本发明属于chirp多载波信号生成，具体涉及一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法。
背景技术：
1、随着无线技术的发展，移动通信不断取得了飞跃式的进步。现如今，人们对通信的需求不再仅仅局限于通话、短信等基础服务，各种多元化的数据和多媒体服务与日俱增，新兴的智能终端设备日益更新。人们对于通信的高度依赖，使得通信需求飞快增长，庞大的数据量令有限的频谱资源不堪重负。一方面是日益剧增的通信需求，另一方面是日渐紧张的频率资源，因此必须寻求和探究具有更高频谱效率的通信技术，在带宽受限的前提下，利用更加高效的传输技术，尽可能满足人们对移动通信的需求。
2、正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，ofdm)技术，因其优秀的性能和较低的实现复杂度，近些年来一直作为一种主流的通信技术被广泛应用与研究。近年来，随着用户数据量的激增，ofdm技术也渐渐无法再满足用户庞大的需求。由于ofdm中子载波正交性的限制，想要进一步提高频谱效率，只有增加调制阶数这一方法，但是高阶调制系统对噪声和干扰将更加敏感。因此，通过放宽正交性来提高频谱效率的方式，逐渐成为了学者们研究的重点。频谱高效频分复用(spectrally efficient frequencydivision multiplexing，sefdm)系统是一种通过减小ofdm系统的子载波的间隔以换取更高的频谱效率的多载波波形体制。i.darwazeh和m.r.d.rodrigue首次提出了sefdm的系统思想，其以fast-ofdm系统为基础，进一步提升了频谱效率。类比sefdm系统在频域上通过采用减小子载波间隔的方法来提升频谱效率，超奈奎斯特(faster than nyquist，ftn)作为一种单载波技术，在时域上采用相似的概念打破奈奎斯特正交准则，采用比正交系统更快的符号速率，从而在不提高调制阶数的情况下达到更高的频谱效率。后续通信技术人员还将单载波ftn的研究扩展到了多载波领域，进一步完善了ftn的理论研究。
3、上述非正交系统传输中虽然提升了频谱效率，但是不可避免的是内部存在子载波间干扰或是码间干扰，从而影响系统的整体性能。针对于sefdm系统中存在子载波间干扰从而影响系统误码率性能这一问题，近期有研究人员从信号基底入手，将传统非正交系统中的正余弦函数基底替换为chirp信号，利用chirp信号有着抗多径、抗多普勒、对频率变化敏感性低的特性，提出了非正交chirp多载波复用技术，进一步缓解了子载波间干扰从而提供了更好的误码率性能。但现有非正交chirp多载波复用技术中，由于变换点数限制，其可提供的频谱效率受到了限制，现有系统结构的适用性、通用性也受到了限制，不利于数字实现。
技术实现思路
1、本发明的目的是为解决现有非正交chirp多载波复用技术的频谱效率受到限制，以及现有非正交chirp多载波复用系统结构的适用性、通用性受到限制的问题，而提出了一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法。
2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
3、基于本发明的一个方面，一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，所述方法具体包括以下步骤：
4、在发射端
5、步骤s1、信源产生长度为n×log2m的随机比特流序列v，其中，n为子载波个数，m为数字调制阶数；
6、步骤s2、对随机比特流序列v进行数字调制，得到数字调制后的序列st，其中，st＝[s0,s1,s2,...,sn-1]，s0,s1,s2,...,sn-1分别是序列st中的第0,1,2,...,n-1个元素；
7、步骤s3、对序列st进行串并转换得到s＝[s0,s1,s2,...,sn-1]t，t表示转置；
8、步骤s4、在s的末尾补q/α-n个0，得到补0结果
9、其中，q为时域样本数，α为带宽压缩因子；
10、步骤s5、将乘以θ2h得到s′，s′＝[s′0,s1′,s2′,...,s′q/α-1]t；
11、其中，θ2h表示相位旋转因子θ2的hermite转置；
12、步骤s6、在s′的每两个相邻数据点之间均插入b-1个零，并在s′的末尾补cq-b(q/α-1)-1个零，得到信号向量
13、其中，b和c均为正整数，b＜c，且满足α＝b/c；
14、步骤s7、对步骤s6中得到的信号向量进行cq点的离散傅立叶逆变换，得到离散傅立叶逆变换结果，再去除离散傅立叶逆变换结果尾部的cq-q/α个时域数据，即仅保留离散傅立叶逆变换结果中的前q/α个时域数据，将保留的时域数据组成的向量记为x′＝[x′0,x1′,x2′,...,x′q/α-1]t；
15、步骤s8、将x′乘以θ1h得到信号向量[x0,x1,x2,...,xq-1,..,xq/α-1]t，其中，θ1h表示相位旋转因子θ1的hermite转置；
16、步骤s9、舍弃信号向量[x0,x1,x2,...,xq-1,..,xq/α-1]t尾部的q(1-α)/α个数据，将保留的数据组成的向量记为x＝[x0,x1,x2,...,xq-1]t；
17、步骤s10、将向量x＝[x0,x1,x2,...,xq-1]t进行并串转换，得到并串转换结果xt＝[x0,x1,x2,...,xq-1]，并将xt发送到加性高斯白噪声信道；
18、在接收端
19、步骤r1、将接收端接收到的信号表示为yt＝[y0,y1,y2,...,yq-1]，对接收信号yt进行串并转化得到信号y＝[y0,y1,y2,...,yq-1]t；
20、步骤r2、对信号y进行补0操作，得到长度为q/α×1的向量[y0,y1,y2,...,yq-1,0,...0]t，即在信号y的末尾添加q(1-α)/α个0；
21、步骤r3、将步骤r2中得到的[y0,y1,y2,...,yq-1,0,...0]t乘以相位旋转因子θ1，得到向量y′＝[y′0,y1′,y′2,...,y′q/α-1]t；
22、步骤r4、在向量y′＝[y′0,y1′,y′2,...,y′q/α-1]t的每两个相邻数据点之间均插入b-1个0，并在向量y′的尾部补cq-b(q/α-1)-1个0，将经过插0和补0得到的信号向量记为
23、
24、步骤r5、对步骤r4中得到的信号向量进行cq点的离散傅立叶变换，将离散傅立叶变换结果中的前q/α个时域数据组成的信号向量记为r′＝[r0′,r1′,r2′,...,rq′/α-1]t；
25、步骤r6、将步骤r5中得到的向量r′＝[r0′,r1′,r2′,...,rq′/α-1]t乘以相位旋转因子θ2，得到向量[r0,r1,r2,...,rq-1,..,rq/α-1]t；
26、步骤r7、舍弃向量[r0,r1,r2,...,rq-1,..,rq/α-1]t尾部的q/α-n个数据，得到待检测向量r＝[r0,r1,r2,...,rn-1]t；
27、步骤r8、使用检测算法对待检测向量r＝[r0,r1,r2,...,rn-1]t进行处理，得到s的估计值
28、
29、步骤r9、对估计值进行数字解调，得到随机比特流序列v的估计值即恢复出原比特流数据。
30、基于本发明的另一个方面，一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，所述方法在发送端的工作过程为：
31、步骤s1、信源产生长度为n×log2m的随机比特流序列v，其中，n为子载波个数，m为数字调制阶数；
32、步骤s2、对随机比特流序列v进行数字调制，得到数字调制后的序列st，其中，st＝[s0,s1,s2,...,sn-1]，s0,s1,s2,...,sn-1分别是序列st中的第0,1,2,...,n-1个元素；
33、步骤s3、对序列st进行串并转换得到s＝[s0,s1,s2,...,sn-1]t，t表示转置；
34、步骤s4、在s的末尾补q/α-n个0，得到补0结果
35、其中，q为时域样本数，α为带宽压缩因子；
36、步骤s5、将乘以θ2h得到s′，s′＝[s′0,s1′,s2′,...,s′q/α-1]t；
37、其中，θ2h表示相位旋转因子θ2的hermite转置；
38、步骤s6、在s′的每两个相邻数据点之间均插入b-1个零，并在s′的末尾补cq-b(q/α-1)-1个零，得到信号向量
39、其中，b和c均为正整数，b＜c，且满足α＝b/c；
40、步骤s7、对步骤s6中得到的信号向量进行cq点的离散傅立叶逆变换，得到离散傅立叶逆变换结果，再去除离散傅立叶逆变换结果尾部的cq-q/α个时域数据，即仅保留离散傅立叶逆变换结果中的前q/α个时域数据，将保留的时域数据组成的向量记为x′＝[x′0,x1′,x2′,...,x′q/α-1]t；
41、步骤s8、将x′乘以θ1h得到信号向量[x0,x1,x2,...,xq-1,..,xq/α-1]t，其中，θ1h表示相位旋转因子θ1的hermite转置；
42、步骤s9、舍弃信号向量[x0,x1,x2,...,xq-1,..,xq/α-1]t尾部的q(1-α)/α个数据，将保留的数据组成的向量记为x＝[x0,x1,x2,...,xq-1]t；
43、步骤s10、将向量x＝[x0,x1,x2,...,xq-1]t进行并串转换，得到并串转换结果xt＝[x0,x1,x2,...,xq-1]，并将xt发送到加性高斯白噪声信道。
44、本发明的有益效果是：
45、本发明的收发两端在进行第一次相位旋转后添加了插零和补零的操作，通过控制插零和补零的数量可以调整dft和idft的点数，以调节chirp多载波复用系统中的带宽压缩因子，进而提供灵活可变的频谱效率，解决了chirp多载波信号生成过程中由于操作点数必须为整数且为2的幂次导致的频谱效率范围受限的问题。进一步扩展了chirp多载波复用系统的结构适用范围，更具有通用性，推动了其数字实现，为高频谱效率传输领域提供了更多的结构支持。
1.一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，其特征在于，所述时域样本数q为：
3.根据权利要求2所述的一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，其特征在于，所述带宽压缩因子α为：
4.根据权利要求3所述的一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，其特征在于，所述相位旋转因子θ2是一个仅在对角线上有非0元素的对角阵，对角线上的元素分别为：
5.根据权利要求4所述的一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，其特征在于，所述相位旋转因子θ1是一个仅在对角线上有非0值的对角阵，且对角线上的元素取值为：
6.根据权利要求5所述的一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，其特征在于，所述接收端接收到的信号yt为：
7.根据权利要求6所述的一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，其特征在于，所述检测算法为最大似然检测方法。
8.一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，其特征在于，所述方法在发送端的工作过程为：
9.根据权利要求8所述的一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，其特征在于，所述时域样本数q为：
10.根据权利要求9所述的一种基于插零和补零的灵活谱效chirp多载波信号生成方法，其特征在于，所述相位旋转因子θ2是一个仅在对角线上有非0元素的对角阵，对角线上的元素分别为：
