專利名稱：帶外發(fā)射消除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多 頻帶無線通信系統(tǒng)，更具體地涉及帶外發(fā)射的消除。
背景技術(shù)：
由于射頻頻譜資源的匱乏和對高速數(shù)據(jù)發(fā)送的需求，要求無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)更高的頻譜效率以及更高的功率和更低的成本。隨著數(shù)字信號處理和無線技術(shù)的發(fā)展，多頻帶系統(tǒng)已經(jīng)越來越有吸引力，因為它們能夠容許更寬的頻譜以實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，并且能夠更加靈活且適應(yīng)地使用現(xiàn)有頻帶。正交頻分復(fù)用(OFDM)最近已經(jīng)廣泛用于多種單頻帶通信系統(tǒng)中，諸如無線局域網(wǎng)(WLAN)和第三代合作伙伴計劃(3GPP，WWW. 3gpp. org)長期演進(LTE)系統(tǒng)。OFDM的特點是，一個頻帶內(nèi)的相鄰子信道正交地展現(xiàn)。由于子載波分配的靈活性和快速傅立葉變換(FFT)的實現(xiàn)簡單性，OFDM還是用于多頻帶系統(tǒng)中的合適的調(diào)制技術(shù)，因為通過打開或關(guān)閉根據(jù)頻帶指配而落入頻帶內(nèi)的子載波可動態(tài)地選擇頻帶或取消對頻帶的選擇。然而，OFDM由于子載波的慢旁瓣滾降而表現(xiàn)出帶外發(fā)射，這可能導(dǎo)致無法進一步降低帶間干擾以滿足傳輸屏蔽要求。存在在基于OFDM的多頻帶系統(tǒng)中減少帶外發(fā)射的技術(shù)。第一種簡單的技術(shù)是將陷波濾波器應(yīng)用于未分配的頻帶。然而，該濾波器的數(shù)字實現(xiàn)將顯著增加處理復(fù)雜度，模擬實現(xiàn)既昂貴又難以實現(xiàn)動態(tài)頻帶分配。第二種技術(shù)是在發(fā)送的信號帶的旁瓣上引入保護頻帶。不幸地，這會犧牲頻譜效率并且在不具有用于分配的頻帶的足夠大數(shù)量的子載波的情況下可能無法提供足夠的保護。第三種技術(shù)是在時域中對所發(fā)送的信號執(zhí)行分窗。這需要具有額外信號功率的擴展OFDM符號并且造成符號間干擾。保護頻帶可能還需要與分窗一起使用以確保減少帶外發(fā)射。(參見例如 IEEE 標準 802. Ila-1999, “Part 11 ffireless LAN Medium AccessControl(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications:High-speed Physical Layer inthe 5 GHz Band (第11部分無線LAN介質(zhì)訪問控制(MAC)和物理層(PHY)規(guī)定5GHz頻帶中的高速物理層)”。)第四種技術(shù)是構(gòu)造干擾取消子載波并將它們置于所發(fā)送的信號頻帶的邊緣上。這種技術(shù)不僅降低了頻譜效率而且降低了接收器處的有效信噪比(SNR)，因為浪費了用于取消的額外的信號功率。(參見例如S. Brandes, I. Cosovic和M. Schnell的“Reduction ofOut—of-Band Radiation in OFDM Systems by Insertion of Cancellation Carriers(通過插入取消載波減少OFDM系統(tǒng)中的帶外發(fā)射)”，IEEE Communications Letters,Vol. 10, No. 6, June 2006, pp. 420-422。)因此需要能夠基本避免已知方法的問題的帶外發(fā)射消除技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
公開了一種用于帶外發(fā)射消除的發(fā)送信號預(yù)處理方法，包括對于頻帶中的N個子信道中的每一個，通過O到I范圍內(nèi)的計算值對N個子信道符號中的每一個進行加權(quán)；以及通過乘以酉矩陣對N個加權(quán)符號進行預(yù)編碼。進一步公開了一種用于帶外發(fā)射消除的發(fā)送信號預(yù)處理方法，包括對于頻帶中的N個子信道中的每一個，通過O到I范圍內(nèi)的計算值對N個子信道符號中的至少η個進行加權(quán)；以及通過乘以ηΧη酉矩陣對組織成ηΧ I矩陣的加權(quán)符號進行預(yù)編碼。又進一步公開了一種用于帶外發(fā)射消除的接收信號預(yù)處理方法，包括通過酉矩陣乘法對接收的符號進行解預(yù)編碼，其中接收酉矩陣是發(fā)送處所使用的預(yù)編碼矩陣的轉(zhuǎn)置；以及通過除以發(fā)送處所使用的相應(yīng)權(quán)值來對解預(yù)編碼的符號進行去加權(quán)。 又進一步公開了一種帶外發(fā)射消除方法，包括將輸入數(shù)據(jù)位映射到時域數(shù)據(jù)符號；將時域符號轉(zhuǎn)換成多個子信道；對于頻帶中的N個子信道中的每一個通過O到I范圍內(nèi)的計算值對N個子信道符號中的每一個進行加權(quán)；以及通過乘以酉矩陣對N個加權(quán)符號進行預(yù)編碼；將預(yù)編碼的子信道變換成正交時域子信道；以及發(fā)送時域子信道。又進一步公開了一種發(fā)送器，包括將輸入數(shù)據(jù)位映射到時域數(shù)據(jù)符號的模塊；將時域符號轉(zhuǎn)換成多個子信道的模塊；對于頻帶中的N個子信道中的每一個通過O到I范圍內(nèi)的計算值對N個子信道符號中的每一個進行加權(quán)的模塊；以及通過乘以酉矩陣對N個加權(quán)符號進行預(yù)編碼的模塊；將預(yù)編碼的子信道變換成正交時域子信道的模塊；以及發(fā)送時域子信道的射頻模塊。又進一步公開了一種接收器，包括接收多個時域正交子信道的射頻模塊；將接收的子信道變換為頻域子信道的模塊；對于N個子信道中的每一個通過酉矩陣乘法對接收的符號進行解預(yù)編碼，其中接收酉矩陣是發(fā)送處所使用的預(yù)編碼矩陣的轉(zhuǎn)置；以及通過除以發(fā)送處所使用的相應(yīng)權(quán)值來對解預(yù)編碼的符號進行去加權(quán)；將去加權(quán)的符號轉(zhuǎn)換為符號序列的模塊；將符號序列映射成輸出數(shù)據(jù)位的模塊。又進一步公開了一種收發(fā)器，包括如上所述的發(fā)送器和接收器。


在附圖中圖I為實施本發(fā)明的廣泛方法的框圖；圖2為具有源節(jié)點和目的節(jié)點的基于OFDM的示例性多頻帶收發(fā)器的示意性框圖；圖3為示例性收發(fā)器的示意性框圖；圖4為示例性多頻帶布置；圖5為具有帶外發(fā)射消除的示例性發(fā)送器的示意性框圖；圖6為適于帶外發(fā)射消除的示例性接收器的示意性框圖；圖7示出了單邊帶外發(fā)射消除的性能；圖8示出了雙邊帶外發(fā)射消除的性能；以及圖9示出了在圖4所示的多頻帶布置的狀態(tài)下在未分配的頻帶中的帶外發(fā)射。
具體實施方式
當在附圖中的任何一個或多個中對具有相同標號的步驟和/或特征進行引用時，這些步驟和/或特征描述相同的功能或操作，除非有相反的意思表示。在下文中，表述“模塊”被理解為電路元件的一般術(shù)語，電路元件可以許多方便的形式實現(xiàn)，諸如運行在處理器上的軟件、數(shù)字領(lǐng)域中的固件和FPGA、以及作為模擬領(lǐng)域中的離散電路。而且，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，明顯的是，當能夠?qū)崿F(xiàn)于代碼或電路中時，矩陣代數(shù)可以許多方便的形式實現(xiàn)，包 括乘法和加法運算。圖I是實施本發(fā)明的用于帶外發(fā)射消除的廣泛發(fā)送的流程框圖。對于頻帶中的N個子信道中的每一個，在步驟102中，通過計算的O至I范圍內(nèi)的值對N個子信道符號中的每一個進行加權(quán)。在步驟104中，通過乘以酉矩陣(unitary matrix)來對加權(quán)后的符號進行預(yù)編碼。圖2示出了基于OFDM的多頻帶無線通信系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括兩個通信節(jié)點一個是源節(jié)點202，另一個是目的節(jié)點204。源節(jié)點202在多個頻帶內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)信息，目的節(jié)點204通過前向路徑206從多個頻帶中的至少一個接收數(shù)據(jù)信息。目的節(jié)點204還可向源節(jié)點202提供信道狀態(tài)信息(CSI)，確認接收的數(shù)據(jù)包，和/或通過返回路徑208在至少一個頻帶中向源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)信息。源節(jié)點202和目的節(jié)點204都分別裝配有單元件天線或天線陣列210、212。為了降低接收器處(源收發(fā)器214和目的收發(fā)器216內(nèi))的信道間干擾，來自被分配給其他用戶的任意頻帶的信號分配給相關(guān)用戶的頻帶內(nèi)所產(chǎn)生的發(fā)射必須盡可能少。用于頻帶的所允許的發(fā)送功率譜密度通常被稱為傳輸屏蔽。當使用OFDM技術(shù)在頻帶內(nèi)的多個子載波上調(diào)制數(shù)據(jù)符號時，帶外發(fā)射嚴重，并且由于子載波的慢旁瓣滾降，典型的傳輸屏蔽通常得不到滿足。因而，如上所述，可能對工作在相鄰頻帶上的用戶造成不能忍受的干擾。如圖3所示，源節(jié)點202或目的節(jié)點204處的收發(fā)器214、216包括發(fā)送器302、接收器306和雙工器310，發(fā)送器302組成輸入數(shù)據(jù)位304以形成數(shù)據(jù)包并且在多個頻帶內(nèi)使用OFDM調(diào)制發(fā)送數(shù)據(jù)包，接收器306在多個頻帶內(nèi)使用OFDM調(diào)制接收CSI、確認(ACK)信息和/或數(shù)據(jù)包308，雙工器310在發(fā)送器302與接收器306之間切換信號路徑。發(fā)送器302和接收器306可具有用于不同節(jié)點的不同頻帶布置。圖4示出了用于發(fā)送器302的多頻帶布置400，包括編號為I至8的八個頻帶，但是僅編號為1、3、4、6、7和8的六個頻帶被分配給一個用戶，頻帶2和5被分配給不同的用戶(即，對于第一用戶而言，是“未分配的”)。接收器306從“已分配頻帶”中的一個或多個接收信號。任意發(fā)送頻帶必須滿足一定的傳輸屏蔽要求以不干擾其他用戶在任意“未分配頻帶”中的發(fā)送。圖5示出了提供帶外發(fā)射的發(fā)送器302的示意性框圖。首先通過符號映射模塊502使用符號星座映射技術(shù)將輸入數(shù)據(jù)位304映射成數(shù)據(jù)符號(即，復(fù)數(shù))，符號星座映射技術(shù)諸如為二進制相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)、或正交幅度調(diào)制(QAM)。然后在數(shù)據(jù)符號通過串并轉(zhuǎn)換(S/P)模塊504之后，將數(shù)據(jù)符號分配給M個已分配頻帶的每一個中的N個子載波。(未分配頻帶中的子載波為空)。在(通過分組的模塊506，將在下面描述)執(zhí)行帶外發(fā)射消除之后，通過IFFT模塊508執(zhí)行快速傅立葉逆變換(IFFT)，接下來通過模塊510執(zhí)行并串轉(zhuǎn)換(P/S)以將頻域符號轉(zhuǎn)換為時域樣本。在通過模塊512進行循環(huán)前綴插入之后，OFDM信號514被形成并由發(fā)送器天線210、212發(fā)送。為了清楚起見，在CP插入模塊512之后未示出RF電路鏈，然而將理解，在天線之前存在IF和/或RF級。由于存在總的M個頻帶，每個頻帶具有N個子載波，因此IFFT大小為麗。然而，每個(已分配)的頻帶可具有不同數(shù)量的子載波。帶外發(fā)射消除被應(yīng)用于所有已分配頻帶(諸如1、3、4和6-8)。預(yù)處理包括由預(yù)處理模塊506對每個子信道執(zhí)行的兩個步驟。因此，對于每個子信道，符號加權(quán)模塊516將一系列N個符號中的每一個乘以具有實值(范圍從O到I)的權(quán)值。極限權(quán)值O意味著不發(fā)送符號，極限權(quán)值I意味著用全功率發(fā)送符號。然后預(yù)編碼模塊518將加權(quán)的符號乘以酉矩陣。這種預(yù)處理對消除帶外發(fā)射是有效的。這里“消除”不是指絕對術(shù)語，而是有效的工程術(shù)語，并且與“降低至不重要的程度”等同義。在另一種形式中，僅對頻帶內(nèi)的N個子信道的子集η進行預(yù)處理。η個子信道是與一個或兩個頻帶邊緣直接相鄰的那些子信道，并且I ( η〈〈Ν。下面將描述權(quán)值選擇和預(yù)編碼矩陣選擇的兩個實施方式。一個實施方式是單邊帶外發(fā)射消除，另一個實施方式是雙邊帶外發(fā)射消除。當多個頻帶彼此相鄰以形成連續(xù)的較大頻帶并且僅較大頻帶兩邊的頻帶被用于帶外發(fā)射消除時，可使用單邊帶外發(fā)射消除。當頻帶與兩邊的未分配頻帶獨立時，可使用雙邊帶外發(fā)射消除。然而，連續(xù)的大頻帶中的所有頻帶都可使用雙邊帶外發(fā)射消除。單邊帶外發(fā)射消除對于單邊帶外發(fā)射消除，按照如下所述選擇權(quán)值和預(yù)編碼矩陣。I.定義NX I向量
權(quán)利要求
1.一種用于帶外發(fā)射消除的發(fā)送信號預(yù)處理方法，包括對于頻帶中的N個子信道中的每一個， 通過O到I范圍內(nèi)的計算值對N個子信道符號中的每一個進行加權(quán)；以及 通過乘以酉矩陣來對N個加權(quán)符號進行預(yù)編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，在正交頻分復(fù)用(OFDM)方案中執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述N個子信道符號被組織成NXI矩陣，所述計算值被組織成NXN對角矩陣，并且所述加權(quán)通過將所述符號矩陣和所述對角矩陣相乘來執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述對角矩陣和所述酉矩陣根據(jù)N階單位矩陣和修正表達式確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述單位矩陣和所述修正表達式是進行奇異值分解以產(chǎn)生所述對角矩陣和所述酉矩陣的對象。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述單位矩陣(In)和所述修正項具有如下形式
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述單位矩陣(In)和所述修正項具有如下形式
8.一種用于帶外發(fā)射消除的發(fā)送信號預(yù)處理方法，包括對于頻帶中的N個子信道中的每一個， 通過O到I范圍內(nèi)的計算值對N個子信道符號中的至少η個進行加權(quán)；以及 通過乘以ηΧη酉矩陣對組織成ηΧ I矩陣的加權(quán)符號進行預(yù)編碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中頻率中的η個子信道與頻帶邊緣直接相鄰。
10.一種用于帶外發(fā)射消除的接收信號預(yù)處理方法，包括 通過酉矩陣乘法對接收的符號進行解預(yù)編碼，其中接收酉矩陣是發(fā)送處所使用的預(yù)編碼矩陣的轉(zhuǎn)置；以及 通過除以發(fā)送處所使用的相應(yīng)權(quán)值來對解預(yù)編碼的符號進行去加權(quán)。
11.一種帶外發(fā)射消除方法，包括 將輸入數(shù)據(jù)位映射到時域數(shù)據(jù)符號；將所述時域符號轉(zhuǎn)換成多個子信道； 對于頻帶中的N個子信道中的每一個 通過O到I范圍內(nèi)的計算值對N個子信道符號中的每一個進行加權(quán)；以及 通過乘以酉矩陣對N個加權(quán)符號進行預(yù)編碼； 將所述預(yù)編碼的子信道變換成正交時域子信道；以及 發(fā)送所述時域子信道。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，在正交頻分復(fù)用(OFDM)方案中執(zhí)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中所述N個子信道符號被組織成NXI矩陣，所述計算值被組織成NXN對角矩陣，并且所述加權(quán)通過將所述符號矩陣和所述對角矩陣相乘來執(zhí)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述對角矩陣和所述酉矩陣根據(jù)N階單位矩陣和修正表達式確定。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述單位矩陣和所述修正表達式是進行奇異值分解以產(chǎn)生所述對角矩陣和所述酉矩陣的對象。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述單位矩陣(In)和所述修正項具有如下形式
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述單位矩陣(In)和所述修正項具有如下形式
18.—種發(fā)送器,包括 將輸入數(shù)據(jù)位映射到時域數(shù)據(jù)符號的模塊； 將所述時域符號轉(zhuǎn)換成多個子信道的模塊； 對于頻帶中的N個子信道中的每一個 通過O到I范圍內(nèi)的計算值對N個子信道符號中的每一個進行加權(quán)的模塊；以及 通過乘以酉矩陣對N個加權(quán)符號進行預(yù)編碼的模塊； 將所述預(yù)編碼的子信道變換成正交時域子信道的模塊；以及 發(fā)送所述時域子信道的射頻模塊。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)送器，其中變換模塊為快速傅立葉逆變換電路。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的發(fā)送器，其中所述N個子信道符號被組織成NXI矩陣，所述計算值被組織成NXN對角矩陣，并且所述加權(quán)通過將所述符號矩陣和所述對角矩陣相乘來執(zhí)行。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)送器，其中所述對角矩陣和所述酉矩陣根據(jù)N階單位矩陣和修正表達式確定。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)送器，其中所述單位矩陣和所述修正表達式是進行奇異值分解以產(chǎn)生所述對角矩陣和所述酉矩陣的對象。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的發(fā)送器，其中所述單位矩陣(In)和所述修正項具有如下形式
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的發(fā)送器，其中所述單位矩陣(In)和所述修正項具有如下形式
25.一種接收器，包括 接收多個時域正交子信道的射頻模塊； 將所接收的子信道變換為頻域子信道的模塊； 對于N個子信道中的每一個 通過酉矩陣乘法對接收的符號進行解預(yù)編碼，其中接收酉矩陣是發(fā)送處所使用的預(yù)編碼矩陣的轉(zhuǎn)置；以及 通過除以發(fā)送處所使用的相應(yīng)權(quán)值來對解預(yù)編碼的符號進行去加權(quán)； 將去加權(quán)的符號轉(zhuǎn)換為符號序列的模塊； 將所述符號序列映射成輸出數(shù)據(jù)位的模塊。
26.一種收發(fā)器，包括如權(quán)利要求18至24中任一項所述的發(fā)送器和如權(quán)利要求25所述的接收器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于帶外發(fā)射消除的發(fā)送信號預(yù)處理方法。對于頻帶中的N個子信道中的每一個，通過0到1范圍內(nèi)的計算值對N個子信道符號中的每一個進行加權(quán)。將N個加權(quán)符號組織成N×1矩陣，然后乘以酉矩陣。
文檔編號H04J1/00GK102835083SQ201080052120
公開日2012年12月19日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者曉靖·黃, 英杰·杰伊·郭 申請人:聯(lián)邦科學(xué)技術(shù)研究組織