数据传输方法、数据解调方法、装置和系统的制作方法

数据传输方法、数据解调方法、装置和系统的制作方法
【专利摘要】一种数据传输方法、数据解调方法、装置和系统，所述传输方法包括：发送端，调制符号经过第一次串并变换，将数据分配到不同的子载波上；被分配到每个子载波的数据经过第二次串并变换，调制到相互正交的Slepian信号上；对调制到不同Slepian信号的数据进行求和，进一步调制到子载波上；对各个子载波上的调制数据求和，形成发送信号；所述解调方法包括：接收端，对发送端的各子载波信号所形成的矩阵求伪逆，用所求伪逆矩阵的各列对接收信号进行子载波解调；用相互正交的Slepian信号对每个子载波的信号进行匹配滤波解调，得到对发送端的调制符号的估计值。通过本发明，不仅可以降低多载波系统的带外泄漏，而且能够提高对子载波频率偏移的鲁棒性，减小误码率。
【专利说明】
数据传输方法、数据解调方法、装置和系统
技术领域
[0001] 本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据传输方法、数据解调方法、装置和系 统。
【背景技术】
[0002] 在过去的十多年中，为了满足移动通信数据与应用的迅速增长，多载波传输技 术已经被广泛应用到宽带无线通信系统中。多载波系统最大的特点是，能够有效提高对 多径信道衰落，并具有很高的频谱效率。而正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是多载波系统中最主流的技术，并已被应用到第4代移动通信系 统（4G)、无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Networks)、数字广播电视（DAB，Digital Audio Broadcasting)等。然而，OFDM仍然有一些缺点，如具有很大的带外泄漏，对子载波 频率偏移比较敏感等。
[0003] 0FDM具有较大带外泄漏的主要原因是，0FDM采用矩形信号作为其成形滤波器，而 矩形信号的频谱波形的第一个旁瓣的峰值仅比主瓣的峰值低13dB，造成了较大的频谱泄 漏。为降低频谱泄漏，可以通过用具有平滑边缘的滤波器，如升余弦滤波器，来取代矩形滤 波器，然而具有平滑边缘的滤波器在减小带外泄漏的同时，也降低了频谱效率。
[0004] 应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、 完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的
【背景技术】部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

【发明内容】

[0005] 为了解决【背景技术】指出的问题，本申请提供了一种数据传输方法、数据解调方法、 装置和系统，以便能够既降低带外泄漏，又不降低频谱效率。
[0006] 根据本实施例的第一方面，提供了一种数据传输方法，该方法应用于多载波通信 系统中的发射机，其中，所述方法包括：
[0007] 对待传数据的信息比特流进行星座调制，得到所述待传数据的调制符号；
[0008] 对所述调制符号进行串并变换，将数据分配到不同的子载波上；
[0009] 对分配到每个子载波的数据进行串并变换；
[0010] 将对应每个子载波的并行数据调制到多个相互正交的S1印ian信号上；
[0011] 对对应同一子载波但调制到不同S1印ian信号上的数据进行求和；
[0012] 将对应每个子载波的求和后的数据调制到相应的子载波上；
[0013] 对所有子载波上的数据进行求和，形成发送信号。
[0014] 根据本实施例的第二方面，提供了一种数据解调方法，该方法应用于多载波通信 系统中的接收机，其中，所述方法包括：
[0015] 对发送端的各个子载波信号所形成的矩阵求Moore-Penrose伪逆；
[0016] 用所求伪逆矩阵的各列所形成的模拟信号，对接收信号进行子载波解调；
[0017] 用相互正交的S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹配滤波解调，得到对 发送端的调制符号的估计值。
[0018] 根据本实施例的第三方面，提供了一种多载波通信系统中的发射机，其中，所述发 射机包括：
[0019] 第一调制单元，其对待传数据的信息比特流进行星座调制，得到所述待传数据的 调制符号；
[0020] 第一串并变换单元，其对调制符号进行串并变换，将数据分配到不同的子载波 上；
[0021] 第二串并变换单元，其对分配到每个子载波的数据进行串并变换；
[0022] 第二调制单元，其将对应每个子载波的数据调制到相互正交的S1印ian信号上；
[0023] 第一计算单元，其对对应同一子载波但调制到不同Slepian信号上的数据进行求 和；
[0024] 第三调制单元，其将对应每个子载波的求和后的数据调制到相应的子载波上；
[0025] 第二计算单元，其对所有子载波上的数据进行求和，形成发送信号。
[0026] 根据本实施例的第四方面，提供了一种多载波通信系统中的接收机，其中，所述接 收机包括：
[0027] 计算单元，其对发送端的各个子载波信号所形成的矩阵求Moore-Penrose伪逆；
[0028] 第一解调单元，其用所求伪逆矩阵的各列所形成的模拟信号，对接收信号进行子 载波解调；
[0029] 第二解调单元，其用相互正交的S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹配 滤波解调，得到对发送端的调制符号的估计值。
[0030] 根据本实施例的第五方面，提供了一种多载波通信系统，所述多载波通信系统包 括发射机和接收机，其中，
[0031] 所述发射机被配置为：
[0032] 对待传数据的信息比特流进行星座调制，得到所述待传数据的调制符号；
[0033] 对所述调制符号进行串并变换，将数据分配到不同的子载波上；
[0034] 对分配到每个子载波的数据进行串并变换；
[0035] 将对应每个子载波的并行数据调制到多个相互正交的S1印ian信号上；
[0036] 对对应同一子载波但调制到不同S1印ian信号上的数据进行求和；
[0037] 将对应每个子载波的求和后的数据调制到相应的子载波上；以及
[0038] 对所有子载波上的数据进行求和，形成发送信号；
[0039] 所述接收机被配置为：
[0040] 对发送端的各个子载波信号所形成的矩阵求Moore-Penrose伪逆；
[0041] 用所求伪逆矩阵的各列所形成的模拟信号，对接收信号进行子载波解调；以及
[0042] 用相互正交的S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹配滤波解调，得到对 发送端的调制符号的估计值。
[0043] 本发明的有益效果在于：通过本申请提供的方法、装置或系统，可以降低带外泄 漏，同时提高对子载波偏移的鲁棒性。
[0044] 参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原 理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附 权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
[0045] 针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更 多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特 征。
[0046] 应该强调，术语"包括/包含"在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但 并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
【附图说明】
[0047] 所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部 分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下 面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0048] 图1是实施例1的数据传输方法的流程图；
[0049] 图2是通过模拟电路实现实施例1的方法的发射机的功能示意框图；
[0050] 图3是实施例2的数据解调方法的流程图；
[0051] 图4是通过模拟电路实现实施例2的方法的接收机的功能示意框图；
[0052] 图5是实施例3的发射机的组成示意图；
[0053] 图6是实施例4的接收机的组成示意图；
[0054] 图7是实施例5的多载波通信系统的构成示意图；
[0055] 图8是误码率比较的一个示意图；
[0056] 图9是误码率比较的另一个示意图。
【具体实施方式】
[0057] 参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书 和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部 分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权 利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
[0058] 为了保证频谱效率不下降，本申请提出了一种基于Slepian信号（Slepian基）的 数据传输方法、数据解调方法、装置和系统，降低了带外泄漏，提高了对子载波偏移的鲁棒 性。
[0059] 为了使本申请的【具体实施方式】更加清楚易懂，以下先对S1印ian基的原理进行简 单介绍。Slepian基包括连续的Slepian基和离散的Slepian基。
[0060] 连续形式的Slepian基为扁长椭球波函数（Prolate Spheroidal Wave Function，PSWFs)，PSWFs给出了一个带限信号在时间域上的所占用的最小宽度。对于任意 时间间隔T > 0与带宽B > 0，PSWFs为满足以下性质的实值函数WQ(t)，Wjt)，Ψ2α)，…
[0061] (1)对于任意t，Wjt)为下列方程的实数解
[0062]
[0063] 其中，λ 公式一正的实特征值，且满足λ。> λ ι>~，且前2TB个特征值非常 接近1，剩余的特征值则迅速将至〇,参数2TB则被称为时间带宽积。
[0064] (2)函数Kt)的带宽限制在.％二_卜玟萄内，且在实数域上是正交归一化的
[0065]
[0066] (3)在时间间隔0彡t彡T内，函数Kt)是正交的
[0067]
[0068] 上述第⑵以及第⑶条性质表明，PSWFs为带限信号，且是双正交的，即在整个 实数域和有限时间间隔〇彡t彡T内都是正交的。因此，一个带宽受限的信号f(t)可以被 近似为
[0069]
[0070] 其中，
牛且，J彡2TB。
[0071] Slepian基的离散形式是离散扁长椭球序列（Discrete Prolate Spheroidal Sequences，DPSSs)，DPSSs为以下方程的实数解
[0072]
[0073] 其中，k = 0, 1，..·，Ν-1，η = 0, ±1，±2, ..·，0< W < 1/2 为归一化的带宽。DPSSs 为归一化的函数，即
[0074]
[0075] 与PSWFs类似，DPSSs也是双正交的，即
[0076]
[0077] 其中，i = 0, 1，"·，Ν-1，j = 0, 1，"·，Ν-1。因此，一个带限序列hn可以被近似为
[0078]
[0079] 其中
且 J 彡 2NW，n = 0, 1，2,…。
[0080] 以下结合附图对本实施例的【具体实施方式】进行说明。在本实施例中，设发送信号 的载频为f。，终端的移动速度为V，则信道的相干时间为：
[0081]
[0082] 为使得每个子载波上的信道是慢衰信道，信号的符号长度T要小于T。，例如令T = ?；/5;设信道的时延扩展为σ τ，为使得每个子载波上的信道是平坦衰落的，子载波间隔 A f应该满足Δ f < 1/ σ τ，例如令Δ f = 1/3 〇 τ，则S1印ian基的时间带宽积
[0083] λ = 2NW = Τ Δ f
[0084] 设采样间隔为Ts，则一个符号内有N = 17%个采样值。在时间带宽积为λ的 Slepian基中有λ个相互正交的Slepian信号^1\(1:)，其中，Wk(t)的性质如前所述。本 实施例选取前N p彡λ个S1印ian信号作为每个子载波上相互重叠的成型滤波器，则多载 波系统的频谱效率关
[0085] 实施例1
[0086] 本实施例提供了一种数据传输方法，该方法可以应用于多载波通信系统的发射 机，图1是该方法的流程图，请参照图1，该方法包括：
[0087] 步骤101 :对待传数据的信息比特流进行星座调制，得到所述待传数据的调制符 号；
[0088] 步骤102 :对所述调制符号进行串并变换，将数据分配到不同的子载波上；
[0089] 步骤103 :对分配到每个子载波的数据进行串并变换；
[0090] 步骤104 :将对应每个子载波的并行数据调制到多个相互正交的S1印ian信号 上；
[0091] 步骤105 :对对应同一子载波但调制到不同S1印ian信号上的数据进行求和；
[0092] 步骤106 :将对应每个子载波的求和后的数据调制到相应的子载波上；
[0093] 步骤107 :对所有子载波上的数据进行求和，形成发送信号。
[0094] 在本实施例中，在步骤104中，使用S1印ian信号构成的成型滤波器将对应每个子 载波的并行数据调制到多个相互正交的Slepian信号上。在本实施例中，可以使用Simian 信号的前Νρ< λ个作为每个子载波上相互重叠的成型滤波器。
[0095] 在本实施例中，该方法可以通过模拟电路实现，也可以通过数字电路实现，下面分 别进行说明。
[0096] 图2是通过模拟电路实现本实施例的方法的该发射机的一个实施方式的组成框 图，如图2所示，在本实施例中，先对Nb X 1的信息比特流b进行星座调制（步骤101)，得到 NaX 1的调制符号数据流a。其中，本实施例不限制星座调制的方法，例如BPSK、QPSK、8PSK、 16QAM等调制方法都可以应用到本实施例中。
[0097] 接下来，对调制符号进行串并变换，将数据分配到不同的子载波上（步骤102)，例 如，将串行的调制符号，如调制的数据流a，进行串并变换，将其分配到N。个并行的子载波 上，得到N PX1的数据流&1，其中，1 = 1，···，Ν。，并且，Na=NcXNp。
[0098] 之后，对分配到每个子载波的数据进行串并变换（步骤103)，也就是说，对数据流 %进行第二次串并变换，得到N p个并行的数据a Uk，其中，k = 0,…，Np-1。如图2所示，在 本实施例中，对分配到每个子载波的数据流％进行第二次串并变换，得到对应每个子载波 的Np个并行的数据aUk。
[0099] 接下来，将对应每个子载波的并行数据调制到多个相互正交的S1印ian信号 上（步骤104)，例如，将数据\,用时间带宽积为λ的第k阶S1印ian信号W k(t)进 行调制，即得到信号alikWk(t)。如图2所示，在本实施例中，前N p个S1印ian信号，也即 ψ..(^….·，作为每个子载波上相互重叠的成型滤波器，其中，Νρ彡λ。
[0100] 然后，对对应同一子载波但调制到不同S1印ian信号上的数据进行求和（步骤 105)，也即，将经由S1印ian基调制的信号a likWk(t)对k进行求和。如图2所示，对应每个 子载波，都存在多个调制的信号，该多个调制的信号是由不同阶的Slepian信号调制的，通 过对该多个调制的信号求和，得到对应该子载波的信号。
[0101] 接下来，将对应每个子载波的求和后的数据调制到相应的子载波上（步骤106)， 如图2所示，通过将Slepian基调制的信号a likWk(t)对k进行求和，并调制到第1个子载 波e ]2ltlAft上，即可得到第1个子载波的信号：
[0102]
[0103] 最后，对所有子载波上的数据Sl(t)进行求和，形成发送信号（步骤107):
[0104]
[0105] 在本实施例的基于S1印ian基的多载波系统的数字实现方法，同样先对NbX 1的 信息比特流进行星座调制，得到NaX 1的符号数据流a ;然后，将数据流a按列重排为一个 NCXNP的矩阵A;生成一个时间带宽积为λ，维数为NPXN维的S1印ian基Ψ，其中，Ν ρ< λ ; 生成一个Ν。X Ν的子载波矩阵Ε，其中，第1行第η列的元素取值为气:" = e ;生成Ν X 1 的发送信号s = diag((AW)TE)，其中，χ = diag(X)表示取ΝΧΝ矩阵X上的对角线元素， 构成一个NX 1的向量X，该向量X即为发送信号。
[0106] 本实施例提供的方法，通过在同一带宽上叠加相互正交的S1印ian信号，在保证 频谱效率的同时，降低了带外泄漏，并提高了对子载波偏移的鲁棒性。
[0107] 实施例2
[0108] 本实施例提供了一种数据解调方法，该方法可以应用于多载波通信系统的接收 机，图3是该方法的流程图，请参照图3,该方法包括：
[0109] 步骤301 :对发送端的各个子载波信号所形成的矩阵求Moore-Penrose伪逆； [0110] 步骤302 :用所求伪逆矩阵的各列所形成的模拟信号，对接收信号进行子载波解 调；
[0111] 步骤303 :用相互正交的S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹配滤波解 调，得到对发送端的调制符号的估计值。
[0112] 在本实施例中，得到了发送端的调制符号的估计值，即可由此得到对发送数据比 特的估计值。在一个实施方式中，可以通过步骤304-306来实现，但本实施例并不以此作为 限制，如图3所示，其中，
[0113] 步骤304 :对所述调制符号的估计值进行并串变换，得到对应不同子载波的并行 数据流；
[0114] 步骤305 :对所述并行数据流进行并串变换，得到数据流；
[0115] 步骤306 :对所述数据流进行符号解调，得到对发送数据比特的估计值。
[0116] 在本实施例中，该方法同样既可以通过模拟电路实现，也可以通过数字电路实现， 下面分别进行说明。
[0117] 图4是通过模拟电路实现本实施例的方法的该接收机的一个实施方式的组成框 图，如图4所示，在本实施例中，先将发送端的子载波信号e ]2ltlAft写成一个&XN的子载波 矩阵E，第1行第η列的元素取值为义" =e 其中，1 = 1，…，N。。
[0118] 然后，对发送端的各个子载波信号所形成的矩阵求Moore-Penrose伪逆（步骤 301)，也即，求矩阵E的Moore-Penrose伪逆矩阵G = E+，其中，矩阵G的维数为NXNC。
[0119] 接下来，用所求伪逆矩阵的各列所形成的模拟信号，对接收信号进行子载波解调 (步骤302)，也即，如图4所示，矩阵G的第1列形成解调子载波信号 gl (t)，用gl (t)对接 收信号r (t)进行子载波解调，得到信号.v,(/) =_ ?丨,/-(/也⑴沿。
[0120] 然后，用相互正交的S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行符号解调，得到对 发送端的调制符号的估计值（步骤303)，也即，如图4所示，可以用匹配滤波的方法进一步 对信号 yi⑴进行S1印ian基的解调，得到对调制符号aUk的估计值，即，
[0121]
[0122] 在本实施例中，如图4所示，对于并行的数据流，还可以进行并串变换，以得到 N。个对应不同子载波的并行数据流矣（步骤304)，然后，对该并行数据流4进行第二次并 串变换，得到数据流? (步骤305)，最后，对该数据流纟进行符号解调，如16QAM解调，得到 NbXI的解调信息比特流|。
[0123] 在本实施例的基于S1印ian基的多载波系统的数字实现方法中，设接收信号为 NX 1的向量r，对发送端子载波矩阵E求伪逆，得到维数为NXN。的矩阵G = E+，计算对调制 符号的估计值
其中，DIAG(x)表示将NX1的向量X写成NXN的对 角矩阵，且满足Xn,n = X n;对N。X Np的矩阵1:按列重排，形成Nb X 1的向量估计值<5 ;对Nb X 1 的5进行星座解调，得到维数为NbX 1信息流
[0124] 本实施例提供的方法，通过在同一带宽上叠加相互正交的S1印ian信号，在保证 频谱效率的同时，降低了带外泄漏，并提高了对子载波偏移的鲁棒性。
[0125] 实施例3
[0126] 本实施例提供了一种多载波通信系统中的发射机，由于该发射机解决问题的原理 与实施例1的方法类似，因此其具体的实施可以参照实施例1的方法的实施，内容相同之处 不再重复说明。
[0127] 图5是本实施例的发射机500的组成示意图，如图5所示，该发射机500包：第一 调制单元51、第一串并变换单元52、第二串并变换单元53、第二调制单元54、第一计算单元 55、第三调制单元56、以及第二计算单元57,其中，
[0128] 第一调制单元51用于对待传数据的信息比特流进行星座调制，得到所述待传数 据的调制符号。
[0129] 第一串并变换单元52用于对所述调制符号进行串并变换，以将数据分配到不同 的子载波上。
[0130] 第二串并变换单元53用于对分配到每个子载波的数据进行串并变换。
[0131] 第二调制单元54用于将对应每个子载波的并行数据调制到多个相互正交的 Slepian信号上。其中，该第二调制单元54可以通过多个Slepian信号的成型滤波器来实 现。
[0132] 第一计算单元55用于对对应同一子载波的调制到不同S1印ian信号上的数据进 行求和。其中，该第一计算单元55可以多个加法器来实现。
[0133] 第三调制单元56用于将对应每个子载波的求和后的数据调制到相应的子载波 上。其中，该第二调制单元56可以通过多个乘法器来实现。
[0134] 第二计算单元57用于对所有子载波上的数据进行求和，形成发送信号。其中，该 第二计算单元57可以通过一个加法器来实现。
[0135] 可选的，在本实施例中，该发射机500还可以包括S1印ian信号生成单元58,其 用于生成Slepian信号，并提供给所述第二调制单元54,以便该第二调制单元54利用该 S1印ian信号作为成型滤波器，将对应每个子载波的数据调制到相互正交的S1印ian信号 上。
[0136] 在本实施例中，该发射机500的各组成部分可以通过模拟电路实现，也可以通过 数字电路实现。
[0137] 本实施例提供的发射机，通过在同一带宽上叠加相互正交的S1印ian信号，在保 证频谱效率的同时，降低了带外泄漏，并提高了对子载波偏移的鲁棒性。
[0138] 实施例4
[0139] 本实施例提供了一种多载波通信系统中的接收机，由于该接收机解决问题的原理 与实施例2的方法类似，因此其具体的实施可以参照实施例2的方法的实施，内容相同之处 不再重复说明。
[0140] 图6是本实施例的接收机600的组成示意图，如图6所示，该接收机600包：计算 单元61、第一解调单元62、以及第二调制单元63,可选的，该接收机600还可以包括：第一 并串变换单元64、第二并串变换单元65、以及第三调制单元66。其中，
[0141] 计算单元61用于对发送端的各个子载波信号所形成的矩阵求Moore-Penrose伪 逆。
[0142] 第一解调单元62用于用计算单元61所求的伪逆矩阵的各列所形成的模拟信号， 对接收信号进行子载波解调。其中，该第一解调单元62可以通过多个数模转换器来实现。
[0143] 第二解调单元63用于用相互正交的S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹 配滤波解调，得到对发送端的调制符号的估计值。其中，该第一解调单元63可以通过多个 S1印ian信号的匹配滤波器来实现。
[0144] 第一并串变换单元64用于对所述调制符号的估计值进行并串变换，得到对应不 同子载波的并行数据流。
[0145] 第二并串变换单元65用于对所述并行数据流进行并串变换，得到数据流。
[0146] 第三解调单元66用于对所述数据流进行符号解调（也即星座解调），得到对发送 数据比特的估计值。
[0147] 可选的，在本实施例中，该接收机600还可以包括S1印ian信号生成单元，其用 于生成S1印ian信号，并提供给所述第二解调单元63,以便该第二解调单元63利用该 S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹配滤波解调。
[0148] 本实施例提供的接收机，通过在同一带宽上叠加相互正交的S1印ian信号，在保 证频谱效率的同时，降低了带外泄漏，并提高了对子载波偏移的鲁棒性。
[0149] 实施例5
[0150] 本实施例还提供了一种多载波通信系统，图7是该多载波通信系统的拓扑示意 图，如图7所示，该多载波通信系统包括发射机71和接收机72，其中，
[0151] 发射机71可以被配置为：
[0152] 对待传数据的信息比特流进行星座调制，得到所述待传数据的调制符号；
[0153] 对所述调制符号进行串并变换，将数据分配到不同的子载波上；
[0154] 对分配到每个子载波的数据进行串并变换；
[0155] 将对应每个子载波的并行数据调制到多个相互正交的S1印ian信号上；
[0156] 对对应同一子载波但调制到不同S1印ian信号上的数据进行求和；
[0157] 将对应每个子载波的求和后的数据调制到相应的子载波上；
[0158] 对所有子载波上的数据进行求和，形成发送信号。
[0159] 进一步的，该发射机71还可以被配置为：生成Slepian信号，以便所述发射机利用 该Slepian信号，将对应每个子载波的数据调制到相互正交的Slepian信号上。
[0160] 在本实施例中，该发射机71可以通过实施例3的发射机来实现，在此不再赘述。
[0161 ] 接收机72可以被配置为：
[0162] 对发送端的各个子载波信号所形成的矩阵求Moore-Penrose伪逆；
[0163] 用所求伪逆矩阵的各列所形成的模拟信号，对接收信号进行子载波解调；
[0164] 用相互正交的S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹配滤波解调，得到对 发送端的调制符号的估计值。
[0165] 进一步的，该接收机72还可以被配置为：对所述调制符号的估计值进行并串变 换，得到对应不同子载波的并行数据流；对所述并行数据流进行并串变换，得到数据流；对 所述数据流进行符号解调，得到对发送数据比特的估计值。
[0166] 进一步的，该接收机72还可以被配置为：生成Slepian信号，以便所述接收机利用 该S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹配滤波解调。
[0167] 在本实施例中，该接收机72可以通过实施例4的接收机来实现，在此不再赘述。
[0168] 本实施例提供的多载波通信系统，通过在同一带宽上叠加相互正交的S1印ian信 号，在保证频谱效率的同时，降低了带外泄漏，并提高了对子载波偏移的鲁棒性。
[0169] 以上通过实施例1-5对本实施例的方法、装置和系统进行了说明，下面对利用本 实施例的系统的仿真结果进行说明。
[0170] 1.仿真参数
[0171] 假设信道为加性高斯白噪声（AWGN)信道，对信息比特流b采用QPSK调制；发送信 号的载频为fc= 2. 6GHz，终端的移动速度为v = 350km/h，则信道的相干时间为：
[0172]
[0173] 设符号长度为Τ = _γ = 〇.4"w ;设信道的时延扩展为σ τ = 5 μ s，则设子载波间隔 ^
;则Slepian基的时间带宽积为λ = Τ Δ f = 53,并设每个子载波 上共采用这53个相互正交Slepian信号的前Np= 49个；设采样频率为1. 16 μ s，则共有 Ν = 1033个采样点；则归一化的带宽
μ为保证整个信号带宽内有整数个子 载波，子载波间隔A f被修正为Af = 1 / [1 /观」，其中L?」表示对a向下取整；同理，频谱效 率的取值也被修正为
[0174]
[0175] 2.带外泄漏比较
[0176] 本发明实施例提出的基于Slepian基的多载波系统比0FDM系统具有更小的带外 泄漏。具体的，0FDM采用的成形滤波器是矩形信号，其频域内第一个旁瓣的峰值仅比主瓣 的峰值低13dB。而基于Slepian基的多载波系统，在上述仿真参数下，各阶Slepian信号的 主瓣峰值与旁瓣峰值之差的变化范围是50dB到280dB。
[0177] 3.误码率性能比较
[0178] 图8比较了本发明实施例的多载波系统与0FDM系统的误码率性能。首先，当频谱 效率n = 1时，即将Slepian基的所有阶信号都用做成型滤波器时，且时，本发明 实施例的多载波系统与0FDM具有相同的误码率性能；但当时，本发明实施例的多 载波系统具有更高的误码率。
[0179] 然而，实际上，为避免不同0FDM系统间的干扰，仍然需要预留保护间隔，如在LTE 系统中，系统的频谱效率为η =0.9。图8的仿真结果表明，在同样频谱效率η =0.9的 条件下，与0FDM系统相比，本发明实施例提出的基于Slepian基的多载波系统具有更低的 误码率。
[0180] 图9比较了当存在子载波偏移时，本发明实施例的多载波系统与0FDM系统的误码 率性能，其中 ε表不子载波频率偏移与子载波间隔的比值，即相对子载波偏移。图9的仿 真结果表明，当η =0.9，ε =〇.〇5时，本发明实施例提出的基于Slepian基的多载波系 统具有更低的误码率。
[0181] 本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在发射机中执行所述程序时， 所述程序使得计算机在所述发射机中执行实施例1所述的方法。
[0182] 本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可 读程序使得计算机在发射机中执行实施例1所述的方法。
[0183] 本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在接收机中执行所述程序时， 所述程序使得计算机在所述接收机中执行实施例2所述的方法。
[0184] 本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可 读程序使得计算机在接收机中执行实施例2所述的方法。
[0185] 本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明 涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文 所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及 用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
[0186] 以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这 些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明 的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。
【主权项】
1. 一种多载波通信系统中的发射机，其中，所述发射机包括： 第一调制单元，其对待传数据的信息比特流进行星座调制，得到所述待传数据的调制 符号； 第一串并变换单元，其对调制符号进行串并变换，将数据分配到不同的子载波上； 第二串并变换单元，其对分配到每个子载波的数据进行串并变换； 第二调制单元，其将对应每个子载波的并行数据调制到多个相互正交的S1印ian信号 上； 第一计算单元，其对对应同一子载波但调制到不同Slepian信号上的数据进行求和； 第三调制单元，其将对应每个子载波的求和后的数据调制到相应的子载波上； 第二计算单元，其对所有子载波上的数据进行求和，形成发送信号。2. 根据权利要求1所述的发射机，其中，所述发射机还包括： Slepian信号生成单元，其用于生成Slepian信号，并提供给所述第一调制单元，以 便该第一调制单元利用该S1印ian信号，将对应每个子载波的数据调制到相互正交的 Slepian信号上。3. -种多载波通信系统中的接收机，其中，所述接收机包括： 计算单元，其对发送端的各个子载波信号所形成的矩阵求Moore-Penrose伪逆； 第一解调单元，其用所求伪逆矩阵的各列所形成的模拟信号，对接收信号进行子载波 解调； 第二解调单元，其用相互正交的S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹配滤波 解调，得到对发送端的调制符号的估计值。4. 根据权利要求3所述的接收机，其中，所述接收机还包括： 第一并串变换单元，其对所述调制符号的估计值进行并串变换，得到对应不同子载波 的并行数据流； 第二并串变换单元，其对所述并行数据流进行并串变换，得到数据流； 第三解调单元，其对所述数据流进行符号解调，得到对发送数据比特的估计值。5. 根据权利要求4所述的接收机，其中，所述接收机还包括： S1印ian信号生成单元，其用于生成S1印ian信号，并提供给所述第二解调单元，以便 该第二解调单元利用该S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹配滤波解调。6. -种多载波通信系统，所述多载波通信系统包括发射机和接收机，其中， 所述发射机被配置为： 对待传数据的信息比特流进行星座调制，得到所述待传数据的调制符号； 对所述调制符号进行串并变换，将数据分配到不同的子载波上； 对分配到每个子载波的数据进行串并变换； 将对应每个子载波的并行数据调制到多个相互正交的S1印ian信号上； 对对应同一子载波但调制到不同S1印ian信号上的数据进行求和； 将对应每个子载波的求和后的数据调制到相应的子载波上；以及 对所有子载波上的数据进行求和，形成发送信号； 所述接收机被配置为： 对发送端的各个子载波信号所形成的矩阵求Moore-Penrose伪逆； 用所求伪逆矩阵的各列所形成的模拟信号，对接收信号进行子载波解调；以及 用相互正交的S1印ian信号，对每个子载波上的信号进行匹配滤波解调，得到对发送 端的调制符号的估计值。7. 根据权利要求6所述的系统，其中，所述发射机还被配置为： 生成Slepian信号，以便所述发射机利用该Slepian信号，将对应每个子载波的数据调 制到相互正交的S1印ian信号上。8. 根据权利要求6所述的系统，其中，所述接收机还被配置为： 对所述调制符号的估计值进行并串变换，得到对应不同子载波的并行数据流； 对所述并行数据流进行并串变换，得到数据流； 对所述数据流进行符号解调，得到对发送数据比特的估计值。9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述接收机还被配置为： 生成Slepian信号，以便所述接收机利用该Slepian信号，对每个子载波上的信号进行 匹配滤波解调。
【文档编号】H04L27/34GK105991507SQ201510101095
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月6日
【发明人】杨现俊, 王昕 , 张健
【申请人】富士通株式会社