CN204859219U - 基于sc-fdm的毫米波无线点对点干线传输系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于SC-FDM的毫米波无线点对点干线传输系统，包括SC-FDM发射机、SC-FDM接收机以及天线系统。SC-FDM发射机包括SC-FDM基带发射处理模块以及射频发射模块，用户比特数据流经SC-FDM基带发射处理模块处理生成基带帧数据由射频发射模块经天线系统发射出去；SC-FDM接收机包括SC-FDM基带接收处理模块以及射频接收模块，天线系统接收的射频信号经射频接收模块处理后进入SC-FDM基带接收处理模块，由SC-FDM基带接收处理模块恢复出用户比特数据流。本实用新型的基于SC-FDM的毫米波无线点对点干线传输系统能有效降低信号峰均功率比，提高频带利用率，降低对射频功率放大器的要求和提高发射功率，并能有效抗多径衰落性能和提高毫米波无线点对点干线传输系统的吞吐率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无线通信系统，特别是一种毫米波无线点对点干线传输系统。
背景技术
在移动通信系统中，毫米波越来越多的被使用到远距离点对点的无线干线传输。毫米波因为其极强的传输衰减(某些频段的极强的空气吸收衰减)，需要很高的发射功率。OFDM(正交多载波调制)作为一种先进的传输技术，已经被用到几乎所有无线系统中，如LTE，WIFI等都是基于OFDM技术。但是，OFDM的PAPR(峰值功率和平均功率比)通常在2以上，而单载波(SC)系统的PAPR通常接近于1；为使功率放大器在线性工作区域输出相同的发射功率，理论上OFDM系统使用的功率放大器的最大发射功率必须要比单载波系统的功率放大器高6dB左右，在工程实现中，一般要高10dB。这不但降低了放大器的功率效率，而且对毫米波功率放大器设计是个很大的挑战。因此，在毫米波点对点干线传输中，单载波(SC)调制仍然是主要的设计方案。OFDM系统相对于SC系统可以有效的利用MIMO多天线技术提高通信的容量，通信的容量通常是干线传输系统的关键技术指标，而单载波通信系统提升容量需要使用复杂的XPIC技术，而且工程实现上最多支持两个天线，即2个发送天线2个接收天线的系统；单载波频分复用(SC-FDM)技术采用单载波，但在信号生成上采用类似OFDM的技术，即保留了单载波系统较低的PAPR，也可以方便的采用MIMO多天线技术提升信道的容量，而且可采用类似OFDM的频率均衡技术，从而有效的抵抗多径衰落。因此，采用SC-FDM的技术来设计毫米波的无线点对点干线传输系统，能够有效的解决毫米波点对点干线通信中的功率问题，同时也可以使用MIMO技术低成本的提升系统的容量和抗衰落性能。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种既能保持通信系统功率放大器效率，又能提升通信容量和抗多径衰落的基于SC-FDM的毫米波无线点对点干线传输系统。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种基于SC-FDM的毫米波无线点对点干线传输系统，其特征在于：包括SC-FDM发射机、SC-FDM接收机以及天线系统；
所述SC-FDM发射机包括若干个SC-FDM基带发射处理模块以及射频发射模块，所述SC-FDM基带发射处理模块的数量与天线系统的极化方向数相同，用户比特数据流经SC-FDM基带发射处理模块处理生成基带帧数据由射频发射模块经天线系统发射出去；所述SC-FDM基带发射处理模块从前到后依次具体包括：加扰/纠错编码/交织/星座调制模块、分路器、若干路串转并模块与N点DFT模块的符号数据子流处理模块、插入导频的子载波映射模块、M点IDFT模块、并转串模块、加循环前缀模块、成帧模块以及数模转换模块；其中M、N为正整数，M>N。
所述SC-FDM接收机包括SC-FDM基带接收处理模块以及射频接收模块，天线系统接收的射频信号经射频接收模块处理后进入SC-FDM基带接收处理模块，由SC-FDM基带接收处理模块恢复出用户比特数据流；所述SC-FDM基带接收处理模块从前到后依次包括若干个SC-FDM基带接收前端处理模块、信道估计/信道均衡/子载波逆映射模块以及若干个SC-FDM基带接收后端处理模块，所述SC-FDM基带接收前端处理模块以及SC-FDM基带接收后端处理模块的数量与天线系统的极化方向数相同；所述SC-FDM基带接收前端处理模块从前到后依次具体包括：模数转换模块、帧处理模块、去循环前缀模块、串转并模块以及M点DFT模块；所述SC-FDM基带接收后端处理模块从前到后依次具体包括：若干路N点IDFT模块以及并转串模块的数据子流处理模块、合路器以及解扰/纠错解码/解交织/星座解调模块。
进一步地，所述SC-FDM发射机包括两个SC-FDM基带发射处理模块，所述射频发射模块为2路射频发射模块；所述SC-FDM基带接收处理模块包括两个SC-FDM基带接收前端处理模块、信道估计/信道均衡/子载波逆映射模块以及两个SC-FDM基带接收后端处理模块，所述射频接收模块为2路射频接收模块；所述天线系统为2x2多天线系统。
有益效果：本实用新型的基于SC-FDM的毫米波无线点对点干线传输系统能有效降低信号峰均功率比，提高频带利用率，降低对射频功率放大器的要求和提高发射功率，并能有效提高抗多径衰落性能和提高毫米波无线点对点干线传输系统的吞吐率。
附图说明
附图1为SC-FDM发射机；
附图2为SC-FDM接收机；
附图3为2x2SC-FDM多天线系统发射机；
附图4为2x2SC-FDM多天线系统接收机；
附图5为2x2SC-FDM多天线系统基带接收前端处理模块；
附图6为2x2SC-FDM多天线系统基带接收后端处理模块。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
如附图1与附图2所示的基于SC-FDM的毫米波无线点对点干线传输单天线系统，包括包括SC-FDM发射机、SC-FDM接收机以及天线系统。
如附图1，SC-FDM发射机包括SC-FDM基带发射处理模块以及射频发射模块，用户比特数据流经SC-FDM基带发射处理模块处理生成基带帧数据由射频发射模块经天线系统发射出去；SC-FDM基带发射处理模块从前到后依次具体包括：加扰/纠错编码/交织/星座调制模块、分路器、若干路串转并模块与N点DFT模块的符号数据子流处理模块、插入导频的子载波映射模块、M点IDFT模块、并转串模块、加循环前缀模块、成帧模块以及数模转换模块；其中M、N为正整数，M>N。
如附图2，SC-FDM接收机包括SC-FDM基带接收处理模块以及射频接收模块，天线系统接收的射频信号经射频接收模块处理后进入SC-FDM基带接收处理模块，由SC-FDM基带接收处理模块恢复出用户比特数据流；SC-FDM基带接收处理模块从前到后依次包括SC-FDM基带接收前端处理模块、信道估计/信道均衡/子载波逆映射模块以及SC-FDM基带接收后端处理模块；SC-FDM基带接收前端处理模块从前到后依次具体包括：模数转换模块、帧处理模块、去循环前缀模块、串转并模块以及M点DFT模块；SC-FDM基带接收后端处理模块从前到后依次具体包括：若干路N点IDFT模块以及并转串模块的数据子流处理模块、合路器以及解扰/纠错解码/解交织/星座解调模块。
其数据处理过程为：
在发射端，SC-FDM发射机能同时处理与天线系统极化方向数相等路数的用户比特数据流，每路用户比特数据流的处理方式均相同，用户比特数流据经过加扰、纠错编码、交织、星座调整生成符号数据；其中加扰是对用户比特数据的随机化处理从而保证最终的生成数据的平均能量一致。纠错编码根据输入数据生成冗余数据以保证数据传输过程中发生的错误能被纠正，保证数据传输的可靠性。交织在时间上对数据进行随机化处理，与接收端的解交织协同保证传输过程中发生的数据错误在时间上是随机的。星座调制将比特信息映射成符号数据，可以提高信道的利用效率。符号数据流经过分路器后被分为若干路符号数据子流；每路符号数据子流经串转并后输入DFT(离散傅里叶变换)模块，各路符号数据子流的DFT输出以及导频数据经子载波映射模块后在频域被映射到不同的子载波上形成子载波数据；所有的子载波数据经M点IDFT(反离散傅里叶变换)处理后，被并转串模块转变为串行时间信号；M点串行时间信号的前面插入M/L点循环前缀保护间隔后生成SC-FDM(单载波频分复用)符号，成帧模块将若干个SC-FDM符号和帧头组成完整的传输帧送给数模转换模块；数模转换模块输出的模拟基带信号经射频发射模块的上变频、滤波、功率放大等处理生成射频信号，射频信号经天线系统发射出去；其中L为正整数，M能被L整除。
在接收端，射频接收模块对天线系统接收的与天线系统极化方向数相等路数的射频信号进行放大、下变频、滤波等处理输出模拟基带信号，每路模拟基带信号分别被模数转换模块采样生成数字基带信号，数字基带信号经帧处理模块、去循环前缀模块、串转并模块、M点DFT变换模块、信道估计/均衡/子载波逆映射模块后分为多个数据子流；每个数据子流经N点IDFT模块变换及并转串模块处理后恢复为一路星座符号流；恢复的星座符号流依次经星座解调、解交织、纠错解码、解扰后恢复出用户比特数据流。
如附图3到附图6所示为2x2SC-FDM多天线系统，与单天线系统的基本结构大致相同，其中SC-FDM发射机包括两个SC-FDM基带发射处理模块，射频发射模块为2路射频发射模块；SC-FDM基带接收处理模块包括两个SC-FDM基带接收前端处理模块、、信道估计/信道均衡/子载波逆映射模块以及两个SC-FDM基带接收后端处理模块，射频接收模块为2路射频接收模块；天线系统为2x2多天线系统。附图3的基带发射处理模块1和基带发射处理模块2所做的处理同图1中的SC-FDM的基带发射处理模块类似，不同之处在于基带发射处理模块1和基带发射处理模块2插入导频的子载波的位置不同，从而可以对多天线的传输信道进行估计。
在现有的基于单载波技术的毫米波无线点对点干线传输方案中，必须采用高复杂度、高成本的XPIC技术来提升系统的容量，而且很难提升2倍以上；并且对于毫米波系统中可能的多径也不能有效的解决。采用SC-FDM技术后，在有效保持毫米波发送系统功率放大器效率的同时能够采用MIMO多天线技术低成本的提升通信的容量2倍，或者2倍以上；同时也有效的解决了无线点对点通信中的多径衰落问题。同现有的基于单载波的通信系统相比，该实用新型能有效提高毫米波无线点对点干线传输系统的吞吐率，提高系统抗多径衰落性能。同现有的基于OFDM的通信系统相比，该实用新型能有效降低信号峰均功率比，提高频带利用率，降低对射频功率放大器的要求和提高发射功率。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于SC-FDM的毫米波无线点对点干线传输系统，其特征在于：包括SC-FDM发射机、SC-FDM接收机以及天线系统；
所述SC-FDM发射机包括若干个SC-FDM基带发射处理模块以及射频发射模块，所述SC-FDM基带发射处理模块的数量与天线系统的极化方向数相同，用户比特数据流经SC-FDM基带发射处理生成基带帧数据由射频发射模块经天线系统发射出去；所述SC-FDM基带发射处理模块从前到后依次具体包括：加扰/纠错编码/交织/星座调制模块、分路器、若干路串转并模块与N点DFT模块的符号数据子流处理模块、将DFT模块产生的用户子载波和插入导频子载波进行合成的的子载波映射模块、M点IDFT模块、并转串模块、加循环前缀模块、成帧模块以及数模转换模块；其中M、N为正整数，M>N；
所述SC-FDM接收机包括SC-FDM基带接收处理模块以及射频接收模块，天线系统接收的射频信号经射频接收模块处理后进入SC-FDM基带接收处理模块，由SC-FDM基带接收处理模块恢复出用户比特数据流；所述SC-FDM基带接收处理模块从前到后依次包括若干个SC-FDM基带接收前端处理模块、信道估计/信道均衡/子载波逆映射模块以及若干个SC-FDM基带接收后端处理模块，所述SC-FDM基带接收前端处理模块以及SC-FDM基带接收后端处理模块的数量与天线系统的极化方向数相同；所述SC-FDM基带接收前端处理模块从前到后依次具体包括：模数转换模块、帧处理模块、去循环前缀模块、串转并模块以及M点DFT模块；所述SC-FDM基带接收后端处理模块从前到后依次具体包括：若干路N点IDFT模块以及并转串模块的数据子流处理模块、合路器以及解扰/纠错解码/解交织/星座解调模块。
2.根据权利要求1所述的毫米波无线点对点干线传输系统，其特征在于：所述SC-FDM发射机包括两个SC-FDM基带发射处理模块，所述射频发射模块为2路射频发射模块；所述SC-FDM基带接收处理模块包括两个SC-FDM基带接收前端处理模块、信道估计/信道均衡/子载波逆映射模块、以及两个SC-FDM基带接收后端处理模块，所述射频接收模块为2路射频接收模块；所述天线系统为2x2多天线系统。
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