基于零拖尾DFT拓展的高谱效分复用通信方法技术

本发明专利技术提供一种低复杂度、有效解调发射信号且可通过调整零拖尾的长度提升性能的基于零拖尾DFT拓展的高谱效分复用通信方法，属于信息与通信技术领域。所述方法包括发送步骤和接收步骤，所述发送步骤为：构造具有零拖尾特征的时域发送符号矢量，发送该时域发送符号矢量；所述接收步骤包括：步骤B1：接收信号矢量，在接收的信号矢量的末尾补K‑N个零，获取时域接收符号序列，对时域接收符号序列进行K点FFT变换得到频域接收信号；步骤B2：取频域接收信号的前N个数据进行N点DFT变换；步骤B3:提取N点DFT变换后的数据子载波数据，进行迫零检测，实现符号解调；其中，α代表频谱压缩因子，α＝N/K。本发明专利技术实现简单，并且解调算法复杂度较低。

High spectral efficiency division multiplexing communication method based on zero tailed DFT expansion

The present invention provides a high spectral efficiency multiplexing communication method based on zero trailing DFT expansion, which has low complexity, effective demodulation and transmitting signal and can improve performance by adjusting zero tail length, which belongs to the field of information and communication technology. The method comprises the steps of sending and receiving procedures, the sending method comprises the following steps: time domain symbol vector construction with zero tail characteristics, sending the time domain symbol vector; the receiving method comprises the following steps: step B1: received signal vector, the vector signal receiving the end of the K N zero access time the received symbol sequence, the time-domain received symbol sequence by K point FFT transform frequency domain received signal; step B2: receiving signal frequency N data N point DFT transform; step B3: extraction from N point DFT transform data sub carrier data, zero forcing detection, realize symbol demodulation; among them, on behalf of alpha the spectral compression factor, alpha = N/K. The method is simple and the complexity of demodulation algorithm is low.

【技术实现步骤摘要】
基于零拖尾DFT拓展的高谱效分复用通信方法
本专利技术涉及一种高谱效分复用通信方法，特别涉及一种基于零拖尾DFT拓展的高谱效分复用通信方法，属于信息与通信

技术介绍
5G时代更高的传输速率的需求以满足机器到机器通信，物联网数据传输，以及融合传统移动通信等，频谱资源越显得稀缺，OFDM(正交频分复用)以保证子载波间正交的最小间隔部署子载波频谱资源分割具有较高的频谱利用率，然而面对未来更加快速的数据传输速率需求，子载波正交的传输方案不再完全适用。满足相同传输速率的情况下，IzzatDarwazeh等人提出的非正交的SEFDM(高效频分复用)传输方案能够在OFDM频谱结构的基础之上进一步压缩子载波间隔达到节省频谱资源的目的。SEFDM作为一种非正交多载波传输方案在5G候选波形设计中备受关注。近来，IzzatDarwazeh在无线通信系统和光通信系统用中进行了一些SEFDM实验。在无线通信系统中，CA-SEFDM(联合载波聚合CA和SEFDM)在给定使用带宽的基础上进一步提升数据传输速率，同时对系统差错性能和频效性能进行了测试分析，研究表明CA-SEFDM具有接近CA-OFDM的差错性能，但是相较于CA-OFDM，CA-SEFDM具有更高的频谱效率；在光通信中，使用了3.75Gbit/s的60GHz毫米波射频光纤进行测试测试，O-SEFDM(光学SEFDM)相较于O-OFDM(光学OFDM)带宽节省约25％，并且能达到O-OFDM相同的差错性能，并且在相同谱效的条件下进一步测试表明低阶调制能代替高阶调制能够达到更好的性能。AndreyRashich等人给出了基于FFT的SEFDM接收机设计方案，提出了一种基于FFT和max-log-MAP的算法以及迭代接收的算法。TongyangXu和IzzatDarwazeh进一步提出了一种新的波形设计Nyquist-SEFDM，该方案利用低于符号速率的子载波间隔压缩带宽提升频谱效率，同时对每个子载波利用根升余弦滤波器进行脉冲成形抑制频谱漏泄，但是根升余弦滤波器脉冲成型也重新引来了子载波间干扰，而SEFDM本身低于符号速率的子载波部署即携带了子载波间干扰，因此Nyquist-SEFDM双重的子载波间干扰加大了接收机设计复杂度。SergeyV.Zavjalov等人对SEFDM信号包络进行优化，给出最佳信号包络设计方法增加各个子载波信号持续时长达到子带带宽压缩的目的，研究表明相对于OFDM能够降低32％所占带宽。由于非正交子载波的部署，SEFDM相对于OFDM以牺牲子载波间的正交性达到频谱利用率的提升。然而这种体制自带的子载波间干扰导致传输性能恶化。S.Isam等人指出子载波间干扰与带宽压缩程度和子载波个数有关。因此，SEFDM系统接收机设计必须考虑子载波间干扰消除的问题。IzzatDarwazeh设计了基于IFF的SEFDM信号快速实现方法，并给出了对应的基于FFT的SEFDM接收机模型。尽管最大似然接收的算法可以达到最优性能，但实际难以实现。I.Kanaras等人提出球形译码方法应用于SEFDM接收机以降低最大似然方法的复杂度。S.Isam进一步提出了基于截短奇异值分解的方法，并给出了联合截短奇异值分解与固定球形译码的解调方法。研究结果表明基于截短奇异值分解的方法具备优于线性解调器的方法。S.J.Heydari等出给了补偿SEFDM子载波间干扰迭代检测的方法，该方法具有与球形译码相似的性能，但在算法复杂度上具有极大的优势。T.Xu在此基础之上进一步给出了联合迭代检测与固定球形译码的解调方法，该方法相较上述方法在解调性能和算法复杂度方面都具有优势。综上所述，SEFDM作为一种高效频分复用方案利用非正交传输体制减小子载波间隔达到压缩频谱进一步提升频谱效率，然而非正交体制无可避免带来的子载波间干扰恶化了接收机性能，并且针对非正交信号解调的接收机设计复杂度较高不利于实现。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供一种低复杂度、有效解调发射信号且可通过调整零拖尾的长度提升性能的基于零拖尾DFT拓展的高谱效分复用通信方法。本专利技术的基于零拖尾DFT拓展的高谱效分复用通信方法，所述方法包括发送步骤和接收步骤，所述发送步骤为：构造具有零拖尾特征的时域发送符号矢量，发送该时域发送符号矢量；所述接收步骤包括：步骤B1：接收信号矢量，在接收的信号矢量的末尾补K-N个零，获取时域接收符号序列，对时域接收符号序列进行K点FFT变换得到频域接收信号；步骤B2：取频域接收信号的前N个数据进行N点DFT变换；步骤B3:提取N点DFT变换后的数据子载波数据，进行迫零检测，实现符号解调；其中，α代表频谱压缩因子，α＝N/K。优选的是，所述发送步骤包括：步骤A1：对发送端调制符号的头尾进行补零，获取时域发送符号序列，对时域发送符号序列进行N点的DFT拓展变换，得到频域发送信号矢量；步骤A2：在得到的频域发送信号矢量的末尾补上(1-α)N/α个零，对补零后的频域发送信号矢量进行子载波映射；步骤A3：对子载波映射后的发送信号矢量进行K点IFFT变换，将变换后获得的频域发送信号矢量的后(1-α)N/α个数据丢弃，剩余的N个数据为具有零拖尾特征的时域发送符号矢量，发送该时域发送符号矢量。优选的是，所述步骤B3中，对子载波数据进行迫零检测，获得的解调信号为：sZF＝C-1·S其中，FN表示归一化的N点离散傅里叶变换矩阵；FIFFT表示K点归一化IFFT矩阵的前N行和前N列构成的矩阵。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。本专利技术的有益效果在于，本专利技术采用基于IFFT的非正交频分复用提升频谱利用率，利用DFT拓展方法降低发送信号的峰均比，进一步采用在发送数据符号头尾补零的方法进一步发送信号的峰均比，同时有效地加快边带衰减速度，基于FFT的SEFDM接收机结合线性迫零检测方法可有效解调传输信号，并且具有较低的复杂度。本专利技术在谱效和能效都具有优势。同时接收步骤具有较低的复杂度，采用线性迫零解调可有效解调发射信号，并且可通过调整零拖尾的长度提升性能。本专利技术给出的接收方法实现简单，并且解调算法复杂度较低。附图说明图1是本专利技术的发射原理示意图；图2是本专利技术的接收原理示意图；图3(a)至图3(d)是本专利技术构造的ZT-DFT-s-SEFDM信号与现有信号的功率谱密度对比示意图；图4是本专利技术构造的ZT-DFT-s-SEFDM信号峰均比互补累积概率密度函数；图5是本专利技术的零拖尾长度对ZT-DFT-s-SEFDM信号峰均比互补累积概率密度函数的影响；图6是本专利技术的ZT-DFT-s-SEFDM信号在接收时的比特差错性能。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述的基于零拖尾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于零拖尾DFT拓展的高谱效分复用通信方法，所述方法包括发送步骤和接收步骤，所述发送步骤为：构造具有零拖尾特征的时域发送符号矢量，发送该时域发送符号矢量；其特征在于，所述接收步骤包括：步骤B1：接收信号矢量，在接收的信号矢量的末尾补K‑N个零，获取时域接收符号序列，对时域接收符号序列进行K点FFT变换得到频域接收信号；步骤B2：取频域接收信号的前N个数据进行N点DFT变换；步骤B3:提取N点DFT变换后的数据子载波数据，进行迫零检测，实现符号解调；其中，α代表频谱压缩因子，α＝N/K。

【技术特征摘要】
1.一种基于零拖尾DFT拓展的高谱效分复用通信方法，所述方法包括发送步骤和接收步骤，所述发送步骤为：构造具有零拖尾特征的时域发送符号矢量，发送该时域发送符号矢量；其特征在于，所述接收步骤包括：步骤B1：接收信号矢量，在接收的信号矢量的末尾补K-N个零，获取时域接收符号序列，对时域接收符号序列进行K点FFT变换得到频域接收信号；步骤B2：取频域接收信号的前N个数据进行N点DFT变换；步骤B3:提取N点DFT变换后的数据子载波数据，进行迫零检测，实现符号解调；其中，α代表频谱压缩因子，α＝N/K。2.根据权利要求1所述的基于零拖尾DFT拓展的高谱效分复用通信方法，其特征在于，所述发送步骤包括：步骤A1：对发送端调制符号的头尾进行补零，获取时域发送符号序列，对时域发送符号序列进行N点的D...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾敏，尹志胜，吴志颖，郭庆，顾学迈，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23