān)閉狀態(tài))、全部開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)支路處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)載波體制 選擇控制模塊2會(huì)將輸入的數(shù)據(jù)在該支路輸出。系數(shù)產(chǎn)生模塊6根據(jù)輸入的變 換參數(shù)，即4-\\^1^變換參數(shù)《、^和 產(chǎn)生4-，11 丁變換系數(shù)^,(/=0,1，2,3)。 為了降低系統(tǒng)復(fù)雜度，令系數(shù)產(chǎn)生模塊6受控于輸入?yún)?shù)中的載波方式，根據(jù) 不同的支路狀態(tài)只產(chǎn)生開(kāi)啟支路的加權(quán)系數(shù)即可。
在單載波系統(tǒng)中，如圖2所示，信息比特被分配到不同的時(shí)隙中傳輸，而 所有信息比特占據(jù)相同的帶寬；多載波系統(tǒng)與單載波系統(tǒng)對(duì)偶，如圖3所示， 信息比特被分配到不同的子頻帶上傳輸，而所有信息比特(一幀)在相同的時(shí)刻 并行傳輸。因而從信息比特能量在時(shí)頻平面上的分布來(lái)看，單載波、多載波二 者地位是對(duì)等的，并無(wú)孰優(yōu)孰劣之分。單載波系統(tǒng)與多載波系統(tǒng)性能的高低取 決于實(shí)際通信過(guò)程中的信道環(huán)境。
由4-WFRFT的定義可以看出四項(xiàng)中的第一項(xiàng)和第三項(xiàng)分別對(duì)應(yīng)于輸入 信息序列的時(shí)域形式，對(duì)應(yīng)著單載波系統(tǒng)；第二項(xiàng)和第四項(xiàng)分別為第一項(xiàng)和第 三項(xiàng)的DFT，其剛好對(duì)應(yīng)于輸入信息序列的頻域形式，即對(duì)應(yīng)于OFDM系統(tǒng)。 因而，利用四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變化，可以整合單載波、多載波這兩種不同的 載波體制，如圖4所示。經(jīng)過(guò)4-WFRFT后信息能量被分散到整個(gè)時(shí)頻平面上， 不過(guò)這種分布并不是均勻的，其在某段時(shí)間和頻率上的能量會(huì)稍多一些。
相同帶寬的單載波和多載波系統(tǒng)，分別對(duì)碼間干擾(ISI)和載波間干擾(ICI) 敏感，而又分別相對(duì)適合應(yīng)用于頻率彌散信道和時(shí)間彌散信道。單載波與多載 波性能的優(yōu)劣，取決于最大多普勒頻移與最大時(shí)延擴(kuò)展對(duì)于信道的影響誰(shuí)更強(qiáng)。倘若能夠根據(jù)信道狀態(tài)動(dòng)態(tài)選擇載波體制與信道匹配，比如當(dāng)時(shí)延擴(kuò)展影 響大時(shí)采用多載波體制，而頻率擴(kuò)展影響大時(shí)采用單載波體制，則系統(tǒng)的性能 會(huì)較單一載波體制有明顯的提升。
基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的通信系統(tǒng)可以等效為單載波與多載波系 統(tǒng)的混合模型，在時(shí)間、頻率雙彌散信道下，恰當(dāng)?shù)氖褂帽痉椒ǎ⑤o助以其 他技術(shù)，將帶來(lái)令人振奮的結(jié)果。
本方法在理想狀態(tài)下進(jìn)行仿真，設(shè)置有兩條獨(dú)立的信道， 一號(hào)彌散信道僅 存在時(shí)延擴(kuò)展、多普勒頻移為0; 二號(hào)彌散信道僅存在多普勒頻移、時(shí)延擴(kuò)展 為0。仿真選擇恰當(dāng)?shù)膮?shù)，使得時(shí)延擴(kuò)展與多普勒頻移對(duì)于信道誤碼特性的 影響相同。仿真結(jié)果參見(jiàn)圖6，其中橫坐標(biāo)為信噪比，縱坐標(biāo)為誤碼率；曲線(xiàn) 61為單載波系統(tǒng)的誤碼特性曲線(xiàn)；曲線(xiàn)62為OFDM系統(tǒng)的誤碼特性曲線(xiàn)； 曲線(xiàn)63、曲線(xiàn)65和曲線(xiàn)64分別為WFRFT分量在信道2、信道1以及最終信 號(hào)合成后的誤碼特性曲線(xiàn)；由圖可見(jiàn)，單載波與OFDM系統(tǒng)在兩條信道中保 持載波體制不變，最終誤碼特性由兩條信道下的誤碼率綜合得到。對(duì)于WFRFT 系統(tǒng)，根據(jù)信道特性選擇與信道匹配的載波體制分別傳輸，即在信道1中發(fā)送 "頻率"項(xiàng)，在信道2中發(fā)送"時(shí)間"項(xiàng)。在接收端，采用WFRFT逆變換進(jìn) 行合并，"WFRFT-SC"、 "WFRFT-MC"和"WFRFT-CC"分別表示W(wǎng)FRFT 分量在信道2、信道1以及最終信號(hào)合成后的誤碼特性。
權(quán)利要求
1、基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波協(xié)同通信方法，它是基于以下系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的所述系統(tǒng)由發(fā)射部分和接收部分組成，所述發(fā)射部分包括一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(1)、二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(2)、調(diào)制策略制定模塊(3)、一號(hào)發(fā)送處理模塊(4)、二號(hào)發(fā)送處理模塊(5)、一號(hào)天線(xiàn)(6)和二號(hào)天線(xiàn)(7)，所述調(diào)制策略制定模塊(3)的第一、第二調(diào)制策略制定信號(hào)輸出端分別與一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(1)的調(diào)制策略制定信號(hào)輸入端和二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(2)的調(diào)制策略制定信號(hào)輸入端連接，所述一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(1)的信號(hào)輸出端與一號(hào)發(fā)送處理模塊(4)的信號(hào)輸入端連接，所述一號(hào)發(fā)送處理模塊(4)的信號(hào)輸出端與一號(hào)天線(xiàn)(6)和信號(hào)輸入端連接；二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(2)的信號(hào)輸出端與二號(hào)發(fā)送處理模塊(5)的信號(hào)輸入端連接，所述二號(hào)發(fā)送處理模塊(5)的信號(hào)輸出端與二號(hào)天線(xiàn)(7)和信號(hào)輸入端連接；它的接收部分包括接收天線(xiàn)(8)、接收處理模塊(9)、信道狀態(tài)估計(jì)模塊(10)、解調(diào)策略制定模塊(11)和WFRFT解調(diào)模塊(12)，所述接收天線(xiàn)(8)的信號(hào)輸出端與接收處理模塊(9)的信號(hào)輸入端連接，所述接收處理模塊(9)的信號(hào)輸出端同時(shí)與信道狀態(tài)估計(jì)模塊(10)的信號(hào)輸入端和WFRFT解調(diào)模塊(12)的信號(hào)輸入端連接，信道狀態(tài)估計(jì)模塊(10)的信號(hào)輸出端同時(shí)與調(diào)制策略制定模塊(3)的信號(hào)輸入端和解調(diào)策略制定模塊(11)的信號(hào)輸入端連接，解調(diào)策略制定模塊(11)的解調(diào)策略制定信號(hào)輸出端與WFRFT解調(diào)模塊(12)的解調(diào)策略制定信號(hào)輸入端連接；其特征是基于上述系統(tǒng)的一種基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波協(xié)同通信方法由以下步驟完成步驟一、將待發(fā)送信息序列分別送入一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(1)和二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(2)；步驟二、調(diào)制策略制定模塊(3)根據(jù)信道狀態(tài)估計(jì)模塊(10)反饋的信道狀態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài)信息產(chǎn)生兩組參數(shù)并分別送入一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(1)和二號(hào)信號(hào)調(diào)制及合成模塊(2)；并同時(shí)執(zhí)行步驟三一和步驟三二；所述每組參數(shù)中均包括載波方式和變換參數(shù)；步驟三一、一號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(1)根據(jù)接收到的參數(shù)對(duì)待發(fā)送的信息序列進(jìn)行調(diào)制及合成，獲得調(diào)制及合成后的信號(hào)，所述調(diào)制及合成后的信號(hào)經(jīng)一號(hào)發(fā)送處理模塊(4)進(jìn)行脈沖成型、濾波、中頻及射頻調(diào)制處理后，由一號(hào)天線(xiàn)(6)發(fā)射至一號(hào)彌散信道；然后執(zhí)行步驟四；步驟三二、二號(hào)信息調(diào)制及合成模塊(2)根據(jù)接收到的參數(shù)對(duì)待發(fā)送的信息序列進(jìn)行調(diào)制及合成，獲得調(diào)制及合成后的信號(hào)，所述調(diào)制及合成后的信號(hào)經(jīng)二號(hào)發(fā)送處理模塊(5)進(jìn)行脈動(dòng)成型、濾波、中頻及射頻調(diào)制處理后，由二號(hào)天線(xiàn)(7)發(fā)射至二號(hào)彌散信道；然后執(zhí)行步驟四；步驟四、接收天線(xiàn)(8)接收所述一號(hào)彌散信道中的信號(hào)和二號(hào)彌散信道中的信號(hào)，并將這兩個(gè)信號(hào)合成，獲得4-WFRFT信號(hào)；接收天線(xiàn)(8)將所述4-WFRFT信號(hào)送入接收處理模塊(9)；步驟五、接收處理模塊(9)將所述4-WFRFT信號(hào)進(jìn)行濾波、下變頻處理后，獲得處理后的信號(hào)，并將所述處理后的信號(hào)分別送入信道狀態(tài)估計(jì)模塊(10)和WFRFT解調(diào)模塊(12)；步驟六、信道狀態(tài)估計(jì)模塊(10)根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)狀態(tài)估計(jì)，獲得信道狀態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài)信息，并將所述信道狀態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài)信息送入調(diào)制策略制定模塊(3)和解調(diào)策略制定模塊(11)；步驟七、解調(diào)策略制定模塊(11)根據(jù)接收到的信道狀態(tài)信息和接收機(jī)狀態(tài)信息生成變換參數(shù)，并將所述變換參數(shù)發(fā)送至WFRFT解調(diào)模塊(12)；步驟八、WFRFT解調(diào)模塊(12)根據(jù)接收到的變換參數(shù)接收到的處理后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，獲得輸出信息序列，并將所述輸出信息序列輸出；所述調(diào)制策略制定模塊(3)和解調(diào)策略制定模塊(11)具有相同的策略制定機(jī)制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天 線(xiàn)的載波協(xié)同通信方法，其特征在于所述信道狀態(tài)信息包括兩個(gè)信道的時(shí)延 擴(kuò)展、可分離多徑數(shù)、最大多普勒頻移和多普勒功率譜類(lèi)型。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)地載波協(xié)同通信方法，其特征在于所述接收機(jī)狀態(tài)信息包括接收機(jī)移動(dòng)速 度和接收機(jī)地理信息。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波協(xié)同通信方法，其特征在于所述調(diào)制策略制定模塊(3)和解調(diào)策略制定模塊(11)的策略機(jī)制由以下步驟完成步驟A、根據(jù)信道信息確定信道的彌散類(lèi)型；步驟B、根據(jù)步驟A所述的信道的彌散類(lèi)型選擇載波體制；步驟C、根據(jù)信道衰落狀態(tài)確定WFRFT變換系數(shù)。
全文摘要
基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換與分布式發(fā)送天線(xiàn)的載波協(xié)同通信方法，它涉及通信領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有的采用單載波與多載波系統(tǒng)受多普勒頻移與多徑的影響，無(wú)法根據(jù)信道狀態(tài)動(dòng)態(tài)的選擇載波體制與信道進(jìn)行匹配導(dǎo)致系統(tǒng)性能差的問(wèn)題。它的待發(fā)送信息序列分別根據(jù)調(diào)制策略制定模塊輸出兩組參數(shù)進(jìn)行正變換處理、合成后進(jìn)行脈沖成型、濾波、中頻及射頻調(diào)制處理后發(fā)射；接收機(jī)接收兩組信號(hào)并合成，再經(jīng)接收處理模塊進(jìn)行濾波、下變頻處理，并根據(jù)變換參數(shù)進(jìn)行逆變換處理，獲得輸出信息序列后輸出。本發(fā)明適用于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101651649SQ20091007287
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者吳宣利, 寧曉燕, 張乃通, 林 梅, 沙學(xué)軍, 遲永鋼 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)