CN105635019A - 一种基于lte的多载波系统调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的基于LTE的多载波系统调制方法采用两级多载波调制和解调，在保证了LTE系统频谱效率和数据传输率的同时，大大增强了保密性能，也降低了硬件成本和实现难度，具有有益的技术效果。

Description

一种基于LTE的多载波系统调制方法

技术领域

本发明涉及保密通信，尤其涉及一种基于LTE的多载波系统调制方法。

背景技术

在未来的移动通信系统中，高带宽、高速率的数据服务是必不可少的，这就要求无线通信技术能有效消除无线信道衰落对传输的不利影响，并达到更高的频谱效率，同时还要兼顾用户间的平等性。

LTE(长期演进)是由3GPP(第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(通用移动通信系统)技术标准的长期演进。LTE系统引入了OFDM和MIMO等关键传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输率；以及为了取得分集复用增益，LTE系统也逐渐采用多载波和动态调制的技术进行传输。

然而，随之而来的问题是，原有的单通道或单载波调制技术已不能满足多载波保密通信的需求，因此，需要提出一种适合LTE的多载波调制方案。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出一种基于LTE的多载波系统调制方法，所述方法包括：

S1、LTE多载波发射机对待发送的多载波信号执行多载波调制并发送；

S2、LTE多载波接收机对接收的多载波信号执行解调。

根据本发明的实施方式，所述S1的LTE多载波发射机对待发送的多载波信号执行多载波调制具体包括：

A1、通过第一交互单元，LTE多载波发射机获取待发送的数据信息；

A2、多载波帧组合单元同时获取第一RS序列生成单元产生的同步信息以及第一交互单元的待发送的数据信息，进行帧组合处理，信息经帧组合后送入第一多载波调制单元进行处理；

A3、帧组合后的数据送入第一多载波调制单元的载频序列调制器，采用载频迁移函数将帧组合后的信息数据进行载频序列调制，得到第一多载波序列信息，再以序列识别码作为地址，访问第一多载波信号载频码缓存单元，得到载频码后送入内插单元；

A4、在内插单元对第一多载波序列进行内插处理，通过对载频码进行内插处理，将其取样速度提升至与第一多载波数字振荡单元取样速度匹配；

A5、内插处理后的信息进入第一多载波数字振荡单元，第一多载波数字振荡单元获取第一多载波信号载频码，输出同相正交两路且与输入数据信息相关的第一多载波信号，同相正交两路信号用式①表示，式中f_c为第一多载波信号的频率，

S_I(t)＝cos(f_ct)，S_Q(t)＝sin(f_ct)①

A6、同相正交两路第一多载波信号分别进入第二多载波单元的内插频率消除单元进行内插，将其取样速度提高至f_s,使其数据率与第二多载波数字振荡单元的输出信号数据率相匹配；

A7、第一RS序列生成单元输出预定义序列,并以序列识别码作为地址访问第二多载波载频码缓存单元；

A8、第二多载波数字振荡单元获取第二多载波频段载频码，产生两路正交的调制速率为R_f的调制载波，分别与经内插后的同相和正交第一多载波信号相混合，得到第一同相和第一正交两路正交的第二多载波信号，用式②表示，式中f_q为第二多载波所选频段的频率，

S_I1(t)＝cos(f_qt),S_Q1(t)＝sin(f_qt)②

A9、第一同相和第一正交信号进入运算放大单元得到二者的差值，第一正交信号和第一同相信号之差通过数模转换单元、送入LTE发射单元，由天线发射；发送信号用式③表示，f_c为第一多载波信号的频率，f_q为第二多载波信号的频率，

S(t)＝S_I(t)-S_Q(t)＝cos(f_ct)*cos(f_qt)-sin(f_ct)*sin(f_qt)＝cos[(f_c+f_q)t]③

本发明的基于LTE的多载波系统调制方法采用两级多载波调制和解调，在保证了LTE系统频谱效率和数据传输率的同时，大大增强了保密性能，也降低了硬件成本和实现难度，具有有益的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的基于LTE的多载波系统结构示意图；

附图2示出了根据本发明实施方式的基于LTE的多载波系统调制方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种基于LTE的多载波系统调制方法，如附图1所示，所述多载波系统包括：LTE多载波发射机和LTE多载波接收机，其中，

所述LTE多载波发射机包括：顺序连接的第一交互单元、多载波帧组合单元、第一多载波调制单元、第二多载波调制单元、数模转换单元和LTE发射单元；其中，

第一多载波调制单元包括依次连接的载频序列调制器、第一多载波信号载频码缓存单元、内插单元和第一多载波数字振荡单元；

第二多载波调制单元则包括第一RS序列生成单元、第二多载波载频码缓存单元、内插频率消除单元、第二多载波数字振荡单元和运算放大单元；

第一RS序列生成单元的一个输出接入多载波帧组合单元、另一输出经第二多载波载频码缓存单元接入第二多载波数字振荡单元，第一多载波数字振荡单元输出的正交和同相信号分别接入一个内插频率消除单元，2个内插频率消除单元输出的内插后的同相和正交载波信号分别与第二多载波数字振荡单元产生的两路载波信号混合，得到第一同相和第一正交信号，接入运算放大单元，得到第一正交信号和第一同相信号之差，经数模转换单元送入LTE发射单元；

所述LTE多载波接收机包括：依次连接的LTE接收单元、模数转换单元、第二多载波解调单元、第一多载波解调单元、多载波帧分离单元和第二交互单元；其中，

第二多载波解调单元包括解调数字振荡单元、逆插频率消除单元、高频消除单元、第二多载波同步单元、第二RS序列生成单元；

第一多载波解调单元包括FFT单元、载频序列解调单元和电平转换同步单元；所述载频序列解调单元包括载频辨识单元和卷积解调单元；

FFT单元的输出接入载频序列解调单元和电平转换同步单元，电平转换同步单元反馈接入FFT单元；多载波帧分离单元输出的同步信息接入第二多载波同步单元，第二多载波同步单元的输出连接第二RS序列生成单元，再接入解调数字振荡单元，解调数字振荡单元发出的两路载波信号与模数转换单元高速数据取样得到第一正交和第一同相两路信号混合后分别经过逆插频率消除单元和高频消除单元得到正交和同相信号送入第一多载波解调单元。

如附图2所示，所述基于LTE的多载波系统调制方法包括：

S1、LTE多载波发射机对待发送的多载波信号执行多载波调制并发送；

S2、LTE多载波接收机对接收的多载波信号执行解调。

根据本发明的实施方式，所述S1的LTE多载波发射机对待发送的多载波信号执行多载波调制具体包括：

A1、通过第一交互单元，LTE多载波发射机获取待发送的数据信息；

A2、多载波帧组合单元同时获取第一RS序列生成单元产生的同步信息以及第一交互单元的待发送的数据信息，进行帧组合处理，信息经帧组合后送入第一多载波调制单元进行处理；

A3、帧组合后的数据送入第一多载波调制单元的载频序列调制器，采用载频迁移函数将帧组合后的信息数据进行载频序列调制，得到第一多载波序列信息，再以序列识别码作为地址，访问第一多载波信号载频码缓存单元，得到载频码后送入内插单元；

A4、在内插单元对第一多载波序列进行内插处理，通过对载频码进行内插处理，将其取样速度提升至与第一多载波数字振荡单元取样速度匹配；

A5、内插处理后的信息进入第一多载波数字振荡单元，第一多载波数字振荡单元获取第一多载波信号载频码，输出同相正交两路且与输入数据信息相关的第一多载波信号，同相正交两路信号用式①表示，式中f_c为第一多载波信号的频率，

S_I(t)＝cos(f_ct)，S_Q(t)＝sin(f_ct)①

A6、同相正交两路第一多载波信号分别进入第二多载波单元的内插频率消除单元进行内插，将其取样速度提高至f_s,使其数据率与第二多载波数字振荡单元的输出信号数据率相匹配；

A7、第一RS序列生成单元输出预定义序列,并以序列识别码作为地址访问第二多载波载频码缓存单元；

A8、第二多载波数字振荡单元获取第二多载波频段载频码，产生两路正交的调制速率为R_f的调制载波，分别与经内插后的同相和正交第一多载波信号相混合，得到第一同相和第一正交两路正交的第二多载波信号，用式②表示，式中f_q为第二多载波所选频段的频率，

S_I1(t)＝cos(f_qt),S_Q1(t)＝sin(f_qt)②

A9、第一同相和第一正交信号进入运算放大单元得到二者的差值，第一正交信号和第一同相信号之差通过数模转换单元、送入LTE发射单元，由天线发射；发送信号用式③表示，f_c为第一多载波信号的频率，f_q为第二多载波信号的频率，

S(t)＝S_I(t)-S_Q(t)＝cos(f_ct)*cos(f_qt)-sin(f_ct)*sin(f_qt)＝cos[(f_c+f_q)t]③

根据本发明的实施方式，所述S2的LTE多载波接收机对接收的多载波信号执行解调具体包括：

B1、LTE多载波接收机的LTE接收单元通过射频天线和其前置射频放大器得到的射频信号，送入模数转换单元进行高速数据取样，得到第一正交和第一同相两路信号；

B2、第二多载波同步单元根据多载波帧分离单元解调出的同步信息，调整本地的扩频码生成单元状态信息和时钟信息,将同步信息送入第二RS序列生成单元，使第二RS序列生成单元生成与LTE多载波发射机发送的射频信号调制规律一致的RS预定义码；

B3、RS预定义码接入解调数字振荡单元，控制解调数字振荡单元产生与LTE多载波发射机发送的射频信号调制规律一致的两路调制载波信号，分别与步骤B1得到的第一正交和第一同相信号混合实现第二解调；

B4、第二解调后的两路信号分别经过逆插频率消除单元进行正交数字下变频，经高频消除单元消除带外干扰信号，得到正交和同相的第一多载波信号送入第一多载波解调单元；

B5、在电平转换同步单元的控制下，FFT单元确定调制信号的起始时刻，并计算每路多载波信号的幅度和相位信息，之后送入载频辨识单元；

B6、载频辨识单元根据FFT单元计算出的每路多载波信号的幅度信息和相位信息判决出有效的调制信号，并将其转换为相应于LTE多载波发射机发送信号的载频序列编号，再将编号送入卷积解调单元；

B7、卷积解调单元根据载频序列编号，还原出相应的接收数据信息，再送往多载波帧分离单元；

B8、多载波帧分离单元完成对解调信息的帧分离，并将同步信息反馈回调制同步单元，有用的数据信息则经第二交互单元发送至最终用户。

根据本发明的实施方式，所述步骤A2中，多载波帧组合单元同时获取第一RS序列生成单元产生的同步信息和第一交互单元的待发送的数据信息后，在起始同步阶段处理为起始同步帧，在业务同步阶段处理为业务数据帧，完成帧组合处理。

根据本发明的实施方式，所述步骤B2，在起始同步阶段，第二多载波同步单元控制第二RS序列生成单元输出一个递增的周期序列(0,1,…M-1,0,1…M-1,0…)，序列值调制速率为100H/s,控制解调数字振荡单元输出一调制速率为100H/s的载波；当扫描时间超过5s后若没有完成锁定，第二多载波同步单元控制第二RS序列生成单元停止扫描输出,转为输出一固定值,控制解调数字振荡单元输出一固定载波，直至完成锁定为止；随后第二多载波同步单元进入接收预定义码状态信息和TOD信息状态，等到检测到同步结束标志信号后，便用接收到的预定义码状态信息和TOD信息控制第二RS序列生成单元进行状态更新，进而生成与LTE多载波发射机一致的RS预定义码。

根据本发明的实施方式，所述步骤B3中，解调数字振荡单元产生的两路调制载波信号为调制速率为100H/s的两路正交的本地载波。

根据本发明的实施方式，所述步骤B5中，在一个扫描时间内，电平转换同步单元迅速进行电平转换调整，如若扫描到发射信号，在一个扫描时间内电平转换同步单元进行调整直至完成电平转换同步。

根据本发明的实施方式，所述步骤B8中，多载波帧分离单元对包括同步帧首在内的同步信息进行相关检测，若检测到同步帧首，便发出指令控制第二RS序列生成单元停止扫描输出，进而控制解调数字振荡单元输出当前载波至此便完成了同步的锁定；完成同步锁定后，多载波帧分离单元将解调出的同步信息反馈回第二多载波同步单元。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于LTE的多载波系统调制方法，所述方法包括：

S1、LTE多载波发射机对待发送的多载波信号执行多载波调制并发送；

S2、LTE多载波接收机对接收的多载波信号执行解调。

2.一种如权利要求1所述的方法，所述S1的LTE多载波发射机对待发送的多载波信号执行多载波调制具体包括：

A1、通过第一交互单元，LTE多载波发射机获取待发送的数据信息；

A2、多载波帧组合单元同时获取第一RS序列生成单元产生的同步信息以及第一交互单元的待发送的数据信息，进行帧组合处理，信息经帧组合后送入第一多载波调制单元进行处理；

A3、帧组合后的数据送入第一多载波调制单元的载频序列调制器，采用载频迁移函数将帧组合后的信息数据进行载频序列调制，得到第一多载波序列信息，再以序列识别码作为地址，访问第一多载波信号载频码缓存单元，得到载频码后送入内插单元；

A4、在内插单元对第一多载波序列进行内插处理，通过对载频码进行内插处理，将其取样速度提升至与第一多载波数字振荡单元取样速度匹配；

A5、内插处理后的信息进入第一多载波数字振荡单元，第一多载波数字振荡单元获取第一多载波信号载频码，输出同相正交两路且与输入数据信息相关的第一多载波信号，同相正交两路信号用式①表示，式中f_c为第一多载波信号的频率，

S_I(t)＝cos(f_ct)，S_Q(t)＝sin(f_ct)①

A6、同相正交两路第一多载波信号分别进入第二多载波单元的内插频率消除单元进行内插，将其取样速度提高至f_s,使其数据率与第二多载波数字振荡单元的输出信号数据率相匹配；

A7、第一RS序列生成单元输出预定义序列,并以序列识别码作为地址访问第二多载波载频码缓存单元；

A8、第二多载波数字振荡单元获取第二多载波频段载频码，产生两路正交的调制速率为R_f的调制载波，分别与经内插后的同相和正交第一多载波信号相混合，得到第一同相和第一正交两路正交的第二多载波信号，用式②表示，式中f_q为第二多载波所选频段的频率，

S_I1(t)＝cos(f_qt),S_Q1(t)＝sin(f_qt)②

A9、第一同相和第一正交信号进入运算放大单元得到二者的差值，第一正交信号和第一同相信号之差通过数模转换单元、送入LTE发射单元，由天线发射；发送信号用式③表示，f_c为第一多载波信号的频率，f_q为第二多载波信号的频率，

S(t)＝S_I(t)-S_Q(t)＝cos(f_ct)*cos(f_qt)-sin(f_ct)*sin(f_qt)＝cos[(f_c+f_q)t]③