專利名稱：多載波調(diào)制系統(tǒng)中峰值對平均值功率比的減小的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在數(shù)字傳輸過程中減小傳輸信號的峰值對平均值功率比的方法和設(shè)備。
從根據(jù)EP 702 466 A2的現(xiàn)有技術(shù)得知多載波傳輸?shù)南到y(tǒng)，由此將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流被分割成若干并行的以頻分復(fù)用傳輸?shù)淖油ǖ?。作為峰值電壓對平均值電壓的比值定義的波峰因數(shù)，因而通過使用用于對信息比特編碼的第一組四個對稱分布的子通道對而被減小，其中第二套所包含的子通道對的每一對所產(chǎn)生的相位矢量垂直于子通道第一組中某一對所產(chǎn)生的相位矢量。但是，這里峰值的減小很不奏效而且幅度太低。
另外，在能進(jìn)行高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字電信傳輸領(lǐng)域中公知一些系統(tǒng)。這方面正變得日益重要的一項技術(shù)是通過正交頻分復(fù)用(OFDM)、離散多音調(diào)(DMT)和多載波調(diào)制(MCM)的名詞而得知的多載波傳輸。在多載波傳輸中將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流被分割成許多并行的最好以頻分復(fù)用傳輸?shù)淖油ǖ??？墒?，除此之外，也可以?yīng)用其它復(fù)用技術(shù)。每種情況中，其特征在于，所能得到的傳輸媒介可被分解成許多并行的，可以彼此獨立使用的，也叫做載波的子通道。更可取的，在各子通道中應(yīng)用相移鍵控(PSK)或正交振幅調(diào)制(QAM)方法。在開銷方面更合適的該原理的實現(xiàn)包括快速傅立葉變換(FFT)的應(yīng)用。通過加入一個所謂的保護(hù)間隔，由此通過部分循環(huán)重復(fù)、傳輸媒介的線形失真或分別多徑傳輸，傳輸符號的一個分組擴(kuò)展，結(jié)果僅是根據(jù)每一個子通道的速率和相位獨立加權(quán)。如果使用微分調(diào)制，即，如果信息以兩個連續(xù)符號的區(qū)別表示，那么在接收機(jī)中不需要均衡，因為不是絕對信號而僅是相對變化承載信息。
在多載波方法中的一個實質(zhì)缺點是盡管在進(jìn)行中等均值傳輸?shù)那闆r下會出現(xiàn)非常高的功率峰值。這是由于子通道的獨立導(dǎo)致子信號可能相長交迭。功率峰值的一個因數(shù)是在信息技術(shù)中衡量所使用的發(fā)射機(jī)放大器起著決定性作用的所謂的波峰因數(shù)ζ
因為進(jìn)行高峰值，因此需要最大值所謂的補償，結(jié)果放大器以非常低的效率工作。另一方面，放大器工作點不能太接近飽和區(qū)，因為放大特性明顯偏離了理想線形放大。而且，如果傳輸相位超載，那么放大器的飽和作用導(dǎo)致帶外輻射，例如，傳輸功率擴(kuò)散到能實現(xiàn)傳輸?shù)念l帶以外而且可能干擾目前傳輸。
通過減小在發(fā)射端多載波傳輸信號波峰因數(shù)值，如果預(yù)定了將要發(fā)射的有效功率，那么可以應(yīng)用較小的而且因此實際上便宜的功率放大器。多載波傳輸方法因此將變得更有吸引力。
而且，現(xiàn)有技術(shù)公開了減小多載波傳輸信號的波峰因數(shù)的進(jìn)一步的嘗試。
“移動通信”ITG技術(shù)報告136，由M.Pauli和H.-P.Kuchenbecker撰寫的論文《在多載波方法中由非線形引起的帶外輻射的減小》，介紹了一種方法，由此通過對傳輸信號的后續(xù)處理增加峰值幅度。為了這個目的，在第一步中搜索所述峰值幅度，并且在該峰值幅度的情況下，在第二步中傳輸信號的幅度以一種“軟”方式(平均值功率的逐漸減小和隨后降為原始值)減小，結(jié)果沒有超過想要得到的峰值功率。因為這一般包括不可逆的過程，所以在接收機(jī)中信息不再能以一種理想的方式恢復(fù)而導(dǎo)致較高的錯誤率。尤其是，甚至在一個無干擾信道中也不能產(chǎn)生無錯傳輸。
而且，所知道的大量的其它嘗試(1994年12月，電子書信，由A.Jones、T.Wilkinson和S.Barton撰寫的《降低多載波傳輸方案的峰值對平均包絡(luò)值功率比的分組編碼方案》或1996年2月，電子書信，由D.Wulich撰寫的《使用循環(huán)編碼多載波調(diào)制的峰值對均值比的減小》)，從中可以推斷，主要通過使用各載波，不是為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?，而是為了影響傳輸信號過程，對信號引入冗余度。經(jīng)常應(yīng)用專門設(shè)計的分組碼以表示最受歡迎的冗余度符號。部分地嘗試同時使用所述碼以糾正錯誤。這些方法中的一個主要缺點是它們大部分僅適用于非常小數(shù)量的在實際應(yīng)用中無任何利益的載波。而且，所述方法受到在子通道中的二進(jìn)制或可能四進(jìn)制相移鍵控(PSK)的限制。因為信號或載波占用的星座的每一個變化，因而，需要采用一個引入冗余度的策略，這導(dǎo)致了非常不靈活的方法。
從現(xiàn)有技術(shù)(1996年4月，電子書信，由M.Fiese撰寫的《低峰值對平均值功率比的多載波調(diào)制》)得知的另一個方法使用迭代過程以確定冗余參數(shù)。但是，為得到有著很低峰值的信號，過多的次數(shù)的傅立葉變換是必要的。除了大量的數(shù)字開銷，最重要的是需要大的冗余度(達(dá)到50％)是主要的關(guān)鍵問題。實際上所有前面提出的提供解決方案的嘗試的最主要的缺點是經(jīng)常僅避免了那些幾乎不可能出現(xiàn)，并且因此無論如何應(yīng)該在實際操作中忽視的峰值幅度。但是，實際上目的是將所有信號峰值減小到可承受的程度。而且，已知方法信息已經(jīng)非常適應(yīng)于所使用的符號字母，到信號點的具體分配或載波數(shù)量，這些使其極端不靈活。
本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字傳輸過程的方法和設(shè)備，尤其是通過多載波調(diào)制，由此實現(xiàn)傳輸信號波峰因數(shù)的可識別的減小。本發(fā)明的目的尤其是提供一種設(shè)備和方法，由此以最小的附加冗余度獲得波峰因數(shù)的最大減小，結(jié)果可靠而又明顯地減小了峰值，而不受在多載波調(diào)制過程中所使用的載波的數(shù)量的限制，這種降低很大程度上不受在各載波中所應(yīng)用的調(diào)制過程的約束，而且不受數(shù)據(jù)到信號點的具體分配的約束，并且可以在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中以合理多的開銷執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明，該目的由專利權(quán)利要求1和專利權(quán)利要求17的所述的教導(dǎo)提供。
根據(jù)專利權(quán)利要求1將要傳輸?shù)男畔⒂深A(yù)先設(shè)定數(shù)目的確定而且可逆的明確的表示法功能修改，由此除了原始信息序列，在發(fā)射機(jī)中產(chǎn)生等同于信息的替代性序列。在對等同信息序列調(diào)制之后，從等同于信息的傳輸信號中選出供實際傳輸?shù)膫鬏斝盘?，考慮到所出現(xiàn)的最大信號幅度該傳輸信號更合適。根據(jù)目前所應(yīng)用的確定的表示法，原始信息可以再生。
因此，根據(jù)本發(fā)明的方法允許以有益的方式在多載波調(diào)制中信號峰值的明顯減小，并且因而允許使用有可比帶外輻射但明顯小得多的補償?shù)陌l(fā)射放大器。在發(fā)射端所應(yīng)用的功率成分因此變得不那么昂貴，而且可以在一個工作點更有效地操作，尤其在移動通信應(yīng)用中，這對沒有中間交流電源的設(shè)備的操作時間有著積極的作用。
而且，該方法在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中以合理高的開銷工作，因為經(jīng)常來講少數(shù)可替換的信息序列就已經(jīng)可以完成峰值的足夠高的減小。本發(fā)明在所有實施例中工作，不受各載波、所使用的信號字母、具體分配或所使用的載波數(shù)量的具體基礎(chǔ)調(diào)制過程的約束。
從從屬權(quán)利要求中可以推斷更有益的進(jìn)步。
本方法的一個特別有益的進(jìn)步包括在具體情況中對發(fā)射信號序列所進(jìn)行的表示法規(guī)則以適當(dāng)方式通過額外的附帶信息傳送給接收機(jī)。
可替換地，由接收機(jī)本身通過適當(dāng)措施可以再生表示法規(guī)則。
更有益的是，僅有一小部分附加冗余度引入到信號中。通過所出現(xiàn)信號值動態(tài)范圍的減小，在發(fā)射機(jī)中的數(shù)/模轉(zhuǎn)換和接收機(jī)中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換的成分在該解決方案中也可以減少，也導(dǎo)致設(shè)備費用的節(jié)省。
下面根據(jù)附圖和實施例詳細(xì)解釋本發(fā)明

圖1表示在多載波方法中減小峰值問題的本發(fā)明設(shè)備的模型。
圖2表示V＝3的子分組上的載波分割的模型。
圖3表示在多載波方法中限制峰值問題的本發(fā)明設(shè)備的模型。
圖4表示V＝3在頻率方向上微分調(diào)制的子分組上的載波有益分割的范例。
在解釋的實施例中，應(yīng)用了不同的方法產(chǎn)生等同于信息的信息。
下面通過圖1和第一實施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。
多載波傳輸方法通常通過表示信息NR的分組而有效地實現(xiàn)，該信息NR通過包括載波值A(chǔ)μ，ν，ν＝0，...，N-1長度為N的分組(矢量)Aμ上所謂映射MB提供給調(diào)制器。所述映射包括信息NR的串/并轉(zhuǎn)換和信息NR的表示。各個載波值，即，信號點，從離散信號字母表A中選擇以作為將要傳輸?shù)母鱾€信息的功能。一般來說，信號點是復(fù)數(shù)。成為包括下面由載波星座(constellation)Aμ指定的載波值的所述分組一部分的一個傳輸序列aμ，ρ其中ρ＝0，...，N-1，由Aμ的離散傅立葉逆變換IDFT得到。復(fù)數(shù)aμ，ρ的傳輸序列易于結(jié)合形成矢量aμ。但是，另外，可以應(yīng)用任何其它種類的變換，例如，Walsh-Hadamard變換、離散余弦變換或Karhunen-Loeve變換。其中部分也是普通PAM傳輸?shù)膫鬏斆}沖整形，N＝1所產(chǎn)生的單載波過程時間離散信號到時間連續(xù)發(fā)射信號的變換。所提到的變換和脈沖整形的結(jié)合也是可能的。
根據(jù)圖1本發(fā)明方法的第一有益實施例中，預(yù)先在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間約定U個矢量Pu＝Pu0，Pu1，...，PuN-1，u＝1，它們彼此互不相同，包括復(fù)數(shù)Pν(u)而且|Pν(u)|＝常數(shù)，v＝0，...，N-1?？商鎿Q地，所述矢量也可以根據(jù)同樣不變的預(yù)定規(guī)則在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中運算產(chǎn)生。而且可以規(guī)定每個修改矢量P(u)使之在一個分組的情況不同于相鄰的分組。接著在發(fā)射端乘積Aμ，νPν(u)形成元件狀，而且通過所使用的變換IDFT根據(jù)由此形成的分組計算有關(guān)時間信號。從所述U個可能中通過使用估計裝置SM，最終選擇一個合適的傳輸信號aμ用于實際傳輸。根據(jù)目前所使用的矢量P(u)，信息矢量Aμ和因此那里所包含的信息，可以通過除以P(u)在接收端得到恢復(fù)。
另外，(如虛線所顯示的)微分調(diào)制DM可以應(yīng)用于乘積Aμ，νPν(u)，結(jié)果是不需要估計所使用的傳輸信道。
從組Pνu∈{±1，±j}其中絕對值|Pν(u)|＝1，選擇Pν(u)，例如，證明是有益的。與復(fù)數(shù)相乘導(dǎo)致相位旋轉(zhuǎn)，而通過這種絕對值的選擇使幅度保持不變。
本發(fā)明一個可能的進(jìn)步包括將作為發(fā)射信號本身的附帶信息的修改矢量P(u)的數(shù)目u傳送給接收機(jī)。這是可能的，例如，通過保留不載有任何有用信息的各載波Aμ，ν。
第二個進(jìn)步是，P(u)的數(shù)目不是明確地傳送給接收機(jī)，而是接收機(jī)自身為修改的逆過程而再生實際所使用的P(u)的數(shù)目。在這方面，總之提出的用于糾錯的編碼也必須應(yīng)用于這項任務(wù)。為此目的，U個解碼器估計矢量Aμ，由此每個所述的U解碼器假設(shè)一個可能的矢量P(u)。最后該估計值用于更進(jìn)一步的處理，該值表示最大的可能性。
在未知信道或隨時間變化的信道的情況下，正如使用(例如)在移動通信中，信息在信號中最好不是絕對形式，而是以微分形式表示，即，以連續(xù)符號Aμ，ν的修改表示。這僅需要在發(fā)射端乘以P(u)后積分(加法)，因為Aμ，νP(u)現(xiàn)在成為增量。在接收端，在可能提供的解碼器之前和修改的逆過程之前，該步驟通過微分取消。
下面通過圖2和圖3解釋另一個實施例。
本發(fā)明的另一個有益修改是它可以有利地用于線形信號變換。信息NR，正如前面實施例所解釋的那樣，由所謂映射MP表示。在所述實施例中，出現(xiàn)在各自多載波調(diào)制方法中所占有的載波Aμ分割成V個子分組，其中每一個從載波值的各自總數(shù)Aμ中用相應(yīng)幅度值成對地占有不相交的載波位置，由此在各自子分組Aμ(ν)中以這種方式所采用的載波位置的總數(shù)是任意的。其它子分組所容納的分別看待的子分組的所有載波位置都由零占據(jù)。各載波分割成各自的分組也是任意的。圖2描述了一種可能的分割。分割后Aμ的每個載波位置正好在一個子分組Aμ(ν)中表示。
因而得到的載波的子分組Aμ(ν)以所謂的部分傳輸序列aμ(ν)通過V次線形變換IDFT(由相應(yīng)硬件并行放置)各自傳輸。以所述序列為基礎(chǔ)，通過適合此目的的過程，在峰值最優(yōu)化SO中，可以進(jìn)行部分傳輸序列的目標(biāo)為最優(yōu)化的結(jié)合，由此僅需決定復(fù)數(shù)信號的旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展)的少量參數(shù)bν′，其中bν′＝常數(shù)·ejΦν，Φν∈
，它對傳輸信號的影響可以直接從中問結(jié)果aμ(ν)中推斷。有著最優(yōu)因數(shù)的最優(yōu)化的理想結(jié)果是(b^1,...,b^ν)=argmin(b,...,b)(maxρ-0,...N-1Σν=1V|bνaμ.ρ(ν)|)]]>，|bν|＝常數(shù)，ν＝1，…，V(1)傳輸信號序列，aμ=Σν=1Vb^νaμ(ν)-----(2)]]>在所有可替換的傳輸序列中它有最低的峰值。
但是，根據(jù)本發(fā)明，其它傳輸序列
也可以產(chǎn)生并傳輸，它們也有對應(yīng)用來說足夠小的波峰因數(shù)。
根據(jù)本實施例發(fā)明過程按如下所述應(yīng)用。例如，可以設(shè)置b1＝1，這意味著已形成子分組的一個永不旋轉(zhuǎn)地傳輸。所述分組可以包括因各種原因以個別的固定相位位置傳輸?shù)妮d波，例如用于信道估計的導(dǎo)頻載波。在相干或時間方向上的微分相干解調(diào)的情況下，所述載波也可以，例如，傳輸這方面所需的附帶信息．因此，只要V-1個相位位置通過最優(yōu)化決定并且發(fā)送給接收機(jī)。
例如，附帶信息可以隨著一個不旋轉(zhuǎn)的子分組中修改的多載波信號直接傳輸。因而所述信息可以由一個有效碼保護(hù)和/或信息可以在為了以低級并因此有效的調(diào)制的目的而專門保留的載波上傳輸?？梢酝ㄟ^頻率域隨機(jī)傳播的不旋轉(zhuǎn)的各載波的附帶信息，因此可以不需要任何其它知識就能安全得到，并且立即用于潛在旋轉(zhuǎn)的子分組的解調(diào)。
為了不允許附帶信息傳輸所需字節(jié)數(shù)不必要的增加，分組可能的旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)目不應(yīng)該太大。出于簡易的原因，當(dāng)執(zhí)行解決方案的嘗試時，它可以受到四個因數(shù)bν∈{±1，±j}的限制，由此每個多載波信號序列要傳輸2(V-1)比特的附帶信息。而且，當(dāng)結(jié)合部分傳輸信號以形成最后傳輸信號時，關(guān)于執(zhí)行的開銷真實的乘法不再出現(xiàn)。此目的所需的操作于是可以通過改變實部和虛部還有加法和減法而很容易地執(zhí)行。
對四個可能因數(shù)的限制使峰值足夠好的減小成為可能，并且可能性的進(jìn)一步增加不產(chǎn)生額外的增加以使開銷合理。這里(次)最優(yōu)化由(b^1,...,b^ν)=argmin(b,...,b)(maxρ=0,...N-1Σν=1V|bνaμ,ρ(ν)|),bν∈{±1,±j},ν=1,...,V(3)]]>決定。
在根據(jù)本實施例的設(shè)備中，例如，可以實現(xiàn)專門調(diào)整的變換算法(例如IDFT)，它利用在要變換的載波子分組Aμ(ν)中輸入值的主要部分是零，由此在本發(fā)明方法尤其有適當(dāng)?shù)淖臃纸M分割中通過乘法變換增加的開銷重新降低了。
本發(fā)明非常優(yōu)選的實施例包括要傳輸?shù)男畔⒚總€以分組方式微分調(diào)制。這意味著例如在頻率方向上每個分組自身載波與載波之間微分調(diào)制。為此目的，原則上可以使用信號符號字母，它們可以微分調(diào)制，例如M-DPSK(M元微分相移鍵控)或M-DAPSK(M元微分幅度和相移鍵控)，處理以得到更高的頻譜效率。在該方案中就不再需要明確附帶信息的傳輸了。只不過分組分割必須詳細(xì)說明而且發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都必須知道。
關(guān)于頻率方向的微分調(diào)制，不同的分組分割是可能的，考慮到目前信道它允許可靠的數(shù)字傳輸。如圖4所示V＝3，例如各載波可以以梳狀方式參與。為了最小的冗余度本方法的本實施例中的分組分割也可以選擇使鄰近的，沒有間隔的載波結(jié)合在一個子分組里。因此，V個分組的每一個僅有一個冗余參考載波，它開始作為固定點沒有調(diào)制，并且因此可以解釋成信號整形冗余度。
正如想得到的，子載波中分別引入的信息通過子分組中所有各載波的共同旋轉(zhuǎn)保持不變，并且因此在接收機(jī)中成子分組的解調(diào)而不需要任何附帶信息。
由于開銷的不對稱性，專用于這種方式方法可以理想地應(yīng)用于廣播應(yīng)用，因為接收機(jī)幾乎精確地響應(yīng)于關(guān)于它們的復(fù)雜性有著未處理發(fā)射信號的接收機(jī)，并且因而通過降低動力的措施沒變得更昂貴。
權(quán)利要求
1.數(shù)字傳輸過程中減小波形因數(shù)的方法，其中數(shù)字信息在發(fā)射端由確定的和可逆的明確的表示法規(guī)則修改，由此產(chǎn)生可替換的、等同于信息的序列，從中選擇關(guān)于有關(guān)傳輸信號峰值有利的一個序列，該序列用于傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中要傳輸?shù)男盘枏脑夹畔⑿盘栔型ㄟ^變換產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中變換產(chǎn)生一個多載波傳輸過程。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中變換從一個時間離散信號產(chǎn)生一個有效利用頻帶、時間連續(xù)信號。
5.如權(quán)利要求1、3或4所述的方法，其中可替換的、等同于信息的序列由載波值A(chǔ)μ，ν，μ＝0，...，N-1乘以任選的值Pν(u)，u＝1，…，U形成。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中值Pν(u)在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間嚴(yán)格規(guī)定。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中值Pν(u)由它們自己，每個根據(jù)在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中相同預(yù)置的規(guī)則分別決定。
8.如權(quán)利要求5、6或7所述的方法，其中Pν(u)是一個復(fù)數(shù)，它的絕對值|Pν(u)|等于1。
9.如權(quán)利要求5到8的任何一個所述的方法，其中數(shù)目為u的值Pν(u)作為附帶信息傳輸給接收機(jī)。
10.如權(quán)利要求5到9的任何一個所述的方法，其中接收機(jī)從接收序列中得到數(shù)目為u的值Pν(u)。
11.如權(quán)利要求5到10的任何一個所述的方法，其中信息在信號中微分表示，并且修改的載波Aμ，νP(u)因此每個成為信息增量，從中通過積分獲得最終要傳輸?shù)男畔⑿蛄小?br> 12.如權(quán)利要求1到4的任何一個所述的方法，其中載波分組Aμ分割成V個子分組Aμ(ν)ν＝1，它們分別轉(zhuǎn)換成部分傳輸序列，這些序列最后以一種最優(yōu)化方式通過任意因數(shù)b1，...，bν結(jié)合形成等同于信息的傳輸序列。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中值b1，...，bν是一個復(fù)數(shù)，它的絕對值|b1|＝...＝|bν|＝1。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其中子分組的因數(shù)b1，...，bν作為附帶信息以一種適當(dāng)?shù)谋硎痉▊魉徒o接收機(jī)。
15.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其中接收機(jī)的因數(shù)b1，...，bν只從接收頻率中得到。
16.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其中信息在頻率方向上以微分形式而不是以絕對形式在信號中表示，并且為此目的以適當(dāng)?shù)姆绞竭x擇子分組的分割。
17.在數(shù)字傳輸過程中減小波形因數(shù)的設(shè)備，其特征為在載波值(Aμ)上表示數(shù)字信息(NR)的表示法設(shè)備(MP)，用任意符合條件的值(Pν(u))乘以載波值(Aμ)的裝置，將載波值變換成可替換的等同于信息的序列的裝置(IDFT)，和選擇在峰值合適的用于傳輸?shù)男蛄械难b置。
全文摘要
在多載波傳輸過程中的一個主要問題包括傳輸信號的非常高的波形因數(shù)。本發(fā)明的目的是提供一種方法,由此實現(xiàn)信號峰值的明確預(yù)定的減小。這通過產(chǎn)生,除了要傳輸?shù)男畔⑼?若干可替換的序列,通過確定的,可逆的,明確的表示法來完成。從這些替換中,選擇一個合適的序列并傳輸。接收機(jī)能夠從所述接收信號中通過所執(zhí)行的表示法的逆過程再生原始信息。
文檔編號H04L27/26GK1244323SQ97199293
公開日2000年2月9日 申請日期1997年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月4日
發(fā)明者R·貝烏姆爾, R·菲舍爾, J·胡伯, S·米勒 申請人:艾利森電話股份有限公司