CN101557375A - 基于子带的无线传输方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，公开了一种基于子带的无线传输方法及其装置，使得功能和成本较低的发送节点发送的窄带信息，能够被具有宽带接收能力的接收节点正确接收。本发明中，符合发信机基带和射频通路能力的带宽被划分为一个或多个子带，各子带带宽可以相等或不等；发信机将要发送的数据以时域单载波方式调制到各个子带上，这些子带落在收信机的较宽接收带宽内，收信机通过信号处理过程从宽带接收信号中取出来自此发信机传来的各个子带并最终解调出来自该发信机的数据信息。

Description

基于子带的无线传输方法及其装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及基于子带的无线传输技术。

背景技术

现有无线移动通信系统中，传输链路上收发信机的传输带宽是对称的，即发信机的传输带宽和收信机的传输带宽是相等的。这种对称结构要求收信机拥有和发信机一样的宽带处理能力。在超三代以及未来的第四代移动通信系统中，为了满足峰值传输速率的需要，单个信道频域带宽已经达到20MHz，并且有望达到100MHz。这样宽的传输频带，对于一些数据速率要求较低的场景和节点来说对功能和成本的要求太高。本发明提出了一种基于子带的窄带发送宽带接收的传输方案，使得功能和成本较低的发送节点发送的窄带信息，能够被具有宽带接收能力的接收节点正确接收。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称“OFDM”)，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的基础上进行频分多址(Frequency Division MultipleAccess，简称“FDMA”)，就构成了正交频分多址接入(Orthogonal FrequencyMultiple 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，发信机需要在整个宽带的传输带宽内发送信号，由收信机在基带处理部分取出有用部分，丢弃无用部分的数据。

现有OFDMA的缺点是，发信机需要在整个传输信道带宽内发送，相应地拥有能在整个传输信道带宽内发送信号的宽带射频前端、高速数模转换器(Digital Analog Converter，简称“DAC”)和功放的成本和功耗相对较大，不适合发送节点能力较低或数据传送速率较小的情况；而且，发信机基带、模数转换器(Analog Digital Converter，简称“ADC”)和射频通路的非理想特性，会对发信机未利用子载波造成干扰，在多个发信机采用交织OFDMA方式向同一个收信机发送的多用户接入情况下尤为严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于子带的无线传输方法及其装置，使得功能和成本较低的发送节点发送的窄带信息，能够被具有宽带接收能力的接收节点正确接收。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基于子带的无线发送方法，包括以下步骤：

发信机将要发送的数据调制到各子带上；

将各子带映射到发信机的发送带宽内，该发送带宽符合该发信机基带和射频通路的能力，该发送带宽小于收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖；

发信机在发送带宽内发送经调制的各子带；

其中，发送带宽内存在一个或多个频域正交且采用单载波方式调制的子带，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。

本发明的实施方式还提供了一种基于子带的无线接收方法，包括以下步骤：

收信机根据其接收带宽接收各子带，其中接收带宽符合该收信机的基带和射频通路的能力；

根据发信机的发送带宽，从接收信号中获取发信机所发送的数据，其中发信机的发送带宽小于收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖；

其中，发送带宽内存在一个或多个频域正交且采用单载波方式调制的子带，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。

本发明的实施方式还提供了一种发信机，包括：

调制单元，用于将要发送的数据调制到各子带上；

映射单元，用于将各子带映射到发信机的发送带宽内，该发送带宽符合该发信机基带和射频通路的能力，该发送带宽小于收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖；

发射单元，用于在发送带宽内发送经调制单元调制的各子载波；

其中，发送带宽内存在一个或多个频域正交且采用单载波方式调制的子带，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。

本发明的实施方式还提供了一种收信机，包括：

接收单元，用于根据收信机的接收带宽接收各子带，其中接收带宽符合该收信机的基带和射频通路的能力；

处理单元，用于根据发信机的发送带宽，从接收信号中获取发信机所发送的数据，其中发信机的发送带宽小于收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

因为发送机的发送带宽小于接收机的接收带宽，所述以降低了发信机的射频、DAC、基带等部分的处理能力要求，降低了功耗，节省了成本。

由于采用了基于子带的发送方式，发送的信号有着较低的峰均比，而且对频偏不敏感。每个子带均为单载波信号，从而单个子带有很小的峰均比；而且由于发信机发送的子带个数较少，发信机发出的整体信号的峰均比也较小。由于子带带宽比OFMDA中的子载波带宽粗，子带数目比子载波数目少，而且每个子带上是单载波调制，可以降低传输信号的峰均比。较粗的子带带宽方便了系统在发送和接收频带以子带边界对齐，降低处理复杂度；同时较粗的子带带宽使得系统对频率误差不敏感。

进一步地，每个子带的宽度可以不同，但在整个宽带传输频带内各个子带均对齐到某个频率格点上，此格点间距为可能的最窄的子带带宽，从而简化系统发送和接收频带的设计。

进一步地，在DAC的前后进行镜像滤波，可以抑制或消除DAC引发的旁带信号。这些旁带信号虽不在本发信机的发送带宽中，但可能会对其它发信机产生干扰，对整个系统的通信质量造成影响。

如果是在DAC之前进行镜像滤波，可以先上采样再进行数字滤波；如果是在DAC之后进行镜像滤波，可以使用射频通道的等效模拟滤波。如果在DAC之前和之后都进行镜像滤波，则对旁带信号的抑制效果更为显著。

更进一步地，在收信机较宽的接收带宽内，多个发送带宽较窄的发信机可以同时向同一个收信机发送数据，从而使收信机的接收带宽得到充分的利用。

附图说明

图1是本发明实施方式中基于子带的窄带发送宽带接收传输方案原理图；

图2是本发明实施方式中基于子带的窄带发送方案原理图；

图3是本发明实施方式中基于子带的窄带发送宽带接收传输方案实现框图；

图4是本发明实施方式中基于子载波的无线发送方法流程图；

图5是本发明实施方式中基于子载波的无线接收方法流程图。

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。

图1给出了基于子带的窄带发送宽带接收传输方案原理图。图1(a)给出了当前发信机发送的空中信号，其中有用信号的带宽为BW0。图1(b)和(c)给出了同时传送给相同收信机的另外两个发信机发出的空中信号，其带宽分别为BW1和BW2。注意到BW1、BW2和BW0可以具有不同带宽。图1(d)给出了到达收信机的空中接口信号的示意图，这些信号可以来自于一个或多个发信机。

收信机的接收带宽内存在多个频域正交且采用单载波方式调制的子带，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。

对应同一个收信机的发信机可以有一个或多个，每个发信机的发送带宽均小于收信机的接收带宽且被该接收带宽完全覆盖；每个发信机的发送带宽中可以包含一个或多个子带。

图2给出了发信机端处理的原理图。在图2(a)中，发信机的发送带宽是BW。待发送数据首先以单载波时域调制方式调制到多个子带上，然后调制后的多个子带通过频域处理或时域处理映射到BW带宽内的相应频率位置。在时域处理或使用IFFT的频域处理中，其采样带宽为Fs，其中Fs大于BW的部分为保护带宽，作为镜像成形滤波器的过渡带，如图2(b)所示。经过DAC后的模拟信号如图2(c)所示，经过上变频和功放等射频处理发送到空中。

图3给出了本发明的实现框图。图中，发信机301将待发送数据分路以时域单载波方式调制到多个子带上，然后通过子带映射302将此多个子带映射到BW内，通过数字域的镜像滤波器303后由数模转换器304变成模拟信号，在模拟域完成镜像抑制滤波、上变频、功放305等发送到无线信道306。在收信机端，从空中接口收到的包含多个发信机数据的宽带信号通过下变频307，模数转换器308，到达子带提取单元309，提取出发信机发出的各个子带，最后对这些子带进行数据解调和后处理310。

上述实现框图可以通过流程实现，也就是方法实施方式，也可以通过设备实现，也就是发信机和收信机。组成发信机、收信机的功能单元和流程的中的步骤可以是对应的，例如模数转换步骤可以对应模数转换单元，镜像滤波步骤可以对应镜像滤波器等等。

本发明的一个基于子带的无线发送方法的实施方式如图4所示。

在步骤401中，发信机将要发送的数据调制到各子带上。

此后进入步骤402，将各子带映射到发信机的发送带宽内，该发送带宽符合该发信机基带和射频通路的能力，该发送带宽小于收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖。子带映射的步骤可以通过频域的IFFT变换实现或通过时域的滤波实现。在时域处理或使用IFFT的频域处理中，其采样带宽为Fs，Fs所对应的带宽大于发信机的发送带宽。

此后进入步骤403，对经子带映射的数据进行上采样和数字镜像滤波，其中发信机的发送带宽被镜像滤波的通带完全覆盖，Fs所对应的带宽与发送带宽之差大于镜像滤波的单边过渡带的宽度。从图2可以看出，本发明所称的镜像滤波实质上是一种带通滤波。本步骤中上采样和数字镜像滤波的目的是抑制或消除DAC引发的旁带信号(有时也可称为镜像频率)。这些旁带信号虽不在本发信机的发送带宽中，但可能会对其它发信机产生干扰，对整个系统的通信质量造成影响。

此后进入步骤404，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，进行射频处理，其中包含射频通路的等效模拟滤波。射频处理在射频通路完成，具体可以包括上变频、功率放大(简称功放)等处理。射频通路的等效模拟滤波的目的与数模转换前的数字镜像滤波一样，都是抑制或消除DAC引发的旁带信号。等效模拟滤波时，要求发信机的发送带宽被镜像滤波的通带完全覆盖，Fs所对应的带宽与发送带宽之差大于镜像滤波的单边过渡带的宽度。

此后进入步骤407，发信机在其发送带宽内发送各子带。

本发明的一个基于子带的无线接收方法的实施方式如图5所示。

在步骤501中，收信机在在较宽的接收带宽接收各子带，该接收带宽符合该收信机的基带和射频通路的能力。所收到的各子带可以是来自一个发信机的也可以是来自多个发信机的。每个发信机的发送带宽小于收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖。例如接收带宽是8个子带，编号为1-8，则可能的一种情况是有两个发信机，其中一个使用编号为1-4的子带发射，另一个使用编号为4-8的子带发射。因为在收信机较宽的接收带宽内，多个发送带宽较窄的发信机可以同时向同一个收信机发送数据，从而使收信机的接收带宽得到充分利用。

此后进入步骤502，收信机进行下变频等射频处理。

此后进入步骤503，收信机进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号。

此后进入步骤504，收信机进行子带提取，即根据各发信机的发送带宽，从属于各发信机的各子带中分别获取各发信机所发送的数据。子带提取可以通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，简称“FFT”)等操作完成。

此后进入步骤505，收信机进行数据解调和后处理。

本发明的方法实施方式可以以软件、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。

为了配合实现上述基于子带的无线发送方法的实施方式，下面提供本发明的一个发信机的实施方式。该发信机包括：

调制单元，用于将要发送的数据调制到各子带上。

映射单元，用于将各子带映射到发信机的发送带宽内，该发送带宽符合该发信机基带和射频通路的能力，该发送带宽小于收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖。映射单元可以通过频域的IFFT模块实现或通过时域的滤波器实现。频域的IFFT模块或时域的滤波器的采样点数为Fs，Fs所对应的带宽大于发信机的发送带宽。

数模转换器(DAC)，用于对经映射单元处理的各子带进行数模转换得到模拟信号。

射频通路，用于对经数模转换器处理的模拟信号进行射频处理。

发射单元，用于在发送带宽内发送经调制单元调制的各子带。

镜像滤波器，用于经映射单元处理的各子带进行镜像滤波，其中发送带宽被镜像滤波的通带完全覆盖，Fs所对应的带宽与发送带宽之差大于镜像滤波的单边过渡带的宽度。镜像滤波器有三种实现方式。第一种是数模转换器之前的上采样和数字滤波器，第二种是射频通路的等效模拟滤波器，第三种是前两种实现方式的组合。

本实施方式所涉及的发信机可以用于完成基于子带的无线发送方法的实施方式中提到的流程。因此在该方法实施方式中提到的所有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。

为了配合实现上述基于子带的无线接收方法的实施方式，下面提供本发明的一个收信机的实施方式。该收信机包括：

接收单元，用于根据收信机的接收带宽接收各子带，其中接收带宽符合该收信机的基带和射频通路的能力。

处理单元，用于根据发信机的发送带宽，从接收信号中获取发信机所发送的数据，其中发信机的发送带宽小于收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖

处理单元可以进一步由以下单元具体实现：

下变频单元，用于对接收单元收到的信号进行下变频。

模数转换器(ADC)，用于将经下变频的模拟信号转换为数字信号。

子带提取单元，用于根据发信机的发送带宽，从属于各发信机的各子带中分别获取各发信机所发送的数据。

数据解调和后处理单元，用于子带提取单元所得的各个子带中的数据进行解调及其它后续的处理。

本实施方式所涉及的收信机可以用于完成基于子带的无线接收方法的实施方式中提到的流程。因此在该方法实施方式中提到的所有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。

需要说明的是，本发明设备实施方式(发信机和收信机)中提到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，本发明上述设备实施方式(发信机和收信机)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，发信机和收信机都需要有天线等等。

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)

1.一种基于子带的无线发送方法，其特征在于，包括以下步骤：

发信机将要发送的数据调制到各子带上；

将所述各子带映射到所述发信机的发送带宽内，该发送带宽符合该发信机基带和射频通路的能力，该发送带宽小于收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖；

所述发信机在发送带宽内发送经所述调制的各子带；

其中，所述发送带宽内存在一个或多个频域正交且采用单载波方式调制的子带，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。

2.根据权利要求1中任一项所述的基于子带的无线发送方法，其特征在于，所述子带映射的步骤通过频域的逆向快速傅立叶变换实现或通过时域的滤波实现。

3.根据权利要求2所述的基于子带的无线发送方法，其特征在于，在所述子带映射的步骤中，所述频域的逆向快速傅立叶变换或时域的滤波的采样点数为Fs，其中Fs所对应的带宽大于所述发信机的发送带宽；

对经所述子带映射的各子带进行镜像滤波，其中所述发送带宽被所述镜像滤波的通带完全覆盖，Fs所对应的带宽与所述发送带宽之差大于所述镜像滤波的单边过渡带的宽度。

4.根据权利要求3所述的基于子带的无线发送方法，其特征在于，所述子带映射的步骤之后还包括以下步骤：

对经所述子带映射的各子带进行数模转换得到模拟信号；

对所述模拟信号在射频通路进行射频处理；

所述镜像滤波通过以下方式之一或其任意组合实现：

数模转换前的上采样和数字滤波，数模转换后射频通路的等效模拟滤波。

5.根据权利要求4所述的基于子带的无线发送方法，其特征在于，每个所述子带的宽度相同或不同，在所述发射带宽各个子带均对齐到频率格点上，此格点间距为可能的最窄的子带带宽；

所述子带是频域连续或不连续的。

6.一种基于子带的无线接收方法，其特征在于，包括以下步骤：

收信机根据其接收带宽接收各子带，其中接收带宽符合该收信机的基带和射频通路的能力；

根据发信机的发送带宽，从接收信号中获取发信机所发送的数据，其中所述发信机的发送带宽小于所述收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖；

其中，所述发送带宽内存在一个或多个频域正交且采用单载波方式调制的子带，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。

7.一种发信机，其特征在于，包括：

调制单元，用于将要发送的数据调制到各子带上；

映射单元，用于将所述各子带映射到所述发信机的发送带宽内，该发送带宽符合该发信机基带和射频通路的能力，该发送带宽小于收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖；

发射单元，用于在发送带宽内发送经所述调制单元调制的各子载波；

其中，所述发送带宽内存在一个或多个频域正交且采用单载波方式调制的子带，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。

8.根据权利要求7所述的发信机，其特征在于，还包括

所述映射单元通过频域的逆向快速傅立叶变换模块实现或通过时域的滤波器实现，该频域的逆向快速傅立叶变换模块或时域的滤波器的采样点数为Fs，其中Fs所对应的带宽大于所述发信机的发送带宽；

镜像滤波器，用于经所述映射单元单元处理的各子载波进行镜像滤波，其中所述发送带宽被所述镜像滤波的通带完全覆盖，Fs所对应的带宽与所述发送带宽之差大于所述镜像滤波的单边过渡带的宽度。

9.根据权利要求7所述的发信机，其特征在于，还包括：

数模转换器，用于对经所述映射单元处理的各子载波进行数模转换得到模拟信号；

射频通路，用于对经所述数模转换器处理的模拟信号进行射频处理；

所述镜像滤波器通过以下方式之一或其任意组合实现：

所述数模转换器之前的上采样和数字滤波器，所述射频通路的等效模拟滤波器；

所述数模转换器之前还包括用于降低进入混频器信号输入端的直流分量对接收机影响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。

10.一种收信机，其特征在于，包括：

接收单元，用于根据收信机的接收带宽接收各子带，其中接收带宽符合该收信机的基带和射频通路的能力；

处理单元，用于根据发信机的发送带宽，从接收信号中获取发信机所发送的数据，其中所述发信机的发送带宽小于所述收信机的接收带宽并被该接收带宽完全覆盖。

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