支持多天线传输的广带异步可调多载波无线传输方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域，特别是涉及支持多天线传输的广带异步可调多载波无 线传输方法及系统。
【背景技术】
[0002] 为适应通信发展的需要，下一代无线通信系统在提高数据传输速度的基础上，必 须具有更高的频谱利用率和能效，其无线覆盖性能、传输时延和用户体验显著提高。系统支 持不同业务的通信需求，特别是海量传感设备及机器与机器（M2M)通信。系统还需具备充 分的灵活性，整合及动态分配频谱资源。
[0003] 多天线（M頂0)结合多载波并行传输技术是发展下一代无线通信技术的关键。正 交频分复用（0FDM)技术由于具有抗多径衰落能力强、实现复杂度低、易于与ΜΙΜΟ结合等优 点，已被广泛应用于各类无线通信系统。但0FDM技术需要插入循环前缀（CP)对抗多径衰 落，导致无线资源的浪费；其各个子载波之间必须保持同步以保证正交，限制了频谱使用的 灵活性；其还具有峰均比高、对频偏敏感、载波旁瓣较大等缺点。
【发明内容】
[0004] 发明目的：本发明的目的是提供一种在保持0FDM优点的基础上，实现在更广的带 宽下灵活进行频谱分配，实现异步传输，提高频谱利用率，降低峰均比，有效抗频偏，减小载 波旁瓣，节约无线资源的支持多天线传输的广带异步可调多载波无线传输方法及系统。
[0005] 技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明所述的支持多天线传输的广带异步可调多载波无线传输方法，包括信号发 送步骤和信号接收步骤：
[0007] 信号发送步骤：不同用户或同一用户的S个并行的发送数据流，分别经过相应的 子带基带发送模块进行基带数字信号处理，得到子带多天线数字基带发送信号；然后经过 多载波合成模块进行多载波合成，生成多载波数字基带发送信号；最后经过D/A模块和发 送射频模块，产生各发射天线上的多载波发送射频信号；
[0008] 信号接收步骤：各接收天线接收的多载波信号经过接收射频模块和A/D模块，产 生多载波数字基带接收信号；然后经过多载波分析模块进行分解，生成各子带多天线数字 基带接收信号；最后分别经过相应的子带基带接收模块进行数字基带信号处理，得到S个 并行的接收数据流。
[0009] 进一步，所述经过多载波合成模块进行多载波合成的步骤由基于分段快速卷积的 多载波合成滤波器组完成，是将S股并行的数据流ss (m)通过一组并行的插值滤波器hs (η) 后的输出信号进行叠加，得到多载波数字基带发送信号y(η)，如下式：
[0010]
(1)
[0011] 其中，设hs(n)为关于原点对称的有限长实序列，长度为L= 2L此+1，1^为整数， N"为第s个子带的插值倍数，s为数据流的编号。
[0012] 进一步，所述经过多载波合成模块进行多载波合成的步骤包括如下的子步骤：
[0013] 步骤201 :设Nbs=N/N"为整数，对插值滤波器的输入信号ss(m)进行长度为Nbs的 不重叠分块，得到不重叠信号块sk，>)，再由skI?，sk，>)，sk+1，>)取中间Mbs个值生成 重叠信号块U?) ;其中，N为2的幂，且1024，Mbs= 2Nbs;
[0014] 步骤202 :将巧少)进行Mbs点FFT变换；
[0015] 步骤203 :将步骤202中的变换结果复制ps次并首尾拼接，然后与插值滤波器 hs(n)在频域内的响应扎⑵的非零值相乘；其中，ρΛ[1，Ν"]区间内的整数；
[0016] 步骤204 :将各子带在步骤203中得到的结果对应到各子带频段在DFT域内对应 的位置，进行Μ点IFFT变换得到乃(/?h其中，M= 2N;
[0017] 步骤205 :取5 (")中间的Ν个符号，完成重叠保留操作，得到输出信号y(η)的分块 信号yk(n)，并将y(n)输出至D/A。
[0018] 进一步，所述经过多载波分析模块进行分解的步骤由基于分段快速卷积的多载波 分析滤波器组完成，基于分段快速卷积的多载波分析滤波器组包括插值滤波器，经过多载 波分析模块进行分解的步骤包括如下的子步骤：
[0019] 步骤206 :将多载波数字基带接收信号.(·(〃)以长度N不重叠分块，再生成长度为Μ 的重叠信号块；其中，Ν为2的幂，且Ν彡1024,Μ= 2Ν;
[0020] 步骤207 :将重叠信号块进行Μ点FFT变换；
[0021] 步骤208 :将子带在DFT域上对应位置的数据进行均衡和子带滤波运算；
[0022] 步骤209 :进行Mbs点IFFT变换，Mbs= 2Νbs，Nbs=N/Nrs，Nrs为第s个子带的插值 倍数；
[0023] 步骤210 :保留分块中间的Nbs个数据并输出至子带基带接收模块。
[0024] 本发明所述的支持多天线传输的广带异步可调多载波无线传输系统，包括发送端 和接收端；
[0025] 发送端包括子带基带发送模块、多载波合成模块、D/A模块、发送射频模块和反射 天线；不同用户或同一用户的S个并行的发送数据流，分别经过相应的子带基带发送模块 进行基带数字信号处理，得到子带多天线数字基带发送信号；然后经过多载波合成模块进 行多载波合成，生成多载波数字基带发送信号；最后经过D/A模块和发送射频模块，产生各 发射天线上的多载波发送射频信号；
[0026] 接收端包括接收天线、接收射频模块、A/D模块、多载波分析模块和子带基带接收 模块；各接收天线接收的多载波信号经过接收射频模块和A/D模块，产生多载波数字基带 接收信号；然后经过多载波分析模块进行分解，生成各子带多天线数字基带接收信号；最 后分别经过相应的子带基带接收模块进行数字基带信号处理，得到S个并行的接收数据 流。
[0027] 进一步，所述多载波合成模块包括基于分段快速卷积的多载波合成滤波器组，多 载波分析模块包括基于分段快速卷积的多载波分析滤波器组。
[0028] 进一步，所述基于分段快速卷积的多载波合成滤波器组包括重叠分块单元、小FFT 单元、带宽扩展和频域滤波单元、大IFFT单元和分块保留单元；子带多天线数字基带发送 信号通过重叠分块单元、小FFT单元、带宽扩展和频域滤波单元后，在DFT域进行拼接，再通 过大IFFT单元和分块保留单元，形成多载波数字基带发送信号。
[0029] 进一步，所述基于分段快速卷积的多载波分析滤波器组包括重叠分块单元、大FFT 单元、频域均衡和滤波单元、小IFFT单元和分块保留单元；多载波数字基带接收信号通过 重叠分块单元、大FFT单元，然后根据各子带在DFT域内的对应的并行信号依次通过该子带 的频域均衡和滤波单元、小IFFT单元、分块保留单元，形成子带多天线数字基带接收信号。
[0030] 有益效果：本发明具有如下的优点：
[0031] 1、本发明能够整合不连续的空白频谱，充分挖掘更广的传输带宽；
[0032] 2、本发明各子带频谱不交叠，各子带之间的数据传输无需同步，尤其适合多用户 上行链路和具有海量节点的传感器网络和M2M通信的"睡眠-唤醒"模式；
[0033] 3、本发明的每个子带的带宽和中心频率通过改变FFT大小和位置即可调节，能够 用于抗频偏，也能够用于灵活分配频谱资源；
[0034]4、本发明的传输过程不使用循环前缀（CP)，故频谱效率高于0FDM;子带间在不使 用保护频带时，系统频谱效率可达100% ;
[0035] 5、本发明在接收端FFT点数较大的情况下，均衡器近似为频域单点均衡，避免了 矩阵求逆运算；均衡器系数与子带滤波器系数合并，不增加计算量；
[0036] 6、本发明系统的子载波数量远低于0FDM系统，其峰均比低于0FDM系统；
[0037] 7、本发明系统可以作为传输框架，同时容纳0FDM等现有的多种系统，并且为其灵 活动态分配资源。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明系统的发送端的框图；
[0039] 图2为本发明系统的接收端的框图；
[0040] 图3为本发明系统的多载波合成模块的框图；
[0041] 图4为本发明系统的多载波分析模块的框图；
[0042] 图5为本发明系统的单个子带基带发送模块的框图；
[0043] 图6为本发明系统的单个子带基带接收模块的框图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步的介绍。
[0045] 本发明的系统包括发送端和接收端。
[0046] 发送端如图1所示，包括子带基带发送模块、多载波合成模块、D/A模块、发送射 频模块和反射天线。不同用户或同一用户的S个并行的发送数据流，分别经过相应的子带 基带发送模块进行基带数字信号处理（如：信道编码、交织、调制等），得到子带多天线数字 基带发送信号；然后经过多载波合成模块进行多载波合成，生成多载波数字基带发送信号； 最后经过D/A模块和发送射频模块，产生各发射天线上的多载波发送射频信号。可