一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法及其實現裝置的製作方法

2023-10-30 15:35:57 1

專利名稱：一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法及其實現裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域。
背景技術：
LTE (Long Term Evolution)是繼第三代移動通信之後國際上主流的新一代移動通信標準。2009年9月，LTE R8版本標準功能性凍結，同時為了滿足ITU關於4G方案的需求，LTE-Advanced標準化工作正式開始啟動。然而，不論是LTE還是LTE-Advanced,根據發送信號雙工方式不同，都可以分為TDD (Time Division Duplex)和FDD (Frequency Division Duplex)兩種雙工方式。其中，FDD雙工方式可進一步分為全雙工 FDD (Full-Duplex FDD)和半雙工 FDD (HD-FDD，Half-Duplex FDD)。圖1 所示為LTE-Advanced幀結構類型I，適用於全雙工和半雙工的FDD模式。對FDD，其上下行傳輸信號在不同的頻帶內，採用連續發射方式發送信號。在每IOms的間隔內，10個子幀可用於下行鏈路傳輸也可用於上行鏈路傳輸，上下行傳輸按頻域隔離。對於TDD雙工方式的蜂窩系統，上下行傳輸信號在同一頻帶內，通過將信號調度到不同時間段，採用非連續方式發送，並設置一定的時間間隔方式以避免上下行信號間的幹擾。如圖2所示為LTE-Advanced幀結構類型2，適用於TDD模式。無線通信系統中可用的資源是非常有限的。然而，隨著無線通信技術的不斷發展，用戶的業務需求在急劇增加。在LTE-Advanced系統中，不僅無線網絡服務的用戶數量在迅速增長，各種新型業務諸如視頻電話、視頻點播、無線網際網路及無線遊戲等對網絡的要求也越來越高。除了採用先進的物理層技術提高無線傳輸的有效性和可靠性之外，如何利用有限的無線資源來滿足各種應用的不同服務質量要求是無線通信亟待解決的重要問題。總的來說，資源分配問題是指在有限的無線資源條件下，考慮到各種業務服務質量(QoS，Quality of Service)要求(如最小傳輸速率、最大傳輸時延、最大時延抖動等)，以及用戶之間的公平性要求，合理分配時間、頻率、空間和能量資源，以提高系統有效性和可靠性，達到特定場景下資源分配目標的目的。而如何合理地利用LTE-Advanced系統中FDD/TDD中時隙，提高時隙利用率，從而利用有限的無線資源傳輸儘可能多的信息，是資源分配問題研究的一個重要方向。帶限信號是一種在採樣定理、離散傅氏變換、帶限信號外推以及各種數位訊號處理中經常會遇到的一種信號，也稱為頻譜有限信號。它在時域上是無限長的，但實際觀測時，由於傳輸時間有限，系統時隙利用率低，只能取有限時長的一段，無法傳輸截取時間段以外的信號。

發明內容
本發明為了解決系統時隙利用率低，無法在有限的時間內對更多的信號進行傳輸的問題，提出了一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法及其實現裝置。
本發明所述的一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法的具體步驟為:信號發射方法:步驟一、在數字基帶傳輸系統發射端，輸入符號序列{an} (η為0<n< + c 的正整數，其具體取值即系統輸入符號序列長度)，所述符號序列{an}由+1或-1組成，通過串並轉換對符號序列{an}進行分組，每4比特信號為一組，得到並行信號{bm};步驟二、對於步驟一得到的並行信號IbJ中的每路信號，均進行脈衝成型處理，獲得脈衝成型處理後的並行信號IbJ ;所述對每路信號的脈衝成型處理的方法均為:逐一利用脈衝成型函數對該路信號中的每比特信號進行脈衝成型，再將該路信號中所有比特的脈衝成型後信號進行疊加，得到該路信號的波形；步驟三、利用時間窗電路對步驟二得到的每路信號的波形進行壓縮，即:取每組信號的前半段時間信號f, (t);步驟四、將步驟三中所述每路信號的前半段時間信號f' (t)進行並串轉換，獲得時間信號Γ (t)的串行波形信號；步驟五、對獲得的時間信號f' (t)的串行波形信號進行濾波，然後通過發射天線發射至信道，完成基於信號壓縮與外推方法的信號的發射；信號接收方法:步驟六、接收端通過接收天線接收步驟五發射的串行波形信號，並對接收到的串行波形信號rl(t)進行濾波，獲得濾波後的信號；

步驟七、將步驟六獲得的濾波後的波形信號接照每4個碼元間隔的長度為一路的方式進行串並轉換，獲得並行的波形信號；步驟八、對步驟七獲得的並行波形信號進行抽樣，獲得並行波形信號離散抽樣點的值序列；步驟九、利用信號外推方法對步驟八獲得的離散抽樣點的值序列進行外推處理，獲得外推信號序列；步驟十、將步驟九獲得的外推信號序列進行並串轉換，獲得串行外推信號；步驟十一、將步驟十獲得的串行外推信號進行判決，獲得數字基帶傳輸系統發送端輸入符號序列{an}，完成基於信號壓縮與外推方法的信號的接收。實現上述一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法的裝置包括發送單元和接收單元，所述發射單元包括發送端串並轉換器、脈衝成型電路、時間窗電路、發送端並串轉換器、發送慮波器和發送端天線；所述發送端串並轉換器的並行信號輸出端連接脈衝成型電路的並行信號輸入端，脈衝成型電路的波形信號輸出端連接時間窗電路的波形信號輸入端，時間窗電路的波形截斷信號輸出端連接發送端並串轉換器的波形截斷信號輸入端，發送端並串轉換器的串行信號輸出端連接發送濾波器的串行信號輸入端，發送濾波器的濾波後信號輸出端連接發送端天線的信號輸入端；接收單元包括接收端天線、接收濾波器、接收端串並轉換器、抽樣電路、外推電路、接收端並串轉換器和接收端判決器；所述接收端天線的信號輸出端連接接收濾波器的信號輸入端，接收濾波器的濾波後信號輸出端連接接收端串並轉換器的串行信號輸入端，接收端串並轉換器的並行信號輸出端連接抽樣電路並行信號輸入端，抽樣電路的離散信號輸出端連接外推電路的離散信號輸入端，外推電路的外推後信號輸出端連接接收端並串轉換器的並行信號輸入端，接收端並串轉換器的串行信號輸出端連接接收端判決器的串行信號輸入端。本發明在整個通信過程中，有待傳輸的用戶比特信息在實際傳輸過程中只需傳輸了一半，而在接收端通過離散信號外推的方法，將未傳輸的另一半信息外推出來，實現了時隙利用率的倍增，進而實現了在有限的時間內對更多的信號進行傳輸，從而提高了資源的利用率。


圖1為LTE-Advanced幀結構類型I示意圖。圖2為LTE-Advanced幀結構類型2示意圖。圖3為本發明所述的一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法的流程圖。圖4為本發明裝置中發送端單元的電氣結構示意圖。圖5為本發明裝置中接收端單元的電氣結構示意圖。圖6為具體實施方式
一中比特序列1011001的波形圖。圖7為具體實施方式
一中比特序列1011波形圖。圖8為具體實施方式
一中比特序列1011第一比特的脈衝成型後的波形圖。圖9為具體實施方式
一中比特序列1011第二比特的脈衝成型後的波形圖。圖10為具體實施方式
一中比特序列1011第三比特的脈衝成型後的波形圖。圖11為具體實施方式
一中比特序列1011第四比特的脈衝成型後的波形圖。圖12為具體實施方式
一中比特序列1011四個比特脈衝成型後的疊加波形圖。圖13為具體實施方式
一中比特序列1011經時間窗壓縮後的波形圖。圖14為具體實施方式
一中接收端經串並轉換後輸出第一組信號波形圖。圖15為圖14波形經抽樣後獲得的離散波形示意圖。圖16為圖15波形經信號外推後的離散波形示意圖，圖中虛線左側為圖15中的離散波形；圖中曲線右側為依據圖15波形外推獲得的波形。
具體實施例方式具體實施方式
一、結合圖3說明本實施方式,本實施方式所述一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法的具體步驟為:信號發射方法:步驟一、在數字基帶傳輸系統發射端，輸入符號序列{an} (n為0<n< + ∞的正整數，其具體取值即系統輸入符號序列長度)，所述符號序列{an}由+1或-1組成，通過串並轉換對符號序列{an}進行分組，每4比特信號為一組，得到並行信號{bm} (m=[n/4])；步驟二、對於步驟一得到的並行信號IbJ中的每路信號，均進行脈衝成型處理，獲得脈衝成型處理後的並行信號IbJ ;所述對每路信號的脈衝成型處理的方法均為:逐一利用脈衝成型函數對該路信號中的每比特信號進行脈衝成型，再將該路信號中所有比特的脈衝成型後信號進行疊加，得到該路信號的波形；步驟三、利用時間窗電路對步驟二得到的每路信號的波形進行壓縮，即:取每組信號的前半段時間信號f, (t)；步驟四、將步驟三中所述每路信號的前半段時間信號f' (t)進行並串轉換，獲得時間信號Γ (t)的串行波形信號；步驟五、對獲得的時間信號f' (t)的串行波形信號進行濾波，然後通過發射天線發射至信道，完成基於信號壓縮與外推方法的信號的發射；信號接收方法:步驟六、接收端通過接收天線接收步驟五發射的串行波形信號，並對接收到的串行波形信號rl(t)進行濾波，獲得濾波後的信號；步驟七、將步驟六獲得的濾波後的波形信號接照每4個碼元間隔的長度為一路的方式進行串並轉換，獲得並行的波形信號；步驟八、對步驟七獲得的並行波形信號進行抽樣，獲得並行波形信號離散抽樣點的值序列； 步驟九、利用信號外推方法對步驟八獲得的離散抽樣點的值序列進行外推處理，獲得外推信號序列；步驟十、將步驟九獲得的外推信號序列進行並串轉換，獲得串行外推信號；步驟十一、將步驟十獲得的串行外推信號進行判決，獲得數字基帶傳輸系統發送端輸入符號序列{an}，完成基於信號壓縮與外推方法的信號的接收。本實施方式在整個過程中，有待傳輸的用戶比特信息在實際傳輸過程中只需傳輸了一半，而在接收端通過離散帶限信號外推的方法，將未傳輸的另一半信息外推出來，實現了時隙利用率的倍增，從而提高了資源的利用率。以一個用戶的信號為例，在數字基帶傳輸系統發送端，設此用戶待發送的輸入符號序列{an, }為1011001，如圖6所示，每個符號an, (η』= 1，2，3...，7)的取值為+1或-1，經過串並轉換後，將每4比特信息分為一組得到{bm, } (m』 = 2),其中Id1 = Ia1, a2, a3, a4},b2 = {a5，a6，a7};若比特分組的最後一組比特個數為I個、2個或者3個，即不是4比特時，如b2這種情況，可以不對最後一組進行處理，其對整個系統時隙利用率影響不大，然後對每比特數據進行脈衝成型，以匕為例，此時Id1 = {1，0，1，1}，如圖7所示，每組比特序列中的4
個比特分別進行脈衝成型，其中，脈衝成型函數為/(/) =ω。= π，則+1為f⑴，-1
為-Ut) ο將匕的4比特數據進行脈衝成型後的波形後獲得的信號fn(t)、f12(t)、f13(t)和f14(t)的波形依次如圖8、圖9、圖10、圖11所示，這4比特信號的總的波形f\(t)如圖12所示。將^⑴通過時間窗截斷後，取前半段時間信號，得到f/⑴，如圖13所示。再進行串並轉換和脈衝成型，最後得到的f/ (t)進行並串轉換，將轉換後的信號經過發送濾波器，然後通過發射天線發射至信道，完成基於信號壓縮與外推技術的信號的發射。在系統接收端，接收信號首先通過接收濾波器，然後通過串並轉換分組，將接收信號分為每4個碼元間隔長度為一組的信號；以第一組信號為例，波形如圖14所示，根據奈奎斯特定理對其進行抽樣，得到其離散抽樣點的值，如圖15所示。利用得到的離散抽樣點的值，首先求解線性方程組(2)，得到(g_M，…，gM);然後將求得的(g_M，…，gM)帶入公式(I)獲得/ +，即是從2比特信號外推得4比特信號，如圖16所示。然後在接收端進行並串轉換和判決處理，獲得數字基帶傳輸系統發送端輸入符號序列{an}，完成基於信號壓縮與外推方法的信號的接收。
具體實施方式
二、本實施方式是對具體實施方式
一所述的一種基於信號壓縮與外推方法的信號發送與接收方法的進一步說明，步驟九所述的利用信號外推方法對獲得離散抽樣點的值序列進行外推處理，獲得外推信號序列的方法具體為:通過公式:
權利要求
1.一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法，其特徵在於，具體步驟為: 信號發射方法: 步驟一、在數字基帶傳輸系統發射端，輸入符號序列{an} (η為0〈n〈+c 的正整數，其具體取值即系統輸入符號序列長度)，所述符號序列{an}由+1或-1組成，通過串並轉換對符號序列{an}進行分組，每4比特信號為一組，得到並行信號{bm} = /4]); 步驟二、對於步驟一得到的並行信號IbJ中的每路信號，均進行脈衝成型處理，獲得脈衝成型處理後的並行信號IbJ ;所述對每路信號的脈衝成型處理的方法均為: 逐一利用脈衝成型函數對該路信號中的每比特信號進行脈衝成型，再將該路信號中所有比特的脈衝成型後信號進行疊加，得到該路信號的波形； 步驟三、利用時間窗電路對步驟二得到的每路信號的波形進行壓縮，即:取每組信號的前半段時間信號f』 (t)； 步驟四、將步驟三中所述每路信號的前半段時間信號f』 (t)進行並串轉換，獲得時間信號f』 (t)的串行波形信號； 步驟五、對獲得的時間信號f』 (t)的串行波形信號進行濾波，然後通過發射天線發射至信道，完成基於信號壓縮與外推方法的信號的發射； 信號接收方法: 步驟六、接收端通過接收天線接收步驟五發射的串行波形信號，並對接收到的串行波形信號rl(t)進行濾波，獲得濾波後的信號； 步驟七、將步驟六獲得的濾波後的波形信號接照每4個碼元間隔的長度為一路的方式進行串並轉換，獲得並行的波形信號； 步驟八、對步驟七獲得的並行波形信號進行抽樣，獲得並行波形信號離散抽樣點的值序列； 步驟九、利用信號外推方法對步驟八獲得的離散抽樣點的值序列進行外推處理，獲得外推信號序列； 步驟十、將步驟九獲得的外推信號序列進行並串轉換，獲得串行外推信號； 步驟十一、將步驟十獲得的串行外推信號進行判決，獲得數字基帶傳輸系統發送端輸入符號序列{aj，完成基於信號壓縮與外推方法的信號的接收。
2.根據權利要求1所述的一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法，其特徵在於，步驟九所述的利用信號外推方法對獲得離散抽樣點的值序列進行外推處理，，獲得外推信號序列的方法具體為: 通過公式:
3.實現權利要求1所述一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法的裝置，其特徵在於，它包括發送單元和接收單元，所述發射單元包括發送端串並變換器(I)、脈衝成型電路(2)、時間窗電路(3)、發送端並串變換器(4)、發送慮波器(5)和發送端天線(6)；所述發送端串並變換器(I)的並行信號輸出端連接脈衝成型電路(2)的並行信號輸入端，脈衝成型電路(2)的波形信號輸出端連接時間窗電路(3)的波形信號輸入端,時間窗電路(3)的波形截斷信號輸出端連接發送端並串變換器(4)的波形截斷信號輸入端，發送端並串變換器(4)的串行信號輸出端連接發送濾波器(5)的串行信號輸入端，發送濾波器(5)的濾波後信號輸出端連接發送端天線(6)的信號輸入端； 接收單元包括接收端天線(7)、接收濾波器(8)、接收端串並變換器(9)、抽樣電路(10)、外推電路(11)、接收端並串變換器(12)和接收端判決器(13)； 所述接收端天線(7)的信號輸出端連接接收濾波器(8)的信號輸入端，接收濾波器(8)的濾波後信號輸出端連接接收端串並變換器(9)的串行信號輸入端，接收端串並變換器(9)的並行信號輸出端連接 抽樣電路(10)並行信號輸入端，抽樣電路(10)的離散信號輸出端連接外推電路(11)的離散信號輸入端，外推電路(11)的外推後信號輸出端連接接收端並串變換器(12)的並行信號輸入端，接收端並串變換器(12)的串行信號輸出端連接接收端判決器(13)的串行信號輸入端。
全文摘要
一種基於信號壓縮與外推技術的信號發射與接收方法及其實現裝置，本發明涉及通信領域，本發明解決了系統時隙利用率低，無法在有限的時間內對更多的信號進行傳輸的問題。本發明所述方法為對輸入序列進行脈衝成型、波形壓縮、並串變換、濾波通過天線發送出去；接收端通過天線接收到波形信號對信號進行濾波、串並變換、抽樣、外推處理、並串轉換，獲得發送端輸入符號序列。所述裝置包括發送單元和接收單元，發射單元將信號經發送端串並轉換器、脈衝成型電路、時間窗電路進行壓縮後利用原始通信方法將信號發送至信道；接收單元將接收到的信號經抽樣電路、外推電路獲得外推後信號序列再經接收端判決器獲得發送端輸入符號序列。本發明適用於通信領域。
文檔編號H04L25/03GK103139119SQ20131006422
公開日2013年6月5日 申請日期2013年2月28日 優先權日2013年2月28日
發明者沙學軍, 姜來為, 劉曉萍, 吳宣利, 吳瑋 申請人:哈爾濱工業大學