专利名称：一种基于信号压缩与外推技术的信号发射与接收方法及其实现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域。
背景技术：
LTE (Long Term Evolution)是继第三代移动通信之后国际上主流的新一代移动通信标准。2009年9月，LTE R8版本标准功能性冻结，同时为了满足ITU关于4G方案的需求，LTE-Advanced标准化工作正式开始启动。然而，不论是LTE还是LTE-Advanced,根据发送信号双工方式不同，都可以分为TDD (Time Division Duplex)和FDD (Frequency Division Duplex)两种双工方式。其中，FDD双工方式可进一步分为全双工 FDD (Full-Duplex FDD)和半双工 FDD (HD-FDD，Half-Duplex FDD)。图1 所示为LTE-Advanced帧结构类型I，适用于全双工和半双工的FDD模式。对FDD，其上下行传输信号在不同的频带内，采用连续发射方式发送信号。在每IOms的间隔内，10个子帧可用于下行链路传输也可用于上行链路传输，上下行传输按频域隔离。对于TDD双工方式的蜂窝系统，上下行传输信号在同一频带内，通过将信号调度到不同时间段，采用非连续方式发送，并设置一定的时间间隔方式以避免上下行信号间的干扰。如图2所示为LTE-Advanced帧结构类型2，适用于TDD模式。无线通信系统中可用的资源是非常有限的。然而，随着无线通信技术的不断发展，用户的业务需求在急剧增加。在LTE-Advanced系统中，不仅无线网络服务的用户数量在迅速增长，各种新型业务诸如视频电话、视频点播、无线因特网及无线游戏等对网络的要求也越来越高。除了采用先进的物理层技术提高无线传输的有效性和可靠性之外，如何利用有限的无线资源来满足各种应用的不同服务质量要求是无线通信亟待解决的重要问题。总的来说，资源分配问题是指在有限的无线资源条件下，考虑到各种业务服务质量(QoS，Quality of Service)要求(如最小传输速率、最大传输时延、最大时延抖动等)，以及用户之间的公平性要求，合理分配时间、频率、空间和能量资源，以提高系统有效性和可靠性，达到特定场景下资源分配目标的目的。而如何合理地利用LTE-Advanced系统中FDD/TDD中时隙，提高时隙利用率，从而利用有限的无线资源传输尽可能多的信息，是资源分配问题研究的一个重要方向。带限信号是一种在采样定理、离散傅氏变换、带限信号外推以及各种数字信号处理中经常会遇到的一种信号，也称为频谱有限信号。它在时域上是无限长的，但实际观测时，由于传输时间有限，系统时隙利用率低，只能取有限时长的一段，无法传输截取时间段以外的信号。
发明内容
本发明为了解决系统时隙利用率低，无法在有限的时间内对更多的信号进行传输的问题，提出了一种基于信号压缩与外推技术的信号发射与接收方法及其实现装置。
本发明所述的一种基于信号压缩与外推技术的信号发射与接收方法的具体步骤为:信号发射方法:步骤一、在数字基带传输系统发射端，输入符号序列{an} (η为0<n< + c 的正整数，其具体取值即系统输入符号序列长度)，所述符号序列{an}由+1或-1组成，通过串并转换对符号序列{an}进行分组，每4比特信号为一组，得到并行信号{bm};步骤二、对于步骤一得到的并行信号IbJ中的每路信号，均进行脉冲成型处理，获得脉冲成型处理后的并行信号IbJ ;所述对每路信号的脉冲成型处理的方法均为:逐一利用脉冲成型函数对该路信号中的每比特信号进行脉冲成型，再将该路信号中所有比特的脉冲成型后信号进行叠加，得到该路信号的波形；步骤三、利用时间窗电路对步骤二得到的每路信号的波形进行压缩，即:取每组信号的前半段时间信号f, (t);步骤四、将步骤三中所述每路信号的前半段时间信号f' (t)进行并串转换，获得时间信号Γ (t)的串行波形信号；步骤五、对获得的时间信号f' (t)的串行波形信号进行滤波，然后通过发射天线发射至信道，完成基于信号压缩与外推方法的信号的发射；信号接收方法:步骤六、接收端通过接收天线接收步骤五发射的串行波形信号，并对接收到的串行波形信号rl(t)进行滤波，获得滤波后的信号；
步骤七、将步骤六获得的滤波后的波形信号接照每4个码元间隔的长度为一路的方式进行串并转换，获得并行的波形信号；步骤八、对步骤七获得的并行波形信号进行抽样，获得并行波形信号离散抽样点的值序列；步骤九、利用信号外推方法对步骤八获得的离散抽样点的值序列进行外推处理，获得外推信号序列；步骤十、将步骤九获得的外推信号序列进行并串转换，获得串行外推信号；步骤十一、将步骤十获得的串行外推信号进行判决，获得数字基带传输系统发送端输入符号序列{an}，完成基于信号压缩与外推方法的信号的接收。实现上述一种基于信号压缩与外推技术的信号发射与接收方法的装置包括发送单元和接收单元，所述发射单元包括发送端串并转换器、脉冲成型电路、时间窗电路、发送端并串转换器、发送虑波器和发送端天线；所述发送端串并转换器的并行信号输出端连接脉冲成型电路的并行信号输入端，脉冲成型电路的波形信号输出端连接时间窗电路的波形信号输入端，时间窗电路的波形截断信号输出端连接发送端并串转换器的波形截断信号输入端，发送端并串转换器的串行信号输出端连接发送滤波器的串行信号输入端，发送滤波器的滤波后信号输出端连接发送端天线的信号输入端；接收单元包括接收端天线、接收滤波器、接收端串并转换器、抽样电路、外推电路、接收端并串转换器和接收端判决器；所述接收端天线的信号输出端连接接收滤波器的信号输入端，接收滤波器的滤波后信号输出端连接接收端串并转换器的串行信号输入端，接收端串并转换器的并行信号输出端连接抽样电路并行信号输入端，抽样电路的离散信号输出端连接外推电路的离散信号输入端，外推电路的外推后信号输出端连接接收端并串转换器的并行信号输入端，接收端并串转换器的串行信号输出端连接接收端判决器的串行信号输入端。本发明在整个通信过程中，有待传输的用户比特信息在实际传输过程中只需传输了一半，而在接收端通过离散信号外推的方法，将未传输的另一半信息外推出来，实现了时隙利用率的倍增，进而实现了在有限的时间内对更多的信号进行传输，从而提高了资源的利用率。
图1为LTE-Advanced帧结构类型I示意图。图2为LTE-Advanced帧结构类型2示意图。图3为本发明所述的一种基于信号压缩与外推技术的信号发射与接收方法的流程图。图4为本发明装置中发送端单元的电气结构示意图。图5为本发明装置中接收端单元的电气结构示意图。图6为具体实施方式
一中比特序列1011001的波形图。图7为具体实施方式
一中比特序列1011波形图。图8为具体实施方式
一中比特序列1011第一比特的脉冲成型后的波形图。图9为具体实施方式
一中比特序列1011第二比特的脉冲成型后的波形图。图10为具体实施方式
一中比特序列1011第三比特的脉冲成型后的波形图。图11为具体实施方式
一中比特序列1011第四比特的脉冲成型后的波形图。图12为具体实施方式
一中比特序列1011四个比特脉冲成型后的叠加波形图。图13为具体实施方式
一中比特序列1011经时间窗压缩后的波形图。图14为具体实施方式
一中接收端经串并转换后输出第一组信号波形图。图15为图14波形经抽样后获得的离散波形示意图。图16为图15波形经信号外推后的离散波形示意图，图中虚线左侧为图15中的离散波形；图中曲线右侧为依据图15波形外推获得的波形。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图3说明本实施方式,本实施方式所述一种基于信号压缩与外推技术的信号发射与接收方法的具体步骤为:信号发射方法:步骤一、在数字基带传输系统发射端，输入符号序列{an} (n为0<n< + ∞的正整数，其具体取值即系统输入符号序列长度)，所述符号序列{an}由+1或-1组成，通过串并转换对符号序列{an}进行分组，每4比特信号为一组，得到并行信号{bm} (m=[n/4])；步骤二、对于步骤一得到的并行信号IbJ中的每路信号，均进行脉冲成型处理，获得脉冲成型处理后的并行信号IbJ ;所述对每路信号的脉冲成型处理的方法均为:逐一利用脉冲成型函数对该路信号中的每比特信号进行脉冲成型，再将该路信号中所有比特的脉冲成型后信号进行叠加，得到该路信号的波形；步骤三、利用时间窗电路对步骤二得到的每路信号的波形进行压缩，即:取每组信号的前半段时间信号f, (t)；步骤四、将步骤三中所述每路信号的前半段时间信号f' (t)进行并串转换，获得时间信号Γ (t)的串行波形信号；步骤五、对获得的时间信号f' (t)的串行波形信号进行滤波，然后通过发射天线发射至信道，完成基于信号压缩与外推方法的信号的发射；信号接收方法:步骤六、接收端通过接收天线接收步骤五发射的串行波形信号，并对接收到的串行波形信号rl(t)进行滤波，获得滤波后的信号；步骤七、将步骤六获得的滤波后的波形信号接照每4个码元间隔的长度为一路的方式进行串并转换，获得并行的波形信号；步骤八、对步骤七获得的并行波形信号进行抽样，获得并行波形信号离散抽样点的值序列； 步骤九、利用信号外推方法对步骤八获得的离散抽样点的值序列进行外推处理，获得外推信号序列；步骤十、将步骤九获得的外推信号序列进行并串转换，获得串行外推信号；步骤十一、将步骤十获得的串行外推信号进行判决，获得数字基带传输系统发送端输入符号序列{an}，完成基于信号压缩与外推方法的信号的接收。本实施方式在整个过程中，有待传输的用户比特信息在实际传输过程中只需传输了一半，而在接收端通过离散带限信号外推的方法，将未传输的另一半信息外推出来，实现了时隙利用率的倍增，从而提高了资源的利用率。以一个用户的信号为例，在数字基带传输系统发送端，设此用户待发送的输入符号序列{an, }为1011001，如图6所示，每个符号an, (η’= 1，2，3...，7)的取值为+1或-1，经过串并转换后，将每4比特信息分为一组得到{bm, } (m’ = 2),其中Id1 = Ia1, a2, a3, a4},b2 = {a5，a6，a7};若比特分组的最后一组比特个数为I个、2个或者3个，即不是4比特时，如b2这种情况，可以不对最后一组进行处理，其对整个系统时隙利用率影响不大，然后对每比特数据进行脉冲成型，以匕为例，此时Id1 = {1，0，1，1}，如图7所示，每组比特序列中的4
个比特分别进行脉冲成型，其中，脉冲成型函数为/(/) =ω。= π，则+1为f⑴，-1
为-Ut) ο将匕的4比特数据进行脉冲成型后的波形后获得的信号fn(t)、f12(t)、f13(t)和f14(t)的波形依次如图8、图9、图10、图11所示，这4比特信号的总的波形f\(t)如图12所示。将^⑴通过时间窗截断后，取前半段时间信号，得到f/⑴，如图13所示。再进行串并转换和脉冲成型，最后得到的f/ (t)进行并串转换，将转换后的信号经过发送滤波器，然后通过发射天线发射至信道，完成基于信号压缩与外推技术的信号的发射。在系统接收端，接收信号首先通过接收滤波器，然后通过串并转换分组，将接收信号分为每4个码元间隔长度为一组的信号；以第一组信号为例，波形如图14所示，根据奈奎斯特定理对其进行抽样，得到其离散抽样点的值，如图15所示。利用得到的离散抽样点的值，首先求解线性方程组(2)，得到(g_M，…，gM);然后将求得的(g_M，…，gM)带入公式(I)获得/ +，即是从2比特信号外推得4比特信号，如图16所示。然后在接收端进行并串转换和判决处理，获得数字基带传输系统发送端输入符号序列{an}，完成基于信号压缩与外推方法的信号的接收。
具体实施方式
二、本实施方式是对具体实施方式
一所述的一种基于信号压缩与外推方法的信号发送与接收方法的进一步说明，步骤九所述的利用信号外推方法对获得离散抽样点的值序列进行外推处理，获得外推信号序列的方法具体为:通过公式:
权利要求
1.一种基于信号压缩与外推技术的信号发射与接收方法，其特征在于，具体步骤为: 信号发射方法: 步骤一、在数字基带传输系统发射端，输入符号序列{an} (η为0〈n〈+c 的正整数，其具体取值即系统输入符号序列长度)，所述符号序列{an}由+1或-1组成，通过串并转换对符号序列{an}进行分组，每4比特信号为一组，得到并行信号{bm} = /4]); 步骤二、对于步骤一得到的并行信号IbJ中的每路信号，均进行脉冲成型处理，获得脉冲成型处理后的并行信号IbJ ;所述对每路信号的脉冲成型处理的方法均为: 逐一利用脉冲成型函数对该路信号中的每比特信号进行脉冲成型，再将该路信号中所有比特的脉冲成型后信号进行叠加，得到该路信号的波形； 步骤三、利用时间窗电路对步骤二得到的每路信号的波形进行压缩，即:取每组信号的前半段时间信号f’ (t)； 步骤四、将步骤三中所述每路信号的前半段时间信号f’ (t)进行并串转换，获得时间信号f’ (t)的串行波形信号； 步骤五、对获得的时间信号f’ (t)的串行波形信号进行滤波，然后通过发射天线发射至信道，完成基于信号压缩与外推方法的信号的发射； 信号接收方法: 步骤六、接收端通过接收天线接收步骤五发射的串行波形信号，并对接收到的串行波形信号rl(t)进行滤波，获得滤波后的信号； 步骤七、将步骤六获得的滤波后的波形信号接照每4个码元间隔的长度为一路的方式进行串并转换，获得并行的波形信号； 步骤八、对步骤七获得的并行波形信号进行抽样，获得并行波形信号离散抽样点的值序列； 步骤九、利用信号外推方法对步骤八获得的离散抽样点的值序列进行外推处理，获得外推信号序列； 步骤十、将步骤九获得的外推信号序列进行并串转换，获得串行外推信号； 步骤十一、将步骤十获得的串行外推信号进行判决，获得数字基带传输系统发送端输入符号序列{aj，完成基于信号压缩与外推方法的信号的接收。
2.根据权利要求1所述的一种基于信号压缩与外推技术的信号发射与接收方法，其特征在于，步骤九所述的利用信号外推方法对获得离散抽样点的值序列进行外推处理，，获得外推信号序列的方法具体为: 通过公式:
3.实现权利要求1所述一种基于信号压缩与外推技术的信号发射与接收方法的装置，其特征在于，它包括发送单元和接收单元，所述发射单元包括发送端串并变换器(I)、脉冲成型电路(2)、时间窗电路(3)、发送端并串变换器(4)、发送虑波器(5)和发送端天线(6)；所述发送端串并变换器(I)的并行信号输出端连接脉冲成型电路(2)的并行信号输入端，脉冲成型电路(2)的波形信号输出端连接时间窗电路(3)的波形信号输入端,时间窗电路(3)的波形截断信号输出端连接发送端并串变换器(4)的波形截断信号输入端，发送端并串变换器(4)的串行信号输出端连接发送滤波器(5)的串行信号输入端，发送滤波器(5)的滤波后信号输出端连接发送端天线(6)的信号输入端； 接收单元包括接收端天线(7)、接收滤波器(8)、接收端串并变换器(9)、抽样电路(10)、外推电路(11)、接收端并串变换器(12)和接收端判决器(13)； 所述接收端天线(7)的信号输出端连接接收滤波器(8)的信号输入端，接收滤波器(8)的滤波后信号输出端连接接收端串并变换器(9)的串行信号输入端，接收端串并变换器(9)的并行信号输出端连接 抽样电路(10)并行信号输入端，抽样电路(10)的离散信号输出端连接外推电路(11)的离散信号输入端，外推电路(11)的外推后信号输出端连接接收端并串变换器(12)的并行信号输入端，接收端并串变换器(12)的串行信号输出端连接接收端判决器(13)的串行信号输入端。
全文摘要
一种基于信号压缩与外推技术的信号发射与接收方法及其实现装置，本发明涉及通信领域，本发明解决了系统时隙利用率低，无法在有限的时间内对更多的信号进行传输的问题。本发明所述方法为对输入序列进行脉冲成型、波形压缩、并串变换、滤波通过天线发送出去；接收端通过天线接收到波形信号对信号进行滤波、串并变换、抽样、外推处理、并串转换，获得发送端输入符号序列。所述装置包括发送单元和接收单元，发射单元将信号经发送端串并转换器、脉冲成型电路、时间窗电路进行压缩后利用原始通信方法将信号发送至信道；接收单元将接收到的信号经抽样电路、外推电路获得外推后信号序列再经接收端判决器获得发送端输入符号序列。本发明适用于通信领域。
文档编号H04L25/03GK103139119SQ20131006422
公开日2013年6月5日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者沙学军, 姜来为, 刘晓萍, 吴宣利, 吴玮 申请人:哈尔滨工业大学