CN106850491A - 一种非正交频分复用数据发送传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种非正交频分复用数据发送传输方法，该发送传输方法包括：发送机首先将符号周期为T的待发送高速数据流进行分截，每N个被分截成一组；发送机再将每一组分截好的待发送数据进行串并转换，转换得到N路并行输出的数据d_k，然后对所述N路并行数据d_k进行加扰运算，以生成加扰后的频域待传数据发送机然后将频域待传数据

Description

一种非正交频分复用数据发送传输方法

技术领域：

本发明涉及通信技术，具体是一种非正交频分复用数据发送传输方法。

背景技术：

目前，正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是多载波调制(Multi-Carrier Modulation，MCM)的一种，如图1所示其原理是：将高速数据信号转换成若干并行的低速子数据流，使用互相正交的子载波进行调制，调制后的正交信号经过合并后在信道中进行传输，正交信号可以在接收端实现无干扰的分离。OFDM技术在相当长的一段时间内并不受人们的重视，这是由于系统在接收机和发送机处都需要产生多路正交子载波信号，系统复杂度十分高。后来人们采用离散傅里叶变换(Discrete-Time Fourier Transform，DFT)和离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete-Time FourierTransform，IDFT)实现多路正交子载波的合成和分解，不需要产生多路正交子载波信号，显著的降低了系统复杂度，从此OFDM技术开始走向实用。但是OFDM技术也有其局限性，在保持子载波带宽不变的情况下，要想增加子载波数量就要增加相应的传输带宽，也就是说频率利用率不会改变。

不同于OFDM技术，非正交多重调制技术(Non-Orthogonal Multi-ModulationTechnology，NMT)是一种非正交频分复用技术，其原理是：将高速数据流转换成若干并行的低速子数据流，这些低速子数据流分别加载在不同的非正交子载波上，合并后通过信道传输给接收端接收。相比OFDM技术而言，在子载波带宽相同的情况下，由于NMT的子载波之间不需要相互正交，NMT技术可以传输更多路信号，使得频率利用率得到提高。但是NMT也有其不足之处，那就是需要在发送机和接收机处产生多个非正交子载波，系统复杂度很高，并且由于各子载波非正交，不具有很好的实用性。

发明内容：

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种非正交频分复用数据发送传输方法，它是在非正交频分复用的发送机处，使用IDFT和加扰算法实现多个非正交子载波信号的合成，实现了降低多路信号非正交频分复用复杂度的目的。

本发明采用的技术方案是，一种非正交频分复用数据发送传输方法，所述发送传输方法包括：

发送机首先将符号周期为T的待发送高速数据流进行分截，每N个被分截成一组；

发送机将每一组N个发送数据进行串并转换，转换得到N路并行输出的数据d_k，k＝1,2,...,N；这N路数据d_k在理论上需要加载到N个非正交子载波上，然后合成在一起发送出去；由于这些子载波非正交，所以第k路子载波的频率f_k需要满足公式(1)所示的约束条件，所述公式(1)为：

由于N路子载波非正交，各子载波上的信号会产生相互干扰；发送机利用下述公式(2)对所述N路并行数据流d_k进行加扰运算，以生成加扰后的频域采样数据m＝1,2,...,N；

所述公式(2)为：

在公式(2)中，A为加扰算法矩阵，矩阵A以下述公式(3)计算而得，所述公式(3)为：

在公式(3)中，矩阵元素a_k,m表示的是第k个子载波上传输的数据d_k对第m(m＝1,2,...,N)个频域采样点的干扰系数，其计算公式(4)为：

在公式(4)中，j为虚数单位；

发送机然后将频域待传数据进行IDFT变换后得到向接收机发送的时域采样数据S(n)，n＝1,2,...,N。

本发明的有益效果是：本发明通过加扰算法和IDFT的结合实现了多路非正交信号的合成，在提高频率利用率的同时降低了非正交子载波信号合成的复杂度。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是传统数据传输处理示意图。

图2是本发明数据传输处理示意图。

图3是本发明非正交子载波之间的干扰示意图。

具体实施方式：

参见图2所示：本发明是一种非正交频分复用数据发送传输方法，所述发送传输方法包括：

发送机首先将符号周期为T的待发送高速数据流进行分截，每N个被分截成一组；

发送机将每一组N个发送数据进行串并转换，转换得到N路并行输出的数据d_k，k＝1,2,...,N。这N路数据d_k在理论上需要加载到N个非正交子载波上，然后合成在一起发送出去。由于这些子载波非正交，所以第k路子载波的频率f_k需要满足公式(1)所示的约束条件，所述公式(1)为：

由于N路子载波非正交，各子载波上的信号会产生相互干扰。发送机利用下述公式(2)对所述N路并行数据流d_k进行加扰运算，以生成加扰后的频域采样数据m＝1,2,...,N。

所述公式(2)为：

在公式(2)中，A为加扰算法矩阵，矩阵A以下述公式(3)计算而得，所述公式(3)为：

在公式(3)中，矩阵元素a_k,m表示的是第k个子载波上传输的数据d_k对第m(m＝1,2,...,N)个频域采样点的干扰系数，其计算公式(4)为：

在公式(4)中，j为虚数单位。

发送机然后将频域待传数据进行IDFT变换后得到向接收机发送的时域采样数据S(n)，n＝1,2,...,N。

具体分析如下：

首先进行两点说明：

1.如图2所示，IDFT的作用是把频域采样信号转换为时域采样信号，因此把IDFT之前的信号称为频域采样数据，IDFT之后的数据S(n)称为时域采样数据。

2.本专利中使用了三个变量，k,m,n，这三个变量都是表示从1到N的任意整数，但是所用的位置不同：d_k表示每一组N个传输数据中的第k个数据；表示每一组传输数据中的第m个频域采样数据；S(n)表示每一组传输数据中的第n个时域采样数据。

然后，下面将对图2中S(n)的表达式进行推导。

不同于OFDM技术，参见图3所示，NMT将高速数据流转换成若干并行的低速子数据流在不同的子载波上传输，这些子载波是非正交的，因此彼此之间会产生干扰。参见图1所示，NMT技术把N路非正交子载波信号叠加在一起的发送机框图，每个符号周期为T的高速数据流首先被截成每N个一组进行串并转换，转换成并行输出的数据d_k，(k＝1,2,...,N)，然后把不同的d_k加载到不同的非正交子载波上，再合并在一起形成时域信号，此时图1中的S(t)可以表示为

然后再对S(t)进行周期为T的时域采样，可以在一个NMT的符号周期内得到N个采样点，则最后得到的时域采样数据可以表示为：

其次，下面将对图2中的表达式进行推导。

由于各子载波非正交，因此各子载波信号会在频域产生相互干扰，如果对S(n)进行DFT变换可以得到对应于各子载波频率点处的频域采样值，参见3所示，在各子载波频率点处的信号会受到其它子载波信号的干扰。为了能够具体的分析各子载波的相互干扰情况，通过对S(n)进行DFT变换可以得到频域采样数据为：

把公式(6)代入公式(7)并经过整理可以得到：

公式(8)就是的表达式，由于是由S(n)经过DFT变换得到的，因此对S(n)进行IDFT变换就可以得到如图2所示。

最后，下面将对图2中加扰算法进行推导。

考虑公式(8)中的定义：

如果子载波相互正交，此时的Nf_kT＝k，则能够得到并代入公式

(9)可以得到这就是OFDM技术使用DFT变换得到传输的频域数据的原理。

而本发明中，由上述公式(1)可知，发送机约束条件：NTf_k≠k，各子载波非正交，则此时a_k,m表示的是第k个子载波上传输的数据d_k对第m个频域采样点的干扰系数，把公式(9)代入公式(8)，可以重新得到上述公式(8)：

由此可知：频域采样数据是由时域采样数据S(n)经过DFT变换得到，那么，发送机最后将频域采样数据以IDFT变换能够得到向接收机发送的时域采样数据S(n)。对公式(10)重写可以得到公式(11)

在公式(11)中，A为加扰算法矩阵，矩阵A以下述公式(12)计算而得，所述公式(12)为：

图2中的加扰算法如公式(11)所示，通过加扰算法可以把d_k转换为频域采样数据

以上各实施例的技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照前述各实施例的技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (1)

1.一种非正交频分复用数据发送传输方法，其特征在于，所述发送传输方法包括：

发送机首先将符号周期为T的待发送高速数据流进行分截，每N个被分截成一组；

发送机将每一组N个发送数据进行串并转换，转换得到N路并行输出的数据d_k，k＝1,2,...,N；这N路数据d_k在理论上需要加载到N个非正交子载波上，然后合成在一起发送出去；由于这些子载波非正交，所以第k路子载波的频率f_k需要满足公式(1)所示的约束条件，所述公式(1)为：

$f_k\≠\frac{k}{NT}---\left(1\right)$

由于N路子载波非正交，各子载波上的信号会产生相互干扰；发送机利用下述公式(2)对所述N路并行数据d_k进行加扰运算，以生成加扰后的频域采样数据

所述公式(2)为：

$\left(\begin{array}{c}\widehat{d_1}\\ \widehat{d_2}\\ .\\ .\\ .\\ \widehat{d_N}\end{array}\right)=A\left(\begin{array}{c}{d}_1\\ d_2\\ .\\ .\\ .\\ d_N\end{array}\right)---\left(2\right)$

在公式(2)中，A为加扰算法矩阵，矩阵A以下述公式(3)计算而得，所述公式(3)为：

在公式(3)中，矩阵元素a_k,m表示的是第k个子载波上传输的数据d_k对第m(m＝1,2,...,N)个频域采样点的干扰系数，其计算公式(4)为：

$a_{k,m}=\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{n}{N}\right({\mathrm{Nf}}_{k}T-m\left)\right)---\left(4\right)$

在公式(4)中，j为虚数单位；

发送机然后将频域待传数据进行IDFT变换后得到向接收机发送的时域采样数据S(n)，n＝1,2,...,N。