CN104734826B - 超大带宽数据发送控制方法及超大带宽数据发送设备 - Google Patents

超大带宽数据发送控制方法及超大带宽数据发送设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超大带宽数据发送控制方法及超大带宽数据发送设备，所述方法包括：数据发送设备将数据按照长期演进（LTE）***的特定带宽的子帧级方式发送；其中，所述数据发送设备的采样速率为所述特定带宽LTE***对应的采样速率的m/n倍，m、n为正整数。

Description

超大带宽数据发送控制方法及超大带宽数据发送设备
技术领域
本发明涉及通信领域的高频段无线通信技术，尤其涉及一种超大带宽数据发送控制方法及超大带宽数据发送设备。
背景技术
随着无线电技术的不断进步，各种智能终端普及和数据业务增长，移动通信业务量未来每年接近1倍的速度增强，构建2020年信息社会的无线通信关键技术（METIS，Mobileand Wireless Communications Enablers for the Twenty-Twe nty InformationSociety）关于第5代移动通信技术（5G）的研究目标：未来10年数据业务增长1000倍。
当前4G***已经使用了多种技术，包括：正交频分复用（OFDM，Ortho gonalFrequency Division Multiplexing）、多入多出（MIMO，Multiple Input MultipleOutput）、多用户多入多出（MU-MIMO，Multi-Μser MIMO）、混合自动重传请求（HARQ，HybridAutomatic Repeat reQuest），旨在提高小区的频谱效率，并通过小基站（Smaller Cell）技术提升特定区域的***容量，但这些技术，仍然无法满足5G指数级的通信数据量增长要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种超大带宽数据发送控制方法及超大带宽数据发送设备，能够使用高频段、大带宽、低延时的信号发送要求，且实现简单。
为了达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种超大带宽数据发送方法，所述方法包括：
数据发送设备将数据以特定带宽长期演进（LTE，Long Term Evolution）***的子帧级方式发送；
其中，所述数据发送设备的采样速率为所述特定带宽LTE***对应采样速率的m/n倍，m、n为正整数。
本发明实施例还提供一种超大带宽数据发送设备，所述超大带宽数据发送设备包括：
发送单元，用于将数据以特定带宽LTE***的子帧级方式发送；
其中，所述发送单元的采样速率为所述特定带宽LTE***对应的采样速率的m/n倍，m、n为正整数。
通过本发明实施例能够带来以下有益效果：
1）通过本发明实施例，可以进行高频、大带宽、高吞吐量的数据传输；
2）设计实现简单，能够兼容LTE的采样级别；
3）可以提供更小传输时延，适合实时性要求高的应用。
附图说明
图1a为LTE FDD帧结构示意图；
图1b为LTE TDD帧结构示意图；
图2为本发明实施例中超大带宽数据发送设备确定数据发送参数的流程示意图；
图3为本发明实施例中帧结构示意图一；
图4为本发明实施例中的帧结构示意图二；
图5为本发明实施例中的帧结构示意图三；
图6为本发明实施例中的帧结构示意图四：
图7为本发明实施例中超大带宽数据发送设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例的特征可以相互组合。
移动通信***使用的频段300MHz（兆赫兹）～3GHz（吉赫兹），以及3～300GHz范围存在相当多的频谱资源尚未利用，为了实现更高吞吐量的业务传输，除提升谱效率、小区密度等手段外，还可以利用这些新的更大带宽的频谱资源，其中，3～30GHz范围称之为超高频率（SHF，Super High Frequency）波段，30～300GHz范围称之为极高频率（EHF，ExtremelyHigh Frequency）波段，发明人在实施本发明时发现，小区网络在下一代演进过程中可以利用这些频谱资源以提升无线网络的吞吐量。
LTE***的空口延迟为毫秒级，考虑到应用对实时性要求日益增高，而相关技术中，LTE的时延只能满足语音类的实时应用需求，无法满足未来基于3D的应用的大数据量业务对时延更加严苛的实时要求，为此，本发明实施例提供一种更低时延的实现方案；
同时，更高的吞吐量意味着更高的处理速度，因此，发明人在实施本发明时还兼顾了数据发送设备设计的复杂度问题，以兼容相关技术中LTE的采样级别。
图1a是LTE频分（FDD，Frequency Division Duplexing）模式帧结构示意图，如图1a所示，一个无线帧（Radio Frame）的持续时间Tf为10毫秒（ms），一个无线帧包括10个子帧（Subframe），每个子帧的持续时间为1ms；子帧中一个时隙（slot）的持续时间Tslot为0.5ms，与15360个采样周期Ts对应。
图1b是LTE时分双工（TDD，Time Division Duplexing）模式帧结构示意图，如图1b所示，一个无线帧由两个长度为5ms的半帧（Half-Frame）组成；一个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，一个子帧的持续时间与30720个Ts对应；子帧中一个时隙（slot）的持续时间Tslot为0.5ms，与15360个Ts对应；
TDD模式的无线帧中还包括特殊子帧，特殊子帧包括下行导频时隙（DwPTS，Downlink Pilot Time Slot）、上行导频时隙（UpPTS，Uplink Pilot Time Slot）和保护时间（GP，Guard Period）。一个OFDM的符号周期（Tsymb）同子载波间隔、循环前缀（CP，CirclePrefix）开销有关。
CP类型包括常规前缀（Normal CP）和扩展前缀（Extended CP）；不同类型CP的上下行配置对应的上行符号
Figure BDA0000443295850000042
下行符号
Figure BDA0000443295850000043
和保护周期△f对应的时间如表1所示。
Figure BDA0000443295850000041
表1
本发明实施例根据高频段的频谱分布情况、未来应用的特点、实现复杂度等限制条件，提供了一种高频段、大带宽、低延时、复杂度低适用于无线通信的超大带宽数据发送控制方法。
图2为本发明实施例中超大带宽数据发送设备确定数据发送参数的流程示意图，如图2所示，包括以下步骤：
步骤201，超大带宽数据发送设备获取要实现的***带宽。
所述***带宽为超大带宽数据发送设备实现的带宽，后续实施例一至实施例四将以超大带宽数据发送设备实现75MHz、600MHz带宽、500MHz带宽、1GHz带宽为例进行说明。
步骤202，确定快速傅里叶变换（FFT，Fast Fourier Transformation）点数、CP对应的采样点数、数据子载波个数、以及子帧中的OFDM符号数。
所述超大带宽数据发送设备发送数据时采用的FFT点数、CP对应的采样点数、数据子载波个数、以及子帧中的正交频分复用OFDM符号数，与特定带宽LTE对应的FFT点数、CP对应的采样点数、数据子载波个数、以及子帧中的正交频分复用OFDM符号数相同。
步骤203，确定参数m和参数n的值。
m为特定带宽LTE***对应采样速率的倍频数，步骤204中，根据参数m的取值确定参数n的取值根据下式确定参数m的值：
m=(p1^k1)×(p2^k2)×,…,×(pn^kn)；其中，k1至kn为指数，且k1至kn取值为自然数，p1至pn对应为k1至kn的幂指数，取值为质数，m小于n。
N为特定带宽LTE***对应采样速率的分频数，n的取值范围为1至（m-1）。
步骤204，根据参数m和参数n确定采样速率。
采样速率fs=fLTE×(m／n）；其中，fLTE为特定LTE***的带宽对应的采样速率。
所述确定的m和n的值，使得滚将系数，即（实际带宽-理想带宽）/理想带宽在预设范围内，实际应用中，所述滚降系数取值在10%至30%之间，以便于数据发送设备对所发送数据进行采样滤波。
步骤206，超大带宽数据发送设备根据所使用的采样速率和FFT点数确定子载波间隔。
根据下式确定子载波间隔：采样速率=子载波间隔×FFT点数。
步骤207，根据采样速率确定子帧的持续时间、以及子帧和无线帧的对应关系。
后续实施例一至实施例四将根据不同的无线帧结构，对确定子帧持续时间、以及子帧和无线帧的对应关系进行说明。
步骤207之后，超大带宽数据发送设备采用TDD双工模式时，还根据业务类型确定上下行配置和特殊子帧配置。
以下针对不同带宽、不同双工方式、不同CP类型实现超大带宽的数据发送进行说明，要实现的***采样速率fs=fLTE×(m／n），fLTE为特定带宽LTE***对应的采样速率，m、n为正整数，不同带宽LTE***对应的FFT点数和采样速率如表2所示：
带宽（MHz） 最小FFT点数 采样速率（MHz）
1.4 128 1.92
3 256 3.84
5 512 7.68
10 1024 15.36
15 1536 23.04
20 2048 30.72
表2
下面结合表2以及具体实施例对本发明进行说明。
实施例一
本实施例中超大带宽数据发送设备使用75MHz带宽发送数据，使用LTE3MHz带宽***的子帧级发送方式：FFT点数（根据表2确定）为256，双工方式为FDD，CP类型为normal CP，一个无线帧包括10个子帧，一个子帧由两个时隙组成，每个时隙包括7个OFDM符号，每个时隙的第一个OFDM符号的CP长度为20个时域样点，时隙内其余OFDM符号的CP长度为18个时域样点；
超大带宽数据发送设备根据m、n的取值以及采样速率与LTE3MHz带宽***采样速率的关系确定相应的采样速率；m、n取值如下：m=2^α，其中α为2的幂指数为6，n为3，则数据发送设备的采样速率fs=fLTE×(2^6／3）=81.92MHz；
由于采样速率=子载波间隔×FFT点数，相应地，数据采样设备确定对应的子载波间隔320KHz；
数据载波数为180，与LTE3MHz带宽***的数据载波数相同。
根据fs、采样点数以及子帧结构可以确定相应的子帧长度=[（FFT点数+每个时隙中第一个OFDM符号的CP对应的时域样点数）×每个子帧中第一个OFDM符号的数量+（FFT点数+每个时隙中其余OFDM符号的CP对应的时域样点数）×每个子帧中其余OFDM符号的数量]／fs，则可确定本实施例中一个子帧的持续时间为46.875μs；超大带宽数据发送设备发送数据的每个子帧包括2个时隙，每个时隙中第一个OFDM符号的CP持续时间=所述第一个OFDM符号的CP对应的时域样点数／fs，即0.2441微秒（μs），每个子帧中其余OFDM符号的CP持续时间=每个时隙中其余OFDM符号的CP对应的时域样点数／fs，即0.2197μs；
超大带宽数据发送设备使用75MHz带宽发送数据的帧结构示意图如图3所示，一个无线帧包括N个子帧，一个子帧持续时间Tsf为46.875μs，由两个时隙组成，每个时隙包括7个OFDM符号，每个时隙的第一个OFDM符号的CP长度为20个时域样点，时隙内其余OFDM符号的CP长度为18个时域样点；其中，超大带宽数据发送设备确定一个无线帧中子帧的数目N时，N为对（10ms/Tsf）取整，以保证一个无线帧的持续时间最接近10ms的整数倍。
超大带宽数据发送设备使用75MHz带宽发送数据对应的发送参数如表3所示。
Figure BDA0000443295850000071
表3
实施例二
本实施例中超大带宽数据发送设备使用600MHz带宽发送数据，且超大带宽数据发送设备使用LTE20MHz带宽***的子帧级发送方式：FFT点数为2048（根据表2确定），双工方式为TDD，CP类型为normal CP。每个时隙的第一个OFDM符号的CP长度为160个时域样点，时隙内的其余OFDM符号的CP长度为144个时域样点。
超大带宽数据发送设备根据m、n的取值以及采样速率与LTE20MHz带宽***的采样速率的关系确定相应的采样速率；m、n取值如下：m=(2^α)×（3^β），α、β对应为质数2、3的幂指数，则超大带宽数据发送设备的采样速率fs=fLTE×[(2^α)×（3^β）／3]=737.28MHz。
一个子帧的持续时间、以及子帧中OFDM符号持续时间的确定方式与实施例一所述相同，这里不再赘述，本实施例中一个子帧的持续时间Tsf为41.67μs（1/24ms），每个时隙中第一个OFDM符号的持续时间为0.2170μs，每个子帧中其余OFDM符号的持续时间为0.1953μs；
由于采样速率=子载波间隔×FFT点数，相应地，数据采样设备确定对应的子载波间隔360KHz；
数据载波数为1200，与LTE20MHz带宽***使用的数据载波数相同。
Figure BDA0000443295850000081
表4
超大带宽数据发送设备的发送参数如表4所示，对应的帧结构示意如图4所示，一个无线帧由N个子帧组成，根据表5所示的LTE上下行配置选项，图4中编号为1的子帧为特殊子帧，该特殊子帧中的DwPTS、GP、UpPTS分别对应占用2、2、10个OFDM符号，该特殊子帧中所占用的OFDM符号为14，与上行子帧或下行子帧包括的OFMD符号数对应；其中，超大带宽数据发送设备确定一个无线帧中子帧的数目N时，N为对（10ms/Tsf）取整，以保证一个无线帧的持续时间最接近10ms的整数倍。
Figure BDA0000443295850000082
Figure BDA0000443295850000091
表5
表5中，S表示特殊子帧，D表示下行，U表示上行，根据业务特征从中选取合适的上下行配置以支持不对称的数据业务。
实施例三
本实施例中超大带宽数据发送设备使用500MHz带宽发送数据，采用LTE20MHz带宽***的子帧级发送方式：FFT点数为2048（根据表2确定），双工方式为FDD，CP类型为extended CP，时隙中所有OFDM符号的CP长度为512个时域样点。
超大带宽数据发送设备根据m、n的取值以及采样速率与LTE20MHz带宽***采样速率fLTE的关系确定相应的采样速率；m、n取值如下：m=（2^α）×（5^β），其中α=2，β=1；n=1，则超大带宽数据发送设备的采样速率fs=fLTE×[(2^α)×（5^β）]／1）=614.4MHz。
相应地，一个子帧持续时间=[（FFT点数+每个OFDM符号的CP长度）×每个子帧中OFDM符号的]／fs，则可确定本实施例中一个子帧的持续时间为50μs，相应的，一个OFDM符号的CP的持续时间=OFDM符号的CP长度对应的时域样点／fs；则OFDM符号的CP的持续时间为0.6944μs；
由于采样速率=子载波间隔×FFT点数，相应地，超大带宽数据发送设备确定对应的子载波间隔300KHz。
上述确定的发送参数如表6所示：
***带宽 500MHz
FFT点数 2048
子载波间隔 300KHz
采样速率 614.4MHz
m/n 20/1
CP类型 Extended
CP持续时间 0.6944μs
子帧持续时间 50μs
表6
超大带宽数据发送设备发送数据的帧结构示意图如图5所示，一个无线帧包括N个子帧，一个子帧持续时间50μs（1/20ms），一个无线帧由10个子帧组成，每个子帧由两个时隙组成，每个时隙包括7个OFDM符号，时隙中每个OFDM符号的CP长度为512个时域样点，对应的持续时间为0.1953μs:其中，超大带宽数据发送设备确定一个无线帧中子帧的数目N时，N为对（10ms/Tsf）取整，以保证一个无线帧的持续时间最接近10ms的整数倍。
实施例四
本实施例中超大带宽数据发送设备1GHz带宽发送数据，采用LTE20MHz带宽***的子帧级发送方式：FFT点数为2048（根据表2确定），双工方式为FDD，CP类型为extended CP，所有OFDM符号的CP长度为512个时域样点。
超大带宽数据发送设备根据m、n的取值以及采样速率与LTE20MHz带宽***的采样速率的关系确定相应的采样速率；m、n取值如下：m=2^α×3^β，其中α=2，β=2；n=1；则超大带宽数据发送设备的采样速率fs=fLTE×[（2^α）×（3^β）／1]=1105.92MHz；
由于采样速率=子载波间隔×FFT点数，相应地，超大带宽数据发送设备确定对应的子载波间隔320KHz；
相应地，一个子帧持续时间=[（FFT点数+每个OFDM符号的CP长度）×每个子帧中OFDM符号的]／fs，则可确定本实施例中一个子帧的持续时间Tsf为27.8us，相应的，一个OFDM符号的CP的持续时间=OFDM符号的CP长度对应的时域样点／fs；则OFDM符号的CP的持续时间为0.463us；
上述确定的发送参数如表7所示，对应的帧结构示意如图6所示，一个无线帧由360个子帧组成，子帧中OFDM符号的CP持续时间0.463us;其中，超大带宽数据发送设备确定一个无线帧中子帧的数目N时，N为对（10ms/Tsf）取整，以保证一个无线帧的持续时间最接近10ms的整数倍。
***带宽 1000MHz
FFT点数 2048
子载波间隔 540KHz
采样速率 1105.92MHz
m/n 36/1
CP类型 Extended
CP持续时间 0.463us
子帧持续时间 27.8us
表7
本发明实施例还记载一种超大带宽数据发送设备，用于实施上述的超大带宽数据发送控制方法，如图7所示，所述超大带宽数据发送设备包括：
发送单元，用于将数据以特定带宽LTE***的子帧级方式发送；
其中，所述发送单元的采样速率为所述特定带宽LTE***对应采样速率的m/n倍，m、n为正整数。
其中，所述发送单元，还用于在发送数据时采用所述特定带宽LTE***对应的FFT点数、CP对应的采样点数、以及子帧中的OFDM符号数；其中，
所述特定带宽包括1.4MHz带宽、3MHz带宽、5MHz带宽、10MHz带宽和20MHz带宽。
其中，所述发送单元，还用于在发送数据使用子帧数为10的无线帧；或者，
在发送数据时使用包含特定数量的子帧的无线帧，使得一个无线帧的长度最接近10ms的整数倍，且，所述无线帧的特殊子帧中DwPTS的符号数取值范围为1至10，GP符号数取值范围为1至4，UpPTS符号数取值范围为1至10，以使所述DwPTS的符号数、GP符号数和UpPTS符号数的加和与所述无线帧中一个子帧的OFDM符号数对应。
其中，所述m为任意质数的非负整数幂次的乘积，所述n小于m。
其中，所述质数为2、3或5。
所述特定带宽LTE***的模式包括LTE TDD模式和LTE FDD模式。
其中，所述特定带宽LTE***所采用的CP的类型包括Normal CP和Extended CP。
实际应用中，所述数据发送单元可由所述超大带宽数据发送设备中的发射机实现。
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行以上所述的超大带宽数据发送控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超大带宽数据发送方法，所述方法包括：
数据发送设备将数据以特定带宽长期演进LTE***的子帧级方式发送；
其中，所述数据发送设备的采样速率为所述特定带宽LTE***对应采样速率的m/n倍，m、n为正整数，
其中，所述数据发送设备采用75MHz、600MHz、500MHz 或1GHz的超大带宽发送所述数据；
所述超大带宽的确定方式包括：确定所述特定带宽LTE***对应的快速傅里叶变换FFT点数，根据所述数据发送设备的采样速率以及所述FFT点数确定所述超大带宽的子载波间隔；
根据所述数据发送设备的采样速率、所述特定带宽LTE的子帧结构以及预设的采样点数确定所述超大带宽的子帧结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据发送设备将数据以特定带宽LTE***的子帧级方式发送，包括：
所述数据发送设备发送数据时采用所述特定带宽LTE***对应的快速傅里叶变换FFT点数、循环前缀CP对应的采样点数、数据子载波个数、以及子帧中的正交频分复用OFDM符号数；其中，
所述特定带宽包括1.4兆赫兹MHz带宽、3MHz带宽、5MHz带宽、10MHz带宽和20MHz带宽。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据发送设备将数据以特定带宽LTE***的子帧级方式发送，包括：
所述数据发送设备发送数据时的一个无线帧包含的子帧数为10；或者，
所述数据发送设备发送数据时的一个无线帧包含特定数量的子帧，使得一个无线帧的长度最接近10毫秒ms的整数倍，且，所述无线帧的特殊子帧中下行导频时隙DwPTS的符号数取值范围为1至10，GP符号数取值范围为1至4，UpPTS符号数取值范围为1至10，以使所述DwPTS的符号数、GP 符号数和UpPTS符号数的加和与一个子帧的OFDM符号数对应。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述m为任意质数的非负整数幂次的乘积，所述n小于m。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述质数为2、3或5。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定带宽LTE***的模式包括LTE时分双工TDD模式和LTE频分双工FDD模式。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定带宽LTE***所采用的CP的类型包括常规循环前缀Normal CP和扩充循环前缀Extended CP。
8.一种超大带宽数据发送设备，所述超大带宽数据发送设备包括：
发送单元，用于将数据以特定带宽长期演进LTE***的子帧级方式发送；
其中，所述发送单元的采样速率为所述特定带宽LTE***对应的采样速率的m/n倍，m、n为正整数；
其中，所述数据发送设备采用75MHz、600MHz、500MHz 或1GHz的超大带宽发送所述数据；
所述超大带宽的确定方式包括：确定所述特定带宽LTE***对应的快速傅里叶变换FFT点数，根据所述数据发送设备的采样速率以及所述FFT点数确定所述超大带宽的子载波间隔；
根据所述数据发送设备的采样速率、所述特定带宽LTE的子帧结构以及预设的采样点数确定所述超大带宽的子帧结构。
9.根据权利要求8所述的超大带宽数据发送设备，其特征在于，
所述发送单元，还用于在发送数据时采用所述特定带宽LTE***对应的快速傅里叶变换FFT点数、循环前缀CP对应的采样点数、数据子载波个数、以及子帧中的正交频分复用OFDM符号数；其中，
所述特定带宽包括1.4兆赫兹MHz带宽、3MHz带宽、5MHz带宽、10MHz带宽和20MHz带宽。
10.根据权利要求8所述的超大带宽数据发送设备，其特征在于，
所述发送单元，还用于在发送数据使用子帧数为10的无线帧；或者，
在发送数据时使用包含特定数量子帧的无线帧，使得一个无线帧的长度最接近10毫秒ms的整数倍，且，所述无线帧的特殊子帧中下行导频时隙DwPTS的符号数取值范围为1至10，GP符号数取值范围为1至4，UpPTS符号数取值范围为1至10，以使所述DwPTS的符号数、GP符号数和UpPTS符号数的加和与一个子帧的OFDM符号数对应。
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