CN104202288B - 一种混合载波调制mimo系统的数据收发方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混合单载波调制和OFDM载波调制的MIMO系统的混合数据发送帧格式及其相应的收发方法与装置。发送机通过单载波信号发生器对前导码及信令字段采用单载波调制产生各个发送链路的单载波发送序列，但同时为了匹配接收机采用同一采样率处理所有数据，单载波发送序列在进入数模转换器之前需要通过脉冲成形多相滤波器将采样率处理成与OFDM的采样率相同；发送机通过OFDM信号发生器对数据字段部分采用OFDM调制方式发送；接收机的数据接收过程为与发送机发送数据相反的过程。本发明提供了一种应用于MIMO通信系统的兼容单载波和多载波的混合载波机制发送方式，可以减少工作在同一频段的单载波系统和多载波系统的干扰，提高通信系统的可靠性。

Description

一种混合载波调制MIMO系统的数据收发方法与装置
技术领域
本发明涉及一种同时实现单载波和正交频分多址调制机制的混合数据发送帧格式及其相应的数据收发方法与装置，属于无线通信技术领域。
背景技术
由于无线频谱资源的日益紧张，毫米波通信受到了广泛的关注。高吞吐率的毫米波通信技术成为无线通信技术最为活跃的领域之一。在毫米波频段，迫切需要降低基带信号的峰均比，以减轻功率放大器的设计难度。相对于正交频分复用(OFDM:OrthogonalFrequency Division Multiplexing)系统，单载波调制方式具有低峰均比优势的同时，仍然具有与OFDM相似的接收机复杂度及通信系统性能。因此，单载波系统在毫米波通信中被广泛采用。但是，单载波系统实现预编码和多用户的复杂性比较高，而OFDM系统则能以较低的复杂度进行预编码设计，并对发送数据进行预编码操作，进而增强系统的可靠性和吞吐率。
基于上述发现，单载波调制和OFDM调制联合使用是毫米波通信的关键之技术之一。IEEE 802.11ad和IEEE 802.11aj两种无线局域网标准圴采用单载波调制方式发送前导码序列及信令字段，而数据字段则采用OFDM方式发送。采用单载波发送主要原因是降低发送信号的峰均比(PAR：Peak to average ratio)，进而降低功率放大器的设计难度与硬件实现成本。而采用OFDM发送的主要原因是降低接收机制复杂度及提高系统吞吐率。但采用的阵列天线技术设计IEEE 802.11ad标准的帧格式及发送方式无法直接应用于多输入多输出(MIMO：Multiple Input Multiple Output)通信系统。基于上述发现，本发明提出一种可同时支持单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的混合数据发送帧格式及其相应的收发方法与装置。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种可同时支持单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的混合数据发送帧格式及其相应的数据收发方法与装置，进一步提高通信系统的兼容性。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据发送方法，包括以下步骤：
(A1)产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为X的单载波发送序列；
(A2)将各个发送链路上的单载波发送符号序列进行升降采样处理形成采样率为Y的单载波发送序列；
(A3)产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为Y的OFDM载波发送序列；
(A4)各个发送链路上将步骤(A2)和(A3)的发送序列合成，再进行数模转换，通过射频模块发送；
其中，单载波发送序列包括同步训练字段、信道估计训练字段和信令字段A(SIG-A)；OFDM载波发送序列包括用于估计OFDM-MIMO发送的等效信道的长训练字段和数据字段，在多用户模式下在长训练字段与数据字段之间还包括信令字段B(SIG-B)；
所述步骤(A1)的具体步骤包括：
(A11)生成MIMO发送装置的第iTX条发送链路上的同步训练字段和信道估计训练字段iTX＝1,…,NTX，NTX表示发射天线数；
(A12)生成SIG-A字段，对SIG-A进行基本基带信号处理之后，再进行循环移位分集(CSD:Cyclic Shift Diversity)运算将SIG-A映射到各发送链路，在各发送链路上分别对CSD之后的SIG-A进行成块和插入保护间隔操作合并在链路的信道估计训练字段之后，得到采样率为X的序列iTX＝1,…,NTX。
所述步骤(A2)的具体步骤包括：
(A21)对步骤(A12)产生的采用脉冲成形多相滤波器进行升采样和脉冲成型操作，得到采样率为Z的序列Z＝[X,Y]，[X,Y]表示X和Y的最小公倍数，iTX＝1,…,NTX；
(A22)对步骤(A21)所得的进行Z/Y倍降采样处理，得到采样率为Y的单载波发送序列iTX＝1,…,NTX。
所述步骤(A3)的具体步骤包括：
(A31)生成用于估计OFDM-MIMO发送的等效信道的长训练字段，长训练字段经过空间映射操作送到各个发射链路，在各个发射链路上分别对长训练字段做快速逆傅里叶变换(IFFT：Inverse Fast Fourier Transform)和插入保护间隔操作形成各个链路上采样率为Y的发送序列iTX＝1,…,NTX；
(A32)判断是单用户模式还是多用户模式，如果是单用户模块执行步骤(A33)，否则执行步骤(A34)和步骤(A35)；
(A33)生成数据字段，对数据字段进行基本基带信号处理、循环移位和空间映射，得到各个发射链路上的发送数据，在各个发射链路上分别对发送数据做IFFT和插入保护间隔操作形成各个链路上采样率为Y的发送序列iTX＝1,…,NTX；
(A34)生成各用户的SIG-B字段，分别对各用户的SIG-B字段进行基本基带信号处理之后，再进行CSD运算将SIG-B映射到该用户的空时流，将所有用户的空时流经过空间映射送到各个发送链路，在各个发送链路上分别对SIG-B做IFFT和插入保护间隔操作形成各个链路上采样率为Y的发送序列iTX＝1,…,NTX；
(A35)生成各用户的数据字段，分别对各用户的数据字段进行基本基带信号处理和循环移位之后组合各用户生成的空时流，经过空间映射得到各个发射链路上的发送数据，在各个发射链路上分别对发送数据做IFFT和插入保护间隔操作形成各个链路上采样率为Y的发送序列iTX＝1,…,NTX。
一种混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据接收方法，用于接收采用上述数据发送方法发送的数据，包括以下步骤：
(B1)接收机以采样率Y对模拟信号进行采样；
(B2)对采样得到的单载波序列进行升降采样处理得到采样率为X的单载波接收序列；
(B3)使用信道估计训练字段对应的接收数据估计信道，采用单载波解调得到SIG-A的配置信息，并根据SIG-A的配置信息配置接收机；
(B4)使用OFDM符号序列中的长训练字段对应的接收数据进行OFDM-MIMO发送的等效信道估计，采用OFDM解调得到发送数据。
所述步骤(B2)的具体步骤包括：
(B21)对单载波序列进行升采样和脉冲成型操作，得到采样率为Z的序列，Z＝[X,Y]，[X,Y]表示X和Y的最小公倍数，iTX＝1,…,NTX；
(B22)对步骤(B21)所得的序列进行Z/X倍降采样处理，得到采样率为X的单载波接收序列。
所述步骤(B3)的具体步骤包括：
(B31)接收机使用信道估计训练字段对应的接收数据估计信道，当使用频域估计时，对信道估计训练字段对应的接收数据进行去保护间隔和快速傅里叶变换(FFT：FastFourier Transform)操作后，采用信道估计算法进行信道估计，得到频域信道矩阵，当使用时域估计时，使用本地信道估计训练字段与其对应的接收数据进行互相关运算得到信道冲激响应后进行FFT操作得到频域信道矩阵；
(B32)SIG-A经过解块、均衡、基本基带信号处理之后得到SIG-A的配置信息，根据SIG-A的配置信息配置接收机。
所述步骤(B4)的具体步骤包括：
(B41)判断SIG-A指示的用户模式是单用户模式还是多用户模式，如果是单用户模块执行步骤(B42)，否则执行步骤(B43)和步骤(B44)；
(B42)利用长训练字段对应的接收数据，采用信道估计算法进行信道估计，得出OFDM-MIMO发送的等效信道，对数据进行去保护间隔、均衡和基本基带信号处理，得到发送的数据；
(B43)各个用户根据SIG-A中指示的空时流的数量和位置，利用长训练字段对应的接收数据，采用信道估计算法进行信道估计，得出OFDM-MIMO发送的等效信道；
(B44)对SIG-B进行去保护间隔、均衡和基本基带信号处理，根据SIG-B配置接收机，数据字段经过去保护间隔、均衡和基本基带信号处理，得到发送的数据。
一种采用如上所述混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据发送方法的发送机，包括：
单载波信号发生器，用于产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为X的单载波发送序列，其中单载波发送序列包括同步训练字段、信道估计训练字段和SIG-A字段；
OFDM信号发生器，用于产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为Y的OFDM载波发送序列，其中OFDM载波发送序列包括用于估计OFDM-MIMO发送的等效信道的长训练字段和数据字段，在多用户模式下在长训练字段与数据字段之间还包括SIG-B字段；
脉冲成形多相滤波器，用于对单载波发送符号序列进行升降采样处理形成采样率为Y的单载波发送序列；
数模转换器，用于将单载波发送序列和OFDM载波发送序列进行数模转换；
以及发送机射频模块，用于发送数模转换后的模拟信号。
一种采用如上所述混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据接收方法的接收机，包括：
接收机射频模块，用于接收发送机发出的数据，输出模拟信号；
模数转换器，用于以采样率Y对模拟信号进行采样，得到采样率为Y的符号序列；
匹配多相滤波器，用于对单载波序列进行升降采样处理得到采样率为X的单载波接收序列；
单载波信号解调模块，用于信道估计以及对单载波接收序列进行解调得到SIG-A的配置信息，并根据SIG-A的配置信息配置接收机；
以及，OFDM信号解调模块，用于OFDM-MIMO信道估计以及对OFDM接收序列解调得到发送数据。
一种混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统，包括发送机和接收机，所述发送机包括：
单载波信号发生器，用于产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为X的单载波发送序列，其中单载波发送序列包括同步训练字段、信道估计训练字段和SIG-A字段；
OFDM信号发生器，用于产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为Y的OFDM载波发送序列，其中OFDM载波发送序列包括用于估计OFDM-MIMO发送的等效信道的长训练字段和数据字段，在多用户模式下在长训练字段与数据字段之间还包括SIG-B字段；
脉冲成型多相滤波器，用于对单载波发送符号序列进行升降采样处理形成采样率为Y的单载波发送序列；
数模转换器，用于将单载波发送序列和OFDM载波发送序列进行数模转换；
以及发送机射频模块，用于发送数模转换后的模拟信号；
所述接收机包括：
接收机射频模块，用于接收发送机发出的数据，输出模拟信号；
模数转换器，用于以采样率Y对模拟信号进行采样，得到采样率为Y的符号序列；
匹配多相滤波器，用于对单载波序列进行升降采样处理得到采样率为X的单载波接收序列；
单载波信号解调模块，用于信道估计以及对单载波接收序列进行解调得到SIG-A的配置信息，并根据SIG-A的配置信息配置接收机；
以及，OFDM信号解调模块，用于OFDM-MIMO信道估计以及对OFDM接收序列解调得到发送数据。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种应用于MIMO通信系统的兼容单载波和多载波的混合载波机制发送方式，可以减少工作在同一频段的单载波系统和多载波系统的干扰，提高通信系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的单用户MIMO帧格式示意图；
图2为本发明实施例的多用户MIMO帧格式示意图；
图3为本发明实施例的信令字段A的发送框图；
图4为本发明实施例的成形滤波器的多相实现框图；
图5为本发明实施例的长训练字段的发送原理图；
图6为本发明实施例的单用户数据字段的发送框图；
图7为本发明实施例的多用户数据字段的发送框图；
图8为本发明实施例的一条发送链路上的发送框图；
图9为本发明实施例的脉冲成型函数的时域响应图；
图10为本发明实施例的多相滤波器第1路的结构图，其中h1(11)对应中心抽头；
图11为本发明实施例的匹配滤波器的多相实现框图。
具体实施方式
本发明的技术可以用于各种宽带无线通信系统，实现的无线节点可以包括接入点或者接入终端，这种通信系统的例子包括毫米波无线多输入多输出通信系统等。
下面以毫米波无线局域网(IEEE 802.11aj)540MHz带宽下混合载波机制发送为例详细本发明的操作步骤，其中所述单载波的采样率是440MHz,OFDM的采样率是660MHz,所述的子载波数量是256，有效子载波是179，空子载波数量是77，179个有效子载波中包括8个导频子载波，3个直流子载波和168个数据子载波。
如图1所示，单用户MIMO帧结构，即单载波前导码(简称为SC Preamble)，单载波信令字段A(简称为SC SIG-A)和OFDM字段的结构，其可以包含单载波同步训练字段(简称为SC STF)，单载波信道估计训练字段(简称为SC CTF)，单载波信令字段A(简称为SC SIG-A)，OFDM长训练字段(简称为OFDM-LTF)和OFDM数据字段。
如图2所示，多用户MIMO帧结构，即单载波前导码(简称为SC Preamble)，单载波信令字段A(简称为SC SIG-A)和OFDM字段的结构，其可以包含单载波同步训练字段(简称为SC STF)，单载波信道估计训练字段(简称为SC CTF)，单载波信令字段A(简称为SC SIG-A)，OFDM长训练字段(简称为OFDM-LTF)，信令字段B(简称为SIG-B)和数据字段。
针对上述的单用户MIMO帧结构和多用户MIMO帧结构，一种混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据发送方法包括如下步骤：
步骤a1：生成MIMO发送装置各个发送链路上的同步训练字段和信道估计训练字段，采样速率是440MHz；
步骤a2：根据发送数据所采用的方式配置SIG-A的各个字段之后，如图3所示，SIG-A经过扰码、信道编码、交织、星座映射之后，经过CSD运算将SIG-A映射到各发送链路，在各发送链路上分别对CSD之后的SIG-A进行成块和插入保护间隔操作，采样速率是440MHz；
步骤a3:由于前导码和SIG-A都是单载波方式发送的，并且信号的速率相同，将SIG-A直接合并在前导码之后即可；
步骤a4:步骤a3所得序列通过图4所示的脉冲成形多相滤波器，440MHz的符号序列分别通过脉冲成形多相滤波器的三路，每一路的输出都是440MHz的信号，通过一个选择开关，采样各路信号，并将信号的采样速率提高到了1320MHz，其中，选择开关一般是数字逻辑电路实现的，当发送数据第一个符号移入到脉冲成形多相滤波器第一路的中心抽头时，输出的符号作为该单载波字段升采样之后的第一个符号，这样的规定可以减少过渡区域的长度，并且有利于硬件系统的同步；
步骤a5:对步骤a4中得到符号序列经2:1减采样处理，使单载波符号速率降低到OFDM字段的采样速率660MHz。为了便于同步的实现，一种可选的方案是将步骤a4的数据先用一个缓冲区保存下来，然后按照先入先出的原则每间隔一个符号输出一个符号；
步骤a6：生成用于估计OFDM-MIMO发送的等效信道的长训练字段，长训练字段的长度取决于空时流数，定义在频域的序列和一个正交映射矩阵生成与空间数据流数对应的长训练字段，经过空间映射操作送到各个发射链路，长训练字段的OFDM符号生成框图如图5所示，系数表示第k个子载波处的正交映射矩阵的m行n列的矩阵的元素，当发送4个空时流时，正交映射矩阵是
P LTF = 1 - 1 1 1 1 1 - 1 1 1 1 1 - 1 - 1 1 1 1    (公式1)
如果第k个子载波是导频子载波，则系数的取值为：
[ A LTF k ] m , n = [ P LTF ] 1 , n    (公式2)
如果第k个子载波是数据子载波，则系数的取值为：
[ A LTF k ] m , n = [ P LTF ] m , n    (公式3)
在各个发射链路上分别对长训练字段做IFFT和插入保护间隔操作形成发送序列；
步骤a7：如果发送的数据是单用户数据帧，则执行步骤a8；如果发送的数据是多用户数据帧，则执行步骤a9和步骤a10；
步骤a8：如图6所示，针对单用户MIMO模式，数据经过物理层补零、扰码、信道编码、流解析、星座映射、低密度奇偶校验码子载波映射、空时分组编码、循环移位和空间映射，其中，空间映射与步骤a6的空间映射相同，得到各个发射链路上的发送数据，然后在各个发射链路上分别对发送数据做IFFT和加入保护间隔处理后形成各个链路上的发送序列；
步骤a9：生成各用户的SIG-B字段，分别对各用户的SIG-B字段进行扰码、信道编码、星座映射、低密度奇偶校验码子载波映射、经过CSD运算将SIG-B映射到该用户的空时流，将所有用户的空时流经过空间映射送到各个发送链路，在各个发送链路上分别对SIG-B做IFFT和插入保护间隔操作形成各个链路上的发送序列；
步骤a10：如图7所示，针对多用户MIMO模式，所有用户的数据字段各自独立的经过物理层补零、扰码、信道编码、流解析、星座映射、低密度奇偶校验码子载波映射和循环移位，组合各用户生成的空时流，经过空间映射得到各个发射链路上的发送数据，然后在各个发射链路上分别对发送数据做IFFT和插入保护间隔处理后形成各个链路上的发送序列；
步骤a11：各个链路上合并单载波调制后的发送序列和OFDM载波调制后的发送序列，经过数模转化器，经过射频模块发送出去。
一条天线链路上的发送框图如图8所示，其中单载波发送序列的升采样和降采样操作通过脉冲成形多相滤波器实现，脉冲成形多相滤波器的每一路包含多个抽头，抽头系数记作hi(n)，表示脉冲成形多相滤波器第i(i＝1,2,3)路的第n个抽头系数。设计的步骤如下：
步骤101：确定多载波调制发送下，信号的功率谱密度，选择连续的脉冲成型函数h(t)使得单载波信号的功率谱密度与OFDM调制下的功率谱密度相似；
步骤102：截取h(t)到一个有限的时间区间，使用单载波升采样之后的采样速率对连续脉冲成型函数h(t)取样，得到离散的脉冲成形多相滤波器，滤波器hfix(n)的系数是：[1,-6,-5,3,8,0,-8,-4,6,8,-4,-13,-2,16,14,-9,-23,-4,23,15,-20,-27,20,57,4,-99,-102,70,247,144,-264,-558,-175,991,2327,2917,2327,991,-175,-558,-264,144,247,70,-102,-99,4,57,20,-27,-20,15,23,-4,-23,-9,14,16,-2,-13,-4,8,6,-4,-8,0,8,3,-5,-6,1]，该滤波器的阶数是70，滚降系数是0.25，为了保证滤波前后，符号的功率相同，归一化因子是滤波器的系数如图9所示；
步骤103：通过步骤102，可以获得长度为71的脉冲成形多相滤波器的系数。采用多相的实现结构，脉冲成形多相滤波器被分解为3路多相滤波器。每一路需要个抽头系数；
步骤104：脉冲成形多相滤波器h(n)的系数的峰值对应的采样的位置n0＝35。脉冲成形多相滤波器第1路的中心抽头的系数即为h(n0)。相应的，h(n0+1)，h(n0+2)分别对应第2路和第3路的中心抽头的系数；
步骤105：通过步骤104，找到了脉冲成形多相滤波器各路的中心抽头。根据中心位置的抽头系数可以确定其他位置的抽头系数，以第1路的脉冲成形多相滤波器为例，系数h1(n)可以使用如下公式给出
   (公式4)
产生的第一路的滤波器结构如图10所示；
类似的，第2路，第3路滤波器分别通过下面的公式确定：
   (公式5)
   (公式6)
其中,n的取值范围是:0≤n≤m-1，当i＞70时，h(i)＝0。
以毫米波无线局域网(IEEE 802.11aj)540MHz带宽下混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的一帧数据的接收为例详细说明数据帧的处理方法，包括如下步骤：
步骤b1：接收端模数转化器以OFDM的采样率660MHz对模拟信号采样；
步骤b2：将前导码序列和SIG-A通过如图11所示的匹配多相滤波器，660MHz的基带信号分别通过匹配多相滤波器的两路，每一路的输出都是660MHz的信号，通过一个选择开关，采样各路信号，并将信号的采样速率提高到了1320MHz；
步骤b3：将升采样1320MHz之后的序列保存到一个缓冲区，接收序列Tc是单载波采样率的倒数，可以分解成3个440MHz的接收序列，分别是r(nTc)，和将接收序列与本地同步训练字段相关，选出相关峰值最高的序列作为降采样到440MHz的接收序列；
步骤b4：接收机在单载波的符号速率440MHz下使用信道估计训练字段对应接收数据估计信道，当使用频域估计时，对信道估计训练字段对应的接收数据进行去保护间隔和FFT操作后估计得到频域信道矩阵，当使用时域估计时，估计信道冲激响应后进行FFT操作得到频域信道矩阵；
步骤b5：SIG-A经过解块、均衡、解调、解交织、信道译码、解扰码和CRC校验之后得到SIG-A的配置信息；根据SIG-A的配置信息，例如多用户模式/单用户模式，编码调制方案等，配置接收机，如果SIG-A指示为单用户MIMO模式，则执行步骤b6，否则为多用户MIMO模式，执行步骤b7和步骤b8；
步骤b6：利用长训练序列对应的接收数据估计OFDM-MIMO发送的等效信道，对数据进行去保护间隔、均衡、解低密度奇偶校验码子载波映射、解调、解流解析、信道译码、解扰码、去填充操作，得到发送数据；
步骤b7：各个用户根据SIG-A中指示的空时流的数量和位置，利用长训练序列字段对应的接收数据，估计得出等效信道矩阵；
步骤b8：对SIG-B进行去保护间隔、均衡、解低密度奇偶校验码子载波映射、解调、信道译码、解扰码操作，根据SIG-B配置接收机，数据字段经过去保护间隔、均衡、解低密度奇偶校验码子载波映射、解调、解流解析、信道译码、解扰码和去填充操作，得到发送数据。
接收端匹配多相滤波器包含两路，每路有多个抽头系数hi(n),hi(n)表示匹配多相滤波第i(i＝1,2)路的第n个抽头的系数。接收端匹配多相滤波器可以使用和发送端的脉冲成形滤波器相同的系数，下面以相同的滤波器系数为例，说明接收端匹配多相滤波器的设计：
步骤201：确定匹配多相滤波器各路的抽头个数，
步骤202：滤波器系数的峰值对应的采样位置n0＝35,匹配多相滤波器的第1路的中心轴头对应的系数为h(n0)，相应的第2路的中心抽头对应的系数是h(n0+1)。
步骤203：根据中心抽头系数，可以按照如下公式，确定匹配多相滤波器其他各路的抽头系数：
   (公式7)
   (公式8)
其中，n的取值范围是:0≤i≤m-1。当i＞70时，h(i)＝0。
本发明实施例还提供了一种混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统，包括发送机和接收机，发送机包括单载波信号发生器、OFDM信号发生器、脉冲成形多相滤波器、数模转换器以及发送机射频模块，其中
单载波信号发生器，用于产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为X的单载波发送序列，其包括前导码处理单元和SIG-A处理单元，前导码处理单元用于产生各个发送链路上的同步训练字段和信道估计训练字段，SIG-A处理单元用于产生SIG-A字段，并对SIG-A字段进行单载波调制并映射到各个发送链路；
OFDM信号发生器，用于产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为Y的OFDM载波发送序列，其包括长训练字段处理单元、数据处理单元和SIG-B处理单元，长训练字段处理单元用于产生用于估计OFDM-MIMO发送的等效信道的长训练字段并经过空间映射到各个发射链路，数据处理单元用于产生数据字段并对数据字段进行OFDM调制并映射到各个发送链路，SIG-B处理单元用于在多用户模式下产生SIG-B字段并进行OFDM调制并映射到各个发送链路；
脉冲成形多相滤波器，用于对单载波发送符号序列进行升降采样处理形成采样率为Y的单载波发送序列；
数模转换器，用于将单载波发送序列和OFDM载波发送序列进行数模转换；
以及发送机射频模块，用于发送数模转换后的模拟信号；
所述接收机包括：
接收机射频模块，用于接收发送机发出的数据，输出模拟信号；
模数转换器，用于以采样率Y对模拟信号进行采样，得到采样率为Y的符号序列；
匹配多相滤波器，用于对单载波序列进行升降采样处理得到采样率为X的单载波接收序列；
单载波信号解调模块，用于信道估计以及对单载波接收序列进行解调得到SIG-A的配置信息，并根据SIG-A的配置信息配置接收机；
以及，OFDM信号解调模块，用于OFDM-MIMO信道估计以及对OFDM接收序列解调得到发送数据。

Claims (9)

1.一种混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据发送方法，其特征在于，包括以下步骤：
(A1)产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为X的单载波发送序列；
(A2)将各个发送链路上的单载波发送序列进行升降采样处理形成采样率为Y的单载波发送序列；
(A3)产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为Y的OFDM载波发送序列；
(A4)各个发送链路上将步骤(A2)和(A3)的发送序列合成，再进行数模转换，通过射频模块发送；
所述步骤(A1)中单载波发送序列包括同步训练字段、信道估计训练字段和信令字段A(SIG-A)字段；
所述步骤(A3)中的OFDM载波发送序列包括用于估计OFDM-MIMO发送的等效信道的长训练字段和数据字段，在多用户模式下在长训练字段与数据字段之间还包括信令字段B(SIG-B)字段。
2.根据权利要求1所述的混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据发送方法，其特征在于，所述步骤(A1)产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为X的单载波发送序列的具体步骤包括：
(A11)生成MIMO发送装置的第iTX条发送链路上的同步训练字段和信道估计训练字段iTX＝1,…,NTX，NTX表示发射天线数；
(A12)生成SIG-A字段，对SIG-A进行基本基带信号处理之后，再进行循环移位分集CSD运算将SIG-A映射到各发送链路，在各发送链路上分别对CSD之后的SIG-A进行成块和插入保护间隔操作合并在链路的信道估计训练字段之后，得到序列iTX＝1,…,NTX；
所述步骤(A2)将各个发送链路上的单载波发送序列进行升降采样处理形成采样率为Y的发送序列的具体步骤包括：
(A21)对步骤(A12)产生的采用脉冲成形多相滤波器进行升采样和脉冲成型操作，得到采样率为Z的序列Z＝[X,Y]，[X,Y]表示X和Y的最小公倍数，iTX＝1,…,NTX；
(A22)对步骤(A21)所得的进行Z/Y倍降采样处理，得到采样率为Y的单载波发送序列iTX＝1,…,NTX。
3.根据权利要求1所述的混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据发送方法，其特征在于，所述步骤(A3)产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为Y的OFDM载波发送序列的具体步骤包括：
(A31)生成用于估计OFDM-MIMO发送的等效信道的长训练字段，长训练字段经过空间映射操作送到各个发射链路，在各个发射链路上分别对长训练字段做快速逆傅里叶变换IFFT和插入保护间隔操作形成各个链路上的发送序列iTX＝1,…,NTX；
(A32)判断是单用户模式还是多用户模式，如果是单用户模式执行步骤(A33)，否则执行步骤(A34)和步骤(A35)；
(A33)生成数据字段，对数据字段进行基本基带信号处理、循环移位和空间映射，得到各个发射链路上的发送数据，在各个发射链路上分别对发送数据做IFFT和插入保护间隔操作形成各个链路上的发送序列iTX＝1,…,NTX；
(A34)生成各用户的SIG-B字段，分别对各用户的SIG-B字段进行基本基带信号处理之后、再进行CSD运算将SIG-B映射到该用户的空时流，将所有用户的空时流经过空间映射送到各个发送链路，在各个发送链路上分别对SIG-B做IFFT和插入保护间隔操作形成各个链路上的发送序列iTX＝1,…,NTX；
(A35)生成各用户的数据字段，分别对各用户的数据字段进行基本基带信号处理和循环移位之后，组合各用户生成的空时流，经过空间映射得到各个发射链路上的发送数据，在各个发射链路上分别对发送数据做IFFT和插入保护间隔操作形成各个链路上的发送序列iTX＝1,…,NTX。
4.一种混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据接收方法，用于接收采用如权利要求1所述的数据发送方法发送的数据，其特征在于，包括以下步骤：
(B1)接收机以采样率Y对模拟信号进行采样；
(B2)对采样得到的单载波序列进行升降采样处理得到采样率为X的单载波接收序列；
(B3)使用信道估计训练字段对应的接收数据估计信道，采用单载波解调得到SIG-A的配置信息，并根据SIG-A的配置信息配置接收机；
(B4)使用OFDM符号序列中的长训练字段对应的接收数据进行OFDM-MIMO发送的等效信道估计，采用OFDM解调得到发送数据。
5.根据权利要求4所述的混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据接收方法，其特征在于，所述步骤(B2)对采样得到的单载波序列进行升降采样处理得到采样率为X的单载波接收序列的具体步骤包括：
(B21)对单载波序列进行升采样和脉冲成型操作，得到采样率为Z的序列，Z＝[X,Y]，[X,Y]表示X和Y的最小公倍数，iTX＝1,…,NTX；
(B22)对步骤(B21)所得的序列进行Z/X倍降采样处理，得到采样率为X的单载波接收序列；
所述步骤(B3)使用信道估计训练字段对应的接收数据估计信道，采用单载波解调得到SIG-A的配置信息，并根据SIG-A的配置信息配置接收机的具体步骤包括：
(B31)接收机使用信道估计训练字段对应的接收数据估计信道，当使用频域估计时，对信道估计训练字段对应的接收数据进行去保护间隔和快速傅里叶变换FFT操作后，采用信道估计算法进行信道估计，得到频域信道矩阵，当使用时域估计时，使用本地信道估计训练字段与其对应的接收数据进行互相关运算得到信道冲激响应后进行FFT操作得到频域信道矩阵；
(B32)SIG-A经过解块、均衡和基本基带信号处理之后得到SIG-A的配置信息，根据SIG-A的配置信息配置接收机。
6.根据权利要求4所述的混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据接收方法，其特征在于，所述步骤(B4)使用OFDM符号序列中的长训练字段对应的接收数据进行OFDM-MIMO发送的等效信道估计，采用OFDM解调得到发送数据的具体步骤包括：
(B41)判断SIG-A指示的用户模式是单用户模式还是多用户模式，如果是单用户模式执行步骤(B42)，否则执行步骤(B43)和步骤(B44)；
(B42)利用长训练字段对应的接收数据，采用信道估计算法进行信道估计，得出OFDM-MIMO发送的等效信道，对数据进行去保护间隔、均衡、基本基带信号处理之后得到发送的数据；
(B43)各个用户根据SIG-A中指示的空时流的数量和位置，利用长训练字段对应的接收数据，采用信道估计算法进行信道估计，得出OFDM-MIMO发送的等效信道；
(B44)对SIG-B进行去保护间隔、均衡和基本基带信号处理之后，根据SIG-B配置接收机，数据字段经过去保护间隔、均衡和基本基带信号处理之后得到发送的数据。
7.一种采用如权利要求1-3任一项所述混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据发送方法的发送机，其特征在于，包括：
单载波信号发生器，用于产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为X的单载波发送序列，其中单载波发送序列包括同步训练字段、信道估计训练字段和SIG-A字段；
OFDM信号发生器，用于产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为Y的OFDM载波发送序列，其中OFDM载波发送序列包括用于估计OFDM-MIMO发送的等效信道的长训练字段和数据字段，在多用户模式下在长训练字段与数据字段之间还包括SIG-B字段；
脉冲成形多相滤波器，用于对采样率为X的单载波发送序列进行升降采样处理形成采样率为Y的单载波发送序列；
数模转换器，用于将单载波发送序列和OFDM载波发送序列进行数模转换；
以及发送机射频模块，用于发送数模转换后的模拟信号。
8.一种采用如权利要求4-6所述混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统的数据接收方法的接收机，其特征在于，包括：
接收机射频模块，用于接收发送机发出的数据，输出模拟信号；
模数转换器，用于以采样率Y对模拟信号进行采样，得到采样率为Y的符号序列；
匹配多相滤波器，用于对单载波序列进行升降采样处理得到采样率为X的单载波接收序列；
单载波信号解调模块，用于信道估计以及对单载波接收序列进行解调得到SIG-A的配置信息，并根据SIG-A的配置信息配置接收机；
以及，OFDM信号解调模块，用于OFDM-MIMO信道估计以及对OFDM接收序列解调得到发送数据。
9.一种混合单载波调制和OFDM载波调制MIMO系统，包括发送机和接收机，其特征在于，所述发送机包括：
单载波信号发生器，用于产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为X的单载波发送序列，其中单载波发送序列包括同步训练字段、信道估计训练字段和信令字段A(SIG-A)字段；
OFDM信号发生器，用于产生MIMO发送装置各个发送链路上的采样率为Y的OFDM载波发送序列，其中OFDM载波发送序列包括用于估计OFDM-MIMO发送的等效信道的长训练字段和数据字段，在多用户模式下在长训练字段与数据字段之间还包括信令字段B(SIG-B)字段；
脉冲成形多相滤波器，用于对采样率为X的单载波发送序列进行升降采样处理形成采样率为Y的单载波发送序列；
数模转换器，用于将单载波发送序列和OFDM载波发送序列进行数模转换；
以及发送机射频模块，用于发送数模转换后的模拟信号；
所述接收机包括：
接收机射频模块，用于接收发送机发出的数据，输出模拟信号；
模数转换器，用于以采样率Y对模拟信号进行采样，得到采样率为Y的符号序列；
匹配多相滤波器，用于对单载波序列进行升降采样处理得到采样率为X的单载波接收序列；
单载波信号解调模块，用于信道估计以及对单载波接收序列进行解调得到SIG-A的配置信息，并根据SIG-A的配置信息配置接收机；
以及，OFDM信号解调模块，用于OFDM-MIMO信道估计以及对OFDM接收序列解调得到发送数据。
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