一种时延多载波调制解调方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种载波调制技术，具体的说是涉及一种时延多载波调制解调方法 (简称TDMC--ATime-DelayMulti-CarriersModulationandDemodulation)，属于数 字通信中的多载波调制技术领域。
【背景技术】
[0002] 在数字通信系统中传输的波形是按相等的时间间隔来组织的，每个时间间隔为一 个周期（以下用T表示）其间的信号称为码元。所有码元波形具有共同的基本波形，其通 过调制将二进制信息加载到上述基本波形上形成一系列不同的码元波形。发明人曾在专 利《时频相混合的多载波调制方法》（【申请号】2008101194121)中提出了一种具有特殊结 构的码元波形和相应的调制解调方法，具体的是，每个码元周期的波形是由多个子波线性 叠加构成的合成波，其中每个子波均为只存在于一段被称为子波有效期的时间内的分段函 数，所有子波都按基本结构组织；所述基本结构是：各子波在时间轴上依次移后一个时移 的位置，每个子波由调制波和基子波联合组成，其中调制波为方波，该方波的宽度为子波的 有效期，方波的幅度为子波的幅度；基子波的形状是下述波形的一种或多种：正弦类波、方 波、锯齿波、三角波、截断高斯波、升余弦波或小波；其解调是通过一系列相干运算得到一个 线性方程组，再解此方程组即可得到各子波幅度，完成解调。这种结构的传输波形具有比 现有的结构波形高得多的传输效率和其它优良特性；但是，这种调制解调方法存在三个缺 点：一是，在某些情况下方程组存在病态问题，二是，在通信系统中，波形通过信道后都会产 生变形并向前后扩展（以下称扩展部分为前后拖尾或统称拖尾），即使通过均衡，多数情况 下是不能完全避免拖尾的产生，由于子波之间存在时移，就使拖尾扩展到其它子波中，产生 了子波间干扰，又不能像传统的数字通信的调制中那样在两个码元之间将时间隔离带或如 OFDM那样将循环前缀加到各子波之间，三是，其解调要通过多次的相干运算后得到一个线 性方程组，解此方程组才能完成解调，整个过程是相当复杂的；尽管，在专利《数字通信调制 中的加性波形预处理方法》（【申请号】200710099731.6)中提出了通过加附加波来减小前后 拖尾和病态性，在相当程度上解决了子波间干扰和病态性的问题。但加附加波的过程是一 个相当费时的过程，同时又进一步增加了系统的复杂度。
【发明内容】
[0003] 鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种时延多载波调制解调方 法，并提供了多种解调手段：（1)正三角方程组法，（2)逆三角方程组法，（3)优先法。由于 正和逆三角方程组是正定的，既避免了方程组的病态性又省去了复杂度高的相干运算，而 优选法通过在正、逆三角方程组解的比较中选出最优解，进一步提高了解调的精度。总而言 之，本发明既保留了时频相混合多载波调制方法高效的优点又降低了复杂度，还可进一步 降低误比特率。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案：
[0005] -种时延多载波调制解调方法，其特征在于：
[0006] 所述的时延多载波的码元波形结构是，其码元是由H个子波组成的，所有的子波 的起始点由码元的起点开始依次移动一定时间段后进行线性叠加得到时延多载波合成波， 简称TDMC;其中，所述子波为余弦子波，各个子波离开码元起点的时间段称为时延，第i个 子波的时延记为Ti,i= 1，…，H，相邻子波起点之间的区间是时延间隔，每个子波只存在 于一定宽度的时间区间内，这个区间称为有效期，第i个子波的有效期表示为Tdi，所说的有 效期指的是，第i个子波波形只存在于区间Tdi内，此区间之外波形的值为零，且规定所有 子波的起点均在第一个子波有效期内，且第一个子波的起点与所述码元的起始点重合；各 子波的频率可以相同或不同，总子波数记为H，其中频率相同的子波形成频域上的一个子信 道，且不要求在频域上必须是正交，总共形成K个子信道，将每个子信道中包含相同频率的 子波数记为Lk，k= 1，…，K，Lk=L糾或Lk辛Lk+1，意味着，各子信道包含的同频子波数可以 相等也可以不相等，用公式表示的码元波形结构是
【主权项】
1. 一种时延多载波调制解调方法，其特征在于： 所述的时延多载波的码元波形结构是，其码元是由H个子波组成的，所有的子波的起 始点由码元的起点开始依次移动一定时间段后进行线性叠加得到时延多载波合成波，简 称TDMC ;其中，所述子波为余弦子波，各个子波离开码元起点的时间段称为时延，第i个子 波的时延记为T 1，i = 1，…，H，相邻子波起点之间的区间称为时延间隔，每个子波只存在 于一定宽度的时间区间内，该个区间称为有效期，第i个子波的有效期表示为Tdi，规定所有 子波的起点均在第一个子波有效期内，且第一个子波的起点与所述码元的起始点重合；各 子波的频率可W相同或不同，总子波数记为H，其中频率相同的子波形成频域上的一个子信 道，且不要求在频域上必须是正交，总共形成K个子信道，将每个子信道中包含的相同频率 的子波数记为Lk，k = 1，…，K，Lk= L W或L k声L W，用公式表示的码元波形结构为
上式中，cos?i(t-T 1)称为标准余弦基子波，其幅度取恒为1的归一化最大量 化幅度，定义归一化量化幅度为q= 1，…，Q，最大归一化量化最大幅度为 =1，子波S.COS巧(f-r,.)为所述基子波乘上具体的量化幅度值S后的基子 波，所述量化幅度是指其幅度值不是连续变化的，只能取规定的等级中的一个，可表示为 巧E防9二1，...句，S属于Q种量化幅度集合中的某一个，Q G Z，《巧第i个子波的角 频率，Ti是第i个子波的时延，第n个码元的周期记为T。，t G T。说明上式只在码元周期 T。内有效，当fg7：时g(t)=0，且T。=T。+l=T，n=l，…，N，该里的N为一次连续传输的 码元数，所有子波的起点均在第一个子波有效期内，而第一个子波的起点与的T。起点重合， 即Ti=〇,相邻时延差称为时延间隔或子波间隔，记为Td= T w-Ti，允许Tdi=TdUW或 Tdi声 T d(i+i)，Ts= T s(w)或 T si声 T s(w)，。。W或。i声。…并且不要求。i = z ?。，z G Z，Z为整数域；同时本发明按Tdi= T duw和T ,= 为前提来描述，于是，有T s =17化-1)，Ti= (i-l)XTs，W上的描述中 i = 1，…，H，且认为 T、H、Td、Ts、和 T i为 已知，在工程实施中可W根据数字通信中通用的方法来确定； 基于上述码元波形结构，其在发送端的码元合成波记为
(1) 对应的在接收端，选择适当的均衡方法做均衡后，将因过信道而失真的波相当近似地 恢复到所发送的波形，当对近似度足够满意时，则记接收端的码元合成波为
(2) 其中，子波幅度不是量化幅度，要等解调后再被转化为量化幅度，其通过下述=种方 法之一完成解调，其中适当的均衡是指在OFDM或其他现有的数字调制方法的均衡方法种 选择一种；所述=种解调方法分别是；（1) W正=角系数矩阵组成的正=角方程组解调法，
(2) W逆S角系数矩阵组成的逆S角方程组解调法，（3)优选解调法。
2.根据权利要求1所述的一种时延多载波调制解调方法，其特征在于： 所述的W正=角系数矩阵组成的正=角方程组解调法是指通过求解一个正=角方程 组而得到各个子波的正向非量化幅度a;，i = 1，…，H，所述正=角方程组为 CA = G 做 其中，C为正S角系数矩阵，A = [a。i = 1，…，田T为正向解的子波非量化幅度列向量， 即正向非量化幅度列向量，G =[&，i = 1，…，田为对码元波形的正向采样值向量；式（3) 的解为A = (7屯，将求解的结果分为两种形式，一种是量化前的幅度，记为a;，之后按四舍五 入的原则转化为量化幅度，记为S ; 同时所述正S角系数矩阵C的产生方法描述如下： W时延间隔为采样间隔对式（2)的波形从起始点做采样到最后一个子波起点止，得到 如下正向采样值序列：
称该一采样序列为正向采样序列，并构成正向采样列向量G = [g。i = 1，…，田T 其中，cos ? i (tj- T 1)，i, j = 1,…，H，是已知的，因为《 1、tj和T i都是已知的；于是， 令cos W i (t广T 1) = Wu，可W得到一个正S角系数矩阵
(5) 其中，W"= COSO i(ti_ T 1) = 1 ; 所述逆=角系数矩阵组成的逆=角方程组解调法是指通过求解一个逆=角方程组而 得到各个子波的逆向非量化幅度马，r = i，...，存，所述逆S角方程组为 CA = G (6) 其中，C为逆S角系数矩阵，j二[卒，为逆向解的子波非量化幅度列向量， 即逆向非量化幅度列向量，(5 =[宾，r = 为对码元波形的逆向采样值向量；式（6)的 解为.3 = C它，将求解的结果分为两种形式，一种是量化前的幅度，记为年，之后按四舍五 入的原则转化为量化幅度，记为早；
同时所述的逆=角系数矩阵c的产生方法描述如下： W时延间隔为采样间隔对式（2)的波形从最后一个子波的结束点起做采样到第一个 子波结束点止，得到如下采样值序列：
称该一采样序列为逆向采样序列，并构成逆向采样列向量G=[宾，r=T，…，岛J 其中，cos呜r，7 = T，...，巧，是已知的，因为Wf、和r,都是已知的；于是，令 cos巧(/, -r,)=馬，可W得到一个逆S角系数矩阵
其中，T传二COS巧吟-zy)二1; 同时逆向与正向下标的对应关系是：
(9); 所述优选解调法，具体是指，对上述正和逆=角方程组解调的结果做进一步的判断：
即从两个误差项|间-间|，|间-间I中求出对于第i个子波幅度最小误差项，该项对应 的第i个子波幅度量化值作为最后解；其中，|?,1|、|苗I、I非|、|夺I分别代表正向幅度绝对值、 正向量化幅度绝对值、逆向幅度绝对值、逆向量化幅度绝对值，并且逆向的幅度的下标已经 按式（9)列出的正逆向下标对应关系转为与正向幅度下标一致的下标；也就是说，|a,i|和 0产|对应同一个子波的幅度解，但是由于是两次解，可能并不相等，同样的I司和I吊I对应该 应同一个子波解的量化幅度，但也可能不相等，故加上上标1和2 W便区别该种情况的。
3.根据权利要求1所述的一种时延多载波调制解调方法，其特征在于；当对在接收端
所选用的均衡方法恢复的