本發(fā)明涉及一種異步頻分多址方法。
背景技術(shù):
正交頻分復(fù)用技術(shù)具有各載波相互正交的特性,因此可以在抵抗信道頻率選擇性的前提下保證頻譜效率。但是正交頻分復(fù)用技術(shù)具有高峰均比、帶外能量較高、各子帶之間需要同步、需要循環(huán)前綴來(lái)抵抗頻率選擇性信道的缺點(diǎn),使其無(wú)法面對(duì)5g提出的高速率、低時(shí)延等多樣化的頻譜要求,因此迫切需要在正交頻分復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)上提出以一種新的波形技術(shù)。
新的波形技術(shù)——濾波器正交頻分復(fù)用技術(shù)可以較好的滿足對(duì)5g波形技術(shù)的需求。濾波正交頻分復(fù)用技術(shù)相對(duì)于正交頻分復(fù)用技術(shù)有更多的優(yōu)點(diǎn):首先,在各子帶分別通過(guò)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的時(shí)域?yàn)V波器后,子帶外的能量相對(duì)于傳統(tǒng)的正交頻分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法下降很多,從而可以減小子帶間的保護(hù)帶寬,提高頻譜效率。其次,濾波器正交頻分復(fù)用技術(shù)可以支持異步多址技術(shù),各子帶之間不再需要同步,滿足第五代通信技術(shù)中適應(yīng)多用戶傳輸?shù)男枨?。此外,濾波器正交頻分復(fù)用技術(shù)保留了正交頻分復(fù)用技術(shù)的長(zhǎng)處:可以通過(guò)dft擴(kuò)展的方法來(lái)降低發(fā)送信號(hào)的峰均比。可以通過(guò)在發(fā)送符號(hào)頭部加循環(huán)前綴的方式降低符號(hào)間干擾。濾波器正交頻分復(fù)用技術(shù)需要同帶通濾波器卷積達(dá)到抑制帶外能量的作用,減小子帶間的干擾,但是由于需在時(shí)域同濾波器的沖激響應(yīng)進(jìn)行線性卷積,所以發(fā)送端和接收端濾波的復(fù)雜度大大增加,如何降低發(fā)送端和接收端濾波的復(fù)雜度是亟需解決的核心問(wèn)題之一。同時(shí),由于在接收端的一個(gè)子帶內(nèi),子帶兩邊的子載波的均方誤差較中間子載波的均方誤差大,所以要通過(guò)在相鄰兩個(gè)子帶間設(shè)置保護(hù)帶寬的方式減少因子帶間干擾帶來(lái)的誤差。但對(duì)于窄帶傳輸,保護(hù)帶寬與實(shí)際傳輸所用帶寬相比較大,降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝?。所以如何使用合理的調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)較高的頻譜效率,亦是亟需解決的核心問(wèn)題之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷的異步頻分多址方法。
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:
本發(fā)明所述的異步頻分多址方法,包括上行發(fā)送方法、上行接收方法、下行發(fā)送方法和下行接收方法,其中:
上行發(fā)送方法包括以下步驟:
s1.1:各終端側(cè)對(duì)傳輸?shù)男畔⒈忍亓鬟M(jìn)行差錯(cuò)控制編碼,并完成調(diào)制符號(hào)映射;
s1.2:各終端側(cè)通過(guò)串并轉(zhuǎn)換將步驟s1.1得到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行度為m的數(shù)據(jù);
s1.3:各終端側(cè)將每個(gè)用戶的每個(gè)分塊的m個(gè)子載波搬移到不同頻帶,并進(jìn)行n點(diǎn)快速傅里葉逆變換,將信號(hào)從頻域變換到時(shí)域;
s1.4:各終端側(cè)對(duì)每個(gè)用戶的每個(gè)分塊加入循環(huán)前綴;
s1.5:各終端側(cè)通過(guò)并串轉(zhuǎn)換將每個(gè)用戶的長(zhǎng)度為n的并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)為串行,不同用戶的數(shù)據(jù)流相加傳輸;
s1.6:各終端側(cè)將步驟s1.5得到的數(shù)據(jù)通過(guò)基于快速卷積的頻域線性濾波器;
上行接收方法包括以下步驟:
s1.7:基站將接收數(shù)據(jù)通過(guò)基于快速卷積的分析濾波器組濾除不同子帶間的干擾;
s1.8:基站通過(guò)串并轉(zhuǎn)換將步驟s1.7得到的串行數(shù)據(jù)流恢復(fù)為每個(gè)用戶的長(zhǎng)度為n的并行數(shù)據(jù)流;
s1.9:基站去掉接收數(shù)據(jù)中發(fā)送端插入的循環(huán)前綴;
s1.10:基站將去掉循環(huán)前綴后的并行數(shù)據(jù)流下采樣;
s1.11:基站通過(guò)快速傅里葉變換將步驟s1.10得到的時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù);
s1.12:基站將頻域數(shù)據(jù)循環(huán)移位;
s1.13:基站通過(guò)并串轉(zhuǎn)換恢復(fù)出頻域數(shù)據(jù);
s1.14:基站進(jìn)行信道估計(jì);
s1.15:基站采用與終端相對(duì)應(yīng)的解調(diào)技術(shù),恢復(fù)出原始數(shù)據(jù);
s1.16:基站進(jìn)行譯碼;
s1.17:基站對(duì)符號(hào)進(jìn)行均衡;
下行發(fā)送方法包括以下步驟:
s2.1:基站對(duì)傳輸?shù)男畔⒈忍亓鬟M(jìn)行差錯(cuò)控制編碼,并完成調(diào)制符號(hào)映射;
s2.2:基站通過(guò)串并轉(zhuǎn)換將步驟s2.1得到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行度為m的數(shù)據(jù);
s2.3:基站將每個(gè)用戶的每個(gè)分塊對(duì)應(yīng)的的m個(gè)子載波搬移到不同頻帶,并進(jìn)行n點(diǎn)快速傅里葉逆變換,將信號(hào)從頻域變換到時(shí)域;
s2.4:基站對(duì)每個(gè)用戶的每個(gè)分塊加入循環(huán)前綴;
s2.5:基站通過(guò)并串轉(zhuǎn)換將每個(gè)用戶的長(zhǎng)度為n的并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)為串行,不同用戶的數(shù)據(jù)流相加傳輸;
s2.6:基站將步驟s2.5得到的數(shù)據(jù)通過(guò)基于快速卷積的頻域線性合成濾波器組;
下行接收方法包括以下步驟:
s2.7:終端將接收數(shù)據(jù)通過(guò)基于快速卷積的匹配濾波器濾除不同子帶間的干擾;
s2.8:終端通過(guò)串并轉(zhuǎn)換將步驟s2.7得到的串行數(shù)據(jù)流恢復(fù)為每個(gè)用戶的長(zhǎng)度為n的并行數(shù)據(jù)流;
s2.9:終端去掉接收數(shù)據(jù)中發(fā)送端插入的循環(huán)前綴;
s2.10:終端將去掉循環(huán)前綴后的并行數(shù)據(jù)流下采樣;
s2.11:終端通過(guò)快速傅里葉變換將步驟s2.10得到的時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù);
s2.12:終端將頻域數(shù)據(jù)循環(huán)移位;
s2.13:終端通過(guò)并串轉(zhuǎn)換恢復(fù)出頻域數(shù)據(jù);
s2.14:終端進(jìn)行信道估計(jì);
s2.15:終端采用與基站相對(duì)應(yīng)的解調(diào)技術(shù),恢復(fù)出原始數(shù)據(jù);
s2.16:終端進(jìn)行譯碼;
s2.17:終端對(duì)符號(hào)進(jìn)行均衡。
進(jìn)一步,所述步驟s1.1和步驟s2.1中,中間的子載波采用高階調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制符號(hào)映射,邊緣的子載波采用低階調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制符號(hào)映射,其中,低階調(diào)制方式為低階bpsk調(diào)制或者低階qpsk調(diào)制,高階調(diào)制方式為高階16qam調(diào)制,低階bpsk調(diào)制、低階qpsk調(diào)制、高階16qam調(diào)制分別如式(1)、(2)、(3)所示:
su(n)=±1(1)
式(1)(2)(3)中,u表示不同用戶,n表示數(shù)據(jù)點(diǎn)。
進(jìn)一步,所述步驟s1.2和步驟s2.2中,串并轉(zhuǎn)換均按照式(4)進(jìn)行分塊:
su,l(m)=su(m-lm),0≤m≤ml-1,0≤l≤l-1(4)
式(4)中,su表示原始序列,su,l表示分塊后序列,m表示每塊長(zhǎng)度,u表示不同用戶,l表示塊數(shù)。
進(jìn)一步,所述步驟s1.6中的基于快速卷積的頻域線性濾波器和步驟s2.6中的基于快速卷積的頻域線性合成濾波器組如式(5)所示:
式(5)中,0<n<ln+n1-1,l表示塊數(shù),xk表示第k個(gè)長(zhǎng)度為n的不重疊分塊,
進(jìn)一步,所述步驟s1.7中的基于快速卷積的分析濾波器組和步驟s2.7中的基于快速卷積的匹配濾波器如式(6)所示:
式(6)中,0<n<ln+2n1-1,r表示接收數(shù)據(jù)序列,
進(jìn)一步,所述步驟s1.12中的循環(huán)移位過(guò)程如式(7)、(8)所示:
mr=(m′+m)modns,u,0<m<nc-1(7)
y′u,l(m)=y(tǒng)u,l(mr)(8)
式(7)和(8)中,mr表示第m個(gè)子載波在ns,u點(diǎn)的fft變換結(jié)果中的位置,0<mr<ns,u-1,nc表示子載波個(gè)數(shù),yu,l(mr)表示fft變換后恢復(fù)出的數(shù)據(jù),m′表示子帶前端補(bǔ)零個(gè)數(shù)。
進(jìn)一步,所述步驟s1.4和步驟s2.4中加入循環(huán)前綴的過(guò)程均如式(9)所示:
式(9)中,xu,l表示加循環(huán)前綴后的ofdm符號(hào),s′u,l表示原ofdm符號(hào),u表示不同用戶,ng表示保護(hù)間隔。
進(jìn)一步,所述步驟s1.9和s2.9中,去掉循環(huán)前綴的過(guò)程均如式(10)所示:
yu,l(n)=r′u,l(n+ng)(10)
式(10)中,r′u,l表示加循環(huán)前綴后的ofdm符號(hào),yu,l表示去循環(huán)前綴后的ofdm符號(hào),n表示數(shù)據(jù)點(diǎn),ng表示保護(hù)間隔。
進(jìn)一步,所述步驟s1.13和s2.13中的并串轉(zhuǎn)換均按照式(11)來(lái)實(shí)現(xiàn):
式(11)中,y′u,l表示并行數(shù)據(jù),
有益效果:本發(fā)明公開(kāi)了一種異步頻分多址方法,基于快速卷積的f-ofdm技術(shù)可以減小子帶間的保護(hù)帶寬、提高頻譜效率、支持異步多址技術(shù),且每個(gè)子帶的循環(huán)前綴長(zhǎng)度、子帶中子載波的個(gè)數(shù)等參數(shù)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置。通過(guò)使用重疊保留法大大降低了發(fā)送端和接收端濾波的復(fù)雜度,同時(shí)在每一個(gè)子帶兩邊的子載波上使用的低階調(diào)制,對(duì)子帶中間的子載波采用高階調(diào)制,保證了子帶中間的子載波的傳輸速率和頻譜的利用效率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下的有益效果:
1)使用了循環(huán)前綴,在接收端更易實(shí)現(xiàn)信道均衡;不要求濾波器的長(zhǎng)度小于cp長(zhǎng)度,可以更好實(shí)現(xiàn)濾波器優(yōu)化;
2)基于快速卷積濾波器組,大大降低了運(yùn)算復(fù)雜度;
3)子帶兩邊的子載波上使用的低階調(diào)制,中間的子載波采用高階調(diào)制,保證了子帶中間的子載波的傳輸速率和頻譜的利用效率。
附圖說(shuō)明
圖1為f-ofdma系統(tǒng)上行鏈路結(jié)構(gòu)框圖;
圖2為f-ofdma系統(tǒng)下行鏈路結(jié)構(gòu)框圖;
圖3為快速卷積綜合濾波器組(synthesisfilterbank,sfb)框圖;
圖4為連續(xù)信號(hào)與濾波器沖激響應(yīng)卷積的快速卷積實(shí)現(xiàn)框圖。
圖5為自適應(yīng)編碼調(diào)制示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式和附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。
本具體實(shí)施方式公開(kāi)了一種異步頻分多址方法,包括上行發(fā)送方法、上行接收方法、下行發(fā)送方法和下行接收方法,其中:
如圖1所示,上行發(fā)送方法包括以下步驟:
s1.1:各終端側(cè)對(duì)傳輸?shù)男畔⒈忍亓鬟M(jìn)行差錯(cuò)控制編碼,并完成調(diào)制符號(hào)映射;
s1.2:各終端側(cè)通過(guò)串并轉(zhuǎn)換將步驟s1.1得到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行度為m的數(shù)據(jù);
s1.3:各終端側(cè)將每個(gè)用戶的每個(gè)分塊的m個(gè)子載波搬移到不同頻帶,并進(jìn)行n點(diǎn)快速傅里葉逆變換,將信號(hào)從頻域變換到時(shí)域;m的典型值取64,n的典型值取1024;
s1.4:各終端側(cè)對(duì)每個(gè)用戶的每個(gè)分塊加入循環(huán)前綴,循環(huán)前綴長(zhǎng)度典型值取
s1.5:各終端側(cè)通過(guò)并串轉(zhuǎn)換將每個(gè)用戶的長(zhǎng)度為n的并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)為串行,不同用戶的數(shù)據(jù)流相加傳輸;
s1.6:各終端側(cè)將步驟s1.5得到的數(shù)據(jù)通過(guò)基于快速卷積的頻域線性濾波器;
上行接收方法包括以下步驟:
s1.7:基站將接收數(shù)據(jù)通過(guò)基于快速卷積的分析濾波器組濾除不同子帶間的干擾;
s1.8:基站通過(guò)串并轉(zhuǎn)換將步驟s1.7得到的串行數(shù)據(jù)流恢復(fù)為每個(gè)用戶的長(zhǎng)度為n的并行數(shù)據(jù)流;
s1.9:基站去掉接收數(shù)據(jù)中發(fā)送端插入的循環(huán)前綴;
s1.10:基站將去掉循環(huán)前綴后的并行數(shù)據(jù)流下采樣;
s1.11:基站通過(guò)快速傅里葉變換將步驟s1.10得到的時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù);
s1.12:基站將頻域數(shù)據(jù)循環(huán)移位;
s1.13:基站通過(guò)并串轉(zhuǎn)換恢復(fù)出頻域數(shù)據(jù);
s1.14:基站進(jìn)行信道估計(jì);
s1.15:基站采用與終端相對(duì)應(yīng)的解調(diào)技術(shù),恢復(fù)出原始數(shù)據(jù);
s1.16:基站進(jìn)行譯碼;
s1.17:基站對(duì)符號(hào)進(jìn)行均衡;
如圖2所示,下行發(fā)送方法包括以下步驟:
s2.1:基站對(duì)傳輸?shù)男畔⒈忍亓鬟M(jìn)行差錯(cuò)控制編碼,并完成調(diào)制符號(hào)映射;
s2.2:基站通過(guò)串并轉(zhuǎn)換將步驟s2.1得到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行度為m的數(shù)據(jù);
s2.3:基站將每個(gè)用戶的每個(gè)分塊的m個(gè)子載波搬移到不同頻帶,并進(jìn)行n點(diǎn)快速傅里葉逆變換,將信號(hào)從頻域變換到時(shí)域;
s2.4:基站對(duì)每個(gè)用戶的每個(gè)分塊加入循環(huán)前綴;
s2.5:基站通過(guò)并串轉(zhuǎn)換將每個(gè)用戶的長(zhǎng)度為n的并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)為串行,不同用戶的數(shù)據(jù)流相加傳輸;
s2.6:基站將步驟s2.5得到的數(shù)據(jù)通過(guò)基于快速卷積的頻域線性合成濾波器;
下行接收方法包括以下步驟:
s2.7:終端將接收數(shù)據(jù)通過(guò)基于快速卷積的匹配濾波器組濾除不同子帶間的干擾;
s2.8:終端通過(guò)串并轉(zhuǎn)換將步驟s2.7得到的串行數(shù)據(jù)流恢復(fù)為每個(gè)用戶的長(zhǎng)度為n的并行數(shù)據(jù)流;
s2.9:終端去掉接收數(shù)據(jù)中發(fā)送端插入的循環(huán)前綴;
s2.10:終端將去掉循環(huán)前綴后的并行數(shù)據(jù)流下采樣;
s2.11:終端通過(guò)快速傅里葉變換將步驟s2.10得到的時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù);
s2.12:終端將頻域數(shù)據(jù)循環(huán)移位;
s2.13:終端通過(guò)并串轉(zhuǎn)換恢復(fù)出頻域數(shù)據(jù);
s2.14:終端進(jìn)行信道估計(jì);
s2.15:終端采用與基站相對(duì)應(yīng)的解調(diào)技術(shù),恢復(fù)出原始數(shù)據(jù);
s2.16:終端進(jìn)行譯碼;
s2.17:終端對(duì)符號(hào)進(jìn)行均衡。
步驟s1.1和步驟s2.1中,中間的子載波采用高階調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制符號(hào)映射,邊緣的子載波采用低階調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制符號(hào)映射,如圖5所示,其中,低階調(diào)制方式為低階bpsk調(diào)制或者低階qpsk調(diào)制,高階調(diào)制方式為高階16qam調(diào)制,低階bpsk調(diào)制、低階qpsk調(diào)制、高階16qam調(diào)制分別如式(1)、(2)、(3)所示:
su(n)=±1(1)
式(1)(2)(3)中,u表示不同用戶,n表示數(shù)據(jù)點(diǎn)。
步驟s1.3中的快速傅里葉逆變換如式(4)所示:
式(4)中,su,l表示頻域數(shù)據(jù),s′u,l表示時(shí)域數(shù)據(jù),u表示不同用戶。
步驟s1.2和步驟s2.2中,串并轉(zhuǎn)換均按照式(5)進(jìn)行分塊:
su,l(m)=su(m-lm),0≤m≤ml-1,0≤l≤l-1(5)
式(5)中,su表示原始序列,su,l表示分塊后序列,m表示每塊長(zhǎng)度,u表示不同用戶,l表示塊數(shù),典型值如m=64,l=100。
步驟s1.5中的并串轉(zhuǎn)換如式(6)所示:
式(6)中,xu,l表示每個(gè)并行數(shù)據(jù),x表示合并后串行數(shù)據(jù),u表示不同用戶。
如圖3和圖4所示,步驟s1.6中的基于快速卷積的頻域線性濾波器和步驟s2.6中的基于快速卷積的頻域線性合成濾波器組均如式(7)所示:
式(7)中,fu(n)為第u個(gè)子帶線性濾波器的沖激響應(yīng),沖激響應(yīng)長(zhǎng)度為n1,典型值n1=1024。濾波器的中心頻率與相應(yīng)子帶的中心頻率重合,3db帶寬即相應(yīng)子帶的帶寬,并且濾波器的沖激響應(yīng)小于ofdm的符號(hào)長(zhǎng)度濾波器,fu(n)對(duì)不同的用戶可以設(shè)置不同的參數(shù),比如滾降系數(shù)、帶寬等,典型值例如0.0625,濾波器3db帶寬與子帶帶寬保持一致,為64*15k=960khz。0<n<ln+n1-1,l表示塊數(shù),xk表示第k個(gè)長(zhǎng)度為n的不重疊分塊,
步驟s1.7中的基于快速卷積的分析濾波器組和步驟s2.7中的基于快速卷積的匹配濾波器如式(8)所示:
式(8)中,0<n<ln+2n1-1,r表示接收數(shù)據(jù)序列,
步驟s1.10中的下采樣按照式(9)來(lái)進(jìn)行:
yu,l(n)=y(tǒng)u,l(nnr,u),0<n<ns,u-1(9)式(9)中,降采樣倍數(shù)為
步驟s1.11中的fft變換按照式(10)來(lái)進(jìn)行:
步驟s1.12中的循環(huán)移位過(guò)程如式(11)、(12)所示:
mr=(m′+m)modns,u,0<m<nc-1(11)
y′u,l(m)=y(tǒng)u,l(mr)(12)
式(11)和(12)中,mr表示第m個(gè)子載波在ns,u點(diǎn)的fft變換結(jié)果中的位置,0<mr<ns,u-1,nc表示子載波個(gè)數(shù),yu,l(mr)表示xx,m′表示xx。
步驟s2.3中的快速傅里葉逆變換如式(13)所示:
式(13)中,su,l表示頻域數(shù)據(jù),s′u,l表示時(shí)域數(shù)據(jù)。
步驟s1.4和步驟s2.4中加入循環(huán)前綴的過(guò)程均如式(14)所示:
式(14)中,xu,l表示加循環(huán)前綴后的ofdm符號(hào),s′u,l表示原ofdm符號(hào),u表示不同用戶,ng表示保護(hù)間隔。
步驟s1.9和s2.9中,去掉循環(huán)前綴的過(guò)程均如式(15)所示:
yu,l(n)=r′u,l(n+ng)(15)式(15)中,r′u,l表示加循環(huán)前綴后的ofdm符號(hào),yu,l表示去循環(huán)前綴后的ofdm符號(hào),ng表示保護(hù)間隔,典型值
步驟s1.13和s2.13中的并串轉(zhuǎn)換均按照式(19)來(lái)實(shí)現(xiàn):
式(19)中,y′u,l表示并行數(shù)據(jù),