单载波与多载波交叉调制2天线发射装置、接收装置及传输方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种单载波与多载波交叉调制2天线发射装置、接收装置及传输方法,具有更强的时间、频率、空间上的分集特性，可以更好的适应于多变的无线传输环境，属于通信领域。本发明专利技术的发射装置将两个待发送序列以不同的载波制式，同时从两根不同天线进行发送，对于同一个发送序列而言，将在不同时隙、以不同的载波制式、从不同的天线上进行发送，所述载波制式为单载波或多载波；本发明专利技术的接收装置对接收的信号进行空时解码、一次蝶形运算、混合解调和二次蝶形运算，进而获得原始信息。

Single-carrier and multi-carrier cross-modulation 2 antenna transmitter, receiver and transmission method

【技术实现步骤摘要】
单载波与多载波交叉调制2天线发射装置、接收装置及传输方法
本专利技术涉及多天线无线通信传输方法，特别涉及一种单载波与多载波交叉调制2天线传输装置及方法，属于通信领域。
技术介绍
无线通信环境中的多普勒频移、多径效应、电磁噪声等因素，对通信系统的性能产生了严重的影响。近年来，由于智能手机、平板电脑的流行，以及视频直播、虚拟现实(VR,virtualreality)、物联网(IoT,InternetofThings)等新兴应用的出现，多媒体数据业务量在不断地爆炸式地增加。此外，由于无线通信的广播特性，窃听者可以很容易截获保密信息，信息安全成为无线通信的一个关键问题。当前通信系统的载波体制大多是以SC-FDE(单载波频域均衡，SingleCarrierFrequencyDomainEqualization)为代表的单载波体制，和以OFDM(正交频分复用，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)为代表的多载波体制。但现有的单载波、多载波体制仍然存在不适应信道环境变化，不能快速切换载波体制的问题，所以融合单载波与多载波体制的通信技术变得非常重要。因此，下一代无线通信系统的设计，不仅需要考虑信号传输的高速率、高可靠性，以及对复杂多变无线通信环境的鲁棒性，还要从物理层实现信息的安全传输。现有技术1：在当前的通信系统中，载波体制大体包含两类，即单载波体制和以OFDM技术为代表的多载波体制。单载波体制的优势主要是低峰均功率比、低载噪比门限、受载频偏移影响小、系统结构简单等。但随着频谱资源的紧张和越发严重的ISI(符号间干扰，IntersignalInterference)，OFDM技术以其优秀的抗ISI性能与简单的频域均衡技术得到了研究和发展。多载波弥补了单载波系统在频率选择性信道中的不足。它把一组串行的数据流通过串并转换的方法，分解为许多个相互并列的低速子数据流，再调制到各自相对应的子载波上，从而将若干个不同频率的信号并行叠加发射。但是OFDM的缺点主要是对载频频偏敏感，以及较高的PAPR。针对这两个缺点，一种与OFDM系统处理信号方式相似的技术被提出来。SC-FDE技术能有效的弥补OFDM技术的缺陷，而且它的系统结构复杂度与抗衰落能力还与OFDM非常接近。目前SC-FDE技术与OFDM技术各自成为单载波体制与多载波体制中最重要的技术，吸引了广泛的无线通信领域学者们的研究。与此同时，一种新兴的将单载波与多载波结合的混合载波体制被提出，这种混合载波体制利用了WFRFT(加权分数傅立叶变换，WeightedfractionalFouriertransform)。WFRFT是一种傅里叶变换的推广形式，表现为基本态函数线性4项加权和的形式。WFRFT的四个基本态函数分别是信号的时域形式、频域形式以及时域、频域的翻转。其中时域形式的信号与现有的单载波传输体系中信号的形式相一致；而频域形式的信号与现有的多载波传输体系中信号的形式相一致。因此WFRFT有独特的优势来建立这种融合单载波、多载波的混合载波传输体系。基于WFRFT的HC(混合载波，HybridCarrier)系统可以由α阶WFRFT预编码模块与现有的OFDM系统实现。WFRFT的运算来源于DFT(离散傅里叶变换，DiscreteFourierTransform)，所以其运算复杂度与DFT相当。WFRFT的另一个优点是，它不会改变变换后信号的总能量，只会改变信号能量在时频域的分布。因此混合载波系统在时频双弥散信道下，较之于OFDM和单载波系统，能够获得更优异的误码性能。信号经过WFRFT预编码后，呈现为类似高斯分布的统计特性，变换的阶数充当密钥。接收端如果不知道变换阶数，则不能正确地用WFRFT反变换解调出原始信号。而且分数域阶数的选取范围较大，所以混合载波体系可以用于保密通信。现有技术一种新的基于WFRFT的用户协作方案，通过利用WFRFT的分数域信号特性，能够用来提升无线通信系统的物理层安全性能，而不需要额外的发送人为噪声。现有技术2：一些对无线MIMO(多输入多输出，MultipleInputMultipleOutput)技术的相关研究表明，在发送端或接收端采用多副天线能够极大地提升通信系统的信道容量。空时编码技术是一种将空域和时域相结合的编码和信息处理技术。因为空时编码技术在不同的发射天线的数据之间加入了空域与时域相关性，能较好地利用由多发送多接收天线组成的MIMO系统所带来的发射接收分集度，所以能够提升信息的传输速率，并增强信号的误码性能，而不需要增加额外带宽和发射功率。Alamouti在1998年提出了一种简单的发射分集技术，该技术后来被称作“空时分组码”(STBC,Space-TimeBlockCoding)，或“Alamouti空时编码”。Alamouti的空时编码将数据符号同时映射到时域和空域上，产生一种分组正交序列，并分别采用互不相关的发射天线发射。这种发射端两天线的系统的获得满分集增益，且接收端只需采用一些相对简单的线性处理方式接收，但其缺点是没有编码增益。现有一种系统结构将Alamouti编码方法与现有技术1的基于WFRFT的混合载波(HC)系统相结合。在这种系统中，不同天线发送的信号具有相同的载波体制，其中不同天线发送的都是OFDM多载波信号或单载波信号或相同阶数的WFRFT混合载波信号，现有多天线发射分集技术中，不同符号序列都是以相同的载波制式进行发送和接收的，这里所谓的载波制式是指单载波、多载波或者二者特定的混合形式，这种形式的多天线通信系统的时间、频率、空间上的分集特性有待提高。
技术实现思路
针对以上不足，本专利技术提供一种具有更强的时间、频率、空间上的分集特性，可以更好的适应于多变的无线传输环境的单载波与多载波交叉调制2天线发射装置、接收装置及传输方法。本专利技术的一种单载波与多载波交叉调制2天线发射装置，所述装置包括两个混合调制模块、空时编码模块和两根发射天线；待发送序列由2个信息符号矢量x1和x2构成；一号混合调制模块，用于将x1以单载波形式与x2以多载波形式进行混合调制，输出信号矢量s1，s1＝(w0I+w2F2)x1+(w1F+w3F3)x2；二号混合调制模块，用于将x2以单载波形式与x1以多载波形式进行混合调制，输出信号矢量s2，s2＝(w1F+w3F3)x1+(w0I+w2F2)x2；F为归一化离散傅立叶变换矩阵，加权系数wl：l＝0,1,2,3，α表示傅立叶变换阶数，i表示虚数，表示实数，向量MV＝[m0,m1,m2,m3]，向量NV＝[n0,n1,n2,n3]，V＝[MV,NV]；空时编码模块，用于对信号矢量s1和信号矢量s2进行空时编码，在第一个时隙，输出编码后的两个信号矢量s1和s2，在第二个时隙，输出编码后的两个信号矢量和(·)*表示复共轭；两个信号矢量s1和s2分别经一号发射天线和二号发射天线在第一个时隙同时发射；两个信号矢量和分别经一号发射天线和二号发射天线在第二个时隙同时发射。作为优选，所述混合调制模块包括单载波调制模块、多载波调制模块、三号加法器和加循环前缀模块；所述单载波调制模块包括一号反转模块、一号加权模块、二号加权模块和一号加法器；待发送序列的一个信息符号矢量输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单载波与多载波交叉调制2天线发射装置，其特征在于，所述装置包括两个混合调制模块、空时编码模块和两根发射天线；待发送序列由2个信息符号矢量x1和x2构成；一号混合调制模块，用于将x1以单载波形式与x2以多载波形式进行混合调制，输出信号矢量s1，s1＝(w0I+w2F

【技术特征摘要】
1.一种单载波与多载波交叉调制2天线发射装置，其特征在于，所述装置包括两个混合调制模块、空时编码模块和两根发射天线；待发送序列由2个信息符号矢量x1和x2构成；一号混合调制模块，用于将x1以单载波形式与x2以多载波形式进行混合调制，输出信号矢量s1，s1＝(w0I+w2F2)x1+(w1F+w3F3)x2；二号混合调制模块，用于将x2以单载波形式与x1以多载波形式进行混合调制，输出信号矢量s2，s2＝(w1F+w3F3)x1+(w0I+w2F2)x2；F为归一化离散傅立叶变换矩阵，wl表示加权系数，l＝0,1,2,3，α表示傅立叶变换阶数，i表示虚数，表示实数，向量MV＝[m0,m1,m2,m3]，向量NV＝[n0,n1,n2,n3]，V＝[MV,NV]；空时编码模块，用于对信号矢量s1和信号矢量s2进行空时编码，在第一个时隙，输出编码后的两个信号矢量s1和s2，在第二个时隙，输出编码后的两个信号矢量和(·)*表示复共轭；两个信号矢量s1和s2分别经一号发射天线和二号发射天线在第一个时隙同时发射；两个信号矢量和分别经一号发射天线和二号发射天线在第二个时隙同时发射。2.根据权利要求1所述的单载波与多载波交叉调制2天线发射装置，其特征在于，所述混合调制模块包括单载波调制模块、多载波调制模块、三号加法器和加循环前缀模块；所述单载波调制模块包括一号反转模块、一号加权模块、二号加权模块和一号加法器；待发送序列的一个信息符号矢量输入至一号加权模块，与加权系数w0(α,V)相乘后输出；同时，所述一个信息符号矢量输入至一号反转模块，一号反转模块的输出输入至二号加权模块，与加权系数w2(α,V)相乘后输出；一号加权模块的输出和二号加权模块的输出同时输入至一号加法器进行求和；所述多载波调制模块包括一号DFT变换模块、二号反转模块、三号加权模块、四号加权模块和二号加法器；待发送序列的另一个信息符号矢量输入至一号DFT变换模块，一号DFT变换模块进行离散傅立叶变换后同时输出至三号加权模块和二号反转模块，在三号加权模块中与加权系数w1(α,V)相乘后输出；二号反转模块的输出输入至四号加权模块，在四号加权模块中与加权系数w3(α,V)相乘后输出；三号加权模块的输出与四号加权模块的输出同时输入至二号加法器进行求和；一号加法器的输出与二号加法器的输出同时输入至三号加法器进行求和，三号加法器的输出输入至加循环前缀模块，加循环前缀模块输出信号矢量。3.一种接收装置，其特征在于，包括接收天线、空时解码模块、两个蝶形运算模块和两个混合解调模块；接收天线，用于在第一个时隙，接收信号r1，在第二个时隙，接收信号r2；空时解码模块，用于分别将r1和r2进行解码获得和和分别为信号矢量s1和s2的估计值，信号矢量s1和s2为利用单载波与多载波交叉调制2天线发射装置发射的信号矢量；一号蝶形运算模块，用于对和进行蝶形运算，获得待解调矢量信号与一号混合解调模块，用于将分别以单载波形式与多载波形式进行混合解调，获得二号混合解调模块，用于将以单载波形式和以多载波形式进行混合解调，获得二号蝶形运算模块，用于对和进行蝶形运算，获得原始的信息符号矢量的估计与表示[-α,V]阶加权分数傅立叶变换，表示[-α,V]阶加权分数负傅立叶变换。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅林，焦翔，林旭，李婧，谢汶姝，
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