添加循环前后缀加窗处理数据压缩方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及添加循环前后缀加窗处理数据压缩方法，属于信号压缩处理技术领 域。
【背景技术】
[0002] 对于需要通过无线网络传输的数据，若信息数据量较大，直接传输有许多弊端。未 经压缩通过专用网络传输，会增大网络的数据负荷和传输延时，降低网络的Q〇S，增加网络 中发送终端和传输路由节点的功耗，极端情况下甚至会导致网络瘫痪。通过第三方运营网 络，如GPRS或者3G网络，会增加数据流量费用，不仅提高了生产运行成本，而且占用了民用 通信资源。传统数据压缩方法加零值补充傅里叶变换所需点数，这样做会产生截断效应影 响数据准确性，同时截取时还存在能量向高频泄露的问题，也会影响压缩性能。
[0003] 现有技术在传输功耗和数据流量方面，浪费资源，性能不够理想。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了压缩数据传输量，减少传输网络数据负荷和传输延时，节约 通信资源，提出添加循环前后缀时域加窗处理数据压缩方法，该方法用以压缩数据冗余，添 加循环前缀和后缀可降低截断效应，进行时域加窗可抑制能量向高频泄漏，采用软件流水 和MC运算单元来实现离散傅立叶变换，进一步降低运算复杂度。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0006] 本发明的添加循环前后缀加窗处理数据压缩方法，步骤为：
[0007] 1)在发送端，对x(n)前后加 AL1点的循环前缀和1^2点的循环后缀，补足到N点，减小 截断效应，即LdI^M=N;
[0008] 所述的添加循环前后缀处理，表示为
[0009] 2)对步骤1)得到的Xl(n)进行加窗处理得到X2(n);
[0010] 所述的加窗处理，是指将信号与窗函数相乘，X2(n)=Xl(n)wH(n)，得到有限长序列 Χ2(η)，其长度为N;N为自然数；
[0011] 所述的窗函数可为任意汉明窗，优选值为
[0012] WH(n)=0.54+0.46cos(2n3r/N)n￡ [0,N-1]；
[0013] 3)对步骤2)得到的Χ2(η)序列进行FFT(Fast Fourier Transformation)快速傅里 叶运算，X2(k)=FFT(x2(n))，得到的序列相当于长度为N的有限长序列；
[0014] 4)传输低频的L+1点复数据，Xsend(n)=X2(k)ke[0，L]，L为设置的压缩后数据大 小；
[0015] 5)在接收端，将接收到的步骤4)中L+1点复数据Xrecv(k)ke[0，L]根据共辄对称性 质还原出完整的N点频域复数据；
[0016] 所述的共辄对称性质，是指实序列DFT的性质，对时域上N点的实序列进行DFT得到 的N点频域数据是共辄对称的，即:X reCT(N-k) =Xrec/(k)ke [ I，N-1 ];
[0017] 所述的还原，即
)
[0019] 6)对步骤5)得到的N点复数据进行IFFT取实部得到N点时域数据；
[0020] 7)对步骤6)得到的数据删除循环前缀和后缀，抽取中间的M点数据，除以对应的窗 函数完成解压缩过程。
[0021] 有益效果
[0022] 本发明通过添加循环前后缀补齐FFT点数抑制了截断效应，提高压缩算法性能;通 过加窗处理将信号能量集中在主瓣之内，降低频谱泄露;截取低频点传输有效压缩了数据 量。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明方法的系统实现框图；
[0024] 图2是步骤1)中加循环前后缀效果图；
[0025]图3是步骤2)中加窗处理效果图；
[0026] 图4是本发明方法压缩数据效果图；
[0027] 图5是本发明方法与只加循环前后缀或补零值方法性能对比图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0029]实施例
[0030] 1)如图1所示，在发送端，对x(n)前后加 AL1点的循环前缀和1^2点的循环后缀，补足 至㈣点，减小截断效应，即!^+LAM = N;如图2所示，进行循环前后缀处理后信号截取效应明显 减弱。
[0031] 所述的添加循环前后缀处理，表示为
一个周 期采样385点，加入64点循环前缀和64点循环后缀。
[0032] 2)对步骤1)得到的X1(n)进行加窗处理，如图3所示，加窗处理后信号性能好，能量 泄露小；
[0033] 所述的加窗处理，是指将信号与窗函数相乘，得到有限长序列，其长度为N;N为自 然数;在这里设定N值1024,采用的汉明窗处理，优选值为WH(n) =0.54+0.46cos(2nVN)ne [0，N-1]〇
[0034] 3)对步骤2)得到的χ2(η)序列进行FFT运算，得到的序列相当于长度为N的有限长 序列；
[0035] 4)传输低频的40点复数据；
[0036]要传输的低频数据具体表示为Xsend (n)=Xi(k)ke[0，L]
[0037] 5)在接收端，将接收到的步骤4)中L+1点复数据根据共辄对称性质还原出完整的N 点频域复数据；
[0038]所述的共辄对称性质，是指实序列DFT的性质，对时域上N点的实序列进行DFT得到 的N点频域数据是共辄对称的，即JKN-k^XAlOkeHl]
[0039] 具体表示为
[0040] 6)对步骤5)得到的N点复数据进行IFFT取实部得到N点时域数据；
[0041] 7)对步骤6)得到的数据删除循环前缀和后缀，抽取中间的M点数据，除以对应的窗 函数，至此完成解压缩过程。原数据与经过本发明方法压缩的信号效果如图4所示。本方法 压缩处理效果与只添加循环前后缀、只补零值进行频域变换效果对比，直接补零值会导致 数据偏差较大，加循环前后缀后数据吻合明显提高了，特别是偏差大大降低，通过加窗函 数，恢复出来的数据整体偏差进一步降低，均方误差也进一步降低，数据一致性提高了，这 意味着解压缩恢复出来的数据结果提高了。
【主权项】
1. 添加循环前后缀加窗处理数据压缩方法，其特征在于，包含以下步骤： 步骤一:在发送端，对X(n)前后加入1^点的循环前缀和1^2点的循环后缀，补足到N点，减 小截断效应，即Li+L2+M=N; χ( ；/ -Λ,-l·??) /7 t [〇. / '-l] 所述的添加循环前后缀处理，表示为功0 +-1) η &[/.,!.,+μ - ?] x(n-li-M) η e [λι + μ, Ν -1] 步骤二:对步骤一得到的^(11)进行加窗处理得到Χ2(η); 所述的加窗处理，是指将信号与窗函数相乘，X2(n)=X1(n)wH(n)，得到有限长序列 Χ2 (η)，其长度为N;N为自然数； 所述的窗函数为汉明窗WH(n) = 0· 54+0.46cos(2nJi/N)ne [〇，Ν-1]; 步骤三:对步骤二得到的Χ2 (η)序列进行FFT (Fast Fourier Transformat ion)快速傅里 叶运算，X2(k)=FFT(x2(n))，得到的序列相当于长度为N的有限长序列； 步骤四：传输低频的L+1点复数据，Xsend(n)=X2(k)ke[〇，L]，L为设置的压缩后数据大 小； 步骤五:在接收端，将接收到的步骤4)中L+1点复数据乂^〇〇1^[〇丄]根据共辄对称性 质还原出完整的N点频域复数据； 所述的共辄对称性质，是指实序列DFT的性质，对时域上N点的实序列进行DFT得到的N 点频域数据是共辄对称的，即:Xr_(N-k) =Xrec/(k) ke [ 1，N-1 ]; 所述的还原，即 U) k ￡ [°5L\ X (k) =< 0 k €：[L + \,N-L) k^[N-LN-l\ 步骤六:对步骤五得到的N点复数据进行IFFT取实部得到N点时域数据； 步骤七:对步骤六得到的数据删除循环前缀和后缀，抽取中间的Μ点数据，除以对应的 窗函数，自此完成解压缩过程。2. 根据权利要求1所述添加循环前后缀加窗处理数据压缩方法，其特征在于，步骤一中 对于一个采样周期385点的数据，循环前缀和循环后缀的优选值为64点。3. 根据权利要求1所述添加循环前后缀加窗处理数据压缩方法，其特征在于，步骤二中 时域加窗优选值为汉明窗wH(n) = 0.54+0.46c〇S(2n3i/N) ne [〇，Ν-1 ]，Ν为数据长度。
【专利摘要】本发明是一种添加循环前后缀加窗处理数据压缩方法，属于信号压缩处理领域。该方法用以压缩数据冗余，进行添加循环前后缀补齐FFT点数抑制了截断效应，提高压缩算法性能，进行时域加窗处理将信号能量集中在主瓣之内，降低频谱泄露，截取低频点传输有效压缩了数据量。在实际数据传输应用中，降低了通信资源的占用，缓解了网络传输延时，节约了生产运行成本。
【IPC分类】H04L29/08, H04L27/26
【公开号】CN105471797
【申请号】CN201510797051
【发明人】王卫江, 高巍, 史玥婷
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月18日