專(zhuān)利名稱(chēng)：基于橢圓球面波函數(shù)的分組正交脈沖集設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信中的波形設(shè)計(jì)方法，尤其涉及一種時(shí)域正交脈沖集的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
專(zhuān)利《橢圓球面波脈沖組設(shè)計(jì)方法》(申請(qǐng)?zhí)?200810237849. 5)公開(kāi)了了一種利 用橢圓球面波函數(shù)(Prolate Spheroidal Wave Function, PSWF)設(shè)計(jì)正交脈沖組的方法， 目的是設(shè)計(jì)一種高頻帶利用率、時(shí)域正交且可用于任意通信頻段的基于橢圓球面波函數(shù)的 正交脈沖組。該方法通過(guò)波道劃分、參數(shù)設(shè)置、求解方程、Schmidt正交化等步驟設(shè)計(jì)時(shí)域 正交橢圓球面波脈沖組，各子波道相互交疊，在保證系統(tǒng)具有較好的功率利用率前提下，可 使系統(tǒng)具有較高的頻帶利用率，尤其是相鄰波道相互交疊50%時(shí)，系統(tǒng)的頻帶利用率可快 速接近奈奎斯特速率。但是，在許多并行傳輸系統(tǒng)(例如ADSL、VDSL系統(tǒng)等有線傳輸系統(tǒng)及OFDM系統(tǒng)等 無(wú)線通信系統(tǒng))中，為了便于系統(tǒng)的頻域均衡、功率分配、比特加載或者是為了增強(qiáng)抗多徑 性能，通常需要將一個(gè)較寬的信道劃分為多個(gè)較窄的子信道(通常至少需要?jiǎng)澐譃樯习賯€(gè) 子信道，例如ADSL系統(tǒng)中將0-1. 104MHz的帶寬分為256個(gè)帶寬為4. 3125KHz的子信道)， 通過(guò)多路并行傳輸提高系統(tǒng)的傳輸速率、頻譜效率等性能。在這種情況下，專(zhuān)利《橢圓球面 波脈沖組設(shè)計(jì)方法》提出的設(shè)計(jì)方法具有一定的缺點(diǎn)和局限性，主要表現(xiàn)在第一，脈沖組設(shè)計(jì)的復(fù)雜度過(guò)高。由于需要采用Schmidt正交化方法對(duì)已求得的 橢圓球面波函數(shù)脈沖組進(jìn)行處理，使組內(nèi)脈沖滿(mǎn)足時(shí)域正交特性，而正交化過(guò)程實(shí)際上是 對(duì)組內(nèi)其它脈沖的線性加權(quán)疊加，因此，隨著組內(nèi)脈沖數(shù)的增加，Schmidt正交化的計(jì)算量 會(huì)線性增大，造成脈沖組設(shè)計(jì)的計(jì)算復(fù)雜度增加。第二，脈沖波形變化增大，產(chǎn)生相位跳變。Schmidt正交化會(huì)導(dǎo)致原脈沖組內(nèi)脈沖 的時(shí)域波形產(chǎn)生變化，使橢圓球面波脈沖原有的由脈沖中心向兩側(cè)幅度逐漸衰減的特性發(fā) 生變化(見(jiàn)專(zhuān)利《橢圓球面波脈沖組設(shè)計(jì)方法》)。組內(nèi)脈沖數(shù)的增加會(huì)導(dǎo)致該波形變化增 大，使信號(hào)產(chǎn)生相位跳變，影響脈沖組的頻域特性和系統(tǒng)性能。實(shí)際上，專(zhuān)利《橢圓球面波脈沖組設(shè)計(jì)方法》是利用橢圓球面波函數(shù)的近似帶限 特性提高系統(tǒng)的功率利用率，通過(guò)相鄰波道頻譜交疊提高系統(tǒng)的頻帶利用率，利用Schmidt 正交化過(guò)程保證不同波道內(nèi)脈沖信號(hào)的時(shí)域正交性。根據(jù)香農(nóng)定理，單位頻帶利用率的極 限值為2Baud/HZ，而采用專(zhuān)利《橢圓球面波脈沖組設(shè)計(jì)方法》提出的方法，通過(guò)適當(dāng)?shù)牟ǖ?劃分和參數(shù)設(shè)定，幾十個(gè)脈沖即能使系統(tǒng)的頻帶利用率達(dá)到1. 9Baud/Hz以上，同時(shí)能夠保 持脈沖組原有的高能量聚集特性，增加更多的脈沖數(shù)僅能使頻帶利用率有少許增加，并且 會(huì)出現(xiàn)上述脈沖設(shè)計(jì)復(fù)雜度過(guò)高、脈沖波形變化增大等缺點(diǎn)。因此，為了克服原設(shè)計(jì)方法的 局限性，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，便于系統(tǒng)的頻域均衡、功率分配、比特加載或者是為了增強(qiáng)抗多徑 性能，提高系統(tǒng)性能，本發(fā)明提出了 一種基于橢圓球面波函數(shù)的分組正交脈沖集設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于橢圓球面波函數(shù)的分組正交脈沖集設(shè)計(jì)方法。首 先根據(jù)需要，將總的頻段劃分為多個(gè)帶寬相同的相鄰子頻段，在每一個(gè)子頻段內(nèi)，分頻段構(gòu) 建子脈沖集。采用頻譜交疊的頻段劃分方法，通過(guò)參數(shù)設(shè)定、波形求解、子頻段內(nèi)施密特正 交化等過(guò)程，可得到由多個(gè)子頻段脈沖組構(gòu)成的新的脈沖組，具有高頻帶利用率、高功率利 用率的特性，同時(shí)脈沖組間具有時(shí)域正交特性。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)達(dá)到①子頻段劃分。將系統(tǒng)工作頻段B = fH-f^劃分為1個(gè)帶寬相同的子頻段，其中第i個(gè)子頻段范圍 為f^+(i-l)B' f^+iB'，子頻帶帶寬為B' =B/1，1的取值根據(jù)系統(tǒng)所需的子波道帶寬、 子波道頻譜交疊度以及橢圓球面波函數(shù)脈沖的求解參數(shù)來(lái)確定。②確定每一個(gè)子頻段內(nèi)的帶通橢圓球面波函數(shù)求解參數(shù)。在第i個(gè)子頻段fd(i-l)B' f^+iB'內(nèi)，通過(guò)頻段內(nèi)波道劃分、參數(shù)設(shè)置、將子 頻段劃分為k個(gè)子波道，各子波道頻譜相互交疊，子波道內(nèi)脈沖帶寬均為Btl、持續(xù)時(shí)間為T(mén)， 頻譜交疊度n可根據(jù)系統(tǒng)需要的頻帶利用率、時(shí)間帶寬積等參數(shù)確定。時(shí)間帶寬積c決定 了 PSWF脈沖的能量集中程度，C越大，能量集中程度越高，通常需要取C= π BtlT > 2 π。子頻段及子波道劃分示意圖如

圖1所示。③在每一個(gè)子波道內(nèi)構(gòu)建并求解橢圓球面波函數(shù)方程。在第i個(gè)子頻段的第j個(gè)子波道內(nèi)，根據(jù)第②步確定的求解參數(shù)上限頻率fn,H， 下限頻率時(shí)間帶寬積因子C ；相鄰子波道交疊度為η，構(gòu)建積分方程ληΨη (0 = ^22 ψη (φη (t - τ) τ(1)其中，hn(t)為特性函數(shù)hn(t) = 2fn,Hsinc(2fn,Ht)-2fn,Lsinc(2fn,Lt) (2)采用基于特征值分解的數(shù)值算法求解積分方程(1)，并取前m 二 1個(gè)最大的特 征值所對(duì)應(yīng)的特征向量，可得到第i個(gè)子頻段的第j個(gè)子波道內(nèi)能量聚集性最高的m個(gè)橢 圓球面波脈沖Ψηα) = [￥na(t), Ψη,2α)，···，￥n,m(t)]o采用該方法，可在第i個(gè)子頻段上得到k組由m個(gè)脈沖構(gòu)成的脈沖組，共有k · m
個(gè)脈沖，可表示為
權(quán)利要求
一種分組正交帶通橢圓球面波函數(shù)脈沖組設(shè)計(jì)方法，是一種正交脈沖組設(shè)計(jì)方法，其特征是將整個(gè)系統(tǒng)頻段劃分為多個(gè)子頻段，在每個(gè)子頻段上分別構(gòu)建基于橢圓球面波函數(shù)的時(shí)域正交子脈沖組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分組正交帶通橢圓球面波函數(shù)脈沖組設(shè)計(jì)方法，其特征是， 所述的子頻段劃分方法是將系統(tǒng)工作頻段為多個(gè)帶寬相等的子頻段，各子頻段上下限頻 率相鄰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分組正交帶通橢圓球面波函數(shù)脈沖組設(shè)計(jì)方法，其特征是， 所述的子頻段內(nèi)脈沖的參數(shù)C需滿(mǎn)足C > 2 π。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于橢圓球面波函數(shù)的分組正交脈沖組設(shè)計(jì)方法，具有波形變化小、易于產(chǎn)生、便于頻域均衡、功率分配、比特加載及增強(qiáng)抗多徑性能的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn)通過(guò)子頻帶劃分，在各子頻段上確定求解參數(shù)、構(gòu)建求解方程，求解得到各子頻段內(nèi)子波道上的脈沖，并通過(guò)Schmidt正交化在子頻段內(nèi)構(gòu)建正交子脈沖組，對(duì)各子脈沖組內(nèi)的脈沖共同進(jìn)行能量歸一化，從而得到由多個(gè)子頻段上的子脈沖組構(gòu)成分組正交脈沖組。該正交脈沖組適用于需要高頻帶利用率和低系統(tǒng)復(fù)雜度的有線或無(wú)線通信系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04B1/69GK101958725SQ20101021697
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者劉傳輝, 劉錫國(guó), 張磊, 王紅星, 陳昭男 申請(qǐng)人:王紅星