专利名称：一种基于ofdm的数据传输方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，具体地说，涉及一种基于OFDM的数据传输方法和系统。
背景技术：
在基于802. 11系列标准的无线局域网WLAN技术中，通过载波侦听多址接入 (CSMA,Carrier Sense Multiple Access)实现多用户传输，即多个站点STA不能同时接入接入点AP，只能分时接入，即使AP有空闲频谱资源STA也不能利用。比如，在802. Iln的系统中，AP可占有40MHz带宽资源，并且可分成2个20MHz子带，STA只能利用整个40MHz带宽或者其中一个20MHz子带与AP通信，但两个支持20MHz带宽的STA不能分别占用其中一个20MHz子带同时与AP通信，只能在不同的时间段上用40MHz带宽中的主信道与AP通信， 而20MHz从信道空闲，这就造成了频谱资源的浪费。正交频分多址(OFDMA,OrthogonalFrequency Division Multiple Access)是移动通信系统中采用的一种多址接入方式，多个移动终端(MS)占用可用带宽中不同的子载波组与基站(BS)同时进行通信，可提高频谱利用率。现有的WLAN中，STA与AP通信时必须两者都采用相同的带宽配置，比如在 802. Iln的系统中，STA和AP通信时要么采用40MHz的带宽要么采用20MHz的带宽，如果一个WLAN网络中AP支持40MHz带宽，有两个20MHz的STA，那AP只能采用20MHz的带宽配置与竞争到主信道资源的STA通信，因此造成20MHz频谱资源浪费。在未来的无线局域网技术中，AP可用的带宽可能达到80MHz甚至更多，如果继续沿用上述的带宽配置方案，则将造成更多频谱资源的浪费。OFDMA机制中，虽然多个终端可占用不同的子载波同时与基站通信，但接收端和发射端需要支持同样的带宽配置，即发射端逆快速傅里叶变换(IFFT, Inverse Fast Fourier Transform)模块与接收端快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)模块的FFT点数必须相同。另外上行正交频分多址接入OFDMA的多址接入方式对同步要求较高。在时间域，多个移动终端(MS)发射的信号需要同时到达基站(BS)才不会造成符号间干扰和用户间干扰；在频率域，由于多个MS发射机的载波晶振频率精度不同，与BS载波晶振频率的偏差也不同，因此到达BS的各MS的信号的频率偏移也不同，而OFDM调制本身对频偏敏感，必须要校正来自各MS信号的频偏才能正确解调，否则会造成多用户干扰。因此，在OFDMA系统中，时间同步和频率同步是关键问题，需要复杂的同步算法。在无线局域网系统中，如果为了提高频谱效率而采用OFDMA的多址接入方式将增加设备成本。
发明内容
本发明提供一种基于正交频分复用OFDM的数据传输方法和系统，可实现多个发射站点同时与接收站点进行通信，且复杂度低，可提高频谱利用率、系统吞吐率。本发明提供的一种基于OFDM的数据传输方法，用于中短距离无线通信系统上行数据传输，预先将系统的可用频带等分成N个基本子频带，该方法包括发射站点采用单个子频带或M个子频带组合向接收站点发送数据,其中M = 2η, η =0，1，2，...，且M彡N，N、M为正整数；发射站点采用基带样本采样速率fs或M*fs ；接收站点在所述可用频带内接收从一个或多个发射站点发送的数据；接收站点采用基带样本采样速率为N*fs。本发明提供的一种基于正交频分复用OFDM的数据传输系统，用于中短距离无线通信，该系统的可用频带等分成N个基本子频带，该系统包括至少两个发射站点，分别采用单个子频带和/或M子频带组合向接收站点发送数据，其中M = 2η，η = 0，1，2，...，且M < N，N、M为正整数；各发射站点采用基带样本采样速率 fs 或 M*fs ；接收站点，在所述可用频带内接收从所述各发射站点发送的数据；采用的基带样本采样速率为N*fs。更适宜地，所述发射站点包括子载波产生单元，用于在所述各子频带的两端设置虚拟子载波，以在所述子频带边缘设置保护频带。综上所述，本发明提供的技术方案，基于OFDM技术和子频带组合使用，允许无线通信系统中的发射站点STA与接收站点AP有不同的带宽配置，发射站点STA可采用较低的配置降低硬件实现成本，接收站点AP则可采用较高的配置来提高效率频谱利用率、吞吐率等，且可实现多个STA同时与AP进行通信。另外，在子频带的边缘增加了保护频带即虚载波，可以避免子频带间干扰，各个子频带可独立做成型滤波，而接收端只需做整个频带上的匹配滤波，无需多个基带接收机针对不同的子频带做匹配滤波；扩展了循环前缀(CP)， 降低时间同步的要求。接收端基带样本采样速率是基本子频带样本采样速率的N倍，保证基本子频带上只需NI点的IFFT/FFT模块，接收端用N2 = N*N1点的IFFT/FFT模块，而不需要多个并行的NI点IFFT/FFT模块来解调各个子频带的信息。这样既可提高频谱利用率、 系统吞吐率，可实现多个STA同时与AP进行通信，且不必增加系统及用户站点设备的成本。
图I为现有技术中无线通信系统架构示意图；图2为本发明实施例中多频带OFDM发射端和接收端基带部分模块框图；图3(a)、(b)、(C)和(d)分别为本发明实施例中的几种子频带划分示意图；图4(a)和4(b)为图3(b)中另两种子频带划分示意图。
具体实施例方式鉴于现有技术中的不足，本发明提出一种用于中短距离无线通信的多用户数据传输方案，采用类似于正交频分多址OFDMA的多用户接入方式，基于OFDM及相应的同步机制，将系统的可用频带等分成N个基本子频带，发送端(STA)收发机的带宽可以是基本子频带或子频带组合的频带，而根据具体情况接收站点(AP)收发机带宽可以为N个基本子频带， 假定，基本子频带为20MHz，接收站点(AP)收发机带宽可以为20MHz、40MHz、80MHz，即对于只支持20MHz带宽的STA接收机也可收发80MHz带宽的AP的信号，这样，本发明基于OFDM 调制技术可实现多个STA利用不同的子频带资源与AP通信，并且降低了 OFDMA系统所需的时频同步要求和同步精度。本发明提供的一种基于OFDM的数据传输方法，用于中短距离无线通信系统上行数据传输，将系统的可用频带等分成N个基本子频带，该方法包括发射站点采用单个子频带或M个子频带组合向接收站点发送数据，其中M = 2η，η =0，1，2，...，且M彡N，N、M为正整数；发射站点采用基带样本采样速率fs或M*fs ；若基带部分采用逆快速傅里叶变换IFFT/快速傅里叶变换FFT进行处理，此处基带样本采样速率指逆快速傅里叶变换IFFT/快速傅里叶变换FFT模块输入端口的样本采样速率；接收站点在所述整个频带内接收从一个或多个发射站点发送的数据；接收站点采用基带样本采样速率为N*fs。本发明提供的数据传输方法中，基带部分采用逆快速傅里叶变换IFFT/快速傅里叶变换FFT进行处理，则接收站点采用与发射站点不同的FFT长度若基本子频带用K点IFFT/FFT模块，发射站点如果占用M个基本子频带，发射站点的IFFT/FFT模块长度为M*K点，接收站点的IFFT/FFT模块长度为N*K点。如果发射站点和接收站点支持相同的带宽，则发射站点和接收站点的IFFT/FFT 子载波数、采样速率均相同；如果系统中有多个发射站点，各个发射站点支持的带宽不同，在满足带宽配置要求的前提下，多个发射站点可在接收站点支持的带宽范围内用各自的带宽配置向接收站点发送数据。所述的数据传输方法，还包括在子频带边缘设置保护频带，具体为在所述各子频带的两端设置虚拟子载波。本发明实施例提供的数据传输方法中，当有多个发射站点发送数据，则为各发射站点分别设置载波频率偏置，以确定各发射站点的载波中心频率。本发明实施例提供的数据传输方法中，当有多个发射站点发送数据，设置该无线通信系统的循环前缀CP长度Tct满足如下条件Tcp ^ 2 δ + τ m其中2 δ为信号从发射站点到达允许的最大覆盖半径所经历的双向传播延迟，τ m 多径延迟扩展。本发明实施例中，子频带宽带为20MHz ;和/或厘=1，2，4;和/或1( = 256;和/ 或基带样本采样速率fs = 20MHz ο为使本发明的原理、特性和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。图I是发射端和接收端的示意框图，本发明实施例仅涉及发射端和接收端中基带的部分模块，因此，图I所示的信源、射频、信宿及基带部分中本发明未涉及的模块在此不再赘述。首先，将系统的整个频带等分成N个基本子频带，供系统中各STA站点使用。本实施例中，系统的整个频带带宽为W = 80MHz，将其等分成N = 4个基本子频带，每个基本子频带带宽B = 20MHz，假定每个基本子频带只能被一个发射站点STA单独占用，而一个STA可以使用一个或多个基本子频带向AP传输数据。STA支持20MHz、40MHz和 80MHz带宽，AP支持20MHz、40MHz和80MHz带宽，当AP具有80MHz带宽接收能力时，可同时接收任意子频带组合传输的数据。图2所示为4个20MHz带宽的站点STAl STA4分别占用不同的子频带向一个80MHz带宽的AP传输数据时的基带部分模块框图。图2中所示有4个STA向AP发送数据，用STAl STA4表示，每个STA占用一个基本子频带即20MHz带宽，Xl X4表示来自对应STA的数据。图2中仅示出了实现多带 OFDM传输时与IFFT/FFT密切相关的模块，其它不涉及也不影响一个完整收发机中的模块， 比如编码、星座点映射、流解析、信道估计、MMO检测、译码等在此不再赘述。本发明实施例中的子频带划分如图3 (a)所示。图3为子频带划分的等效基带示意图，为方便起见，可沿用802. Iln标准使用的负频率概念；将负频率的频谱搬移到正频率，但两者在本质上并无差异。AP使用[-40MHz， 40MHz]频段共80MHz带宽，中心频率f0 = O。图3中仅示意了 STA单天线的情况，同样也适用于STA和AP为多天线独占子频带以及多个STA通过空分复用共享子频带的情况。图3 (a)所示为图2中的4个STA所占用频带的示意图，其中，f0 = 0，STAl使用 [-40MHz,-20MHz]频段，中心频率 f I = -30MHz，STA2 使用[_20MHz，OMHz]频段，中心频率 f2 =-10MHz，STA3 使用
频段，中心频率 f3 = 10MHz，STA4 使用[20MHz, 40MHz] 频段，中心频率f4 = 3OMHzο图3(a)所示的子频带划分的信号模型描述如下。要并行发送4路20MHz信号，可在频域对各路信号进行分离保证正交，即分别调制到不重叠的频段上。子载波数 Nfft (IFFT/FFT变换的点数)、采样间隔Ts以及采样频率fs之间的对应关系如下式
权利要求
1.一种基于OFDM的数据传输方法，用于中短距离无线通信系统上行数据传输，其特征在于，将系统的可用频带等分成N个基本子频带，该方法包括发射站点采用单个子频带或M个子频带组合向接收站点发送数据,其中M = 2n,n = O, 1，2，…，且M彡N，Ν、Μ为正整数;发射站点采用基带样本采样速率fs或M*fs ；接收站点在所述可用频带内接收从一个或多个发射站点发送的数据；接收站点采用基带样本采样速率为N*fs。
2.如权利要求I所述的数据传输方法，其特征在于，基带部分采用逆快速傅里叶变换 IFFT/快速傅里叶变换FFT进行处理，则接收站点采用与发射站点不同的FFT长度若基本子带用K点IFFT/FFT模块，发射站点如果占用M个基本子带，发射站点的IFFT/ FFT模块长度为M*K点，接收站点的IFFT/FFT模块长度为N*K点。
3.如权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，如果发射站点和接收站点支持相同的带宽，则发射站点和接收站点的IFFT/FFT子载波数、采样速率均相同；如果系统中有多个发射站点，各个发射站点支持的带宽不同，在满足带宽配置要求的前提下，多个发射站点可在接收站点支持的带宽范围内用各自的带宽配置向接收站点发送数据。
4.如权利要求I所述的数据传输方法，其特征在于，还包括在子频带边缘设置保护频带，具体为在所述各子频带的两端设置虚拟子载波。
5.如权利要求I所述的数据传输方法，其特征在于，当有多个发射站点发送数据，则为各发射站点分别设置载波频率偏置，以确定各发射站点的载波中心频率。
6.如权利要求I所述的数据传输方法，其特征在于，当有多个发射站点发送数据，设置该无线通信系统的循环前缀CP长度Tct满足如下条件Tcp ≤ 2 δ + τ m其中2δ为信号从发射站点到达允许的最大覆盖半径所经历的双向传播延迟，τπ为多径延迟扩展。
7.如权利要求I所述的数据传输方法，其特征在于，所述子频带宽带为20MHz;和/或 M = 1，2，4 ;和/或K = 256 ;和/或基带样本采样速率fs = 20MHz。
8.一种基于OFDM的数据传输系统，用于中短距离无线通信，其特征在于，该系统的可用频带等分成N个基本子频带，该系统包括至少两个发射站点，分别采用单个子频带和/或M子频带组合向接收站点发送数据，其中M = 2n，n = 0，1，2，...，且1^1队11为正整数；各发射站点采用基带样本采样速率fs 或M*fs ；接收站点，在所述可用频带内接收从所述各发射站点发送的数据；采用的基带样本采样速率为N*fs。
9.如权利要求8所述的数据传输系统，其特征在于，所述发射站点包括子载波产生单元，用于在所述各子频带的两端设置虚拟子载波，以在所述子频带边缘设置保护频带。
10.如权利要求8或9所述的数据传输系统，其特征在于，所述子频带宽带为20MHz ;和/或M= 1，2，4 ;和/或K = 256 ;和/或基带样本采样速率 fs = 20MHz ο
11.如权利要求8所述的数据传输系统，其特征在于，如果发射站点和接收站点支持相同的带宽，则发射站点STA和接收站点的IFFT/FFT子载波数、采样速率均相同；如果系统中有多个发射站点，各个发射站点支持的带宽不同，在满足带宽配置要求的前提下，多个发射站点可在接收站点支持的带宽范围内用各自的带宽配置向接收站点发送数据。
全文摘要
本发明公开了一种基于OFDM的数据传输方法，用于中短距离无线通信系统上行数据传输，预先将系统的可用频带等分成N个基本子频带，该方法包括发射站点采用单个子频带或M个子频带组合向接收站点发送数据，其中M＝2n；发射站点采用基带样本采样速率fs或M*fs；接收站点在可用频带内接收从一个或多个发射站点发送的数据；接收站点采用基带样本采样速率为N*fs。本发明还提供了一种基于OFDM的数据传输系统。本发明基于OFDM技术和子频带组合使用，允许无线通信系统中的发射站点与接收站点有不同的带宽配置，发射站点可采用较低的配置降低硬件成本，接收站点则可采用较高的配置来提高效率频谱利用率、吞吐率等，且可实现多个用户站点同时与接入点进行通信。
文档编号H04L27/26GK102594763SQ201210057589
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月6日 优先权日2011年3月25日
发明者姚惠娟, 曾勇波, 王竞, 闫志刚, 雷俊, 鲍东山 申请人:北京新岸线无线技术有限公司