CN101557284B - 无线信号收发方法及装置 - Google Patents

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本发明涉及无线通信领域，公开了一种无线信号收发方法及装置，可以在功率效率和系统性能上达到较佳的平衡。本发明中将属于同一个数据流的数据信息调制在至少两个子带的符号中，其中，各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀部分在时域分别对齐；将各子带映射到无线信道的总带宽内一起发射。

Description

无线信号收发方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及基于正交频分的无线传输技术。 
背景技术
目前，无线移动通信系统正在向宽带、便携方向发展，对通信终端提出了高数据带宽、低复杂度、低电池功耗，以及高频谱效率的要求。为了达到这一要求，出现了正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，简称“OFDM”)技术。 
OFDM是一种多载波调制(Multi-Carrier Modulation，简称“MCM”)，它采用多个载波，将要传送的数据流分解成多个低速的比特流，用这些低速的数据流分别去调制多个载波。如果这些载波是用跳频方式选用的，那么即便是频谱相互混叠也能保持是相互正交的波形。这样就避免了信号波形之间的干扰，同时还提高了频谱利用率。 
OFDM技术已经被公认为超三代和第四带无线宽带移动通信的首选传输技术，在OFDM技术的基础上进行频分多址(Frequency Division MultipleAccess，简称“FDMA”)复用，就构成了正交频分多址接入(OrthogonalFrequency Multiple Access，简称“OFDMA”)技术。在美国专利号为6726297的专利中就公开了一种典型的OFDMA传输装置和方法。 
在通常的OFDMA技术中，整个通信带宽被划分成许多子载波，每个子载波可以单独分配给某个发信机-收信机对，可以用于点到多点(Point-to-MultiPoint，简称“PMP”)或点到点(Point to Point，简称“PTP”)通信系统。通常的蜂窝通信系统是一个点对多点通信系统，单个发信机(比 如基站)可以同时向一个或多个收信机(比如手机)传输信息，一个或多个发信机(比如手机)也可以同时向单个收信机(比如基站)传输信息，其中多个收信机或者多个发信机分别占用频域上彼此正交的不同的子载波分配，称为OFDM/OFDMA系统。典型的应用如第三代合作伙伴项目(3rdGeneration Partnership Project，简称“3GPP”)的长期演进(Long TermEvolution，简称“LTE”)系统的下行链路。 
在OFDM/OFDMA系统中，由于每个传输链路都包含有多个子载波，在没有对子载波的分配做特殊限制的情况下，传输信号的峰均比较高，严重影响到发信机功放的效率，以及收发信机RF通路、发信机数模转换器(DigitalAnalog Converter，简称“DAC”)和收信机模数转换器(Analog DigitalConverter，简称“ADC”)的动态范围，功率效率较低，频偏敏感。 
现有技术中还有一种称为单载波频分多址接入(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access，简称“SC-FDMA”)的技术，该技术只用一个载波，以频分的方式实现多载接入，其优点是峰均比低，功率效率高，对频偏不敏感，但因为只用一个载波，所以宽带情况下频域均衡有噪声增强效应，资源分配太粗略。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线信号收发方法及装置，可以在功率效率和系统性能上达到较佳的平衡。 
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种无线信号发送方法，包括以下步骤： 
将属于同一个数据流的数据信息调制在至少两个子带的符号中，其中，各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀部分在时域分别对齐； 
将各子带映射到无线信道的总带宽内一起发射。 
本发明的实施方式还提供了一种无线信号接收方法，包括以下步骤： 
在无线信道的总带宽内接收各个子带的信号； 
提取属于本收信机的子带，其中，各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀部分在时域分别对齐； 
对属于本收信机的子带进行解调获取数据信息。 
本发明的实施方式还提供了一种发信机，包括： 
调制单元，用于将属于同一个数据流的数据信息调制在至少两个子带的符号中，其中，各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀部分在时域分别对齐； 
子带映射单元，用于将调制单元输出的各子带的信号映射到无线信道的总带宽内； 
发射单元，用于将经子带映射单元映射后的信号在空中接口发射。 
本发明的实施方式还提供了一种收信机，包括： 
接收单元，用于在无线信道的总带宽内接收各个子带的信号； 
子带提取单元，用于提取属于本收信机的子带，其中各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀部分在时域分别对齐； 
解调单元，用于对属于本收信机的子带进行解调获取数据信息。 
本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于： 
本发明将数据调制在多个单载波且频域正交的子带中传输，因为子带在带宽上比OFDM/OFDMA的子载波更宽，而载波数目比SC-FDMA多，所以窄带传输情况下有着接近SC-FDMA的良好的峰均比性能，在宽带传输时峰均比比基于子载波的OFDM/OFDMA小得多，达到很好的功率效率的折衷；以子带为单位避免了OFDM/OFDMA资源分配粒度太细的麻烦，在宽带情况下又回避了SC-FDMA资源分配粒度太粗的问题；避免了OFDM/OFDMA对频偏敏感的问题，也解决了宽带SC-FDMA频域均衡在信道频域选择性情况下的噪声增强问题。 
进一步地，通过对发信机DAC之前的数字信号增加一个频域移位，可以降低进入发信机混频器信号输入端直流分量的影响。 
附图说明
图1是基于多个子带的正交频分复用多址的传输方案原理图； 
图2是基于多个子带的正交频分复用多址的发送方案原理图； 
图3是基于多个子带的正交频分复用多址的接收方案原理图； 
图4是基于多个子带的正交频分复用多址传输方案实现框图。 
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实施方式作进一步地详细描述。 
先说明一下本发明实施方式中系统带宽的划分方式。系统带宽被划分为多个子带，各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制数据信息。 
图1给出了基于子带的正交频分复用多址的传输方案原理图。图中以三路传输通路为例说明。无线信道的总带宽BW内，配置了十个子带。第一个传输通路占用四个黑色的子带，第二个传输通路占用三个深灰色的子带，第三个传输通路占用三个浅灰色的子带。各个传输通路的各个子带集在频域上可以有多种分布方式。图1(a)是子带连续分布的复用多址方式，图1(b)是子带等间距分布的复用多址方式，图1(c)是不附加任何限制的一般的复用多址方式。 
需要说明的是，图示的每个子带都是等带宽的，这只是为了图示方便，本发明实施方式还包括子带带宽不同的情况。本发明的实施方式中，子带的宽度可以根据工程实施的具体情况选用。整个系统范围内可以选用固定的子带带宽，也可以有多个子带带宽，在多个子带带宽情况下，可以有最小子带带宽，其他子带带宽均为此最小子带带宽的整数倍，也可以不做此限定。 
图2给出了基于多个子带的正交频分复用多址的发送方案原理图。图2(a)给出了当前发信机发送的空中信号，其中有用子带信号分布在无线信道的总带宽BW内，当前发信机没有用到的子带被保留给其他发信机使用，如图2(b)和(c)所示。最终到达收信机的是各个发信机发出的子带信号的叠加，如图2(d)所示。注意到各个发信机的发送带宽均为BW，每个发信机选择总带宽内的部分子带传输信号，不同发信机选择不同的子带传输信号，分属于不同发信机的子带之间是频域正交的，属于同一个发信机的子带之间也是频域正交的， 故称为基于多个子带的正交频分复用多址传输方案。 
图3给出了收信机端处理的原理图。在图3(a)中，无线信道的总带宽是BW，在此带宽内的子带信号来自多个发信机，要去往多个收信机。当前收信机在带宽BW内接收，选取目的地为当前收信机的子带信号，如图3(b)所示。 
图4给出了本发明实施方式的实现流程图。 
在步骤410中，将属于同一个数据流的数据信息调制在至少两个子带的符号中，其中，各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀在时域分别对齐(即各个子带之间数据信息部分在时域对齐，并且各个子带之间循环前缀也在时域对齐)。 
需要指出的是，本发明实施方式中的子带(subband)与OFDM/OFDMA系统中的子载波(subcarrier)是有本质不同的。OFDM/OFDMA系统的子载波中的每个符号只携带有一个数据信息；而本发明实施方式中，在无线信道的总带宽BW范围内，至少有一个子带的符号携带有一个以上的数据信息。OFDM/OFDMA系统的子载波中符号在时域的长度与子载波的带宽是严格的反比关系，即子载波中符号在时域的长度×子载波的带宽＝1。而在本发明的实施方式中，至少有一个子带满足：子带中符号在时域的长度×子带的带宽＝N，其中N为大于1的正整数。此时子带比子载波带宽更宽，子带在一个符号中可以在时域上承载N个数据信息。因为子带比子载波带宽更宽，所以对相同带宽的宽带信号，由较少数目子带组成的信号和由较多数目子载波组成的信号相比，峰均比更小，功率效率较高，对频偏更不敏感。这里所称的符号是以循环前缀保护的时域上的最小传输单位。 
属于同一个数据流的各个子带构成一个子带集合，单个子带集合在频域可以是连续的，如图1(a)，也可以是不连续的，即中间可能有一个或多个子带属于其他子带集合，如图1(b)。 
每个子带均为单载波信号，从而单个子带有很小的峰均比。在窄带传输的情况下，系统带宽内的子带个数很少，峰均比性能很好；在宽带传输情况下，系统带宽内的子带个数会远低于子载波个数，系统整体的峰均比不会太大。 
此后进入步骤402，发信机将各上述子带映射到无线信道的总带宽内。无线信道的总带宽内的各个子带可以是属于一个数据流的，也可以是分别属于多个数据流的。各数据流可以属于不同的用户终端、也可以属于同一个用户终端的不同业务信道。 
以图3为例，无线信道的总带宽BW内的子带被划分为正交的子带集合。这些子带集合可以是来自于多个发信机，去往单个收信机，此时称为基于多个子带的正交频分复用多址；也可以是来自于单个发信机，去往多个收信机，此时称为基于多个子带的正交频分复用；也可以是来自于单个发信机，去往单个收信机，每个子带集合可以映射到不同的业务信道，此时也称为基于多个子带的正交频分复用；也可以是来自于多个发信机，去往多个收信机，每个发信机-收信机对可以占用一个或多个子带集合，在占用多个子带集合的情况下每个子带集合可以映射到不同的业务信道，此时称为点到点的基于多个子带的正交频分复用多址。 
此后进入步骤403，发信机进行数字镜像抑制滤波。 
此后进入步骤404，由发信机的DAC单元进行数模转换，将数字信号转换为模拟信号。 
此后进入步骤405，进行模拟数字镜像抑制滤波、上变频、混频、功放(即功率放大)。为了降低进入发信机混频时信号输入端直流分量的影响， 在数模转换之前的数字信号可以有一个根据实际工程要求选取的频域移位。 
此后进入步骤406，发信机将经功放的信号在无线信道发射；收信机从无线信道接收信号。 
此后进入步骤407，收信机对收到的无线信道的信号进行下变频。 
此后进入步骤408，由收信机的ADC单元进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号。 
此后进入步骤409，收信机进行子带提取，将属于本收信机的子带提取出来。无线信号中包含多个子带，可以由多个收信机所共享，所以需要将属于本收信机的子带提取出来。 
此后进入步骤410，收信机进行数据解调和后处理，获取数据信息。 
上述实施方式中，因为将数据调制在多个单载波且频域正交的子带中传输，所以在以下三个方面有较好的表现： 
峰均比性能方面：窄带传输情况下有着接近SC-FDMA的良好的峰均比性能，在宽带传输时峰均比比基于子载波的OFDM/OFDMA小得多，达到很好的功率效率的折衷。 
资源分配方面：以子带为单位避免了OFDM/OFDMA资源分配粒度太细的麻烦，在宽带情况下又回避了SC-FDMA资源分配粒度太粗的问题。 
传输性能方面：避免了OFDM/OFDMA对频偏敏感的问题，也解决了宽带SC-FDMA频域均衡在信道频域选择性情况下的噪声增强问题。 
上述的流程可以以软件、硬件、固件等等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可是换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机 存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。 
为了实现上述流程，下面提供了一种发信机和收信机的实施方式。 
作为本发明一种具体实施方式的发信机包括以下单元： 
调制单元，用于将属于同一个数据流的数据信息调制在至少两个子带的符号中，其中，各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀部分在时域分别对齐。 
子带映射单元，用于将调制单元输出的各子带的信号映射到无线信道的总带宽内。子带映射单元可以采用逆向快速傅里叶变换或滤波器实现 
数模转换器，用于将经子带映射单元映射后的数字信号转换成模拟信号。数模转换器之前还可以包括用于降低进入所述混频器信号输入端的直流分量而对进入所述数模转换器的数字信号增加频域移位的单元，这个单元可以是一个独立的单元，也可以在子带映射单元中实现。 
混频器，用于对数模转换器输出的信号进行混频； 
发射单元，用于空中接口发射信号。 
此外在子带映射单元之后还可以引入镜像滤波器进行滤波，有多种实现方式，一种是数模转换器之前的数字滤波器，另一种是数模转换器之后的射频通路等效模拟滤波器，还可以将上述两种实现方式组合起来。 
作为本发明一种具体实施方式的收信机包括以下单元： 
接收单元，用于在无线信道的总带宽内接收各个子带的信号； 
子带提取单元，用于提取属于本收信机的子带，子带的特征与发信机的一致。 
解调单元，用于对属于本收信机的子带进行解调获取数据信息。 
需要说明的是，本发明实施方式中收信机和发信机的各单元都是逻辑单元，在物理上，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，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。 
此外，为了突出本发明的创新部分，本发明实施方式中收信机和发信机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，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。例如，发信机还可以有上变频单元、功放单元等等；收信机还可以有下变频单元、后处理单元等等。 
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，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。 

Claims (10)

1.一种无线信号发送方法，其特征在于，包括以下步骤：
将属于同一个数据流的数据信息调制在至少两个子带的符号中，其中，各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀在时域分别对齐；并且，
所述子带符合以下条件：在无线信道的总带宽BW范围内，至少有一个子带的符号携带有一个以上的数据信息；至少有一个子带满足：子带中符号在时域的长度×子带的带宽＝N，其中N为大于1的正整数；此时子带比子载波带宽更宽，子带在一个符号中可以在时域上承载N个数据信息；所述符号是以循环前缀保护的时域上的最小传输单位；
将各所述子带映射到无线信道的总带宽内一起发射。
2.根据权利要求1所述的无线信号发送方法，其特征在于，所述无线信道的总带宽内的各个所述子带属于一个或多个数据流。
3.根据权利要求2所述的无线信号发送方法，其特征在于，各所述数据流属于不同的用户终端、或属于同一个用户终端的不同业务信道；
所述方法用于单个发信机向多个收信机传输信息、或多个发信机向单个收信机传输信息、或单个发信机向单个收信机传输不同业务信道信息、或多个发信机向多个收信机传输信息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的无线信号发送方法，其特征在于，各所述子带带宽是最小子带带宽的整数倍；
属于同一个数据流的各个子带在频率上连续分布，或不连续分布。
5.一种无线信号接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
在无线信道的总带宽内接收各个子带的信号；
提取属于本收信机的子带，其中，各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀在时域分别对齐；并且，
所述子带符合以下条件：在无线信道的总带宽BW范围内，至少有一个子带的符号携带有一个以上的数据信息；至少有一个子带满足：子带中符号在时域的长度×子带的带宽＝N，其中N为大于1的正整数；此时子带比子载波带宽更宽，子带在一个符号中可以在时域上承载N个数据信息；所述符号是以循环前缀保护的时域上的最小传输单位；
对属于本收信机的子带进行解调获取数据信息。
6.一种发信机，其特征在于，包括：
调制单元，用于将属于同一个数据流的数据信息调制在至少两个子带的符号中，其中，各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀在时域分别对齐；并且，
所述子带符合以下条件：在无线信道的总带宽BW范围内，至少有一个子带的符号携带有一个以上的数据信息；至少有一个子带满足：子带中符号在时域的长度×子带的带宽＝N，其中N为大于1的正整数；此时子带比子载波带宽更宽，子带在一个符号中可以在时域上承载N个数据信息；所述符号是以循环前缀保护的时域上的最小传输单位；
子带映射单元，用于将所述调制单元输出的各子带的信号映射到无线信道的总带宽内；
发射单元，用于将经所述子带映射单元映射后的信号在空中接口发射。
7.根据权利要求6所述的发信机，其特征在于，还包括：
数模转换器，用于将经所述子带映射单元映射后的数字信号转换成模拟信号；
混频器，用于对所述数模转换器输出的信号进行混频；
所述数模转换器之前还包括用于降低进入所述混频器信号输入端的直流分量而对进入所述数模转换器的数字信号增加频域移位的单元。
8.根据权利要求7所述的发信机，其特征在于，还包括镜像滤波器，用于对经所述子带映射单元映射后的信号进行滤波；
该镜像滤波器可以是以下之一或其组合
所述数模转换器之前的数字滤波器、或所述数模转换器之后的射频通路等效模拟滤波器。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的发信机，其特征在于，所述子带映射单元采用逆向快速傅里叶变换或滤波器实现。
10.一种收信机，其特征在于，包括：
接收单元，用于在无线信道的总带宽内接收各个子带的信号；
子带提取单元，用于提取属于本收信机的子带，其中各个子带相互之间频域正交，每个子带采用单载波方式调制，每个子带的符号均包括一个数据信息部分和一个起保护作用的循环前缀，每个数据信息部分包括至少一个数据信息，其中至少一个子带的数据信息部分包括至少两个数据信息，各个子带之间数据信息部分及循环前缀在时域分别对齐；并且，
所述子带符合以下条件：在无线信道的总带宽BW范围内，至少有一个子带的符号携带有一个以上的数据信息；至少有一个子带满足：子带中符号在时域的长度×子带的带宽＝N，其中N为大于1的正整数；此时子带比子载波带宽更宽，子带在一个符号中可以在时域上承载N个数据信息；所述符号是以循环前缀保护的时域上的最小传输单位；
解调单元，用于对属于本收信机的子带进行解调获取数据信息。
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