宽带无线传输的方法、装置及一种传输系统.pdf

本发明公开了宽带无线传输的方法，该方法包括以下步骤：获取并行数据符号；将获取的所述并行数据符号分别进行编码；将编码后的数据符号进行叠加；对叠加后的数据符号进行快速傅立叶逆变换后发送。通过本发明，提高了OFDM系统的传输效率和传输的可靠性。本发明还公开了宽带无线传输的装置和一种传输系统。

1、  一种宽带无线传输的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
对输入的串行数据符号进行串并转换操作，获取并行数据符号；
将获取的所述并行数据符号分别进行编码；
将编码后的数据符号进行叠加；
将叠加后的数据符号进行快速傅立叶逆变换后发送。

2、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，对输入的串行数据符号进行串并转换操作包括：
依次从输入的所述串行数据符号中按照设定个数选择数据符号，对选择的数据符号进行串并转换。

3、  如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述编码后的数据符号进行叠加为：
将编码后的数据符号叠加成为一个待输出的数据符号。

4、  如权利要求3所述的方法，其特征在于，将数据符号叠加后，且进行快速傅立叶逆变换前，包括：
将每次叠加后获得的一个待输出的数据符号组成串行的数据符号。

5、  如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将串并转换后的并行数据符号分别进行缓存。

6、  如权利要求5述的方法，其特征在于，将所述并行数据符号分别进行编码包括：
当前选择的进行串并转换后的并行数据符号中，将每一支路的数据符号与该支路中缓存的数据符号经过加权叠加为一个待执行的数据符号。

7、  如权利要求6所述的方法，其特征在于，将编码后的数据符号叠加成为一个待输出的数据符号包括：
将各支路获得的所述待执行的数据符号再次叠加为一个待输出的数据符号。

8、  如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对得到的一个待输出的数据符号进行函数变换。

9、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，在快速傅立叶逆变换前还包括：
对所述叠加后的数据符号执行子载波映射；
在快速傅立叶逆变换后还包括：
将变换后的数据符号加循环前缀和加窗。

10、  如权利要求9所述的方法，其特征在于，将数据符号叠加之后，且进行子载波映射之前，包括：
将输出的数据符号进行串并转换，获取并行数据符号；
将所述并行数据符号进行离散傅立叶变换。

11、  一种宽带无线传输的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
接收串行数据符号，对所述串行数据符号进行快速傅立叶变换；
将变换后的每一数据符号解码为设定个数的并行数据符号；
将所述并行数据符号进行并串转换，获取解码后的串行数据符号。

12、  如权利要求11所述的方法，其特征在于，通过最大似然序列检测或基于树图的次优序列检测进行解码。

13、  如权利要求11所述的方法，其特征在于，在进行快速傅立叶变换之前包括：
对接收到的所述数据符号进行去循环前缀操作；
在进行快速傅立叶变换之后包括：
将变换后的并行数据符号进行子载波反映射。

14、  如权利要求13所述的方法，其特征在于，将所述数据符号进行子载波反映射之后，且将数据符号解码之前，包括：
对并行数据符号进行离散傅立叶逆变换操作；
将变换后的并行数据符号进行并串转换。

15、  一种宽带无线传输的装置，应用于传输系统的发送端，其特征在于，该装置包括：
串并转换模块，用于对输入的串行数据符号进行串并转换操作，获取并行数据符号；
编码模块，用于将获取的所述并行数据符号分别进行编码；
叠加模块，用于将编码后的数据符号进行叠加；
传输模块，用于对叠加后的数据符号进行快速傅立叶逆变换后发送。

16、  如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述串并转换模块包括：
选择单元，用于依次从输入的所述串行数据符号中按照设定个数选择数据符号；
操作单元，用于对选择的数据符号进行串并转换。

17、  如权利要求15所述的装置，其特征在于，
所述叠加模块，用于将编码后的数据符号叠加为一个待输出的数据符号。

18、  如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
寄存器，用于将串并转换后的并行数据符号分别进行缓存。

19、  如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述编码模块包括：
加权单元，用于在当前选择的进行串并转换后的并行数据符号中，将每一支路的数据符号与该支路中缓存的数据符号进行加权；
操作单元，用于将每一支路中加权后的数据符号叠加为一个待执行的数据符号。

20、  如权利要求19所述的装置，其特征在于，
所述叠加模块，用于将各支路获得的待执行的数据符号再次叠加为一个待输出的数据符号。

21、  如权利要求15所述的装置，其特征在于，
所述传输模块，用于对叠加后输出的所述数据符号执行子载波映射，并且将变换后的数据符号加循环前缀和加窗。

22、  如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
变换模块，用于将所述叠加模块输出的数据符号进行串并转换，获取并行数据符号，对所述并行数据符号进行离散傅立叶变换之后，触发所述传输模块。

23、  一种宽带无线传输的装置，应用于传输系统的接收端，其特征在于，该装置包括：
传输模块，用于对接收到的数据符号进行快速傅立叶变换后输出；
解码模块，用于将输出的每一数据符号解码为设定个数的并行数据符号；
并串转换模块，用于将解码后的所述并行数据符号进行并串转换，获取解码后的串行数据符号。

24、  如权利要求23所述的装置，其特征在于，
所述传输模块，用于对接收到的所述数据符号进行去循环前缀操作，并且将变换后的并行数据符号进行子载波反映射。

25、  如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
变换模块，用于对所述传输模块输出的数据符号进行离散傅立叶逆变换，将变换后的数据符号进行并串转换后，触发所述解码模块。

26、  一种传输系统，其特征在于，该系统包括：
发送端，用于对串行数据符号进行串并转换操作，获取并行数据符号，将所述并行数据符号分别进行编码并叠加，将叠加后的所述数据符号进行快速傅立叶逆变换后发送；
接收端，用于对接收到的数据符号进行快速傅立叶变换，将变换后的数据符号解码为设定个数的并行数据符号，并将所述并行数据符号进行并串转换，获取解码后的串行数据符号。

27、  如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述发送端包括：
串并转换模块，用于对输入的串行数据符号进行串并转换操作，获取并行数据符号；
编码模块，用于将获取的所述并行数据符号分别进行编码；
叠加模块，用于将编码后的数据符号进行叠加；
第一变换模块，用于将叠加后输出的数据符号进行串并转换，获取并行数据符号，对所述并行数据符号进行离散傅立叶变换；
第一传输模块，用于对输出的所述数据符号进行快速傅立叶逆变换后发送。

28、  如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述接收端包括：
第二传输模块，用于对接收到的数据符号进行快速傅立叶变换后输出；
第二变换模块，用于对所述第二传输模块输出的数据符号进行离散傅立叶逆变换，将变换后的数据符号进行并串转换；
解码模块，用于将所述第二变换模块输出的每一数据符号解码为设定个数的并行数据符号；
并串转换模块，用于将解码后的所述并行数据符号进行并串转换，获取解码后的串行数据符号。

宽带无线传输的方法、装置及一种传输系统
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及宽带无线传输的方法、装置及一种传输系统。
背景技术
近年来，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM)技术因其可有效对抗多径干扰(Intersymbol Interference，ISI)和提高系统容量而受到人们的极大关注，已在数字音频广播(Digital Audio Broadcast，DAB)、数字视频广播(Digital Video Broadcast，DVB)和无线局域网(Wireless LocalArea Network，WLAN)等领域中得到应用。
OFDM是多载波传输方案的实现方式之一，在宽带无线通信系统中，通过串并转换，将宽带信道转变为若干个并行的平坦衰落子信道，即将高速数据流分配到多个子载波上，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而可以有效地提高系统容量和对抗因无线信道的时间弥散引起的ISI；并且，还可以使每个子载波上的数据检测变得简单，降低频率选择性衰落对数据传输的影响。进一步，通过为每一数据符号增加循环前缀(Cyclic Prefix，CP)，可以有效地消除了因多径造成的信道间干扰(Inter_Channel Interference，ICI)，从而保持子载波间的正交性。
但是，在OFDM的传输过程中没有纠错码，无法纠正传输过程中出现的传输错误，将会降低传输的可靠性。为了解决这一问题，现有的方案是将OFDM技术与传统的信道编码技术相结合。例如，利用卷积码或Turbo码来提高OFDM的传输可靠性。通过这种方案，虽然是提高了传输可靠性，但却是通过增加系统冗余换取的纠错能力，因此，会降低传输过程的传输效率。
发明内容
本发明实施例提供宽带无线传输的方法、装置及一种传输系统，以解决现有技术中存在的正交频分复用过程中冗余较多、传输效率较低且调制过程复杂的问题。
一种宽带无线传输的方法，该方法包括以下步骤：
对输入的串行数据符号进行串并转换操作，获取并行数据符号；
将获取的所述并行数据符号分别进行编码；
将编码后的数据符号进行叠加；
将叠加后的数据符号进行快速傅立叶逆变换后发送。
一种宽带无线传输的方法，该方法包括以下步骤：
接收串行数据符号，对所述串行数据符号进行快速傅立叶变换后输出；
将输出的每一数据符号解码为设定个数的并行数据符号；
将所述并行数据符号进行并串转换，获取解码后的串行数据符号。
一种宽带无线传输的装置，应用于传输系统的发送端，该装置包括：
串并转换模块，用于对输入的串行数据符号进行串并转换操作，获取并行数据符号；
编码模块，用于将获取的所述并行数据符号分别进行编码；
叠加模块，用于将编码后的数据符号进行叠加；
传输模块，用于对叠加后的数据符号进行快速傅立叶逆变换后发送。
一种宽带无线传输的装置，应用于传输系统的接收端，该装置包括：
传输模块，用于对接收到的数据符号进行快速傅立叶变换后输出；
解码模块，用于将输出的每一数据符号解码为设定个数的并行数据符号；
并串转换模块，用于将解码后的所述并行数据符号进行并串转换，获取解码后的串行数据符号。
一种传输系统，该系统包括：
发送端，用于对串行数据中的数据符号进行串并转换操作，获取并行数据符号，将所述并行数据符号分别进行编码并叠加，将叠加后的所述数据符号进行快速傅立叶逆变换后发送；
接收端，用于对接收到的数据符号进行快速傅立叶变换，将变换后的数据符号解码为设定个数的并行数据符号，并将所述并行数据符号进行并串转换，获取解码后的串行数据符号。
在本发明实施例中，应用在发送端，通过重叠传输，可以在不增加冗余的条件下，提高传输的可靠性和效率，减少占用的系统资源。
附图说明
图1为重叠编码复用技术编码流程示意图；
图2为多级重叠编码复用技术编码流程示意图；
图3(a)和图3(b)为本发明实施例一中宽带无线传输流程示意图；
图4为本发明实施例二中宽带无线传输流程示意图；
图5为本发明实施例二中迭代解码流程示意图；
图6(a)为本发明实施例三中发送端工作流程示意图；
图6(b)为本发明实施例四中接收端工作流程示意图；
图7为本发明实施例七中宽带无线传输装置结构示意图；
图8为本发明实施例八中宽带无线传输装置结构示意图；
图9为本发明实施例九中传输系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例详细描述本发明。
为了实现本发明目的，申请人考虑将重叠编码复用技术(Overlapped CodeDivision Multiplexing，OVCDM)与OFDM技术相结合，构成新的宽带无线传输系统。在本发明各实施例中所涉及的OVCDM是一种高频谱效率编码的复用技术，利用码率高于1的并行卷积编码来大幅度提高通信系统容量与频谱效率，利用OVCDM技术编、解码的方案后续将称之为对数据符号进行OVCDM编、解码。
对数据符号进行OVCDM编码的过程就是对输入的串行数据符号进行串并转换操作，并将转换后的并行数据符号进行编码，然后将编码后的数据符号进行叠加并输出。如果串并转换时是将K个串行数据符号转变为K路并行数据符号，则最后输出的串行数据的长度是输入的串行数据的1/K。
OVCDM编码的主要方法包括：依次从输入的所述串行数据符号中按照设定个数选择数据符号，对选择的数据符号进行串并转换；将编码后的数据符号叠加成为一个待输出的数据符号。同时，还将串并转换后的并行数据符号缓存在所在支路的寄存器中。
将并行数据符号分别进行编码包括：当前选择的进行串并转换后的并行数据符号中，将每一支路的数据符号与该支路中缓存的数据符号经过加权叠加为一个待执行的数据符号。将编码后的数据符号叠加成为一个待输出的数据符号可以通过以下方式实现：将各支路获得的待执行的数据符号再次叠加为一个待输出的数据符号。其中，每一数据符号进行加权时采用的加权系数可以是与其他支路中寄存器相关的参数。将各支路叠加后的待执行数据符号再次叠加为一个待输出数据符号之前，还可以对各支路的待执行数据符号进行处理，如进行加权处理等。最后，还要对各支路叠加后得到的一个待输出数据符号进行函数变换。
进行一次上述操作，得到一个叠加后的数据符号；依次将输入串行数据符号进行上述操作，将得到多个叠加后的数据符号，这些数据符号就是输出的串行数据。
下面结合一个具体的实例来说明利用对数据符号进行OVCDM编码来实现宽带无线传输的过程，如图1所示，设定输入的串行数据中有15个数据符号，并且重叠次数K＝3，即每次选择三个数据符号进行串并操作，包括以下步骤：
第一步：选择串行数据中的三个数据符号进行串并变换的操作，成为三路并行的数据。
在本实施例中可以按照串行排列的顺序选择每3个的数据符号进行串并转换的操作。
第二步：将三路并行的数据分别进行卷积编码。
在本步骤中，进行卷积编码就是将作为加权系数分别对当前输入的第一路数据和第一路各寄存器中存储的数据进行加权叠加，作为加权系数对第K路输入数据和第K路寄存器里的数据进行加权叠加，其中：是第K路并行编码支路中L个编码抽头系数矢量的元素，L是每路卷积编码的约束长度。
第三步：将三路并行输入数据符号分别保存在各路的寄存器1中，原来寄存器1中的数据保存到寄存器2中，寄存器2中的数据保存到寄存器3中，以此类推。
将数据存储到寄存器中，一路中存储的数据个数不得超过总的寄存器个数。每个寄存器中存储一个数据，若在t时刻第一路中的每一寄存器都已经存储了数据，则在t+1时刻，第L-1个寄存器中的数据将被丢弃。在初始时刻，寄存器中存储的数据为0。
第四步：将三路卷积编码后的数据符号叠加成为一路数据符号，并经过F函数变换后输出。
其中：F函数与其输入之间存在一一对应关系。
具体地，F函数的定义是对数据符号进行变换或映射。比如： F ( x ) = exp ( j π 4 x ) ]]>，即：对三路(假设k＝3)数据符号求和得到x后，将x代入F函数进行计算，然后输出。F(x)＝x，表示F函数是线性函数，对三路数据符号求和得到x后，直接输出，F函数并不对数据进行变换。
第五步：将输出的数据符号进行IFFT变换后发送。
在此步骤中，进行的IFFT变换是OFDM中的主要步骤，这里也可以直接说明执行OFDM操作。
通过以上的编码过程可以看出，K个数据符号通过OVCDM编码后，只有一个数据符号输出(相当于编码和调制一块进行)。因此，系统的频谱效率提高了K倍。即通过人为制造数据符号之间的重叠干扰，可以实现高效率的数据传输，同时获得编码增益。
由于重叠次数K越大，重叠编码的约束长度L越长，检测的复杂度越大。为了降低检测的复杂度，可以采用级联的方式实现高重叠次数K的OVCDM过程，级联的OVCDM的原理如图2所示，其中，第1级OVCDM1编码可以采用非线性OVCDM编码，而第2级OVCDM2编码则可以采用线性编码；第1级OVCDM1的输出作为第2级OVCDM2的输入。
对于OVCDM技术，其链路性能与采用的重叠次数K和重叠编码的约束长度L有关，同样的重叠次数，约束长度越长，其链路性能越好。而对于不同的重叠次数，相同的约束长度，重叠次数越大，传输效率越高，但同样的信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)的条件下，其误码率(Bit Error Ratio，BER)或者误块率(Block Error Ratio，BLER)性能越差。
OVCDM编码的检测可以采用基于Viterbi算法的最大似然序列检测(MLSD)，并且采用欧式距离作为路径度量。
OVCDM的解码过程是将串行数据中的每一数据符号解码为K个并行数据符号，将所述并行数据符号进行并串转换，解码过程后得到的数据符号个数为解码之前个数的K倍。解码方法可以最大似然序列检测方法或基于树图的次优序列检测方法；具体地，可以利用基于树图的次优序列检测方法中的半正定规划算法进行解码。
如图3(a)和图3(b)所示，为本发明实施例一中描述的宽带无线传输流程示意图，本实施例一是发送端的工作过程，若是应用在下行传输过程，则可以是基站侧的工作流程，若应用在上行传输过程，则可以是终端侧的工作流程。从图3(a)中可以看出该方案包括以下步骤：
步骤301：确定待发送的数据符号。
步骤302：将所述数据符号进行OVCDM编码。
经过此步骤后，输出的数据符号个数是步骤301中确定的数据符号个数的1/K。
步骤303：将编码后的数据符号进行串并转换。
将通过OVCDM编码后的串行数据转换为并行数据。
步骤304：将转换后的并行数据符号进行子载波映射。
在本步骤中，数据符号可以映射到连续的子载波上，也可以映射到离散的子载波上。
步骤305：将映射后的数据符号进行IFFT变换。
步骤306：对进行IFFT变换后的数据符号进行加CP的操作。
步骤307：对数据符号进行加窗操作，并通过天线发送。
在图3(a)描述的方案中，只对数据符号进行一次OVCDM编码，在本实施例中，还可以对数据符号进行多次OVCDM编码，图3(b)中描述的就是对数据符号进行2次OVCDM编码过程，其工作流程基本与步骤301至步骤307一致，此处不再赘述。
实施例一以宽带无线传输过程中发送端为例来描述的，实施例二描述的是接收端的工作流程。如图4所示，该方案包含级联OVCDM解码过程，具体的操作如下：
步骤401：通过天线接收数据符号。
步骤402：对接收到的数据符号进行去CP操作。
步骤403：对数据符号进行快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)。
将一路串行数据转变为并行数据。
步骤404：将变换后的并行数据符号进行子载波反映射。
步骤405：将数据符号经过并串转换后合并为一路串行数据。
步骤406：对数据进行OVCDM2解码。
步骤407：解码后的数据符号进行解交织。
步骤408：数据符号进行OVCDM1解码，得到传输的数据流。
在本实施例中，为了提高解码的性能，可以对步骤406-步骤408进行级联OVCDM的迭代解码，得到传输的数据流。
迭代解码就是对每一级OVCDM采用软入软出的译码，通过两级OVCDM解码器之间的外信息交换来提高解码的性能，如图5所示，具体流程如下：
首先，对输入的数据符号进行OVCDM2解码，对解码后输出的数据符号进行解交织，并将解交织后的数据符号进行OVCDM1解码。OVCDM1解码后对输出数据符号进行判决，判断输出的数据符号精度等性能是否满足要求，若满足，则完成一次迭代；否则，还需要进行下一次迭代。OVCDM1向OVCDM2反馈外信息，OVCDM1输出的外信息经过符号交织，作为OVCDM2的一个输入。OVCDM2根据反馈的外信息再次对输入数据符号进行解码，然后OVCDM2输出的数据符号进行解交织作为OVCDM1的输入进行解码，OVCDM1解码后输出数据符号进行判决，完成第二次迭代。为了提高解码性能，可以进行多次迭代。
在OFDM的传输过程中，可以使用单载波传输，尤其是上行过程中，更是大量的采用单载波传输，但是OFDM本身是一种多载波的调制，会导致多载波传输数据相对于单载波传输数据而言有更高的峰值平均功率比(PAPR)，对数据发送侧中发送装置的功率放大器的线性度有更高的要求，会影响发送装置的成本、复杂度和功率效率，在同样的发送功率条件下，更高的峰均比会降低信号的有效覆盖半径，从而影响系统的性能和覆盖。所以3G的长期演进系统(LTE)在上行链路中引入了改进的OFDM传输技术(DFT S-OFDM)，通过对IFFT调制前的信号进行频域的离散傅立叶变换(Discrete FourierTransform，DFT)预编码，可以降低发送信号的PAPR，提高功率的利用效率。具体的操作过程可以如图6(a)和图6(b)所示，分别表示实施例三中发送端工作过程和实施例四中接收端的工作过程。
实施例三与实施例一中方案的不同之处在于：将编码后的数据符号进行串并转换之后，并且将转换后的多路数据符号映射到子载波上之前，还包括：
步骤303A：将多路数据符号进行尺寸为M的DFT预编码。
在步骤305中，进行的也可以是尺寸为N的IFFT变换，其中：N>M。
实施例四与实施例二中方案的不同之处在于：数据符号经过子载波映射之后，并且将数据符号经过并串转换合并为一路数据之前，还包括：
步骤404A：将数据符号进行尺寸为M的离散傅立叶逆变换(InverseDiscrete Fourier Transform，IDFT)。
下面再以具体的仿真实例来说明本发明描述的各种方案。
本发明实施例五对应实施例一中进行两次OVCDM操作的情况，进行OVCDM1和OVCDM2编码时利用的参数如表1所示，其中，重叠次数K取值为2，L表示每路卷积编码的约束长度，在不同的OVCDM编码过程中取值不同，编码矩阵中的数据表示加权系数，即此时，OVCDM1系统中只有两路通道，每路通道中有两个寄存器，中的S₁表示第一路寄存器1的状态，S₄表示第二路寄存器2的状态。

表1
发送端的仿真结果如下：
第一步：随机产生32个数据符号，其排列顺序如表2所示。