CN103825862B - 一种基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波方法，属于多输入多输出滤波器组多载波通信领域，利用基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波方法的空频分组码方案和空时分组码方案，解决基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波接收端信号存在虚部干扰的技术问题。本发明包括数据编码步骤、实虚交错调制步骤、发送数据步骤以及接收数据步骤。本发明能够在保证高频谱利用率的情况下，显著降低分集方案下的基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波接收端信号的虚部干扰带来的影响，降低系统误码率。

Description

一种基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波方法
技术领域
本发明属于多输入多输出多载波通信领域，更具体地，涉及一种基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波方法。
背景技术
随着蜂窝移动通信、因特网及多媒体业务的发展,用户数量大幅增加，有效利用频谱资源日益重要。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术可以在不需要增加带宽或总发送功率耗损的情况下大幅地增加系统的数据吞吐量及传送距离。目前常用的MIMO技术有空分复用、空间分集、波束成型和预编码等。
近年来，基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波（Filter Bank MultiCarrier-Offset Quadrature Amplitude Modulation，FBMC-OQAM）技术与MIMO技术结合的研究引起了人们的极大关注。相较于正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技术，FBMC-OQAM技术的频谱利用率更高。但是FBMC-OQAM存在的虚部干扰对于MIMO的分集方案设计是一个巨大的挑战。
目前R.Zakaria,D.le Ruyet的文章(Oninterference cancellation inAlamouti coding scheme for filter bank based multicarrier systems,International Symposiumon Wireless Communication Systems,pp.1-5,Aug.2013)提出了一种MIMO-FBMC发射分集方案，主要通过迭代消除虚部干扰来提升系统性能。但是该方案存在迭代复杂度过高，以及干扰无法完全消除的缺陷。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波方法，由此解决FBMC-OQAM接收端信号存在虚部干扰的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波方法，包括数据编码步骤、实虚交错调制步骤、发送数据步骤以及接收数据步骤，其特征在于：（1）数据编码步骤：分别形成两组数据，所述两组数据均包括第一数据阵和第二数据阵，第一数据阵和第二数据阵均由多个数据段组成，每个数据段包括多个实数符号，第一组数据中的数据内容和第二组数据中的数据内容满足Alamouti编码形式，其中，数据内容为所述两组数据中的多个实数符号以及其受到的虚部干扰所形成的多个复数符号；（2）实虚交错调制步骤：分别对所述两组数据进行实虚交错调制；（3）发送数据步骤：在第一天线发送调制后的第一组数据，并在第二天线发送调制后的第二组数据，所述两组数据中，第一数据阵和第二数据阵之间均插入保护间隔；（4）接收数据步骤：接收天线接收所发送的调制后的两组数据，根据所获取的调制后的两组数据来恢复数据。
进一步地，第一天线和第二天线分别使用总数为2M(M为正整数)的子载波发送数据，并且在这2M个子载波的正中间插入一个保护间隔，防止间隔两端数据之间的干扰。所述保护间隔可以是一个空闲的子载波，也可以是任何宽度的频率间隔。保护间隔两端的用于发送数据的子载波数各为M，每个子载波上发送2N(N为正整数)个实数数据。同一子载波上发送的第2x-1和第2x（x=1,2,…,N）个实数符号共同构成一个正交振幅调制(QuadratureAmplitude Modulation，QAM)复数符号。第一天线在保护间隔上端的第m号子载波发送的实数数据分别为am,1,am,2,am,3,...,am,2N，第二天线在保护间隔上端的第m号子载波发送的实数数据分别为bm,1,bm,2,bm,3,...,bm,2N，其中m表示子载波的序号，m=1,2,…,M；1-2N表示实数符号序号，N为正整数。
保护间隔下端形成的实数数据有两种编码方式。一种方式为第一天线在保护间隔下端的第m号子载波发送的实数数据分别为-bM+1-m,1,bM+1-m,2,-bM+1-m,3,...,bM+1-m,2N，第二天线在保护间隔下端的第m号子载波发送的实数数据分别为aM+1-m,1,-aM+1-m,2,aM+1-m,3,...,-aM+1-m,2N。另一种方式为第一天线在保护间隔下端的第m号子载波发送的实数数据分别为bM+1-m,1,-bM+1-m,2,bM+1-m,3,...,-bM+1-m,2N，第二天线在保护间隔下端的第m号子载波发送的实数数据分别为-aM+1-m,1,aM+1-m,2,-aM+1-m,3,...,aM+1-m,2N。
假设第一天线的保护间隔上下两个子载波上的第1个实数数据受到的虚部干扰分别为ja和jb,其所组成的复数数据为由于采用了上述实数数据编码方法，第二天线的保护间隔上下两个子载波上的第1个实数数据受到的虚部干扰分别为jb和-ja，其所组成的复数数据为所以这4个复数数据满足Alamouti编码。
对完成上述数据编码步骤的数据进行实虚交错调制。
更进一步地，所述发送数据步骤中，在第一天线由M个子载波顺序发送第一数据阵的M行数据段，由第M+1～第2M个子载波顺序发送第二数据阵的M行数据段，第M个子载波和第M+1个子载波之间额外增加任意宽度的频率间隔，在所述频率间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔；在第二天线由M个子载波顺序发送第一数据阵的M行数据段，由第M+1～第2M个子载波顺序发送第二数据阵的M行数据段，第M个子载波和第M+1个子载波之间额外增加了任意宽度的频率间隔，在所述频率间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔。
在进行如上所述的编码后，数据将进行实虚交错调制后发送，发送数据为：
其中，M表示子载波个数，dm,n是第n个OFDM/OQAM符号中的第m个子载波上发送的实数数据,g(k)为原型滤波器函数。
接收天线接收来自第一天线和第二天线发送的上述数据，利用Alamouti编码的正交性可在接收端恢复出原始发送的实数数据，消除接收端信号的虚部干扰的影响，降低了系统的误码率。
进一步地，第一天线和第二天线分别使用总数为M(M为正整数)的子载波发送数据，每个子载波上发送2N(N为正整数)个实数数据，并且在这2N个实数数据的正中间插入一个保护间隔，防止间隔两端的数据之间的干扰。保护间隔两端每个子载波均发送N个实数数据。同一子载波上的第2x-1和第2x（x为任意正整数）个实数符号共同构成一个QAM复数符号。第一天线在保护间隔左端发送的第n个实数符号上的数据为a1,n,a2,n,a3,n,...,aM,n，第二天线在保护间隔左端发送的第n个实数符号上的数据为b1,n,b2,n,b3,n,...,bM,n，其中1-M表示子载波的序号；n表示实数符号序号，n=1,2,3,…,N。
保护间隔右端发送的数据有两种编码方式。一种方式为第一天线在保护间隔右端发送的第n个实数符号上的数据分别为b1,N+1-n,-b2,N+1-n,b3,N+1-n,...,-bM,N+1-n，第二天线在保护间隔右端发送的第n个实数符号上的数据分别为-a1,N+1-n,a2,N+1-n,-a3,N+1-n,...,aM,N+1-n。另一种方式为第一天线在保护间隔右端发送的第n个实数符号上的数据分别为-b1,N+1-n,b2,N+1-n,-b3,N+1-n,...,bM,N+1-n，第二天线在保护间隔右端发送的第n个实数符号上的数据分别为a1,N+1-n,-a2,N+1-n,a3,N+1-n,...,-aM,N+1-n。
假设第一天线上的a1,N和b1,N两个实数数据受到的虚部干扰分别为ja和jb,其所组成的复数数据为a1,N+ja和b1,N+jb；由于采用了上述实数数据编码方法，第二天线上的b1,N和-a1,N两个实数数据受到的虚部干扰分别为-jb和ja，其所组成的复数数据为b1,N-jb和-a1,N+ja，；所以这4个复数数据满足Alamouti编码。
称第一天线和第二天线上发送的实数数据中相同或相反的数据为相对应的实数数据，例如，a1,2和-a1,2就是相对应的实数数据。在本STBC方案下，要限定相对应的实数数据进行实虚交错调制后要同为实数或同为虚数。
更进一步地，所述发送数据步骤中，在第一天线由M个子载波发送第一数据阵的N列数据段、第二数据阵的N列数据段、以及两个数据阵之间的任意长度的时间间隔，在所述任意长度的时间间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔，其中，第m个子载波顺序发送第一数据阵内每列数据段的第m个实数数据、所述任意长度的时间间隔及第二数据阵内每列数据段的第m个实数数据；在第二天线由M个子载波发送第一数据阵的N列数据段、第二数据阵的N列数据段、以及两个数据阵之间的任意长度的时间间隔，在所述任意长度的时间间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔，其中，第m个子载波顺序发送第一数据阵内每列数据段的第m个实数数据、任意长度的时间间隔及第二数据阵内每列数据段的第m个实数数据；其中m表示实数符号的序号，m=1,2,3,…,M。
在进行如上所述的编码后，数据将进行实虚交错调制后发送，发送数据为：
其中，M表示子载波个数，dm,n是第n个OFDM/OQAM符号中的第m个子载波上发送的实数数据,g(k)为原型滤波器函数。
接收天线接收来自第一天线和第二天线发送的上述数据，利用Alamouti编码的正交性可在接收端恢复出原始发送的实数数据，消除接收端信号的虚部干扰的影响，降低了系统的误码率。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于将发送的OQAM实数符号进行了上述特殊编码，使得OQAM实数符号以及其受到的虚部干扰所共同构成的复数符号能够满足Alamouti编码形式。虽然虚部干扰依然存在，但是可以利用Alamouti编码的正交性在接收端恢复原始发送数据。也就是说，本方案能消除虚部干扰的影响，使得虚部干扰的存在不会降低系统性能，能够在保证高频谱利用率的情况下做到几乎完全消除接收端信号的虚部干扰的影响，降低系统误码率。
附图说明
图1是FBMC-OQAM的空频分组码方案的实数数据编码图；
图2是FBMC-OQAM的空时分组码方案的实数数据编码图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的实施例，包括数据编码步骤、实虚交错调制步骤、发送数据步骤以及接收数据步骤。
进行如图1所示的FBMC-OQAM的空频分组码方案的实数数据编码，在两个数据块之间插入保护间隔。在本发明实施例中，空频分组码（Space Frequency Block Codes，SFBC）方案的实数数据在保护间隔上下两端形成了不同的排列形式。在天线1和天线2形成的实数数据编码如图1所示，其中，t表示时间序号，f表示子载波序号。
以一个具有2个子载波的多载波系统为例，每个子载波上发送1个QAM复数符号。本领域技术人员应当理解的是，此处以2个子载波为例，而非对本发明的限制。天线1和天线2分别使用2个子载波发送数据，并且在这2个子载波的正中间插入一个保护间隔。保护间隔可以是一个空闲的子载波，也可以是任何宽度的频率间隔。天线1在保护间隔上端的子载波发送的实数数据分别为a1,1、a1,2，天线2在保护间隔上端的子载波发送的实数数据分别为b1,1、b1,2。天线1在保护间隔下端的子载波发送的实数数据分别为-b1,1、b1,2，天线2在保护间隔下端的子载波发送的实数数据分别为a1,1、-a1,2。天线1发送的实数数据a1,1、-b1,1和天线2发送的实数数据b1,1、a1,1以及其虚部干扰所共同构成的4个复数数据满足Alamouti编码形式。另外一种具体实现方式是天线1在保护间隔下端的子载波发送的实数数据分别为b1,1、-b1,2，天线2在保护间隔下端的子载波发送的实数数据分别为-a1,1、a1,2。天线1发送的实数数据a1,1、b1,1和天线2发送的实数数据b1,1、-a1,1以及其虚部干扰所共同构成的4个复数数据满足Alamouti编码形式。
在形成上述编码方案后，实数数据就可以进行实虚交错调制发送出去。利用Alamouti编码的正交性可在接收端恢复原始发送的4个实数数据，消除接收端信号的虚部干扰的影响，降低了系统的误码率。
本发明的另一实施例，进行如图2所示的FBMC-OQAM的空时分组码方案的实数数据编码，在两个数据块之间插入保护间隔。在本发明实施例中，空时分组码（Space TimeBlock Codes，STBC）方案的实数数据在保护间隔左右两端形成了不同的排列形式。天线1和天线2发送的实数数据编码如图2所示，其中，t表示时间序号，f表示子载波序号。
以一个具有2个子载波的多载波系统为例，本领域技术人员应当理解的是，此处以2个子载波为例，而非对本发明的限制。天线1和天线2分别使用2个子载波发送数据，假设每个子载波上发送2个QAM复数符号。并且在这2个QAM复数符号的正中间插入了一个保护间隔，防止间隔两端的数据之间的干扰。对于使用的2个子载波来说，天线1在保护间隔左端发送的实数数据分别为天线2在保护间隔左端发送的实数数据分别为天线1在保护间隔右端发送的实数数据分别为天线2在保护间隔右端发送的实数数据分别为天线1发送的实数数据a1,2和b1,2以及天线2发送的实数数据b1,2和-a1,2，以及其与自身受到的虚部干扰所共同构成的4个复数数据满足Alamouti编码形式。另外一种具体实现方式是天线1在保护间隔右端发送的实数数据分别为天线2在保护间隔右端发送的实数数据分别为天线1发送的实数数据a1,2和-b1,2以及天线2发送的实数数据b1,2和a1,2，以及其与自身受到的虚部干扰所共同构成的4个复数数据满足Alamouti编码形式。
在形成上述编码方案后，实数数据就可以进行实虚交错调制发送出去。利用Alamouti编码的正交性可在接收端恢复出原始发送的4个实数数据，消除接收端信号的虚部干扰的影响，降低了系统的误码率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波方法，包括数据编码步骤、实虚交错调制步骤、发送数据步骤以及接收数据步骤，其特征在于：
(1)数据编码步骤：分别形成两组数据，所述两组数据均包括第一数据阵和第二数据阵，第一数据阵和第二数据阵均由多个数据段组成，每个数据段包括多个实数符号，第一组数据中的数据内容和第二组数据中的数据内容满足Alamouti编码形式，其中，数据内容为所述两组数据中的多个实数符号以及其受到的虚部干扰所形成的多个复数符号；
(2)实虚交错调制步骤：分别对所述两组数据进行实虚交错调制；
(3)发送数据步骤：在第一天线发送调制后的第一组数据，并在第二天线发送调制后的第二组数据，所述两组数据中，第一数据阵和第二数据阵之间均插入保护间隔；
(4)接收数据步骤：接收天线接收所发送的调制后的两组数据，根据所获取的调制后的两组数据来恢复数据；
所述数据编码步骤和发送数据步骤采用下述四种方式中的任一种：
第一种方式：
所述数据编码步骤中，所述第一组数据的第一数据阵和第二数据阵分别均由M行数据段构成，每个数据段均包括2N个实数符号，M、N均为正整数，其中，第一数据阵的第m行数据段为am,1,am,2,am,3,...,am,2N，第二数据阵的第m行数据段为-bM+1-m,1,bM+1-m,2,-bM+1-m,3,...,bM+1-m,2N；所述第二组数据的第一数据阵和第二数据阵分别均由M行数据段构成，每个数据段均包括2N个实数符号，M、N均为正整数，其中，第一数据阵的第m行数据段为bm,1,bm,2,bm,3,...,bm,2N；第二数据阵的第m行数据段为aM+1-m,1,-aM+1-m,2,aM+1-m,3,...,-aM+1-m,2N；其中m表示数据段的序号,m＝1,2,…,M；1到2N表示实数符号序号；所述发送数据步骤中，在第一天线由M个子载波顺序发送第一数据阵的M行数据段，由第M+1～第2M个子载波顺序发送第二数据阵的M行数据段，第M个子载波和第M+1个子载波之间额外增加任意宽度的频率间隔，在所述频率间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔；
在第二天线由M个子载波顺序发送第一数据阵的M行数据段，由第M+1～第2M个子载波顺序发送第二数据阵的M行数据段，第M个子载波和第M+1个子载波之间额外增加了任意宽度的频率间隔，在所述频率间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔；
第二种方式：
所述数据编码步骤中，所述第一组数据的第一数据阵和第二数据阵分别均由M行数据段构成，每行数据段均包括2N个实数符号，M、N均为正整数，其中，第一数据阵的第m行数据段为am,1,am,2,am,3,...,am,2N，第二数据阵的第m行数据段为bM+1-m,1,-bM+1-m,2,bM+1-m,3,...,-bM+1-m,2N；
所述第二组数据的第一数据阵和第二数据阵分别均由M行数据段构成，每个数据段均包括2N个实数符号，M、N均为正整数，其中，第一数据阵的第m行数据段为bm,1,bm,2,bm,3,…,bm,2N第二数据阵的第m行数据段为-aM+1-m,1,aM+1-m,2,-aM+1-m,3,...,aM+1-m,2N其中m表示数据段的序号,m＝1,2,…,M；1到2N表示实数符号序号；
所述发送数据步骤中，在第一天线由M个子载波顺序发送第一数据阵的M行数据段，由第M+1～第2M个子载波顺序发送第二数据阵的M行数据段，第M个子载波和第M+1个子载波之间额外增加任意宽度的频率间隔，在所述频率间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔；
在第二天线由M个子载波顺序发送第一数据阵的M行数据段，由第M+1～第2M个子载波顺序发送第二数据阵的M行数据段，第M个子载波和第M+1个子载波之间额外增加了任意宽度的频率间隔，在所述频率间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔；
第三种方式：
所述数据编码步骤中，所述第一组数据的第一数据阵和第二数据阵分别均由N列数据段构成，每列数据段均包括M个实数符号，N、M均为正整数，其中，第一数据阵的第n列数据段为a1,n,a2,n,a3,n,...,aM,n，第二数据阵的第n列数据段为b1,N+1-n,-b2,N+1-n,b3,N+1-n,...,-bM,N+1-n；
所述第二组数据的第一数据阵和第二数据阵分别均由N列数据段构成，每列数据段均包括M个实数符号，N、M均为正整数，其中，第一数据阵的第n列数据段为b1,n,b2,n,b3,n,...,bM,n，第二数据阵的第n列数据段为-a1,N+1-n,a2,N+1-n,-a3,N+1-n,...,aM,N+1-n；其中n表示数据段的序号，n＝1,2,3,…,N；1到M表示实数符号的序号；
所述发送数据步骤中，在第一天线由M个子载波发送第一数据阵的N列数据段、第二数据阵的N列数据段、以及两个数据阵之间的任意长度的时间间隔，在所述任意长度的时间间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔，其中，第m个子载波顺序发送第一数据阵内每列数据段的第m个实数数据、所述任意长度的时间间隔及第二数据阵内每列数据段的第m个实数数据；
在第二天线由M个子载波发送第一数据阵的N列数据段、第二数据阵的N列数据段、以及两个数据阵之间的任意长度的时间间隔，在所述任意长度的时间间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔，其中，第m个子载波顺序发送第一数据阵内每列数据段的第m个实数数据、任意长度的时间间隔及第二数据阵内每列数据段的第m个实数数据；其中m表示实数符号的序号，m＝1,2,3,…,M；
第四种方式：
所述数据编码步骤中，所述第一组数据的第一数据阵和第二数据阵分别均由N列数据段构成，每列数据段均包括M个实数符号，N、M均为正整数，其中，第一数据阵的第n列数据段为a1,n,a2,n,a3,n,...,aM,n，第二数据阵的第n列数据段为-b1,N+1-n,b2,N+1-n,-b3,N+1-n,...,bM,N+1-n；
所述第二组数据的第一数据阵和第二数据阵分别均由N列数据段构成，每列数据段均包括M个实数符号，N、M均为正整数，其中，第一数据阵的第n列数据段为b1,n,b2,n,b3,n,...,bM,n，第二数据阵的第n列数据段为a1,N+1-n,-a2,N+1-n,a3,N+1-n,...,-aM,N+1-n；其中n表示数据段的序号，n＝1,2,3,…,N；1到M表示实数符号的序号；
所述发送数据步骤中，在第一天线由M个子载波发送第一数据阵的N列数据段、第二数据阵的N列数据段、以及两个数据阵之间的任意长度的时间间隔，在所述任意长度的时间间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔，其中，第m个子载波顺序发送第一数据阵内每列数据段的第m个实数数据、所述任意长度的时间间隔及第二数据阵内每列数据段的第m个实数数据；
在第二天线由M个子载波发送第一数据阵的N列数据段、第二数据阵的N列数据段、以及两个数据阵之间的任意长度的时间间隔，在所述任意长度的时间间隔内不发送数据，以形成所述保护间隔，其中，第m个子载波顺序发送第一数据阵内每列数据段的第m个实数数据、任意长度的时间间隔及第二数据阵内每列数据段的第m个实数数据；其中m表示实数符号的序号，m＝1,2,3,…,M。
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