CN101094028A - 多子带滤波器组的频分多址系统的发射、接收机及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多子带滤波器组的频分多址系统的发射、接收机及其方法，所述发射机包括：数据块分割装置，用于将已调制串行符号数据序列，分割为多个串行符号数据块序列；实部多子带滤波器组，用于对数据块分割装置输出的数据块的实部进行多子带滤波；虚部偏移多子带滤波器组，用于对数据块分割装置输出数据块的虚部进行相应的偏移多子带滤波；虚部实部合并装置，用于将实部多子带滤波器组和虚部偏移多子带滤波器组输出的数据块序列合并为一个复数串行数据块序列；波形时域复用装置，用于对虚部实部合并装置输出的复数串行数据块序列进行波形时域复用。本发明不需要保留子带间的保护频带，所以大大的提高了频谱利用率。

Description

多子带滤波器组的频分多址系统的发射、接收机及其方法

技术领域

本发明属于宽带移动通信技术领域，特别涉及频分多址系统(FDMA)。

背景技术

在宽带无线移动通信系统和宽带无线接入网中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，常用的下行频分多址系统可以大致分为两种。一是以OFDMA为代表的多载波频分多址系统。在OFDMA方案中，可以通过为每个用户提供部分可用子载波的方法来实现多用户接入。由于各个子载波在频谱上能够实现完全的正交，OFDMA在不需要在各个用户频率之间采用保护频带来区分不同的用户。但是由此也带来了OFDMA系统对频率偏移相当的敏感性。另一种频分多址系统则是以GMC为代表的多子带滤波器频分多址系统。在多子带滤波器频分多址方案中，可以通过为每个用户提供部分可用子带的方法来实现多用户接入，各个子带在频域上为拟正交，所以通常各个子带间需要留有保护频带，因此会降低系统的频谱利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于时域循环结构和偏移多子带滤波器组的频分多址系统的发射、接收机及其方法。

一种多子带滤波器组的频分多址系统的发射机，其特征在于包括：

数据块分割装置，用于将已调制的串行符号数据序列，分割为多个串行符号数据块序列；

实部多子带滤波器组，用于对数据块分割装置输出的数据块的实部进行多子带滤波；

虚部偏移多子带滤波器组，用于对数据块分割装置输出的数据块的虚部进行相应的偏移多子带滤波；

虚部实部合并装置，用于将实部多子带滤波器组和虚部偏移多子带滤波器组输出的数据块序列合并为一个复数串行数据块序列；

波形时域复用装置，用于对虚部实部合并装置输出的复数串行数据块序列进行波形时域复用。

其中，所述实部多子带滤波器组包括：

取实部装置，用于对每个所述串行符号数据块序列的每个元素进行取实部的操作；

第一串/并转换装置，用于对所述取实部装置输出数据块序列进行串并转换操作；

多个第一相位偏移装置，用于对第一串并转换装置输出数据块进行相位偏移操作；

第一离散付立叶逆变换装置，用于对多个第一相位偏移装置输出的数据块进行离散付立叶逆变换；

多个多相滤波器装置，用于对第一离散付立叶逆变换装置输出的数据块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；

第一并/串转换装置，用于将多个多相滤波器装置输出的数据进行并串转换。

其中，所述虚实部多子带滤波器组包括，

取虚部装置，用于对每个所述串行符号数据块序列中的每个元素进行取虚部的操作；

第二串/并转换装置，用于对所述取虚部装置输出数据块序列进行串并转换操作；

多个第二相位偏移装置，用于对第一串并转换装置输出数据块进行相位偏移操作；

第二离散付立叶逆变换装置，用于对多个第二相位偏移装置输出的数据块进行离散付立叶逆变换；

多个偏移多相滤波器装置，用于对第二离散付立叶逆变换装置输出的数据块进行子带滤波成型操作；

第二并/串转换装置，用于将多个偏移多相滤波器装置输出的数据进行并串转换。

其中，所述波形时域复用装置包括，

波形合成装置，用于将虚部实部合并装置输出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进行移位叠加；

循环波形形成装置，用于对经过波形合成装置合成后的数据序列进行缓存，截断分块和波形首尾循环叠加操作；

循环前缀添加装置，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。

一种多子带滤波器组的频分多址系统的接收机，包括：

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C个采样值舍去；

波形循环扩展装置，用于完成发射端循环波形形成装置相对应的逆操作；

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；

串/并转换装置，用于对波形分解装置输出的串行数据块序列转换为并行数据块序列；

多相匹配滤波器装置，用于对经过串/并转换装置输出的序列进行子带匹配滤波操作，其中各个多相匹配滤波器为发射端各个多相滤波器相对应的匹配滤波器；

偏移多相匹配滤波器装置，用于对经过串/并转换装置输出的序列进行子带匹配滤波操作，其中各个偏移多相匹配滤波器为发射端偏移多相滤波器相对应的匹配滤波器；

第一离散付立叶逆变换装置，用于对多相匹配滤波器装置输出的并行数据块进行离散付立叶逆变换；

第二离散付立叶逆变换装置，用于对偏移多相匹配滤波器装置输出的并行数据块进行离散付立叶逆变换；

多个第一相位补偿装置，用于对第一离散付立叶逆变换装置输出的数据块进行相位偏移操作；

多个第二相位补偿装置，用于对第二离散付立叶逆变换装置输出的数据块进行相位偏移操作；

第一并/串转换装置，用于对多个第一相位补偿装置输出的数据块进行并/串转换操作；

第二并/串转换装置，用于对多个第二相位补偿装置输出的数据块进行并/串转换操作；

取实部装置，用于对第一并/串转换装置输出的串行符号中的每个元素进行取实部的操作；

取虚部装置，用于对第二并/串转换装置输出的串行符号中的每个元素进行取虚部的操作；

虚部实部合并装置，将由取实部装置和取虚部装置分别输出的串行数据块序列合并为一个复数串行数据块序列。

一种多子带滤波器组的频分多址系统的发射方法，其特征在于包括以下步骤：

数据块分割步骤，用于将已调制的串行符号数据序列，分割为多个串行符号数据块序列；

实部多子带滤波步骤，用于对数据块分割步骤输出的数据块的实部进行多子带滤波；

虚部偏移多子带滤波步骤，用于对数据块分割步骤输出的数据块的虚部进行相应的偏移多子带滤波；

虚部实部合并步骤，用于将实部多子带滤波器组和虚部偏移多子带滤波器组输出的数据块序列合并为一个复数串行数据块序列；

波形时域复用步骤，用于对虚部实部合并步骤输出的复数串行数据块序列进行波形时域复用。

一种多子带滤波器组的频分多址系统的接收方法，包括以下步骤：

循环前缀去除步骤，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；

波形循环扩展步骤，用于完成发射端循环波形形成步骤相对应的逆操作；

波形分解步骤，用于完成发射端波形合成步骤相对应的逆操作；

串/并转换步骤，用于对波形分解步骤输出的串行数据块序列转换为并行数据块序列；

多相匹配滤波器步骤，用于对经过串/并转换步骤输出的序列进行子带匹配滤波操作，其中各个多相匹配滤波器为发射端各个多相滤波器相对应的匹配滤波器；

偏移多相匹配滤波器步骤，用于对经过串/并转换步骤输出的序列进行子带匹配滤波操作，其中各个偏移多相匹配滤波器为发射端偏移多相滤波器相对应的匹配滤波器；

第一离散付立叶逆变换步骤，用于对多相匹配滤波器步骤输出的并行数据块进行离散付立叶逆变换；

第二离散付立叶逆变换步骤，用于对偏移多相匹配滤波器步骤输出的并行数据块进行离散付立叶逆变换；

多个第一相位补偿步骤，用于对第一离散付立叶逆变换步骤输出的数据块进行相位偏移操作；

多个第二相位补偿步骤，用于对第二离散付立叶逆变换步骤输出的数据块进行相位偏移操作；

第一并/串转换步骤，用于对多个第一相位补偿步骤输出的数据块进行并/串转换操作；

第二并/串转换步骤，用于对多个第二相位补偿步骤输出的数据块进行并/串转换操作；

取实部步骤，用于对第一并/串转换步骤输出的串行符号中的每个元素进行取实部的操作；

取虚部步骤，用于对第二并/串转换步骤输出的串行符号中的每个元素进行取虚部的操作；

虚部实部合并步骤，将由取实部步骤和取虚部步骤分别输出的串行数据块序列合并为一个复数串行数据块序列。

本发明采用偏移多子带滤波器组实现了频分多址，由于该方案中各个子带的频谱完全正交，不需要保留子带间的保护频带，所以大大的提高了频谱利用率。同时，通过对发射端经过多子带滤波的信号进行循环叠加，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。

附图说明

图1为本发明多子带滤波器组的频分多址系统的发射机的框图；

图2为本发明多子带滤波器组的频分多址系统的接收机的框图；

图3、图4为循环波形形成装置进行缓存和截断分块操作的示意图；

图5、图6为系统仿真结果。

具体实施方式

如图1所示，一种多子带滤波器组的频分多址系统的发射机，基于时域循环结构和偏移多子带滤波器组的频分多址系统，包括一个数据块分割装置1、一个取实部装置2、一个取虚部装置3、两个串并转换装置41和42、两组(每组M个)相位偏移装置(为简明起见，图1中仅示出第一组中的3个相位偏移装置51，52，53和第二组中的三个相位偏移装置61，62，63)、两个M点的IFFT变换装置71和72、M个多相滤波器装置(为简明起见，图1中仅示出3个81，82和83)、M个偏移多相滤波器装置(为简明起见，图1中仅示出三个91，92和93)、两个并/串转换装置101和102、一个虚部实部合并装置11、一个波形合成装置12，一个循环波形形成装置13和一个循环前缀添加装置14。其中，一个取实部装置2、一个取虚部装置3、两个串并转换装置41和42、两组(每组M个)相位偏移装置(为简明起见，图1中仅示出第一组中的3个相位偏移装置51，52，53和第二组中的三个相位偏移装置61，62，63)、两个M点的IFFT变换装置71和72、M个多相滤波器装置(为简明起见，图1中仅示出3个81，82和83)、M个偏移多相滤波器装置(为简明起见，图1中仅示出三个91，92和93)、两个并/串转换装置101和102共同构成偏移多子带滤波器组。

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{a_n，n＝0，1，2...}为输入到发射机的数据块分割装置1的串行已调制符号序列；

数据块分割装置1，用于将符号已调制串行符号数据序列{a_n，n＝0，1，…，D×M-1}，分割为D个串行符号数据块序列{b_m，m＝0，1，…，M-1}，这里，b_m表示一个元素数量等于1×M的行向量，其中D为其后波形合成装置12中叠加的波形数目，M为其后IFFT变换装置71和72中IFFT变换的点数。由于发射装置对输入的每个串行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；

取实部装置2，对每个串行符号数据块序列{b_m，m＝0，1，…，M-1}中的每个元素进行取实部的操作。形成D个串行实数据块序列{c_m，m＝0，1，…，M-1}，其中c_m＝Re(b_m)；

取虚部装置3，对每个串行符号数据块序列{b_m，m＝0，1，…，M-1}中的每个元素进行取虚部的操作。形成D个串行实数据块序列{d_m，m＝0，1，…，M-1}，其中d_m＝Im(d_m)；

串并转换装置41，分别对每个串行实数据块序列{c_m，m＝0，1，…，M-1}进行串并转换操作，以形成D个并行数据块{e_m，m＝0，1，…，M-1}；

串并转换装置42，分别对每个串行实数据块序列{d_m，m＝0，1，…，M-1}进行串并转换操作，以形成D个并行数据块{f_m，m＝0，1，…，M-1}；

M个相位偏移装置51、52、53，分别对每个并行数据块{e_m，m＝0，1，…，M-1}进行相位偏移操作，以形成D个并行数据块{g_m，m＝0，1，…，M-1}，其中 $g_m=e_m\·\exp (-j\frac{\mathrm{\π\α}}{M}m),$ $\mathrm{\α}=\frac{M}{2}-1;$

M个相位偏移装置61、62、63，分别对每个并行数据块{f_m，m＝0，1，…，M-1}进行相位偏移操作，以形成D个并行数据块{h_m，m＝0，1，…，M-1}，其中 $h_m=f_m\·\exp (-j\frac{\mathrm{\π\α}}{M}m),$ $\mathrm{\α}=\frac{M}{2}-1;$

IFFT变换装置71，用于对输入的每个并行数据块{g_m，m＝0，1，…，M-1}进行M点IFFT变换，生成相应的D个并行数据块{i_m，m＝0，1，…，M-1}；

IFFT变换装置72，用于对输入的每个并行数据块{h_m，m＝0，1，…，M-1}进行M点IFFT变换，生成相应的D个并行数据块{j_m，m＝0，1，…，M-1}；

M个多相滤波器装置81，82和83，分别用于对{i_m，m＝0，1，…，M-1}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，假设原型滤波器系数(亦即冲激响应)为{g[n]，n＝0，1，…，L-1}，其中L为滤波器长度。该滤波器满足移位正交条件 $\underset{n=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}g[n-\mathrm{lM}]g\left[n\right]\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{M}m(n-\mathrm{\α}/2)\right)=\mathrm{\δ}\left[l\right]\mathrm{\δ}\left[m\right]$ 和正交条件 $\underset{n=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}g[n+M/2-\mathrm{lM}]g\left[n\right]\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{M}m(n-\mathrm{\α}/2)\right)=0,$ 其中 $\mathrm{\α}=\frac{M}{2}-1.$ 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{G_0，m(n)＝g(m+nM)，n＝0，1，…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n个时刻的输出序列为{k_l ^m(n)，n＝0，1，2...，L/M-1，l＝0，1，...，D-1}；

M个偏移多相滤波器装置91，92和93，分别用于对{j_m，m＝0，1，…，M-1}进行子带滤波成型操作。其中各个偏移多相滤波器装置的系数由同一个偏移原型滤波器系数通过移位抽样而得。偏移原型滤波器系数为 $\{j\·g[n+\frac{M}{2}],n=\mathrm{0,1},\·\·\·,L-1\},$ 其中g[n]为多相滤波器装置中的原型滤波器系数。则第m个偏移多相滤波器系数为偏移原型滤波器系数起始值移位m点后M倍下采样而得，即{G_1，m(n)＝j·g(m+M/2+nM)，n＝0，1，…L/M-1}，其中M为子带总数，L为M的整数倍。经过偏移多相滤波器装置后，第m个偏移多相滤波器的第n个时刻的输出序列为{o_l ^m(n)，n＝0，1，2...，L/M-1，l＝0，1，...，D-1}；

并/串转换装置101，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{p_l(n)，n＝0，1，…L-1，l＝0，1，…D-1}，这里{p_l(n)}表示为块长为L的串行数据块；

并/串转换装置102，用于将并行输入的来自M个偏移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{q_l(n)，n＝0，1，…L-1，l＝0，1，…D-1}，这里{q_l(n)}表示为块长为L的串行数据块；

虚部实部合并装置11，将由并/串转换装置101、102输入的实数串行数据块序列{p_l(n)}和{q_l(n)}合并为一个复数串行数据块序列{r_l(n)，n＝0，1，…L-1，l＝0，1，…D-1}，其中r_l(n)＝p_l(n)+j·q_l(n)；

波形合成装置12，将虚部实部合并装置11输出的D个数据块序列{r_l(n)，l＝0，1，…D-1}按多相滤波器对应的原型滤波器的移位正交间隔M进行移位叠加。具体地，在l时刻，将l-1时刻波形合成装置生成的长度为L的数据序列的前M点数据发送出去，再取剩余的L-M点数据，在尾部添M个零后，与l时刻虚部实部合并装置输出的L点数据块{r_l(n)，n＝0，1，…L-1}相加，构成新的L点数据序列；在l+1时刻又将该新生成的L点序列的前M点数据发送出去，再取剩余的L-M点数据，在尾部添M个零后，与l+1时刻并串转换输出的L点数据块{r_l+1(n)，n＝0，1，…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{s(n)，n＝0，1，…E-1}。序列s(n)的长度为E＝(D-1)×M+L，其中L为原型滤波器长度，M为原型滤波器移位正交间隔；

循环波形形成装置13，用于对经过波形合成后的数据序列进行缓存，截断分块和波形首尾循环叠加操作，其操作如图2、图4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×M。选择D和M，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{t_n，n＝0，1，…，Q-1}。由于Q为波形数目D的整数倍，序列{t_n，n＝0，1，…，Q-1}为一首尾连续的循环序列；

循环前缀添加装置14，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，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{t_n，n＝0，1，…，Q-1}变换成完整的数据块符号序列{u_n，n＝0，1，...，P-1}，其中，P＝Q+C，C为循环前缀长度。

图2示出一种根据本发明一个具体实施方式的多子带滤波器组的频分多址系统的接收机的框图。基于时域循环结构和偏移多子带滤波器组的频分多址系统，它包括一个循环前缀去除装置101，一个波形循环扩展装置102，一个波形分解装置103，一个串/并转换装置104，M个多相匹配滤波器装置(为简明起见，图2中仅示出三个151，152和153)，M个偏移多相匹配滤波器装置(为简明起见，图2中仅示出三个161，162和163)，两个M点的FFT变换装置171和172，两组(每组M个)相位偏移补偿装置(为简明起见，图1中仅示出第一组中的3个相位偏移补偿装置181，182，183和第二组中的三个相位偏移补偿装置191，192，193)，两个并/串转换装置101和102，一个取实部装置111，一个取虚部装置112，一个虚部实部合并装置113。其中，一个波形分解装置103，一个串/并转换装置104，M个多相匹配滤波器装置(为简明起见，图2中仅示出三个151，152和153)，M个偏移多相匹配滤波器装置(为简明起见，图2中仅示出三个161，162和163)，两个个M点的FFT变换装置171和172，两组(每组M个)相位偏移补偿装置(为简明起见，图1中仅示出第一组中的3个相位偏移补偿装置181，182，183和第二组中的三个相位偏移补偿装置191，192，193)，两个并/串转换装置101和102，一个取实部装置111，一个取虚部装置112，一个虚部实部合并装置113共同构成偏移多子带匹配滤波器组。

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{u_n′，n＝0，1，...，P-1}为输入到接收机的循环前缀去除装置101的串行符号序列；

循环前缀去除装置101，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{t_n′，n＝0，1，…Q-1}；

波形循环扩展装置102，用于完成发射端循环波形形成装置113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{s′(n)，n＝0，1，…E-1}；

波形分解装置103，用于完成发射端波形合成装置112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M，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{s′(n)，n＝0，1，…E-1}中最前面L点数据，则第1个时刻，从第M点开始，取出数据块{s′(n)，n＝0，1，…E-1}中L点数据，依次类推，第n个时刻，从第n×M点开始，取出数据块中L点数据。第D-1个时刻，从第(D-1)×M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{r_l′(n)，n＝0，1，…L-1，l＝0，1，…D-1}。这里，r_l′表示一个元素数量为L的行向量；

串/并转换装置104，用于将串行输入的数据块序列{r_l′(n)，n＝0，1，…L-1，l＝0，1，…D-1}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。输出的并行数据块序列为{k_l，n′(m)，m＝0，1，…M-1，n＝0，1，…L/M-1，l＝0，1，…D-1}；

多相匹配滤波器装置151，152和153，分别用于对经过串/并转换的序列{k_l，n′}进行子带匹配滤波操作。其中各个多相匹配滤波器 $\{{\tilde{G}}_{0,m}\left(n\right),n=\mathrm{0,1},\·\·\·L/M-1,m=\mathrm{0,1},\·\·\·M-1\}$ 为发射端各个多相滤波器{G_0，m(n)，n＝0，1，…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，输出D个并行数据块{i_l′(m)，m＝0，1，…，M-1，l＝0，1，…D-1}，其中m表示第m个多相匹配滤波器，M个多相匹配滤波器在l时刻的输出构成一个并行数据块{i_l′}；

偏移多相匹配滤波器装置161，162和163，对经过串/并转换的序列{k_l，n′}进行子带匹配滤波操作。其中，各个偏移多相匹配滤波器 $\{{\tilde{G}}_{1,m}\left(n\right),n=\mathrm{0,1},\·\·\·L/M-1,m=\mathrm{0,1},\·\·\·M-1\}$ 为发射端偏移多相滤波器{G_l，m(n)，n＝0，1，…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，输出D个并行数据块{j_l′(m)，m＝0，1，…，M-1，l＝0，1，…D-1}，其中m表示第m个多相匹配滤波器，M个多相匹配滤波器在l时刻的输出构成一个并行数据块{j_l′}；

FFT变换装置171，用于对输入的并行数据块{i_l′(m)，m＝0，1，…，M-1，l＝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D个并行数据块序列{g_l′(m)，m＝0，1，…，M-1，l＝0，1，…D-1}，相互之间的关系服从g_l′＝FFT(i_l′)；

FFT变换装置172，用于对输入的并行数据块{j_l′(m)，m＝0，1，…，M-1，l＝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D个并行数据块序列{h_l′(m)，m＝0，1，…，M-1，l＝0，1，…D-1}，相互之间的关系服从h_l′＝FFT(_jl′)；

M个相位补偿装置181、182、183，分别对每个并行数据块{g_l′(m)，m＝0，1，…，M-1}进行相位偏移操作，以形成D个并行数据块{e_l′(m)，m＝0，1，…，M-1，l＝0，1，…D-1}，其中 $e_l^{\′}\left(m\right)=g_l^{\′}\left(m\right)\·\exp \left(j\frac{\mathrm{\π\α}}{M}m\right),$ $\mathrm{\α}=\frac{M}{2}-1;$

M个相位补偿装置191、192、193，分别对每个并行数据块{h_l′(m)，m＝0，1，…，M-1}进行相位偏移操作，以形成D个并行数据块{f_l′(m)，m＝0，1，…，M-1，l＝0，1，…D-1}，其中 $f_l^{\′}\left(m\right)=h_l^{\′}\left(m\right)\·\exp \left(j\frac{\mathrm{\π\α}}{M}m\right),$ $\mathrm{\α}=\frac{M}{2}-1;$

并/串转换装置101，用于对输入的D个并行数据块{e_l′(m)，l＝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{c_m′，m＝0，1，…D×M-1}；

并/串转换装置102，用于对输入的D个并行数据块{f_l′(m)，l＝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{d_m′，m＝0，1，…D×M-1}；

取实部装置111，对串行符号{c_m′，m＝0，1，…D×M-1}中的每个元素进行取实部的操作。形成串行实数据序列{a_m′，m＝0，1，…，D×M-1}，其中a_m′＝Re(c_m′)；

取实部装置112，对串行符号{d_m′，m＝0，1，…D×M-1}中的每个元素进行取虚部的操作。形成串行实数据序列{b_m′，m＝0，1，…，D×M-1}，其中b_m′＝Im(d_m′)；

虚部实部合并装置113，将由装置111、112输入的实数串行数据块序列{a_m′}和{b_m′}合并为一个复数串行数据块序列{x_m，m＝0，1，…D×M-1}，其中x_m＝a_m′+j·b_m′。{x_m}用于接收端的符号解调和解码，以恢复发射的信息比特。

一种多子带滤波器组的频分多址系统的发射方法，包括以下步骤：

数据块分割步骤，用于将已调制的串行符号数据序列，分割为多个串行符号数据块序列；

实部多子带滤波步骤，用于对数据块分割步骤输出的数据块的实部进行多子带滤波；

虚部偏移多子带滤波步骤，用于对数据块分割步骤输出的数据块的虚部进行相应的偏移多子带滤波；

虚部实部合并步骤，用于将实部多子带滤波器组和虚部偏移多子带滤波器组输出的数据块序列合并为一个复数串行数据块序列；

波形时域复用步骤，用于对虚部实部合并步骤输出的复数串行数据块序列进行波形时域复用。

其中，所述实部多子带滤波步骤具体包括：

取实部步骤，用于对每个所述串行符号数据块序列的每个元素进行取实部的操作；

第一串/并转换步骤，用于对所述取实部步骤输出数据块序列进行串并转换操作；

多个第一相位偏移步骤，用于对第一串并转换步骤输出数据块进行相位偏移操作；

第一离散付立叶逆变换步骤，用于对多个第一相位偏移步骤输出的数据块进行离散付立叶逆变换；

多个多相滤波器步骤，用于对第一离散付立叶逆变换步骤输出的数据块进行子带滤波成型操作；其中，各个多相滤波器步骤的系数由同一个原型滤波器系数通过移位抽样而得；

第一并/串转换步骤，用于将多个多相滤波器步骤输出的数据进行并串转换。

其中，所述虚实部多子带滤波器组包括，

取虚部步骤，用于对每个所述串行符号数据块序列中的每个元素进行取虚部的操作；

第二串/并转换步骤，用于对所述取虚部步骤输出数据块序列进行串并转换操作；

多个第二相位偏移步骤，用于对第一串并转换步骤输出数据块进行相位偏移操作；

第二离散付立叶逆变换步骤，用于对多个第二相位偏移步骤输出的数据块进行离散付立叶逆变换；

多个偏移多相滤波器步骤，用于对第二离散付立叶逆变换步骤输出的数据块进行子带滤波成型操作；

第二并/串转换步骤，用于将多个偏移多相滤波器步骤输出的数据进行并串转换。

其中，所述波形时域复用步骤包括，

波形合成步骤，用于将虚部实部合并步骤输出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进行移位叠加；

循环波形形成步骤，用于对经过波形合成步骤合成后的数据序列进行缓存，截断分块和波形首尾循环叠加操作；

循环前缀添加步骤，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。

其中，所述循环波形形成步骤具体包括以下步骤：

首先，缓存长度为E的波形合成后输出序列；

其次，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。

其中，所述Q＝D×M，且选择D和M，使得Q≥F1+F2，并且F1和F2应尽量相等，D为波形数目。

其中，所述将分成的三段数据块首尾循环叠加的方法为：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{t_n，n＝0，1，…，Q-1}。

其中，所述循环前缀添加步骤中，所述保护间隔的长度应大于信道最大时延扩展长度。

一种多子带滤波器组的频分多址系统的接收方法，包括以下步骤：

循环前缀去除步骤，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；

波形循环扩展步骤，用于完成发射端循环波形形成步骤相对应的逆操作；

波形分解步骤，用于完成发射端波形合成步骤相对应的逆操作；

串/并转换步骤，用于对波形分解步骤输出的串行数据块序列转换为并行数据块序列；

多相匹配滤波器步骤，用于对经过串/并转换步骤输出的序列进行子带匹配滤波操作，其中各个多相匹配滤波器为发射端各个多相滤波器相对应的匹配滤波器；

偏移多相匹配滤波器步骤，用于对经过串/并转换步骤输出的序列进行子带匹配滤波操作，其中各个偏移多相匹配滤波器为发射端偏移多相滤波器相对应的匹配滤波器；

第一离散付立叶逆变换步骤，用于对多相匹配滤波器步骤输出的并行数据块进行离散付立叶逆变换；

第二离散付立叶逆变换步骤，用于对偏移多相匹配滤波器步骤输出的并行数据块进行离散付立叶逆变换；

多个第一相位补偿步骤，用于对第一离散付立叶逆变换步骤输出的数据块进行相位偏移操作；

多个第二相位补偿步骤，用于对第二离散付立叶逆变换步骤输出的数据块进行相位偏移操作；

第一并/串转换步骤，用于对多个第一相位补偿步骤输出的数据块进行并/串转换操作；

第二并/串转换步骤，用于对多个第二相位补偿步骤输出的数据块进行并/串转换操作；

取实部步骤，用于对第一并/串转换步骤输出的串行符号中的每个元素进行取实部的操作；

取虚部步骤，用于对第二并/串转换步骤输出的串行符号中的每个元素进行取虚部的操作；

虚部实部合并步骤，将由取实部步骤和取虚部步骤分别输出的串行数据块序列合并为一个复数串行数据块序列。

系统仿真及结果

1)系统仿真参数

系统采样频率7.68MHz

子带总数目(M)：32

占用子带数目(K)：4

原型滤波器长度(L)：256

子带映射方式：集中映射(Localized)，等间隔离散映射(Distributed)

编码方式/码率：Turbo(1/2)

调制方式：16QAM

天线配置：1发1收

信道模型：PB(3km/h)，VA(120km/h)

均衡算法：MMSE频域均衡

2)仿真结果

仿真结果如图5、图6所示，说明该系统在低速(3km/h)PB信道模型到高速(120km/h)VA信道模型的环境下，都能够取得与OFDM和GMC系统相当的性能。

Claims (14)

1、一种多子带滤波器组的频分多址系统的发射机，其特征在于包括：

数据块分割装置，用于将已调制的串行符号数据序列，分割为多个串行符号数据块序列；实部多子带滤波器组，用于对数据块分割装置输出的数据块的实部进行多子带滤波；

虚部偏移多子带滤波器组，用于对数据块分割装置输出的数据块的虚部进行相应的偏移多子带滤波；

虚部实部合并装置，用于将实部多子带滤波器组和虚部偏移多子带滤波器组输出的数据块序列合并为一个复数串行数据块序列；

波形时域复用装置，用于对虚部实部合并装置输出的复数串行数据块序列进行波形时域复用。

2、根据权利要求1所述的多子带滤波器组的频分多址系统的发射机，其特征在于：所述实部多子带滤波器组包括：

取实部装置，用于对每个所述串行符号数据块序列的每个元素进行取实部的操作；

第一串/并转换装置，用于对所述取实部装置输出数据块序列进行串并转换操作；

多个第一相位偏移装置，用于对第一串并转换装置输出数据块进行相位偏移操作；

第一离散付立叶逆变换装置，用于对多个第一相位偏移装置输出的数据块进行离散付立叶逆变换；

多个多相滤波器装置，用于对第一离散付立叶逆变换装置输出的数据块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；

第一并/串转换装置，用于将多个多相滤波器装置输出的数据进行并串转换。

3、根据权利要求1或2所述的多子带滤波器组的频分多址系统的发射机，其特征在于：所述虚实部多子带滤波器组包括，

取虚部装置，用于对每个所述串行符号数据块序列中的每个元素进行取虚部的操作；

第二串/并转换装置，用于对所述取虚部装置输出数据块序列进行串并转换操作；

多个第二相位偏移装置，用于对第一串并转换装置输出数据块进行相位偏移操作；

第二离散付立叶逆变换装置，用于对多个第二相位偏移装置输出的数据块进行离散付立叶逆变换；

多个偏移多相滤波器装置，用于对第二离散付立叶逆变换装置输出的数据块进行子带滤波成型操作；

第二并/串转换装置，用于将多个偏移多相滤波器装置输出的数据进行并串转换。

4、根据权利要求1或2所述的多子带滤波器组的频分多址系统的发射机，其特征在于：所述波形时域复用装置包括，

波形合成装置，用于将虚部实部合并装置输出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进行移位叠加；

循环波形形成装置，用于对经过波形合成装置合成后的数据序列进行缓存，截断分块和波形首尾循环叠加操作；

循环前缀添加装置，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。

5、一种多子带滤波器组的频分多址系统的接收机，包括：

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C个采样值舍去；波形循环扩展装置，用于完成发射端循环波形形成装置相对应的逆操作；

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；

串/并转换装置，用于对波形分解装置输出的串行数据块序列转换为并行数据块序列；

多相匹配滤波器装置，用于对经过串/并转换装置输出的序列进行子带匹配滤波操作，其中各个多相匹配滤波器为发射端各个多相滤波器相对应的匹配滤波器；

偏移多相匹配滤波器装置，用于对经过串/并转换装置输出的序列进行子带匹配滤波操作，其中各个偏移多相匹配滤波器为发射端偏移多相滤波器相对应的匹配滤波器；

第一离散付立叶逆变换装置，用于对多相匹配滤波器装置输出的并行数据块进行离散付立叶逆变换；

第二离散付立叶逆变换装置，用于对偏移多相匹配滤波器装置输出的并行数据块进行离散付立叶逆变换；

多个第一相位补偿装置，用于对第一离散付立叶逆变换装置输出的数据块进行相位偏移操作；

多个第二相位补偿装置，用于对第二离散付立叶逆变换装置输出的数据块进行相位偏移操作；

第一并/串转换装置，用于对多个第一相位补偿装置输出的数据块进行并/串转换操作；

第二并/串转换装置，用于对多个第二相位补偿装置输出的数据块进行并/串转换操作；

取实部装置，用于对第一并/串转换装置输出的串行符号中的每个元素进行取实部的操作；

取虚部装置，用于对第二并/串转换装置输出的串行符号中的每个元素进行取虚部的操作；

虚部实部合并装置，将由取实部装置和取虚部装置分别输出的串行数据块序列合并为一个复数串行数据块序列。

6、一种多子带滤波器组的频分多址系统的发射方法，其特征在于包括以下步骤：

数据块分割步骤，用于将已调制的串行符号数据序列，分割为多个串行符号数据块序列；

实部多子带滤波步骤，用于对数据块分割步骤输出的数据块的实部进行多子带滤波；

虚部偏移多子带滤波步骤，用于对数据块分割步骤输出的数据块的虚部进行相应的偏移多子带滤波；

虚部实部合并步骤，用于将实部多子带滤波器组和虚部偏移多子带滤波器组输出的数据块序列合并为一个复数串行数据块序列；

波形时域复用步骤，用于对虚部实部合并步骤输出的复数串行数据块序列进行波形时域复用。

7、根据权利要求6所述的多子带滤波器组的频分多址系统的发射方法，其特征在于所述实部多子带滤波步骤具体包括：

取实部步骤，用于对每个所述串行符号数据块序列的每个元素进行取实部的操作；

第一串/并转换步骤，用于对所述取实部步骤输出数据块序列进行串并转换操作；

多个第一相位偏移步骤，用于对第一串并转换步骤输出数据块进行相位偏移操作；

第一离散付立叶逆变换步骤，用于对多个第一相位偏移步骤输出的数据块进行离散付立叶逆变换；

多个多相滤波器步骤，用于对第一离散付立叶逆变换步骤输出的数据块进行子带滤波成型操作；其中，各个多相滤波器步骤的系数由同一个原型滤波器系数通过移位抽样而得；第一并/串转换步骤，用于将多个多相滤波器步骤输出的数据进行并串转换。

8、根据权利要求6或7所述的多子带滤波器组的频分多址系统的发射方法，其特征在于：所述虚实部多子带滤波器组包括，

取虚部步骤，用于对每个所述串行符号数据块序列中的每个元素进行取虚部的操作；

第二串/并转换步骤，用于对所述取虚部步骤输出数据块序列进行串并转换操作；

多个第二相位偏移步骤，用于对第一串并转换步骤输出数据块进行相位偏移操作；

第二离散付立叶逆变换步骤，用于对多个第二相位偏移步骤输出的数据块进行离散付立叶逆变换；

多个偏移多相滤波器步骤，用于对第二离散付立叶逆变换步骤输出的数据块进行子带滤波成型操作；

第二并/串转换步骤，用于将多个偏移多相滤波器步骤输出的数据进行并串转换。

9、根据权利要求6或7所述的多子带滤波器组的频分多址系统的发射方法，其特征在于：所述波形时域复用步骤包括，

波形合成步骤，用于将虚部实部合并步骤输出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进行移位叠加；

循环波形形成步骤，用于对经过波形合成步骤合成后的数据序列进行缓存，截断分块和波形首尾循环叠加操作；

循环前缀添加步骤，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。

10、根据权利要求9所述的多子带滤波器组的频分多址系统的发射方法，其特征在于：所述

循环波形形成步骤具体包括以下步骤：

首先，缓存长度为E的波形合成后输出序列；

其次，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。

11、根据权利要求10所述的多子带滤波器组的频分多址系统的发射方法，其特征在于：所述Q＝D×M，且选择D和M，使得Q≥F1+F2，并且F1和F2应尽量相等，D为波形数目。

12、根据权利要求10所述的多子带滤波器组的频分多址系统的发射方法，其特征在于：所述将分成的三段数据块首尾循环叠加的方法为：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{t_n，n＝0，1，...，Q-1}。

13、根据权利要求10所述的多子带滤波器组的频分多址系统的发射方法，其特征在于：所述循环前缀添加步骤中，所述保护间隔的长度应大于信道最大时延扩展长度。

14、一种多子带滤波器组的频分多址系统的接收方法，其特征在于包括以下步骤：

循环前缀去除步骤，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；

波形循环扩展步骤，用于完成发射端循环波形形成步骤相对应的逆操作；

波形分解步骤，用于完成发射端波形合成步骤相对应的逆操作；

串/并转换步骤，用于对波形分解步骤输出的串行数据块序列转换为并行数据块序列；

多相匹配滤波器步骤，用于对经过串/并转换步骤输出的序列进行子带匹配滤波操作，其中各个多相匹配滤波器为发射端各个多相滤波器相对应的匹配滤波器；

偏移多相匹配滤波器步骤，用于对经过串/并转换步骤输出的序列进行子带匹配滤波操作，其中各个偏移多相匹配滤波器为发射端偏移多相滤波器相对应的匹配滤波器；

第一离散付立叶逆变换步骤，用于对多相匹配滤波器步骤输出的并行数据块进行离散付立叶逆变换；

第二离散付立叶逆变换步骤，用于对偏移多相匹配滤波器步骤输出的并行数据块进行离散付立叶逆变换；

多个第一相位补偿步骤，用于对第一离散付立叶逆变换步骤输出的数据块进行相位偏移操作；

多个第二相位补偿步骤，用于对第二离散付立叶逆变换步骤输出的数据块进行相位偏移操作；

第一并/串转换步骤，用于对多个第一相位补偿步骤输出的数据块进行并/串转换操作；

第二并/串转换步骤，用于对多个第二相位补偿步骤输出的数据块进行并/串转换操作；

取实部步骤，用于对第一并/串转换步骤输出的串行符号中的每个元素进行取实部的操作；

取虚部步骤，用于对第二并/串转换步骤输出的串行符号中的每个元素进行取虚部的操作；

虚部实部合并步骤，将由取实部步骤和取虚部步骤分别输出的串行数据块序列合并为一个复数串行数据块序列。

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