一种多运用场景信号多址接入方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种适用于无线通信中多应用场景信号的多址接入方法(F‑BFDM)及系统，在发送端，每路信号先进行FFT变化把信号配置到分配的频段上，然后进行前置滤波以便降低调制信号的功率峰均值比(PAPR)，滤波后的信号经过循环傅立叶反变化(CCIDFT)调制到子载波上，各路调制信号组合后加上循环前缀(CP)发送到信道。本发明专利技术每路信号对应于一个应用场景，系统的完全重建由接收端的CCDFT完成，CCDFT由双正交滤波器组来实现。通过自由设计原型滤波器可以最大限度的降低不同应用场景信号进行多址接入时的干扰，使得每路信号之间在没有隔离带的情况下也能无干扰的接入，最大限度的提高频谱利用率。

A multiple access method and system for multi scene signal application

The invention provides a multi access access method (F BFDM) and system for multi application scene signals in wireless communication. At the sending end, the signal is configured to the allocated frequency band by FFT change first, then the pre filter is carried out to reduce the power peak mean ratio (PAPR) of the modulated signal, and the filtered signal is followed by the filtered signal. The loop Fourier transform (CCIDFT) is modulated to the sub carriers, and the modulated signals are combined to send the channel to the channel with cyclic prefix (CP). Each signal of the invention corresponds to an application scenario, and the complete reconstruction of the system is completed by the CCDFT of the receiving end, and the CCDFT is implemented by a biorthogonal filter bank. The free design prototype filter can minimize the interference of different application scene signals in multiple access, so that there is no interference access between each signal in the absence of isolation band, and the maximum increase of spectrum utilization.

【技术实现步骤摘要】
一种多运用场景信号多址接入方法及系统
本专利技术涉及多址接入技术，特别涉及一种滤波双正交频分多址方法(F-BFDMA)。
技术介绍
多用户(多址)接入是无线通信系统中不可缺少的组成部分，以LTE标准为代表的第四代移动通信网中，上行采用单载波频分多用户接入技术(SC-FDMA)，下行采用正交频分复用多用户接入技术(OFDMA)。但这两种多址接入技术都只适应于在单一应用场景中的多用户接入，比如传统的语音数据通信。未来移动通信发展的主要动力是物联网(IoT)和机器对机器的通信(M2M)，比如车载通信。下一代无线通信网的特点是多种应用场景(或者说多种服务)共同接入同一个网络，这些应用场景可能是高速数据通信(Gbps量级的高速通信)、传统的语音通信、IoT通信及车载通信。每一种通信都可以认为是一种应用场景，不同应用场景的信号有很大的差别。Gbps量级的高速通信要求系统具有高速传输的能力，对系统的同步要求很高，但对延时不敏感，为了满足高速传输，这类应用通常具有长的信号帧和高子载波数，占用的传输频带也比较宽。IoT通信的特点是随机性、非同步、短数据、低延时及低功耗和低成本，这类通信的信号帧短，子载波数少，对载波漂移敏感。车载通信要求延时短，通信可靠性高，这类通信的信号帧短，系统抗干扰强。因此，不同应用场景的调制信号具有不同的信号帧长，其子载波之间的宽度也是不同的，如果所有应用场景都采用多载波调制，那么它们的IFFT的长度也是不同的。如何把这些具有不同子载波宽度和长度的调制信号独立、无干扰地接入到系统中，是目前第五代(5G)无线通信中有待解决的一个问题。现有的OFDMA和SC-FDMA已经无法使用，因为这两种方法都要求不同用户的子载波数是均匀分布的，具有相同的子载波宽度。目前学术和工业界对5G的各种关键技术都有了广泛的研究，但对多场景多服务信号的无干扰接入仍然是一个空白，中国华为公司提出一种滤波OFDM(f-OFDM)方案,其原理是对每路信号先进行一般的OFDM调制并加前缀(CP)，然后对加CP后的OFDM调制信号进行线性滤波，滤波后的OFDM调制信号直接接入系统。f-OFDM的特点是对整个OFDM调制符合进行滤波，有效地降低了每路OFDM调制信号接入时的带外泄露(OOBE)，降低了每路调制信号之间的干扰，减低了每路之间隔离带的长度，提高了系统的频谱利用率。但f-OFDM存在几个问题，一是在f-OFDM中每路信号的调制继续使用OFDM调制，由于OFDM具有PAPA高，对载波漂移(CFO)敏感及带外功率谱密度衰减慢等缺点，OFDM不满足5G对调制系统的要求，因为5G调制系统要求具有低PAPR，低CFO敏感度及高带外功率谱密度衰减；二是由于滤波的需要，f-OFDM中的每路OFDM调制符号继续使用加CP，CP的保持大大降低了整个系统的频谱利用率,这两个缺点使得f-OFDM不适合用于5G的多场景信号接入。因此有必要研究一种新的多场景信号接入技术来满足未来无线通信发展的需求，本专利技术正是为了满足这种要求而提出的。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述问题，提出一种多应用场景信号的多址接入方法即系统。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是:一种多运用场景信号多址接入方法，在发送端，对每路输入符号进行Li(Li＝NiMi)点快速傅里叶变换(FFT)和前置滤波预处理(i表示第i路信号，Mi表示第i路的子载波数，Ni表示滤波系数重叠因子)，把时域符号变换到频域符号信号进行循环卷积IDFT(CCIDFT)处理，每路输入信号的子载波数Mi可以不一样。经过CCIDF处理后的各路调制符号直接合成后加前缀发送到发送端。在接收端，对接收信号去前缀，经均衡器去前缀后的信号，进行循环卷积DFT(CCDFT)对每路信号解调，解调后的信号进行后置滤波和快速逆向傅里叶IFFT变换得到时域信号,再对时域信号进行符号反映射，经符号反映射处理获得重建的发送端输入符号信号。本专利技术的其中一个实施例包括：所述前置滤波是一个子带分析滤波器组，子带分析滤波器组用于对地i路的NiMi点频域符号信号进行前置滤波(为了方便描述，下面的描述中我们用NM代替NiMi)，前置滤波部分根据原型滤波器函数构造系数矩阵H1，用系数矩阵H1对NM点频域符号信号进行处理(如右乘处理等)得到NM点频域符号信号。所述CCIDFT处理进一步包括逆向傅里叶变换处理和子带综合滤波器组处理，逆向傅里叶变换IFFT部分对NM点频域符号信号进行N次M-点IFFT变换，得到NM点输出符号信号；子带综合滤波器组用系数矩阵G2对NM点符号信号进行处理得到NM点调制符号信号。构成系数矩阵H1和G2的原型函数可以不同，因为这两个系数矩阵的用途不同，H1的目的是降低PAPR，而G2的目的是对调制符合进行限带和整形滤波。系数矩阵G2由CCIDFT综合滤波器组的系数通过M点循环移位得到，CCIDFT综合滤波器组系数可以自由设计和选择不受完全重建条件限制。本专利技术的其中一个实施例包括：快速傅里叶变换进一步为一个NM-点快速傅里叶变换，其中，M为每个用户分到的子载波数，N为滤波器组的重叠影子，N、M为大于或等于1的正整数。本专利技术的其中一个实施例包括：系数矩阵H1分别由一个有N×N个矩阵元素块的矩阵循环右移M点得到，系数矩阵G2分别由一个有N×N个矩阵元素块的矩阵循环右移M点，然后转置得到；系数矩阵H1和G2包括一系列子矩阵hi和gi，通过把原型函数系数h(n)和g(n)(0≤n≤NM-1)分为N个子块，每子块包含M点。具体地，G2矩阵的维数是NM×NM，由一个有M×NM个矩阵元素的矩阵块循环右移M得到大小为NM×NM的矩阵G2，右边移出的M点移进左边的M点，移位从第一个M×NM矩阵块开始直到第N个矩阵块结束。本专利技术还提出一种多运用场景信号多址接入系统，该系统包括：发送端和接收端，发送端包括：用于对二进制比特序列进行符号映射得到复数符号信号的符号映射单元，用于把时域符号信号变换为频域符号信号的快速傅立叶变换FFT单元，前置滤波单元，对频域符号信号进行多载波调制换的CCIDFT处理单元，CCIDFT单元采用综合滤波器组结构。接收端包括：对接收信号去前缀、均衡处理获得符号信号的去前缀单元、均衡器，对均衡处理后的信号进行变换的CCDFT处理单元、后置滤波，用于抵消发送端前置滤波的作用，IFFT单元，用于将获得的符号信号进行快速傅立叶反变换获得发送端重建信号。本专利技术的其中一个实施例包括：CCIDFT处理单元进一步包括逆向傅里叶变换处理单元、子带综合滤波处理单元，逆向傅里叶变换处理单元IFFT对符号信号进行N次M-点IFFT变换，把输入符合信号调制到子载波上，子带综合滤波处理单元对NM点调制符号信号进行进一步滤波，以提高调制信号的功率谱密度，根据原型滤波器函数构造滤波器组系数矩阵G2，用系数矩阵G2对NM点频域符号信号进行处理(如右乘)得到NM点滤波后的符号信号。本专利技术的其中一个实施例包括：前置滤波部分根据原型滤波器函数构造系数矩阵H1，用系数矩阵H1对NM点频域符号信号进行右乘得到NM点滤波后的频域符号信号。本专利技术的其中一个实施例包括：根据原型滤波器函数构造系数矩阵H1包括：如原型滤波器为平方根升余弦RRC函数，原型滤波器函数系数h(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多运用场景信号多址接入方法，其特征在于：在发动端,对二进制比特序列进行符号映射得到复数符号信号，利用快速傅里叶FFT变换，把时域符号信号变换为频域符号信号，对频域符号信号前置滤波后进行循环卷积离散逆向傅立叶变换CCIDFT处理，发送到发送端；在接收端，对接收信号去前缀，均衡器均衡去前缀后的信号，进行CCDFT处理分成子带频域信号，对子带频域信号进行后置滤波和快速逆向傅里叶IFFT变换得到时域信号,对时域信号进行符号反映射处理获得重建的发送端输入符号信号。

【技术特征摘要】
1.一种多运用场景信号多址接入方法，其特征在于：在发动端,对二进制比特序列进行符号映射得到复数符号信号，利用快速傅里叶FFT变换，把时域符号信号变换为频域符号信号，对频域符号信号前置滤波后进行循环卷积离散逆向傅立叶变换CCIDFT处理，发送到发送端；在接收端，对接收信号去前缀，均衡器均衡去前缀后的信号，进行CCDFT处理分成子带频域信号，对子带频域信号进行后置滤波和快速逆向傅里叶IFFT变换得到时域信号,对时域信号进行符号反映射处理获得重建的发送端输入符号信号。2.根据权利要求1所述的多运用场景信号多址接入方法，其特征在于：所述CCIDFT处理包括逆向傅里叶变换处理和子带综合滤波处理，逆向傅里叶变换IFFT部分对NM点频域符号信号进行N次M-点IFFT变换，得到NM点时域复数符号信号，子带综合滤波处理对NM点频域符号信号进行综合滤波合成全带信号，根据原型滤波器函数构造系数矩阵G2，用系数矩阵G2对NM点频域符号信号进行处理得到NM点频域符号信号；其中，M为每个用户分到的子载波数，N为接入用户数。3.根据权利要求2所述的多运用场景信号多址接入方法，其特征在于：系数矩阵G2由一个有N×N个矩阵元素块的矩阵循环右移M点得到，系数矩阵G2包括一系列子矩阵gi，通过把原型函数系数g(n)分为N个子块，每子块包含M点，其中0≤n≤NM-1；矩阵元素块gi是个对角阵，由第i子块的M点组成。4.根据权利要求2或3所述的多运用场景信号多址接入方法，其特征在于：如原型滤波器为平方根升余弦RRC函数，原型滤波器函数系数g(n)为：其中，r表示RRC函数的滚降因子。5.根据权利要求1、2或3所述的多运用场景信号多址接入方法，其特征在于：CCDFT处理包括，子带分析滤波处理单元对NM点频域符号信号进行后置滤波，具体为，分析滤波器系数矩阵H2对NM点频域符号信号右乘处理得到后置滤波处理后的NM点频域符号信号，其中，分析滤波器系数矩阵H2等于系数矩阵G2的逆矩阵，矩G2和H2构成双正交矩阵。6.一种多运用场景信号多址接入系统，其特征在于，该系统包括：发送端和接收端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光宇，陈前斌，邵凯，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50