本发明涉及通信领域，特别涉及一种多载波数据的发射方法与装置。
背景技术：
nb-iot(narrowbandinternetofthings，窄带物联网)是3gpp(3rdgenerationpartnershipproject，第三代合作伙伴计划)组织最新提出的专门针对于物联网的最新的窄带物联网协议，该协议基于成熟的lte(longtermevolution，长期演进)系统，并在此基础上根据物联网的通信特点，对协议层及物理层进行大幅度的功能和性能的剪裁，从而使nb-iot终端能够更好的实现广覆盖、低功耗、低成本以及大连接等目标。
根据3gpp协议规定，nb-iot的上行有两种格式定义，一种是单载波形式，包括子载波间隔为3.75khz和15khz两种情况，另一种是多载波形式，其中，多载波形式的子载波间隔为15khz，可配置的子载波数目分别有1、3、6、12等几种情况，nb-iot系统带宽为180khz，即最多有12个子载波，对于子载波间隔为15khz的情况，有12种子载波配置情况，如表示1所示。
表1
通常在硬件实现过程中，为了降低计算复杂度和减小功耗，对于不同带宽和采样频率，会采用不同点数的fft(fastfouriertransformation，快速傅里叶变换)进行计算。根据nb-iot的协议参数，基带处理可采用1.92mhz的整数倍进行采样，考虑到nb-iot低功耗和低计算复杂度的要求，通常基带采用1.92mhz采样和128点fft进行计算。此时，循环前缀的长度分别为10(对应第一个时隙符号)和9(对应第二至第七个时隙符号)。因为循环前缀的个数仍为整数个，所以采用该采样频率，可以保证ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交频分复用)符号的长度满足nb-iot协议定义的符号长度和帧长度，采用这种传统方法的发射处理如图1所示，接收处理如图2所示。
其中，对于终端发射机来说，待传输的信道数据经过调制映射后，根据信道的资源分配和调度，一起进入ifft(inversefastfouriertransform，快速傅里叶逆变换)模块，对于128点的ifft运算，实际中有用的最多只有12个子载波，其余的均需要填零处理，然后根据协议规范，对每个ofdm符号添加10个或9个长度数据当做循环前缀，进入频偏调整模块进行1/2子载波的频偏处理，经过波束成形滤波器处理进行发射输出。对于接收机来说，寻找帧头和定时，然后根据协议去除循环前缀，将数据进行128点fft变换，即可获得信道数据或参考信号。
然而，在实现发明的过程中，本申请的发明人发现，上述传统方法的发射处理，在进行ifft运算时，添加了大量无效数据零进行占位，给终端发射机带来了巨大的计算复杂度，增大了终端的计算量及实现上述ifft运算的芯片的要求，从而增加了终端ifft处理芯片的实现面积、功耗以及成本。
技术实现要素：
本发明实施方式的目的在于提供一种多载波数据的发射方法与装置，通过2n点快速傅里叶逆变换与升采样处理，代替传统方法中的128点快速傅里叶逆变换处理，不仅极大降低了终端设备发射多载波数据时的计算复杂度与计算量，而且降低了快速傅里叶逆变换处理芯片的实现面积、运算能力要求、功耗及成本等，进而降低了终端设备的成本与功耗。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种多载波数据的发射方法，包括：
对待发送的第一数据进行调制映射，得到待发送的多载波数据；
对所述多载波数据进行2n点快速傅里叶逆变换与升采样处理，得到第二数据，其中，n为整数，且3＜n＜7；
对所述第二数据进行发射预处理，并发射预处理后的数据。
本发明的实施方式还提供了一种多载波数据的发射装置，包括：
调制映射模块，用于对待发送的第一数据进行调制映射，得到待发送的多载波数据；
多载波数据处理模块，用于对所述多载波数据进行2n点快速傅里叶逆变换与升采样处理，得到第二数据，其中，3＜n＜7；
发射模块，用于对所述第二数据进行发射预处理，并发射预处理后的数据。
本发明实施方式相对于现有技术而言，对多载波数据进行2n点快速傅里叶逆变换与升采样处理，得到第二数据，其中，n为整数，且3＜n＜7，对多载波数据先进行16、32或64点快速傅里叶逆变换，再进行升采样处理，代替传统方法中的128点快速傅里叶逆变换处理，极大降低了进行快速傅里叶逆变换运算的点数，从而降低了快速傅里叶逆变换处理的运算量，进而降低了终端处理快速傅里叶逆变换运算的芯片的面积、运算能力要求、功耗及成本等。
另外，所述对所述多载波数据进行2n点快速傅里叶逆变换，具体包括：以(1.92mhz*2n)/128的基带采样频率对所述多载波数据进行预处理；对预处理后的数据进行2n点快速傅里叶逆变换。根据128点ifft对应的基带采样频率1.92mhz，得到适于2n点ifft的基带采样频率(1.92mhz*2n)/128，保证了ifft点数与基带采样频率对应关系的一致性，从而保证了更少点数(2n点)的ifft的可行性。
另外，所述升采样处理为128/2n倍的升采样处理。保证后续添加循环前缀时循环前缀的长度为整数个，进而保证形成的ofdm符号长度和帧长度符合nb-iot协议规定。
另外，所述n取值为4。采用最小点数(16点)的ifft，从而最大程度的降低了进行ifft处理时的运算量。
附图说明
图1是现有技术中单载波数据的发射处理示意图；
图2是现有技术中单载波数据的接收处理示意图；
图3是根据本发明第一实施方式的一种多载波数据的发射方法流程图；
图4是根据本发明第二实施方式的一种多载波数据的发射方法流程图；
图5是根据本发明第二实施方式仿真的待发送的第一数据的示意图；
图6是根据本发明第二实施方式仿真的待发送的多载波数据的示意图；
图7是根据本发明第二实施方式仿真的16点ifft幅度示意图；
图8是根据本发明第二实施方式仿真的8倍升采样后的128点ifft幅度示意图；
图9是根据本发明第二实施方式仿真的基站端128点fft幅度示意图；
图10是根据本发明第二实施方式仿真的基站端获取到的原始数据的示意图；
图11是根据本发明第三实施方式的一种多载波数据的发射装置的结构示意图；
图12是根据本发明第四实施方式的一种多载波数据的发射装置的结构示意图。
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，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明第一实施方式涉及一种多载波数据的发射方法。具体流程如图3所示。
在步骤301中，对待发送的第一数据进行调制映射，得到待发送的多载波数据。
具体地说，根据终端发射数据的通用调制映射过程，生成待发送的多载波频域数据。
在步骤302中，对多载波数据进行2n点快速傅里叶逆变换与升采样处理，得到第二数据。
具体地说，对多载波数据先进行2n点快速傅里叶逆变换，其中，n为整数，且3＜n＜7，也即对多载波数据先进行16或32或64点快速傅里叶逆变换，再进行升采样处理的方式，不仅极大降低了进行ifft运算的点数，而且通过升采样处理的方式，保证后续了添加循环前缀时循环前缀的长度为整数，进而保证了形成的ofdm符号长度和帧长度符合nb-iot协议规定，最终保证了该方案的可行性。以2n点快速傅里叶逆变换与升采样处理的技术方案，代替传统方法中的128点快速傅里叶逆变换处理，极大降低了终端进行快速傅里叶逆变换处理的运算量，进而降低了终端处理快速傅里叶逆变换运算的芯片的面积、运算能力要求、功耗及成本等，进而降低了整个终端设备的成本与功耗。
在步骤303中，对第二数据进行发射预处理，并发射预处理后的数据。
具体地说，根据终端发射数据的通用预处理过程，形成符合发射要求的发射数据，并通过射频终端发送出去，从而最终完成多载波数据的发射处理。
与现有技术相比，在本实施方式中，对多载波数据进行2n点快速傅里叶逆变换与升采样处理，其中，n为整数，且3＜n＜7，代替传统方法中的128点快速傅里叶逆变换处理，不仅极大降低了进行快速傅里叶逆变换运算的点数，而且通过升采样处理的方式，保证后续了添加循环前缀时循环前缀的长度为整数个，进而保证了形成的ofdm符号长度和帧长度符合nb-iot协议规定，最终保证了该方案的可行性，并最终降低了终端处理快速傅里叶逆变换运算的芯片的面积、运算能力要求、功耗及成本等，进而降低了整个终端设备的成本与功耗。
本发明第二实施方式涉及一种多载波数据的发射方法。第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，具体给出了2n点快速傅里叶逆变换的过程，n的最优取值及升采样的倍数，如图4所示。
在步骤401中，对待对待发送的第一数据进行调制映射，得到待发送的多载波数据。
在步骤402中，以(1.92mhz*2n)/128的基带采样频率对所述多载波数据进行预处理。
具体地说，根据128点ifft对应的基带采样频率1.92mhz，得到适于2n点ifft的基带采样频率为(1.92mhz*2n)/128，其中，n为整数，且3＜n＜7，对基带采样频率进行适应性的调整，保证了ifft点数与基带采样频率对应关系的一致性，进而保证了对多载波数据进行更少点数(2n点)的快速傅里叶逆变换的可行性。
更进一步地说，n的最优取值为4，由于nb-iot系统带宽为180khz,而多载波形式的子载波间隔为15khz，于是nb-iot系统最多有12个子载波用于发送多载波数据，n取值为4时，2n＝16，16大于12，不仅能够保证待发送的多载波数据的完整性，而且16是大于12的最小的2的整数次幂值，也即n取值为4时，可以实现满足要求的最小点数的ifft运算，从而最大程度的降低了进行ifft处理时的运算量。
在步骤403中，对预处理后的数据进行2n点快速傅里叶逆变换。
具体地说，对预处理后的数据进行2n点快速傅里叶逆变换，将待发送的多载波数据变换到时域，从而便于进行多载波数据在时域的相应处理。
在步骤404中，对经快速傅里叶逆变换后的数据进行升采样，得到第二数据。
具体地说，传统方法中的128点ifft运算，相当于对通用的2048点ifft进行了16倍降采样，现在进行2n点ifft运算，相当于在128点的基础上又进行了128/2n倍的降采样，当n取值为4时，128/2n＝8，即又进行了8倍的降采样，于是导致表1中的循环前缀长度也会相应的变为160/((2048/128)*(128/2n))或144/((2048/128)*(128/2n))，当n取值为4时，表1中的循环前缀长度为1.25或1.125，于是导致循环前缀的长度不为整数，于是不符合nb-iot协议规定的ofdm符号长度和帧长度，所以需要对经ifft后的数据进行升采样，其中，升采样倍数为128/2n，当n取值为4时，升采样倍数为8，即进行8倍的升采样，以保证后续了添加循环前缀时循环前缀的长度为整数，进而保证了形成的ofdm符号长度和帧长度符合nb-iot协议规定，最终保证了该方案的可行性。
进一步地说，下面以1个ofdm符号的调制运算，即128点ifft运算为例，简要介绍采用128点ifft的传统方法与采用本发明实施方式中的方法时，分别对应的复杂度，首先，采用128点ifft的传统方法时，对应的复数乘法为：
在步骤405中，对第二数据添加循环前缀。
具体地说，在第二数据的末尾添加预设长度的循环前缀，具体操作与现有技术相同，在此不再赘述。
在步骤406中，进行频偏调整及脉冲成形滤波。
具体地说，对添加循环前缀后的数据的进行频偏调整及脉冲成形滤波，具体操作与现有技术相同，在此不再赘述。
进一步地，下面给出本发明实施方式的多载波发射机的建模仿真，以便更好的阐述本发明实施方式的技术方案的可性行，假设nb-iot的终端发射机使用需要对12个调制符号进行发射，为了方便说明，假设这12个调制符号均为实数(与复数结果一致)，为一段随机整数，如图5所示，根据nb-iot协议的资源映射协议，对数据进行添零处理，生成16点的数据，如图6所示，根据本发明实施方式的技术方案，进行16点的ifft运算后的幅度图，如图7所示，对ifft运算后的数据再进行8倍升采样，于是，16点的ifft幅度图变为128点的ifft幅度图，如图8所示，根据nb-iot协议规定，需要进行循环前缀的添加和频偏调整的运算，对于8倍升采样所造成的频谱混叠现象，可通过最后的波束成形滤波器统一进行滤波处理。
对于基站接收来说，接收到采用本发明实施方式的技术方案的发射机发送的信号后，采用传统方法寻找帧头和定时处理，然后根据协议要求去除循环前缀后，再进行128点fft运算后，得到的实部的幅度图，如图9所示，其中，发射时数据用实数举例，通过观察可以看出，经过128点fft运算后，数据是以16个单位为周期的周期序列，并且该16个单位与发射机经过资源映射后调整的序列保持一致，于是，接收端根据nb-iot协议进行去零和重排序的解资源映射后，即可获得原始的数据，如图10所示。
在本实施方式中，具体给出了2n点快速傅里叶逆变换的过程，n为4的最优取值及升采样的倍数等，从而最大程度的降低了进行ifft处理时的运算量，并保证了该技术方案的可行性。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第三实施方式涉及一种多载波数据的发射装置，如图11所示，包括：调制映射模块111、多载波数据处理模块112与发射模块113。
调制映射模块111，用于对待发送的第一数据进行调制映射，得到待发送的多载波数据。
多载波数据处理模块112，用于对多载波数据进行2n点快速傅里叶逆变换与升采样处理，得到第二数据，其中，3＜n＜7。
发射模块113，用于对第二数据进行发射预处理，并发射预处理后的数据。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第四实施方式涉及一种多载波数据的发射装置。第四实施方式在第三实施方式的基础上进行了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第四实施方式中，不仅包括调制映射模块111、多载波数据处理模块112与发射模块113，还具体给出了多载波数据处理模块112与发射模块113所包括的各子模块，其中，多载波数据处理模块112具体包括：预处理子模块1121与快速傅里叶逆变换子模块1122，发射模块113具体包括：循环前缀添加子模块1131与调整子模块1132，如图12所示。
调制映射模块111，用于对待发送的第一数据进行调制映射，得到待发送的多载波数据。
多载波数据处理模块112，用于对多载波数据进行2n点快速傅里叶逆变换与升采样处理，得到第二数据，其中，3＜n＜7。
预处理子模块1121，用于对多载波数据以(1.92mhz*2n)/128的采样频率进行预处理。
快速傅里叶逆变换子模块1122，用于对预处理后的数据进行2n点快速傅里叶逆变换。
发射模块113，用于对第二数据进行发射预处理，并发射预处理后的数据。
循环前缀添加子模块1131，用于对第二数据添加预设长度的循环前缀。
调整子模块1132，用于对添加循环前缀后的数据进行频偏调整及脉冲成形滤波。
由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。