支持多天線傳輸的廣帶異步可調多載波無線傳輸方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線通信領域，特別是涉及支持多天線傳輸的廣帶異步可調多載波無 線傳輸方法及系統。
【背景技術】
[0002] 為適應通信發展的需要，下一代無線通信系統在提高數據傳輸速度的基礎上，必 須具有更高的頻譜利用率和能效，其無線覆蓋性能、傳輸時延和用戶體驗顯著提高。系統支 持不同業務的通信需求，特別是海量傳感設備及機器與機器（M2M)通信。系統還需具備充 分的靈活性，整合及動態分配頻譜資源。
[0003] 多天線（M頂0)結合多載波并行傳輸技術是發展下一代無線通信技術的關鍵。正 交頻分復用（0FDM)技術由于具有抗多徑衰落能力強、實現復雜度低、易于與ΜΙΜΟ結合等優 點，已被廣泛應用于各類無線通信系統。但0FDM技術需要插入循環前綴（CP)對抗多徑衰 落，導致無線資源的浪費；其各個子載波之間必須保持同步以保證正交，限制了頻譜使用的 靈活性；其還具有峰均比高、對頻偏敏感、載波旁瓣較大等缺點。
【發明內容】
[0004] 發明目的：本發明的目的是提供一種在保持0FDM優點的基礎上，實現在更廣的帶 寬下靈活進行頻譜分配，實現異步傳輸，提高頻譜利用率，降低峰均比，有效抗頻偏，減小載 波旁瓣，節約無線資源的支持多天線傳輸的廣帶異步可調多載波無線傳輸方法及系統。
[0005] 技術方案：為達到此目的，本發明采用以下技術方案：
[0006] 本發明所述的支持多天線傳輸的廣帶異步可調多載波無線傳輸方法，包括信號發 送步驟和信號接收步驟：
[0007] 信號發送步驟：不同用戶或同一用戶的S個并行的發送數據流，分別經過相應的 子帶基帶發送模塊進行基帶數字信號處理，得到子帶多天線數字基帶發送信號；然后經過 多載波合成模塊進行多載波合成，生成多載波數字基帶發送信號；最后經過D/A模塊和發 送射頻模塊，產生各發射天線上的多載波發送射頻信號；
[0008] 信號接收步驟：各接收天線接收的多載波信號經過接收射頻模塊和A/D模塊，產 生多載波數字基帶接收信號；然后經過多載波分析模塊進行分解，生成各子帶多天線數字 基帶接收信號；最后分別經過相應的子帶基帶接收模塊進行數字基帶信號處理，得到S個 并行的接收數據流。
[0009] 進一步，所述經過多載波合成模塊進行多載波合成的步驟由基于分段快速卷積的 多載波合成濾波器組完成，是將S股并行的數據流ss (m)通過一組并行的插值濾波器hs (η) 后的輸出信號進行疊加，得到多載波數字基帶發送信號y(η)，如下式：
[0010]
(1)
[0011] 其中，設hs(n)為關于原點對稱的有限長實序列，長度為L= 2L此+1，1^為整數， N"為第s個子帶的插值倍數，s為數據流的編號。
[0012] 進一步，所述經過多載波合成模塊進行多載波合成的步驟包括如下的子步驟：
[0013] 步驟201 :設Nbs=N/N"為整數，對插值濾波器的輸入信號ss(m)進行長度為Nbs的 不重疊分塊，得到不重疊信號塊sk，>)，再由skI?，sk，>)，sk+1，>)取中間Mbs個值生成 重疊信號塊U?) ;其中，N為2的冪，且1024，Mbs= 2Nbs;
[0014] 步驟202 :將巧少)進行Mbs點FFT變換；
[0015] 步驟203 :將步驟202中的變換結果復制ps次并首尾拼接，然后與插值濾波器 hs(n)在頻域內的響應扎⑵的非零值相乘；其中，ρΛ[1，Ν"]區間內的整數；
[0016] 步驟204 :將各子帶在步驟203中得到的結果對應到各子帶頻段在DFT域內對應 的位置，進行Μ點IFFT變換得到乃(/?h其中，M= 2N;
[0017] 步驟205 :取5 (")中間的Ν個符號，完成重疊保留操作，得到輸出信號y(η)的分塊 信號yk(n)，并將y(n)輸出至D/A。
[0018] 進一步，所述經過多載波分析模塊進行分解的步驟由基于分段快速卷積的多載波 分析濾波器組完成，基于分段快速卷積的多載波分析濾波器組包括插值濾波器，經過多載 波分析模塊進行分解的步驟包括如下的子步驟：
[0019] 步驟206 :將多載波數字基帶接收信號.(·(〃)以長度N不重疊分塊，再生成長度為Μ 的重疊信號塊；其中，Ν為2的冪，且Ν彡1024,Μ= 2Ν;
[0020] 步驟207 :將重疊信號塊進行Μ點FFT變換；
[0021] 步驟208 :將子帶在DFT域上對應位置的數據進行均衡和子帶濾波運算；
[0022] 步驟209 :進行Mbs點IFFT變換，Mbs= 2Νbs，Nbs=N/Nrs，Nrs為第s個子帶的插值 倍數；
[0023] 步驟210 :保留分塊中間的Nbs個數據并輸出至子帶基帶接收模塊。
[0024] 本發明所述的支持多天線傳輸的廣帶異步可調多載波無線傳輸系統，包括發送端 和接收端；
[0025] 發送端包括子帶基帶發送模塊、多載波合成模塊、D/A模塊、發送射頻模塊和反射 天線；不同用戶或同一用戶的S個并行的發送數據流，分別經過相應的子帶基帶發送模塊 進行基帶數字信號處理，得到子帶多天線數字基帶發送信號；然后經過多載波合成模塊進 行多載波合成，生成多載波數字基帶發送信號；最后經過D/A模塊和發送射頻模塊，產生各 發射天線上的多載波發送射頻信號；
[0026] 接收端包括接收天線、接收射頻模塊、A/D模塊、多載波分析模塊和子帶基帶接收 模塊；各接收天線接收的多載波信號經過接收射頻模塊和A/D模塊，產生多載波數字基帶 接收信號；然后經過多載波分析模塊進行分解，生成各子帶多天線數字基帶接收信號；最 后分別經過相應的子帶基帶接收模塊進行數字基帶信號處理，得到S個并行的接收數據 流。
[0027] 進一步，所述多載波合成模塊包括基于分段快速卷積的多載波合成濾波器組，多 載波分析模塊包括基于分段快速卷積的多載波分析濾波器組。
[0028] 進一步，所述基于分段快速卷積的多載波合成濾波器組包括重疊分塊單元、小FFT 單元、帶寬擴展和頻域濾波單元、大IFFT單元和分塊保留單元；子帶多天線數字基帶發送 信號通過重疊分塊單元、小FFT單元、帶寬擴展和頻域濾波單元后，在DFT域進行拼接，再通 過大IFFT單元和分塊保留單元，形成多載波數字基帶發送信號。
[0029] 進一步，所述基于分段快速卷積的多載波分析濾波器組包括重疊分塊單元、大FFT 單元、頻域均衡和濾波單元、小IFFT單元和分塊保留單元；多載波數字基帶接收信號通過 重疊分塊單元、大FFT單元，然后根據各子帶在DFT域內的對應的并行信號依次通過該子帶 的頻域均衡和濾波單元、小IFFT單元、分塊保留單元，形成子帶多天線數字基帶接收信號。
[0030] 有益效果：本發明具有如下的優點：
[0031] 1、本發明能夠整合不連續的空白頻譜，充分挖掘更廣的傳輸帶寬；
[0032] 2、本發明各子帶頻譜不交疊，各子帶之間的數據傳輸無需同步，尤其適合多用戶 上行鏈路和具有海量節點的傳感器網絡和M2M通信的"睡眠-喚醒"模式；
[0033] 3、本發明的每個子帶的帶寬和中心頻率通過改變FFT大小和位置即可調節，能夠 用于抗頻偏，也能夠用于靈活分配頻譜資源；
[0034]4、本發明的傳輸過程不使用循環前綴（CP)，故頻譜效率高于0FDM;子帶間在不使 用保護頻帶時，系統頻譜效率可達100% ;
[0035] 5、本發明在接收端FFT點數較大的情況下，均衡器近似為頻域單點均衡，避免了 矩陣求逆運算；均衡器系數與子帶濾波器系數合并，不增加計算量；
[0036] 6、本發明系統的子載波數量遠低于0FDM系統，其峰均比低于0FDM系統；
[0037] 7、本發明系統可以作為傳輸框架，同時容納0FDM等現有的多種系統，并且為其靈 活動態分配資源。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發明系統的發送端的框圖；
[0039] 圖2為本發明系統的接收端的框圖；
[0040] 圖3為本發明系統的多載波合成模塊的框圖；
[0041] 圖4為本發明系統的多載波分析模塊的框圖；
[0042] 圖5為本發明系統的單個子帶基帶發送模塊的框圖；
[0043] 圖6為本發明系統的單個子帶基帶接收模塊的框圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面結合【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步的介紹。
[0045] 本發明的系統包括發送端和接收端。
[0046] 發送端如圖1所示，包括子帶基帶發送模塊、多載波合成模塊、D/A模塊、發送射 頻模塊和反射天線。不同用戶或同一用戶的S個并行的發送數據流，分別經過相應的子帶 基帶發送模塊進行基帶數字信號處理（如：信道編碼、交織、調制等），得到子帶多天線數字 基帶發送信號；然后經過多載波合成模塊進行多載波合成，生成多載波數字基帶發送信號； 最后經過D/A模塊和發送射頻模塊，產生各發射天線上的多載波發送射頻信號。可