一种非均匀子带叠加的OFDM通信方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非均匀子带叠加的OFDM通信方法及系统，属于无线通信领域。本发明专利技术的发射端根据不同的应用场景，把整个信道带宽划分为多个子带，而且每个子带的子载波间隔和时域符号长度可以不同。继而把高速的码流通过子带划分变成低速的码流，以此降低信号采样速率，提高频谱利用率；同时将OFDM调制后的信号通过多相多级滤波器进行滤波，进而降低计算复杂度。接收端进行与发射端对应的一系列逆处理即可得到估计的发送数据。本发明专利技术在保留了OFDM和F‑OFDM的优点的同时，克服了其缺点。本发明专利技术可以实现带宽的灵活配置，实现信号的异步传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信领域，具体设涉及一种非均匀子带叠加的OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)通信技术。
技术介绍
移动通信自诞生以来，经过三十多年的迅速发展，已经成为连接人类社会的基础信息网络，它不仅改变了人们的生活方式，而且推动了国民经济的发展，提高了社会信息化水平。随着第四代移动通信系统(4G)进入商用阶段，第五代移动通信系统(5G)已经成为全球研究的热点。未来5G通信网络的终端容量将达到几百亿以上，可穿戴智能终端、海量物联网终端、车联网终端以及支持D2D(Device-to-Device)通信的终端等，这些将会成为终端连接的重要组成部分，所以未来的5G网络需要以最优的方案支撑海量的终端连接。5G网络是一个多种应用场景融合的大平台，有些应用场景要求超高带宽、有些应用场景关注实时到达、有些仅仅是海量小数据应用、有些是紧急灾难应急。怎样满足多元化的应用场景需求是5G研究的重要课题。在热点高容量场景下，实现极高的用户体验速率和极高的流量密度，也是5G面临的主要挑战。总体来说，未来5G网络需要支持更高的速度、更低的时延、更多的业务、海量的终端、更高的频谱利用率，为了满足以上的要求，5G网络中空口波形的设计成为研究的重点。在第四代移动通信系统中利用的OFDM技术，虽然提高了频谱利用率，且可以对抗多径衰落，但是OFDM系统其频谱为sinc函数，使得发射信号带外衰减较慢，产生较大的带外辐射，为了降低频带之间的干扰，需要更多的保护带。在LTE标准中，10％的带宽用于降低OFDM频谱的带外衰减，造成频谱资源浪费。在上行信道中，如果旁瓣增益较高，用户之间需要严格的同步。为了提高频谱利用率，降低带外衰减，可以在OFDM系统中添加一个滤波器，这就是滤波OFDM(Filtered-OFDM:F-OFDM)系统方案。华为设计了一种直接滤波的方法产生F-OFDM信号，即每个子带通过添加一个汉宁滤波器降低带外衰减。该方法用到的滤波器长度为1025，使得计算复杂度非常高，为硬件实现增加了难度。OFDM系统子载波间隔是固定不变的，不能灵活配置频谱资源。OFDM系统的时频资源分配方式如下：频域子载波间隔固定，而子载波间隔确定之后，其时域符号的长度、CP(循环前缀)长度等也就基本确定，对于OFDM系统来说，5G的以下灵活的要求，不能做到。比如端到端1ms时延的车联网业务，要求极短的时域周期，这就需要频域较宽的子载波带宽；而物联网的多连接场景，单传感器传送数据量极低，但对系统整体连接数要求很高，需要在频域上配置比较窄的子载波带宽，而在时域上符号的长度以及TTI都可以足够长，几乎不需要考虑码间串扰问题，也就不需要再引入CP。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种非均匀子带叠加的OFDM通信方法，以满足不同场景下资源的灵活配置，同时提高频谱利用率，降低计算复杂度。本专利技术的一种非均匀子带叠加的OFDM通信方法，包括下列步骤：发射端步骤：将整个信道带宽划分为K个子带，设置每个子带的宽带设置为Bi＝ΔfiNRBQi，并设置每个子带传输的子载波个数其中Δfi表示第i个子带的子载波间隔且K个子带的子载波间隔不同，NRB表示一个资源块的子载波数目(NRB的取值取决于所采用的通信协议)，Qi为预设整数，子带标识符i＝1,2,…K，符号表示下取整；设置每个子带的信号采样率为其中Ni表示第i个子带的移动通信系统标准的傅里叶变换采样点数，mi表示降低倍数，通过调整mi的取值，使得Ni/mi与的差值在预设范围内，即尽量使得Ni/mi的值最接近现有的子带信号采样率通常为NiΔf，本专利技术通过降低子带信号采样率，从而使得采用的滤波器的阶数降低，进而降低计算复杂度。对输入的二进制比特流数据b进行调制得到复数信号d，并基于设置的子载波个数将复数信号d划分到K个子带，得到K个子带的复数信号di，其中复数信号di的信号采样率为分别对K个复数信号di进行OFDM调制(逆傅里叶变换、添加循环前缀)，得到信号其中逆傅里叶变换的采样点数为Ni/mi；基于第i个子带的Fi级滤波器，每级滤波器的采样值Lj,j＝1,2,…,Fi(其中)，对信号进行Fi级的逐级速率匹配处理：从第1级开始，基于当前级的采样值Lj进行上采样后，再通过第j级的滤波器进行卷积处理，即先对信号根据第1级的采样值L1进行上采样后，再通过第1级滤波器；接着对第1级滤波器的输出基于采样值L2进行上采样后，再通过第2级滤波器；依次类推，完成逐级速率匹配；本专利技术通过逐级速率匹配，使得每个子带的信号采样率相同，其采样率均为fs＝NiΔfi，i＝1,2,…,K，即达到和移动通信标准中相同的采样率。为了进一步提高处理效率，在进行Fi级的逐级速率匹配处理时，先对第i个子带的各级滤波器进行多相分解，得到第j级的个子滤波器，其中第j级的子滤波器的长度为表示第i个子带的第j级滤波器的长度；在进行第j级卷积滤波时，通过j级的个子滤波器并行进行。对第Fi级滤波器输出的信号进行频谱搬移处理，得到信号将K个子带的信号叠加得到发射信号并发射。发射信号经信道传输得到信号接收端步骤：接收信号并对信号进行发射端相同的频谱搬移处理，得到各子带的接收信号其中i＝1,2,…K；基于与发射端匹配的各子带的Fi级滤波器、每级滤波器的采样值Lj，对信号进行Fi级的逐级速率匹配处理，得到信号从第Fi级开始，先通过第j级的滤波器进行卷积处理，再基于当前级的采样值Lj进行下采样，即实现发射端的逆逐级速率匹配；对信号去循环前缀、傅里叶变换，得到频域信号其中傅里叶变换的采样点数为Ni/mi；再对K个频域信号进行串并转换得到信号对信号进行解调制得到估计的二进制比特流数据本专利技术根据不同的应用场景，把整个信道带宽划分为多个子带，继而把高速的码流通过子带划分变成低速的码流，以此降低信号采样速率，提高频谱利用率；而且每个子带的子载波间隔和时域符号长度可以不同。信号通过多相多级滤波器进行滤波，进而降低计算复杂度。本专利技术在保留了OFDM和F-OFDM的优点的同时，克服了其缺点；可以实现带宽的灵活配置，实现信号的异步传输。对应上述通信方法，本专利技术还公开了一种非均匀子带叠加的OFDM通信系统，包括发射端、接收端，其中发射端包括比特流生成单元、信号调制单元、多路分配器、OFDM调制单元、频谱搬移单元和发射单元；接收端包括接收单元、信号解调单元、复用器、OFDM解调单元、频谱搬移单元；同时，发射端、接收端还分别还包括速率匹配单元；其中速率匹配单元包括F组采样单元和滤波器，采样单元的采样值为Lj，且mi表示第i个子带的降低倍数，且满足Ni/mi的值最接近第i个子带的子载波数Ni表示移动通信系统标准的傅里叶变换采样点数，将Fi组采样单元和滤波器定义为1～Fi级速率匹配子单元；发射端：比特流生成单元用于生成二进制比特流数据b，并经信号调制单元调制得到复数信号d；多路分配器将复数信号d划分为K个子带，每个子带的复数信号为di，且第i个子带的宽带Bi＝ΔfiNRBQi，其中Δfi表示第i个子带的子载波间隔且K个子带的子载波间隔不同，NRB表示一个资源块的子载波数目，Qi为预设整数；第i个子带的信号采样率其中Ni本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非均匀子带叠加的OFDM通信方法，其特征在于，包括下列步骤：发射端步骤：将整个信道带宽划分为K个子带，设置每个子带的宽带设置为Bi＝ΔfiNRBQi，每个子带的子载波个数其中Δfi表示第i个子带的子载波间隔且K个子带的子载波间隔不同，NRB表示一个资源块的子载波数目，Qi为预设整数，子带标识符i＝1,2,…K；设置每个子带的信号采样率为i＝1,2,…,K，其中Ni表示第i个子带的移动通信系统标准的傅里叶变换采样点数，mi表示降低倍数，通过调整mi的取值，使得Ni/mi的值最接近第i个子带的子载波个数对输入的二进制比特流数据b进行调制得到复数信号d，并基于设置的子载波个数将复数信号d划分到K个子带，得到K个子带的复数信号di，其中复数信号di的信号采样率为分别对K个复数信号di进行逆傅里叶变换、添加循环前缀得到信号其中逆傅里叶变换的采样点数为Ni/mi；基于第i个子带的Fi级滤波器，每级滤波器的采样值Lj,j＝1,2,…,Fi，对信号进行Fi级的逐级速率匹配处理：从第1级开始，基于当前级的采样值Lj进行上采样后，再通过第j级的滤波器进行卷积处理；其中对第Fi级滤波器输出的信号进行频谱搬移处理，得到信号将K个子带的信号叠加得到发射信号并发射；接收端步骤：接收信号并对信号进行发射端相同的频谱搬移处理，得到各子带的接收信号其中信号为发射信号经信道传输得到，i＝1,2,…K；基于与发射端匹配的各子带的Fi级滤波器、每级滤波器的采样值Lj，对信号进行Fi级的逐级速率匹配处理，得到信号从第Fi级开始，先通过第j级的滤波器进行卷积处理，再基于当前级的采样值Lj进行下采样；对信号去循环前缀、傅里叶变换，得到频域信号其中傅里叶变换的采样点数为Ni/mi；再对K个频域信号进行串并转换得到信号对信号进行解调制得到估计的二进制比特流数据...

【技术特征摘要】
1.一种非均匀子带叠加的OFDM通信方法，其特征在于，包括下列步骤：发射端步骤：将整个信道带宽划分为K个子带，设置每个子带的宽带设置为Bi＝ΔfiNRBQi，每个子带的子载波个数其中Δfi表示第i个子带的子载波间隔且K个子带的子载波间隔不同，NRB表示一个资源块的子载波数目，Qi为预设整数，子带标识符i＝1,2,…K；设置每个子带的信号采样率为i＝1,2,…,K，其中Ni表示第i个子带的移动通信系统标准的傅里叶变换采样点数，mi表示降低倍数，通过调整mi的取值，使得Ni/mi的值最接近第i个子带的子载波个数对输入的二进制比特流数据b进行调制得到复数信号d，并基于设置的子载波个数将复数信号d划分到K个子带，得到K个子带的复数信号di，其中复数信号di的信号采样率为分别对K个复数信号di进行逆傅里叶变换、添加循环前缀得到信号其中逆傅里叶变换的采样点数为Ni/mi；基于第i个子带的Fi级滤波器，每级滤波器的采样值Lj,j＝1,2,…,Fi，对信号进行Fi级的逐级速率匹配处理：从第1级开始，基于当前级的采样值Lj进行上采样后，再通过第j级的滤波器进行卷积处理；其中对第Fi级滤波器输出的信号进行频谱搬移处理，得到信号将K个子带的信号叠加得到发射信号并发射；接收端步骤：接收信号并对信号进行发射端相同的频谱搬移处理，得到各子带的接收信号其中信号为发射信号经信道传输得到，i＝1,2,…K；基于与发射端匹配的各子带的Fi级滤波器、每级滤波器的采样值Lj，对信号进行Fi级的逐级速率匹配处理，得到信号从第Fi级开始，先通过第j级的滤波器进行卷积处理，再基于当前级的采样值Lj进行下采样；对信号去循环前缀、傅里叶变换，得到频域信号其中傅里叶变换的采样点数为Ni/mi；再对K个频域信号进行串并转换得到信号对信号进行解调制得到估计的二进制比特流数据2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行Fi级的逐级速率匹配处理时，先对第i个子带的各级滤波器进行多相分解，得到第j级的个子滤波器，其中第j级的子滤波器的长度为表示第i个子带的第j级滤波器的长度；在进行第j级卷积滤波时，通过j级的个子滤波器并行进行。3.一种非均匀子带叠加的OFDM通信系统，包括发射端、接收端，其中发射端包括比特流生成单元、信号调制单元、多路分配器、OFDM调制单元、频谱搬移单元和发射单元；接收端包括接收单元、信号解调单元、复用器、OFDM解调单元、频谱搬移单元；其特征在于，所述发射端、接收端还分别还包括速率匹配单元；其中速率匹配单元包括F组采样单元和滤波器，采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光辉，王艳艳，孙铁成，瞿辉洋，易超，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51