專(zhuān)利名稱(chēng)：基于單載波發(fā)送的變帶寬fmt頻分多址接入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單載波發(fā)送的變帶寬FMT頻分多址接入方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前無(wú)線通信系統(tǒng)中，面臨著兩個(gè)矛盾，一個(gè)是日益增長(zhǎng)的用戶數(shù)和有限頻譜資源的矛盾，另一個(gè)是用戶對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量的需求和無(wú)線傳播環(huán)境的矛盾。在上行通信中這兩個(gè)矛盾尤為明顯。移動(dòng)通信的上行傳輸，以及數(shù)字電視的上行傳輸中，每個(gè)用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)，具有信息量小、用戶量大的特點(diǎn)。例如典型的數(shù)字電視點(diǎn)播業(yè)務(wù)，其傳輸速率為9. bit/s即可滿足要求。但是，在高峰時(shí)段，發(fā)送點(diǎn)播或者投票請(qǐng)求的用戶數(shù)可能高達(dá)上千個(gè)。 對(duì)大量用戶的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行控制、調(diào)度和聯(lián)合解調(diào)，是一個(gè)很有挑戰(zhàn)的問(wèn)題。傳統(tǒng)的上行技術(shù)包括OFDMA(正交頻分多址)、SC-FDMA(單載波頻分多址)、均勻帶寬的FMT(濾波多音調(diào)制)和FBMC-0QAM(濾波器組多載波-偏移正交幅度調(diào)制)。其中， OFDMA和SC-FDMA技術(shù)基于OFDM技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是在完全同步的情況下，其頻譜效率高，接收機(jī)易于實(shí)現(xiàn)。上行OFDMA系統(tǒng)中，單個(gè)用戶的數(shù)據(jù)首先進(jìn)行IFFT調(diào)制，添加CP (循環(huán)前綴)后發(fā)送出去，多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)在接接收端進(jìn)行聯(lián)合解調(diào)。SC-FDMA與傳統(tǒng)OFDMA系統(tǒng)相比， 基帶調(diào)制器在IFFT之前添加了一個(gè)部分點(diǎn)的FFT。通過(guò)這種技術(shù)，SC-FDMA系統(tǒng)的峰均比 (PAPR)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于使用OFDMA技術(shù)的系統(tǒng)。上行0FDMA/SC-FDMA技術(shù)頻譜效率高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但其缺點(diǎn)也非常明顯。在實(shí)際通信系統(tǒng)的信號(hào)傳輸中，多普勒、收發(fā)時(shí)鐘不匹配等現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致頻率估計(jì)不準(zhǔn)。由于OFDM 系統(tǒng)實(shí)際上采用sine函數(shù)濾波，其頻譜有兩個(gè)缺點(diǎn)。1)在ICI (子載波串?dāng)_)存在的情況下，其頻域采樣準(zhǔn)確度會(huì)大大降低，從而影響系統(tǒng)的性能。在多用戶傳輸?shù)耐揭认滦邢到y(tǒng)的同步更難以進(jìn)行。在大量用戶同時(shí)接入時(shí)，上行中采用的是發(fā)送端調(diào)整，接收端基站側(cè)不作調(diào)整。這就使OFDMA的同步很難保證。^OFDMA系統(tǒng)的邊帶能量很高。較高的邊帶增加了功率控制的難度，也使頻譜成型變得困難。盡管有很多技術(shù)在OFDM基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，如濾波OFDM技術(shù)、濾波SC-FDMA技術(shù)等，這兩個(gè)缺點(diǎn)都沒(méi)有得到本質(zhì)改進(jìn)?；谝陨显?，近年來(lái)，F(xiàn)BMC技術(shù)研究重新得到重視。FBMC技術(shù)最先于1966年由R. W. Chang提出，之后對(duì)其研究一直未間斷。近期隨著認(rèn)知無(wú)線電和PLC通信的興起， 其優(yōu)點(diǎn)被越來(lái)越重視。FBMC又分為FBMC-0QAM技術(shù)、FMT、FBMC-MSK (濾波器組多載波-最小頻移鍵控)技術(shù)等。其共同點(diǎn)為并行傳輸?shù)拿總€(gè)子載波都使用濾波器進(jìn)行濾波。其中， FBMC-0QAM和FMT技術(shù)是使用較多的FBMC技術(shù)。FBMC-0QAM可以實(shí)現(xiàn)頻譜交疊，其邊帶衰減較快，因此很多學(xué)者試圖將這種技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電視傳輸技術(shù)和電力線通信技術(shù)中。但是在頻譜交疊時(shí)，接收機(jī)的均衡較為復(fù)雜，在某些時(shí)候限制了其應(yīng)用。在用作上行傳輸時(shí)， FBMC-0QAM技術(shù)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)在時(shí)域的峰均比較小。FMT技術(shù)則使用不交疊的頻譜，其傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示。經(jīng)過(guò)星座圖映射和處理以后的信息d (η)，首先進(jìn)行上采樣，然后通過(guò)一個(gè)滿足奈奎斯特條件的成形濾波器。之后上變頻發(fā)出。其中，各個(gè)子載波的濾波器相同，子載波帶寬相同，一般為f\ = f' !(1+α), 其中α為滾降系數(shù)，f'工為通帶帶寬。一般稱(chēng)發(fā)送端濾波器為分析濾波器組，接收端濾波器為綜合濾波器組。兩個(gè)濾波器級(jí)聯(lián)可得到近似PR (Perfect Reconstruction，完美重建) 的性能。典型的FMT系統(tǒng)頻譜如圖2。其頻譜完全正交的特性，保證了均衡方法簡(jiǎn)單，同時(shí)相對(duì)以上提到的多載波技術(shù)，接收機(jī)對(duì)ICI不敏感。濾波可以保證帶外衰減快，在PLC(可編程控制器)和認(rèn)知無(wú)線電等環(huán)境下可保證不干擾其他用戶或者相鄰頻段的設(shè)備。采用滿足ra條件的濾波器，既可以構(gòu)造FMT系統(tǒng)。較常見(jiàn)的滿足近似ra條件的濾波器有高斯濾波器、升余弦濾波器等。在多用戶環(huán)境下使用傳統(tǒng)的等帶寬FMT技術(shù)，仍有一些缺點(diǎn)。當(dāng)載波數(shù)量較大時(shí)， 多載波技術(shù)峰均比高的劣勢(shì)就顯現(xiàn)出來(lái)。即使采用類(lèi)似SC-FDMA的降峰均比技術(shù)，也會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，并造成資源調(diào)度的困難。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何極大地降低發(fā)送機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于單載波發(fā)送的變帶寬FMT頻分多址接入方法，包括以下步驟Si、在發(fā)送端，不同的用戶同步地發(fā)送帶寬可變的子載波信號(hào)，且所述子載波信號(hào)為用戶要發(fā)送的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波之后得到的信號(hào)；S2、在接收端，并行接收來(lái)自不同用戶的信號(hào)，以得到每個(gè)用戶所發(fā)送的原始數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所有用戶的子載波帶寬為所有用戶中最窄子載波帶寬的整數(shù)倍。優(yōu)選地，不同用戶的子載波在頻域的通帶不交疊。優(yōu)選地，所述子載波信號(hào)為經(jīng)過(guò)成型濾波器濾波的單載波信號(hào)。優(yōu)選地，所述成型濾波器為高斯濾波器或根升余弦濾波器。優(yōu)選地，在步驟S2中，接收端通過(guò)聯(lián)合處理算法進(jìn)行并行接收。所述聯(lián)合處理算法包括以下兩種算法之一 1)所有子載波信號(hào)同時(shí)處理；幻相同帶寬的子載波信號(hào)聯(lián)合接收，不同帶寬的子載波信號(hào)并行處理。優(yōu)選地，算法1)具體包括步驟S21、對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，按照最窄子載波帶寬的倍數(shù)得到所有子載波，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合解調(diào)；S22、以子載波為單位，在頻域進(jìn)行匹配濾波和均衡，從而得到每個(gè)用戶所發(fā)送的原始數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，算法2、具體包括步驟對(duì)于相同帶寬的子載波信號(hào)，聯(lián)合進(jìn)行插值采樣和濾波，然后進(jìn)行快速傅里葉變換，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合解調(diào)；然后以用戶為單位，進(jìn)行均衡，從而得到每個(gè)用戶所發(fā)送的原始數(shù)據(jù)；
對(duì)于不同帶寬的子載波信號(hào)，采用不同的方式進(jìn)行插值采樣和濾波，以及快速傅里葉變換，從而實(shí)現(xiàn)解調(diào)；然后以子載波為單位，進(jìn)行均衡和頻域匹配，從而得到每個(gè)用戶所發(fā)送的原始數(shù)據(jù)。可將相同帶寬子載波設(shè)計(jì)為一路解調(diào)，不同帶寬子載波設(shè)計(jì)為多路并行接收，從而得到所有的解調(diào)數(shù)據(jù)。(三)有益效果本發(fā)明通過(guò)1)每個(gè)用戶發(fā)送的子載波帶寬可變(不同帶寬的子載波的對(duì)抗時(shí)間選擇性和頻率選擇性衰落的能力不同)，且其子載波帶寬需滿足一定條件；幻可變帶寬子載波為經(jīng)過(guò)濾波的單載波信號(hào)；幻發(fā)送機(jī)同步發(fā)送數(shù)據(jù)，在接收機(jī)并行解調(diào)，使得發(fā)送機(jī)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度得以降低，同時(shí)降低系統(tǒng)對(duì)同步的要求和系統(tǒng)的峰均比，提高資源分配的效率。


圖1為傳統(tǒng)的FMT發(fā)射機(jī)示意圖2傳統(tǒng)FMT頻譜示意圖3本發(fā)明的子載波頻域示意圖4本發(fā)明的信號(hào)幀時(shí)域示意圖5為本發(fā)明的發(fā)射機(jī)示意圖6為本發(fā)明的算法1)的聯(lián)合接收示意圖7為本發(fā)明的方法流程圖8為本發(fā)明實(shí)施例一的總體流程框圖9為本發(fā)明的算法幻的聯(lián)合接收示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)于本發(fā)明所提出的基于單載波發(fā)送的變帶寬FMT頻分多址接入方法，結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明涉及一種在無(wú)線通信傳輸、數(shù)字電視、電力線通信等數(shù)據(jù)通信中傳輸信號(hào)的時(shí)域和頻域安排方法，具體是一種基于單載波發(fā)送的變帶寬濾波多音調(diào)制(FMT)的頻分多址接入方法，如圖7所示，在該系統(tǒng)中，不同用戶同步地發(fā)送帶寬可變的、經(jīng)過(guò)成型濾波器濾波的子載波信號(hào)，不同用戶的子載波信號(hào)在基站側(cè)組成多載波并行傳輸信號(hào)。每個(gè)用戶傳輸?shù)淖虞d波信號(hào)在接收端看作并行多載波系統(tǒng)的子載波，其子載波帶寬可變。記子載波帶寬分別為If1，…f^fM}。不同用戶按其需要選擇特定帶寬的子載波信號(hào)來(lái)傳輸信息， 不同用戶在發(fā)送的時(shí)候保證其時(shí)間上的同步，以利于接收端實(shí)現(xiàn)并行接收。所述不同用戶子載波在頻域通帶不交疊。其子載波滿足以下并行接收條件其子載波帶寬為所有用戶中最窄子載波寬度的整數(shù)倍，即fm = kfi，其中k為大于或等于1的正整數(shù)，是所有子載波中帶寬最窄的載波寬度。一個(gè)并行接收信道的總帶寬定義為F，則F 可以劃分為由整數(shù)個(gè)寬度為的子帶單元構(gòu)成的頻率集合，每個(gè)子載波占據(jù)整數(shù)個(gè)寬度為
的子帶單元。例如有某個(gè)子載波帶寬為fm的用戶，則其占據(jù)的帶寬為{ksf\，(ks+l)f\，…， (ks+k) fj，其中^f1為起始頻率。所述不同用戶的單載波信號(hào)需同步發(fā)送，以保證到達(dá)基站時(shí)間在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)，基站通過(guò)聯(lián)合處理算法完成并行接收(有兩種算法，分別如圖6、9所示)。每個(gè)子載波在傳輸時(shí)構(gòu)成一個(gè)單載波物理信道。傳輸時(shí)不同子載波通帶不構(gòu)成交疊，以保證不同用戶可同時(shí)接入?？梢运杏脩羰褂猛粋€(gè)單速率的子載波信號(hào)，可以每個(gè)用戶使用多個(gè)不同速率的子載波信號(hào)。每個(gè)用戶占據(jù)的子載波，其頻域排列方式可以是集中式，也可以是分散式。 每個(gè)用戶或子載波之間可以留保護(hù)帶，或者不留保護(hù)帶；成型濾波器包括但不限于高斯濾波器、平方根升余弦濾波器等濾波器。子載波信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間為嚴(yán)格同步。子載波帶寬不同的單載波信號(hào)，其符號(hào)長(zhǎng)度不同。在固定采樣率下，子載波帶寬越寬，符號(hào)時(shí)間越短。因?yàn)樽虞d波帶寬為最低子載波寬度的倍數(shù)，所以其最長(zhǎng)符號(hào)時(shí)間為短符號(hào)時(shí)間的倍數(shù)。其中，所述子載波信號(hào)可包含循環(huán)前綴或者不包含循環(huán)前綴。發(fā)送子載波信號(hào)前首先要插入訓(xùn)練數(shù)據(jù)，插入方法包括但不限于以訓(xùn)練序列幀、 連續(xù)導(dǎo)頻、分散導(dǎo)頻等形式的插入；其格式包括但不限時(shí)域二值序列、頻域二值序列或者時(shí)頻實(shí)數(shù)序列。其訓(xùn)練數(shù)據(jù)與要發(fā)送的數(shù)據(jù)，以及不同用戶的要發(fā)送的數(shù)據(jù)之間，在時(shí)域、頻域上帶寬可變，成型濾波器可變；發(fā)送信號(hào)時(shí)所采用的調(diào)制方式包括但不限于QAM調(diào)制、 MSK調(diào)制、OQAM調(diào)制。實(shí)施例一本實(shí)施例是適用于數(shù)字電視回傳信道的子載波(one-tone)-FMT方案。假設(shè)一個(gè)上行系統(tǒng)有M種子載波帶寬需求。則定義{f1;……，fM}種載波帶寬，其中
權(quán)利要求
1.一種基于單載波發(fā)送的變帶寬FMT頻分多址接入方法，其特征在于，包括以下步驟51、在發(fā)送端，不同的用戶同步地發(fā)送帶寬可變的子載波信號(hào)，且所述子載波信號(hào)為用戶要發(fā)送的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波之后得到的信號(hào)；52、在接收端，并行接收來(lái)自不同用戶的信號(hào)，以得到每個(gè)用戶所發(fā)送的原始數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所有用戶的子載波帶寬為所有用戶中最窄子載波帶寬的整數(shù)倍。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，不同用戶的子載波在頻域的通帶不交疊。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述子載波信號(hào)為經(jīng)過(guò)成型濾波器濾波的單載波信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述成型濾波器為高斯濾波器或根升余弦濾波器。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟S2中，接收端通過(guò)聯(lián)合處理算法進(jìn)行并行接收。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述聯(lián)合處理算法包括以下兩種算法之一 1)所有子載波信號(hào)同時(shí)處理；幻相同帶寬的子載波信號(hào)聯(lián)合接收，不同帶寬的子載波信號(hào)并行處理。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，算法1)具體包括步驟521、對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，按照最窄子載波帶寬的倍數(shù)得到所有子載波， 從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合解調(diào)；522、以子載波為單位，在頻域進(jìn)行匹配濾波和均衡，從而得到每個(gè)用戶所發(fā)送的原始數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，算法2)具體包括步驟對(duì)于相同帶寬的子載波信號(hào)，聯(lián)合進(jìn)行插值采樣和濾波，然后進(jìn)行快速傅里葉變換，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合解調(diào)；然后以用戶為單位，進(jìn)行均衡和頻域匹配，從而得到每個(gè)用戶所發(fā)送的原始數(shù)據(jù)；對(duì)于不同帶寬的子載波信號(hào)，采用不同的方式進(jìn)行插值采樣和濾波，以及快速傅里葉變換，從而實(shí)現(xiàn)解調(diào)；然后以子載波為單位，進(jìn)行均衡和頻域匹配，從而得到每個(gè)用戶所發(fā)送的原始數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及信號(hào)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于單載波發(fā)送的變帶寬FMT頻分多址接入方法，包括以下步驟S1、在發(fā)送端，不同的用戶同步地發(fā)送帶寬可變的子載波信號(hào)，且所述子載波信號(hào)為用戶要發(fā)送的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波之后得到的信號(hào)；S2、在接收端，并行接收來(lái)自不同用戶的信號(hào)。本發(fā)明通過(guò)1)每個(gè)用戶發(fā)送的子載波帶寬可變(不同帶寬的子載波的對(duì)抗時(shí)間選擇性和頻率選擇性衰落的能力不同)，且其子載波帶寬需滿足一定條件；2)可變帶寬子載波為經(jīng)過(guò)濾波的單載波信號(hào)；3)發(fā)送機(jī)同步發(fā)送數(shù)據(jù)，在接收機(jī)并行解調(diào)，使得發(fā)送機(jī)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度得以降低，同時(shí)降低系統(tǒng)對(duì)同步的要求和系統(tǒng)的峰均比，提高資源分配的效率。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102263766SQ201110251058
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者張超, 楊知行, 王軍, 王昭誠(chéng), 路冠平 申請(qǐng)人:清華大學(xué)