專利名稱：時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種載波調(diào)制技術(shù)，確切地說，涉及一種時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法，屬于數(shù)字通信中的多載波調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
每個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)(以下簡稱為系統(tǒng))都是由一系列環(huán)節(jié)組成，其中有些環(huán)節(jié)是不可缺少的，被稱為基本環(huán)節(jié)；從發(fā)送方到接收方所包括的基本環(huán)節(jié)依次是信息格式化→調(diào)制→發(fā)送→信道→接收→解調(diào)→檢測→信息格式化。其中的調(diào)制和解調(diào)必須成對存在，通常稱為調(diào)制解調(diào)環(huán)節(jié)；但在不產(chǎn)生混淆時(shí)，可用“調(diào)制”代替“調(diào)制解調(diào)”。調(diào)制的作用是將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為適合在被稱為信道的傳輸媒介上傳輸?shù)牟ㄐ?，再由解調(diào)環(huán)節(jié)將調(diào)制后的波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。調(diào)制環(huán)節(jié)所采用的方法對通信系統(tǒng)的效率影響很大。提高調(diào)制方法性能的關(guān)鍵在于波形設(shè)計(jì)，因此，通常又稱調(diào)制為線路編碼。數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制波形是按相等的時(shí)間間隔來組織的，每個(gè)時(shí)間間隔為一個(gè)周期，其間的信號稱為碼元。對每個(gè)碼元獨(dú)立編碼，形成一系列不同的碼元波形。所有碼元有一個(gè)相同的基本結(jié)構(gòu)，編解碼算法是根據(jù)這個(gè)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的；這樣，一種算法就適合所有的碼元。每個(gè)碼元波形的種類數(shù)與該碼元攜帶的信息量的對應(yīng)關(guān)系如下b＝log2K，式中，b為碼元攜帶的比特?cái)?shù)，K為該碼元包含的波形種類數(shù)(也稱級別數(shù))。因此，好的調(diào)制方法應(yīng)該滿足下述指標(biāo)在相同的條件下產(chǎn)生的碼元波形種類數(shù)K更多。所謂相同的條件主要是指帶寬(信號所占頻率范圍)、功率譜密度(PSD)和波形的最大幅度(Vmax)三者都相同。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常這些條件是事先給定的。在本發(fā)明以下敘述中，不特殊說明就意味著這些條件都是提前給定的。通常用頻帶利用率來衡量系統(tǒng)的效率。頻帶利用率的定義為單位頻帶的信息傳輸率，用公式表示為

Rb＝b/T＝(log2 K)/T，式中，W為一個(gè)碼元信號占據(jù)的帶寬，T為碼元周期，b為碼元攜帶的比特?cái)?shù)，K為該碼元包含的波形種類數(shù)。
現(xiàn)在，已經(jīng)存在多種調(diào)制方法。其中被推崇的是正交頻分復(fù)用(OFDM)方法。這是一種由多種頻率的正弦和余弦波(統(tǒng)稱為正弦類波)復(fù)合形成的多載波調(diào)制技術(shù)，是一種頻分復(fù)用的多載波調(diào)制方法。其優(yōu)點(diǎn)是對抗多徑延遲、頻帶利用率高；已經(jīng)作為多種通信方式的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中所建議的方法，如WiFi、WiMax、4G等通信標(biāo)準(zhǔn)中均包含OFDM的調(diào)制方法，在有線通信的ADSL和VDSL產(chǎn)品中的調(diào)制解調(diào)器均采用這種方法，不過，通常稱為離散多音調(diào)制(DMT)，也有稱為OFDM的。傳統(tǒng)的OFDM在時(shí)域上表現(xiàn)為，一個(gè)碼元的波形是由多個(gè)頻率的子載波對(子載波也簡稱為子波，子載波對簡稱為子波對)組成，每個(gè)子波對是由同頻的正弦波和余弦波組成，并以方波作為調(diào)制波用來改變正弦和余弦波的幅度。每個(gè)子波起始于碼元的起點(diǎn)，終止于碼元的終點(diǎn)，碼元的起點(diǎn)到終點(diǎn)的時(shí)間稱為一個(gè)周期(用T表示)；每個(gè)子波對包含的同頻正弦和余弦波相互正交，子波對之間的頻率相差整數(shù)倍，因而也是正交的。在頻域上，每個(gè)子波對的頻譜在頻域上占據(jù)一定寬度的頻帶，稱為一個(gè)子信道，子信道之間相差1/T的整數(shù)倍，所有子信道占據(jù)的頻帶寬度(簡稱帶寬)用Bv表示。
雖然，OFDM相比于其它調(diào)制方法有許多優(yōu)點(diǎn)，但是，從現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展需求來看，調(diào)制方法的潛力還有進(jìn)一步挖掘的空間。首先，OFDM對子信道的正交性約束就限制了頻帶利用率的進(jìn)一步提高。申請人在一項(xiàng)PCT專利申請《一種多重調(diào)制傳輸方法》(申請?zhí)朠CT/CN03/00321)中所提出的“多重幅頻調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸”和“多重幅頻相調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸”雖然也是采用載波頻率不同的多載波調(diào)制方法，但是其不要求子信道必須正交；相比于OFDM，在相同的帶寬和相同的功率譜密度(PSD)的條件下，上述方法可以獲得更高的傳輸率，因而有更高的頻帶利用率。
多重幅相調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸和多重幅頻相調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸與OFDM相比較的一個(gè)重要區(qū)別是OFDM的各個(gè)子波對的頻率必須相差整數(shù)倍，因而相互是正交的；而多重幅相調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸和多重幅頻相調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸?shù)母鱾€(gè)子波的頻率不要求相差整數(shù)倍，因此相互之間不必是正交的。因此，在相同的設(shè)定帶寬中，多重幅相調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸和多重幅頻相調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸能夠比OFDM放置更多的子信道，并在每個(gè)子信道中又可以放置多于二個(gè)的同頻率的子波；而OFDM只允許放置二個(gè)同頻率的子波一個(gè)正弦波和一個(gè)余弦波。因而，在設(shè)定的系統(tǒng)帶寬下，多重幅頻調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸和多重幅頻相調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸比OFDM能夠攜帶更多的比特?cái)?shù)，其頻帶利用率更高。不過，多重幅頻調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸和多重幅頻相調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸也存在不足之處與OFDM一樣，子波必須是正弦類的波形，且子波的相位不攜帶信息，組織結(jié)構(gòu)也比較單一。這就限制了線路編碼的靈活性，也影響頻帶利用率的進(jìn)一步提高。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法，該方法既能夠保留多重幅頻調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸與多重幅頻相調(diào)制直接載波數(shù)字傳輸對于OFDM的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，又通過擴(kuò)大子載波的類型的選擇范圍和提出新的波形構(gòu)造方法，能夠提高線路編碼的靈活性，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的傳輸效率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法，其特征在于待傳輸信號被分成為相同周期的一系列碼元，每個(gè)碼元周期的波形是由多個(gè)子波線性疊加構(gòu)成的合成波，其中每個(gè)子波均為只存在于一段被稱為子波有效期的時(shí)間內(nèi)的分段函數(shù)，所有子波都按基本結(jié)構(gòu)組織；所述基本結(jié)構(gòu)是各子波在時(shí)間軸上依次移后一個(gè)時(shí)移的位置，每個(gè)子波由調(diào)制波和基子波聯(lián)合組成，其中調(diào)制波為方波，該方波的寬度為子波的有效期，方波的幅度為子波的幅度；基子波的形狀是下述波形的一種或多種正弦類波、方波、鋸齒波、三角波、截?cái)喔咚共?、升余弦波或小波；所有子波被分成多組，每組包含的子波數(shù)不受限制，即不要求各組的子波數(shù)Qi彼此相等Qi＝Qi+1，其中，自然數(shù)i是每組子波數(shù)的序號，其最大值為自然數(shù)M，各組內(nèi)的基子波和各組之間的基子波分別是相同或不同，每個(gè)碼元的信號用公式表示為其中， i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，表示只在其有效期Tij內(nèi)存在的方波，其幅度為aij∈{vk，k＝1，…，Y}，vk在實(shí)數(shù)域取值，k為正整數(shù)，表示按現(xiàn)行的多幅度調(diào)制的方法對幅度量化，而Y的取值范圍取決于工程實(shí)施時(shí)的條件，goij(t-τij)為基子波。
所述每個(gè)碼元根據(jù)其中的各子波及其相互配合的特點(diǎn)，組成頻移時(shí)移結(jié)構(gòu)FTS，該頻移時(shí)移結(jié)構(gòu)由M組子波組成，每組內(nèi)基子波相同，各組之間的子波數(shù)相等，但各組間對應(yīng)位置上的基子波不相同；其形式化表示為 aij∈{vk，k＝1，…，Y}，vk在實(shí)數(shù)域取值，k為正整數(shù)，表示按現(xiàn)行的多幅度調(diào)制的方法對幅度量化，而Y的取值范圍取決于工程實(shí)施時(shí)的條件，goij(t-τij)＝goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)≠go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，其中，i＝1，…，M，j＝1，…，Q；該頻移時(shí)移結(jié)構(gòu)FTS的解調(diào)過程是進(jìn)行下述一系列相干運(yùn)算

i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，得到一個(gè)線性方程組RA＝G，式中，gr(t)為接收到的合成波，A為待求子波幅度組成的列向量，G為該一系列相干運(yùn)算結(jié)果所組成的列向量，R為系數(shù)矩陣，求解該方程組能夠得到各個(gè)子波的幅度；通過下述訓(xùn)練過程獲得矩陣R先在發(fā)送端發(fā)送自然數(shù)U個(gè)基子波goh(t-τh)，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，再在接收端獲得U個(gè)對應(yīng)的基子波gorh(t-τh)， h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM；然后再計(jì)算令 h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到U×U個(gè)rhl，即獲得矩陣R的所有元素。
所述每個(gè)碼元根據(jù)其中的各子波及其相互配合的特點(diǎn)，組成時(shí)移頻移結(jié)構(gòu)TFS，該時(shí)移頻移結(jié)構(gòu)由M組子波組成，每組內(nèi)基子波不相同，各組的子波數(shù)相等，而各組之間對應(yīng)位置上的基子波相同，其形式化表示為 式中，aij∈{vk，k＝1，…，Y}，vk在實(shí)數(shù)域取值，k為正整數(shù)，表示按現(xiàn)行的多幅度調(diào)制的方法對幅度量化，而Y的取值范圍取決于工程實(shí)施時(shí)的條件，goij(t-τij)≠goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)＝go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，其中i＝1，…，M，j＝1，…，Q；該時(shí)移頻移結(jié)構(gòu)TFS結(jié)構(gòu)的解調(diào)過程是進(jìn)行下述一系列相干運(yùn)算

i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，得到一個(gè)線性方程組RA＝G，式中，gr(t)為接收到的合成波，A為待求子波幅度組成的列向量，G為一系列相干運(yùn)算結(jié)果組成的列向量，R為系數(shù)矩陣，求解該方程組能夠得到各個(gè)子波的幅度；通過下述訓(xùn)練可獲得矩陣R先在發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波goh(t-τh)，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，再在接收端獲得U個(gè)對應(yīng)的基子波gorh(t-τh)，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM；然后計(jì)算令 h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到U×U個(gè)rhl，即獲得矩陣R的所有元素。
所述每個(gè)碼元根據(jù)其中的各子波及其相互配合的特點(diǎn)，組成自由結(jié)構(gòu)FREE，該自由結(jié)構(gòu)FREE由M組子波組成，每組內(nèi)基子波和各組之間的子波數(shù)與基子波都是相同或不相同的，其形式化表示為aij∈{vk，k＝1，…，Y}，vk在實(shí)數(shù)域取值，k為正整數(shù)，表示按現(xiàn)行的多幅度調(diào)制的方法對幅度量化，而Y的取值范圍取決于工程實(shí)施時(shí)的條件， 或goij(t-τij)≠goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)≠go(i+1)j(t-τ(i+1)j)， 或goij(t-τij)＝goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)≠go(i+1)j(t-τ(i+1)j)， 或goij(t-τij)≠goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)＝go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，其中，i＝1，…，M，j＝1，…，Qi； 該自由結(jié)構(gòu)FREE的解調(diào)過程是進(jìn)行下述一系列的相干運(yùn)算 i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，得到一個(gè)線性方程組RA＝G，其中，gr(t)為接收到的合成波，A為待求子波幅度組成的列向量，G為一系列相干運(yùn)算結(jié)果組成的列向量，R為系數(shù)矩陣，求解該方程組能夠得到各個(gè)子波的幅度；通過下述訓(xùn)練可獲得矩陣R先在發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波goh(t-τh)，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，再在接收端獲得U個(gè)對應(yīng)的基子波gorh(t-τh)，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，然后計(jì)算令 h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到U×U個(gè)rhl，即獲得矩陣R的所有元素。
所述每個(gè)碼元根據(jù)其中的各子波及其相互配合的特點(diǎn)，組成頻移時(shí)移相移結(jié)構(gòu)FTPS，該頻移時(shí)移相移結(jié)構(gòu)FTPS由M組子波組成，所有基子波均為具有時(shí)移而相位可調(diào)的正弦波，所有子波的相位都按傳統(tǒng)數(shù)字通信中的多相位鍵控MPSK的量化方法取值，所有子波的幅度為歸一化最大幅度，每組內(nèi)基子波的頻率相同，各組之間子波數(shù)相等或不相等，各組之間對應(yīng)位置上的基子波的頻率不相同，其形式化表示為



ωij＝ωi(j+1)，ω(i+1)j≠ωij，其中i＝1，…，M，j＝1，…，Qi； 該頻移時(shí)移相移結(jié)構(gòu)FTPS的解調(diào)過程是用基子波對分別進(jìn)行下述相干運(yùn)算其中，gr(t)為接收到的合成波，sin[ωl(t-τl)]r和cos[ωl(t-τl)]r分別為接收到的基子波對，取h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到兩個(gè)線性方程組Rsφs＝Gs和Rcφc＝Gc，再將該兩個(gè)線性方程組合并得到一個(gè)線性方程組Rφ＝G，其中，R＝[Rs，Rc]T，φ＝[φs，φc]T，



求解該方程組能夠得到關(guān)于每個(gè)子波的兩個(gè)解

再進(jìn)一步得到


如果該兩者都靠近同一個(gè)量化值，則取該量化值為最后解，如果兩者分別靠近兩個(gè)不同的量化值，則將該兩者平均后，再取其最靠近的量化值為最后解，則完成解調(diào)；通過下述訓(xùn)練過程可獲得矩陣Rs，Rc先在發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波對sin[ωhl(t-τhl)]和cos[ωhl(t-τhl)]，接收端得到U個(gè)基子波對sin[ωhl(t-τhl)]r和cos[ωhl(t-τhl)]r，然后分別做如下運(yùn)算 ， 取h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到U×U個(gè)(rhlss，rhlsc，rhlcs，rhlcc)組，由此形成矩陣R。
所述每個(gè)碼元根據(jù)其中的各子波及其相互配合的特點(diǎn)，組成時(shí)移相移頻移結(jié)構(gòu)TPFS，該時(shí)移相移頻移結(jié)構(gòu)TPFS由M組子波組成，其中所有基子波均為具有時(shí)移而相位可調(diào)的正弦波，所有子波的相位按傳統(tǒng)數(shù)字通信中的多相位鍵控MPSK的量化方法取值，所有子波的幅度為歸一化最大幅度，每組內(nèi)基子波的頻率不相同，當(dāng)組間子波數(shù)相等時(shí)，組內(nèi)序號相同的基子波的頻率相同；當(dāng)組間子波數(shù)不相等時(shí)，若對應(yīng)位置上存在相同組內(nèi)序號的基子波時(shí)，則具有該組內(nèi)序號的基子波的頻率相同，而無對應(yīng)組內(nèi)序號的基子波的頻率獨(dú)立取值，其形式化表示為



ωij≠ωi(j+1)，ω(i+1)j＝ωij，其中i＝1，….，M，j＝1，…，Qi； 該時(shí)移相移頻移結(jié)構(gòu)TPFS結(jié)構(gòu)的解調(diào)過程是用基子波對分別進(jìn)行下述相干運(yùn)算其中，gr(t)為接收到的合成波，sin[ωl(t-τl)]r和cos[ωl(t-τl)]r為接收到的基子波對，取h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到兩個(gè)線性方程組Rsφs＝Gs和Rcφc＝Gc，再將該兩個(gè)線性方程組合并得到一個(gè)線性方程組Rφ＝G，其中，R＝[Rs，Rc]T，φ＝[φs，φc]T，



h，l＝[1，…，Qi]i，i＝1，…，M；求解該方程組能夠得到每個(gè)子波的兩個(gè)解

再進(jìn)一步得到


如果該兩者都靠近同一個(gè)量化值，則取該量化值為最后解，如果該兩者分別靠近兩個(gè)不同的量化值，則將該兩者平均后，再取最靠近的量化值為最后解，則完成解調(diào)；通過下述訓(xùn)練過程可獲得矩陣Rs，Rc先在發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波對sin[ωh(t-τh)]和cos[ωh(t-τh)]，再在接收端得到U個(gè)基子波對sin[ωh(t-τh)]r和cos[ωh(t-τh)]r，然后分別計(jì)算 ， 取h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到U×U個(gè)(rhlss，rhlsc，rhlcs，rhlcc)組，由此形成矩陣R。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是雖然本發(fā)明方法與OFDM一樣，也是分成多個(gè)子信道，但是，各子信道之間的頻率不必相差整數(shù)倍，因此，在相同給定帶寬的情況下，本發(fā)明可以設(shè)置更多的子信道，從而有更高的頻帶利用率；另外，該方法對子波的限制很小，子波形狀可以采用多種不同形式，并且，各子波可以同時(shí)采取不同形狀，既可以調(diào)幅，也可以調(diào)相，因此可以組合成多種不同結(jié)構(gòu)形式的合成波，從而能適應(yīng)不同傳輸環(huán)境。



圖1(A)、(B)分別是時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法TFPMC的碼元基本結(jié)構(gòu)框架的兩個(gè)示意圖。其中(A)圖為其各子波在橫向時(shí)間軸上的位置分布圖，(B)圖是各子波位置在縱坐標(biāo)方向拉開，以便清晰地表明其合成波的結(jié)構(gòu)。
圖2是采用本發(fā)明方法的頻移時(shí)移FTS結(jié)構(gòu)的一個(gè)碼元波形的示意圖。
圖3是采用本發(fā)明方法的時(shí)移頻移TFS結(jié)構(gòu)的碼元波形的示意圖。
圖4是采用本發(fā)明方法的自由結(jié)構(gòu)FREE的碼元波形的示意圖。
圖5是采用本發(fā)明方法的頻移時(shí)移相移FTPS結(jié)構(gòu)的碼元波形示意圖。
圖6是采用本發(fā)明方法的時(shí)移相移頻移TPFS結(jié)構(gòu)的碼元波形示意圖。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明是一種時(shí)頻相混合多載波調(diào)制方法(簡稱TFPMC)，它是將待傳輸信號分成為相同周期的一系列碼元，每個(gè)碼元周期的波形是由U個(gè)子波構(gòu)成的合成波，在一個(gè)碼元周期內(nèi)的每個(gè)子波均為只存在于一段被稱為子波有效期的時(shí)間內(nèi)的分段函數(shù)，所有子波都按基本結(jié)構(gòu)組織；該基本結(jié)構(gòu)是第一個(gè)子波起始于碼元周期的起始點(diǎn)，第二個(gè)子波的起始點(diǎn)相對于第一個(gè)子波的起始點(diǎn)移后一個(gè)位置，以此類推，第i+1個(gè)子波的起始點(diǎn)也相對于第i個(gè)子波的起始點(diǎn)移后一個(gè)位置，直到第U個(gè)子波。每一個(gè)子波由調(diào)制波和基子波聯(lián)合組成，其中調(diào)制波為方波，該方波的寬度是子波的有效期，方波的幅度決定了子波的幅度，基子波的形狀是正弦類波、方波、鋸齒波、三角波、截?cái)喔咚共ā⑸嘞也?、小波等波形類別中的一種或多種，將所有的子波線性疊加起來就構(gòu)成了一個(gè)完整碼元的合成波。對一個(gè)完整碼元合成波的解調(diào)是通過解線性方程組實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)線性方程組是由一系列相干運(yùn)算所形成，且每一次相干運(yùn)算只在相應(yīng)的子波有效期內(nèi)有定義；這里的相干運(yùn)算是指用一個(gè)基子波與指定的有效期內(nèi)的波形相乘后，再在該有效期內(nèi)求積分。為了更方便地描述合成波的構(gòu)造，將所有子波分成M組，每一組包含的子波數(shù)可以相等或不相等，各組的子波數(shù)用Qi表示，同時(shí)Qi也是第i組最后一個(gè)子波的序號，它表示第i組包含的子波分別為gi1(t-τi1)，…，gij(t-τij)，…，

共計(jì)Qi個(gè)，其中i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，M∈N，Qi∈N，N為自然數(shù)域，i為組的序號的下標(biāo)，j為組內(nèi)序號的下標(biāo)，Qi≠Q(mào)i+1或者Qi＝Qi+1，總子波數(shù)為

子波表示為 i＝1，…，M，j＝1，…，Qi………(1) 表示只在其有效期Tij內(nèi)存在的方波，其幅度為 aij∈{vk，k＝1，…，Y}，.........................................................(2)； 式中，vk在實(shí)數(shù)域取值，k為正整數(shù)，表示按現(xiàn)行的多幅度調(diào)制的方法對幅度量化，而Y的取值范圍取決于工程實(shí)施時(shí)的條件，該式(2)意味著子波的幅度按傳統(tǒng)的數(shù)字通信中幅度的量化方法取值，Y表示量化的幅度數(shù)，Z表示整數(shù)域，goij(t-τij)為基子波，上述式(1)中的τij表示該子波的起始點(diǎn)相對于合成波起始點(diǎn)的時(shí)移(本發(fā)明所稱的“時(shí)移”均指該涵義)，合成波的周期 子波的頻率定義為其中c∈Z為該子波形在有效期內(nèi)過零的次數(shù)(即過零點(diǎn)數(shù))，過零點(diǎn)的形式化定義為 設(shè)d，e∈Z，d≠0，e＞0，則在tx-tx+e的時(shí)間段內(nèi)全部坐標(biāo)點(diǎn)t均為g(t)的一次過零點(diǎn)。
本發(fā)明的基子波是指其幅度取歸一化最大幅度的波，定義歸一化幅度為其中a子波的幅度，amax是子波可取幅度的最大值，則歸一化最大幅度為也就是說，所有的基子波具有相同的幅度，但可以取不同的形狀、頻率和相位，當(dāng)兩個(gè)基子波的形狀和頻率相同時(shí)，則該兩個(gè)基子波相同?；硬úㄐ蔚倪x取原則是有利于減小信號帶寬和降低解調(diào)方程組的病態(tài)性，具體波形需要通過試驗(yàn)確定。方程組的病態(tài)性描述如下實(shí)現(xiàn)解調(diào)的線性方程組表示為RA＝G，其中A為待求的各子波的幅度組成的列向量，G是通過對接收到的碼元合成波做一系列的相干運(yùn)算得到的列向量，R為方程組的系數(shù)矩陣。當(dāng)考慮噪聲影響時(shí)，上述方程組變?yōu)镽(A+ΔA)＝G+ΔG，ΔG為噪聲向量，ΔA為解的誤差向量。由于，在編碼時(shí)指定RA≡G(式中，≡表示恒等)，于是有RΔA＝ΔG，ΔA＝R-1ΔG，||ΔA||≤||R-1||||ΔG||，||x||表示x的范數(shù)。式||ΔA||≤||R-1||||ΔG||給出了誤差向量的上界為||R-1||||ΔG||，這意味著，噪聲向量可被||R-1||放大，從而放大了誤差向量?？梢?，||R-1||應(yīng)該盡量小。當(dāng)||R-1||大時(shí)，表明方程組的病態(tài)性增加。其中R-1是矩陣R的逆。
于是一個(gè)碼元的合成波可表示為 發(fā)送的波形經(jīng)過信道后，在接收端得到的波形為grij(t-τij)為接收到的子波，接收到的基子波用gorij(t-τij)表示。對gr(t)的解調(diào)過程是做一系列的相干運(yùn)算得到一個(gè)線性方程組RA＝G............(3) 解該方程組即可得到各個(gè)子波的幅度。所述的相干運(yùn)算是 上述式(3)中，A＝(aij，i＝1，…，M，j＝1，…，Qi)T為待求的列向量，其各分量為待求的各子波幅度，G＝(Gh，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+Q2)T為式(4)所示的一系列相干運(yùn)算結(jié)果組成的列向量；通過訓(xùn)練可獲得矩陣R，訓(xùn)練過程為發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波goh(t-τh)，則在接收端獲得U個(gè)對應(yīng)的基子波gorh(t-τh)，所有接收到的基子波彼此相乘后，再作積分運(yùn)算，即得到U×U個(gè)rhl，獲得矩陣R的所有元素 以上的h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM。
參見圖1，介紹采用本發(fā)明時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制TFPMC方法的碼元的基本結(jié)構(gòu)框架示意圖。其結(jié)構(gòu)框架的基本元素是方波，它給定了子波的有效期(又稱為子波有效期)，該有效期是指方波起點(diǎn)到終點(diǎn)的一段區(qū)間，子波只存在于該區(qū)間內(nèi)，在該區(qū)間之外不存在；各有效期依次延遲一個(gè)坐標(biāo)位置，并且最后一個(gè)子波有效期的起點(diǎn)必須在第一個(gè)子波有效期之內(nèi)，所有的子波有效期區(qū)間疊加后所占據(jù)的區(qū)間為一個(gè)碼元的周期，或者取最長的有效期的二倍作為一個(gè)碼元的周期。方波還作為該子波的調(diào)制波，用公式i＝1，…，M，j＝1，…，Qi表示之，意味著第i組的第j個(gè)子波只存在于有效期Tij內(nèi)，而在其它時(shí)間段不存在；Φij(t)的起點(diǎn)相對于Φ11(t)的起始點(diǎn)延遲τij長度的時(shí)間坐標(biāo)位置，Φ11(t)的起始點(diǎn)也是碼元的起點(diǎn)，其中ak(k＝1，…，Y)表示調(diào)制波的幅度隨機(jī)地從規(guī)定的Y種量化幅度中取第k個(gè)量化幅度，即按數(shù)字通信中幅度調(diào)制的通用方法進(jìn)行量化和取值。其中圖(A)為各子波在橫向時(shí)間軸上的位置分布示意圖，對于基本結(jié)構(gòu)框架來說，方波的幅度應(yīng)該是相同的歸一化幅度，但是為了顯示清楚，圖(A)中取了不同的幅度，以避免各個(gè)方波重疊在一起。圖(B)中，各子波的位置在縱坐標(biāo)方向拉開，以便清晰地表明合成波的結(jié)構(gòu)，其中，A是第1組第1個(gè)子波調(diào)制波Φij(t)，B是Φ11(t)的起點(diǎn)的時(shí)移τ11＝0，C是第1組第Q1個(gè)子波起點(diǎn)的時(shí)移

D是第i組第j個(gè)子波調(diào)制波Φij(t)，E是第i組第j個(gè)子波起點(diǎn)的時(shí)移τij，F(xiàn)是第i組第Qi個(gè)子波調(diào)制波

G是第M組第QM個(gè)子波調(diào)制波

也是第U個(gè)子波調(diào)制波，H是第M組第QM個(gè)子波起點(diǎn)的時(shí)移
由子波構(gòu)成的合成波可以有多種不同結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出了五種結(jié)構(gòu)的時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法TFPMC，它們分別是頻移時(shí)移結(jié)構(gòu)(FTS)、時(shí)移頻移結(jié)構(gòu)(TFS)、自由結(jié)構(gòu)(FREE)、頻移時(shí)移相移結(jié)構(gòu)(FTPS)和時(shí)移相移頻移結(jié)構(gòu)(TPFS)。下面分別介紹上述五種不同結(jié)構(gòu)的多載波調(diào)制方法。
參見圖2，首先介紹頻移時(shí)移結(jié)構(gòu)(FTS)的一個(gè)碼元波形，圖中的一個(gè)碼元包含6個(gè)子波，各子波均為正弦波，被分成三組，每組包含兩個(gè)頻率相同的子波，各組間子波頻率不同，形成3個(gè)子信道；圖中1號、2號是第一組的第一個(gè)子波和第二個(gè)子波，3號、4號是第二組的第一個(gè)子波和第二個(gè)子波，5號、6號是第三組的第一個(gè)子波和第二個(gè)子波，第二組的頻率高于第一組的頻率，第三組的頻率高于第二組的頻率，所有子波依次有一個(gè)時(shí)移。
因此，F(xiàn)TS碼元波形的特點(diǎn)是所有的子波按基本結(jié)構(gòu)組織，每組內(nèi)子波數(shù)相等，且基子波相同，各組之間的子波數(shù)相等，但各組之間對應(yīng)位置上的基子波不相同，其形式化表示為其中，goij(t-τij)＝goi(j+1)(t-τi(j+1))，表示每組內(nèi)的基子波相同，goij(t-τij)≠go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，表示各組之間對應(yīng)位置上的基子波不相同，所述對應(yīng)位置是指組內(nèi)序號的下標(biāo)j相同，其中i＝1，…，M，j＝1，…，Q，M為子波的分組數(shù)，Q為各組內(nèi)的子波數(shù)，意味著各組內(nèi)子波數(shù)相等。
參見圖3，介紹第二個(gè)時(shí)移頻移結(jié)構(gòu)(TFS)的碼元波形，圖中，該結(jié)構(gòu)的一個(gè)碼元包含6個(gè)子波，被分成3組，每組內(nèi)包含2個(gè)正弦形子波，其頻率依次增大，形成3個(gè)子信道，兩組間對應(yīng)位置的子波頻率相同；圖中，1-3號分別為第一組的3個(gè)子波，頻率依次增大，4-6號分別為第二組的3個(gè)子波，頻率依次增大，并且1號與4號兩個(gè)子波的頻率相同，2號與5號兩個(gè)子波的頻率相同，3號與6號兩個(gè)子波的頻率相同，所有子波依次有一個(gè)時(shí)移。因此，該時(shí)移頻移TFS結(jié)構(gòu)碼元的特點(diǎn)是所有的子波按基本結(jié)構(gòu)組織，每組內(nèi)子波數(shù)相等，但基子波不相同，各組之間的子波數(shù)相等，并且對應(yīng)位置上的基子波相同，其形式化表示為 其中，goij(t-τij)≠goi(j+1)(t-τi(j+1))，表示每組內(nèi)的基子波不相同，goij(t-τij)＝go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，表示各組之間對應(yīng)位置上的基子波相同。其中i＝1，…，M，j＝1，…，Q，M為子波的分組數(shù)，Q為各組內(nèi)的子波數(shù)，意味著各組內(nèi)子波數(shù)相等。
參見圖4，介紹第三個(gè)自由結(jié)構(gòu)(FREE)的碼元波形，圖中它的一個(gè)碼元包含5個(gè)子波，被分成兩組，第一組包含頻率依次增加的哈爾小波形子波，第二組包含3個(gè)頻率依次增加的正弦形子波；圖中，1號和2號分別是第一組的第一個(gè)哈爾小波和第二個(gè)哈爾小波，2號的頻率高于1號，3～5號分別是第二組的3個(gè)正弦波，且其頻率依次增大，所有子波依次有一個(gè)時(shí)移。
因此，自由結(jié)構(gòu)FREE的碼元特點(diǎn)是所有的子波按基本結(jié)構(gòu)組織，每組內(nèi)基子波可以相同或不相同，各組之間的子波數(shù)和基子波可以相同或不相同，其形式化表示為 或者goij(t-τij)≠goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)≠go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，表示每組內(nèi)基子波不相同，各組之間對應(yīng)位置上的基子波也不相同， 或者goij(t-τij)＝goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)≠go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，表示每組內(nèi)基子波相同，而各組之間對應(yīng)位置上的基子波不相同， 或者goij(t-τij)≠goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)＝go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，表示每組內(nèi)基子波不相同，而各組之間對應(yīng)位置上的基子波相同， 其中，i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，M為子波的分組數(shù)，Qi既是第i組的子波數(shù)，也是第i組最后一個(gè)子波的序號。
上述FTS、TFS、FREE三種結(jié)構(gòu)的解調(diào)過程是做一系列的相干運(yùn)算，得到一個(gè)線性方程組RA＝G...............(5) 解該方程組得到各個(gè)子波的幅度，即完成解調(diào)。這里所述的相干運(yùn)算是 公式(5)中，A＝(aij，i＝1，…，M，j＝1，…，Qi)T為待求的列向量，其各分量為待求的各子波幅度；G＝(Gh，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+Q2)T為公式(6)所示的一系列相干運(yùn)算結(jié)果組成的列向量；通過訓(xùn)練可獲得矩陣R，該訓(xùn)練過程為發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波goh(t-τh)，則在接收端獲得U個(gè)對應(yīng)的基子波gorh(t-τh)，所有接收到的基子波彼此相乘后，再作積分運(yùn)算，即得到U×U個(gè)rhl，獲得矩陣R的所有元素。
以上的h，l＝1…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM。
參見圖5，介紹第四個(gè)頻移時(shí)移相移結(jié)構(gòu)(FTPS)的碼元波形，圖中它的一個(gè)碼元包含6個(gè)子波，被分成兩組，第一組包含3個(gè)頻率相同而相位可調(diào)的正弦波，第二組包含3個(gè)頻率相同而相位可調(diào)的正弦波，第二組的子波頻率高于第一組，各子波的相位分別取0、π/2或-π/2中的一種；圖中，第1、2、3號子波是第一組的子波，第4、5、6號子波是第二組的子波，4～6號的3個(gè)正弦波的頻率高于1～3號的3個(gè)正弦波的頻率，所有子波依次有一個(gè)時(shí)移。因此，F(xiàn)TPS結(jié)構(gòu)碼元的特點(diǎn)是所有的子波按基本結(jié)構(gòu)組織，所有基子波均為具有時(shí)移而相位可調(diào)的正弦波，相位按傳統(tǒng)數(shù)字通信中的多相位鍵控(MPSK)的量化方法取值，所有子波的幅度為歸一化最大幅度，每組內(nèi)基子波的頻率相同，各組之間子波數(shù)相等或不相等，各組之間對應(yīng)位置上的基子波的頻率不相同，其形式化表示為



ωij＝ωi(j+1)，ω(i+1)j≠ωij，其中i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，M為子波的分組數(shù)，Qi既是第i組的子波數(shù)，也是第i組最后一個(gè)子波的序號，ωi＝2πfi為角頻率，

稱sinωij(t-τij)和cosωij(t-τij)為一個(gè)基子波對。
頻移時(shí)移相移結(jié)構(gòu)(FTPS)的解調(diào)過程為 用基子波對分別做如下相干運(yùn)算其中，gr(t)為接收到的合成波，sin[ωl(t-τl)]r和cos[ωl(t-τl)]r為接收到的基子波對，取h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM得到兩個(gè)線性方程組

將該兩個(gè)公式(7)和(8)轉(zhuǎn)化為向量形式，得到Rsφs＝Gs和Rcφc＝Gc........(9)，再將其合并得到一個(gè)向量表示的方程組Rφ＝G............(10) 其中，R＝[Rs，Rc]T，φ＝[φc，φs]T，



更詳細(xì)的表達(dá)公式是 以及
其中h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM。
解方程組(10)可得到關(guān)于每個(gè)子波的二個(gè)解

進(jìn)一步能夠得到


如果兩者都靠近同一個(gè)量化值，則取該量化值為最后解，如果兩者分別靠近兩個(gè)不同的量化值，則將二者平均后，再取最靠近的量化值為最后解，則完成解調(diào)。
通過訓(xùn)練可獲得矩陣Rs，Rc，該訓(xùn)練過程為發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波對sin[ωh(t-τh)]和cos[ωh(t-τh)]，接收端得到U個(gè)基子波對sin[ωh(t-τh)]r和cos[ωh(t-τh)]r。分別做如下運(yùn)算 ......(12) 得到U×U個(gè)(rhlss，rhlsc，rhlcs，rhlcc)組，由此形成矩陣R。
參見圖6，最后介紹時(shí)移相移頻移結(jié)構(gòu)(TPFS)的碼元波形，圖中，它的一個(gè)碼元包含被分成3組的6個(gè)子波，每組包含2個(gè)頻率依次增加而相位可調(diào)的正弦波，第1、2個(gè)子波組成第1組子波，第3、4個(gè)子波組成第2組子波，第5、6個(gè)子波組成第3組子波，3組之間對應(yīng)位置上的各子波對的頻率相同，各子波的相位分別取0、π/2或-π/2中的一種；圖中，2、4、6號的頻率分別高于1、3、5號的頻率，1、3和5號的頻率相同，2、4和6號的頻率相同，所有子波依次有一個(gè)時(shí)移。因此，TPFS結(jié)構(gòu)碼元的特點(diǎn)是所有的子波按基本結(jié)構(gòu)組織，所有基子波均為具有時(shí)移而相位可調(diào)的正弦波，所有子波的相位按傳統(tǒng)數(shù)字通信中的多相位鍵控(MPSK)的量化方法取值，所有子波的幅度為歸一化最大幅度，每組內(nèi)基子波的頻率不相同。當(dāng)組間子波數(shù)相等時(shí)，組內(nèi)序號相同的基子波的頻率相同；當(dāng)組間子波數(shù)不相等時(shí)，若對應(yīng)位置上存在相同組內(nèi)序號的基子波時(shí)，則具有該組內(nèi)序號的基子波的頻率相同，而無對應(yīng)組內(nèi)序號的基子波的頻率獨(dú)立取值；其形式化表示為


ωij≠ωi(j+1)，ωij＝ω(i+1)j，其中i＝1，…，M，j＝1，…，Q，ωi＝2πfi為角頻率，

稱sinωij(t-τij)和cosωij(t-τij)為一個(gè)基子波對。
時(shí)移相移頻移結(jié)構(gòu)TPFS的解調(diào)過程為用基子波對分別做如下相干運(yùn)算 其中，gr(t)為接收到的合成波，sin[ωl(t-τl)]r和cos[ωl(t-τl)]r為接收到的基子波對，取h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM得到兩個(gè)線性方程組 Rsφs＝Gs和Rcφc＝Gc，它們的詳細(xì)表達(dá)公式如公式(7)和(8)所示，再將其合并，得到一個(gè)向量表示的方程組Rφ＝G.....................(13) 其中，R＝[Rs，Rc]T，φ＝[φc，φs]T，



更詳細(xì)的表達(dá)公式如公式(11-1)和(11-2)所示。
解方程組(13)，可得到關(guān)于每個(gè)子波的兩個(gè)解

進(jìn)一步得到


如果兩個(gè)解都靠近同一個(gè)量化值，則取該量化值為最后解，如果兩者分別靠近兩個(gè)不同的量化值，則將二者平均后，再取最靠近的量化值為最后解，則完成解調(diào)。
通過訓(xùn)練可獲得矩陣Rs，Rc，其訓(xùn)練過程為發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波對sin[ωh(t-τh)]和cos[ωh(t-τh)]，接收端得到U個(gè)基子波對sin[ωh(t-τh)]r和cos[ωh(t-τh)]r。再分別做如下運(yùn)算 ， 得到U×U個(gè)(rhlss，rhlsc，rhlcs，rhlcc)組，由此形成矩陣R。
其中M和Qi的確定原則有五條(1)要保證成立，(2)在FTS和FTPS結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)組中的所有子波頻率相同，具有相同的頻域帶寬，則一個(gè)組在頻域上為一個(gè)子信道，各子信道的帶寬為Bi，i＝1，...，M，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)系統(tǒng)的資源和設(shè)計(jì)目標(biāo)通過試驗(yàn)確定Bi的具體值，推薦的帶寬是Bi≤0.1W(稱之為99％帶寬)，以達(dá)到信號通過信道和均衡環(huán)節(jié)后失真盡量小的目的，也即是說子波盡量是窄帶信號。如果能夠采用適合的波形預(yù)處理和均衡方法，則可以不要求為窄帶信號，其中Bi為譜零點(diǎn)帶寬，W為系統(tǒng)給定帶寬，(3)各子信道在頻率軸上占據(jù)的區(qū)間部分重疊，在保證M個(gè)子信道占據(jù)的總帶寬盡量接近、但不超過系統(tǒng)給定的帶寬W的條件下，重疊越緊密，子信道數(shù)M越大，頻帶利用率越高；但同時(shí)還要保證M個(gè)子信道合成的功率譜密度(PSD)不超過給定值。(4)對于TFS、FREE和TPFS，先按FTS方式將相同頻率的子波放到同一子信道中，按99％帶寬原則確定Bi和M，然后再按TSFD、FREE和TPFS各自的規(guī)則安排各個(gè)子波，(5)在一個(gè)組中的子波數(shù)Qi要盡量多，但要保證該子信道的PSD不超過給定值，可以通過調(diào)整子波幅度來保證該子信道的PSD不超過給定值，在調(diào)整子波幅度的同時(shí)，還要保證每個(gè)子波至少攜帶一個(gè)比特。
本發(fā)明方法已經(jīng)由申請人進(jìn)行了實(shí)施試驗(yàn)，下面簡要說明實(shí)施例的情況 第1個(gè)實(shí)施例以正弦波為基子波的FTS結(jié)構(gòu)的TFPMC在100米VDSL信道上的仿真比較情況 (1)仿真條件①信道VDSL將信道分成四個(gè)頻段，該實(shí)施例仿真只涉及占據(jù)帶寬為138khz～3.75Mhz的第一個(gè)下行和占據(jù)帶寬為3.75～5.2Mhz的第一個(gè)上行。②信號功率和噪聲合成波的PSD為-40dBm/Hz，噪聲類型為-140dBm/Hz的加性高斯白噪聲以及串音干擾fext噪聲。
(2)波形組織 下行共16個(gè)頻帶，每個(gè)頻帶19個(gè)子波，共304個(gè)子波，基子波為正弦波，每個(gè)子波分別攜帶2bit信息。各頻帶的載波中心頻率(Hz)分別為348000，337000，3240000，3120000，3010000，2880000，2760000，2650000，2520000，2400000，2290000，2160000，2040000，1930000，1800000，1670000，1560000，1440000，1322000，1200000，1080000，950000，840000，730000，600000，490000，360000； 上行共6個(gè)頻帶，每個(gè)頻帶28個(gè)子波，共168個(gè)子波，每個(gè)子波分別攜帶2bit信息。每個(gè)頻帶子波的中心頻率從4.48MHz開始，以70KHz為步長增加，到4.83MHz結(jié)束(即各頻帶的載波中心頻率分別為4.48MHz、4.55MHz、4.62MHz、4.69MHz、4.76MHz、4.83MHz)。
(3)仿真結(jié)果上行傳輸率是11.76Mbps，誤碼率小于1e-7； 下行傳輸率是36.48Mbps，誤碼率小于1e-7。
第2個(gè)實(shí)施例以正弦波為基子波的TFS結(jié)構(gòu)的TFPMC在3.66公里(即12千英尺)的ADSL信道上的仿真情況 (1)仿真條件①信道3.66公里的ADSL信道，上行的頻譜范圍[30K130K]，下行的頻譜范圍[140K 700K]；②信號功率和噪聲合成波的PSD為-40dBm/Hz，噪聲類型加性高斯白噪聲以及串音干擾fext噪聲； (2)波形組織 上行信道劃分子信道帶寬20k，共有5個(gè)信道，子信道帶寬20k，每個(gè)信道3個(gè)子波，一共15個(gè)子波，所有子波分成三組，每組5個(gè)頻率遞增的子波，頻率間隔為20KHz； 下行信道劃分子信道帶寬20k，共有28個(gè)信道，每個(gè)子信道3個(gè)子波，總共有84個(gè)子波，所有子波分成三組，每組28個(gè)頻率遞增的子波，頻率間隔為20KHz； 基子波為正弦波； (2)合成波的PSD為-40dBm/Hz，噪聲類型信號的PSD為-140dBm/Hz的加性高斯白噪聲； (3)仿真結(jié)果上行傳送率為696.7Kbps，誤碼率小于1e-7； 下行傳送率為3.75Mbps，誤碼率小于1e-7。
第3個(gè)實(shí)施例以哈爾(Harr)小波為基子波的FTS結(jié)構(gòu)的TFPMC在500m5#線信道的仿真情況 (1)仿真條件①信道500m 5#線信道，頻率范圍10MHz；②信號功率和噪聲信號的PSD為-40dbm，-150dbm白噪聲 (2)波形組織基子波為哈爾(Harr)小波，分為二個(gè)子信道，其中心頻率分別為1Mhz、1.5Mhz，每個(gè)子信道5個(gè)子波，每個(gè)子波攜帶10bit； (3)仿真結(jié)果傳送率50Mbps，誤碼率為1e-7。
第4個(gè)實(shí)施例以正弦波為基子波的FTPS在Ka頻段衛(wèi)星通信信道上的仿真情況 (1)仿真條件①信道Ka頻段衛(wèi)星通信信道，頻帶范圍(MHz)0～1.25；②信號功率和噪聲發(fā)送信號的PSD(dBm/Hz)-29，高斯白噪聲； (2)波形組織子信道帶寬37.879，子信道數(shù)40，每個(gè)子信道8個(gè)子波，信噪比(dB)28； (3)仿真結(jié)果傳輸率(Mbps)28，誤碼率2.656250e-005。
權(quán)利要求
1、一種時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法，其特征在于待傳輸信號被分成為相同周期的一系列碼元，每個(gè)碼元周期的波形是由多個(gè)子波線性疊加構(gòu)成的合成波，其中每個(gè)子波均為只存在于一段被稱為子波有效期的時(shí)間內(nèi)的分段函數(shù)，所有子波都按基本結(jié)構(gòu)組織；所述基本結(jié)構(gòu)是各子波在時(shí)間軸上依次移后一個(gè)時(shí)移的位置，每個(gè)子波由調(diào)制波和基子波聯(lián)合組成，其中調(diào)制波為方波，該方波的寬度為子波的有效期，方波的幅度為子波的幅度；基子波的形狀是下述波形的一種或多種正弦類波、方波、鋸齒波、三角波、截?cái)喔咚共ā⑸嘞也ɑ蛐〔?；所有子波被分成多組，每組包含的子波數(shù)不受限制，即不要求各組的子波數(shù)Qi彼此相等Qi＝Qi+1，其中，自然數(shù)i是每組子波數(shù)的序號，其最大值為自然數(shù)M，各組內(nèi)的基子波和各組之間的基子波分別是相同或不同，每個(gè)碼元的信號用公式表示為
其中，i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，
表示只在其有效期Tij內(nèi)存在的方波，其幅度為aij∈{vk，k＝1，…，Y}，vk∈R，Y∈Z，goij(t-τij)為基子波。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法，其特征在于所述每個(gè)碼元根據(jù)其中的各子波及其相互配合的特點(diǎn)，組成頻移時(shí)移結(jié)構(gòu)FTS，該頻移時(shí)移結(jié)構(gòu)由M組子波組成，每組內(nèi)基子波相同，各組之間的子波數(shù)相等，但各組間對應(yīng)位置上的基子波不相同；其形式化表示為
aij∈{vk，k＝1，…，Y}，vk在實(shí)數(shù)域取值，k為正整數(shù)，表示按現(xiàn)行的多幅度調(diào)制的方法對幅度量化，而Y的取值范圍取決于工程實(shí)施時(shí)的條件，goij(t-τij)＝goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)≠go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，其中，i＝1，…，M，j＝1，…，Q；該頻移時(shí)移結(jié)構(gòu)FTS的解調(diào)過程是進(jìn)行下述一系列相干運(yùn)算
i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，得到一個(gè)線性方程組RA＝G，式中，gr(t)為接收到的合成波，A為待求子波幅度組成的列向量，G為該一系列相干運(yùn)算結(jié)果所組成的列向量，R為系數(shù)矩陣，求解該方程組能夠得到各個(gè)子波的幅度；通過下述訓(xùn)練過程獲得矩陣R先在發(fā)送端發(fā)送自然數(shù)U個(gè)基子波goh(t-τh)，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，再在接收端獲得U個(gè)對應(yīng)的基子波gorh(i-τh)，式中，
h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM；然后再計(jì)算
令
h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到U×U個(gè)rhl，即獲得矩陣R的所有元素。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法，其特征在于所述每個(gè)碼元根據(jù)其中的各子波及其相互配合的特點(diǎn)，組成時(shí)移頻移結(jié)構(gòu)TFS，該時(shí)移頻移結(jié)構(gòu)由M組子波組成，每組內(nèi)基子波不相同，各組的子波數(shù)相等，而各組之間對應(yīng)位置上的基子波相同，其形式化表示為
式中，
aij∈{vk，k＝1，…，Y}，vk在實(shí)數(shù)域取值，k為正整數(shù)，表示按現(xiàn)行的多幅度調(diào)制的方法對幅度量化，而Y的取值范圍取決于工程實(shí)施時(shí)的條件，goij(t-τij)≠goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)＝go(i+1)j(t-τ(i+1)j)；其中i＝1，…，M，j＝1，…，Q；該時(shí)移頻移結(jié)構(gòu)TFS結(jié)構(gòu)的解調(diào)過程是進(jìn)行下述一系列相干運(yùn)算
i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，得到一個(gè)線性方程組RA＝G，式中，gr(t)為接收到的合成波，A為待求子波幅度組成的列向量，G為一系列相干運(yùn)算結(jié)果組成的列向量，R為系數(shù)矩陣，求解該方程組能夠得到各個(gè)子波的幅度；通過下述訓(xùn)練可獲得矩陣R先在發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波goh(t-τh)，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，再在接收端獲得U個(gè)對應(yīng)的基子波gorh(t-τh)，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM；然后計(jì)算令
h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到U ×U個(gè)rhl，即獲得矩陣R的所有元素。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法，其特征在于所述每個(gè)碼元根據(jù)其中的各子波及其相互配合的特點(diǎn)，組成自由結(jié)構(gòu)FREE，該自由結(jié)構(gòu)FREE由M組子波組成，每組內(nèi)基子波和各組之間的子波數(shù)與基子波都是相同或不相同的，其形式化表示為
aij∈{vk，k＝1，…，Y}，vk在實(shí)數(shù)域取值，k為正整數(shù)，表示按現(xiàn)行的多幅度調(diào)制的方法對幅度量化，而Y的取值范圍取決于工程實(shí)施時(shí)的條件，
或goij(t-τij)≠goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)≠go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，
或goij(t-τij)＝goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)≠go(i+1)j(t-τ(i+1)j)，
或goij(t-τij)≠goi(j+1)(t-τi(j+1))，goij(t-τij)＝go(i+1)j(t-τ(i+1)j)；其中，i＝1，…，M，j＝1，…，Qi；
該自由結(jié)構(gòu)FREE的解調(diào)過程是進(jìn)行下述一系列的相干運(yùn)算
i＝1，…，M，j＝1，…，Qi，得到一個(gè)線性方程組RA＝G，其中，gr(t)為接收到的合成波，A為待求子波幅度組成的列向量，G為一系列相干運(yùn)算結(jié)果組成的列向量，R為系數(shù)矩陣，求解該方程組能夠得到各個(gè)子波的幅度；通過下述訓(xùn)練可獲得矩陣R先在發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波goh(t-τh)，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，再在接收端獲得U個(gè)對應(yīng)的基子波gorh(t-τh)，h＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，然后計(jì)算令
h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到U×U個(gè)rhl，即獲得矩陣R的所有元素。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法，其特征在于所述每個(gè)碼元根據(jù)其中的各子波及其相互配合的特點(diǎn)，組成頻移時(shí)移相移結(jié)構(gòu)FTPS，該頻移時(shí)移相移結(jié)構(gòu)FTPS由M組子波組成，所有基子波均為具有時(shí)移而相位可調(diào)的正弦波，所有子波的相位都按傳統(tǒng)數(shù)字通信中的多相位鍵控MPSK的量化方法取值，所有子波的幅度為歸一化最大幅度，每組內(nèi)基子波的頻率相同，各組之間子波數(shù)相等或不相等，各組之間對應(yīng)位置上的基子波的頻率不相同，其形式化表示為
ωij＝ωi(j+1)，ω(i+1)j≠ωij，其中i＝1，…，M，j＝1，…，Qi；
該頻移時(shí)移相移結(jié)構(gòu)FTPS的解調(diào)過程是用基子波對分別進(jìn)行下述相干運(yùn)算
其中，gr(t)為接收到的合成波，sin[ωl(t-τl)]r和cos[ωl(t-τl)]r分別為接收到的基子波對，取h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到兩個(gè)線性方程組Rsφs＝Gs和Rcφc＝Gc，再將該兩個(gè)線性方程組合并得到一個(gè)線性方程組Rφ＝G，其中，R＝[Rs，Rc]T，φ＝[φs，φc]T，
求解該方程組能夠得到關(guān)于每個(gè)子波的兩個(gè)解
再進(jìn)一步得到
如果該兩者都靠近同一個(gè)量化值，則取該量化值為最后解，如果兩者分別靠近兩個(gè)不同的量化值，則將該兩者平均后，再取其最靠近的量化值為最后解，則完成解調(diào)；通過下述訓(xùn)練過程可獲得矩陣Rs，Rc先在發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波對sin[ωhl(t-τhl)]和cos[ωhl(t-τhl)]，接收端得到U個(gè)基子波對sin[ωhl(t-τhl)]r和cos[ωhl(t-τhl)]r，然后分別做如下運(yùn)算
取h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到U×U個(gè)(rhlss，rhlsc，rhlcs，rhlcc)組，由此形成矩陣R。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)頻相混合的多載波調(diào)制方法，其特征在于所述每個(gè)碼元根據(jù)其中的各子波及其相互配合的特點(diǎn)，組成時(shí)移相移頻移結(jié)構(gòu)TPFS，該時(shí)移相移頻移結(jié)構(gòu)TPFS由M組子波組成，其中所有基子波均為具有時(shí)移而相位可調(diào)的正弦波，所有子波的相位按傳統(tǒng)數(shù)字通信中的多相位鍵控MPSK的量化方法取值，所有子波的幅度為歸一化最大幅度，每組內(nèi)基子波的頻率不相同，當(dāng)組間子波數(shù)相等時(shí)，組內(nèi)序號相同的基子波的頻率相同；當(dāng)組間子波數(shù)不相等時(shí)，若對應(yīng)位置上存在相同組內(nèi)序號的基子波時(shí)，則具有該組內(nèi)序號的基子波的頻率相同，而無對應(yīng)組內(nèi)序號的基子波的頻率獨(dú)立取值，其形式化表示為
ωij≠ωi(j+1)，ω(i+1)j＝ωij，其中i＝1，…，M，j＝1，…，Qi；
該時(shí)移相移頻移結(jié)構(gòu)TPFS結(jié)構(gòu)的解調(diào)過程是用基子波對分別進(jìn)行下述相干運(yùn)算
其中，gr(t)為接收到的合成波，sin[ωl(t-τl)]r和cos[ωl(t-τl)]r為接收到的基子波對，取h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到兩個(gè)線性方程組Rsφs＝Gs和Rcφc＝Gc，再將該兩個(gè)線性方程組合并得到一個(gè)線性方程組Rφ＝G，其中，R＝[Rs，Rc]T，φ＝[φs，φc]T，
h，l＝[1，…，Qi]i，i＝1，…，M；求解該方程組能夠得到每個(gè)子波的兩個(gè)解
再進(jìn)一步得到
如果該兩者都靠近同一個(gè)量化值，則取該量化值為最后解，如果該兩者分別靠近兩個(gè)不同的量化值，則將該兩者平均后，再取最靠近的量化值為最后解，則完成解調(diào)；通過下述訓(xùn)練過程可獲得矩陣Rs，Rc先在發(fā)送端發(fā)送U個(gè)基子波對sin[ωh(t-τh)]和cos[ωh(t-τh)]，再在接收端得到U個(gè)基子波對sin[ωh(t-τh)]r和cos[ωh(t-τh)]r，然后分別計(jì)算
取h，l＝1，…，j，…，Q1，Q2-1+1，…，Q2-1+Q2，…，QM-1+1，…，QM-1+QM，得到U×U個(gè)(rhlss，rhlsc，rhlcs，rhlcc)組，由此形成矩陣R。
全文摘要
一種時(shí)頻相混合多載波調(diào)制方法每個(gè)碼元的波形由多個(gè)子波構(gòu)成，每個(gè)子波由調(diào)制波(即方波)和基子波共同組成，該方波寬度是子波的有效期，方波幅度決定了子波幅度，基子波為幅度取歸一化最大幅度、可取多種形狀的子波；所有子波的基本結(jié)構(gòu)如下各子波的起始點(diǎn)依次移后一個(gè)時(shí)移，然后將所有的子波疊加起來構(gòu)成一個(gè)完整的碼元波形；當(dāng)對各子波取不同的時(shí)移、相位和頻率時(shí)，形成五種不同結(jié)構(gòu)的波形；通過解線性方程組實(shí)現(xiàn)對碼元的解調(diào)，該線性方程組是由一系列的相干運(yùn)算所形成的；該相干運(yùn)算是用一個(gè)基子波與指定的有效期內(nèi)的碼元波形相乘后，再在該有效期內(nèi)求積分。本發(fā)明比現(xiàn)有的調(diào)制方法具有更高的頻帶利用率，和適應(yīng)不同傳輸環(huán)境的靈活性。
文檔編號H04L27/26GK101662437SQ20081011941
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者梁德群 申請人:北京良桑通信技術(shù)有限責(zé)任公司