一种基于变换域的散射波形传输方法与流程

本发明是一种无线通信系统的波形设计方法，具体的说是一种大规模多输入多输出(multiple-in multiple-out，mimo)散射通信系统下基于两分量组合广义加权分数傅里叶变换(double-component combined generalized weighted fractionalfouriertransform，dcgwfrft)的散射波形传输方法。

背景技术：

1、对流层散射通信技术是一种利用对流层媒质的不均匀性对无线电波的散射作用进行的无线通信技术，其技术基础是对流层的散射传播理论。利用对流层散射传播理论设计的对流层散射传输系统可以实现超视距传输，同时具有适中的传输容量、传输性能和可靠度，以及极强的抗核爆和抗电离层骚扰能力。对流程散射通信技术由于其独特的传输特性，在多种不同的通信传输技术中具有不可替代的作用。

2、散射通信从诞生至今已有60多年的发展历史，目前散射通信的容量问题已经成为世界各国关注的重点，例如美国comtech公司目前已经实现了210mbps速率的通信，而我国的散射传输速率在型号装备中也达到了50mbps，并在技术研究中探索了155mbps。随着第五代移动通信技术、高通量卫星技术、毫米波大容量微波通信技术在通信中的逐步应用，下一代通信系统的传输速率会整体提高。散射通信也需要进一步提高传输速率才能够不会成为全网通信传输的瓶颈。

3、大规模mimo技术是当前移动通信提升系统容量的重要技术之一。与传统的单天线相比，在不需要额外的发射功率或频带的情况下，大规模mimo通信系统的理论信道容量随着收发端天线数量的增加而增加。因此，可以预见到如果将大规模mimo技术引入到散射通信中，同样可以为散射通信系统提供可观的通信速率，从而实现大容量散射通信。

4、尽管大规模mimo技术可以为系统提供复用增益和分集增益，但是在天线数有限的情况下两种增益存在权衡，当通信数据速率最大化时系统将无法提供空间分集增益，导致系统的通信稳定性难以得到保证。为了在不损失通信吞吐量的前提下获得更好的分集性能，需要考虑通过波形设计的方式提供额外的分集能力。

技术实现思路

1、针对现有大规模mimo系统的波形存在复用增益和分集增益的权衡，导致在数据流数较多时通信误码率较差的缺陷，本发明提出了一种基于变换域的散射波形传输方法。该方法利用不同空时的信道不会同时处于深衰落的特点，对发送符号序列的时域两分量进行加权组合，从而将不同空时的发送符号进行合并，用未经深衰落的信号补偿经历深衰落的信号，从而提升系统的稳定性。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种基于变换域的散射波形传输方法，包括发送端操作过程和接收端操作过程；

4、发送端操作过程包括以下步骤：

5、步骤1：发送端将m个时隙发送的比特流调制为发送符号序列其中nt为发送端天线数，m为时隙个数，为复数集合；

6、步骤2：对发送符号序列x进行两分量组合广义加权分数傅里叶变换，得到变换后的发送符号序列z，变换公式为：

7、z＝f+x

8、其中变换矩阵f+定义为：

9、

10、式中，i表示单位矩阵，d表示归一化的离散傅里叶变换矩阵，变换系数为：

11、

12、

13、其中，j为虚数单位，参数θ0和θ1均在区间[0,2π]内随机产生，且满足θ0≠θ1+kπ，k为任意整数；

14、步骤3：将变换后的发送符号序列z按顺序等分为m段，记为并在第i个时隙发送第i段符号序列zi；

15、接收端的操作过程包括以下步骤：

16、步骤4：经过信道后得到接收信号：

17、yi＝hizi+wi

18、其中表示加性高斯白噪声，为噪声功率，nr为接收端天线数；

19、使用最小均方误差检测器检测所有接收信号{y1,y2,...,ym}，得到：

20、

21、其中，上标h表示共轭转置；

22、步骤5：将m个时刻的检测后符号序列组合为一个整体，即令

23、

24、上标t表示转置；

25、对接收符号序列进行逆两分量组合广义加权分数傅里叶变换，得到逆变换后的接收符号序列变换公式为：

26、

27、其中变换矩阵f-定义为

28、

29、变换系数为：

30、

31、

32、步骤6：对进行解调，得到估计比特流。

33、本发明具有以下优点：

34、1、本发明利用不同空时的信道不会同时处于深衰落的特点，对发送符号序列进行dcgwfrft，从而将不同空时的发送符号进行加权组合，用未经深衰落的信号对衰落信号进行补偿，从而提升系统的稳定性。

35、2、本发明同时挖掘了系统的时间和空间双重特性，相比于传统的大规模mimo系统单载波系统具有更好的分集性能。

36、3、本发明可实现提升分集性能并未损失数据速率，只是以计算复杂度和时延作为代价。相比于现有的提升空时编码方法而言，在保证相同通信速率的同时能够获得更好的通信稳定性。

技术特征：

1.一种基于变换域的散射波形传输方法，其特征在于，包括发送端操作过程和接收端操作过程；

技术总结
本发明提出了一种基于变换域的散射波形传输方法。本发明利用不同空时的信道不会同时处于深衰落的特点，对发送符号序列的时域两分量进行加权组合，从而将不同空时的发送符号进行合并，用未经深衰落的信号补偿经历深衰落的信号，从而提升系统的稳定性。本发明的信号变换和反变换操作在无噪声的情况下可以完美恢复原始波形。本发明的波形设计方式相比于现有的大规模MIMO单载波系统的波形在数据速率不变的情况下具有更好的分集性能。

技术研发人员：李行健,宋志群,刘丽哲,李勇,王斌,沙学军,朱云飞,汪畅,杨朔,夏金涛,赵显超
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13