多载波系统的数据调制、解调方法、帧生成方法及节点与流程

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种多载波系统的数据调制、解调方法、帧生成方法及节点。

背景技术：

长期演进技术lte(longtermevolution)是4g(fourthgeneration)的无线蜂窝通信技术。lte采用正交频分复用(ofdm：orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)技术，子载波和ofdm符号构成的时频资源组成lte系统的无线物理时频资源。目前ofdm技术在无线通信中已经应用比较广了。由于采用了循环前缀cp(cyclicprefix)，cp-ofdm系统能很好的解决多径时延问题，并且将频率选择性信道分成了一套平行的平坦信道，这很好地简化了信道估计方法，并有较高的信道估计精度。然而，cp-ofdm系统性能对相邻子带间的频偏和时偏比较敏感，这主要是由于该系统的频谱泄漏比较大，因此容易导致子带间干扰。目前lte系统在频域上使用了保护间隔，但这样降低了频谱效率，因此需要采用一些新技术来抑制带外泄漏。

现在各大公司在开始研究无线通信5g(fifthgeneration)技术，其中，抑制带外泄漏是5g技术研究的一个重要方向。最近一些文献提到的新型多载波方案fbmc(filterbankmulticarrier)和通用频分复用(gfdm：generalizedfrequencydivisionmultiplexing)技术，可以抑制带外泄漏，但是这些技术与lte技术存在兼容性问题，而且还存在信道估计问题、以及与多输入多输出(mimo：multipleinputmultipleoutput)技术相结合问题等。另一些文献提到的f-ofdm(filteredofdm)、通用滤波多载波(ufmc：universalfilteredmulticarrier)技术，虽然与lte技术有一定兼容性，但抑制带外泄漏的效果不是很好，并且带宽内的子载波之间仍然需要严格的同步，即对子带内的频偏和时偏仍然比较敏感，而且接收端解调性能也有所下降。

因此需要提出一种好的方法，能很好地抑制带外泄漏，又能尽量保持与lte系统兼容。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了以下技术方案。

一种多载波系统的数据调制方法，应用于发射节点，包括：

对连续l个符号的频域数据进行快速傅立叶反变换ifft，所述频域数据的相邻子载波间隔的倒数为t0，l≥2；

使用指定的波形函数对ifft处理后的所述连续l个符号的时域数据序列进行调制，调制后所述l个符号的符号间隔为t1，t1>t0；

其中，所述波形函数的自变量区间长度为n×t1，n为大于等于2或大于等于3的实数。

一种多载波系统的数据解调方法，应用于接收节点，包括：

接收发射节点进行数据调制后发送的数据，其中，所述数据调制按照如上所述的任一数据调制方法，使用指定的波形函数对快速傅立叶反变换ifft处理后的时域数据序列进行调制；

使用所述指定的波形函数，对接收的数据进行解调。

一种多载波系统的发射节点，包括ifft处理模块和数据调制模块，其中：

ifft处理模块，用于对连续l个符号的频域数据进行快速傅立叶反变换ifft，所述频域数据的相邻子载波间隔的倒数为t0，l≥2；

数据调制模块，用于使用指定的波形函数对ifft处理后的所述连续l个符号的时域数据序列进行调制，调制后所述l个符号的符号间隔为t1，t1>t0；其中，所述波形函数的自变量区间长度为n×t1，n为大于等于2或大于等于3的实数。

一种多载波系统的接收节点，包括数据解调装置，其特征在于，所述数 据解调装置包括：

数据接收模块，用于接收发射节点进行数据调制后发送的数据，其中，所述数据调制按照如上所述的任一数据调制方法，使用指定的波形函数对快速傅立叶反变换ifft处理后的时域数据序列进行调制；

数据解调模块，用于使用所述指定的波形函数，对接收的数据进行解调。

一种多载波系统的数据帧生成方法，应用于发射节点，包括：

对一个数据帧中连续m个符号的频域数据进行快速傅立叶反变换ifft处理，m为一个数据帧包含的符号的个数，m≥2；

使用指定的波形函数对ifft处理后的所述连续m个符号的时域数据序列进行调制；调制后，所述连续m个符号的符号间隔为t1，所述数据帧长度为(m+n-1)×t1，所述数据帧与相邻数据帧的间隔为m×t1或(m+1)×t1，t1>t0，t0为所述频域数据的相邻子载波间隔的倒数，所述m个符号中每一符号的长度为n×t1，n为大于等于2或大于等于3的实数。

一种多载波系统的发射节点，包括数据帧生成装置，其特征在于，所述数据帧生成装置包括：

ifft处理模块，用于对连续m个符号的频域数据进行快速傅立叶反变换ifft处理，m为一个数据帧包含的符号的个数，m≥2；

数据调制模块，用于使用指定的波形函数对ifft处理后的所述连续m个符号的时域数据序列进行调制；调制后，所述连续m个符号的符号间隔为t1，所述数据帧长度为(m+n-1)×t1，所述数据帧与相邻数据帧的间隔为m×t1或(m+1)×t1，t1>t0，t0为所述频域数据的相邻子载波间隔的倒数，所述m个符号中每一符号的长度为n×t1，n为大于等于2或大于等于3的实数。

上述方案与lte系统相比能更好的抑制带外泄漏，尽量保持与lte的兼容性。进一步地，在接收端，也可以有比较好的解调性能。

附图说明

图1是本发明实施例一数据调制方法的流程图；

图2是本发明实施例一发射节点的模块图；

图3是本发明实施例二数据解调方法的流程图；

图4是本发明实施例二接收节点的模块图；

图5是本发明实施例三数据帧生成方法的流程图；

图6是本发明实施例三发射节点中数据帧生成装置的模块图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

正如背景技术提到的，lte系统频谱带外泄漏比较大，频域上需要保护间隔，这样就降低了频谱效率，因此需要采用一些新技术来抑制带外泄漏；最近一些文献提到的新型多载波方案fbmc和gfdm技术，可以抑制带外泄漏，但是这些技术与lte的cp-ofdm技术存在兼容性问题，而且还存在信道估计问题、以及与mimo技术相结合问题等。另一些文献提到的f-ofdm、ufmc技术，虽然与lte的cp-ofdm技术有一定兼容性，但抑制带外泄漏不是很好。

基于这些问题，本实施例提出在多载波系统的发射节点对数据使用新的调制方法。多载波系统的发射端包括：基站、终端、中继(relay)、发射点(transmittingpoint)等等各种发射设备，本申请将这些发射设备统称为发射节点。多载波系统的接收端包括基站、终端、中继(relay)等等各种接收设备，本申请将这些接收设备统称为接收节点。接收节点接收所述调制的数据，并使用与发射节点相同的预先指定的波形函数进行解调，再通过后续的信道均衡和检测，恢复出调制之前的数据。

本实施例一种多载波系统的数据调制方法应用于发射节点，如图1所示，包括：

步骤110，对连续l个符号的频域数据进行快速傅立叶反变换ifft，所述频域数据的相邻子载波间隔的倒数为t0，l≥2；

本实施例中，所述调制为多相滤波处理，或称为多相滤波调制。由于多相滤波处理中包含有多个滤波处理并行进行，因此本申请将多相滤波调制也称为滤波器组fb(filterbank)调制。所述多相滤波处理中的参数根据所述指定的波形函数确定。

本实施例中，所述波形函数为以下函数中的一种：根升余弦函数，升余弦函数，分段函数和矩形函数。所述升余弦函数可以是频域上的升余弦函数通过傅里叶变化到时域上的函数，也可以直接就是时域上的升余弦函数；所述根升余弦函数也是如此。所述分段函数指非零函数值使用多个数学表达式在不同的自变量区间进行组合来表示的函数。例如，具有多个非零平台值的阶梯函数。

上述波形函数，也可以通过增加0值来扩展所述函数的时域长度，比如对于n×t长度的波形函数，可以在所述自变量区间的一边增加函数值为0的一段自变量区间，使得自变量区间总长度变为(n+1)×t。

本实施例中，所述波形函数非零函数值对应的自变量之间的最大时间跨度大于等于2t1或者大于等于3t1。这里的最大时间跨度，是自变量区间中对应于非零函数值的两个端点的自变量之间的时间跨度。

本实施例中，所述波形函数可以以函数自变量区间的中间点为轴左右对称。即左边nt1/2段和右边nt1/2段的函数值是左右对称的。

步骤120，使用指定的波形函数(pulsefunction)对ifft处理后的所述连续l个符号的时域数据序列进行调制，调制后所述l个符号的符号间隔(相邻符号间的时间间隔)为t1，t1>t0；其中，所述波形函数的自变量区间长度为n×t1，n为大于等于2或大于等于3的实数。

本步骤中，指定的波形函数可以是在标准/协议中约定的波形函数，或者由相应节点为该发射节点配置的波形函数，例如，发射节点为ue时，由基站为该ue配置波形函数。本实施例中，所述t1＝at0，其中，a取值范围为[15/14,2]或[8/7,2]，这可以使得子载波之间在异步时也基本正交(即没有干扰)。

本实施例中，使用指定的波形函数对所述连续l个符号的时域数据序列进行调制，包括：使用所述波形函数的离散函数值对所述连续l个符号中每一符号的时域数据序列分别进行波形调制，再将波形调制后的l个时域数据序列进行叠加。

具体地，使用所述波形函数的离散函数值对所述连续l个符号中每一符号的时域数据序列分别进行波形调制，再将波形调制后的l个时域数据序列进行叠加，包括：

步骤一，以t0为周期，对所述每一符号的时域数据序列进行重复扩展，得到每一符号的长度为n×t1的时域数据序列；

本步骤中，以t0为周期对所述每一符号的时域数据序列进行重复扩展时，先进行整数倍的重复扩展，如果得到的每一符号的时域数据序列的长度不等于n×t1，则可以对整数倍重复扩展后的数据序列进行截断、添加循环前缀、后缀等操作，使其长度等于n×t1，即实现非整数倍的重复扩展。

步骤二，使用所述波形函数的离散函数值与所述每一符号的长度为n×t1的时域数据序列进行点乘，得到l个波形调制后的长度为n×t1的时域数据序列；

步骤三，将所述l个波形调制后的长度为n×t1的时域数据序列在时域上依次错开t1后进行叠加，得到所述连续l个符号调制后的数据序列。

本步骤中，假定每一符号进行波形调制后的数据序列的长度为3t1，l＝3，则在时域上依次错开t后进行叠加后，得到的连续3个符号调制后的数据序列的长度为5t1。

如果所述波形函数为连续函数，所述波形函数的离散函数值通过对所述 连续函数的值进行采样得到，所述采样的间隔等于所述每一符号的时域数据序列中相邻离散数据间的时间间隔。也就是说，所述波形函数的离散函数值是指与每个符号的时域数据所在时刻位置相同的自变量值对应的函数值。举例说明如下：每一符号的数据序列经过重复扩展后，变为长度为n×t1的数据序列，假设该数据序列中相邻离散数据间的时间间隔为ts，在时间t内包含的离散数据个数为k，则有，k×ts＝t，n×k×ts＝n×t。因此在长度为n×t的数据序列里包含有n×k个离散数据(这里假设n×k为整数)。假设第1个离散数据所在时刻为0，则第2个离散数据所在时刻为ts，第3个为2ts，第n×k个(即最后一个)离散数据所在时刻为(n×k-1)ts。如上所述波形函数的自变量区间长度也为n×t，因此所述波形函数的离散函数值就是指自变量为0、ts、。。。、(n×k-1)ts时对应的函数值。

如果所述波形函数为离散函数，所述波形函数的离散函数值的个数与所述每一符号的长度为n×t1的时域数据序列中离散数据的个数相同。所述离散函数可以通过对所述连续函数采样得到。

上述n、t1的取值可以由标准/协议约定，或相应的节点配置(约定的t1的取值有多个时也可以由相应的节点配置)得到。例如，发射节点为ue时可以由基站配置t1的值并下发给ue。

上述连续l个符号是多载波系统中一个子帧上或一个资源块上的符号。但也可以是其他资源单位上的符号。

本实施例中，在ifft处理之后，调制之前，可以增加其他处理过程。

发射节点对于连续l个符号的数据，使用指定的波形函数进行调制之后，可以再进行dac操作及后续的射频操作，然后从天线发射出去。

本实施例还提供了一种多载波系统的发射节点，如图2所示，包括ifft处理模块10和数据调制模块20，其中：

ifft处理模块10，用于对连续l个符号的频域数据进行快速傅立叶反变换ifft，所述频域数据的相邻子载波间隔的倒数为t0，l≥2；

数据调制模块20，用于使用指定的波形函数对ifft处理后的所述连续l 个符号的时域数据序列进行调制，调制后所述l个符号的符号间隔为t1，t1>t0；其中，所述波形函数的自变量区间长度为n×t1，n为大于等于2或大于等于3的实数。

可选地，

所述数据调制模块进行的调制为滤波器组fb调制。

可选地，

所述数据调制模块使用的所述波形函数为以下函数中的一种：根升余弦函数，升余弦函数，分段函数和矩形函数。

可选地，

所述数据调制模块使用的所述波形函数非零函数值对应的自变量之间的最大时间跨度大于等于2t1或者大于等于3t1。

可选地，

所述t1＝at0，其中，a取值范围为[15/14,2]或[8/7,2]。

可选地，

所述数据调制模块使用指定的波形函数对所述连续l个符号的时域数据序列进行调制，包括：使用所述波形函数的离散函数值对所述连续l个符号中每一符号的时域数据序列分别进行波形调制，再将波形调制后的l个时域数据序列进行叠加。

可选地，

所述数据调制模块包括：

扩展单元，用于以t0为周期，对所述每一符号的时域数据序列进行重复扩展，得到每一符号的长度为n×t1的时域数据序列；

点乘单元，使用所述波形函数的离散函数值与所述每一符号的长度为n×t1的时域数据序列进行点乘，得到l个波形调制后的长度为n×t1的时域数据序列；

叠加单元，用于将所述l个波形调制后的长度为n×t1的时域数据序列在时域上依次错开t1后进行叠加，得到所述连续l个符号调制后的数据序列。

可选地，

所述数据调制模块使用的波形函数为连续函数，所述波形函数的离散函数值通过对所述连续函数的值进行采样得到，所述采样的间隔等于所述每一符号的时域数据序列中相邻离散数据间的时间间隔；或者

所述数据调制模块使用的波形函数为离散函数，所述波形函数的离散函数值的个数与所述每一符号的长度为n×t1的时域数据序列中离散数据的个数相同。

可选地，

所述连续l个符号是多载波系统中一个子帧上或一个资源块上的符号。

由于上述方案采用了长度是n×t1的指定的波形函数调制，相对于lte使用的长度为t的矩形波形函数调制而言，能更好的抑制带外泄漏。由于上述方案是先进行ifft操作，然后再进行波形函数调制，因此可以很好的与lte保持兼容性。虽然相邻符号的数据经过n×t1长度的波形函数调制后会叠加和干扰，但通过选择合适的波形函数，可以做到符号间没有干扰。比如选择根升余弦函数，就可以做到符号间尽量正交。而且，l个符号经过波形函数调制后，符号间隔为t1，且t1>t0，这样可以降低频域上相邻子载波间的干扰，因此接收端可以有比较好的解调性能。

而且，由于上述方案采用了长度是n×t1的预先指定的波形函数调制，相对于lte使用的长度为t的矩形波形函数调制而言，可以使得子载波在频域上的主瓣宽度变窄。再加上t1(符号间隔)>t0(ifft长度)，这样相邻子载波的主瓣就不会出现重叠，也就不会有很大干扰，因此相邻子载波可以不同步。也就是说，用户资源调度最小单位可以以子载波为单位，而且用户间可以不需要同步。

实施例二

本实施例提供一种多载波系统的数据解调方法，应用于接收节点，如图3所示，包括：

步骤210，接收发射节点进行数据调制后发送的数据，其中，所述数据调制按照如实施例一所述的任一数据调制方法，使用指定的波形函数对快速傅立叶反变换ifft处理后的时域数据序列进行调制；

步骤220，使用所述指定的波形函数，对接收的数据进行解调。

本实施例中，对接收的数据进行解调之后，还可以包括：对解调后的数据进行信道均衡和检测，恢复出调制之前的数据。

本实施例还提供一种多载波系统的接收节点，包括数据解调装置，如图4所示，所述数据解调装置包括：

数据接收模块50，用于接收发射节点进行数据调制后发送的数据，其中，所述数据调制按照如实施例一所述的任一数据调制方法，使用指定的波形函数对快速傅立叶反变换ifft处理后的时域数据序列进行调制；

数据解调模块60，用于使用所述指定的波形函数，对接收的数据进行解调。

可选地，

信道均衡和检测装置，用于对所述数据解调装置解调后的数据进行信道均衡和检测，恢复出调制之前的数据。

实施例三

本实施例提供一种多载波系统的数据帧生成方法，应用于发射节点，如图5所示，包括：

步骤310，对一个数据帧中连续m个符号的频域数据进行快速傅立叶反变换ifft处理，m为一个数据帧包含的符号的个数，m≥2；

步骤320，使用指定的波形函数对ifft处理后的所述连续m个符号的时域数据序列进行调制；调制后，所述连续m个符号的符号间隔为t1，所述数据帧长度为(m+n-1)×t1，所述数据帧与相邻数据帧的间隔为m×t1或(m+1)×t1，t1>t0，t0为所述频域数据的相邻子载波间隔的倒数，所述m 个符号中每一符号的长度为n×t1，n为大于等于2或大于等于3的实数。

本实施例中，使用指定的波形函数对ifft处理后的所述连续m个符号的时域数据序列进行调制，采用的是如实施例一所述的任一调制方法。

发射节点对所述数据帧使用指定的波形函数进行调制之后，再进行dac操作及后续的射频操作，然后从天线发射出去。

本实施例还提供了一种多载波系统的发射节点，包括数据帧生成装置，如图6所示，所述数据帧生成装置包括：

ifft处理模块80，用于对连续m个符号的频域数据进行快速傅立叶反变换ifft处理，m为一个数据帧包含的符号的个数，m≥2；

数据调制模块90，用于使用指定的波形函数对ifft处理后的所述连续m个符号的时域数据序列进行调制；调制后，所述连续m个符号的符号间隔为t1，所述数据帧长度为(m+n-1)×t1，所述数据帧与相邻数据帧的间隔为m×t1或(m+1)×t1，t1>t0，t0为所述频域数据的相邻子载波间隔的倒数，所述m个符号中每一符号的长度为n×t1，n为大于等于2或大于等于3的实数。

可选地，

所述数据调制模块进行调制，采用的是如权利要求1-9中任一所述的调制方法。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本 领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。