CN101594329B - 子载波调制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种子载波调制方法和装置，属于数字传输领域。方法包括：将数据生成CP-OFDM数据帧，CP-OFDM数据帧的有效子载波的个数为K，总子载波的个数为M，虚拟子载波的个数为M-K；根据CP-OFDM数据帧，将训练序列生成CP-OFDM训练帧，CP-OFDM训练帧的有效子载波的个数为L，总子载波的个数为N，虚拟子载波的个数为N-L；将CP-OFDM训练帧作为时隙帧头，将CP-OFDM数据帧或按照CP-OFDM数据帧的生成方法生成的多个CP-OFDM数据帧作为有效数据部分，将时隙帧头和有效数据部分组成一个时隙帧；改变CP-OFDM数据帧的有效子载波的信息，根据改变后的信息，按照时隙帧的生成方法生成下一个时隙帧。本发明通过改变有效子载波的个数和位置信息，实现了一种灵活、易于实现的子载波调制技术。

Description

子载波调制方法和装置
技术领域
本发明涉及数字传输领域，特别涉及一种子载波调制方法和装置。
背景技术
在数字通信系统中，需要对信号进行调制，使信号适合于信道的传输。
现有的变带宽调制技术，通过改变采样率的方式实现变带宽。实现原理为：信号经过采样率可变的采样装置采样后，再使用Nyquist滤波器滤除采样后的镜像频率，可以设计Nyquist滤波器的参数，使其适应不同的采样率。但是，Nyquist滤波器的参数为固定参数，只能适应几种采样率，因此采样装置只能设定几种固定的采样率，从而系统带宽只能在有限的范围和有限的频率点上变化。
现有的跳频调制技术，信号需要经过乘法器，完成基带跳频。该乘法器将信号调制到载波合成器输出的频率变化的基带载波上，该载波合成器受跳频控制器提供的跳频图样的控制，才能输出频率变化的基带载波。现有的跳频技术，需要合成器、控制器等设备，实现起来非常复杂。
综上所述，现有的调制技术不够灵活，实现时设备的复杂度高。
发明内容
为了使信号调制更加灵活且易于实现，本发明提供了一种子载波调制方法和装置。所述技术方案如下：
一种子载波调制方法，所述方法包括：
将数据生成CP-OFDM数据帧，所述CP-OFDM数据帧的有效子载波的个数为K，总子载波的个数为M，虚拟子载波的个数为M-K；
根据所述CP-OFDM数据帧，将训练序列生成CP-OFDM训练帧，所述CP-OFDM训练帧的有效子载波的个数为L，总子载波的个数为N，虚拟子载波的个数为N-L；
将所述CP-OFDM训练帧作为时隙帧头，将所述CP-OFDM数据帧或按照生成所述CP-OFDM数据帧的方法生成的多个CP-OFDM数据帧作为有效数据部分，将所述时隙帧头和所述有效数据部分组成一个时隙帧；
改变所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波的个数和位置信息，根据改变后的所述有效子载波的个数和位置信息，按照所述时隙帧的生成方法生成下一个时隙帧。
一种子载波调制装置，所述装置包括：
CP-OFDM数据帧生成模块：用于将数据生成CP-OFDM数据帧，所述CP-OFDM数据帧的有效子载波的个数为K，总子载波的个数为M，虚拟子载波的个数为M-K；
CP-OFDM训练帧生成模块：用于根据所述CP-OFDM数据帧生成模块生成的所述CP-OFDM数据帧，将训练序列生成CP-OFDM训练帧，所述CP-OFDM训练帧的有效子载波的个数为L，总子载波的个数为N，虚拟子载波的个数为N-L；
时隙帧生成模块：用于将所述CP-OFDM训练帧生成模块生成的所述CP-OFDM训练帧作为时隙帧头，将所述CP-OFDM数据帧生成模块生成的所述CP-OFDM数据帧或按照所述CP-OFDM数据帧的生成方法生成的多个CP-OFDM数据帧作为有效数据部分，将所述时隙帧头和所述有效数据部分组成一个时隙帧；
信息调整模块：用于改变所述CP-OFDM数据帧生成模块生成的所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波的个数和位置信息，根据改变后的所述有效子载波的个数和位置信息，按照所述时隙帧的生成方法生成下一个时隙帧。
本发明通过改变有效子载波的个数和位置信息，实现了一种灵活、易于实现的子载波调制技术。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的子载波调制方法的流程图；
图2是本发明实施例1提供的单通道跳频调制的频域OFDM块示意图；
图3是本发明实施例1提供的双通道跳频调制的频域OFDM块示意图；
图4是本发明实施例2提供的子载波调制装置示意图。
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实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例通过改变有效子载波的个数和位置信息，实现了一种灵活、易于实现的子载波调制技术。
实施例1
参见图1，本实施例提供了一种子载波调制方法，该方法通过改变有效子载波的个数和位置信息，实现了一种灵活的子载波调制技术，具体包括：
步骤11：将数据生成CP-OFDM数据帧，该CP-OFDM数据帧的有效子载波的个数为K，总子载波的个数为M，虚拟子载波的个数为M-K；
生成上述CP-OFDM数据帧的具体步骤包括：
步骤111：将数据的K个频域OFDM符号，通过填充零符号生成M个符号的第一频域OFDM块，该零符号的个数为M-K；
上述转换过程应用了虚拟子载波技术。所谓虚拟子载波技术，是把频域信号的部分子载波用零符号调制，这部分子载波称为虚拟子载波，其他子载波称为有效子载波。改变有效子载波占总子载波的比例，就可以改变系统的实际带宽。
上述转换过程中的频域符号与有效子载波相对应，零符号与虚拟子载波相对应，填充零符号的过程相当于填充虚拟子载波的过程。
步骤112：将该第一频域OFDM块进行IDFT变换，得到第一时域OFDM块；
利用IDFT变换可以将第一频域OFDM符号映射到第一时域OFDM块的各个子载波上。零符号映射到的子载波为虚拟子载波，频域OFDM符号映射到的子载波为有效子载波。
参见图2所示的第一时域OFDM块，有效子载波中心位置固定在零频率的情况。此时，K个有效子载波关于中心对称，且中心位置不变。当K为奇数时，位于中心位置的有效子载波左右两侧的有效子载波个数相等；当K为偶数时，位于中心位置的有效子载波左右两侧的有效子载波个数相差1个，当然，也可以不在零频率映射有效子载波，而使有效子载波以零频率为中心对称分布。以上仅是映射的一种特例，根据需要，K个有效子载波可以映射到N个子载波的任意位置。
步骤113：将该第一时域OFDM块填充到数据帧的数据部分，将该第一时域OFDM块的循环扩展填充到该数据帧的保护间隔部分，将该数据部分和该保护间隔部分组成CP-OFDM数据帧。
步骤12：根据上述的CP-OFDM数据帧，将训练序列生成CP-OFDM训练帧，该CP-OFDM训练帧的有效子载波的个数为L，总子载波的个数为N，虚拟子载波的个数为N-L；
生成上述CP-OFDM训练帧的具体步骤包括：
步骤121：将训练序列的L个频域OFDM符号，通过填充零符号生成N个符号的第二频域OFDM块，该零符号的个数为N-L；
进一步地，在变带宽调制系统中，为了使CP-OFDM数据帧与CP-OFDM训练帧的带宽相同，应该满足K/M与L/N相等。
步骤122：将该第二频域OFDM块进行IDFT变换，得到第二时域OFDM块；
步骤123：将该第二时域OFDM块填充到训练帧的数据部分，将该第二时域OFDM块的循环扩展填充到该训练帧的保护间隔部分，将该数据部分和该保护间隔部分组成CP-OFDM训练帧。
步骤13：将该CP-OFDM训练帧作为时隙帧头，将该CP-OFDM数据帧或按照该CP-OFDM数据帧的生成方法生成的多个CP-OFDM数据帧作为有效数据部分，将该时隙帧头和该有效数据部分组成一个时隙帧；
步骤14：改变该CP-OFDM数据帧的该有效子载波的信息，根据改变后的该信息，按照该时隙帧的生成方法生成下一个时隙帧。
根据改变的有效子载波的不同信息，可以对数据进行不同的调制。
当进行变带宽调制时，改变的是CP-OFDM数据帧的有效子载波的个数，具体包括：
A：M不变，使K随时间变化，则K/M随时间变化，也就是数据帧所占带宽随时间变化；
B：改变L或N的取值，使L/N与K/M相等，这样就保证了训练帧与数据帧所占带宽相同。
此时，由训练帧与数据帧组成的时隙帧所占带宽也随时间发生变化，就实现了对数据的变带宽调制。
当进行单通道跳频调制时，参见图2，改变的是CP-OFDM数据帧的有效子载波的位置，具体包括：
A：在该CP-OFDM数据帧的该有效子载波之前填充S1个零符号；
B：在该CP-OFDM数据帧的该有效子载波之后填充S2个零符号；
C：使该S1和该S2的取值随时间变化，且S1+S2＝M-K，则有效子载波的位置随时间发生改变，相当于系统瞬时所占频带是变化的，就可以实现全频域基带跳频系统。
进一步地，由于CP-OFDM数据帧所占频带为全带宽，因此CP-OFDM训练帧可以占用全部或部分带宽；在训练帧中可以不使用虚拟子载波技术，使训练帧的所有子载波均为有效子载波，此时，训练帧占用全带宽；也可以使用虚拟子载波技术，但是，虚拟子载波的个数不受数据帧中虚拟子载波个数限制，即可以不满足K/M与L/N相等，此时，训练帧占用部分带宽。
当进行多通道跳频时，改变CP-OFDM数据帧的有效子载波的信息，具体包括：
A：将该CP-OFDM数据帧的该有效子载波分为n组，这n组有效子载波个数分别为K1、K2、…、Kn，且K1+K2+…+Kn＝K；
B：在第一组之前，各组之间以及第n组之后填充零符号，该零符号的个数分别为S0、S1、…、Sn-1、Sn；
C：使该S0、S1、…、Sn的取值随时间变化，且S0+S1+…+Sn＝M-K，S0和Sn的取值大于等于零，其它零符号个数的取值均大于零，以保证各通道上的有效子载波不会重叠。
这样，n组有效子载波相当于在n个通道内发生位置的改变，并且彼此不会重叠，就实现了多通道调频。
参见图3所示的双通道跳频，是多通道跳频一种特例。有效子载波分为2组，每组有效子载波个数分别为K1、K2；在第一组之前，第一组和第二组之间以及第二组之后填充零符号，该零符号的个数分别为S0、S1、S2；当S0、S1、S2的取值随时间变化(满足S0、S2大于等于零，S1大于零)，则有效子载波的位置也随时间变化。这样，就实现了双通道跳频。
本实施例通过改变有效子载波的个数和位置信息，实现了一种灵活的子载波调制技术，降低了设备的复杂性，更加易于实现。
实施例2
参见图4，本实施例提供了一种子载波调制装置，该装置通过改变有效子载波的个数和位置信息，实现了一种灵活的子载波调制技术，该装置具体包括：
CP-OFDM数据帧生成模块：用于将数据生成CP-OFDM数据帧，该CP-OFDM数据帧的有效子载波的个数为K，总子载波的个数为M，虚拟子载波的个数为M-K；
CP-OFDM训练帧生成模块：用于根据CP-OFDM数据帧生成模块生成的CP-OFDM数据帧，将训练序列生成CP-OFDM训练帧，该CP-OFDM训练帧的有效子载波的个数为L，总子载波的个数为N，虚拟子载波的个数为N-L；
时隙帧生成模块：用于将该CP-OFDM训练帧生成模块生成的该CP-OFDM训练帧作为时隙帧头，将该CP-OFDM数据帧生成模块生成的该CP-OFDM数据帧或按照该CP-OFDM数据帧的生成方法生成的多个CP-OFDM数据帧作为有效数据部分，将该时隙帧头和该有效数据部分组成一个时隙帧；
信息调整模块：用于改变该CP-OFDM数据帧生成模块生成的该CP-OFDM数据帧的该有效子载波的信息，根据改变后的该信息，按照该时隙帧的生成方法生成下一个时隙帧。
上述CP-OFDM数据帧生成模块包括：
第一频域OFDM块生成单元：用于将数据的K个频域OFDM符号，通过填充零符号生成M个符号的第一频域OFDM块，该零符号的个数为M-K；
第一时域OFDM块生成单元：用于将该第一频域OFDM块生成单元生成的该第一频域OFDM块进行IDFT变换，得到第一时域OFDM块；
CP-OFDM数据帧生成单元：用于将该第一时域OFDM块生成单元生成的该第一时域OFDM块填充到数据帧的数据部分，将该第一时域OFDM块的循环扩展填充到该数据帧的保护间隔部分，将该数据部分和该保护间隔部分组成CP-OFDM数据帧。
上述CP-OFDM训练帧生成模块包括：
第二频域OFDM块生成单元：用于将训练序列的L个频域OFDM符号，通过填充零符号生成N个符号的第二频域OFDM块，该零符号的个数为N-L；
第二时域OFDM块生成单元：用于将该第二频域OFDM块生成单元生成的该第二频域OFDM块进行IDFT变换，得到第二时域OFDM块；
CP-OFDM训练帧生成单元：用于将该第二时域OFDM块生成单元生成的该第二时域OFDM块填充到训练帧的数据部分，将该第二时域OFDM块的循环扩展填充到该训练帧的保护间隔部分，将该数据部分和该保护间隔部分组成CP-OFDM训练帧。
当实现变带宽调制时，上述信息调整模块包括：
数据帧信息调整单元：用于保持M不变，使K随时间变化；
训练帧信息调整单元：用于改变L或N的取值，使L/N与该数据帧信息调整单元的K/M相等。
当实现单通道跳频调制时，上述信息调整模块包括：
填充单元：用于在该CP-OFDM数据帧的有效子载波之前填充S1个零符号，在有效子载波之后填充S2个零符号；
信息调整单元：用于使该填充单元的S1和S2的取值随时间变化，且S1+S2＝M-K。
当实现多通道跳频调制时，上述信息调整模块包括：
分组单元：用于将该CP-OFDM数据帧的该有效子载波分为n组，该n组的有效子载波个数分别为K1、K2、…、Kn，且K1+K2+…+Kn＝K；
填充单元：用于在该分组单元生成的第一组之前，各组之间以及第n组之后填充零符号，该零符号的个数分别为S0、S1、…、Sn-1、Sn；
信息调整单元：用于使该填充单元生成的该S0、S1、…、Sn的取值随时间变化，且S0+S1+…+Sn＝M-K，S0和Sn的取值大于等于零，其它零符号个数的取值均大于零。
本实施例通过改变有效子载波的个数和位置信息，实现了一种灵活的子载波调制装置，降低了设备的复杂性，更加易于实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种子载波调制方法，其特征在于，所述方法包括：
将数据生成CP-OFDM数据帧，所述CP-OFDM数据帧的有效子载波的个数为K，总子载波的个数为M，虚拟子载波的个数为M-K；
根据所述CP-OFDM数据帧，将训练序列生成CP-OFDM训练帧，所述CP-OFDM训练帧的有效子载波的个数为L，总子载波的个数为N，虚拟子载波的个数为N-L；
将所述CP-OFDM训练帧作为时隙帧头，将所述CP-OFDM数据帧或按照生成所述CP-OFDM数据帧的方法生成的多个CP-OFDM数据帧作为有效数据部分，将所述时隙帧头和所述有效数据部分组成一个时隙帧；
改变所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波的个数和位置信息，根据改变后的所述有效子载波的个数和位置信息，按照所述时隙帧的生成方法生成下一个时隙帧。
2.如权利要求1所述的子载波调制方法，其特征在于，所述将数据生成CP-OFDM数据帧，所述CP-OFDM数据帧的有效子载波的个数为K，总子载波的个数为M，虚拟子载波的个数为M-K包括：
将数据的K个频域OFDM符号，通过填充零符号生成M个符号的第一频域OFDM块，所述零符号的个数为M-K；
将所述第一频域OFDM块进行IDFT变换，得到第一时域OFDM块；
将所述第一时域OFDM块填充到数据帧的数据部分，将所述第一时域OFDM块的循环扩展填充到所述数据帧的保护间隔部分，将所述数据部分和所述保护间隔部分组成CP-OFDM数据帧。
3.如权利要求1所述的子载波调制方法，其特征在于，所述根据所述CP-OFDM数据帧，将训练序列生成CP-OFDM训练帧，所述CP-OFDM训练帧的有效子载波的个数为L，总子载波的个数为N，虚拟子载波的个数为N-L包括：
根据所述CP-OFDM数据帧，将训练序列的L个频域OFDM符号，通过填充零符号生成N个符号的第二频域OFDM块，所述零符号的个数为N-L；
将所述第二频域OFDM块进行IDFT变换，得到第二时域OFDM块；
将所述第二时域OFDM块填充到训练帧的数据部分，将所述第二时域OFDM块的循环扩展填充到所述训练帧的保护间隔部分，将所述数据部分和所述保护间隔部分组成CP-OFDM训练帧。
4.如权利要求1所述的子载波调制方法，其特征在于，当进行变带宽调制时，所述改变所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波的个数和位置信息包括：
M不变，使K随时间变化；
改变L或N的取值，使L/N与K/M相等。
5.如权利要求1所述的子载波调制方法，其特征在于，当进行单通道跳频调制时，所述改变所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波的个数和位置信息包括：
在所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波之前填充S1个零符号；
在所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波之后填充S2个零符号；
使所述S1和所述S2的取值随时间变化，且S1+S2＝M-K。
6.如权利要求1所述的子载波调制方法，其特征在于，当进行多通道跳频时，所述改变所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波的个数和位置信息包括：
将所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波分为n组，所述n组的有效子载波个数分别为K1、K2、…、Kn，且K1+K2+…+Kn＝K；
在第一组之前，各组之间以及第n组之后填充零符号，所述零符号的个数分别为S0、S1、…、Sn-1、Sn；
使所述S0、S1、…、Sn的取值随时间变化，且S0+S1+…+Sn＝M-K，S0和Sn的取值大于等于零，其它零符号个数的取值均大于零。
7.一种子载波调制装置，其特征在于，所述装置包括：
CP-OFDM数据帧生成模块：用于将数据生成CP-OFDM数据帧，所述CP-OFDM数据帧的有效子载波的个数为K，总子载波的个数为M，虚拟子载波的个数为M-K；
CP-OFDM训练帧生成模块：用于根据所述CP-OFDM数据帧生成模块生成的所述CP-OFDM数据帧，将训练序列生成CP-OFDM训练帧，所述CP-OFDM训练帧的有效子载波的个数为L，总子载波的个数为N，虚拟子载波的个数为N-L；
时隙帧生成模块：用于将所述CP-OFDM训练帧生成模块生成的所述CP-OFDM训练帧作为时隙帧头，将所述CP-OFDM数据帧生成模块生成的所述CP-OFDM数据帧或按照生成所述CP-OFDM数据帧的方法生成的多个CP-OFDM数据帧作为有效数据部分，将所述时隙帧头和所述有效数据部分组成一个时隙帧；
信息调整模块：用于改变所述CP-OFDM数据帧生成模块生成的所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波的个数和位置信息，根据改变后的所述有效子载波的个数和位置信息，按照所述时隙帧的生成方法生成下一个时隙帧。
8.如权利要求7所述的子载波调制装置，其特征在于，所述CP-OFDM数据帧生成模块包括：
第一频域OFDM块生成单元：用于根据所述CP-OFDM数据帧，将数据的K个频域OFDM符号，通过填充零符号生成M个符号的第一频域OFDM块，所述零符号的个数为M-K；
第一时域OFDM块生成单元：用于将所述第一频域OFDM块生成单元生成的所述第一频域OFDM块进行IDFT变换，得到第一时域OFDM块；
CP-OFDM数据帧生成单元：用于将所述第一时域OFDM块生成单元生成的所述第一时域OFDM块填充到数据帧的数据部分，将所述第一时域OFDM块的循环扩展填充到所述数据帧的保护间隔部分，将所述数据部分和所述保护间隔部分组成CP-OFDM数据帧。
9.如权利要求7所述的子载波调制装置，其特征在于，所述CP-OFDM训练帧生成模块包括：
第二频域OFDM块生成单元：用于将训练序列的L个频域OFDM符号，通过填充零符号生成N个符号的第二频域OFDM块，所述零符号的个数为N-L；
第二时域OFDM块生成单元：用于将所述第二频域OFDM块生成单元生成的所述第二频域OFDM块进行IDFT变换，得到第二时域OFDM块；
CP-OFDM训练帧生成单元：用于将所述第二时域OFDM块生成单元生成的所述第二时域OFDM块填充到训练帧的数据部分，将所述第二时域OFDM块的循环扩展填充到所述训练帧的保护间隔部分，将所述数据部分和所述保护间隔部分组成CP-OFDM训练帧。
10.如权利要求7所述的子载波调制装置，其特征在于，所述信息调整模块包括：
数据帧信息调整单元：用于保持M不变，使K随时间变化；
训练帧信息调整单元：用于改变L或N的取值，使L/N与所述数据帧信息调整单元的K/M相等。
11.如权利要求7所述的子载波调制装置，其特征在于，所述信息调整模块包括：
填充单元：用于在所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波之前填充S1个零符号，在所述有效子载波之后填充S2个零符号；
信息调整单元：用于使所述填充单元的S1和S2的取值随时间变化，且S1+S2＝M-K。
12.如权利要求7所述的子载波调制装置，其特征在于，所述信息调整模块包括：
分组单元：用于将所述CP-OFDM数据帧的所述有效子载波分为n组，所述n组的有效子载波个数分别为K1、K2、…、Kn，且K1+K2+…+Kn＝K；
填充单元：用于在所述分组单元生成的第一组之前，各组之间以及第n组之后填充零符号，所述零符号的个数分别为S0、S1、…、Sn-1、Sn；
信息调整单元：用于使所述填充单元生成的所述S0、S1、…、Sn的取值随时间变化，且S0+S1+…+Sn＝M-K，S0和Sn的取值大于等于零，其它零符号个数的取值均大于零。
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