一种数据调制、解调方法和数据调制、解调装置与流程

本发明涉及通信领域，更具体地，涉及一种数据调制、解调方法和数据调制、解调装置。

背景技术：

长期演进技术(lte：longtermevolution)是4g(fourthgeneration)的无线蜂窝通信技术。lte采用正交频分复用(ofdm：orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)技术，子载波和ofdm符号构成的时频资源组成lte系统的无线物理时频资源。目前ofdm技术在无线通信中已经应用比较广了。由于采用了循环前缀(cp：cyclicprefix)，cp-ofdm系统能很好的解决多径时延问题，并且将频率选择性信道分成了一套平行的平坦信道，这很好地简化了信道估计方法，并有较高的信道估计精度。然而，cp-ofdm系统性能对相邻子带间的频偏和时偏比较敏感，这主要是由于该系统的频谱泄漏比较大，因此容易导致子带间干扰。目前lte系统在频域上使用了保护间隔，但这样降低了频谱效率，因此需要采用一些新技术来抑制带外泄漏。

现在各大公司在开始研究无线通信5g(fifthgeneration)技术，其中，抑制带外泄漏是5g技术研究的一个重要方向。最近一些文献提到的新型滤波器组多载波(fbmc：filterbankmulticarrier)和通用频分复用(gfdm：generalizedfrequencydivisionmultiplexing)技术，可以抑制带外泄漏，但是这些技术与lte的cp-ofdm技术存在兼容性问题，而且还存在信道估计问题、以及与多输入多输出(mimo：multipleinputmultipleoutput)技术相结合问题等。另一些文献提到的f-ofdm(filteredofdm)、通用滤波多载波(ufmc：universalfilteredmulticarrier)技术，虽然与lte的cp-ofdm技术有一定兼容性，但抑制带外泄漏的效果不是很好，并且带宽内的子载波之间仍然需要严格的同步，即对子带内的频偏和时偏仍然比较敏感，而且接收 端解调性能也有所下降。

因此需要提出一种好的方法，既能很好地抑制带外泄漏，又能尽量保持与lte系统兼容。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了以下技术方案。

一种数据调制方法，应用于发射节点，包括：

对数据进行快速傅立叶反变换ifft处理和滤波器组fb处理，其中，所述fb处理包括：使用分段函数对连续l个符号的数据序列进行调制；所述分段函数包括n组函数，每组函数的时域长度为t，所述分段函数的时域长度为n×t，n≥2或n≥3，所述l个符号调制后的符号间隔为t，l≥2。

一种数据调制装置，应用于发射节点，包括快速傅立叶反变换ifft处理模块和滤波器组fb处理模块，其中：所述fb处理模块用于使用分段函数对连续l个符号的数据序列进行调制；所述分段函数包括n组函数，每组函数的时域长度为t，所述分段函数的时域长度为n×t，n≥2或n≥3，所述l个符号调制后的符号间隔为t，l≥2。

一种数据解调方法，应用于接收节点，包括：

接收发射节点发送的经滤波器组fb处理后的数据，所述fb处理按照本申请所述的任一方式，使用分段函数对数据进行调制；

使用所述分段函数对接收的数据进行解调。

一种数据解调装置，应用于接收节点，包括：

数据接收模块，用于接收发射节点发送的经过滤波器组fb处理后的数据，所述fb处理采用本申请所述的任一方式，使用分段函数对数据进行调制；

数据解调模块，用于使用所述分段函数对接收的数据进行解调。

上述方案与lte系统相比能更好的抑制带外泄漏，又能尽量保持与lte的兼容性。在接收端，也可以有较好的解调性能。

有鉴于此，本发明还提供了以下技术方案。

一种数据调制方法，应用于发射节点，包括：

对多个符号的数据序列进行快速傅立叶反变换ifft处理；

对经过ifft处理后的每一符号的数据序列添加循环前缀cp；

对添加cp后的多个符号的数据序列进行滤波器组fb处理。

一种数据调制装置，应用于发射节点，包括：

快速傅立叶反变换ifft处理模块，用于对多个符号的数据序列进行ifft处理；

循环前缀cp处理模块，用于对经过ifft处理后的每一符号的数据序列添加cp；

滤波器组fb处理模块，用于对添加cp后的多个符号的数据序列进行滤波器组fb处理。

较佳地，所述fb处理按照本申请任一所述的方式，使用分段函数对数据进行调制。

上述方案在进行fb处理之前添加cp，具有更好的兼容性。

附图说明

图1是本发明实施例一数据调制方法的流程图；

图2是本发明实施例一数据调制装置的模块图；

图3是本发明示例使用的一分段连续函数的波形图；

图4是本发明示例使用的另一分段连续函数的波形图；

图5是本发明实施例二数据解调方法的流程图；

图6是本发明实施例二数据解调装置的模块图；

图7是本发明实施例三数据调制方法的流程图；

图8是本发明实施例三数据调制装置的模块图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

本实施例提出在多载波系统的发射节点对数据进行fb处理时，使用分段函数对数据进行调制的方法。多载波系统的发射端包括基站、终端、中继(relay)、发射点(transmittingpoint)等等各种发射设备，本申请将这些发射设备统称为发射节点，对数据的各种处理均可视为数据调制。

所述fb处理有时也称为多相滤波处理，或称为多相滤波调制。由于多相滤波处理中包含有多个滤波处理并行进行，本申请将多相滤波处理(或多相滤波调制)也称为滤波器组fb(filterbank)处理(或fb调制)。所述fb处理中的参数根据本实施例的分段函数确定。

如图1所示，本实施例数据调制方法包括：

步骤110，对数据进行ifft处理；

在本步骤ifft处理与下一步骤的fb处理之间，也可以增加其他处理过程，本发明不做具体限定。例如，在执行本步骤之后，还可以对经过ifft处理后的数据添加循环前缀cp，再执行步骤120。

步骤120，对数据进行fb处理，所述fb处理包括：使用分段函数对连续l个符号的数据序列进行调制；所述分段函数包括n组函数，每组函数的时域长度为t，所述分段函数的时域长度为n×t，n≥2，所述l个符号调制后的符号间隔为t，l≥2。

本申请中，分段函数指非零函数值使用多个数学表达式在不同的自变量区间进行组合来表示的函数，可以是分段的连续函数或分段的离散函数。

一个非分段的连续函数可以用单一的数学表达式来表示，而分段的连续函数的非零函数值需要使用多个数学表达式在不同的自变量区间进行组合来表示，多个数学表达式之间不能通过自变量的移位和求极限的操作进行变换。 分段的离散函数是自变量为离散自变量的分段函数，通过对分段的连续函数采样得到。在使用分段函数调制的过程中，可以对所述分段函数进行循环移位。因此本申请的分段函数也可以是对某一分段函数循环移位后得到的分段函数。

本实施例的分段函数以函数自变量区间的中间点为轴左右对称。即左边nt/2段和右边nt/2段的函数值是左右对称的。所述分段函数的时域长度可以通过增加0值来扩展，比如对于n×t长度的分段函数，可以在所述自变量区间的一边增加函数值为0的一段自变量区间，使得自变量区间总长度变为(n+1)×t。因为n为组数因而n为正整数，较佳地，n≥3。

本实施例中，所述分段函数的非零函数值自变量之间的最大时间跨度大于等于2t或3t。

本实施例中，分段函数包括的n组函数中具有非零函数值的每组函数，其自变量区间越接近于所述分段函数自变量区间的中间段，该组函数在其自变量区间上的函数值的模值之和越大，实数的模值即其绝对值。本实施例的分段函数可以为阶段函数。

上述分段函数的时域长度即其自变量区间的时域长度。分段函数中每组函数的自变量区间是分段函数包括的多段自变量区间中的一段或多段。每组函数可以是分段函数，也可以是非分段函数。每组函数的时域长度即该组函数的自变量区间的时域长度，所述分段函数包括的n组函数的时域长度相等，均为t。

在一个示例中，使用分段函数对连续l个符号的数据序列进行调制，包括：使用所述分段函数的离散函数值对所述连续l个符号中每一符号的数据序列分别进行调制，再将得到的l个数据序列进行叠加。

具体地，可以按以下步骤进行处理：

对所述每一符号的数据序列进行重复扩展，得到每一符号的长度为n×t的数据序列；

使用所述分段函数的离散函数值与所述每一符号的长度为n×t的数据序 列分别进行点乘，得到l个长度为n×t的数据序列。

将所述l个长度为n×t的数据序列在时域上依次错开t后进行叠加，得到所述连续l个符号调制后的数据序列。

上述示例中，l个符号调制后的符号间隔(相邻符号间的时间间隔)t的值可以由标准/协议约定。如果其是可选的，则可以由发射节点自己选择，也可以由相应的节点配置并通过信令下发，例如，发射节点为ue时可以由基站配置t的值并下发给ue。在对连续l个符号的数据序列进行调制之前，每一符号的数据序列的长度可以等于t，也可以小于或大于t，本发明对此不做局限。本实施例进行加cp处理，t设定为经过加cp处理后每一符号的数据序列的长度。如果t不等于调制前每一符号的数据序列的长度，则上述对每一符号的数据序列进行重复扩展，包括了以调制前每一符号的数据序列的长度为周期的重复扩展，以及对重复扩展后的数据序列进行截断或添加循环前缀、后缀的处理，以使其长度等于n×t。

在另一示例中，使用分段函数对连续l个符号的数据序列进行调制，包括：使用所述分段函数的离散函数值对连续l个符号的数据序列进行卷积运算。具体地，可以按以下步骤处理：

对所述连续l个符号的数据序列逐步移位依次进行m倍的抽样分组，得到m组数据序列s(m)，m＝1,2,……,m，每组数据序列的长度为l；

对所述分段函数的离散函数值进行m倍的抽样分组，得到m组数据序列y(m)，m＝1,2,……,m，每组数据序列长度为n；

将数据序列s(m)与数据序列y(m)进行卷积，生成m组数据序列r(m)，即

将m组数据序列r(m)按照约定规则排列，得到所述连续l个符号调制后的数据序列；

其中，m是所述分段函数中每组函数包含的离散函数值的个数，及所述每一符号的数据序列在符号间隔t内包含的离散数据的个数，m≥2。m组数据系列r(m)相当于一个二维矩阵r[m,n+l-1]，该矩阵的行和列分别为m和 n+l-1。上面所述将m组数据系列r(m)按照一定规律排列成一组数据系列，相当于将二维矩阵r[m,n+l-1]从第一列开始，依次排列成一个一维的矩阵。这相当于matlab里的reshap(r[m,n+l-1],1,m*(n+l-1))函数的操作。

以上两个示例中，经ifft后数据已变换为离散数据序列，如果所述分段函数为连续函数，所述分段函数的离散函数值通过对所述连续函数的值采样得到，所述采样的间隔等于所述每一符号的数据序列中相邻离散数据间的时间间隔；如果所述分段函数为离散函数，所述分段函数中每组函数包含的离散函数值的个数，与所述每一符号的数据序列在符号间隔t内包含的离散数据的个数相同。

上述两个示例中，连续l个符号的数据序列，可以为经过ifft处理后的离散数据序列；也可以为经过ifft处理和添加循环前缀cp处理后的离散数据序列。可选地，所述连续l个符号是多载波系统中一个子帧上或一个资源块上的符号，但也可以是其他资源单位中包含的多个符号。

上述两个示例中最后得到的一组数据序列，可以再进行数模转换及相应的射频处理，然后从天线发射出去。

本实施例还提供了一种数据调制装置，应用于发射节点，如图2所示，包括ifft处理模块10和fb处理模块20，其中，所述fb处理模块用于使用分段函数对连续l个符号的数据序列进行调制；所述分段函数包括n组函数，每组函数的时域长度为t，所述分段函数的时域长度为n×t，n≥2或n≥3，所述l个符号调制后的符号间隔为t，l≥2。

可选地，

所述fb处理模块使用的分段函数指非零函数值使用多个数学表达式在不同的自变量区间进行组合来表示的函数。

可选地，

所述fb处理模块使用的分段函数以函数自变量区间的中间点为轴左右对称。

可选地，

所述fb处理模块使用的分段函数，其非零函数值对应的自变量之间的最大时间跨度大于等于2t或3t。

可选地，

所述fb处理模块使用的分段函数包括的n组函数中具有非零函数值的每组函数，其自变量区间越接近于所述分段函数自变量区间的中间段，该组函数在其自变量区间上的函数值的模值之和越大。

可选地，

所述fb处理模块使用的分段函数为阶梯函数。

可选地，

所述fb处理模块使用分段函数对连续l个符号的数据序列进行调制，包括：使用所述分段函数的离散函数值对所述连续l个符号中每一符号的数据序列分别进行调制，再将得到的l个数据序列进行叠加。

可选地，

所述fb处理模块包括：

扩展单元，用于对所述每一符号的数据序列进行重复扩展，得到每一符号的长度为n×t的数据序列；

点乘单元，用于使用所述分段离散函数与所述每一符号的长度为n×t的数据序列分别进行点乘，得到l个长度为n×t的数据序列；

叠加单元，将所述l个长度为n×t的数据序列在时域上依次错开t后进行叠加，得到所述连续l个符号调制后的数据序列。

可选地，

所述fb处理模块使用分段函数对连续l个符号的数据序列进行调制，包括：使用所述分段函数的离散函数值对连续l个符号的数据序列进行卷积运算。

可选地，

所述fb处理模块包括：

第一采样单元，用于对所述连续l个符号的数据序列逐步移位依次进行m倍的抽样分组，得到m组数据序列s(m)，m＝1,2,……,m，每组数据序列的长度为l；

第二采样单元，用于对所述分段函数的离散函数值进行m倍的抽样分组，得到m组数据序列y(m)，m＝1,2,……,m，每组数据序列长度为n；

卷积单元，用于将数据序列s(m)与数据序列y(m)进行卷积，生成m组数据序列r(m)，即

排列单元，用于将m组数据序列r(m)按照约定规则排列，得到所述连续l个符号调制后的数据序列；

其中，m是所述分段函数中每组函数包含的离散函数值的个数，及所述每一符号的数据序列在符号间隔t内包含的离散数据的个数，m≥2。

可选地，

所述fb处理模块使用的分段函数为连续函数，所述分段函数的离散函数值通过对所述连续函数的值采样得到，所述采样的间隔等于所述每一符号的数据序列中相邻离散数据间的时间间隔；或者

所述fb处理模块使用的分段函数为离散函数，所述分段函数中每组函数包含的离散函数值的个数，与所述每一符号的数据序列在符号间隔t内包含的离散数据的个数相同。

可选地，

所述fb处理模块处理的所述连续l个符号的数据序列为所述ifft处理模块进行ifft处理后的离散数据序列；或者

所述装置还包括：循环前缀cp处理模块；所述fb处理模块处理的所述连续l个符号的数据序列，为所述ifft处理模块进行ifft处理后又经过所述cp处理模块添加cp后的离散数据序列。

可选地，

所述fb处理模块处理的所述连续l个符号是多载波系统中一个子帧上或一个资源块上的符号。

下面以具体应用中的一个示例进行说明。

假设多载波系统的一个子帧(或一个数据块)包含k个子载波和l个符号，数据承载在每个符号的每个子载波上，也即每个re(resourceelement)上。本示例对每个符号做ifft，然后再加cp之后，获得每个符号时域上的离散数据序列。假设l＝3，这3个符号的时域离散数据序列分别为a1(m)、a2(m)、a3(m)，其中m＝1、2、。。。、m，m为每个符号的离散数据序列的长度。

假设使用的分段函数的组数n＝3，那么在3t时间区间[-3t/2,3t/2]内分段连续函数如图3所示，具体的数学表达式如下：

需要说明的是，虽然本示例中组数n和符号数l都等于3，但这仅是示例性的，n和l并不需要相等。

从上述公式可以看出，这个函数的自变量区间[-3t/2,3t/2]分为9段，每一段使用一个数学表达式来表示相应区间的函数值，这些区间上具有非零函数值(但不排除有零值)，也就是说，该函数的非零函数值使用多个数学表达式在不同的自变量区间进行组合来表示，因此该函数为分段的连续函数。对这个分段的连续函数进行采样，就可以获得分段的离散函数。这里需要说明的是，如果在一个非分段的连续函数的自变量区间一边或两边增加一段或多段自变量区间，但增加的自变量区间对应的函数值均为0，则该非分段的连续函数及对其采样得到的离散函数，均不属于本申请所说的分段函数。

上述公式表示的分段连续函数包含有3组函数，这3组函数的自变量区间分别为：[-3t/2,-t/2)、[-t/2,t/2)、[t/2,3t/2)。可以看出，每一组函数仍然是分段的连续函数。上述公式中，分段函数的自变量区间以0为中心，但这只是示例性的，本发明不局限于此。

在另一个示例中，在3t时间区间[-3t/2,3t/2]内分段的连续函数如图4所示，具体的数学表达式如下：

从这个公式可以看出，这个函数的非零函数值也使用多个数学表达式在不同的自变量区间进行组合来表示，因此也是分段的连续函数。对这个分段的连续函数进行采样，就可以获得分段的离散函数。这个分段的连续函数包含有3组函数，这3组函数的自变量区间分别为：[-3t/2,-t/2)、[-t/2,t/2)、[t/2,3t/2)，这3组函数均为非分段的连续函数。

上述图3和图4的分段函数波形类似于阶梯波形，因此将图3和图4的分段函数称为阶梯函数。在图3和图4中，2个阶梯的平台值分别为1和1/2，中间段的平台值高于两个边段的平台值。在实际使用中，我们可以调整这些阶梯的平台值，比如可以将中段段的平台值调整为1，将两个边段的平台值调整为1/4，等等。

使用得到每一符号的离散数据序列时的采样间隔，对分段函数y(t)采样后，就获得该分段函数的离散函数值y(i)，i＝-3m/2、1-3m/2、。。。、3m/2-1。这里假设m为偶数。

使用分段函数的离散函数值y(i)对3个符号的离散数据序列进行调制，包括：

(1)将每一符号的离散数据序列重复扩展到3m长，比如a1(m)扩展为数据序列ea1(i)＝[a1(m),a1(m),a1(m)],其中，m＝1、2、。。。、m，i＝-3m/2、 1-3m/2、。。。、3m/2-1，同理，a2(m)扩展为数据序列ea2(i)＝[a2(m),a2(m),a2(m)],a3(m)扩展为数据序列ea3(i)＝[a3(m),a3(m),a3(m)]。

(2)将重复扩展后的每一符号的离散数据序列分别与y(i)进行点乘，得到3个长度为3m的离散数据序列：

eay1(i)＝ea1(i).*y(i)；

eay2(i)＝ea2(i).*y(i)；

eay3(i)＝ea3(i).*y(i)；

其中“.*”为数据矢量间的点乘操作。

(3)将得到的3个长度为3m的离散数据序列依次错开时间t后进行叠加，也即错开m个采样点进行叠加。

该叠加运算可以表示如下：

eay123(i)＝[eay1(i1),eay1(i2)+eay2(i2-m),eay1(i3)+eay2(i3-m)+eay3(i3-2m),eay2(i4-m)+eay3(i4-2m),eay3(i5-2m)]；

其中，i1＝-3m/2、1-3m/2、。。。、-m/2-1；

i2＝-m/2、1-m/2、。。。、m/2-1；

i3＝m/2、1+m/2、。。。、3m/2-1；

i4＝3m/2、1+3m/2、。。。、5m/2-1；

i5＝5m/2、1+5m/2、。。。、7m/2-1；

i＝-3m/2、1-3m/2、。。。、7m/2-1；

叠加后新的数据序列eay123(i)的总长度为5m。叠加后新的数据序列里，每个符号长度为3t，符号间隔为t，3个符号错开t叠加在一起。

由于采用了长度为n×t的分段函数(如分段波形函数)调制，相对于lte使用的长度为t的矩形波形函数调制而言，能更好的抑制带外泄漏。由于每组函数的长度t可以设定，每个符号的时域数据可以加cp，也就是说每组函数调制数据的方式与lte每个符号调制数据的方式相类似，因此可以很好的与lte保持兼容性。

实施例二

本实施例涉及数据解调。通信系统中的接收端包括基站、终端、中继(relay)等等各种接收设备，本申请将这些接收设备统称为接收节点。

本实施例的数据解调方法用于接收节点，如图5所示，包括：

步骤210，接收发射节点发送的经滤波器组fb处理后的数据，所述fb处理按照实施例一中任一所述的方式，使用分段函数对数据进行调制；

步骤220，使用所述分段函数对接收的数据进行解调。

上述分段函数即实施例一中的分段函数，这里不再赘述。步骤220中，接收节点可以按照与所述发射节点进行的fb处理相逆的方式，使用所述分段函数对接收的数据进行解调。在步骤220之后，可以对解调后的数据进行信道均衡和检测，恢复出调制之前的数据。

本实施例的数据解调装置如图6所示，应用于接收节点，包括：

数据接收模块50，用于接收发射节点发送的经过滤波器组fb处理的数据，所述fb处理按照实施例一中任一所述的方式，使用分段函数对数据进行调制；

数据解调模块60，用于使用所述分段函数对接收的数据进行解调。上述分段函数即实施例一中的分段函数。

可选地，所述数据解调装置还包括：信道均衡和检测模块，用于对所述数据解调模块解调后的数据进行信道均衡和检测，恢复出调制之前的数据。

本实施例与现有解调方式采用的函数不同。虽然相邻符号的数据经过n组函数调制后会叠加和干扰，但通过设定的分段函数每段的值(如阶梯函数每个台阶的值)可以降低干扰，再结合干扰消除技术，接收节点可以有比较好的解调性能。而且，由于采用了长度是nt的分段函数调制，相对于lte使用的长度为t的矩形波形函数调制而言，可以使得子载波在频域上的主瓣宽度变窄，这样相邻子载波的主瓣就不会出现重叠，也就不会有很大干扰，因此相邻子载波可以不同步。也就是说，用户资源调度最小单位可以以子载波为单位，而且用户间可以不需要同步。

实施例三

本实施例提供了一种数据调制方法，应用于发射节点，如图7所示，包括：

步骤310，对多个符号的数据序列进行快速傅立叶反变换ifft处理；

步骤320，对经过ifft处理后的每一符号的数据序列添加循环前缀cp；

步骤330，对添加cp后的多个符号的数据序列进行滤波器组fb处理。

本实施例还提供了一种数据调制装置，应用于发射节点，如图8所示，包括：

快速傅立叶反变换ifft处理模块70，用于对多个符号的数据序列进行ifft处理；

循环前缀cp处理模块80，用于对经过ifft处理后的每一符号的数据序列添加cp；

滤波器组fb处理模块90，用于对添加cp后的多个符号的数据序列进行滤波器组fb处理。

本实施例的fb处理可以按照实施例一中任一所述的方式，使用分段函数对数据进行调制。

本实施例在进行fb处理之前添加cp，具有更好的兼容性。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器， 或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。