专利名称：基于多子带滤波器组的发射、接收装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种发射、接收装置及其方法，尤其涉及一种基于时域循环结构多子带滤波器组的发射、接收装置。
背景技术：
近年来，无线通信系统向着宽带方向迅速发展；伴随着这种发展趋势，无线通信系统占有的带宽越来越高，传输速率越来越高，频谱效率也要求越来越高。在宽带无线移动通信系统和宽带无线接入网中要求多个用户同时接入，需要采用多址技术。通常采用的多址技术主要有三种频分多址、时分多址和码分多址。频分多址技术是将用户的信息分配到不同频率的载波信道进行传输。时分多址技术是将不同的信息分配到不同的时隙进行传输，一个载波可以按时隙传输多个用户的信息，传输的用户数取决于时隙的数目。码分多址技术采用扩频通信方式，它可以在同一时间和同一载波上传输不同的伪随机码调制的多个用户的信号。根据近几年的研究发现，为了有效提升系统的吞吐量，频分多址技术(FDMA)和时分多址技术(TDMA)的组合多址技术将成为未来移动通信技术的主要多址技术。
目前，常用的频分多址系统有两种，一种是多载波频分多址(MC-FDMA)系统，另一种是单载波频分多址(SC-FDMA)系统。基于多载波调制技术的频分多址系统，具有实现复杂度低，时频颗粒度小，频域均衡复杂度小等优点。其主要缺点是发射信号功率峰均比高，时频同步精度要求高，容易因为同步不好造成用户间干扰，影响通信的总体性能。因此，多载波频分多址(MC-FDMA)技术一般用于宽带无线移动通信的下行链路。单载波频分多址是近年来国际上提出来的一种既具备单载波通信低功率峰均比特性，又具备多载波通信实现简单和资源调度灵活特性的新型频分多址通信系统。一般而言，由于单载波频分多址系统中各载波相对独立，同时各载波的带宽远大于多载波频分多址系统中子载波的带宽，使得单载波频分多址系统对时频同步的要求也远低于多载波频分多址系统。因此，单载波频分多址技术更适合于宽带移动通信的上行链路解决方案。
在通信系统中，为补偿衰落信道造成的接收信号的失真，通常在接收端利用估计的信道响应，均衡接收的信号。在基于分组交换的多址通信系统中，一般采用块传输方式。基于循环前缀的块传输可以采用简单的单点频域均衡以降低接收机复杂度，同时可以有效支持多天线收/发传输方式，如采用频域均衡的单载波-频分多址系统(SC-FDMA)和采用正交频分复用多址技术的多载波-频分多址系统(OFDMA)。
现有的基于多子带滤波器组的频分多址技术中，信道均衡可以在子带内实现，即对经过多子带匹配滤波后的各个子带的接收信号分别进行均衡；也可以在子带外实现，即对接收信号先进行均衡后，然后经过多子带匹配滤波恢复出各个子带的发送信号。对于子带内频域均衡系统，每个子带内的传输的数据块通常在添加CP(循环前缀)后进行子带成型滤波。由于子带内信号为窄带信号，成型滤波器的时域滚降上升沿和下降沿将会接近甚至超过CP的长度。因此大大降低CP的有效长度。这样，在给定的信道时延扩展条件下，需要更长的CP，从而降低系统的频谱利用率。对于子带外频域均衡的系统，各个子带传输的信号经过多子带滤波器组成型后再添加CP，因此子带成型滤波器不会降低CP的有效长度，从而可以提高系统的频谱效率。然而，为降低子带间的干扰，子带的频率响应的过渡带应尽量陡峭。此时，多子带滤波器组对应的原型滤波器系数将很长，从而导致多子带滤波器组输出的信号有很长的拖尾。如果将该信号直接发送出去，将极大降低系统的频谱利用率。为提高频谱效率，经过多子带滤波的信号可以先经过波形截短后再发送出去。如果直接将经过多子带滤波的信号中的拖尾截取，则一方面会导致信号失真，另一方面导致发射信号的频谱泄漏，造成信号的带外干扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于多子带滤波器组的发射、接收装置及其方法，通过对发射端经过多子带滤波的截短信号进行循环叠加，一方面可以提高系统的频谱利用率，另一方面可减小信号失真。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种基于多子带滤波器组的发射装置，包括多子带滤波器组，其将每路子带并行符号数据块序列分别进行子带多相滤波处理，并对所述多个经过子带多相滤波的并行符号数据块序列进行合成处理，以生成串行输出符号数据序列；其特征在于，还包括波形缓存截短装置，用于对经过波形合成后的数据序列进行缓存，截去数据首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号；截短信号的长度为多子带滤波器组采用的原型滤波器的移位正交间隔的整数倍；循环波形形成装置，对截短信号进行首尾循环叠加，使得获得信号为首尾连续的循环信号。
进一步地，该基于多子带滤波器组的发射装置还包括连接于循环波形形成装置后的保护间隔添加装置，用于在循环波形序列的头或尾部添加一个特定长度的保护间隔。该保护间隔添加装置可减少信道间干扰。这样，本发明采用子带外频域均衡，各个子带传输的信号经过多子带滤波器组成型后再添加循环前缀，因些子带成型滤波器不会降低循环前缀的有效长度，从而可以提高系统的频谱效率。
相应地，本发明还提供一种基于多子带滤波器组的接收装置，包括多子带匹配滤波器组，将所述串行输入符号数据块序列中每个数据块进行波形分解操作，以生成多个长度较短的符号数据块，并对所述多个较短的符号数据块分别进行与发射装置端的子带滤波相对应的子带匹配滤波操作，以生成多个经子带匹配滤波操作的符号序列，以及在该多子带滤波器组前还连接有波形循环扩展装置，用于对输入数据块首尾两端循环扩展，恢复发射信号的正交性。可减少信号的失真。
对应地，本发明还提供一种基于多子带滤波器组的发射方法，包括如下步骤多子带滤波步骤，其将每路子带并行符号数据块序列分别进行子带多相滤波处理，并对所述多个经过子带多相滤波的并行符号数据块序列进行合成处理，以生成串行输出符号数据序列；波形缓存截短步骤，对经过波形合成后的数据序列进行缓存，截去数据首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号；截短信号的长度为多子带滤波器组采用的原型滤波器的移位正交间隔的整数倍；循环波形形成步骤，对截短信号进行首尾循环叠加，使得获得信号为首尾连续的循环信号。
以及，一种基于多子带滤波器组的接收方法，包括如下步骤波形循环扩展步骤，用于对输入数据块首尾两端循环扩展，恢复发射信号的正交性；多子带匹配滤波步骤，将所述串行输入符号数据块序列中每个数据块进行波形分解操作，以生成多个长度较短的符号数据块，并对所述多个较短的符号数据块分别进行与发射装置端的子带滤波相对应的子带匹配滤波操作，以生成多个经子带匹配滤波操作的符号序列。
进一步地，本发明还提供一种基于多子带滤波器组的发射装置，包括多子带滤波器组，其将每路子带并行符号数据块序列分别进行子带多相滤波处理，并对所述多个经过子带多相滤波的并行符号数据块序列进行合成处理，以生成串行输出符号数据序列；以及设于多子带滤波器组之前的数据块循环扩展装置，用于对输入的D个并行符号数据块{ck，k＝0，1，...，D-1}进行数据块循环扩展操作，即将在D个数据块内的后C1个符号数据块添加到D个数据块之前，而将D个数据块的前C2个符号数据块添加到D个数据块之后，以形成D+C个并行符号数据块；设于多子带滤波器组之后的波形缓存截短装置，所述的波形缓存截短装置对数据进行缓存，并且截去缓存波形首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号，截短信号的长度为原型滤波器移位正交间隔N的整数倍，从而使截短信号成为首尾连续的循环信号。
相应地，本发明还提供一种基于多子带滤波器组的发射方法，包括如下步骤循环扩展步骤，对输入的D个并行符号数据块进行数据块循环扩展操作，即将在D个数据块内的后C1个符号数据块添加到D个数据块之前，而将D个数据块的前C2个符号数据块添加到D个数据块之后，以形成D+C个并行符号数据块；多子带滤波步骤，将每路子带并行符号数据块序列分别进行子带多相滤波处理，并对所述多个经过子带多相滤波的并行符号数据块序列进行合成处理，以生成串行输出符号数据序列；波形缓存截短步骤，对数据进行缓存，并且截去缓存波形首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号，截短信号的长度为原型滤波器移位正交间隔N的整数倍，从而使截短信号成为首尾连续的循环信号。
从图9的仿真图可以看出采用本发明的多子带滤波器组的频分多址系统可取得较好的误比特性能。从图10的单子带信号的频谱图可以看出采用本发明的时域循环信号的频谱带外衰减明显好于直接截短的时域非循环信号的带外衰减。
图1是本发明的基于多子带滤波器组的发射装置的结构示意图。
图2是本发明的循环波形形成步骤的波形截断及循环波形形成示意图。
图3是本发明的基于多子带滤波器组的接收装置的结构示意图。
图4是本发明的波形循环扩展步骤的示意图。图5是本发明基于多子带滤波器组的发射、接收方法的仿真框图。
图6是本发明的另一实施例的发射装置的结构示意图。
图7是本发明的另一实施例循环扩展示意8是本发明的另一实施例的波形截断示意图。
图9是本发明的系统比特误码性能仿真结果示意图。
图10是本发明的系统单子带频谱仿真结果示意图。
具体实施例方式
图1示出一种根据本发明一个具体实施方式
的基于时域循环结构多子带滤波器组的频分多址系统的发射机的框图。其中包括一个数据块分割装置10、一个串并转换装置11、一个K点的FFT变换装置12，一个子带映射装置13、一个M点的IFFT变换装置14、M个上采样装置(为简明起见，图1中仅示出三个150，151和152)、M个多相滤波器装置(为简明起见，图1中仅示出三个160，161和162)、一个并/串转换装置17，一个波形合成装置18，一个波形缓存截短装置19，一个循环波形形成装置20和一个循环前缀添加装置21。其中，M点的IFFT变换装置14、M个上采样装置(为简明起见，图1中仅示出三个150，151和152)、M个多相滤波器装置(为简明起见，图1中仅示出三个160，161和162)、一个并/串转换装置17和一个波形合成装置18共同构成多子带滤波器组，该多子带滤波器组其将每路子带并行符号数据块序列分别进行子带多相滤波处理，并对所述多个经过子带多相滤波的并行符号数据块序列进行合成处理，以生成串行输出符号数据序列。需要说明的是，作为数字通信系统发射机必要组成部分的信道编码装置，数字调制装置，RF变频装置和一个发射天线与本发明的目的并无直接关系，在此未进行描述。
假定{an，n＝0，1，2....}为输入到发射机的数据块分割装置10的串行已调制符号序列；数据块分割装置10，用于将符号已调制串行符号数据序列{an，n＝0，1，2....}，分割为串行符号数据块序列{bm，m＝0，1，2....}，这里，bm表示一个元素数量等于D×K的行向量，其中D为其后波形合成装置18中叠加的波形数目，K为其后FFT变换装置12中FFT变换的点数。由于发射装置对输入的每个串行符号数据块的操作是相同而且是独立的，因此在其后的方案描述中仅描述发射及接收装置对一个串行数据块的操作。
串并转换装置11，用于将串行符号数据块序列{bm，m＝0，1，2....}中每个数据块进行串并转换操作，以形成D个并行符号数据块{ck，k＝0，1，...，D-1}，这里，ck表示一个元素数量和FFT变换大小K一样的列向量；FFT变换装置12，用于对输入的每个并行符号数据块{ck，k＝0，1，...，D-1}进行K点FFT变换，生成相应的多个符号数据块。经过FFT变换模块，输入并行的数据块序列{ck，k＝0，1，...，D-1}变换成相应的数据块序列{dk，k＝0，1，...，D-1}，相互之间的关系服从dk＝FFT(ck)，这里，dk也表示一个元素数量和FFT变换大小一样的列向量。FFT变换大小K等于传输所需子带数目，并且可根据通信系统所需传输速率进行自适应调整。
子带映射装置13，用于将经过FFT变换输出的数据块dk中的每个元素分别映射到相应的子带上进行传输，对于没有数据映射的子带传输0。映射的方式可以是连续映射方式，即将数据块中的各元素映射到频谱上频率连续排列的多个子带上，也可以是离散映射方式，即将数据块中的各元素映射到频谱上频率间隔排列的多个子带上。经过子带映射装置，输入并行的数据块序列{dk，k＝0，1，...，D-1}变换成相应的数据块序列{ek，k＝0，1，...，D-1}，ek也表示一个元素数量为M的列向量，其中M为IFFT变换装置14中IFFT变换的大小，亦即多子带滤波器组总的子带数目。
M点的IFFT变换装置14，用于对输入的每个并行符号数据块序列{ek，k＝0，1，...，D-1}进行M点的IFFT变换。IFFT变换点数M等于子带总数，M大于等于FFT变换装置11中FFT变换点数K，优选地，M为K的整数倍。经过IFFT变换模块，输入并行的数据块序列变换成相应的数据块序列{gk，k＝0，1，...，D-1}，相互之间的关系服从gk＝IFFT(ek)，这里，gk也表示一个元素数量和IFFT变换大小M一样的列向量。
M个上采样装置150，151，152…，分别用于对经过IFFT变换的数据块gk中的各元素进行R倍上采样操作，即在各元素后面添R-1个零。其中，R＝L/M，L为多相滤波器160，161，162对应的原型滤波器的长度，M为子带总数。经过上采样，第m个上采样装置的第k个并行数据块时刻的输出序列为{hkm(n)，n＝0，1，2...，R-1；m＝0，1，...，M-1；k＝0，1，...，D-1}。
M个多相成型滤波器装置160，161和162，分别用于对经过上采样的序列{hkm(n)}进行子带滤波成型操作。其中各个多相滤波器装置的系数由同一个原型滤波器系数通过移位抽样而得。具体地，假设成型原型滤波器系数(亦即冲激响应)为{fp(n)，n＝0，1，2...，L-1}，其中L为滤波器长度，其频率响应为单子带低通滤波器的频率响应。该滤波器满足移位正交条件Σn=0L-1fp(n)fp*(n-kN)=δ(k),]]>其中L为滤波器长度，N为滤波器移位正交间隔，亦即多子带滤波器组的上采样率。则第m(m＝0，1，...，M-1)个多相滤波器系数为该原型滤波器系数起始值移位m点后M倍下采样而得，即{f0m(n)＝fp(nM+m)，n＝0，1，2...，L/M-1}，(其中M为子带总数，L为M的整数倍。经过多相滤波器装置后，第m个多相滤波器的第k个时刻的输出序列为{ikm(n)，n＝0，1，2...，L/M-1；k＝0，1，...，D-1}。
并/串转换装置17，用于将并行输入的来自M个多相滤波器组的数据进行并串转换。经过并串转换装置，输出的串行数据块序列为{jk(n)，n＝0，1，2...，L-1；k＝0，1，...，D-1}，这里{jk(n)}表示为块长为L的串行数据块。
波形合成装置18，用于将并串转换输出的数据块序列按多相滤波器对应的原型滤波器的移位正交间隔N进行移位叠加。具体地，在k时刻，将k-1时刻波形合成装置生成的长度为L的数据序列的前N点数据发送出去，再取剩余的L-N点数据，在尾部添N个零后，与k时刻并串转换输出的L点数据块{jk(n)，n＝0，1，2...，L-1}相加，构成新的L点数据序列；而k+1时刻又将该新生成的L点序列的前N点数据发送出去，再取剩余的L-N点数据，在尾部添N个零后，与k+1时刻并串转换输出的L点数据块{jk+1(n)，n＝0，1，2...，L-1}相加，构成更新的数据序列。如此周而复始。经过波形合成装置，输出序列为{k(n)，n＝0，1，2...，E-1}。其中，k(n)=Σk=0D-1Σm=0M-1ek(m)fp(n-kN)exp(j2πm(n-kN)/M),]]>{fp(n)，n＝0，1，2...，L-1}为多相成型滤波器对应的原型滤波器，ek为子带映射装置13输出的数据块序列。显然，序列k(n)的长度为E＝(D-1)×N+L，其中L为原型滤波器长度，N为原型滤波器移位正交间隔；波形缓存截短装置19，用于对经过波形合成后的数据序列进行缓存，截去数据首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号；截短信号的长度为多子带滤波器组采用的原型滤波器的移位正交间隔的整数倍。
循环波形形成装置20，对截短信号进行首尾循环叠加，使得获得信号为首尾连续的循环的信号，所述波形缓存截短装置19及循环波形形成装置20的操作如图2所示。首先，缓存长度为E的波形合成后输出序列。然后将缓存的长度为E的数据序列分割为长度分别为F1，Q和F2的三段数据块，使得E＝F1+Q+F2。优选地，Q＝D×N。选择D和N，使得Q≥F1+F2，并且F1和F2应尽量相等。最后将分成的三段数据块首尾循环叠加，即将截取的前F1点数据与截取的Q点数据块的最后F1点数据叠加，同时，将截取的后F2点数据与截取的Q点数据块的前F2点数据叠加，形成长度为Q的循环波形序列{ln，n＝0，1，...，Q-1}。由于Q为原型滤波器移位正交间隔N的整数倍，序列{ln，n＝0，1，...，Q-1}为一首尾连续的循环序列；保护间隔添加装置，用于在循环波形序列的头或尾部添加一个特定长度的保护间隔，用于减少信道间干扰(优选地，该保护间隔的长度应大于信道最大时延扩展长度)。优选地，保护间隔添加装置可采用循环前缀(CP)添加装置21，也即将所述数据块尾部的一部分复制到其的前端，形成最终的带CP的数据块符号。经过循环前缀添加装置，输入数据序列{ln，n＝0，1，...，Q-1}变换成完整的数据块符号序列{mn，n＝0，1，...，P-1}，其中，P＝Q+C，C为循环前缀长度。
图3示出一种根据本发明一个具体实施方式
的基于时域循环结构多子带滤波器组的频分多址系统的接收装置的框图。其中包括一个循环前缀去除装置30，一个波形循环扩展装置31，一个波形分解装置32，一个串/并转换装置33，M个多相匹配滤波器装置(为简明起见，图1中仅示出三个340，341和342)，M个下采样装置(为简明起见，图1中仅示出三个350，351和352)，一个M点的FFT变换装置36，一个子带解映射装置37，一个K点的IFFT变换装置38和一个并/串转换装置39。其中，一个波形分解装置32，一个串/并转换装置33，M个多相匹配滤波器装置(为简明起见，图1中仅示出三个340，341和342)，M个下采样装置(为简明起见，图1中仅示出三个350，351和352)和一个M点的FFT变换装置36共同构成多子带匹配滤波器组，该多子带匹配滤波器组将所述串行输入符号数据块序列中每个数据块进行波形分解操作，以生成多个长度较短的符号数据块，并对所述多个较短的符号数据块分别进行与发射装置端的子带滤波相对应的子带匹配滤波操作，以生成多个经子带匹配滤波操作的符号序列。
需要说明的是，作为数字通信系统接收机必要组成部分的同步装置，信道估计装置，均衡装置，信道解码装置和数字解调装置与本发明的目的并无直接关系，在此未进行描述。
假定接收机理想同步，并且假定{s(n)，n＝0，1，...，P-1}为输入到接收机的循环前缀去除装置30的串行符号序列；循环前缀去除装置30，用于按照发射端循环前缀添加规则，将数据块中前C个采样值舍去，形成长度为Q的串行数据序列{o(k)，k＝0，1，2，...，Q-1}；波形循环扩展装置31，用于完成发射端循环波形形成装置19相对应的逆操作，即对输入的长度为Q的数据块首尾两端循环扩展，其操作如图4。此处假设长度为Q的数据块已经过信道均衡。数据块循环扩展就是将Q点数据块的首部F2个采样值添加到Q点数据块的尾部，再将Q点数据块尾部的F1个采样值添加到Q点数据块的首部，形成一个长度为E(E＝F1+Q+F2)的串行符号数据序列{p(n)，n＝0，1，2，...，E-1}；波形分解装置32，用于完成发射端波形合成装置18相对应的逆操作，即从输入的长度为E的数据块序列，按发射端多相滤波器对应的原型滤波器的移位正交间隔N，移位取出L点的串行数据。具体地，假设在第0个时刻，从第0点开始，取出数据块{p(n)，n＝0，1，2，...，E-1}中最前面L点数据，则第1个时刻，从第N点开始，取出数据块{p(n)，n＝0，1，2，...，E-1}中L点数据，依次类推，第n个时刻，从第n×N点开始，取出数据块中L点数据。第D-1个时刻，从第(D-1)×N点开始，取出数据块中最后的L点数据。经过波形分解装置，形成串行符号数据块序列{qk，k＝0，1，...，D-1}。这里，qk表示一个元素数量为L的行向量；串/并转换装置33，用于将串行输入的数据块序列{qk，k＝0，1，...，D-1}中的每个长度为L的行向量转换为L/M个并行数据块，并且每个数据块具有M个元素。经过串并转换，输出为并行数据块序列{rk，n(m)，n＝0，1，...，M-1；n＝0，1，...，L/M-1；k＝0，1，...，D-1}；多相匹配滤波器装置340，341和342，分别用于对经过串/并转换的序列{rk，n}进行子带匹配滤波操作。其中各个多相匹配滤波器 n＝0，1，2...，L/M-1，m＝0，1，...，M-1}为发射端各个多相成型滤波器{f0m(n)，n＝0，1，2...，L/M-1，m＝0，1，...，M-1}相对应的匹配滤波器。经过多相匹配滤波，第m个多相匹配滤波器的输出序列为{tk，m(n)，n＝0，1，...，L/M-1；m＝0，..，M-1；k＝0，1，...，D-1}。
下采样装置350，351和352，用于对经过多相匹配滤波的数据序列进行R倍下采样操作。其中，R＝L/M。具体地，下采样装置取出各个多相匹配滤波输出数据序列中第R-1个值，并且将多相匹配滤波装置中的移位寄存器置零。经过下采样装置，第m个下采样装置的输出序列为{uk，m，m＝0，...，M-1；k＝0，1，...，D-1}。
FFT变换装置36，用于对输入的各个下采样装置输出的符号序列{uk，m＝0，...，M-1；k＝0，1，...，D-1}进行M点FFT变换。经过FFT变换，输入并行的数据序列变换成相应的数据块序列{vk，k＝0，1，...，D-1}，相互之间的关系服从vk＝FFT(uk)，这里，uk＝[uk，0uk，1... uk，M-1]T，上标“T”表示转置，vk表示一个元素数量和FFT变换大小M一样的列向量。
子带解映射装置37，用于完成发射端子带映射装置13相反的逆操作。即根据发射端子带映射的方式，从经过FFT变换的数据块vk中取出相应的K点数据。经过子带解映射装置，输出为数据块序列{xk，k＝0，1，...，D-1}，这里，xk也表示一个元素数量为K的列向量。
IFFT变换装置38，用于对输入的数据块序列{xk，k＝0，1，...，D-1}，进行K点的IFFT变换。经过IFFT变换装置，输入并行的数据块序列{xk，k＝0，1，...，D-1}变换成相应的数据块序列{yk，k＝0，1，...，D-1}，相互之间的关系服从yk＝IFFT(xk)，这里，yk也表示一个元素数量和IFFT变换大小K一样的列向量。
并/串转换装置39，用于对输入的数据块序列{yk，k＝0，1，...，D-1}进行并/串转换操作。经过并/串转换装置，输出为串行数据符号序列{zm，m＝0，1，...，D×K-1}，用于接收端的符号解调和解码，以恢复发射的信息比特。
结合图5所示，本发明的基于多子带滤波器组的发射及接收方法包括如下步骤一种基于多子带滤波器组的发射方法，包括如下步骤多子带滤波步骤，其将每路子带并行符号数据块序列分别进行子带多相滤波处理，并对所述多个经过子带多相滤波的并行符号数据块序列进行合成处理，以生成串行输出符号数据序列；波形缓存截短步骤，对经过波形合成后的数据序列进行缓存，截去数据首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号；截短信号的长度为多子带滤波器组采用的原型滤波器的移位正交间隔的整数倍；循环波形形成步骤，对截短信号进行首尾循环叠加，使得获得信号为首尾连续的循环信号。
所述的多子带滤波步骤包括M点的IFFT变换步骤，对输入的每个并行符号数据块序列进行M点的IFFT变换；M次上采样步骤，分别对经过IFFT变换的数据块中的各元素进行R倍上采样操作，即在各元素后面添R-1个零；M次多相成型滤波步骤，分别对经过上采样的序列进行子带滤波成型操作，其多相滤波的系数由同一个原型滤波器系数通过移位抽样而得；
并/串转换步骤，将并行输入的来自M个多相滤波器组的数据进行并串转换；波形合成步骤，将并串转换输出的数据块序列按原型滤波器的移位正交间隔进行移位叠加，构成L点数据序列。
所述的波形缓存截短步骤及循环波形形成步骤具体包括首先，缓存长度为E的波形合成后的输出序列，然后将缓存的长度为E的数据序列分割为长度分别为F1，Q和F2的三段数据块，使得E＝F1+Q+F2；最后将分成的三段数据块首尾循环叠加，即将截取的前F1点数据与截取的Q点数据块的最后F1点数据叠加，同时，将截取的后F2点数据与截取的Q点数据块的前F2点数据叠加，形成长度为Q的循环波形序列。
所述的Q＝D×N，选择D和N，使得Q≥L-N，并且F1和F2应尽量相等，其中D为波形合成步骤中叠加的波形数目，N为原型滤波器移位正交间隔。
一种基于多子带滤波器组的接收方法，包括如下步骤波形循环扩展步骤，用于对输入数据块首尾两端循环扩展，恢复发射信号的正交性；多子带匹配滤波步骤，将所述串行输入符号数据块序列中每个数据块进行波形分解操作，以生成多个长度较短的符号数据块，并对所述多个较短的符号数据块分别进行与发射装置端的子带滤波相对应的子带匹配滤波操作，以生成多个经子带匹配滤波操作的符号序列。
所述的多子带匹配滤波步骤包括如下步骤波形分解步骤，完成发射端波形合成装置相对应的逆操作，即从输入的数据块序列，按发射端多相滤波器对应的原型滤波器的移位正交间隔移位取出L点的串行数据；串/并转换步骤，用于将串行输入的数据块序列中的每个L的行向量转换为由L/M个并行数据块，并且每个数据块具有M个元素；M次多相匹配滤波步骤，分别对经过串/并转换的序列进行子带匹配滤波操作；M次下采样步骤，用于对经过多相匹配滤波的数据序列进行R倍下采样操作；M点FFT变换装置，用于对输入的各个下采样装置输出的符号序列进行M点FFT变换。
所述的波形循环扩展步骤具体为将Q点数据块的首部F2个采样值添加到Q点数据块的尾部，再将Q点数据块尾部的F1个采样值添加到Q点数据块的首部；如图6、7、8所示的是本发明的另一实施例，在本实施例中仅循环波形形成的方案与实施例1不同，其他结构及方法均与实施例1相同，在此与实施例1相同的部分就不再赘述了本实施例中，在串并转换装置11与FFT变换装置12之间设有数据块循环扩展装置22，用于对输入的D个并行符号数据块{ck，k＝0，1，...，D-1}进行数据块循环扩展操作，即将在D个数据块内的后C1个符号数据块添加到D个数据块之前，而将D个数据块的前C2个符号数据块添加到D个数据块之后，以形成D+C个并行符号数据块{ck’，k＝0，1，...，D+C-1}。具体的操作过程如图7所示。其中C1＝C2＝C/2，C小于D；这里，ck’表示一个元素数量和FFT变换大小K一样的列向量；相应地，在波形合成装置18与循环前缀添加装置21之间设有波形缓存截短装置19(与实施例1相比，此处少了循环波形形成装置20)，所述的波形缓存截短装置对数据进行缓存，并且截去缓存波形首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号。截短信号的长度为原型滤波器移位正交间隔N的整数倍，从而使截短信号成为首尾连续的循环信号。其操作过程如图8所示。
首先，缓存长度为E’的波形合成后输出序列。然后将缓存的长度为E’的数据序列分割为长度分别为F1’，Q和F2’的三段数据块，使得E′＝F1′+Q+F2′。显然，由于数据块循环扩展装置22中将传输的D个并行符号数据块循环扩展为D+C个并行符号数据块，因此，波形合成装置18输出的序列k(n)的长度为E′＝(D+C-1)×N+L。选择Q＝D×N，这样F1′+F2′＝(C-1)×N+L。选择D和N，使得Q≥L-N和选择F1′＝F2′或F1′和F2′取值尽量接近。由于Q为原型滤波器移位正交间隔N的整数倍，并且多子带滤波器组输入的信号为循环扩展的信号，从而使得截取的长度为Q的数据序列{ln，n＝0，1，...，Q-1}为一首尾连续的循环序列；对应地，在本实施例中串并转换步骤与FFT变换步骤之间设有数据块循环扩展步骤，对输入的D个并行符号数据块{ck，k＝0，1，...，D-1}进行数据块循环扩展操作，即将在D个数据块内的后C1个符号数据块添加到D个数据块之前，而将D个数据块的前C2个符号数据块添加到D个数据块之后，以形成D+C个并行符号数据块{ck’，k＝0，1，...，D+C-1}。
对应地，在波形合成装置步骤与循环前缀添加步骤之间设有波形缓存截短步骤(与实施例1相比，此处少了循环波形形成步骤)，所述的波形缓存截短步骤对数据进行缓存，并且截去缓存波形首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号。截短信号的长度为原型滤波器移位正交间隔N的整数倍，从而使截短信号成为首尾连续的循环信号。
本实施例中由于发射端发射的数据与实施例1完全相同，所以在接收端其结构与接收方法也与实施例1相同。
权利要求
1.一种基于多子带滤波器组的发射装置，包括多子带滤波器组，其将每路子带并行符号数据块序列分别进行子带多相滤波处理，并对所述多个经过子带多相滤波的并行符号数据块序列进行合成处理，以生成串行输出符号数据序列；其特征在于，还包括波形缓存截短装置，用于对经过波形合成后的数据序列进行缓存，截去数据首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号；截短信号的长度为多子带滤波器组采用的原型滤波器的移位正交间隔的整数倍；循环波形形成装置，对截短信号进行首尾循环叠加，使得获得信号为首尾连续的循环信号。
2.根据权利要求1所述的基于多子带滤波器组的发射装置，其特征在于，还包括连接于循环波形形成装置后的保护间隔添加装置，其用于在循环波形序列的头或尾部添加一个特定长度的保护间隔。
3.根据权利要求2所述的基于多子带滤波器组的发射装置，其特征在于，所述的保护间隔添加装置为循环前缀添加装置，其用于将所述数据块尾部的一部分复制到其前端，形成带循环前缀的数据块符号。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于多子带滤波器组的发射装置，其特征在于，所述的多子带滤波器组包括M点的IFFT变换装置，用于对输入的每个并行符号数据块序列进行M点的IFFT变换；M个上采样装置，分别用于对经过IFFT变换的数据块中的各元素进行R倍上采样操作，即在各元素后面添R-1个零，其中R＝L/M，L为多相成型滤波器对应的原型滤波器的长度；M个多相成型滤波器装置，分别用于对经过上采样的序列进行子带滤波成型操作，其中各个多相滤波器装置的系数由同一个原型滤波器系数通过移位抽样而得；并/串转换装置，用于将并行输入的来自M个多相滤波器组的数据进行并串转换；波形合成装置，用于将并串转换输出的数据块序列按多相成型滤波器对应的原型滤波器的移位正交间隔进行移位叠加，构成E点数据序列。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于多子带滤波器组的发射装置，其特征在于，所述的多子带滤波器组前还包括数据块分割装置，用于将符号已调制串行符号数据序列分割为串行符号数据块序列；串并转换装置，用于将串行符号数据块序列中每个数据块进行串并转换操作，以形成并行符号数据块序列；FFT变换装置，用于对输入的每个并行符号数据块进行K点FFT变换，生成相应的多个符号数据块；子带映射装置，用于将经过FFT变换输出的数据块中的每个元素分别映射到相应的子带上进行传输，对于没有数据映射的子带传输0。
6.一种基于多子带滤波器组的接收装置，包括多子带匹配滤波器组，将所述串行输入符号数据块序列中每个数据块进行波形分解操作，以生成多个长度较短的符号数据块，并对所述多个较短的符号数据块分别进行与发射装置端的子带滤波相对应的子带匹配滤波操作，以生成多个经子带匹配滤波操作的符号序列，其特征在于，在该多子带匹配滤波器组前还连接有波形循环扩展装置用于对输入数据块首尾两端循环扩展，恢复发射信号的正交性。
7.根据权利要求6所述的基于多子带滤波器组的接收装置，其特征在于，还包括一连接于波形循环扩展装置前的循环前缀去除装置，用于按照发射端循环前缀添加规则，将数据块中前一定长度采样值舍去，形成串行数据序列。
8.根据权利要求6或7所述的基于多子带滤波器组的接收装置，其特征在于，所述的多子带匹配滤波器组包括依次连接的波形分解装置，用于完成发射端波形合成装置相对应的逆操作，即从输入的数据块序列，按发射端多相滤波器对应的原型滤波器的移位正交间隔移位取出L点的串行数据；串/并转换装置，用于将串行输入的数据块序列中的每个长度为L的行向量转换为L/M个并行数据块，并且每个数据块具有M个元素；M个多相匹配滤波器装置，分别用于对经过串/并转换的序列进行子带匹配滤波操作；M个下采样装置，用于对经过多相匹配滤波的数据序列进行R倍下采样操作；M点FFT变换装置，用于对输入的各个下采样装置输出的符号序列进行M点FFT变换。
9.根据权利要求8所述的基于多子带滤波器组的接收装置，其特征在于，所述的M点FFT变换装置后还依次连接有子带解映射装置，用于完成发射端子带映射装置相反的逆操作，从经过FFT变换的数据块中取出相应的K点数据；IFFT变换装置，用于对输入的数据块序列进行K点的IFFT变换；并/串转换装置，用于对输入的数据块序列进行并/串转换操作。
10.一种基于多子带滤波器组的发射装置，包括多子带滤波器组，其将每路子带并行符号数据块序列分别进行子带多相滤波处理，并对所述多个经过子带多相滤波的并行符号数据块序列进行合成处理，以生成串行输出符号数据序列；其特征在于，还包括设于多子带滤波器组之前的数据块循环扩展装置，用于对输入的D个并行符号数据块进行数据块循环扩展操作，即将在D个数据块内的后C1个符号数据块添加到D个数据块之前，而将D个数据块的前C2个符号数据块添加到D个数据块之后，以形成D+C个并行符号数据块；以及，设于多子带滤波器组之后的波形缓存截短装置，所述的波形缓存截短装置对数据进行缓存，并且截去缓存波形首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号，截短信号的长度为原型滤波器移位正交间隔N的整数倍，从而使截短信号成为首尾连续的循环信号。
11.一种基于多子带滤波器组的发射方法，包括如下步骤多子带滤波步骤，其将每路子带并行符号数据块序列分别进行子带多相滤波处理，并对所述多个经过子带多相滤波的并行符号数据块序列进行合成处理，以生成串行输出符号数据序列；波形缓存截短步骤，对经过波形合成后的数据序列进行缓存，截去数据首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号；截短信号的长度为多子带滤波器组采用的原型滤波器的移位正交间隔的整数倍；循环波形形成步骤，对截短信号进行首尾循环叠加，使得获得信号为首尾连续的循环信号。
12.根据权利要求11所述的基于多子带滤波器组的发射方法，其特征在于，所述的多子带滤波步骤包括M点的IFFT变换步骤，对输入的每个并行符号数据块序列进行M点的IFFT变换；M次上采样步骤，分别对经过IFFT变换的数据块中的各元素进行R倍上采样操作，即在各元素后面添R-1个零；M次多相成型滤波步骤，分别对经过上采样的序列进行子带滤波成型操作，其多相滤波的系数由同一个原型滤波器系数通过移位抽样而得；并/串转换步骤，将并行输入的来自M个多相滤波器的数据进行并串转换；波形合成步骤，将并串转换输出的数据块序列按多相成型滤波器对应的原型滤波器的移位正交间隔进行移位叠加，构成L点数据序列。
13.根据权利要求11或12所述的基于多子带滤波器组的发射方法，其特征在于，所述的波形缓存截短步骤及循环波形形成步骤具体包括首先，将缓存长度为E的波形合成后输出序列，然后将缓存的长度为E的数据序列分割为长度分别为F1，Q和F2的三段数据块，使得E＝F1+Q+F2；最后将分成的三段数据块首尾循环叠加，即将截取的前F1点数据与截取的Q点数据块的最后F1点数据叠加，同时，将截取的后F2点数据与截取的Q点数据块的前F2点数据叠加，形成长度为Q的首尾连续的循环波形序列。
14.根据权利要求13所述的基于多子带滤波器组的发射方法，其特征在于，所述的Q＝D×N，选择D和N，使得Q≥F1+F2，并且F1和F2应尽量相等，其中D为波形合成步骤中叠加的波形数目，N为原型滤波器移位正交间隔。
15.一种基于多子带滤波器组的接收方法，包括如下步骤波形循环扩展步骤用于对输入数据块首尾两端循环扩展，恢复发射信号的正交性；多子带匹配滤波步骤，将所述串行输入符号数据块序列中每个数据块进行波形分解操作，以生成多个长度较短的符号数据块，并对所述多个较短的符号数据块分别进行与发射装置端的子带滤波相对应的子带匹配滤波操作，以生成多个经子带匹配滤波操作的符号序列。
16.根据权利要求15所述的基于多子带滤波器组的接收方法，其特征在于，所述的多子带匹配滤波步骤包括如下步骤波形分解步骤，完成发射端波形合成装置相对应的逆操作，即从输入的数据块序列，按发射端多相滤波器对应的原型滤波器的移位正交间隔移位取出L点的串行数据；串/并转换步骤，用于将串行输入的数据块序列中的每个L的行向量转换为L/M个并行数据块，并且每个数据块具有M个元素；M次多相匹配滤波步骤，分别对经过串/并转换的序列进行子带匹配滤波操作；M次下采样步骤，用于对经过多相匹配滤波的数据序列进行R倍下采样操作；M点FFT变换装置，用于对输入的各个下采样装置输出的符号序列进行M点FFT变换。
17.根据权利要求15或16所述的基于多子带滤波器组的接收方法，其特征在于，所述的波形循环扩展步骤具体为将Q点数据块的首部F2个采样值添加到Q点数据块的尾部，再将Q点数据块尾部的F1个采样值添加到Q点数据块的首部。
18.一种基于多子带滤波器组的发射方法，包括如下步骤数据块循环扩展步骤，对输入的D个并行符号数据块进行循环扩展操作，即将在D个数据块内的后C1个符号数据块添加到D个数据块之前，而将D个数据块的前C2个符号数据块添加到D个数据块之后，以形成D+C个并行符号数据块；多子带滤波步骤，将每路子带并行符号数据块序列分别进行子带多相滤波处理，并对所述多个经过子带多相滤波的并行符号数据块序列进行合成处理，以生成串行输出符号数据序列；波形缓存截短步骤，对数据进行缓存，并且截去缓存波形首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号，截短信号的长度为原型滤波器移位正交间隔N的整数倍，从而使截短信号成为首尾连续的循环信号。
19.根据权利要求18所述的基于多子带滤波器组的发射方法，其特征在于，所述的波形缓存截短步骤，将缓存的长度为E’的数据序列分割为长度分别为F1’，Q和F2’的三段数据块，使得E′＝F1′+Q+F2′，选择Q＝D×N，这样F1′+F2′＝(C-1)×N+L。选择D和N，使得Q≥L-N，选择F1′＝F2′或F1′和F2′取值尽量接近。
全文摘要
本发明提供一种基于多子带滤波器组的发射、接收装置及其方法，发射端通过对经过多子带滤波器组合成处理后的波形信号进行缓存，截去缓存波形首部和尾部的拖尾信号，获得截短信号，再对截短信号进行首尾循环叠加，获得时域首尾循环的传输信号。通过截去缓存波形首部和尾部的拖尾信号可提高系统的传输效率，通过对截短信号进行循环叠加构成时域首尾循环的传输信号，可降低发射信号的带外干扰，保证多子带信号的正交性。接收端相应地对输入数据块首尾两端循环扩展，可恢复发射信号的正交性，减少信号的失真。
文档编号H04J4/00GK1941755SQ20051003027
公开日2007年4月4日 申请日期2005年9月30日 优先权日2005年9月30日
发明者张小东, 李明齐, 周斌, 卜智勇 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 上海无线通信研究中心