基于可变子载波带宽的多流准恒包络多载波传输方法

摘要

本发明提出一种基于可变子载波带宽的多流准恒包络多载波传输方法，属于无线通信技术领域。本发明对于发送端发送的时域信号长度分别为N,N1,…,NP‑1的P个数据流，其中满足N＞N1+N2+…+NP‑1，将各数据流比特经符号映射形成符号数据流，符号数据流被映射到不同的子载波上，时域信号长度为N的数据流1经过相位调制后形成恒包络OFDM信号数据流2,3,…,P的时域信号进行时分复用并添加保护间隔至N长度，形成长度为N的复合时域信号对相位调制形成恒包络OFDM信号将信号和进行移项合并得到最终的多流准恒包络信号。本发明设计了一种具有混合波形参数的准恒包络波形，支持多个具有不同子载波带宽和信号时长的业务数据流，提高了卫星移动通信系统的传输质量和频谱效率。

权利要求

1.一种基于可变子载波带宽的多流准恒包络多载波传输方法，其特征在于，设在传输发送端发送P个数据流，P个数据流的时域信号长度分别为N,N1,L,NP-1，并且满足条件：N＞N1+N2+L+NP-1；所述方法包括：首先，各数据流比特经符号映射形成符号数据流，其次，将符号数据流映射到不同的子载波上；

将时域信号长度为N的数据流1经过相位调制，形成的n时刻的恒包络OFDM信号为 n＝0,1,L,N-1；P、N均为正整数；

将数据流2,3,L,P的时域信号进行时分复用并添加保护间隔至N长度，形成长度为N的复合时域信号 则复合时域信号 经过相位调制形成的n时刻的恒包络OFDM信号为其中，A2为幅度，2πh2为调制指数；

将信号 和 进行移相合并得到最终的n时刻的多流准恒包络信号

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的P个数据流，其中数据流p在n时刻的时域OFDM信号表示为其中， 是数据流p的频域共轭对称、补零数据向量，表示为如下：其中， 为归一化的M-QAM数据符号， 为向量Xm的共轭向量，Ns代表M-QAM数据符号的数量； 是1行Nzp列的零向量；N＝Ns+Nzp+2，过采样因子J＝N/(2Ns+2)；

则经过相位调制形成的n时刻的恒包络OFDM信号 p＝

1,2,…,P；

其中，Ap为数据流p的幅度，2πhp是数据流p的调制指数。

说明书

基于可变子载波带宽的多流准恒包络多载波传输方法

技术领域

[0001] 本发明属于无线通信技术领域，涉及一种应用于卫星移动通信系统的基于可变子载波带宽的多流准恒包络多载波传输技术。

背景技术

[0002] 在无线通信场景中，信息以电磁波为载体，从发射机通过无线信道传输到接收机实现通信。通信质量容易受到噪声、干扰等信道因素影响导致接收信号产生幅度和相位的变化，影响通信质量。多载波传输技术将信号调制到多个子载波上，形成了多个相对平坦的子信道。正交频分复用(OFDM)技术作为地面第四代和第五代移动通信的关键技术之一，是一种典型的多载波技术。OFDM信号的多个子载波相互正交，显著提升了频谱效率。但是，OFDM的高峰均比(PAPR)特性使得其难以直接应用于功率受限的卫星移动通信系统中，因此需要低PAPR的多载波技术，如恒包络OFDM(CE-OFDM)技术。CE-OFDM技术采用相位调制的方式，使得CE-OFDM信号具有恒定的包络，可将PAPR控制在0dB，提高了卫星功放的效率。但是，CE-OFDM信号需要通过将发送端频域信号构建成中心共轭对称数据，频谱效率降低为OFDM信号的50％，为了提高频谱效率，可考虑构造多数据流的多载波方式。此外，卫星通信系统覆盖范围广，不同区域的用户存在着不同程度的大尺度频偏，而频偏对多载波系统的性能影响取决于归一化频偏的大小，因此，设计固定的子载波带宽无法很好地适用于具有大范围频偏差异的卫星通信系统，可考虑采用可变的子载波带宽设计；另一方面，由于不断增长的地面用户节点数量和丰富、多样化的业务需求，为高速业务选择更大的子载波带宽可提供更高的传输速率。

[0003] 目前卫星移动通信系统中，单数据流的CE-OFDM多载波信号具有恒定的包络，可有效降低PAPR，但频谱效率降低为原来的一半。此外，单一波形参数的多载波不能适应卫星移动通信系统中大范围信道参数变化，比如大尺度频偏。

发明内容

[0004] 针对现有卫星通信多载波传输技术采用单一波形参数，不能适应卫星移动通信系统中大尺度频偏变化和业务传输需求的问题，本发明提供了一种基于可变子载波带宽的多流准恒包络多载波传输方法，设计了一种新型的多载波传输信号结构，通过灵活可变的子载波带宽设计和多数据流传输结构，为系统提供更加灵活的信道适应能力和频谱利用效率。

[0005] 本发明的基于可变子载波带宽的多流准恒包络多载波传输方法，

[0006] 设在传输发送端发送P个数据流，P个数据流的时域信号长度分别为N,N1,…,NP-1，并且满足N＞N1+N2+…+NP-1；本发明方法首先将各数据流比特经符号映射形成符号数据流，其次将符号数据流映射到不同的子载波上；P为正整数；

[0007] 将时域信号长度为N的数据流1经过相位调制，形成的n时刻的恒包络OFDM信号为n＝0,1,…,N-1；N为正整数；

[0008] n＝0,…,N-1；其中，A1为幅度，2πh1为调制指数；

[0009] 将数据流2,3,…,P的时域信号进行时分复用并添加保护间隔至N长度，形成长度为N的复合时域信号 则复合时域信号 经过相位调制形成n时刻的恒包络OFDM信号[0010] n＝0,…,N-1；其中，A2为幅度，2πh2为调制指数；

[0011] 将信号 和 进行移项合并得到最终的时刻n的多流准恒包络信号

[0012] 本发明的优点与积极效果在于：本发明方法可为系统提供基于信道条件和业务需求动态调整的能力，提高了卫星移动通信系统的传输质量和频谱效率。本发明方法通过多数据流时频叠加的方式，构造准恒包络的多载波信号。本发明在保证了低PAPR的情况下，提供了一种频谱效率高并且可适应卫星多样化业务传输需求以及大尺度频偏变化的信号传输体制，使得准恒包络OFDM在实际卫星场景中具有应用的可行性。

附图说明

[0013] 图1是本发明的多流准恒包络多载波传输发送端流程示意图；

[0014] 图2是本发明的多流时分复用并添加保护间隔的示意图；

具体实施方式

[0015] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0016] 现有卫星移动通信系统中，考虑的是单一业务、单一子载波带宽、固定时长的数据传输，不能适用于卫星移动通信系统中大尺度频偏变化和业务传输需求，即现有技术中未考虑单一波形承载具有混合波形参数(多种子载波带宽、多种信号时长)的多个数据流的问题。本发明方法设计了一种具有混合波形参数的准恒包络波形，可支持多个具有不同子载波带宽和信号时长的业务数据流。对实际通信中存在的子载波带宽、信号时长不同的多样化业务，可以根据特定数据流的长度，采用本发明方法设计的复用形式来进行传输。本发明方法适用于功率受限的卫星通信系统。

[0017] 本发明的基于可变子载波带宽的多流准恒包络多载波传输方法，在支持多样化业务数据流传输的同时，波形具有准恒包络的特性。为了提高频谱利用效率，本发明设计的多流准恒包络传输结构如图1所示。

[0018] 如图1所示，首先将待发送的P个数据流比特经过符号映射形成多个符号数据流；其次，各符号数据流被映射到不同的子载波上；设P个数据流的时域信号长度分别为N,N1,…,NP-1，并且满足N＞N1+N2+…+NP-1。P为正整数，对于本发明方法，P大于或等于2。对数据流1进行N点IDFT(离散傅里叶逆变换)，对数据流2,3,…,P分别进行N1,N2,…,NP-1点的IDFT，不同数据流的子载波带宽分别为Δf1,Δf2,…,ΔfP。最后，不同数据流通过移项叠加结构实现多数据流的复用。

[0019] P个数据流中数据流p的子载波带宽为Δfp，n时刻数据流p的时域OFDM信号可以表示为 如下：

[0020]

[0021] 其中，n＝0,1,…,N-1，N是离散傅里叶逆变换的点数。时刻0表示初始时刻。

[0022] 是数据流p的频域共轭对称、补零数据向量，可表示为

[0023]

[0024] 其中， 为归一化的M-QAM数据符号，M-QAM数据符号为M进制QAM(正交幅度调制)符号， 是1行Nzp列的零向量，N＝Ns+Nzp+2，过采样因子J＝N/(2Ns+2)。Ns代表M-QAM数据符号的数量。Nzp为零向量的长度，改变Nzp，可以调整过采样因子。 为向量Xm的共轭向量。

[0025] 由于这样的结构，OFDM信号成了实值序列，从而构造恒包络OFDM(CE-OFDM)信号如下式：

[0026]

[0027] 其中，Ap为数据流p的幅度，2πhp是数据流p的调制指数，n＝0,1,…,N-1。这样多载波只影响信号的相位，可以有效降低PAPR。但是，从式(2)可以看出，对于单数据流传输的情形，由于存在共轭对称结构以及中间补零的情况，频谱效率低于传统OFDM信号的50％。

[0028] 时域信号长度为N的数据流1可经过相位调制形成CE-OFDM信号，如下式所示：

[0029]

[0030] 那么数据流2,3,…,P的时域信号可进行时分复用并添加保护间隔至N长度，形成复合时域信号如图2所示。图2中，数据流2,3,…,P的时域长度分别为N1,N2,…,NP-1，具体数据流p的时域符号可进一步写成 p＝2,3,…,P；图中0表示数据流间的保护间隔，共同形成长度为N的时域信号 n＝0,1,…,N-1。

[0031] 多数据流时分复用后的长度为N的复用数据流可表示为 n＝1,2,…,N。复用数据流可通过相位调制形成CE-OFDM信号如公式(5)所示，式中2πh2表示复用数据流的调制指数，A2表示复用数据流的幅度。

[0032]

[0033] 进一步地，如图1所示，多数据流经移项合并最终输出的信号可以由公式(6)所示。

[0034]

[0035] 图1中的移项叠加结构中，数据流1的N点时域符号通过公式(4)形成长度为N的CE-OFDM信号，数据流2,3,…,P通过添加保护间隔，以时分复用的方式形成了长度为N的时域符号，并进一步通过公式(5)的相位调制形成另一路CE-OFDM信号，并通过乘以 并与数据流1的信号线性相加，形成最终的多流准恒包络信号。

[0036] 图1上方的虚线框中以三个数据流为例，描述了时频叠加的效果。图中横向表示时间，竖向表示频率，下部符号时长为T1、子载波带宽Δf1的数据流与上部左侧的符号时长为T2、子载波带宽Δf2的数据流以及上部右侧的符号时长为T3、子载波带宽Δf3的数据流实现了时频叠加，提高了频谱的利用效率，上部两个数据流的中间空隙部分为子载波间的保护间隔。

[0037] 显然，所描述的实施例也仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。