WO2021114749A1 - 一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法 - Google Patents

一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法 Download PDF

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周绍华
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Definitions

  • the present invention relates to the technical field of communication, in particular to a frequency division multiple access communication method based on harmonic modulation technology.
  • the traditional frequency division multiple access communication method divides the transmission frequency band into a number of narrow and non-overlapping sub-bands. Each user is assigned a fixed sub-band, and the signal is modulated to the sub-band to transmit information to the corresponding user. . Sufficient spacing should be left between each sub-band to prevent interference. It can be seen that, in the traditional frequency division multiple access communication method, first, only the fundamental frequency (f 0 ) is used to transmit information, and no harmonics are used to transmit information; Leave enough space to prevent interference. In this way, a great waste of spectrum resources is caused. It is foreseeable that in the 5G era, mobile data traffic will show explosive growth, and the amount of spectrum required will far exceed the sum of previous generations of mobile communication technologies. The contradiction between spectrum supply and demand will become more prominent in the 5G era. Therefore, how to improve the spectrum utilization of the traditional frequency division multiple access communication method has become an urgent need in the current 5G era.
  • the purpose of the present invention is to overcome the shortcomings of the prior art and provide a frequency division multiple access communication method based on harmonic modulation technology with high spectrum utilization.
  • a frequency division multiple access communication method based on harmonic modulation technology The total frequency band of the communication system is divided into a number of equally spaced non-overlapping channels, which are allocated to different users.
  • the channels and users correspond to each other one by one.
  • the information transmission process is as follows: firstly modulate different information, and then load them on different harmonic components respectively, and transmit different information through different harmonic components, so that each pair of channels can be simultaneously Transmit N groups of different information, and finally demodulate the fundamental frequency and harmonic information received by the receiving end to obtain all the transmitted information.
  • a fixed harmonic pattern is stored in advance, and all different signals are calculated using a given harmonic component, so as to demodulate the required signal from other signals.
  • V out a 0 f 0 +a 2 f 2 +a 3 f 3 +a 4 f 4 +a 5 f 5 +...+a n f m (1)
  • f 0 the fundamental frequency
  • the receiving end can demodulate both signal one and signal two.
  • This scheme uses harmonic modulation technology to load the signals to be transmitted on different harmonic components or component combinations, and transmit different information through different harmonic components or component combinations, so that each pair of channels can transmit N at the same time.
  • Different groups of information can be used to communicate with different users at the same time using a pair of channels, and the communication between users does not interfere with each other, thereby greatly improving the utilization rate of existing spectrum resources and alleviating the tension of spectrum resources.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the working principle of a traditional frequency division multiple access communication method
  • Figure 2 is a working schematic diagram of a frequency division multiple access communication method based on harmonic modulation technology
  • Figure 3 is a circuit diagram of harmonic modulation
  • the traditional frequency division multiple access communication method assigns specific channels to each user, and these channels are allocated to users requesting services as required. During the entire call, other users cannot share this frequency band.
  • FDD frequency division duplex
  • One frequency channel is used as the forward (downlink) channel, that is, the channel from the base station (BS) to the mobile station (MS); the other is used as the reverse (uplink) channel, that is, the channel from the mobile station to the base station.
  • the base station of this communication system must transmit and receive multiple signals of different frequencies at the same time; any two mobile users must communicate with each other through the base station, so they must occupy 2 channels (1 pair of channels) at the same time to achieve duplex Communication. Since a pair of channels can only communicate with one user, it causes a waste of spectrum resources.
  • this embodiment illustrates a frequency division multiple access communication method based on harmonic modulation technology, which is specifically as follows:
  • the channels correspond to users one-to-one, and user signals from different addresses are distinguished according to frequency to complete multiple access connections;
  • the duplex communication between the two users uses the fundamental frequency and harmonics for information transmission, so that a pair of channels can be used to communicate with different users at the same time.
  • the process of information transmission is:
  • the harmonic modulation circuit is shown in Figure 3, and the output of the harmonic modulation circuit is the sum of all input voltages. For inputs with the same fundamental frequency but different harmonic components, the output is different. Before information transmission, a fixed harmonic pattern needs to be stored in advance, and then all the different signals can be calculated with a given harmonic component, so as to demodulate the required signal from other signals.
  • V out a 0 f 0 +a 2 f 2 +a 3 f 3 +a 4 f 4 +a 5 f 5 +...+a n f m (1)
  • f 0 the fundamental frequency
  • V out a 0 v f 0 +a 0 p f 0 +a 2 p f 2 +a 3 v f 3 +a 4 p f 4 +a 5 v f 5 +a 6 p f 6 +a 7 v f 7 +a 8 p f 8 +a 9 v f 9 +... (4)
  • the receiving end can demodulate both signal one and signal two.
  • different combinations can also be used to transmit signal one and signal two.
  • the second and third harmonic components are used to load signal one
  • the fourth harmonic component is used to load signal two.
  • different combinations of harmonic components can be selected for signal transmission according to requirements.
  • the harmonic modulation technology is used to mainly perform harmonic modulation on each pair of channels (such as f 1 and f 1 '), and load the information to be transmitted on different harmonic components or component combinations. , So that each pair of channels can transmit N sets of different information at the same time, so that each pair of channels can be used to realize the communication of N users at the same time without interfering with each other, thereby greatly improving the utilization of existing spectrum resources , Alleviating the tight situation of spectrum resources.

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Abstract

本发明公开了一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法，将通信系统的总频段划分成若干个等间隔的相互不重叠的信道，分配给不同的用户使用，信道与用户一一对应，依据频率区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接；两个用户之间的双工通信均采用基频和谐波进行信息传输。信息传输的过程为：首先将不同的信息进行调制，然后分别加载在不同的谐波分量上，通过不同的谐波分量或分量组合来传输不同的信息，使得每一对信道都能同时传输N组不同的信息，最后将接收端接收到的基频和谐波信息进行解调，即可得到传输的所有信息。本发明充分利用了谐波传输信息的能力，极大地提高了现有频谱资源的利用率，缓解了频谱资源紧张的形势。

Description

一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法 技术领域
本发明涉及通信的技术领域，尤其涉及到一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法。
背景技术
人们知道汽车在马路上跑，需要占用一定的车道，通常宽的马路跑的车多，相应的其车道也就越多，通常分为4车道、6车道、8车道，那么同样的道理，对于信号的传输过程中所占用的“车道”，人们把它叫做频谱。如果一条马路被土豪承包了，结婚时候用，那么其道路就被占用了，特别是各国领导来我国开会的时候，道路就会被占用。同样的道理，如果你在打电话，那么在你打电话的时候你就占用了相应的频谱，那么你占用的频谱越多，相应的别人可以使用的频谱也就越少。你占有的频谱叫做带宽。如果总带宽比较大，一个人打电话占用的少，那么就可以容纳更多的人同时通话。所以，可以这么理解，通信目前亟待解决的关键问题之一就是如何在有限的频谱资源下，充分提高频谱的利用效率。
然而，传统的频分多址通信方法是将传输频带划分为若干较窄且互不重叠的子频带，每个用户被分配一个固定的子频带，将信号调制到子频带为相应的用户传送信息。各个子频带之间还要留出足够的间隔防止干扰。由此可知，在传统的频分多址的通信方法中，第一，只采用了基波频率(f 0)传输信息，而没有采用谐波传输信息；第二，各个子频带之间还要留出足够的间隔防止干扰。这样一来，就造成了频谱资源的极大浪费。可以预见，在5G时代，移动数据流量将呈现爆炸式增长，所需频谱数量也将远超前几代移动通信技术的总和。频谱供需矛盾将在5G时代愈发凸显。因此，如何提高传统频分多址通信方法的频谱利用率成为目前5G时代的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种频谱的利用率高的基于谐波调制技术的频分多址通信方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法，将通信系统的总频段划分成若干个等间隔的相互不重叠的信道，分配给不同的用户使用，信道与用户一一对应，依据频率区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接；两个用户之间的双工通信均采用基频和谐波进行信息传输，实现利用一对频道同时与不同的用户进行通信。
进一步地，所述信息传输的过程为：首先将不同的信息进行调制，然后分别加载在不同的谐波分量上，通过不同的谐波分量来传输不同的信息，使得每一对信道都能同时传输N组不同的信息，最后将接收端接收到的基频和谐波信息进行解调，即可得到传输的所有信息。
进一步地，在所述信息传输之前，预先存储固定的谐波模式，采用给定的谐波分量计算出所有不同的信号，从而从其他信号中解调所需的信号。
进一步地，基于所述预先存储固定的谐波模式，采用给定的谐波分量计算出所有两个不同的信号，从而从其他信号中解调所需的信号的具体过程如下：
假设已知所有谐波模式：
V out＝a 0f 0+a 2f 2+a 3f 3+a 4f 4+a 5f 5+…+a nf m              (1)
其中，a n代表n次谐波系数，n＝0,2,3,4，…；f 0代表基频；f m代表m次谐波分量，m＝2,3,4，…；
此时，将信号一和信号二分别全部加载在偶次谐波和奇次谐波上进行传输，可得：
Figure PCTCN2020113126-appb-000001
Figure PCTCN2020113126-appb-000002
最后，在信号接收端同时接收到信号一和信号二的混合信号为：
Figure PCTCN2020113126-appb-000003
由(1)和(4)可知：
a 0 vf 0+a 0 pf 0＝a 0f 0                             (5)
a 2 pf 2＝a 2f 2；a 4 pf 4＝a 4f 4；a 6 pf 6＝a 6f 6；a 8 pf 8＝a 8f 8；…        (6)
a 3 vf 3＝a 3f 3；a 5 vf 5＝a 5f 5；a 7 vf 7＝a 7f 7；a 9 vf 9＝a 9f 9；…         (7)
由于信号一和信号二进行传输的时候所采用的基频是相同的，只有谐波分量不同，因此根据(5)可知：
Figure PCTCN2020113126-appb-000004
因此，根据公式(6)-(8)，接收端可把信号一和信号二全部解调出来。
进一步地，所述将不同的信息进行调制，然后分别加载在不同的谐波分量上来进行信号传输时，还可根据需求选择不同的谐波分量组合进行信号的传输。
与现有技术相比，本方案原理及优点如下：
本方案利用谐波调制技术，将需要传输的信号加载在不同的谐波分量或分量组合上，通过不同的谐波分量或分量组合来传输不同的信息，使得每一对信道都能同时传输N组不同的信息，实现利用一对信道同时与不同的用户进行通信，而且用户之间的通信互不干扰，从而极大地提高了现有频谱资源的利用率，缓解了频谱资源紧张的形势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的服务作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统的频分多址通信方法的工作原理示意图；
图2为基于谐波调制技术的频分多址通信方法的工作示意图；
图3为谐波调制电路图；
具体实施方式
下面结合传统的频分多址通信方法和本发明的具体实施例对本发明作进一步说明：
传统的频分多址通信方法为每一个用户指定了特定信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户。在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。从图1中可以看出，在频分双工(frequency division duplex，FDD)系统中，分配给用户一个信道，即一对频道。一个频道用作前向(下行)信道，即基站(BS)向移动台(MS)方向的信道；另一个则用作反向(上行)信道，即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号；任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道(1对频道)才能实现双工通信。由于一对频道只能实现与一个用户的通信，所以造成了频谱资源的浪费。
而想想人类之间的自然通信，对70亿人来说，它的频率带宽只有20Hz-20kHz！噪音、动物、风、树等自然界的所有声音都只占用这个带宽。但是人类却可以毫不费力地识别它们。例如，在一场音乐会中，有许多不同的乐器演奏相同的旋律，但是人们却可以识别每一种乐器。原因是每个乐器都在演奏相同的音高(基频相同)，但谐波的模式却各不相同。这表明，实际上谐波也可以携带信息，而不仅仅只有目前普遍使用的基频才能携带信息。
基于此，如图2所示，本实施例阐述一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法，具体如下：
将通信系统的总频段划分成若干个等间隔的相互不重叠的信道，分配给不同的用户使用，信道与用户一一对应，依据频率区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接；两个用户之间的双工通信均采用基频和谐波进行信息传输， 实现利用一对频道同时与不同的用户进行通信。
具体地，信息传输的过程为：
首先将不同的信息进行调制，然后分别加载在不同的谐波分量上，通过不同的谐波分量来传输不同的信息，使得每一对信道都能同时传输N组不同的信息，最后将接收端接收到的基频和谐波信息进行解调，即可得到传输的所有信息。
其中，谐波调制电路如图3所示，该谐波调制电路的输出是所有输入电压的总和。对于基频相同而谐波分量不同的输入，其输出是不同的。在信息传输之前，需预先存储固定的谐波模式，就可以用给定的谐波分量计算出所有不同的信号，从而从其他信号中解调所需的信号。
为更好地理解，不妨假设已知所有谐波模式(所需计算的信号为两种)：
V out＝a 0f 0+a 2f 2+a 3f 3+a 4f 4+a 5f 5+…+a nf m               (1)
其中，a n代表n次谐波系数，n＝0,2,3,4，…；f 0代表基频；f m代表m次谐波分量，m＝2,3,4，…；
此时，将信号一和信号二分别全部加载在偶次谐波和奇次谐波上进行传输，可得：
Figure PCTCN2020113126-appb-000005
Figure PCTCN2020113126-appb-000006
最后，在信号接收端同时接收到信号一和信号二的混合信号为：
V out＝a 0 vf 0+a 0 pf 0+a 2 pf 2+a 3 vf 3+a 4 pf 4+a 5 vf 5+a 6 pf 6+a 7 vf 7+a 8 pf 8+a 9 vf 9+…    (4)
由(1)和(4)可知：
a 0 vf 0+a 0 pf 0＝a 0f 0                                   (5)
a 2 pf 2＝a 2f 2；a 4 pf 4＝a 4f 4；a 6 pf 6＝a 6f 6；a 8 pf 8＝a 8f 8；…             (6)
a 3 vf 3＝a 3f 3；a 5 vf 5＝a 5f 5；a 7 vf 7＝a 7f 7；a 9 vf 9＝a 9f 9；…              (7)
由于信号一和信号二进行传输的时候所采用的基频是相同的，只有谐波分量 不同，因此根据(5)可知：
Figure PCTCN2020113126-appb-000007
因此，根据公式(6)-(8)，接收端可把信号一和信号二全部解调出来。
除了上面所述，还可以利用不同组合来传输信号一和信号二，比如用二次和三次谐波分量加载信号一，用四次谐波分量来加载信号二。实际使用的时候，可以根据需求选择不同的谐波分量组合进行信号的传输。
本实施例通过谐波调制技术，主要是在每一对频道(如f 1和f 1')上都进行谐波调制，将所需要传输的信息分别加载在不同的谐波分量或分量组合上，使每一对频道都能同时传输N组不同的信息，这样一来就可以利用每一对频道同时实现N个用户的通信且互不干扰，从而极大地提高了现有频谱资源的利用率，缓解了频谱资源紧张的形势。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

  1. 一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法，其特征在于，将通信系统的总频段划分成若干个等间隔的相互不重叠的信道，分配给不同的用户使用，信道与用户一一对应，依据频率区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接；两个用户之间的双工通信均采用基频和谐波进行信息传输，实现利用一对频道同时与不同的用户进行通信。
  2. 根据权利要求1所述的一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法，其特征在于，所述信息传输的过程为：首先将不同的信息进行调制，然后分别加载在不同的谐波分量上，通过不同的谐波分量来传输不同的信息，使得每一对信道都能同时传输N组不同的信息，最后将接收端接收到的基频和谐波信息进行解调，即可得到传输的所有信息。
  3. 根据权利要求2所述的一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法，其特征在于，在所述信息传输之前，预先存储固定的谐波模式，采用给定的谐波分量计算出所有不同的信号，从而从其他信号中解调所需的信号。
  4. 根据权利要求3所述的一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法，其特征在于，基于所述预先存储固定的谐波模式，采用给定的谐波分量计算出所有两个不同的信号，从而从其他信号中解调所需的信号的具体过程如下：
    假设已知所有谐波模式：
    V out＝a 0f 0+a 2f 2+a 3f 3+a 4f 4+a 5f 5+ …+a nf m    (1)
    其中，a n代表n次谐波系数，n＝0,2,3,4，…；f 0代表基频；f m代表m次谐波分量，m＝2,3,4，…；
    此时，将信号一和信号二分别全部加载在偶次谐波和奇次谐波上进行传输，可得：
    Figure PCTCN2020113126-appb-100001
    Figure PCTCN2020113126-appb-100002
    最后，在信号接收端同时接收到信号一和信号二的混合信号为：
    V out＝a 0 vf 0+a 0 pf 0+a 2 pf 2+a 3 vf 3+a 4 pf 4+a 5 vf 5+a 6 pf 6+a 7 vf 7+a 8 pf 8+a 9 vf 9+…    (4)
    由(1)和(4)可知：
    a 0 vf 0+a 0 pf 0＝a 0f 0     (5)
    a 2 pf 2＝a 2f 2；a 4 pf 4＝a 4f 4；a 6 pf 6＝a 6f 6；a 8 pf 8＝a 8f 8；…    (6)
    a 3 vf 3＝a 3f 3；a 5 vf 5＝a 5f 5；a 7 vf 7＝a 7f 7；a 9 vf 9＝a 9f 9；…   (7)
    由于信号一和信号二进行传输的时候所采用的基频是相同的，只有谐波分量不同，因此根据(5)可知：
    Figure PCTCN2020113126-appb-100003
    因此，根据公式(6)-(8)，接收端可把信号一和信号二全部解调出来。
  5. 根据权利要求2所述的一种基于谐波调制技术的频分多址通信方法，其特征在于，所述将不同的信息进行调制，然后分别加载在不同的谐波分量上来进行信号传输时，还可根据需求选择不同的谐波分量组合进行信号的传输。
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