一种信号发射方法及相应的接收端波束成形方法技术

本发明专利技术公开了一种信号发射方法及相应的接收端波束成形方法，属于信号处理技术领域。其发射方法包括将原始信号映射为数字信号形式、插入梳状导频、将信号变换为时域数字信号、对时域数字信号依次进行串并转换、加入循环前缀、并串转换和数/模变换以形成模拟信号，以及将模拟信号通过双选信道发射出去等步骤。本发明专利技术方法将基于最小均方误差的波束成形技术应用于混合载波系统，既实现了基于分数傅里叶变换的混合载波系统对抗双选信道的天然优势，又实现了波束成形算法对符号间干扰的抑制效果，从而极大地提升了通信系统的传输性能，是对现有技术的一种重要改进。

Signal transmitting method and corresponding receiving end beam forming method

The invention discloses a signal emission method and a corresponding receiving end beam forming method, belonging to the signal processing technical field. The emission method includes the original signal mapping for the insertion of digital signal form, comb pilot, the signal is converted to digital signal in time domain, time domain digital signal in serial parallel conversion, adding cyclic prefix, and string conversion and a / D transform to form an analog signal, and the analog signal is emitted through the doubly selective channel steps. The method of the invention, the minimum mean square error of beam forming technology applied to hybrid carrier based system, realized the mixed carrier system against the doubly selective channel of fractional Fourier transform based on natural advantages, but also realize the beamforming algorithm for inter symbol interference suppression effect, which greatly enhance the transmission performance of the communication system, is a an improvement of the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
一种信号发射方法及相应的接收端波束成形方法
本专利技术涉及信号处理
，特别是指一种信号发射方法及相应的接收端波束成形方法。
技术介绍
随着现代通信技术的快速发展，通信领域对于信息传输可靠性的要求在不断提高。但是，由于通信环境的复杂性，信号传输受到的来自时域和频域的双选信道的干扰不可避免，这种干扰严重影响了通信质量。例如，信号在传输过程中，会受到由于相对移动而引起的多普勒效应的影响，还会受到由于多径传输而引起的多径效应的影响。实际场景中，上述两种信道衰落形式往往同时存在，因此这种情况也被称为双选信道。现有技术中，为了实现时频双选信道下的抗码间串扰(Intersymbolinterference，ISI)，研究人员提出了波束成形技术(BeamformingTechnology)。波束成形技术是性能较好的信号处理技术，是智能天线技术中的重要研究内容。但是，现在技术对于波束成形技术的研究主要集中在传统的单载波系统和正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)系统，不能应用到混合载波系统中。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种信号发射方法及相应的接收端波束成形方法，其能够将波束成形技术应用到混合载波系统中，对于抑制双选信道中的多径干扰具有良好效果。基于上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种基于分数傅里叶变换调制的信号发射方法，其应用于信号发射端，包括以下步骤：(1)将原始信号映射为数字信号形式；(2)在映射后的数字信号中等间隔插入梳状导频；(3)选择变换阶数α，通过-α阶的4-WFRFT(4-weightedfractionalFouriertransform，四项加权型分数阶傅里叶变换)将插入导频的信号变换为时域数字信号；(4)对时域数字信号依次进行串并转换、加入循环前缀、并串转换和数/模变换，形成模拟信号；(5)将模拟信号通过双选信道发射出去。此外，本专利技术还提供一种基于混合载波解调的波束成形方法，其应用于接收阵列天线，用于接收用如上所述方法发射的信号，其中，接收阵列天线具有根据最小均方误差算法的算法复杂度设计的16～32个接收天线阵元，该方法包括以下步骤：(1)估计多径时延，并通过多径时延估计出接收多径信号的波达方向；(2)通过双选信道接收波达方向上的模拟信号，并通过模/数变换将模拟信号转换为数字信号；(3)通过已知的参考梳状导频信号以及估计得到的波达方向，确定接收阵列天线上每个接收天线阵元的最优权值；(4)根据最优权值对每个接收天线阵元接收到的数字信号进行加权合成处理，并将合成后的信号依次进行串并转换、去循环前缀和并串转换处理，得到时域信号；(5)对时域信号依次进行α阶的4-WFRFT变换以及数字解调，得到原始的α阶的加权分数域数字信号；(6)对原始的α阶的加权分数域数字信号进行与发射端信号处理相应的去导频和逆映射处理，得到原始信号。从上面的叙述可以看出，本专利技术技术方案的有益效果在于：本专利技术将基于最小均方误差的波束成形技术应用于混合载波系统，既实现了基于分数傅里叶变换的混合载波系统对抗双选信道的天然优势，又实现了波束成形算法对符号间干扰的抑制效果，从而极大地提升了通信系统的传输性能，是对现有技术的一种重要改进。附图说明为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的
技术介绍
、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。需要注意的是，这些附图可以给出也可以不给出一些在本专利文字部分已有描述且属于本领域普通技术人员公知常识的具体细节；并且，因为本领域的普通技术人员完全可以结合本专利已公开的文字内容和/或附图内容，在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，因此下面这些附图可以涵盖也可以不涵盖本专利文字部分所叙述的所有技术方案。此外，这些附图的具体内涵需要结合本专利的文字内容予以确定，当本专利的文字内容与这些附图中的某个明显结构不相符时，需要结合本领域的公知常识以及本专利其他部分的叙述来综合判断到底是本专利的文字部分存在笔误，还是附图中存在绘制错误。特别地，以下附图均为实例性质的图片，并非旨在暗示本专利的保护范围，本领域的普通技术人员通过参考本专利所公开的文字内容和/或附图内容，可以在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，这些新附图所代表的技术方案依然在本专利的保护范围之内。图1是本专利技术实施例中发射端的一种原理图；图2是本专利技术实施例中接收端的一种原理图；图3是本专利技术实施例与现有技术的一种仿真对比数据图。具体实施方式为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。一种基于分数傅里叶变换调制的信号发射方法，其应用于信号发射端，包括以下步骤：(1)通过合适的映射方式，比如正交相移键控(QuadraturePhaseShiftKeyin，QPSK)方法，将原始信号映射为便于信号处理的数字信号形式S'；(2)在映射后的数字信号中等间隔插入梳状导频，得到插入导频后的信号S；梳状导频用于在接收端获取参考信号；(3)选择合适的变换阶数α，将S作为分数域信号，通过-α阶的4-WFRFT将S变换为时域数字信号X：X＝F-α(S)；式中，F-α(S)表示对S进行-α阶四项加权分数傅里叶变换(即4-WFRFT)；(4)对时域数字信号X依次进行串并转换、加入循环前缀、并串转换和数/模变换，形成模拟信号；(5)将模拟信号通过双选信道发射出去。另一方面，在接收端通过一种基于混合载波解调的波束成形方法接受上述信号，其中，接收端为接收阵列天线，且接收阵列天线具有根据最小均方误差算法(MinimumMeanSquareError，MMSE)的算法复杂度设计的16～32个接收天线阵元，该方法包括以下步骤：(1)估计多径时延，并通过多径时延估计出接收多径信号的波达方向A(θ)；(2)通过双选信道接收波达方向上的模拟信号X'R，并通过模/数变换将模拟信号X'R转换为数字信号XR；XR与发射端时域数字信号X的关系如下：XR＝H·A(θ)·X+V；式中，H表示时变信道矩阵，A(θ)＝[A(θ1),A(θ2),...A(θP)]，表示P个接收天线阵元的波达方向，已有文献表明波达方向可以通过接收端的时延估计得到，V表示高斯白噪声；(3)通过已知的参考梳状导频信号以及估计得到的波达方向A(θ)，应用最小均方误差算法(即MMSE)确定接收阵列天线上每个接收天线阵元的最优权值，这些最优权值组成矩阵Ωopt：其中，表示接收信号的导频部分，SP表示发送导频序列，表示多项式模值的期望，ΩH为天线阵列权值矩阵Ω的共轭转置矩阵(该公式中的上标H均表示共轭转置)，argΩmin表示在Ω的取值范围内使大括号中的表达式取最小值时的Ω值；(4)根据最优权值矩阵Ωopt对每个接收天线阵元接收到的数字信号XR进行加权合成处理：式中，Y为加权合成后的接收信号；然后，对合成后的信号Y依次进行串并转换、去循环前缀和并串转换处理，得到时域信号；(5)对时域信号依次进行α阶的4-WFRFT和数字解调，得到原始的α阶的加权分数域数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分数傅里叶变换调制的信号发射方法，其特征在于，应用于信号发射端，包括以下步骤：(1)将原始信号映射为数字信号形式；(2)在映射后的数字信号中等间隔插入梳状导频；(3)选择变换阶数α，通过‑α阶的4‑WFRFT将插入导频的信号变换为时域数字信号；(4)对时域数字信号依次进行串并转换、加入循环前缀、并串转换和数/模变换，形成模拟信号；(5)将模拟信号通过双选信道发射出去。

【技术特征摘要】
1.一种基于分数傅里叶变换调制的信号发射方法，其特征在于，应用于信号发射端，包括以下步骤：(1)将原始信号映射为数字信号形式；(2)在映射后的数字信号中等间隔插入梳状导频；(3)选择变换阶数α，通过-α阶的4-WFRFT将插入导频的信号变换为时域数字信号；(4)对时域数字信号依次进行串并转换、加入循环前缀、并串转换和数/模变换，形成模拟信号；(5)将模拟信号通过双选信道发射出去。2.一种基于混合载波解调的波束成形方法，其特征在于，应用于接收阵列天线，用于接收用如权利要求1所述方法发射的信号，所述接收阵列天线具有根据最小均方误差算法的算法复杂度设计的16～32个接收天线阵元，该方法包括以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，杨博，宋志群，刘丽哲，孙腾，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13