严格奇偶对称的椭圆球面波信号构建与检测方法技术

本发明专利技术提供了一种严格奇偶对称的椭圆球面波信号构建与检测方法，属于信息传输技术领域。信号构建方法采用对折、对称值叠加平均、对称拓展的方式，构建严格对称的椭圆球面波信号。信号检测方法采用对折、对称值叠加平均的方式，分离奇对称、偶对称信号；然后，对奇对称、偶对称信号分组处理，利用半符号周期信号进行检测。本发明专利技术提供的信号构建方法能够在保证所构建的信号与原信号相比，频谱特性保持了良好的一致的前提下，有效提高椭圆球面波信号数值解奇偶对称性。与相干检测相比，本发明专利技术提供的信号构建方法能够在不降低系统误码性能的前提下，有效降低信号检测复杂度，复杂度降低了约50%。

Construction and detection of ellipsoidal wave signal with strict even and odd symmetry

【技术实现步骤摘要】
严格奇偶对称的椭圆球面波信号构建与检测方法
本专利技术涉及无线电通信技术，更具体地，本专利技术涉及一种严格奇偶对称的椭圆球面波信号构建方法、基于奇偶对称性的椭圆球面波信号检测方法，属于信息传输

技术介绍
随着无线电频谱资源的不断开放，频谱资源作为一种不可再生资源日益紧缺，如何高效低地利用现有频谱资源成为移动通信研究的焦点。时频资源灵活分配与动态共享作为提高频谱资源利用效率的重要途径，是在现有4G网络基础上，快速部署5G网络的重要途径，得到人们的广泛关注。其中，调制技术作为波形设计层面提高NR灵活性的核心技术之一，已成为通信领域研究的热点。加窗CP-OFDM调制(CP-OFDMwithWeightedOverlapandAdd,WOLA-OFDM)、滤波OFDM调制(FilterOFDM,F-OFDM)、广义频分复用(GeneralizedFrequencyDivisionMultiplexing,GFDM)、统一滤波多载波(UniversalFilteredMulti-Carrier,UFMC)、滤波多载波(FilterBankMulti-Carrier,FBMC)等一系列调制技术相继被提出，通过对加窗、滤波等信号处理，抑制带外能量泄露、净化频谱，提高调制信号能量聚集性、时频资源利用率。但对于不同类型时频资源，上述调制方法需要结合可用时宽、带宽资源，对信号时宽、子载波间隔、窗函数与滤波器长度以及重叠因子等参数进行综合设计，波形设计复杂度较高。椭圆球面波函数(ProlateSpheroidalWaveFunctions，PSWFs)由美国贝尔实验室Slepian与Pollak于1961年定义，具有完备性正交、波形奇偶对称性、时间带宽积与频谱灵活可控、最佳带限函数集等优良基础特性。基于PSWFs的优良特性，基于PSWFs的时域正交调制、基于三值编码的正交PSWFs调制、子频段分组时域正交调制、基于多维星座图的PSWFs调制以及基于PSWFs的非正交调制等多种基于PSWFs的多载波调制方法相继被提出(王红星,赵志勇,刘锡国,等.非正弦时域正交调制方法:ZL200810159238.3[P].2011-02-02)。PSWFs信号可同时改变信号时宽、带宽，直接在时频域二维空间进行信号设计，时频资源分配、波形设计更为简洁、灵活，能够为5G、卫星通信等通信系统提供了一种高信息传输效率、高能量聚集性、时宽与带宽灵活可控、超越传统正弦波框架下的波形设计理念与性能的新型波形设计方案。而在实际应用中，当PSWFs信号多路并行传输时，对于相同参数时域完全重叠的不同阶PSWFs信号，通常采用基于信号间正交性的相干(或相关)检测，需要整符号周期信号参与运算，复杂度高，严重限制了PSWFs信号的应用。研究发现，PSWFs信号奇偶对称性与信号分离、检测存在密切关联。依据信号奇偶对称特性，通过对信号波形对折、对称值叠加平均，可无失真地对奇对称、偶对称信号有效分离，且相同奇偶对称性的PSWFs信号在半符号周期与整符号周期，其正交性是相同的。但由于PSWFs无闭式解析解，在实际应用中都是采用数值求解的方式产生。目前，PSWFs信号求解方法可分为三类：一是基于多项式逼近求解法，如勒让德多项式逼近、Hermite多项式逼近等；二是基于重构算法求解法，如基于sinc函数的低通、带通PSWFs重构法；三是基于核函数矩阵的数值求解法，如ParrB数值解法(ParrB,ChoB,andetal.Anovelultra-widebandpulsedesignalgorithm[J].IEEECommunicationLetters,2003,7(5):219-221.)与DPSS数值解法等(Percival,D.B.,andA.T.Walden.SpectralAnalysisforPhysicalApplications.Cambridge,UK:CambridgeUniversityPress,1993.)。然而，受求解方法、计算机截断以及舍入误差的影响，无论采用现有的哪种产生方法，数值求解产生的PSWFs信号，都不是严格奇偶对称的，导致奇偶对称特性难以应用于PSWFs信号检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于构建严格奇偶对称的椭圆球面波信号，降低PSWFs信号检测复杂度。本专利技术提供了一种严格奇偶对称的椭圆球面波信号构建与低复杂度检测方法。其中，本专利技术提供的信号构建方法利用数值求解获得的椭圆球面波数值解，采用对折、对称值叠加平均、对称拓展的方式，构建严格对称的椭圆球面波信号。本专利技术提供的信号构建方法能够保证所构建的信号与原信号相比，频谱特性保持了良好的一致性，有效提高了椭圆球面波信号数值解奇偶对称性。本专利技术提供的信号检测方法对严格奇偶对称的椭圆球面波信号构建方法构建的椭圆球面波信号采用对折、对称值叠加平均的方式，分离奇对称、偶对称信号；然后，对奇对称、偶对称的椭圆球面波信号数值解分组处理，利用半符号周期信号进行检测。本专利技术提供的信号检测方法与相干检测相比(王红星,赵志勇,刘锡国,等.非正弦时域正交调制方法:ZL200810159238.3[P].2011-02-02)，本专利技术提供的信号构建方法能够在不降低系统误码性能的前提下，有效降低信号检测复杂度。根据本专利技术的一个方面，严格奇偶对称的椭圆球面波信号构建方法包括，单支路严格奇偶对称信号的构建、多支路严格奇偶对称信号的构建。1)单支路严格奇偶对称信号的构建原理框图如图1所示，其表达式为式中，为当时间带宽积为cHz·s时，第i支路奇对称、偶对称PSWFs信号数值解，NO,NE为奇对称、偶对称PSWFs信号路数；T为符号周期，也称为信号时宽。包括以下步骤：步骤一，将PSWFs信号波形关于符号周期中心时刻对折。当采样点数Q为偶数时，将信号关于第Q/2、Q/2+1个采样点中心位置对折；当采样点数Q为奇数时，将信号关于第(Q+1)/2个采样点对折，如图2所示。步骤二，将对折后对称点数值进行叠加，并对叠加后信号进行除2平均处理，获取半符号周期PSWFs信号。若PSWFs信号为奇函数，则对先对折后信号取反，再叠加平均；若PSWFs信号为偶函数，则直接进行叠加平均。步骤三，对半符号周期信号进行对称拓展，获取整符号周期信号PSWFs信号。若PSWFs信号为奇函数，则先对半符号周期信号符号取反，再进行对称拓展；若PSWFs信号为偶函数，则直接对半符号周期信号进行对称拓展。2)多支路严格奇偶对称信号的构建原理框图如图3所示，包括以下步骤：步骤一，通过串并转换，将待传输数据di,i∈[1,NO+NE]转换为2个并行支路dO,i,i∈[1,NO],dE,i,i∈[1,NE]。步骤二，在半符号周期内，分别对奇对称、偶对称PSWFs信号进行信息加载，并在时域进行线性叠加，产生半符号周期内奇对称、偶对称信号sOH(t),sEH(t)，即式中，dO,i,dE,i分别为PSWFs信号加载数据。步骤三，对半符号周期信号s本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种严格奇偶对称的椭圆球面波信号构建方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，利用数值求解获得的椭圆球面波信号数值解；/n步骤2，采用对折、对称值叠加平均、对称拓展的方式，构建严格奇偶对称的椭圆球面波信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种严格奇偶对称的椭圆球面波信号构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用数值求解获得的椭圆球面波信号数值解；
步骤2，采用对折、对称值叠加平均、对称拓展的方式，构建严格奇偶对称的椭圆球面波信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当椭圆球面波信号为单支路时，步骤2具体为：
将椭圆球面波信号波形关于符号周期中心时刻对折；
将对折后对称点数值进行叠加，并对叠加后信号进行除2平均处理，获取半符号周期椭圆球面波信号；
对半符号周期信号进行对称拓展，获取整符号周期信号椭圆球面波信号。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当椭圆球面波信号为多支路时，步骤2具体为：
将待传输数据di,i∈[1,NO+NE]转换为2个并行支路dO,i,i∈[1,NO],dE,i,i∈[1,NE]，NO,NE为奇对称、偶对称椭圆球面波信号路数，O表示奇对称，E表示偶对称，dO,i为奇对称椭圆球面波信号传输数据，dE,i为偶对称椭圆球面波信号传输数据；
在半符号周期内，分别对奇对称椭圆球面波信号偶对称椭圆球面波信号进行信息加载，并在时域进行线性叠加，产生半符号周期内奇对称、偶对称信号sOH(t),sEH(t)，t表示时间，c为椭圆球面波信号时间带宽积；
对半符号周期信号sOH(t),sEH(t)进行对称拓展，获取整符号周期奇对称、偶对称椭圆球面波信号；
将信号sO(t),sE(t)在进行线性叠加，生成多支路严格奇偶对称椭圆球面波信号s(t)＝sO(t)+sE(t)。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘传辉，陆发平，王红星，康家方，张磊，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学，
类型：发明
国别省市：山东;37