專利名稱：一種基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶移動通信，移動通信和數(shù)字通信中的濾波器組的頻分多址系統(tǒng)(FDMA)。
背景技術(shù)：
近年來，無線通信系統(tǒng)向著寬帶方向迅速發(fā)展；伴隨著這種發(fā)展趨勢，無線通信系統(tǒng)占有的帶寬越來越高，傳輸速率越來越高，頻譜效率也要求越來越高。在寬帶無線移動通信系統(tǒng)和寬帶無線接入網(wǎng)中要求多個用戶同時接入，需要采用多址技術(shù)。通常采用的多址技術(shù)主要有三種頻分多址、時分多址和碼分多址。頻分多址技術(shù)是將用戶的信息分配到不同頻率的載波信道進(jìn)行傳輸。時分多址技術(shù)是將不同的信息分配到不同的時隙進(jìn)行傳輸，一個載波可以按時隙傳輸多個用戶的信息，傳輸?shù)挠脩魯?shù)取決于時隙的數(shù)目。碼分多址技術(shù)采用擴(kuò)頻通信方式，它可以在同一時間和同一載波上傳輸不同的偽隨機(jī)碼調(diào)制的多個用戶的信號。根據(jù)近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，為了有效提升系統(tǒng)的吞吐量，頻分多址技術(shù)(FDMA)和時分多址技術(shù)(TDMA)的組合多址技術(shù)將成為未來移動通信技術(shù)的主要多址技術(shù)?，F(xiàn)有頻分多址系統(tǒng)主要有兩種實現(xiàn)方式，一種是基于OFDM技術(shù)的頻分多址系統(tǒng)，如正交頻分多址(OFDMA)[1]和基于離散傅立葉變換擴(kuò)頻的正交頻分多址(DFT-S-OFDMA)系統(tǒng)；另一種是基于濾波器組技術(shù)的頻分多址系統(tǒng)，如濾波多音(FMT)[3]，廣義多載波(GMC)和基于離散傅立葉變換(DFT)的廣義多載波(GMC)頻分多址方案DFT-S-GMC?；贠FDM技術(shù)的頻分多址系統(tǒng)，具有對同步誤差導(dǎo)致的多址干擾敏感的缺陷?；跒V波器組技術(shù)的頻分多址系統(tǒng)每個子帶的帶寬相對于載波頻偏和多普勒頻移較大，同時每個子帶之間具有一定的頻域保護(hù)間隔，此外每個子帶的頻譜具有陡峭的帶外衰減，這些特征使得該系統(tǒng)對載波頻偏和定時誤差引起的多用戶間干擾具有較強(qiáng)的魯棒性。
現(xiàn)有的基于濾波器組的頻分多址系統(tǒng)(DFT-S-GMC)的接收方案采用單載波頻域均衡和濾波器組時域?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)(如李明齊，張小東，李元杰，周斌，″基于DFT擴(kuò)頻的廣義多載波頻分多址上行鏈路傳輸方案-DFT-S-GMC″，電信科學(xué)(B3G?？?，第6期，2006；XiaodongZhang，Mingqi Li，Honglin Hu Haifeng Wang Bin Zhou，Xiaohu You，“DFT SpreadGeneralized Multi-Carrier Scheme For Broadband Mobile Communications”，PIMRC2006.)。采用單載波頻域均衡需要先對接收的數(shù)據(jù)塊做Q(Q＝DxN)點的DFT變換，將時域數(shù)據(jù)變換到頻域。然后根據(jù)各子帶占用頻譜對應(yīng)的均衡子載波位置和估計的各均衡子載波信道頻率響應(yīng)，對每個均衡子載波做單點ZF或MMMSE均衡。接著再將均衡后的數(shù)據(jù)做Q點的IDFT變換，將頻域數(shù)據(jù)變換到時域。因此，采用單載波頻域均衡需要進(jìn)行兩次較大點數(shù)的傅立葉變換，其運(yùn)算復(fù)雜度較高。此外，而當(dāng)多子帶濾波器組采用非臨界采樣時(即濾波器組原型濾波器的上采樣率N大于濾波器組的子帶數(shù)目)，采用時域濾波器組實現(xiàn)結(jié)構(gòu)也將有較高的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的基于濾波器組的頻分多址系統(tǒng)(DFT-S-GMC)的接收方案采用單載波頻域均衡和濾波器組時域?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)時，單載波頻域均衡需要進(jìn)行兩次較大點數(shù)的傅立葉變換，其運(yùn)算復(fù)雜度較高；以及當(dāng)多子帶濾波器組采用非臨界采樣時(即濾波器組原型濾波器的上采樣率N大于濾波器組的子帶數(shù)目)，其采用的時域濾波器組實現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較高的技術(shù)問題，而提供一種基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置及其方法。
本發(fā)明技術(shù)方案是一種基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置，包括接收機(jī)中的循環(huán)前綴去除裝置，串并轉(zhuǎn)換裝置，Q點FFT變換裝置，子帶均衡子載波解映射裝置，子帶均衡裝置，K點的逆正交變換裝置和并/串轉(zhuǎn)換裝置，其特點是還包括子帶匹配濾波裝置，能量收集裝置，頻偏補(bǔ)償裝置，D點IFFT變換裝置，其中子帶匹配濾波裝置，用于對各子帶均衡輸出的信號矢量進(jìn)行頻域匹配濾波；能量收集裝置，用于對各子帶頻譜邊緣的信號能量收集；頻偏補(bǔ)償裝置，用于補(bǔ)償各子帶的頻率偏移；D點IFFT變換裝置，用于將頻偏補(bǔ)償后的各子帶頻域信號變換為時域信號。
串并轉(zhuǎn)換裝置，用于將輸入的串行數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)序列。
并串轉(zhuǎn)換裝置，用于對輸入的并行數(shù)據(jù)塊序列進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換操作或用于對IFFT變換后的各子帶時域信號序列進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換操作。
Q點FFT變換裝置，用于對輸入的并行數(shù)據(jù)序列進(jìn)行Q點FFT變換。
子帶均衡子載波解映射裝置，用于按用戶占用的各子帶頻譜對應(yīng)的子載波數(shù)目和序號提取各子帶頻域均衡子載波上接收的信號矢量。
子帶均衡裝置，用于對經(jīng)過子帶均衡子載波解映射提取的各子帶信號分別進(jìn)行均衡。
K點逆正交變換裝置，用于對輸入的K個并串轉(zhuǎn)換裝置輸出的符號序列進(jìn)行K點逆正交變換。
本發(fā)明的技術(shù)方法是一種基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)方法先對接收的數(shù)據(jù)塊做Q＝DxN點的DFT變換，將時域數(shù)據(jù)變換到頻域；然后根據(jù)各子帶占用頻譜對應(yīng)的均衡子載波位置和估計的各均衡子載波信道頻率響應(yīng)，對每個均衡子載波做單點ZF或MMMSE均衡；接著針對各占用的子帶頻域子載波位置，分別進(jìn)行匹配濾波，能量收集和頻偏補(bǔ)償操作；然后采用多個D點IFFT，分別將各個子帶的頻域數(shù)據(jù)變換到時域，最后K點逆正交變換裝置，按照發(fā)射端正交變換規(guī)則，對輸入的K個并串轉(zhuǎn)換裝置輸出的符號序列進(jìn)行K點逆正交變換，完成濾波器組傳輸信號的解調(diào)。
本發(fā)明與基于單載波頻域均衡和時域濾波器解調(diào)的接收方法相比，基于頻域均衡和頻域濾波器組解調(diào)的接收方法在保持相同性能的條件下，具有更低的實現(xiàn)復(fù)雜度。且采用頻域解調(diào)的接收機(jī)復(fù)雜度小于采用時域解調(diào)的接收機(jī)復(fù)雜度，尤其是在接收端對各用戶獨(dú)立解調(diào)，同時各用戶占用子帶數(shù)目較少的情況。如占用28子帶(滿子帶)時，頻域解調(diào)的實乘數(shù)約為時域解調(diào)的二分之一；而當(dāng)占用1個子帶時，頻域解調(diào)的實乘數(shù)只有時域解調(diào)的三分之一。


圖1是基于時域循環(huán)結(jié)構(gòu)多子帶濾波器組的頻分多址系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)的框圖；圖2是基于多子帶濾波器組實現(xiàn)的頻分多址系統(tǒng)的接收機(jī)的框圖；圖3是循環(huán)數(shù)據(jù)成塊操作示意圖；圖4是數(shù)據(jù)塊能量收集操作示意圖；圖5是1個子帶時DFT-S-GMC系統(tǒng)比特誤碼率性能圖；圖6是6個子帶時DFT-S-GMC系統(tǒng)比特誤碼率性能圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
本發(fā)明一種基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置，用于基于時域循環(huán)結(jié)構(gòu)多子帶濾波器組的頻分多址系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和基于多子帶濾波器組實現(xiàn)的頻分多址系統(tǒng)的接收機(jī)。
圖1示出一種基于時域循環(huán)結(jié)構(gòu)多子帶濾波器組的頻分多址系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)的框圖。其中包括一個數(shù)據(jù)塊分割裝置10、一個串并轉(zhuǎn)換裝置11、一個K點的正交變換裝置12，一個子帶映射裝置13、一個M點的逆濾波器組變換(IFBT)裝置14、一個移位累加裝置15，一個循環(huán)數(shù)據(jù)成塊裝置16和一個循環(huán)前綴添加裝置17。
假定{an，n＝0，1，2....}為輸入到發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)塊分割裝置10的串行已調(diào)制符號序列；數(shù)據(jù)塊分割裝置10，用于將符號已調(diào)制串行符號數(shù)據(jù)序列{an，n＝0，1，2...}，分割為串行符號數(shù)據(jù)塊序列{bk，k＝0，1，2...，D-1}，這里，bk表示一個元素數(shù)量等于K的行向量，其中D為其后移位累加裝置15中疊加的IFBT符號數(shù)目，K為其后FFT變換裝置12中FFT變換的點數(shù)。由于發(fā)射裝置對輸入的每個串行數(shù)據(jù)塊的操作是相同而且是獨(dú)立的，因此在其后的方案描述中僅描述發(fā)射及接收裝置對一個串行數(shù)據(jù)塊的操作。
串并轉(zhuǎn)換裝置11，用于將串行符號數(shù)據(jù)塊序列{bk，k＝0，1，2...，D-1}中每個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換操作，以形成D個并行符號數(shù)據(jù)塊{ck，k＝0，1，...，D-1}，這里，{ck(n′)}表示一個元素數(shù)量和FFT變換大小K一樣的列向量；正交變換裝置12，用于對輸入的每個并行符號數(shù)據(jù)塊{ck，k＝0，1，...，D-1}進(jìn)行K點正交變換。這里，正交變換包括離散傅立葉變換(DFT)，沃爾什-哈達(dá)碼(WH)變換，或恒等變換(即變換輸出信號矢量與輸入信號矢量恒等)。優(yōu)選地，采用K點DFT變換。經(jīng)過DFT變換模塊，輸入并行的數(shù)據(jù)塊序列{ck，k＝0，1，...，D-1}變換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊序列{dk，k＝0，1，...，D-1}，相互之間的關(guān)系服從dk(m′)=1KΣn′=0K-1ck(n′)exp(j2πm′n′/K),]]>m′＝0，L，K-1，k＝0，1，...，D-1，這里，{dk(m′)}也表示一個元素數(shù)量和正交變換大小一樣的列向量。正交變換大小K等于傳輸所需子帶數(shù)目，并且可根據(jù)通信系統(tǒng)所需傳輸速率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。
子帶映射裝置13，用于將經(jīng)過正交變換輸出的數(shù)據(jù)塊dk中的每個元素分別映射到相應(yīng)的子帶上進(jìn)行傳輸，對于沒有數(shù)據(jù)映射的子帶傳輸0。映射的方式可以是連續(xù)映射方式，即將數(shù)據(jù)塊中的各元素映射到頻譜上頻率連續(xù)排列的多個子帶上，也可以是離散映射方式，即將數(shù)據(jù)塊中的各元素映射到頻譜上頻率間隔排列的多個子帶上。經(jīng)過子帶映射裝置，輸入并行的數(shù)據(jù)塊序列{dk，k＝0，1，...，D-1}變換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊序列{ek，k＝0，1，...，D-1}，{ek(m)}也表示一個元素數(shù)量為M的列向量，其中M為多子帶濾波器組總的子帶數(shù)目。IFBT(逆濾波器組變換)裝置14，用于輸入的每個并行符號數(shù)據(jù)塊序列{ek，k＝0，1，...，D-1}進(jìn)行M點的IFBT變換。經(jīng)過IFBT變換模塊，輸入并行的數(shù)據(jù)塊序列變換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊序列{gk，k＝0，1，...，D-1}，相互之間的關(guān)系服從gk(n)=fp(n)Σm=0M-1ek(m)exp(j2πmn/M),]]>n＝0，L，k-1，k＝0，1，...，D-1。其中{fp(n)，n＝0，1，2...，L-1}為濾波器組原型濾波器系數(shù)(亦即沖激響應(yīng))，其中L為濾波器長度，其頻率響應(yīng)為單子帶低通濾波器頻率響應(yīng)。該濾波器滿足移位正交條件Σn=0L-1fp(n)fp*(n-kN)=δ(k),]]>N為濾波器移位正交間隔，亦即上采樣率。這里{gk(n)}表示為塊長為L的串行數(shù)據(jù)塊。
移位累加裝置15，用于將并串轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)塊序列按多相濾波器對應(yīng)的原型濾波器的移位正交間隔N進(jìn)行移位疊加。具體地，在k時刻，將k-1時刻波形合成裝置生成的長度為L的數(shù)據(jù)序列的前N點數(shù)據(jù)發(fā)送出去，再取剩余的L-N點數(shù)據(jù)，在尾部添N個零后，與k時刻并串轉(zhuǎn)換輸出的L點數(shù)據(jù)塊{gk(n)，n＝0，1，2...，L-1}相加，構(gòu)成新的L點數(shù)據(jù)序列；而k+1時刻又將該新生成的L點序列的前N點數(shù)據(jù)發(fā)送出去，再取剩余的L-N點數(shù)據(jù)，在尾部添N個零后，與k+1時刻并串轉(zhuǎn)換輸出的L點數(shù)據(jù)塊{gk+1(n)，n＝0，1，2...，L-1}相加，構(gòu)成更新的數(shù)據(jù)序列。如此周而復(fù)始。經(jīng)過移位累加裝置，輸入串行的數(shù)據(jù)塊序列變換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊序列{s(n)，n＝0，1，2...，E-1}。并且相互之間的關(guān)系服從s(n)=Σk=0D-1gk(n-kN)=Σk=0D-1Σm=0M-1ek(m)fp(n-kN)exp(j2πm(n-kN)/M).]]>顯然，序列s(n)的長度為E＝(D-1)×N+L，其中L為原型濾波器長度，N為原型濾波器移位正交間隔；循環(huán)數(shù)據(jù)成塊裝置16，用于對經(jīng)過波形合成后的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行緩存，截斷分塊和波形首尾循環(huán)疊加操作，其操作如圖3所示。首先，緩存長度為E的波形合成后輸出序列。然后將緩存的長度為E的數(shù)據(jù)序列分割為長度分別為F1，Q和F2的三段數(shù)據(jù)塊，使得E＝F1+Q+F2。優(yōu)選地，Q＝D×N。選擇D和N，使得Q≥F1+F2。最后將分成的三段數(shù)據(jù)塊首尾循環(huán)疊加，即將截取的前F1點數(shù)據(jù)與截取的Q點數(shù)據(jù)塊的最后F1點數(shù)據(jù)疊加，同時，將截取的后F2點數(shù)據(jù)與截取的Q點數(shù)據(jù)塊的前F2點數(shù)據(jù)疊加，形成長度為Q的循環(huán)波形序列{s(n)，n＝0，1，...，Q-1}由于Q為每個數(shù)據(jù)塊中復(fù)用的IFBT符號數(shù)目D的整數(shù)倍，序列{s(n)}為一首尾連續(xù)的循環(huán)序列。事實上，輸出序列可以表示為s(n)=Σk=0D-1gk((n-kN+F1))Q,n=0,1,...,Q-1,]]>((·))Q表示取模Q運(yùn)算。循環(huán)前綴添加裝置17，用于在循環(huán)波形序列的頭或尾部添加一個特定長度的保護(hù)間隔，用于減少信道間干擾(優(yōu)選地，該保護(hù)間隔的長度應(yīng)大于信道最大時延擴(kuò)展長度)。優(yōu)選地，保護(hù)間隔添加裝置可采用循環(huán)前綴(CP)添加裝置，也即將所述數(shù)據(jù)塊尾部的一部分復(fù)制到其的前端，形成最終的帶CP的數(shù)據(jù)塊符號。經(jīng)過循環(huán)前綴添加裝置，輸入數(shù)據(jù)序列{s(n)，n＝0，1，...，Q-1}變換成完整的數(shù)據(jù)塊符號序列{t(n)，n＝0，1，...，P-1}，其中，P＝Q+C，C為循環(huán)前綴長度。
圖2示出一種基于多子帶濾波器組實現(xiàn)的頻分多址系統(tǒng)的接收機(jī)的框圖。其中包括一個循環(huán)前綴去除裝置30，一個串并轉(zhuǎn)換裝置31，一個Q點FFT變換裝置32，一個子帶均衡子載波解映射裝置33，K個子帶均衡裝置(為簡明起見，圖1中僅示出三個340，341，342)，K個子帶匹配濾波裝置(為簡明起見，圖1中僅示出三個350，351，352)，K個能量收集裝置(為簡明起見，圖1中僅示出三個360，361，362)，K個頻偏補(bǔ)償裝置(為簡明起見，圖1中僅示出三個370，371，372)，K個D點IFFT變換裝置(為簡明起見，圖1中僅示出三個380，381，382)，K個并串轉(zhuǎn)換裝置(為簡明起見，圖1中僅示出三個390，391，392)，一個K點的逆正交變換裝置40和一個并/串轉(zhuǎn)換裝置41。
特別地，對于通信系統(tǒng)上行鏈路，圖2示例的接收裝置僅針對一個用戶的接收信號。對于多用戶接收，既可以針對每個用戶分別采用一套如圖2的接收裝置，也可以對所有用戶共用子帶子載波解映射裝置33之前的所有裝置，而針對每個用戶分別采用一套子帶子載波解映射裝置33之后的所有裝置。
假定接收機(jī)理想同步，并且假定{r(n)，n＝0，1，...，P-1}為輸入到接收機(jī)的循環(huán)前綴去除裝置30的串行符號序列；循環(huán)前綴去除裝置30，用于按照發(fā)射端循環(huán)前綴添加規(guī)則，將數(shù)據(jù)塊中前C個采樣值舍去，形成長度為Q的串行數(shù)據(jù)序列{o(n)，n＝0，1，2，...，Q-1}；
串并轉(zhuǎn)換裝置31，用于將輸入的串行數(shù)據(jù)序列{o(n)，n＝0，1，2，...，Q-1}轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)序列{p(n)，n＝0，1，2，...，Q-1}；Q點FFT變換裝置32，用于對輸入的并行數(shù)據(jù)序列{p(n)，n＝0，1，2，...，Q-1}進(jìn)行Q點FFT變換。經(jīng)過FFT變換，輸入并行的數(shù)據(jù)序列變換成相應(yīng)的并行數(shù)據(jù)序列{q(k)，k＝0，1，2，...，Q-1}，相互之間的關(guān)系服從q(k)=1QΣn=0Q-1p(n)exp(-j2πkn/Q).]]>子帶均衡子載波解映射裝置33，用于按用戶占用的各子帶頻譜對應(yīng)的子載波數(shù)目和序號提取各子帶頻域均衡子載波上接收的信號矢量。各子帶占用的均衡子載波數(shù)目為Wl(l＝0，L，K-1)，并且Wl=QM,]]>Q為頻域均衡FFT變換點數(shù)，M為濾波器組子帶總數(shù)目。
由于各子帶均衡子載波數(shù)目必須為整數(shù)，因此，當(dāng)Q不是M的整數(shù)倍時，亦即W為非整數(shù)時，各子帶占用的均衡子載波數(shù)目可以在相鄰子帶之間作相應(yīng)的舍入。此時各子帶均衡子載波數(shù)目可以不相同，但所有子帶的均衡子載波數(shù)目之和應(yīng)等于Q。不失一般性，假設(shè)占用的第l個子帶的均衡子載波數(shù)目為Wl(l＝0，L，K-1)，并且相應(yīng)的均衡子載波序號為kl+(0Wl-1)，kl為第l個子帶均衡子載波偏移量。經(jīng)過子帶均衡子載波解映射，對于第l個子帶，輸出的用于頻域均衡的信號矢量為tl(k)，并且t(k)＝q(kl+k)，k＝0，L，Wl-1。由于Q＝N×D，并且N≥M，因此Wl≥D。
子帶均衡裝置340，341，342，用于對經(jīng)過子帶均衡子載波解映射提取的各子帶信號分別進(jìn)行均衡。經(jīng)過子帶均衡，對于第l(l＝0，L，K-1)個子帶，輸出的頻域均衡后的信號矢量為u(k)，并且ul(k)＝tl(k)h(kl+k)，k＝0，L，Wl-1。其中，h(kl+k)為第kl+k個子載波的頻域均衡系數(shù)。對于迫零(ZF)均衡，h(kl+k)=H*(kl+k)|H(kl+k)|2;]]>對于最小均方誤差(MMSE)均衡，h(kl+k)=H*(kl+k)|H(kl+k)|2+σ2.]]>H(kl+k)為第kl+k個頻域均衡子載波的信道頻率響應(yīng)。σ2為頻域均衡子載波上的噪聲方差。
子帶匹配濾波裝置350，351，352，用于對各子帶均衡輸出的信號矢量進(jìn)行頻域匹配濾波，即是將各子帶頻域均衡輸出的信號矢量乘以相應(yīng)子帶頻率響應(yīng)的共軛。對于第l(l＝0，L，K-1)個子帶，子帶頻率響應(yīng)為Gl(k)=Σn=0Q-1fp,l′′(n)exp(-j2π(kl+k)n/Q),]]>k＝0，L，Wl-1，其中fp，l″(n)＝f′p，l((n+F1))Q，n＝0，L，Q-1，f′p，l(n)＝fp(n)exp(j2πl(wèi)n/M)，n＝0，L，L-1，并且{fp(n)，n＝0，1，2...，L-1}為濾波器組原型濾波器系數(shù)(亦即沖激響應(yīng))，F(xiàn)1為發(fā)射端循環(huán)數(shù)據(jù)成塊裝置16中截取的第一段數(shù)據(jù)塊的長度。事實上，對于給定的系統(tǒng)參數(shù)，各子帶頻率響應(yīng)為常數(shù)，可以離線產(chǎn)生。經(jīng)過子帶匹配濾波裝置，對于第l個子帶，輸出的信號矢量為ul(k)，k＝0，L，Wl-1，并且ul(k)=ul(k)×Gl*(k),]]>k＝0，L，Wl-1。
能量收集裝置360，361，362，用于對各子帶頻譜邊緣的信號能量收集。對于第l(l＝0，L，K-1)個子帶，即是將長度為Wl，具有升余弦能量分布的頻域信號矢量ul(k)，k＝0，L，Wl-1兩端的能量(亦即第l個子帶頻譜邊緣的能量)收集到長度為D(D＜Wl)，具有平坦能量分布的信號矢量vl(k)中。優(yōu)選地一種實現(xiàn)方法是，先將信號矢量ul(k)分割為長度分別為D和Wl-D的首部和尾部兩段序列，然后將尾部序列與首部序列中前Wl-D點序列相加，最后構(gòu)成長度為D的序列vl(k)，k＝0，L，D-1。其操作過程如圖4所示。
頻偏補(bǔ)償裝置370，371，372，用于補(bǔ)償各子帶的頻率偏移。頻偏補(bǔ)償既可以在時域?qū)崿F(xiàn)，也可以在頻域?qū)崿F(xiàn)。在時域?qū)崿F(xiàn)，需要對時域序列乘以相位補(bǔ)償序列，因此復(fù)雜度較高。而在頻域?qū)崿F(xiàn)，只需要對頻域序列進(jìn)行循環(huán)移位即可。具體地，對于第l(l＝0，L，K-1)個子帶，將能量收集后獲得的信號矢量vl(k)，k＝0，L，D-1，向右循環(huán)移位ξl個數(shù)值點。其中ξl＝((kl))D，kl為第l個子帶第1個頻域均衡子載波偏移量。經(jīng)過頻偏補(bǔ)償，對于第l個子帶，輸出的信號矢量為ul(k)，k＝0，L，D-1，并且vl(k)＝vl((k-ξl))Dk＝0，L，D-1。D點IFFT變換裝置380，381，382，用于將頻偏補(bǔ)償后的各子帶頻域信號vl(k)，k＝0，L，D-1變換為時域信號。經(jīng)過IFFT變換，對于第l(l＝0，L，K-1)個子帶，輸出的信號矢量為wl(k′)，k′＝0，L，D-1，并且wl(k′)=1DΣk=0D-1vl(k)exp(j2πkk′/D),]]>k′＝0，L，D-1，這里，{Wl(k′)}表示一個元素數(shù)量為D的列向量；并串轉(zhuǎn)換裝置390，391和392，用于對IFFT變換后的各子帶時域信號序列wl(k′)，k′＝0，L，D-1進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換操作。經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換裝置，對于第l(l＝0，L，K-1)個子帶，輸出的串行信號矢量為xl(k′)，k′＝0，L，D-1，這里，{xl(k′)}表示一個元素數(shù)量為D的行向量；K點逆正交變換裝置40，用于對輸入的K個并串轉(zhuǎn)換裝置輸出的符號序列xl(k′)，k′＝0，L，D-1，按照發(fā)射端正交變換的規(guī)則，進(jìn)行K點逆正交變換。對于發(fā)射端采用K點DFT變換，接收端采用K點IDFT變換，則輸入的K個串行數(shù)據(jù)序列變換成D個的并行數(shù)據(jù)塊序列{yk′(n′)，k′＝0，1，...，D-1}，并且yk′=(n′)=1KΣl=0K-1xl(k′)exp(j2πn′l/K),]]>n′＝0，L，K-1，k′＝0，1，...，D-1，這里，{yk′(n′)}表示一個元素數(shù)量為K的列向量；并串轉(zhuǎn)換裝置41，用于對輸入的并行數(shù)據(jù)塊序列{yk′(n′)，n′＝0，L，K-1，k′＝0，1，...，D-1}中每個并行數(shù)據(jù)塊分別進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換操作。經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換裝置，輸出為串行數(shù)據(jù)符號序列{zk(n)，n＝0，L，K-1，k＝0，1，...，D-1}，用于接收端的符號解調(diào)和解碼，以恢復(fù)發(fā)射的信息比特。這里，{zk(n)}表示一個元素數(shù)量為K的行向量；實施例系統(tǒng)仿真及結(jié)果(1)系統(tǒng)仿真參數(shù)系統(tǒng)采樣頻率7.68MHz子帶總數(shù)目(M)28占用子帶數(shù)目(K)1子帶/6個子帶原型濾波器根升余弦原型濾波器長度(L)392濾波器上采樣率(N)32子帶映射方式集中映射(只針對6個子帶情況)編碼方式/碼率Turbo(1/2)
調(diào)制方式QPSK天線配置1發(fā)1收信道模型PB(3km/h)均衡算法MMSE頻域均衡頻域均衡點數(shù)Q512每個數(shù)據(jù)塊復(fù)用的波形符號數(shù)D16對比仿真系統(tǒng)頻域解調(diào)方法和時域解調(diào)方法(2)仿真結(jié)果由圖5和圖6可見，采用1個和6個子帶時，基于頻域解調(diào)的DFT-S-GMC系統(tǒng)比特誤碼率幾乎相同，即采用頻域解調(diào)沒有造成系統(tǒng)性能的損失。
(3)復(fù)雜度比較表1時解調(diào)和頻域解調(diào)復(fù)雜度比較

其中Round(.)表示四舍五入運(yùn)算。一次復(fù)除等效于6次實乘和2次實除，28點的FFT等效于4次7點的FFT和7次4點的FFT，512點和4點FFT采用基2算法，7點的FFT采用WFTA算法(共9次復(fù)乘)。
由表可見，采用頻域解調(diào)的接收機(jī)復(fù)雜度小于采用時域解調(diào)的接收機(jī)復(fù)雜度，尤其是在接收端(基站)對各用戶獨(dú)立解調(diào)，同時各用戶占用子帶數(shù)目較少的情況。如占用28子帶(滿子帶)時，頻域解調(diào)的實乘數(shù)約為時域解調(diào)的二分之一。而當(dāng)占用1個子帶時，頻域解調(diào)的實乘數(shù)只有時域解調(diào)的三分之一。
權(quán)利要求
1.一種基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置，包括接收機(jī)中的循環(huán)前綴去除裝置，串并轉(zhuǎn)換裝置，Q點FFT變換裝置，子帶均衡子載波解映射裝置，子帶均衡裝置，K點的逆正交變換裝置和并/串轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，還包括子帶匹配濾波裝置，能量收集裝置，頻偏補(bǔ)償裝置，D點IFFT變換裝置，其中子帶匹配濾波裝置，用于對各子帶均衡輸出的信號矢量進(jìn)行頻域匹配濾波；能量收集裝置，用于對各子帶頻譜邊緣的信號能量收集；頻偏補(bǔ)償裝置，用于補(bǔ)償各子帶的頻率偏移；D點IFFT變換裝置，用于將頻偏補(bǔ)償后的各子帶頻域信號變換為時域信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置，其特征在于，所述串并轉(zhuǎn)換裝置，用于將輸入的串行數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置，其特征在于，所述并串轉(zhuǎn)換裝置，用于對輸入的并行數(shù)據(jù)塊序列進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換操作或用于對IFFT變換后的各子帶時域信號序列進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置，其特征在于，所述Q點FFT變換裝置，用于對輸入的并行數(shù)據(jù)序列進(jìn)行Q點FFT變換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置，其特征在于，所述子帶均衡子載波解映射裝置，用于按用戶占用的各子帶頻譜對應(yīng)的子載波數(shù)目和序號提取各子帶頻域均衡子載波上接收的信號矢量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置，其特征在于，所述子帶均衡裝置，用于對經(jīng)過子帶均衡子載波解映射提取的各子帶信號分別進(jìn)行均衡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置，其特征在于，所述K點逆正交變換裝置，用于按照發(fā)射端正交變換規(guī)則，對輸入的K個并串轉(zhuǎn)換裝置輸出的符號序列進(jìn)行K點逆正交變換；其中發(fā)射端正交變換包括傅立葉變換(FT)，沃爾什-哈達(dá)碼變換，恒等變換。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置，其特征在于，所述循環(huán)前綴去除裝置，用于按照發(fā)射端循環(huán)前綴添加規(guī)則，將數(shù)據(jù)塊中前C個采樣值舍去，形成長度為Q的串行數(shù)據(jù)序列。
9.一種基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)方法，其特征在于先對接收的數(shù)據(jù)塊做Q＝D×N點的DFT變換，將時域數(shù)據(jù)變換到頻域；然后根據(jù)各子帶占用頻譜對應(yīng)的均衡子載波位置和估計的各均衡子載波信道頻率響應(yīng)，對每個均衡子載波做單點ZF或MMSE均衡；接著針對各占用的子帶頻域子載波位置，分別進(jìn)行匹配濾波，能量收集和頻偏補(bǔ)償操作；然后采用多個D點IFFT，分別將各個子帶的頻域數(shù)據(jù)變換到時域，最后K點逆正交變換裝置，按照發(fā)射端正交變換規(guī)則，對輸入的K個并串轉(zhuǎn)換裝置輸出的符號序列進(jìn)行K點逆正交變換，完成濾波器組傳輸信號的解調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于濾波器組的分塊傳輸系統(tǒng)頻域解調(diào)裝置及其方法，先對接收的數(shù)據(jù)塊做Q＝DxN點的DFT變換，將時域數(shù)據(jù)變換到頻域；然后根據(jù)各子帶占用頻譜對應(yīng)的均衡子載波位置和估計的各均衡子載波信道頻率響應(yīng)，對每個均衡子載波做單點ZF或MMMSE均衡；接著針對各占用的子帶頻域子載波位置，分別進(jìn)行匹配濾波，能量收集和頻偏補(bǔ)償操作；然后采用多個D點IFFT，分別將各個子帶的頻域數(shù)據(jù)變換到時域，最后K點逆正交變換裝置，對輸入的K個并串轉(zhuǎn)換裝置輸出的符號序列進(jìn)行K點逆正交變換，完成濾波器組傳輸信號的解調(diào)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，基于頻域均衡和頻域濾波器組解調(diào)的接收方法在保持相同性能的條件下，具有更低的實現(xiàn)復(fù)雜度。
文檔編號H04L27/26GK101090386SQ200710043479
公開日2007年12月19日 申請日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日
發(fā)明者李明齊, 芮赟, 張小東, 卜智勇 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 上海睿智通無線技術(shù)有限公司