一種適合5g網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)及方法，包括設(shè)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的若干個(gè)相互通訊的通信設(shè)備，所述通信設(shè)備包括信號(hào)發(fā)射裝置和信號(hào)接收裝置，所述信號(hào)發(fā)射裝置包括依次連接的編碼單元、擴(kuò)頻單元、載波調(diào)制單元和并串轉(zhuǎn)換單元；所述信號(hào)接收裝置包括依次連接的串并轉(zhuǎn)換單元、小波濾波單元、解擴(kuò)單元、數(shù)據(jù)解調(diào)單元和解碼單元；對(duì)時(shí)間-頻率選擇性無(wú)線信道具有很強(qiáng)的適應(yīng)性；同時(shí)，由于使用不同長(zhǎng)度的擴(kuò)頻碼對(duì)應(yīng)于各帶寬不同的小波子載波，加上相同長(zhǎng)度的擴(kuò)頻碼有很多選擇，本發(fā)明可以獲得比常規(guī)的使用快速傅立葉變換的多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)高得多的數(shù)據(jù)率，因此適合高速的5G網(wǎng)絡(luò)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)及方法，特別是涉及可隨信道時(shí)頻變化而變化的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線信道具有時(shí)間-頻率選擇性衰減的特性和受多路徑效應(yīng)影響，在現(xiàn)有的無(wú)線通信技術(shù)中，為了克服上述問(wèn)題，主要采用多載波調(diào)制技術(shù)，即正交頻分復(fù)用技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)相結(jié)合，即采用多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。然而目前現(xiàn)有的多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的技術(shù)方案雖然具有較高的調(diào)制效率，但是正交頻分多路復(fù)用的收信機(jī)構(gòu)復(fù)雜，要求的協(xié)議亦復(fù)雜，構(gòu)建的成本高昂，而且同時(shí)由于正交頻分多路復(fù)用采用快速傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)，其子載波間頻率間隔固定且達(dá)到最小，因而對(duì)載波頻率誤差極為敏感。如果由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起多普勒效應(yīng)以及時(shí)鐘偏差而導(dǎo)致載波頻率產(chǎn)生任何誤差，載波頻率會(huì)失去正交性而產(chǎn)生較大的載波間干擾，使通信系統(tǒng)的可靠性和適應(yīng)性難以令人滿意。另外，對(duì)于頻率選擇性信道而言，正交頻分復(fù)用是采用頻率分散的方法，其運(yùn)行的性能可以達(dá)到較好的效果；而對(duì)于時(shí)間選擇性信道或時(shí)間-頻率選擇性信道而言，正交頻分復(fù)用無(wú)法應(yīng)對(duì)信道的變化，其運(yùn)行的性能往往不能達(dá)到較好的效果。此外，正交頻分復(fù)用對(duì)強(qiáng)噪聲干擾極為敏感，在如脈沖噪聲干擾較大的情況下，可靠性和適應(yīng)性均不令人滿意。為了在多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，克服由于信道時(shí)頻變化帶來(lái)的性能下降的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)可隨信道時(shí)頻變化而變化的新的多載波擴(kuò)頻通信且能同時(shí)處理強(qiáng)噪聲干擾是必要的，但目前開(kāi)發(fā)出的方法均具有較高的計(jì)算復(fù)雜度，難以在實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)中真正實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的研究和實(shí)施，對(duì)數(shù)據(jù)率提出了更高的要求，采用快速傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制的方式，因?yàn)楦盗⑷~變換僅用一維的頻率變換而受到限制，數(shù)據(jù)率難以在頻率域上再得到提高。而二維時(shí)間-頻率分析的快速小波變換取代一維傅立葉變換則為數(shù)據(jù)率的提高提供了更為廣闊的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的適應(yīng)性和低計(jì)算復(fù)雜度，可以獲得比常規(guī)的使用快速傅立葉變換的多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)高得多的數(shù)據(jù)率，因此適合高速的5G網(wǎng)絡(luò)。
[0004]本發(fā)明的另一目的在于，提供一種適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的方法。
[0005]為了達(dá)到上述第一目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，包括設(shè)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的若干個(gè)相互通訊的通信設(shè)備，所述通信設(shè)備包括信號(hào)發(fā)射裝置和信號(hào)接收裝置，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)射裝置包括依次連接的編碼單元、擴(kuò)頻單元、載波調(diào)制單元和并串轉(zhuǎn)換單元；所述信號(hào)接收裝置包括依次連接的串并轉(zhuǎn)換單元、小波濾波單元、解擴(kuò)單元、數(shù)據(jù)解調(diào)單元和解碼單元；
[0007]所述編碼單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼；
[0008]所述擴(kuò)頻單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻處理；
[0009]所述載波調(diào)制單元，用于調(diào)整線頻率間距、子載波間頻率間距和子載波間頻率；
[0010]所述并串轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)多載波擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行小波逆變換來(lái)完成并串轉(zhuǎn)換；
[0011]所述串并轉(zhuǎn)換單元，用于將接收到的碼片數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采樣得到串聯(lián)形式的數(shù)據(jù)；
[0012]所述小波濾波單元，用于濾除上述串聯(lián)形式數(shù)據(jù)的干擾信號(hào)；
[0013]所述解擴(kuò)單元，用于對(duì)各子載波的擴(kuò)頻偽隨機(jī)二進(jìn)制碼元信號(hào)作自相關(guān)處理，
[0014]所述數(shù)據(jù)解調(diào)單元，用于對(duì)解擴(kuò)后的信號(hào)做二進(jìn)制相移鍵控解調(diào)，還原出所述信號(hào)發(fā)射裝置所發(fā)送的數(shù)據(jù)；
[0015]所述解碼單元，用于將還原后的數(shù)據(jù)解碼。
[0016]所述擴(kuò)頻單元包括數(shù)據(jù)分配單元、碼元數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼相乘單元以及調(diào)制信號(hào)處理單元；
[0017]所述數(shù)據(jù)分配單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)速率的大小和允許的信道帶寬，將待發(fā)送數(shù)據(jù)分配到設(shè)定長(zhǎng)度的擴(kuò)頻碼允許帶寬的N個(gè)子載波上，且依據(jù)線頻率間距和數(shù)據(jù)采樣長(zhǎng)度計(jì)算和設(shè)定子載波間頻率間距，使子載波頻率在頻率域上表現(xiàn)為連續(xù)的由小到大的單個(gè)頻率，獲得頻率正交且間距可變的子載波二進(jìn)制碼元數(shù)據(jù)；
[0018]所述碼元數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼相乘單元，用于將頻率正交且間距可變的子載波二進(jìn)制碼元數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼相乘，得到碼元數(shù)據(jù)信號(hào)的中心頻率相互正交的連續(xù)變化的調(diào)制信號(hào)；
[0019]所述調(diào)制信號(hào)處理單元，用于將調(diào)制信號(hào)的二進(jìn)制碼元進(jìn)行擴(kuò)頻處理并進(jìn)行相加操作，得到擴(kuò)頻信號(hào)。
[0020]為了達(dá)到上述第二目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0021]一種適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的方法，包括下述步驟:
[0022]S1、信號(hào)發(fā)射裝置處理步驟；
[0023]S11、將通過(guò) 編碼器編碼后的各信道碼元做擴(kuò)頻處理；
[0024]S12、由所述的載波調(diào)制單元調(diào)整線頻率間距、子載波間頻率間距和子載波間頻率，并將擴(kuò)頻信號(hào)s,_(t)發(fā)送至并串轉(zhuǎn)換單元；
[0025]S13、在并串轉(zhuǎn)換單元，對(duì)多載波擴(kuò)頻信號(hào)Sj(t)進(jìn)行小波逆變換來(lái)完成并串轉(zhuǎn)換；
[0026]S14、經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換之后可以得到輸出信號(hào)y(t)；
[0027]S2、信號(hào)接收裝置的處理步驟；
[0028]S21、將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成碼元數(shù)據(jù)信號(hào)r(t)，
[0029]S22、將接收到的碼片數(shù)據(jù)信號(hào)r (t)進(jìn)行采樣得到串聯(lián)形式的數(shù)據(jù)，
[0030]S23、將多載波擴(kuò)頻信號(hào)s^t)通過(guò)設(shè)定的濾波器來(lái)減少脈沖噪聲；
[0031]S24、將各子載波的擴(kuò)頻偽隨機(jī)二進(jìn)制碼元信號(hào)作自相關(guān)處理；
[0032]S25、對(duì)解擴(kuò)后的信號(hào)做二進(jìn)制相移鍵控解調(diào)，還原出所述信號(hào)發(fā)射裝置所發(fā)送的數(shù)據(jù)；[0033]S26、將還原后的數(shù)據(jù)解碼。
[0034]步驟SI I中，擴(kuò)頻處理的具體步驟為:
[0035]S111、根據(jù)數(shù)據(jù)速率的大小和允許的信道帶寬，將待發(fā)送數(shù)據(jù)分配到設(shè)定長(zhǎng)度的擴(kuò)頻碼允許帶寬的N個(gè)子載波上，且依據(jù)線頻率間距和數(shù)據(jù)采樣長(zhǎng)度計(jì)算和設(shè)定子載波間頻率間距，使子載波頻率在頻率域上表現(xiàn)為連續(xù)的由小到大的單個(gè)頻率，獲得頻率正交且間距可變的子載波二進(jìn)制碼元數(shù)據(jù)；
[0036]S112、將頻率正交且間距可變的子載波二進(jìn)制碼元數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼相乘，得到碼元數(shù)據(jù)信號(hào)的中心頻率相互正交的連續(xù)變化的調(diào)制信號(hào)；
[0037]S113、將調(diào)制信號(hào)的二進(jìn)制碼元按下式I)進(jìn)行擴(kuò)頻處理并進(jìn)行相加操作，得到擴(kuò)頻信號(hào)Sj (t):
【權(quán)利要求】
1.一種適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，包括設(shè)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的若干個(gè)相互通訊的通信設(shè)備，所述通信設(shè)備包括信號(hào)發(fā)射裝置和信號(hào)接收裝置，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)射裝置包括依次連接的編碼單元、擴(kuò)頻單元、載波調(diào)制單元和并串轉(zhuǎn)換單元；所述信號(hào)接收裝置包括依次連接的串并轉(zhuǎn)換單元、小波濾波單元、解擴(kuò)單元、數(shù)據(jù)解調(diào)單元和解碼單元； 所述編碼單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼； 所述擴(kuò)頻單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻處理； 所述載波調(diào)制單元，用于調(diào)整線頻率間距、子載波間頻率間距和子載波間頻率； 所述并串轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)多載波擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行小波逆變換來(lái)完成并串轉(zhuǎn)換； 所述串并轉(zhuǎn)換單元，用于將接收到的碼片數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采樣得到串聯(lián)形式的數(shù)據(jù)； 所述小波濾波單元，用于濾除上述串聯(lián)形式數(shù)據(jù)的干擾信號(hào)； 所述解擴(kuò)單元，用于對(duì)各子載波的擴(kuò)頻偽隨機(jī)二進(jìn)制碼元信號(hào)作自相關(guān)處理， 所述數(shù)據(jù)解調(diào)單元，用于對(duì)解擴(kuò)后的信號(hào)做二進(jìn)制相移鍵控解調(diào)，還原出所述信號(hào)發(fā)射裝置所發(fā)送的數(shù)據(jù)； 所述解碼單元，用于將還原后的數(shù)據(jù)解碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)頻單元包括數(shù)據(jù)分配單元、碼元數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼相乘單元以及調(diào)制信號(hào)處理單元; 所述數(shù)據(jù)分配單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)速率的大小和允許的信道帶寬，將待發(fā)送數(shù)據(jù)分配到設(shè)定長(zhǎng)度的擴(kuò)頻碼允許帶寬的N個(gè)子載波上，且依據(jù)線頻率間距和數(shù)據(jù)采樣長(zhǎng)度計(jì)算和設(shè)定子載波間頻率間距，使子載波頻率在頻率域上表現(xiàn)為連續(xù)的由小到大的單個(gè)頻率，獲得頻率正交且間距可變的子載波二進(jìn)制碼元數(shù)據(jù)； 所述碼元數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼相乘單元，用于將頻率正交且間距可變的子載波二進(jìn)制碼元數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼相乘，得到碼元數(shù)據(jù)信號(hào)的中心頻率相互正交的連續(xù)變化的調(diào)制信號(hào)； 所述調(diào)制信號(hào)處理單元，用于將調(diào)制信號(hào)的二進(jìn)制碼元進(jìn)行擴(kuò)頻處理并進(jìn)行相加操作，得到擴(kuò)頻信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括下述步驟: S1、信號(hào)發(fā)射裝置處理步驟； S11、將通過(guò)編碼器編碼后的各信道碼元做擴(kuò)頻處理； S12、由所述的載波調(diào)制單元調(diào)整線頻率間距、子載波間頻率間距和子載波間頻率，并將擴(kuò)頻信號(hào)Sj (t)發(fā)送至并串轉(zhuǎn)換單元； S13、在并串轉(zhuǎn)換單元，對(duì)多載波擴(kuò)頻信號(hào)h_(t)進(jìn)行小波逆變換來(lái)完成并串轉(zhuǎn)換； S14、經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換之后可以得到輸出信號(hào)y(t)； S2、信號(hào)接收裝置的處理步驟； S21、將接收的信號(hào) 轉(zhuǎn)換成碼元數(shù)據(jù)信號(hào)r(t)， S22、將接收到的碼片數(shù)據(jù)信號(hào)r(t)進(jìn)行采樣得到串聯(lián)形式的數(shù)據(jù)， S23、將多載波擴(kuò)頻信號(hào)h_(t)通過(guò)設(shè)定的濾波器來(lái)減少脈沖噪聲； S24、將各子載波的擴(kuò)頻偽隨機(jī)二進(jìn)制碼元信號(hào)作自相關(guān)處理；S25、對(duì)解擴(kuò)后的信號(hào)做二進(jìn)制相移鍵控解調(diào)，還原出所述信號(hào)發(fā)射裝置所發(fā)送的數(shù)據(jù)； S26、將還原后的數(shù)據(jù)解碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，步驟Sll中，擴(kuò)頻處理的具體步驟為: S111、根據(jù)數(shù)據(jù)速率的大小和允許的信道帶寬，將待發(fā)送數(shù)據(jù)分配到設(shè)定長(zhǎng)度的擴(kuò)頻碼允許帶寬的N個(gè)子載波上，且依據(jù)線頻率間距和數(shù)據(jù)采樣長(zhǎng)度計(jì)算和設(shè)定子載波間頻率間距，使子載波頻率在頻率域上表現(xiàn)為連續(xù)的由小到大的單個(gè)頻率，獲得頻率正交且間距可變的子載波二進(jìn)制碼元數(shù)據(jù)； S112、將頻率正交且間距可變的子載波二進(jìn)制碼元數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼相乘，得到碼元數(shù)據(jù)信號(hào)的中心頻率相互正交的連續(xù)變化的調(diào)制信號(hào)； S113、將調(diào)制信號(hào)的二進(jìn)制碼元按下式I)進(jìn)行擴(kuò)頻處理并進(jìn)行相加操作，得到擴(kuò)頻信號(hào) Sj (t):
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，步驟S12中，按下式II)進(jìn)行處理: 線頻率間距:
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，步驟S13中，并串轉(zhuǎn)換過(guò)程按如下方法進(jìn)行處理: 信號(hào)Sl(t)的帶寬是信號(hào)S2 (t)的兩倍，依次類(lèi)推，信號(hào)s:(t)的帶寬最小，這與對(duì)應(yīng)的小波子載波的帶寬相一致；如果PN1H的碼片長(zhǎng)度是2n-l，則PN2H的碼片長(zhǎng)度是.2n_Ll，依次類(lèi)推，PN1H的碼片長(zhǎng)度是2η_?_?-1 A是時(shí)間變化長(zhǎng)度，代表數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，且1:=212=...=21-%,即帶寬大的信號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度就長(zhǎng)，J個(gè)并行的多載波時(shí)頻信號(hào)按頻率由高到低排列如下:
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，步驟S21中，按下述式III)將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成碼元數(shù)據(jù)信號(hào)r(t)，
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，步驟S22中，再按下式進(jìn)行小波變換的操作，
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，步驟S23中，用式VI)設(shè)計(jì)的濾波器來(lái)減少脈沖噪聲:
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適合5G網(wǎng)絡(luò)的高速率小波多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的方法，其特征在于，步驟S24中，二進(jìn)制碼元信號(hào)按下式VII)作自相關(guān)處理，
r(i)j (t) =F1 [Raij (f) Saij (f) ] VII) 式VII)中，rω」α)是獲得的第i個(gè)子載波信號(hào)，F(xiàn)—1是傅立葉變換的逆變換，Κω」(?.)是收到的經(jīng)過(guò)小波濾波處理后的第i個(gè)子載波信號(hào)的傅立葉變換值，S(^(f)是第i個(gè)子載波擴(kuò)頻偽隨機(jī)二進(jìn)制碼元信號(hào)s('a)的傅立葉變換值。
【文檔編號(hào)】H04B1/69GK103888403SQ201410133040
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】羅高涌, 葉楚安, 黃大強(qiáng) 申請(qǐng)人:深圳市金頻科技有限公司