本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種信號(hào)發(fā)射方法及相應(yīng)的接收端波束成形方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，通信領(lǐng)域?qū)τ谛畔鬏斂煽啃缘囊笤诓粩嗵岣?。但是，由于通信環(huán)境的復(fù)雜性，信號(hào)傳輸受到的來(lái)自時(shí)域和頻域的雙選信道的干擾不可避免，這種干擾嚴(yán)重影響了通信質(zhì)量。

例如，信號(hào)在傳輸過(guò)程中，會(huì)受到由于相對(duì)移動(dòng)而引起的多普勒效應(yīng)的影響，還會(huì)受到由于多徑傳輸而引起的多徑效應(yīng)的影響。實(shí)際場(chǎng)景中，上述兩種信道衰落形式往往同時(shí)存在，因此這種情況也被稱為雙選信道。

現(xiàn)有技術(shù)中，為了實(shí)現(xiàn)時(shí)頻雙選信道下的抗碼間串?dāng)_(intersymbolinterference，isi)，研究人員提出了波束成形技術(shù)(beamformingtechnology)。波束成形技術(shù)是性能較好的信號(hào)處理技術(shù)，是智能天線技術(shù)中的重要研究?jī)?nèi)容。但是，現(xiàn)在技術(shù)對(duì)于波束成形技術(shù)的研究主要集中在傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)和正交頻分復(fù)用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)系統(tǒng)，不能應(yīng)用到混合載波系統(tǒng)中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種信號(hào)發(fā)射方法及相應(yīng)的接收端波束成形方法，其能夠?qū)⒉ㄊ尚渭夹g(shù)應(yīng)用到混合載波系統(tǒng)中，對(duì)于抑制雙選信道中的多徑干擾具有良好效果。

基于上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種基于分?jǐn)?shù)傅里葉變換調(diào)制的信號(hào)發(fā)射方法，其應(yīng)用于信號(hào)發(fā)射端，包括以下步驟：

(1)將原始信號(hào)映射為數(shù)字信號(hào)形式；

(2)在映射后的數(shù)字信號(hào)中等間隔插入梳狀導(dǎo)頻；

(3)選擇變換階數(shù)α，通過(guò)-α階的4-wfrft(4-weightedfractionalfouriertransform，四項(xiàng)加權(quán)型分?jǐn)?shù)階傅里葉變換)將插入導(dǎo)頻的信號(hào)變換為時(shí)域數(shù)字信號(hào)；

(4)對(duì)時(shí)域數(shù)字信號(hào)依次進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換、加入循環(huán)前綴、并串轉(zhuǎn)換和數(shù)/模變換，形成模擬信號(hào)；

(5)將模擬信號(hào)通過(guò)雙選信道發(fā)射出去。

此外，本發(fā)明還提供一種基于混合載波解調(diào)的波束成形方法，其應(yīng)用于接收陣列天線，用于接收用如上所述方法發(fā)射的信號(hào)，其中，接收陣列天線具有根據(jù)最小均方誤差算法的算法復(fù)雜度設(shè)計(jì)的16～32個(gè)接收天線陣元，該方法包括以下步驟：

(1)估計(jì)多徑時(shí)延，并通過(guò)多徑時(shí)延估計(jì)出接收多徑信號(hào)的波達(dá)方向；

(2)通過(guò)雙選信道接收波達(dá)方向上的模擬信號(hào)，并通過(guò)模/數(shù)變換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；

(3)通過(guò)已知的參考梳狀導(dǎo)頻信號(hào)以及估計(jì)得到的波達(dá)方向，確定接收陣列天線上每個(gè)接收天線陣元的最優(yōu)權(quán)值；

(4)根據(jù)最優(yōu)權(quán)值對(duì)每個(gè)接收天線陣元接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合成處理，并將合成后的信號(hào)依次進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換、去循環(huán)前綴和并串轉(zhuǎn)換處理，得到時(shí)域信號(hào)；

(5)對(duì)時(shí)域信號(hào)依次進(jìn)行α階的4-wfrft變換以及數(shù)字解調(diào)，得到原始的α階的加權(quán)分?jǐn)?shù)域數(shù)字信號(hào)；

(6)對(duì)原始的α階的加權(quán)分?jǐn)?shù)域數(shù)字信號(hào)進(jìn)行與發(fā)射端信號(hào)處理相應(yīng)的去導(dǎo)頻和逆映射處理，得到原始信號(hào)。

從上面的敘述可以看出，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果在于：

本發(fā)明將基于最小均方誤差的波束成形技術(shù)應(yīng)用于混合載波系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了基于分?jǐn)?shù)傅里葉變換的混合載波系統(tǒng)對(duì)抗雙選信道的天然優(yōu)勢(shì)，又實(shí)現(xiàn)了波束成形算法對(duì)符號(hào)間干擾的抑制效果，從而極大地提升了通信系統(tǒng)的傳輸性能，是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一種重要改進(jìn)。

附圖說(shuō)明

為了更加清楚地描述本專利，下面提供一幅或多幅附圖，這些附圖旨在對(duì)本專利的背景技術(shù)、技術(shù)原理和/或某些具體實(shí)施方案做出輔助說(shuō)明。需要注意的是，這些附圖可以給出也可以不給出一些在本專利文字部分已有描述且屬于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知常識(shí)的具體細(xì)節(jié)；并且，因?yàn)楸绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員完全可以結(jié)合本專利已公開的文字內(nèi)容和/或附圖內(nèi)容，在不付出任何創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下設(shè)計(jì)出更多的附圖，因此下面這些附圖可以涵蓋也可以不涵蓋本專利文字部分所敘述的所有技術(shù)方案。此外，這些附圖的具體內(nèi)涵需要結(jié)合本專利的文字內(nèi)容予以確定，當(dāng)本專利的文字內(nèi)容與這些附圖中的某個(gè)明顯結(jié)構(gòu)不相符時(shí)，需要結(jié)合本領(lǐng)域的公知常識(shí)以及本專利其他部分的敘述來(lái)綜合判斷到底是本專利的文字部分存在筆誤，還是附圖中存在繪制錯(cuò)誤。特別地，以下附圖均為實(shí)例性質(zhì)的圖片，并非旨在暗示本專利的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過(guò)參考本專利所公開的文字內(nèi)容和/或附圖內(nèi)容，可以在不付出任何創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下設(shè)計(jì)出更多的附圖，這些新附圖所代表的技術(shù)方案依然在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)射端的一種原理圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中接收端的一種原理圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的一種仿真對(duì)比數(shù)據(jù)圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本專利技術(shù)方案的理解，同時(shí)，為了使本專利的技術(shù)目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，并使權(quán)利要求書的保護(hù)范圍得到充分支持，下面以具體案例的形式對(duì)本專利的技術(shù)方案做出進(jìn)一步的、更詳細(xì)的說(shuō)明。

一種基于分?jǐn)?shù)傅里葉變換調(diào)制的信號(hào)發(fā)射方法，其應(yīng)用于信號(hào)發(fā)射端，包括以下步驟：

(1)通過(guò)合適的映射方式，比如正交相移鍵控(quadraturephaseshiftkeyin，qpsk)方法，將原始信號(hào)映射為便于信號(hào)處理的數(shù)字信號(hào)形式s'；

(2)在映射后的數(shù)字信號(hào)中等間隔插入梳狀導(dǎo)頻，得到插入導(dǎo)頻后的信號(hào)s；梳狀導(dǎo)頻用于在接收端獲取參考信號(hào)；

(3)選擇合適的變換階數(shù)α，將s作為分?jǐn)?shù)域信號(hào)，通過(guò)-α階的4-wfrft將s變換為時(shí)域數(shù)字信號(hào)x：

x＝f^-α(s)；

式中，f^-α(s)表示對(duì)s進(jìn)行-α階四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換(即4-wfrft)；

(4)對(duì)時(shí)域數(shù)字信號(hào)x依次進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換、加入循環(huán)前綴、并串轉(zhuǎn)換和數(shù)/模變換，形成模擬信號(hào)；

(5)將模擬信號(hào)通過(guò)雙選信道發(fā)射出去。

另一方面，在接收端通過(guò)一種基于混合載波解調(diào)的波束成形方法接受上述信號(hào)，其中，接收端為接收陣列天線，且接收陣列天線具有根據(jù)最小均方誤差算法(minimummeansquareerror，mmse)的算法復(fù)雜度設(shè)計(jì)的16～32個(gè)接收天線陣元，該方法包括以下步驟：

(1)估計(jì)多徑時(shí)延，并通過(guò)多徑時(shí)延估計(jì)出接收多徑信號(hào)的波達(dá)方向a(θ)；

(2)通過(guò)雙選信道接收波達(dá)方向上的模擬信號(hào)x'r，并通過(guò)模/數(shù)變換將模擬信號(hào)x'r轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)xr；xr與發(fā)射端時(shí)域數(shù)字信號(hào)x的關(guān)系如下：

xr＝h·a(θ)·x+v；

式中，h表示時(shí)變信道矩陣，a(θ)＝[a(θ1),a(θ2),...a(θp)]，表示p個(gè)接收天線陣元的波達(dá)方向，已有文獻(xiàn)表明波達(dá)方向可以通過(guò)接收端的時(shí)延估計(jì)得到，v表示高斯白噪聲；

(3)通過(guò)已知的參考梳狀導(dǎo)頻信號(hào)以及估計(jì)得到的波達(dá)方向a(θ)，應(yīng)用最小均方誤差算法(即mmse)確定接收陣列天線上每個(gè)接收天線陣元的最優(yōu)權(quán)值，這些最優(yōu)權(quán)值組成矩陣ωopt：

其中，表示接收信號(hào)的導(dǎo)頻部分，sp表示發(fā)送導(dǎo)頻序列，表示多項(xiàng)式模值的期望，ω^h為天線陣列權(quán)值矩陣ω的共軛轉(zhuǎn)置矩陣(該公式中的上標(biāo)h均表示共軛轉(zhuǎn)置)，argωmin表示在ω的取值范圍內(nèi)使大括號(hào)中的表達(dá)式取最小值時(shí)的ω值；

(4)根據(jù)最優(yōu)權(quán)值矩陣ωopt對(duì)每個(gè)接收天線陣元接收到的數(shù)字信號(hào)xr進(jìn)行加權(quán)合成處理：

式中，y為加權(quán)合成后的接收信號(hào)；

然后，對(duì)合成后的信號(hào)y依次進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換、去循環(huán)前綴和并串轉(zhuǎn)換處理，得到時(shí)域信號(hào)；(5)對(duì)時(shí)域信號(hào)依次進(jìn)行α階的4-wfrft和數(shù)字解調(diào)，得到原始的α階的加權(quán)分?jǐn)?shù)域數(shù)字信號(hào)

(6)對(duì)進(jìn)行與發(fā)射端信號(hào)處理相應(yīng)的逆處理(即去導(dǎo)頻和逆映射)，得到對(duì)原始信號(hào)的估計(jì)值。

上述實(shí)施例中，4-wfrft為離散形式的四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換，其具體方式如下：

對(duì)于數(shù)字信號(hào)s＝(s1,s1,...,sn-1,sn)，s的四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換可以表示為：

f^α(s)＝w^αs^t，

其中，f^α(s)表示s的α階的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換(α∈[0,1])，w^α表示加權(quán)矩陣，s^t表示s的轉(zhuǎn)置。w^α可以表示為

這里，al表示加權(quán)系數(shù)：j表示虛數(shù)單位；f表示n×n傅里葉變換矩陣，l表示傅里葉變換的次數(shù)(l＝1,2,3,4)，[f]m,n＝e^-j2πmn/n為n×n傅里葉變換矩陣中m行n列的元素(其中，m,n＝0,1,...,n-1)。

特別地，當(dāng)α＝0時(shí)，加權(quán)矩陣w^α退化為單位矩陣，當(dāng)α＝1時(shí)，加權(quán)矩陣w^α退化為傅里葉變換矩陣。

可見(jiàn)，加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換實(shí)際是將原始信號(hào)的時(shí)域形式和頻域形式進(jìn)行了加權(quán)求和，這樣可以同時(shí)抑制時(shí)頻雙衰落的信道情況。

為了驗(yàn)證上述實(shí)施例方法的效果，假設(shè)多徑的波達(dá)方向分別為[-20°,20°,60°]，(實(shí)際通信過(guò)程中可以運(yùn)用估計(jì)多徑時(shí)延的方式估計(jì)多徑的波達(dá)方向)，調(diào)制階數(shù)為0.5階，分別在混合載波系統(tǒng)中應(yīng)用波束成形技術(shù)和不應(yīng)用波束成形技術(shù)的情況下進(jìn)行仿真試驗(yàn)，仿真數(shù)據(jù)如圖3所示，可以看出不加波束成形，系統(tǒng)基本無(wú)法正常工作，而加入波束成形算法后具有明顯的優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明聯(lián)合混合載波和波束成形的可行性和有效性。

需要注意的是，本專利權(quán)利要求書中所謂的“步驟”是指用于實(shí)現(xiàn)本專利方法的任一具體流程中的一個(gè)必要環(huán)節(jié)，并不包含對(duì)步驟執(zhí)行順序的限定，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員完全能夠在理解了本專利某一權(quán)項(xiàng)中各步驟間的內(nèi)在邏輯的基礎(chǔ)上，對(duì)這些步驟的具體執(zhí)行順序做出各種符合這種內(nèi)在邏輯的實(shí)際安排。因此，任何一種應(yīng)用了本專利某一權(quán)項(xiàng)中所有步驟的、符合這些步驟間的內(nèi)在邏輯的、用于實(shí)現(xiàn)本專利方法的，且具有特定執(zhí)行順序的具體步驟序列，均在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。

需要理解的是，上述對(duì)于本專利具體實(shí)施方式的敘述僅僅是為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本專利方案而列舉的個(gè)例性描述，并非暗示本專利的保護(hù)范圍僅僅被限制在這些個(gè)例中，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員完全可以在對(duì)本專利技術(shù)方案做出充分理解的前提下，以不付出任何創(chuàng)造性勞動(dòng)的形式，通過(guò)對(duì)本專利所列舉的各個(gè)例采取組合技術(shù)特征、替換部分技術(shù)特征、加入更多技術(shù)特征等等方式，得到更多的具體實(shí)施方式，所有這些具體實(shí)施方式均在本專利權(quán)利要求書的涵蓋范圍之內(nèi)，因此，這些新的具體實(shí)施方式也應(yīng)在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。

此外，出于簡(jiǎn)化敘述的目的，本專利也可能沒(méi)有列舉一些尋常的具體實(shí)施方案，這些方案是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在理解了本專利技術(shù)方案后能夠自然而然想到的，顯然，這些方案也應(yīng)包含在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。

出于簡(jiǎn)化敘述的目的，上述各具體實(shí)施方式對(duì)于技術(shù)細(xì)節(jié)的公開程度可能僅僅達(dá)到本領(lǐng)域技術(shù)人員可以自行決斷的程度，即，對(duì)于上述具體實(shí)施方式?jīng)]有公開的技術(shù)細(xì)節(jié)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員完全可以在不付出任何創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，在本專利技術(shù)方案的充分提示下，借助于教科書、工具書、論文、專利、音像制品等等已公開文獻(xiàn)予以完成，或者，這些細(xì)節(jié)是在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的通常理解下，可以根據(jù)實(shí)際情況自行作出決定的內(nèi)容?？梢?jiàn)，即使不公開這些技術(shù)細(xì)節(jié)，也不會(huì)對(duì)本專利技術(shù)方案的公開充分性造成影響。

總之，在結(jié)合了本專利說(shuō)明書對(duì)權(quán)利要求書保護(hù)范圍的解釋作用的基礎(chǔ)上，任何落入本專利權(quán)利要求書涵蓋范圍的具體實(shí)施方案，均在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。