CN102487371A - 一种带宽调整方法、发射机和接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带宽调整方法、发射机和接收机，其中，所述方法包括：发射机发送带有指示标识的信号；各种带宽模式采用的总子载波个数和采样率相同，每种带宽模式中的子载波被划分为有效子载波区域和虚拟子载波区域；接收机接收所述信号，并根据预置的指示标识与带宽模式的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作。通过使各种带宽模式的总子载波个数和采样率相同，并在子载波中预先划分出有效子载波区域和虚拟子载波区域，保证了子载波间隔、符号周期、帧长度、FFT模块和IFFT模块支持点数以及信号的采样带宽在带宽调整前后不变，因此传输系统在硬件和网络协议方面都不需改动，实现灵活调整传输系统传输带宽的目的。
Description
技术领域
本发明涉及正交频分复用(OFDM)技术领域，特别是涉及一种带宽调整方法、发射机和接收机。
背景技术
OFDM的概念于20世纪50～60年代提出，OFDM的专利在1970年被发表，其基本思想是通过允许子信道频谱重叠、相互间又不影响的频分复用(FDM)方式来并行传送数据。
上述数据传送方式存在如下问题：
1.信号的子载波间隔在不同的带宽下各不相同，带宽变小时子载波间隔也变小，导致传输系统抗频偏能力变弱；
2.符号的周期在不同的带宽下各不相同，带宽变大时符号周期也变大，导致传输系统抗信道时变能力变弱；
3.传输系统的帧长度等参数在不同的带宽下也不相同，从而增加网络协议等设计的复杂度。
现有的一种解决方案，提出同时修改传输系统的采样率和子载波数、而保持传输系统的子载波间隔不变，以匹配不同的信道带宽。不同带宽下总子载波个数与保护子载波个数如表1所示：
表1
| 传输系统带宽 | 载波个数 | 子载波间隔 | 保护子载波 | 保护载波带宽 |
| 5MHz | 512 | 9.765625KHz | 86 | 0.84MHz |
| 10MHz | 1024 | 9.765625KHz | 173 | 1.69MHz |
| 20MHz | 2048 | 9.765625KHz | 345 | 3.37MHz |
虽然该方案能够解决子载波间隔不同的问题，但还存在如下缺陷：
1.所设计的FFT(快速傅里叶变换)模块和IFFT(快速傅里叶逆变换)模块需要支持点数可变，从而增加FFT模块和IFFT模块设计的复杂度；
2.在不同的带宽下，信号的采样带宽各不相同，因此需要调整射频滤波器的带宽来与信号采样带宽匹配，这需要涉及到硬件的改动，因此应用场景较为受限。
发明内容
本发明的目的是提供一种带宽调整方法、发射机和接收机，以在硬件和网络协议不需改动的前提下，灵活调整传输系统的传输带宽。
首先，本发明提供了一种带宽调整方法，所述方法包括：
发射机发送带有指示标识的信号，所述指示标识用于标识发射机所采用的带宽模式；各种带宽模式采用的总子载波个数和采样率相同，每种带宽模式中的子载波被划分为有效子载波区域和虚拟子载波区域；
接收机接收所述信号，并根据预置的指示标识与带宽模式的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作。
某个带宽模式的有效子载波的序号可以为4～K1和K2～(N-5)，其中，K1＝N*BW/(2Fs)，K2＝N-K1，N为总子载波个数，BW为所述带宽模式采用的带宽，Fs为信号的采样率。
当所述带宽模式采用的带宽为8MHz、总子载波个数为1024且信号的采样率为10MHz时，所述带宽模式的有效子载波的序号可以为4～409和615～1019。
当所述带宽模式采用的带宽为5MHz、总子载波个数为1024且信号的采样率为10MHz时，所述带宽模式的有效子载波的序号可以为4～256和768～1019。
当所述带宽模式采用的带宽为2.5MHz、总子载波个数为1024且信号的采样率为10MHz时，所述带宽模式的有效子载波的序号可以为4～128和896～1019。
当所述带宽模式采用的带宽为1.25MHz、总子载波个数为1024且信号的采样率为10MHz时，所述带宽模式的有效子载波的序号可以为4～64和960～1019。
优选的，发射机发送的所有信号中都包含指示标识；
则接收机根据所述预置的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作具体包括：
接收机在接收到每个信号后，都会根据所述映射关系调整为与所述指示标识对应带宽模式，并对所述信号进行处理。
优选的，发射机在初始发送信号或即将更改带宽模式时，发送带有指示标识的信号；
则接收机根据所述预置的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作具体包括：
接收机接收到带有指示标识的信号后，根据所述映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作，并反馈发射机；
所述方法还包括：发射机按照接收机调整后的带宽模式发送信号。
其次，本发明提供了一种发射机，所述发射机包括：
检测模块，用于根据所需发送信号的数据量检测出相应的带宽模式；各种带宽模式采用的总子载波个数和采样率相同，每种带宽模式中的子载波被划分为有效子载波区域和虚拟子载波区域；
发送模块，用于发送带有指示标识的信号；所述指示标识用于标识发射机所采用的带宽模式，以使接收机接收到所述信号后，根据其预置的指示标识与带宽模式的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作。
再次，本发明提供了一种接收机，所述接收机包括：
接收模块，用于接收信号；
调整模块，用于当所述信号中带有指示标识时，根据预置的指示标识与带宽模式的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作；
所述指示标识用于标识发射机所采用的带宽模式；各种带宽模式采用的总子载波个数和采样率相同，每种带宽模式中的子载波被划分为有效子载波区域和虚拟子载波区域。
本发明的带宽调整方法、发射机和接收机，通过使各种带宽模式的总子载波个数和采样率相同，并在子载波中预先划分出有效子载波区域和虚拟子载波区域，保证了子载波间隔、符号周期、帧长度、FFT模块和IFFT模块支持点数以及信号的采样带宽在带宽调整前后不变，因此传输系统在硬件和网络协议方面都不需改动，实现灵活调整传输系统传输带宽的目的。
附图说明
图1是本发明的带宽调整方法的流程示意图；
图2是本发明的8MHz带宽模式的频域示意图；
图3是本发明的5MHz带宽模式的频域示意图；
图4是本发明的2.5MHz带宽模式的频域示意图；
图5是本发明的1.25MHz带宽模式的频域示意图；
图6是信号的帧结构示意图；
图7是本发明的发射机的结构示意图；
图8是本发明的接收机的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例提供了一种带宽调整方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
S10，发射机发送带有指示标识的信号。
本发明中各种带宽模式所采用的总子载波个数和采样率都相同，每种带宽模式中的子载波被划分为有效子载波区域和虚拟子载波区域。不同带宽模式下传输系统选择不同数量的子载波作为有效子载波。
在同一传输系统中，各种带宽模式所采用的总子载波个数和采样率都相同。某个带宽模式的有效子载波的序号可以为4～K1和K2～(N-5)，其中，K1＝N*BW/(2Fs)，K2＝N-K1，N为总子载波个数，BW为所述带宽模式采用的带宽，Fs为信号的采样率。
对于带宽上限为8MHz的传输系统，常用的带宽模式有8MHz带宽模式、5MHz带宽模式、2.5MHz带宽模式和1.25MHz带宽模式，以总子载波个数为1024且信号的采样率为10MHz为例进行说明。
如表2所示，为上述四种带宽模式：当采用8MHz带宽模式时，有效子载波的序号可以为4～409和615～1019(参见图2)；当采用5MHz带宽模式时，有效子载波的序号可以为4～256和768～1019(参见图3)；当采用2.5MHz带宽模式时，有效子载波的序号可以为4～128和896～1019(参见图4)；当采用1.25MHz带宽模式时，有效子载波的序号可以为4～64和960～1019(参见图5)，有效子载波区域用阴影线表示。
表2
| 带宽模式 | 有效子载波数 | 有效子载波序号 |
| 8MHz | 811 | 4～409，615～1019 |
| 5MHz | 505 | 4～256，768～1019 |
| 2.5MHz | 249 | 4～128，896～1019 |
| 1.25MHz | 121 | 4～64，960～1019 |
图2-图5均为频域示意图，其中，选择序号为0～3和1020～1023的子载波作为虚拟子载波，主要是由于这些子载波有直流信号泄漏的隐患，因此优选不采用，当然对于信息安全性要求不是很高的信号也可以将这些子载波选择作为有效子载波。位于频域示意图中心区域的虚拟子载波对应高频信道，信号干扰比较严重，因此在选择有效子载波的时候也应该尽量避开。
除了上述四种带宽模式外，本发明也可以采用其它带宽模式，例如8.5MHz、7.5MHz带宽模式等，只是当采用这些非特定的带宽模式时，发射机中的信道编码、接收机中的信道译码等功能模块的代码需要做些相应调整，但仍然可以实现不改动硬件和网络协议、灵活调整传输系统传输带宽的目的。
所述指示标识用于标识发射机所采用的带宽模式，指示标识位于信号中。发射机可以根据所需发送信号的数据量检测出相应的带宽模式，指示标识与带宽模式存在映射关系，所述映射关系可以预先设置在发射机的一个寄存器中，当发射机确定所需采用的带宽模式后，发射机将与所述带宽模式对应的指示标识携带到信号中。
信号的帧结构如图6所示。一帧中包含1个帧头、4个导频符号和4个数据符号块，每个数据符号块中包含8个数据符号。其中数据符号与导频符号具有相同的符号周期，为128us。
对于上述四种带宽模式，指示标识可以通过使用2bit进行区分，例如8MHz--11，5MHz--10，2.5MHz--01，1.25MHz--00，当然也可以采用其他对应规则，这里不一一列举。对此，指示标识可以位于帧头的某一个训练序列中。对于其他的更多情况的带宽模式(例如对于总子载波个数为1024的带宽模式)，指示标识可以使用1024bit进行区分，例如，有效子载波对应的bit位的值为1，虚拟子载波对应的bit位的值为0。对此，指示标识可以设置在数据符号块中，例如可以设置在第一个数据符号块中。
另外，由于帧头通常由多组(通常为10组左右)训练序列组成，对于只采用四种带宽模式的情况，还可以选择帧头中任意两组训练序列作为指示标识，所述两组训练序列的方向(正向或反向)组合用于指示传输系统采用的带宽模式，例如8MHz--正向正向，5MHz--正向反向，2.5MHz--反向正向，1.25MHz--反向反向，显然，也可以采用其他对应规则，只要发射机和接收机提前约定好；对于采用超过10种带宽模式的情况，指示标识就需要设置在数据符号块中了，例如可以设置在第一个数据符号块中。
对于带宽上限为20MHz的传输系统，常用的带宽模式有20MHz带宽模式、10MHz带宽模式和5MHz带宽模式等，以总子载波个数为2048且信号的采样率为25MHz为例进行说明(参见表3)。
表3
| 带宽模式 | 有效子载波数 | 有效子载波序号 |
| 20MHz | 1631 | 4～819，1229～2043 |
| 10MHz | 811 | 4～409，1639～2043 |
| 5MHz | 401 | 4～204，1844～2043 |
本领域技术人员根据本发明的启示，在设计传输系统时，利用Fs＞BW和实际应用需要，可以合理的设计出有效子载波的序号范围。至于如何利用指示标识区分各种传输模式可以参见上述总子载波个数为1024的示例，此处不再赘述。
S20，接收机接收所述信号，并根据预置的指示标识与带宽模式的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作。
映射关系可以预先设置在接收机的一个寄存器中，当接收机接收到带有指示标识的信号时，接收机在所述寄存器中查找与所述信号中的指示标识对应的带宽模式，进而确定出有效子载波区域以便于后续处理。
发射机和接收机之间可以有两种工作模式：
(1)发射机发送的所有信号中都包含指示标识；
则接收机根据预置的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作具体可以包括：
接收机在接收到每个信号后，都会根据所述映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式，并对所述信号进行处理。
(2)发射机在初始发送信号或即将更改带宽模式时，发送带有指示标识的信号；
则接收机根据所述预置的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作具体可以包括：
接收机接收到带有指示标识的信号后，根据所述映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作，并反馈发射机；
之后，所述方法还可以包括：发射机按照接收机调整后的带宽模式发送信号。
由于发射机在通知接收机所采用的带宽模式时，发射机还没有发送有效的数据，因此优选的，对于总子载波个数为1024、且主要采用8MHz、5MHz、2.5MHz和1.25MHz带宽模式的传输系统，当发射机发送带有指示标识的信号时，发射机可以采用1.25MHz带宽模式，以提高接收机的处理效率。
虽然本实施例的带宽调整方法在小的带宽模式下(例如1.25MHz)也需要作大点数的FFT和IFFT，单位符号的信息处理复杂度较高，但是由于物理层的资源是固定分配且能够支持最大复杂度的信号处理，即使信号处理复杂度需求较小(例如1.25MHz)，传输系统也不能将物理层信号处理模块赋予的信号处理能力重新分配做其他信号处理，因此节省这部分信号处理能力是没有意义的。
本实施例的带宽调整方法，通过使各种带宽模式的总子载波个数和采样率相同，并在子载波中预先划分出有效子载波区域和虚拟子载波区域，保证了子载波间隔、符号周期、帧长度、FFT模块和IFFT模块支持点数以及信号的采样带宽在带宽调整前后不变，因此传输系统在硬件和网络协议方面都不需改动，实现灵活调整传输系统传输带宽的目的。
实施例二
本实施例提供了一种发射机，如图7所示，所述发射机包括检测模块10和发送模块20。
检测模块10用于根据所需发送信号的数据量检测出相应的带宽模式；各种带宽模式采用的总子载波个数和采样率相同，每种带宽模式中的子载波被划分为有效子载波区域和虚拟子载波区域。
以总子载波个数为1024且信号的采样率为10MHz为例，对于常用的四种带宽模式：当采用8MHz带宽模式时，有效子载波的序号可以为4～409和615～1019；当采用5MHz带宽模式时，有效子载波的序号可以为4～256和768～1019；当采用2.5MHz带宽模式时，有效子载波的序号可以为4～128和896～1019；当采用1.25MHz带宽模式时，有效子载波的序号可以为4～64和960～1019。
发送模块20用于发送带有指示标识的信号；所述指示标识用于标识发射机所采用的带宽模式，以使接收机接收到所述信号后，根据其预置的指示标识与带宽模式的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作。
所述映射关系可以预先设置在接收机的一个寄存器中，当接收机接收到带有指示标识的信号时，接收机在所述寄存器中查找与所述信号中的指示标识对应的带宽模式，进而确定出有效子载波区域便于后续处理。
本实施例的发射机，通过使各种带宽模式的总子载波个数和采样率相同，并在子载波中预先划分出有效子载波区域和虚拟子载波区域，保证了子载波间隔、符号周期、帧长度、FFT模块和IFFT模块支持点数以及信号的采样带宽在带宽调整前后不变，因此传输系统在硬件和网络协议方面都不需改动，实现灵活调整传输系统传输带宽的目的。
实施例三
本实施例提供了一种接收机，如图8所示，所述接收机包括接收模块11和调整模块22。
接收模块11用于接收信号。
调整模块22用于当所述信号中带有指示标识时，根据预置的指示标识与带宽模式的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作。
所述指示标识用于标识发射机所采用的带宽模式；各种带宽模式采用的总子载波个数和采样率相同，每种带宽模式中的子载波被划分为有效子载波区域和虚拟子载波区域。
本实施例的接收机，通过使各种带宽模式的总子载波个数和采样率相同，并在子载波中预先划分出有效子载波区域和虚拟子载波区域，保证了子载波间隔、符号周期、帧长度、FFT模块和IFFT模块支持点数以及信号的采样带宽在带宽调整前后不变，因此传输系统在硬件和网络协议方面都不需改动，实现灵活调整传输系统传输带宽的目的。
由于发射机实施例和接收机实施例与带宽调整方法实施例的相似内容较多，因此描述的比较简略，相关之处请参见带宽调整方法实施例部分。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种带宽调整方法，其特征在于，所述方法包括：
发射机发送带有指示标识的信号，所述指示标识用于标识发射机所采用的带宽模式；各种带宽模式采用的总子载波个数和采样率相同，每种带宽模式中的子载波被划分为有效子载波区域和虚拟子载波区域；
接收机接收所述信号，并根据预置的指示标识与带宽模式的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，某个带宽模式的有效子载波的序号为4～K1和K2～(N-5)，其中，K1＝N*BW/(2Fs)，K2＝N-K1，N为总子载波个数，BW为所述带宽模式采用的带宽，Fs为信号的采样率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述带宽模式采用的带宽为8MHz、总子载波个数为1024且信号的采样率为10MHz时，所述带宽模式的有效子载波的序号为4～409和615～1019。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述带宽模式采用的带宽为5MHz、总子载波个数为1024且信号的采样率为10MHz时，所述带宽模式的有效子载波的序号为4～256和768～1019。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述带宽模式采用的带宽为2.5MHz、总子载波个数为1024且信号的采样率为10MHz时，所述带宽模式的有效子载波的序号为4～128和896～1019。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述带宽模式采用的带宽为1.25MHz、总子载波个数为1024且信号的采样率为10MHz时，所述带宽模式的有效子载波的序号为4～64和960～1019。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，
发射机发送的所有信号中都包含指示标识；
则接收机根据所述预置的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作具体包括：
接收机在接收到每个信号后，都会根据所述映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式，并对所述信号进行处理。
8.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，
发射机在初始发送信号或即将更改带宽模式时，发送带有指示标识的信号；
则接收机根据所述预置的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作具体包括：
接收机接收到带有指示标识的信号后，根据所述映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作，并反馈发射机；
所述方法还包括：发射机按照接收机调整后的带宽模式发送信号。
9.一种发射机，其特征在于，所述发射机包括：
检测模块，用于根据所需发送信号的数据量检测出相应的带宽模式；各种带宽模式采用的总子载波个数和采样率相同，每种带宽模式中的子载波被划分为有效子载波区域和虚拟子载波区域；
发送模块，用于发送带有指示标识的信号；所述指示标识用于标识发射机所采用的带宽模式，以使接收机接收到所述信号后，根据其预置的指示标识与带宽模式的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作。
10.一种接收机，其特征在于，所述接收机包括：
接收模块，用于接收信号；
调整模块，用于当所述信号中带有指示标识时，根据预置的指示标识与带宽模式的映射关系调整为与所述指示标识对应的带宽模式工作；
所述指示标识用于标识发射机所采用的带宽模式；各种带宽模式采用的总子载波个数和采样率相同，每种带宽模式中的子载波被划分为有效子载波区域和虚拟子载波区域。
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