一种适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法、装置及OvXDM系统制造方法及图纸

本申请公开了一种适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法、装置及OvXDM系统，所述方法包括根据设计参数构造一个与原始信号y不相关的观测矩阵Φ，其中所述观测矩阵Φ是大小为M*S的二维矩阵，S为原始信号y的长度，M小于S；根据公式Ycs＝ΦY以一较低的采样速率对原始信号y进行压缩，得到大小为M*1的压缩信号Ycs，其中Y由原始信号y得到的大小为S*1的列向量；按照预定的算法对压缩信号Ycs进行重构以恢复出原始信号y。本申请实现了在降低系统采样率的情况下又能准确的恢复出原始信号，降低了系统硬件指标要求，提高了方案的可实施性。

A method, device and OvXDM system for signal sampling and recovery for OvXDM system

The invention discloses a OvXDM system signal recovery method, device and OvXDM system, the method includes the structure according to the design parameters of a signal associated with the original y observation matrix wherein the phi, phi is the size of the observation matrix two-dimensional matrix M*S, S is the original signal length of Y M is less than S; according to the formula Ycs = phi Y y compression to the original signal to a low sampling rate, get the size of M*1 compression Ycs signal, the Y signal obtained by the original y size of the column vector of S*1; according to a predetermined algorithm for signal compression for Ycs reconstruction to restore the original signal y. This application realizes the accurate recovery of the original signal in the case of reducing the sampling rate of the system, reducing the requirements of the hardware index of the system, and improving the feasibility of the scheme.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法、装置及OvXDM系统
本申请涉及信号处理领域，具体涉及一种适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法、装置及OvXDM系统。
技术介绍
OvXDM系统中，接收端先对接收的模拟信号采样得到数字信号，再对数字信号进行后续的处理，例如译码。但随着重叠次数K的增大，接收端对信号的采样点数变多——根据奈奎斯特采样定理，采样速率必须达到信号带宽的两倍以上才能精确重构信号——这使得对OvXDM系统中硬件的A/D要求较高，使得硬件系统面临着很大的采样速率和处理速度的压力，硬件实现可能性降低。
技术实现思路
为解决上述问题，本申请提供一种适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法、装置及OvXDM系统，其在接收端对原始信号进行压缩以较低的采样速率对信号进行采样，并按照一定的方法对采样信号进行重构以恢复出原始信号。根据本申请的第一方面，本申请提供一种适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法，包括：根据设计参数构造一个与原始信号y不相关的观测矩阵Φ，其中所述观测矩阵Φ是大小为M*S的二维矩阵，S为原始信号y的长度，M小于S；根据公式Ycs＝ΦY以一较低的采样速率对原始信号y进行压缩，得到大小为M*1的压缩信号Ycs，其中Y由原始信号y得到的大小为S*1的列向量；按照预定的算法对压缩信号Ycs进行重构以恢复出原始信号y。根据本申请的第二方面，本申请提供一种适用于OvXDM系统的信号采样恢复装置，包括：观测矩阵构造单元，用于根据设计参数构造一个与原始信号y不相关的观测矩阵Φ，其中所述观测矩阵Φ是大小为M*S的二维矩阵，S为原始信号y的长度，M小于S；压缩单元，用于根据公式Ycs＝ΦY以一较低的采样速率对原始信号y进行压缩，得到大小为M*1的压缩信号Ycs，其中Y由原始信号y得到的大小为S*1的列向量；重构恢复单元，用于按照预定的算法对压缩信号Ycs进行重构以恢复出原始信号y。根据本申请的第三方面，本申请提供一种OvXDM系统，包括上述的适用于OvXDM系统的信号采样恢复装置，其中OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。本申请的有益效果是：依上述实施的适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法、装置及OvXDM系统，充分利用OvXDM系统发射端发送的原始信号的稀疏性，在接收端对信号进行压缩以较低的采样速率对信号进行采样，并按照一定的方法对采样信号进行重构以恢复出原始信号，从而实现了在降低系统采样率的情况下又能准确的恢复出原始信号，降低了系统硬件指标要求，提高了方案的可实施性。附图说明图1为传统OvTDM系统的发射端的结构示意图；图2为OvTDM系统对输入符号进行重叠复用编码的平行四边形规则示意图；图3(a)、(b)分别传统OvTDM接收端的预处理单元、序列检测单元；图4为系统重叠复用次数K＝3时，系统输入-输出码树图；图5为图4相应的系统的节点状态转移图；图6为图4或图5相应的系统的格状(Trellis)图；图7为本申请一实施例中OvTDM系统发射端发出的信号在频域上的波形示意图；图8为本申请一实施例中适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法的流程示意图；图9为本申请一实施例中适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法中信号重构恢复的流程示意图；图10为本申请一实施例中适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法中信号重构恢复的迭代计算的流程示意图；图11为本申请一实施例中由信号采样恢复方法重构恢复得到的恢复信号与原始信号的对比示意图；图12为本申请一实施例中适用于OvXDM系统的信号采样恢复装置的结构示意图；图13为本申请一实施例中适用于OvXDM系统的信号采样恢复装置中重构恢复单元的结构示意图；图14为本申请一实施例中的迭代单元的结构示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。信息技术的飞速发展使得人们对信息的需求量剧增，现实世界的模拟化和信号处理工具的数字化决定了信号采样是从模拟信源获取数字信息的必经之路，奈奎斯特采样定理是指导如何采样的重要理论基础。根据奈奎斯特采样定理，采样速率必须达到信号带宽的两倍以上才能精确重构信号，然而随着人们对信息需求量的增加，携带信息的信号带宽越来越宽，以此为基础的信号处理框架要求的采样速率和处理速度也越来越高，因而对宽带信号处理的困难在日益剧增。具体来说，对于OvXDM系统，随着重叠次数的增大，接收端对信号的采样点数变多，对于硬件的A/D要求较高，使得硬件系统面临着很大的采样速率和处理速度的压力，硬件实现可能性降低。本申请中，OvXDM系统为重叠时分复用(OvTDM，OverlappedTimeDivisionMultiplexing)系统、重叠频分复用(OvFDM，OverlappedFrequencyDivisionMultiplexing)系统、重叠码分复用(OvCDM，OverlappedCodeDivisionMultiplexing)系统、重叠空分复用(OvSDM，OverlappedSpaceDivisionMultiplexing)系统或重叠混合复用(OvHDM，OverlappedHybridDivisionMultiplexing)系统。不妨以OvTDM系统为例，先简要说明一下系统的收发端。如图1所示，为OvTDM发送端的发送过程，具体步骤如下：(1)首先设计生成发送信号的包络波形h(t)。(2)将(1)中所设计的包络波形h(t)经特定时间移位后，形成其它各个时刻发送信号包络波形h(t-i×ΔT)。(3)将所要发送的符号xi与(2)生成的相应时刻的包络波形h(t-i×ΔT)相乘，得到各个时刻的待发送信号波形xih(t-i×ΔT)。(4)将(3)所形成的各个待发送波形进行xih(t-i×ΔT)叠加，形成发射信号波形。发送的信号可以表示为：其中，重叠复用方法遵循如图2所示的平行四边形规则。发送端将编码调制后的信号通过天线发射出去，信号在无线信道中传输，接收端对接收信号进行匹配滤波，再对信号分别进行抽样、译码，最终判决输出比特流。如图3所示，为OvTDM接收端的接收过程，其中，图3(a)为OvTDM接收端的预处理单元，图3(b)为OvTDM接收端的序列检测单元，具体步骤如下：(5)首先对接收信号进行同步，包括载波同步、帧同步、符号时间同步等。(6)根据取样定理，对每一帧内的接收信号进行数字化处理。(7)对接收到的波形按照波形发送时间间隔切割。(8)按照一定的译码算法对切割后的波形进行译码。例如，以维特比译码进行译码。其中，译码过程请参照图4～6，图4为重叠复用次数K＝3时，系统输入-输出码树图，图5为系统相应的节点状态转移图，图6为系统的格状(Trellis)图。仍以上述OvTDM系统为例，本实施例为说明压缩感知过程，以一简单参数为例说明。例子A：假定比特信息长度N＝100，重叠次数K＝4，每个比特上采样倍数sample＝10，以切比雪夫为复用波形，发送端先将100个信息比特经过BPSK调制后，与矩形波进行卷积运算得到S＝(N+K-1)*sample个样点，即1030个样点，经过天线将编码调制后的信号发送出去。接收端通过天线收到经过信道传输的信号y后，采样率要很高才本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法，其特征在于，包括：根据设计参数构造一个与原始信号y不相关的观测矩阵Φ，其中所述观测矩阵Φ是大小为M*S的二维矩阵，S为原始信号y的长度，M小于S；根据公式Ycs＝ΦY以一较低的采样速率对原始信号y进行压缩，得到大小为M*1的压缩信号Ycs，其中Y由原始信号y得到的大小为S*1的列向量；按照预定的算法对压缩信号Ycs进行重构以恢复出原始信号y。

【技术特征摘要】
1.一种适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法，其特征在于，包括：根据设计参数构造一个与原始信号y不相关的观测矩阵Φ，其中所述观测矩阵Φ是大小为M*S的二维矩阵，S为原始信号y的长度，M小于S；根据公式Ycs＝ΦY以一较低的采样速率对原始信号y进行压缩，得到大小为M*1的压缩信号Ycs，其中Y由原始信号y得到的大小为S*1的列向量；按照预定的算法对压缩信号Ycs进行重构以恢复出原始信号y。2.如权利要求1所述的适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法，其特征在于，M的值根据原始信号y的稀疏度来选取。3.如权利要求1所述的适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法，其特征在于，所述按照预定的算法对压缩信号Ycs进行重构以恢复出原始信号y，包括：将一个大小为S*S的对角矩阵变换到原始信号y的稀疏域，得到一正交变换矩阵Ψ；根据公式T＝ΦΨ'计算恢复矩阵T，其中Ψ’为Ψ的转置矩阵；设置余量rn、增量矩阵Aug_t、大小为1*S的待重构的稀疏域上的信号hat_Y、总迭代次数N，其中N为非负整数，余量初始值r0＝Ycs，增量矩阵Aug_t初始值为空矩阵；开始进行迭代计算，每次迭代计算包括：计算余量和恢复矩阵T的每一列内积gn＝T'rn-1，得到S个内积；查找出这S个内积中绝对值最大的元素对应的索引k，其中k满足将恢复矩阵T中第k列数据存入增量矩阵Aug_t中以扩充增量矩阵Aug_t，并将恢复矩阵T中第k列数据清零；增量矩阵Aug_t每次扩充时，都保留前n-1的数据，并将第n次的数据补充在末尾，其中n为当前迭代次数；计算原始信号y在稀疏域的近似信号得到其中(·)'表示对矩阵求转置运算，(·)-1表示对矩阵求逆运算；计算压缩信号Ycs与近似信号之间的余量，并更新将当前迭代次数n加1，以更新迭代次数，直到完成N次迭代为止；对于N次迭代得到的所有近似信号将每次迭代得到的近似信号根据当次迭代中查找出的索引k，更新到待重构的稀疏域上的信号hat_Y矩阵中对应索引的列中；根据公式y＝Ψ*hat_Y，恢复出原始信号y。4.如权利要求3所述的所述的适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法，其特征在于，总迭代次数N的值根据原始信号y的稀疏度来选取。5.如权利要求1至4中任一项所述的适用于OvXDM系统的信号采样恢复方法，其特征在于，所述OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。6.一种适用于OvXDM系统的信号采样恢复装置，其特征在于，包括：观测矩阵构造单元，用于根据设计参数构造一个与原始信号y不相关的观测矩阵Φ，其中所述观测矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳超级数据链技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44