[发明专利]椭圆球面波频域多载波调制和解调方法

说明书

本发明提供了一种椭圆球面波频域多载波调制和解调方法，属于信息传输技术领域。该方法将椭圆球面波信号处理由时域拓展到频域，在频域进行信息加载、检测。在发射端，依据信号频域奇偶对称性的特性，采用分组处理、对称拓展的方式，产生频域调制信号；在接收端，依据相同奇偶对称性的信号在半个子波带频率范围与整个子波带频率范围其正交性相同的特性，采用对奇对称、偶对称信号分组处理，利用半个子波带频率信号进行检测，降低参与运算的信号数值解点数。与传统基于椭圆球面波的时域正交调制相比，本发明提供的方法能够在不改变系统频带利用率、系统误码性能、调制信号能量聚集性以及信号峰均功率比的前提下，显著降低算法复杂度。

技术领域

本发明涉及无线电通信技术，更具体地，本发明涉及一种椭圆球面波频域多载波调制和解调方法，属于信息传输技术领域。

背景技术

随着通信场景日趋多元化，如5G增强移动宽带、低功耗大连接和低时延高可靠三大场景，不同信息载体间的信息交互水平不断提高，不仅对信息交互“质”的要求越来越高，对信息交互“量”也提出了更高的要求。如何充分利用现有频谱资源，提高系统频带利用率、时频资源利用率，成为人们关注的焦点。其中，信号波形作为通信系统的底层设计，信号波形的高能量聚集度、时宽与带宽灵活可控是实现高系统频带利用率、高时频资源利用率的重要途径。椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)由美国贝尔实验室Slepian 与Pollak于1961年定义，具有完备性正交、时域奇偶对称性、时间带宽积灵活可控以及最佳带限信号等优良特性。结合PSWFs信号优良特性，基于PSWFs的时域正交调制、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PSWFs 调制方法相继被提出。相对于基带波形采用方波的OFDM调制，PSWFs调制信号具有更高的能量聚集性，系统频带利用率能够快速逼近2Baund/s。相对于CP-OFDM、WOLA-OFDM、F-OFDM、UFMC调制方法，PSWFs调制信号自身具有较低的带外能量泄露，无需加窗、滤波处理；且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。因此，PSWFs调制能够为Wi-Fi、LTE、5G、B5G等通信系统提供了一种更为灵活、高效、整体性能更优的波形设计方案，实现不同类型时频资源的灵活分配与动态共享，提高NR灵活性、时频资源利用率以及系统频带利用率。

目前，PSWFs调制均在时域进行信息加载与检测，且由于PSWFs为非周期信号，信号频率连续、时变，为保证PSWFs数值解精度，信号时域抽样频率要远高于Nyquist抽样速率。而调制方法算法复杂度与抽样点数密切相关，故PSWFs调制存在算法复杂度高的不足。此外， Wi-Fi、LTE等通信系统普遍采用IFFT/FFT信号处理框架，在频域进行信号处理，且5G系统仍然考虑采用该信号处理框架，这严重限制了PSWFs信号在该系统中的应用。

发明内容

为解决上述问题，降低基于PSWFs信号的多载波调制信号产生、检测复杂度，提高基于 PSWFs信号的多载波调制的系统兼容性，本发明提供了一种椭圆球面波频域多载波调制和解调方法。其中，本发明的一个方面，一种椭圆球面波频域多载波调制方法具体包括以下步骤：

步骤1，利用傅里叶变换对不同阶椭圆球面波信号数值解进行处理，获取不同阶椭圆球面波信号频域信号；

步骤2，采用复数域映射，将比特信息序列映射为调制符号；

步骤3，利用不同子波带对应的半个子波带频率范围椭圆球面波信号波形，对奇对称、偶对称信号分组处理，产生不同子波带对应的整个子波带频率范围内的椭圆球面波调制信号；

步骤4，按照子波带个数、顺序，产生椭圆球面波频域多载波调制信号；

步骤5，利用快速傅里叶逆变换对椭圆球面波频域多载波调制信号进行处理，获取频域调制信号对应的时域信号波形。

其中，步骤1中获取不同阶椭圆球面波信号频域信号具体为：