支持多天線傳輸?shù)膹V帶異步可調(diào)多載波無線傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別是涉及支持多天線傳輸?shù)膹V帶異步可調(diào)多載波無 線傳輸方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為適應(yīng)通信發(fā)展的需要，下一代無線通信系統(tǒng)在提高數(shù)據(jù)傳輸速度的基礎(chǔ)上，必 須具有更高的頻譜利用率和能效，其無線覆蓋性能、傳輸時延和用戶體驗(yàn)顯著提高。系統(tǒng)支 持不同業(yè)務(wù)的通信需求，特別是海量傳感設(shè)備及機(jī)器與機(jī)器（M2M)通信。系統(tǒng)還需具備充 分的靈活性，整合及動態(tài)分配頻譜資源。
[0003] 多天線（M頂0)結(jié)合多載波并行傳輸技術(shù)是發(fā)展下一代無線通信技術(shù)的關(guān)鍵。正 交頻分復(fù)用（0FDM)技術(shù)由于具有抗多徑衰落能力強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低、易于與ΜΙΜΟ結(jié)合等優(yōu) 點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各類無線通信系統(tǒng)。但0FDM技術(shù)需要插入循環(huán)前綴（CP)對抗多徑衰 落，導(dǎo)致無線資源的浪費(fèi)；其各個子載波之間必須保持同步以保證正交，限制了頻譜使用的 靈活性；其還具有峰均比高、對頻偏敏感、載波旁瓣較大等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種在保持0FDM優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)在更廣的帶 寬下靈活進(jìn)行頻譜分配，實(shí)現(xiàn)異步傳輸，提高頻譜利用率，降低峰均比，有效抗頻偏，減小載 波旁瓣，節(jié)約無線資源的支持多天線傳輸?shù)膹V帶異步可調(diào)多載波無線傳輸方法及系統(tǒng)。
[0005] 技術(shù)方案：為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明所述的支持多天線傳輸?shù)膹V帶異步可調(diào)多載波無線傳輸方法，包括信號發(fā) 送步驟和信號接收步驟：
[0007] 信號發(fā)送步驟：不同用戶或同一用戶的S個并行的發(fā)送數(shù)據(jù)流，分別經(jīng)過相應(yīng)的 子帶基帶發(fā)送模塊進(jìn)行基帶數(shù)字信號處理，得到子帶多天線數(shù)字基帶發(fā)送信號；然后經(jīng)過 多載波合成模塊進(jìn)行多載波合成，生成多載波數(shù)字基帶發(fā)送信號；最后經(jīng)過D/A模塊和發(fā) 送射頻模塊，產(chǎn)生各發(fā)射天線上的多載波發(fā)送射頻信號；
[0008] 信號接收步驟：各接收天線接收的多載波信號經(jīng)過接收射頻模塊和A/D模塊，產(chǎn) 生多載波數(shù)字基帶接收信號；然后經(jīng)過多載波分析模塊進(jìn)行分解，生成各子帶多天線數(shù)字 基帶接收信號；最后分別經(jīng)過相應(yīng)的子帶基帶接收模塊進(jìn)行數(shù)字基帶信號處理，得到S個 并行的接收數(shù)據(jù)流。
[0009] 進(jìn)一步，所述經(jīng)過多載波合成模塊進(jìn)行多載波合成的步驟由基于分段快速卷積的 多載波合成濾波器組完成，是將S股并行的數(shù)據(jù)流ss (m)通過一組并行的插值濾波器hs (η) 后的輸出信號進(jìn)行疊加，得到多載波數(shù)字基帶發(fā)送信號y(η)，如下式：
[0010]
(1)
[0011] 其中，設(shè)hs(n)為關(guān)于原點(diǎn)對稱的有限長實(shí)序列，長度為L= 2L此+1，1^為整數(shù)， N"為第s個子帶的插值倍數(shù)，s為數(shù)據(jù)流的編號。
[0012] 進(jìn)一步，所述經(jīng)過多載波合成模塊進(jìn)行多載波合成的步驟包括如下的子步驟：
[0013] 步驟201 :設(shè)Nbs=N/N"為整數(shù)，對插值濾波器的輸入信號ss(m)進(jìn)行長度為Nbs的 不重疊分塊，得到不重疊信號塊sk，>)，再由skI?，sk，>)，sk+1，>)取中間Mbs個值生成 重疊信號塊U?) ;其中，N為2的冪，且1024，Mbs= 2Nbs;
[0014] 步驟202 :將巧少)進(jìn)行Mbs點(diǎn)FFT變換；
[0015] 步驟203 :將步驟202中的變換結(jié)果復(fù)制ps次并首尾拼接，然后與插值濾波器 hs(n)在頻域內(nèi)的響應(yīng)扎⑵的非零值相乘；其中，ρΛ[1，Ν"]區(qū)間內(nèi)的整數(shù)；
[0016] 步驟204 :將各子帶在步驟203中得到的結(jié)果對應(yīng)到各子帶頻段在DFT域內(nèi)對應(yīng) 的位置，進(jìn)行Μ點(diǎn)IFFT變換得到乃(/?h其中，M= 2N;
[0017] 步驟205 :取5 (")中間的Ν個符號，完成重疊保留操作，得到輸出信號y(η)的分塊 信號yk(n)，并將y(n)輸出至D/A。
[0018] 進(jìn)一步，所述經(jīng)過多載波分析模塊進(jìn)行分解的步驟由基于分段快速卷積的多載波 分析濾波器組完成，基于分段快速卷積的多載波分析濾波器組包括插值濾波器，經(jīng)過多載 波分析模塊進(jìn)行分解的步驟包括如下的子步驟：
[0019] 步驟206 :將多載波數(shù)字基帶接收信號.(·(〃)以長度N不重疊分塊，再生成長度為Μ 的重疊信號塊；其中，Ν為2的冪，且Ν彡1024,Μ= 2Ν;
[0020] 步驟207 :將重疊信號塊進(jìn)行Μ點(diǎn)FFT變換；
[0021] 步驟208 :將子帶在DFT域上對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡和子帶濾波運(yùn)算；
[0022] 步驟209 :進(jìn)行Mbs點(diǎn)IFFT變換，Mbs= 2Νbs，Nbs=N/Nrs，Nrs為第s個子帶的插值 倍數(shù)；
[0023] 步驟210 :保留分塊中間的Nbs個數(shù)據(jù)并輸出至子帶基帶接收模塊。
[0024] 本發(fā)明所述的支持多天線傳輸?shù)膹V帶異步可調(diào)多載波無線傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)送端 和接收端；
[0025] 發(fā)送端包括子帶基帶發(fā)送模塊、多載波合成模塊、D/A模塊、發(fā)送射頻模塊和反射 天線；不同用戶或同一用戶的S個并行的發(fā)送數(shù)據(jù)流，分別經(jīng)過相應(yīng)的子帶基帶發(fā)送模塊 進(jìn)行基帶數(shù)字信號處理，得到子帶多天線數(shù)字基帶發(fā)送信號；然后經(jīng)過多載波合成模塊進(jìn) 行多載波合成，生成多載波數(shù)字基帶發(fā)送信號；最后經(jīng)過D/A模塊和發(fā)送射頻模塊，產(chǎn)生各 發(fā)射天線上的多載波發(fā)送射頻信號；
[0026] 接收端包括接收天線、接收射頻模塊、A/D模塊、多載波分析模塊和子帶基帶接收 模塊；各接收天線接收的多載波信號經(jīng)過接收射頻模塊和A/D模塊，產(chǎn)生多載波數(shù)字基帶 接收信號；然后經(jīng)過多載波分析模塊進(jìn)行分解，生成各子帶多天線數(shù)字基帶接收信號；最 后分別經(jīng)過相應(yīng)的子帶基帶接收模塊進(jìn)行數(shù)字基帶信號處理，得到S個并行的接收數(shù)據(jù) 流。
[0027] 進(jìn)一步，所述多載波合成模塊包括基于分段快速卷積的多載波合成濾波器組，多 載波分析模塊包括基于分段快速卷積的多載波分析濾波器組。
[0028] 進(jìn)一步，所述基于分段快速卷積的多載波合成濾波器組包括重疊分塊單元、小FFT 單元、帶寬擴(kuò)展和頻域?yàn)V波單元、大IFFT單元和分塊保留單元；子帶多天線數(shù)字基帶發(fā)送 信號通過重疊分塊單元、小FFT單元、帶寬擴(kuò)展和頻域?yàn)V波單元后，在DFT域進(jìn)行拼接，再通 過大IFFT單元和分塊保留單元，形成多載波數(shù)字基帶發(fā)送信號。
[0029] 進(jìn)一步，所述基于分段快速卷積的多載波分析濾波器組包括重疊分塊單元、大FFT 單元、頻域均衡和濾波單元、小IFFT單元和分塊保留單元；多載波數(shù)字基帶接收信號通過 重疊分塊單元、大FFT單元，然后根據(jù)各子帶在DFT域內(nèi)的對應(yīng)的并行信號依次通過該子帶 的頻域均衡和濾波單元、小IFFT單元、分塊保留單元，形成子帶多天線數(shù)字基帶接收信號。
[0030] 有益效果：本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 1、本發(fā)明能夠整合不連續(xù)的空白頻譜，充分挖掘更廣的傳輸帶寬；
[0032] 2、本發(fā)明各子帶頻譜不交疊，各子帶之間的數(shù)據(jù)傳輸無需同步，尤其適合多用戶 上行鏈路和具有海量節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)和M2M通信的"睡眠-喚醒"模式；
[0033] 3、本發(fā)明的每個子帶的帶寬和中心頻率通過改變FFT大小和位置即可調(diào)節(jié)，能夠 用于抗頻偏，也能夠用于靈活分配頻譜資源；
[0034]4、本發(fā)明的傳輸過程不使用循環(huán)前綴（CP)，故頻譜效率高于0FDM;子帶間在不使 用保護(hù)頻帶時，系統(tǒng)頻譜效率可達(dá)100% ;
[0035] 5、本發(fā)明在接收端FFT點(diǎn)數(shù)較大的情況下，均衡器近似為頻域單點(diǎn)均衡，避免了 矩陣求逆運(yùn)算；均衡器系數(shù)與子帶濾波器系數(shù)合并，不增加計算量；
[0036] 6、本發(fā)明系統(tǒng)的子載波數(shù)量遠(yuǎn)低于0FDM系統(tǒng)，其峰均比低于0FDM系統(tǒng)；
[0037] 7、本發(fā)明系統(tǒng)可以作為傳輸框架，同時容納0FDM等現(xiàn)有的多種系統(tǒng)，并且為其靈 活動態(tài)分配資源。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的發(fā)送端的框圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的接收端的框圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的多載波合成模塊的框圖；
[0041] 圖4為本發(fā)明系統(tǒng)的多載波分析模塊的框圖；
[0042] 圖5為本發(fā)明系統(tǒng)的單個子帶基帶發(fā)送模塊的框圖；
[0043] 圖6為本發(fā)明系統(tǒng)的單個子帶基帶接收模塊的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。
[0045] 本發(fā)明的系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端。
[0046] 發(fā)送端如圖1所示，包括子帶基帶發(fā)送模塊、多載波合成模塊、D/A模塊、發(fā)送射 頻模塊和反射天線。不同用戶或同一用戶的S個并行的發(fā)送數(shù)據(jù)流，分別經(jīng)過相應(yīng)的子帶 基帶發(fā)送模塊進(jìn)行基帶數(shù)字信號處理（如：信道編碼、交織、調(diào)制等），得到子帶多天線數(shù)字 基帶發(fā)送信號；然后經(jīng)過多載波合成模塊進(jìn)行多載波合成，生成多載波數(shù)字基帶發(fā)送信號； 最后經(jīng)過D/A模塊和發(fā)送射頻模塊，產(chǎn)生各發(fā)射天線上的多載波發(fā)送射頻信號?？?