CN108243133B - 一种在低采样率下生成基带数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在低采样率下生成基带数据的方法和装置，其首先，确定当前SC‑FDMA符号的起始时间偏移值t_shift；其次，确定该当前SC‑FDMA符号的采样点个数N；最后，从该起始时间偏移值t_shift开始，重复以采样周期ts为步长计算对应的时域数据，直到该采样点个数N为止。其是直接在低采样率上生成SC‑FDMA基带符号，具有复杂度低的优点。

Description

一种在低采样率下生成基带数据的方法

技术领域

本发明主要涉及基带信号生成，尤其涉及一种在低采样率下生成基带数据的方法。

背景技术

为适应物联网低功耗，大连接，强覆盖，低成本的应用要求，采用超窄带、重复传输、精简网络设计的NB-IoT技术应运而生。物理层设计上，NB-IoT技术沿用了LTE的大部分内容，但是由于其窄带特性，使其可以使用较低的采样率来生成上行基带数据。图1示出了终端生成SC-FDMA信号的基本组成结构。参考图1，终端100生成SC-FDMA信号主要为：采样时钟104生成采样时钟信号，并其输出给基带数据生成模块101和模数转换器(DAC)102；基带数据生成模块101在采样时钟信号的控制下，生成基带数据，并输出给模数转换器102；模数转换器102在采样时钟信号的控制下，将基带数据转换为模拟信号，并输出给低通滤波器(LPF)103；低通滤波器103对模拟信号滤波后，将模拟信号经由天线发射出去。

根据3gpp协议中对于SC-FDMA符号的循环前缀和数据部分长度的比例关系的规定，当使用较低的采样率，例如240KHz采样率时，每个SC-FDMA符号并不能对应整数个采样点，如图2a所示。

现有的方法，当采样率较低导致一个SC-FDMA符号的采样点为分数时，只能通过一个较高的采样率比如1.92MHz来生成SC-FDMA基带数据，以保证每个SC-FDMA符号能采样到整数个采样点，如图2b所示，然后降采样到240KHz。该方法的缺点为基带生成SC-FDMA符号的冗余度太高，增加了数据处理的计算量，并间接导致耗电量增大。而按照采样定理，由于信号带宽很小(如只有180KHz)，此时使用较低的采样率(如240KHz)也能完全恢复原始信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在低采样率下生成基带数据的方法，能够直接在低采样率上生成SC-FDMA基带符号，具有复杂度低的优点。

为解决上述技术问题，本发明的一方面提供了一种在低采样率下生成基带数据的方法，包括：

S1：确定当前SC-FDMA符号的起始时间偏移值t_shift；

S2：确定该当前SC-FDMA符号的采样点个数N；

S3：从该起始时间偏移值t_shift开始，重复以采样周期ts为步长计算对应的时域数据，直到该采样点个数N为止。

在本发明的一实施例中，在步骤S1中，若当前SC-FDMA符号在一个时隙内的序号SymbolIdx＝0，则该起始时间偏移值t_shift＝0；若当前SC-FDMA符号在一个时隙内的序号SymbolIdx＝1,2,...,6，则该起始时间偏移值

其中，

N_CP,l为序号为l的符号的循环前缀长度，N_Data为每个符号数据部分的长度，Tchip为每个码片的时间长度，

为向下取整，％为求余。

在本发明的一实施例中，在步骤S2中，该采样点个数

其中，N_CP,SymbolIdx为在一个时隙内序号为SymbolIdx的符号的循环前缀长度，SymbolIdx＝0,1,2,...,6，N_Data为每个符号数据部分的长度，Tchip为每个码片的时间长度，

为向下取整。

在本发明的一实施例中，一个时隙内序号为SymbolIdx的符号的循环前缀长度为

每个符号数据部分的长度N_Data＝2048chip。

在本发明的一实施例中，步骤S1中的该起始时间偏移值t_shift通过查询查找表获得。

在本发明的一实施例中，步骤S2中的该采样点个数N通过查询查找表获得。

在本发明的一实施例中，步骤S3中，以采样周期ts为步长计算对应的时域数据为

其中，

为一个资源块内包含的子载波的个数，a_k,SymbolIdx为在一个时隙内序号为SymbolIdx的符号在第k个子载波传输的数据值，Δf为子载波间的频率间隔，N_CP,SymbolIdx为在一个时隙内序号为SymbolIdx的符号的循环前缀长度，Tchip为每个码片的时间长度。

本发明的另一方面提供了一种在低采样率下生成基带数据的装置，包括：

起始时间偏移值确定模块，用于确定当前SC-FDMA符号的起始时间偏移值t_shift；

采样点个数确定模块，用于确定该当前SC-FDMA符号的采样点个数N；

时域数据计算模块，用于从该起始时间偏移值t_shift开始，重复以采样周期ts为步长计算对应的时域数据，直到该采样点个数N为止。

在本发明的一实施例中，该起始时间偏移值确定模块包括起始时间偏移值t_shift查找表；该起始时间偏移值确定模块通过查询该起始时间偏移值t_shift查找表获得起始时间偏移值t_shift。

在本发明的一实施例中，该采样点个数确定模块包括采样点个数查找表；该采样点个数确定模块通过查询该采样点个数查找表获得采样点个数N。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的在低采样率下生成基带数据的方法、装置能够直接在低采样率下生成SC-FDMA基带数据，解决了低采样率下SC-FDMA基带符号采样点不为整数的情况下产生基带数据的问题，与现有的方法相比降低了SC-FDMA基带符号产生的复杂度。同时只要采样率满足采样定理，就可以使用本发明的方法来生成数据，没有对采样率有任何其他限制，与高采样率方案相比适应性更强，适用范围也更广。

附图说明

图1是终端生成SC-FDMA信号的基本组成结构。

图2是低采样率和高采样率下，每个SC-FDMA符号分别对应分数个和整数个采样点的示意图。

图3是本发明一实施例的在低采样率下生成基带数据的方法的流程图。

图4是根据本发明的方法生成的基带数据示意图。

图5是本发明一实施例的在低采样率下生成基带数据的装置的结构示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

终端生成上行SC-FDMA符号时，为了使一个子帧的长度满足1ms的要求，给一个时隙(slot)内的七个SC-FDMA符号定义了两种不同的循环前缀(CyclicPrefix,CP)长度，分别为30.72MHz采样率下的

在30.72MHz采样率下数据部分(不包括循环前缀)的长度为N_Data＝2048chip。其中，在30.72MHz采样率下，每个码片的时间长度Tchip＝1/30720000s。

根据3gpp协议中规定的循环前缀和数据部分的长度比例关系，当采用较低的采样率，例如240KHz的采样率时，得到的一个符号内的采样点个数为分数。现有的方法，通常是通过一个较高的采样率比如1.92MHz来生成SC-FDMA基带数据，以保证每个SC-FDMA符号能采样到整数个采样点，然后再降采样到240KHz。现有的方法无法直接按照低采样率直接生成基带数据。本发明提出了一种在低采样率下生成基带数据的方法。

图3是本发明一实施例的在低采样率下生成基带数据的方法的流程图。请参考图3，在低采样率下生成基带数据的方法包括如下步骤：

S1：确定当前SC-FDMA符号的起始时间偏移值t_shift；

S2：确定当前SC-FDMA符号的采样点个数N；

S3：从起始时间偏移值t_shift开始，重复以采样周期ts为步长计算对应的时域数据，直到采样点个数N为止。

在步骤S1中，若当前SC-FDMA符号为一个时隙内的第一个符号，即该符号的序号SymbolIdx＝0，起始时间偏移值可以为：

t_shift＝0。

若当前SC-FDMA符号在一个时隙内的序号SymbolIdx＝1,2,...,6，起始时间偏移值t_shift可以通过如下公式计算得到：

其中，N_CP,l为序号为l的符号的循环前缀长度，N_Data为每个符号数据部分的长度，Tchip为每个码片的时间长度，

为向下取整，％为求余。

由于每个SC-FDMA符号长度与采样率可以预先指定，因此每个SC-FDMA符号的起始时间偏移值t_shift是固定值，因此，可以不需要通过实时计算来确定，可以建立一个查找表，存储每个SC-FDMA符号所对应的起始时间偏移值t_shift，并通过查询查找表来获得步骤S1中所需要的起始时间偏移值t_shift。

在步骤S2中，采样点个数N可以通过如下公式计算得到：

其中，N_CP,SymbolIdx为在一个时隙内序号为SymbolIdx的符号的循环前缀长度，SymbolIdx＝0,1,2,...,6，N_Data为每个符号数据部分的长度，Tchip为每个码片的时间长度，

为向下取整。

同样的，由于每个SC-FDMA符号长度与采样率可以预先指定，因此每个SC-FDMA符号的采样点个数N是固定值，因此，可以不需要通过实时计算来确定，可以建立一个查找表，存储每个SC-FDMA符号所对应的采样点个数N，并通过查询查找表来获得步骤S2中所需要的采样点个数N。

在一实施例中，一个时隙内序号为SymbolIdx的符号的循环前缀长度可以为

每个符号数据部分的长度可以为N_Data＝2048chip，每个码片的时间长度可以为Tchip＝1/30720000s。可以理解的，循环前缀长度N_CP,SymbolIdx，每个符号数据部分的长度N_Data，每个码片的时间长度Tchip可以是其他值。

在步骤S3中，以采样周期ts为步长计算对应的时域数据可以通过如下公式计算得到：

其中，

为一个资源块内包含的子载波的个数，a_k,SymbolIdx为在一个时隙内序号为SymbolIdx的符号在第k个子载波传输的数据值，Δf为子载波间的频率间隔，N_CP,SymbolIdx为在一个时隙内序号为SymbolIdx的符号的循环前缀长度，Tchip为每个码片的时间长度。由于NB-IoT最多只能使用1个资源块(resource block，RB)，产生上行SC-FDMA基带符号时，未使用的子载波上a_k,SymbolIdx＝0即可。

根据本发明的方法生成的一基带数据如图4所示，在一时隙内的第一个符号，即SymbolIdx＝0时，有t_shift＝0，此时在生成时域数据时，无需偏移，即从该符号的起始位置开始生成。在该时隙内的第二个符号，即即SymbolIdx＝1时，有t_shift≠0，此时生成时域数据时，需要有一个t_shift的偏移，即从该符号的起始位置向右偏移t_shift后再开始生成时域数据。

下面以采样率fs＝240KHz为例，说明本发明的技术方案。

按照3gpp协议规定的SC-FDMA基带符号循环前缀和数据部分的长度关系，发现在240KHz采样率下循环前缀的采样点个数为：

SymbolIdx＝0时，

个采样点

SymbolIdx＝1时，

个采样点。

由于每个符号的数据部分的长度相同为N_Data＝2048chip，因此每个符号的数据部分的采样点个数为：

个采样点。

可见，由于循环前缀的采样点个数为分数，导致整个符号的采样点个数同样为分数。

采用本发明的方法直接在240KHZ的采样率上生成基带数据的方法如下：

S1：确定当前SC-FDMA符号的起始时间偏移值t_shift。

若当前SC-FDMA符号为一个时隙内的第一个符号，即该符号的序号SymbolIdx＝0，起始时间偏移值为：

t_shift＝0。

若当前SC-FDMA符号在一个时隙内的序号SymbolIdx＝1,2,...,6，起始时间偏移值t_shift通过如下公式计算得到：

将N_CP,0＝160，N_CP,l＝144,l＝1,2,...,6，N_Data＝2048，Tchip＝1/30720000s，ts＝1/fs＝1/240000s代入上述公式，并整理后可以得到：

如前所述，还可以通过查询预先建立的查找表来获得步骤S1中所需要的起始时间偏移值t_shift。在本例中，起始时间偏移值t_shift的查找表如下。

表1，240KHz采样率下不同符号的t_shift取值

SymbolIdx	0	1	2	3	4	5	6
								t_shift	0	3.125e-6	2.6042e-6	2.0833e-6	1.5625e-6	1.0417e-6	5.2083e-7

S2：确定当前SC-FDMA符号的采样点个数N。

采样点个数N可以通过如下公式计算得到：

将N_CP,0＝160，N_CP,l＝144,l＝1,2,...,6，N_Data＝2048，Tchip＝1/30720000s，ts＝1/fs＝1/240000s，SymbolIdx＝0时t_shift＝0代入上述公式，整理可得：

SymbolIdx＝0时，

SymbolIdx≠0时，

如前所述，还可以通过查询预先建立的查找表来获得步骤S2中所需要的采样点个数N。在本例中，采样点个数N的查找表如下。

表2，240KHz采样率下不同符号的采样点数N

SymbolIdx	0	1	2	3	4	5	6
								N	17	17	17	17	17	17	18

S3：从起始时间偏移值t_shift开始，重复以采样周期ts为步长计算对应的时域数据，直到采样点个数N为止。具体而言，可以通过如下伪代码所示的步骤来实施步骤S3：

t＝t_shift；

for(n＝0；n＜N；n++)

end

由于NB-IoT最多只能使用1个资源块(resource block，RB)，产生上行SC-FDMA基带符号时，未使用的子载波上a_k,SymbolIdx＝0即可。

图5是本发明一实施例的在低采样率下生成基带数据的装置的结构示意图。参考图5，在低采样率下生成基带数据的装置200包括：起始时间偏移值确定模块210，用于确定当前SC-FDMA符号的起始时间偏移值t_shift；采样点个数确定模块220，用于确定该当前SC-FDMA符号的采样点个数N；时域数据计算模块230，用于从该起始时间偏移值t_shift开始，重复以采样周期ts为步长计算对应的时域数据，直到该采样点个数N为止。

起始时间偏移值确定模块210可以包括起始时间偏移值t_shift查找表；起始时间偏移值确定模块210通过查询起始时间偏移值t_shift查找表获得起始时间偏移值t_shift。可以理解的，起始时间偏移值确定模块210还可以通过执行如上方法所述的确定起始时间偏移值t_shift的步骤来得到起始时间偏移值t_shift。

采样点个数确定模块220可以包括采样点个数查找表；采样点个数确定模块220通过查询采样点个数查找表获得采样点个数N。可以理解的采样点个数确定模块220还可以通过执行如上方法所述的确定采样点个数N的步骤来得到采样点个数N。

时域数据计算模块230可以通过执行如上述方法所述的计算时域数据的步骤来得到时域数据。

本发明上述实施例的在低采样率下生成基带数据的方法和/或装置可以在例如计算机软件、硬件或计算机软件与硬件的组合的计算机可读取介质中加以实施。对于硬件实施而言，本发明中所描述的实施例可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。在部分情况下，这类实施例可以通过控制器进行实施。

对软件实施而言，本发明中所描述的实施例可通过诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块执行一个或多个本文中描述的功能和操作。软件代码可通过在适当编程语言中编写的应用软件来加以实施，可以储存在内存中，由控制器或处理器执行。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种在低采样率下生成基带数据的方法，包括：

S1：确定当前SC-FDMA符号的起始时间偏移值t_shift；

S2：确定该当前SC-FDMA符号的采样点个数N；

S3：从该起始时间偏移值t_shift开始，重复以采样周期ts为步长计算对应的时域数据，直到该采样点个数N为止；

其中，在步骤S1中，若当前SC-FDMA符号在一个时隙内的序号SymbolIdx＝0，则该起始时间偏移值t_shift＝0；若当前SC-FDMA符号在一个时隙内的序号SymbolIdx＝1,2,...,6，则该起始时间偏移值

其中，

N_CP,l为序号为l的符号的循环前缀长度，N_Data为每个符号数据部分的长度，Tchip为每个码片的时间长度，

为向下取整，％为求余。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤S2中，该采样点个数

其中，N_CP,SymbolIdx为在一个时隙内序号为SymbolIdx的符号的循环前缀长度，SymbolIdx＝0,1,2,...,6，N_Data为每个符号数据部分的长度，Tchip为每个码片的时间长度，

为向下取整。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：一个时隙内序号为SymbolIdx的符号的循环前缀长度为

每个符号数据部分的长度N_Data＝2048chip。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤S1中的该起始时间偏移值t_shift通过查询查找表获得。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中的该采样点个数N通过查询查找表获得。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中，以采样周期ts为步长计算对应的时域数据为

其中，

为一个资源块内包含的子载波的个数，a_k,SymbolIdx为在一个时隙内序号为SymbolIdx的符号在第k个子载波传输的数据值，Δf为子载波间的频率间隔，N_CP,SymbolIdx为在一个时隙内序号为SymbolIdx的符号的循环前缀长度，Tchip为每个码片的时间长度。

7.一种在低采样率下生成基带数据的装置，包括：

起始时间偏移值确定模块，用于确定当前SC-FDMA符号的起始时间偏移值t_shift，若当前SC-FDMA符号在一个时隙内的序号SymbolIdx＝0，则该起始时间偏移值t_shift＝0；若当前SC-FDMA符号在一个时隙内的序号SymbolIdx＝1,2,...,6，则该起始时间偏移值

其中，

N_CP,l为序号为l的符号的循环前缀长度，N_Data为每个符号数据部分的长度，Tchip为每个码片的时间长度，

为向下取整，％为求余；

采样点个数确定模块，用于确定该当前SC-FDMA符号的采样点个数N；

时域数据计算模块，用于从该起始时间偏移值t_shift开始，重复以采样周期ts为步长计算对应的时域数据，直到该采样点个数N为止。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：该起始时间偏移值确定模块包括起始时间偏移值t_shift查找表；该起始时间偏移值确定模块通过查询该起始时间偏移值t_shift查找表获得起始时间偏移值t_shift。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：该采样点个数确定模块包括采样点个数查找表；该采样点个数确定模块通过查询该采样点个数查找表获得采样点个数N。

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