专利名称：编码数据的方法、解码方法、发射机和接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及编码数据的方法，其中通过使用正交频分复用(OFDM)来编码一个或者多个数据符。本发明还涉及一种解码信号的方法以及一种发射机和一种接收机。
背景技术：
正交频分复用技术本身是已知的，并且可以特别地用于编码和发送数字数据。非常期望改进已知技术的谱效率。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种使得能够增加谱效率的编码数据的改进方法。
根据本发明，通过以下步骤实现该目的-使用厄密(Hermite)多项式作为正交函数系用于所述正交频分复用，由此获得OFDM信号；-将所述OFDM信号变换到时域，这样获得时域信号；-通过将所述时域信号与一个或者多个另外的时域信号相结合来执行时分复用(TDM)步骤，由此获得TDM信号。
已经显示，当使用厄密多项式作为正交函数系用于编码数据时，对应于如此编码的OFDM信号的时域信号包括其中所述时域信号具有零幅度的长周期。
根据本发明，利用所述时域信号的所述零幅度周期来将另外的信息添加到所述时域信号上，例如通过借助于时分复用方案将一个或者多个另外的时域信号相结合，使得所述不同的另外的时域信号中的每一个位于所述TDM信号的范围内，在此每个另外的时域信号具有零幅度或者至少大约为零幅度。
根据本发明的有利的实施例，根据以下等式获得所述OFDM信号S(f)=Σn=1Ndn·Hn(f)·w(f),]]>其中N是待编码的数据符(d0，d1，...)的数目，其中Hn是n阶厄密多项式，以及其中w(f)是取决于频率f的加权函数。
有利地，所述加权函数w(f)取决于高斯函数，特别是w(f)=e-μ2·f2,]]>其中μ是参数，可以选择该参数的值适合用于期望的编码程序。
例如，通过合适地选择所述参数μ，可以限制为OFDM信号所用的带宽。在多信道发送系统中，其中相邻频率信道包括不同的OFMD信号，可以例如根据预定的相邻载波泄漏功率比(adjacent carrierleakage power ratioACLR)来选择μ。通常，通过选择μ的特定值，可以影响OFDM信号的谱功率密度的形状。
根据申请人的观察，甚至在通过引入所述高斯加权函数例如用于使OFDM信号适合特定频率信道而来限制OFDM信号的带宽时，对应于根据本发明所获得的所述OFDM信号的时域信号的基本部分的特征在于等于零的幅度值。这使得能够执行时分复用以及相应地增加谱效率。
虽然使用高斯加权函数是本发明的特别优选的实施例，但是也可以使用任何其它合适的加权函数。
根据本发明的合适的加权函数被考虑为这样的函数，即一方面使得能够限制OFDM信号的带宽，例如通过根据上述频率切割或削弱OFDM信号。另一方面，应当选择该加权函数，使得通过应用正交性条件解码OFDM信号仍然是可能的。在说明书中，以下进一步解释解码的细节。
有利地，将根据本发明的方法获得的多个OFDM信号变换到时域，并且之后经由时分复用将其结合到TDM信号中。
因为与所述OFDM信号中的一个对应的时域信号的每一个具有零幅度的大周期，所以有利地，可以通过时分复用方案来结合这些时域信号，而没有在各时域信号之间引入任何干扰。
由此，与现有技术相比，可以将在产生的TDM信号内编码的信息量相乘，其中现有技术没有使用厄密多项式用于OFDM编码并且这样不能根据本发明的方式进行时分复用。
因而，本发明的OFDM和TDM技术通过使用厄密多项式作为正交函数系用于所述OFDM编码步骤来实现的，当发送根据本发明编码的数据时，本发明的OFDM和TDM技术的结合产生了谱效率的增加。
虽然优选地通过将相应的OFDM信号变换到时域来获得输入到时分复用程序的所述一个或者多个另外的时域信号，但是根据本发明另一个非常有利的实施例的特征在于所述一个或者多个另外的时域信号包括控制数据和/或参考数据，特别用于控制所述TDM信号的发送。
所述控制数据或者所述参考数据可以例如包括与待发送的OFDM信号有关的冗余信息、在发射机和接收机中已知的参考数据模式等等。
根据本发明的另一个有利的实施例，添加所述另外的时域信号中的一个或者多个，以便获得所述TDM信号。
优选地，逆快速傅立叶变换(iFFT)算法用于将所述OFDM信号变换到时域。
有利地，厄密多项式的逆傅立叶变换具有解析解，其使得能够甚至进一步简化所述逆傅立叶变换的处理，这样增加本发明方法的效率。
通过一种解码TDM信号的方法来给出对于本发明目的另一个方案。解码优选地通过上述本发明的方法获得的TDM信号的所述方法的特征在于以下步骤-从所述TDM信号分离所述一个或者多个时域信号；-将所述时域信号中的至少一个变换到频域，由此恢复相应的OFDM信号；-将正交性条件应用到如此恢复的OFDM信号。
例如可以通过合适地采样TDM信号或者通过用于解复用TDM数据的其它常用技术来实现从所述TDM信号分离所述一个或者多个时域信号。
将正交性条件应用到恢复的OFDM信号有利地使得能够恢复通过使用厄密多项式作为正交函数系先前编码的数据符。
当解码根据本发明的方法获得的TDM信号时，应用以下正交性条件是特别有用的∫-∞+∞dfHn(f)·Hm(f)·e-μ2·f2=cnm·δnm]]>Hn和Hm分别是n阶和m阶厄密多项式，cnm是常量，以及δnm是克罗内克(Kronecker)符。当根据S(f)=Σn=1Ndn·Hn(f)·e-μ2·f2]]>编码OFDM信号时，本发明的所述正交性条件的应用产生上述常量cnm，常量cnm是取决于先前OFDM编码的各个数据符dn，这样使得能够恢复所述数据符dn的值。
代替使用高斯项e-μ2·f2用于OFDM编码和OFDM解码，也可以使用另一个加权函数w(f)，只要仍然满足或者至少大约满足上述正交性条件∫-∞+∞dfHn(f)·Hm(f)·e-μ2·f2=cnm·δnm]]>或者相应的正交性条件∫-∞+∞dfHn(f)·Hm(f)·w(f)=cnm′·δnm,]]>其中c′nm是另一个常量。
通过一种发射机和接收机来给出对本发明目的的另外的有利方案。
参考附图，在以下详细说明中说明本发明的其它应用、特征和优点，其中图1描述了表示本发明第一实施例的简化流程图；图2描述了包括本发明发射机和本发明接收机的发送系统的简化方框图；以及图3描述了对应于根据本发明获得的OFDM信号的时域信号的一部分。
具体实施例方式
图1的简化流程图描述了根据本发明的第一实施例。
首先，在步骤10，通过使用正交频分复用(OFDM)来编码数据符d0，d1，...。根据本发明，有利地，使用厄密多项式Hn作为正交函数系，用于所述正交频分复用。所述厄密多项式可以例如被表示为Hn(f)=(-1)nef2dndfne-f2.]]>可以例如根据以下等式执行编码S(f)=Σn=1Ndn·Hn(f)·w(f),]]>(等式1)其中N是待编码的数据符d0、d1、...的数目，其中Hn是n阶厄密多项式，以及其中w(f)是取决于频率f的加权函数。
正如可以从等式1获得的，可以将所述OFDM信号S(f)转换为待编码的所述数据符d0、d1、....的加权和，其中最终的加权因子是各个厄密多项式Hn和加权函数w(f)的乘积。
根据本发明，参考图1的步骤20，将如此获得的OFDM信号S(f)变换到时域，由此获得时域信号s(t)。可以例如通过逆快速傅立叶变换(iFFF)完成所述处理。
如果选择所述加权函数w(f)使得厄密多项式Hn和加权函数w(f)的乘积的逆傅立叶变换具有解析解，则甚至可以进一步简化对应于OFDM信号S(f)的时域信号计算。
在此之后，根据本发明，通过将所述时域信号s(t)与一个或者多个另外的信号s1(t)、s2(t)、...相结合来执行时分复用(TDM)步骤30，由此获得TDM信号s′(t)。
在多个时域信号s(t)、s1(t)、s2(t)、..之间基本上可以不存在任何干扰，因为已经显示出当使用厄密多项式作为多项式函数系用于编码数据时，对应于如此编码的OFDM信号的时域信号包括其中所述时域信号具有零幅度的长周期。
即，本发明厄密多项Hn的使用使得能够使用TDM技术，以及这样增加了可以通过所述TDM信号以给定采样速率编码的数据量。
由图3中描述的所述时域信号的部分表示了由本发明方法获得的时域信号的这些优势属性。
从图3中可以获得本发明的时域信号具有零幅度的基本周期，其中可以积分例如具有相似特性的其它时域信号以形成所述TDM信号s′(t)。例如，在图3中标有双箭头的周期T可以被使用来交错其中的若干时域信号，并且这样相应地乘以各个数据率。
例如，可以变换多个OFDM信号，以产生相应的时域信号s1(t)、s2(t)、...，可以将它们积分为TDM信号s′(t)。各个OFDM信号的每一个可以取决于特定数量的编码数据符。
与本发明相比较，不基于厄密多项式Hn的传统OFDM编码技术产生不具有零幅度的基本周期的相应时域信号并且因此不能实现根据本发明方式的时分复用。
作为对仅仅分别结合“传统的”OFMD信号或者它们的时域对应物的替换，也可以将谱时域信号积分为TMD信号s′(t)。
所述谱时域信号可以例如不是OFDM信号变换到时域的结果，而是可以包括在时域中组合的控制数据或者参考数据，使得形成所述谱时域信号。
所述参考数据可以例如包括冗余信息，作为对OFMD编码数据的备份，或者更一般地，在发射TDM信号s′(t)的发射机和在接收所述TDM信号s′(t)的接收机中已知的并且因此允许对通信信道属性等进行校准、确认或者测量的数据。
根据本发明的另一个非常有利的实施例，所述加权函数w(f)取决于高斯函数，优选地为以下形式w(f)=e-μ2·f2]]>高斯型加权函数具有两个优势效果。一方面，通过合适地选择参数参数μ，可以限制参考等式1的OFDM信号S(f)所使用的带宽。在多信道传输系统中，其中相邻频率信道包括不同的OFMD信号，可以例如根据预定的相邻载波泄漏功率比(ACLR)来选择μ。通常，通过选择μ的特定值，可以影响OFDM信号的谱功率密度的形状。
根据申请人的观察，甚至在通过引入所述高斯加权函数例如用于使OFDM信号S(f)适合特定频率信道(例如5MHz带宽)而来限制OFDM信号S(f)的带宽时，参考图3，对应于根据本发明所获得的所述OFDM信号S(f)的时域信号s(t)的基本周期的特征在于等于零的幅度值。这使得能够执行参考图1的步骤30的时分复用以及相应地增加谱效率。
虽然使用高斯加权函数w(f)是本发明的特别优选的实施例，也可以使用任何其它合适的加权函数。
根据本发明合适的加权函数w(f)被考虑为这样的函数，即一方面使得能够限制OFDM信号S(f)的带宽，例如通过根据上述频率切割或削弱OFDM信号S(f)。即合适的加权函数w(f)具有非恒定值而是取决于频率f。
另一方面，应当选择该加权函数w(f)，使得通过应用正交性条件解码OFDM信号S(f)仍然是可能的。
在以下高斯型加权函数的情况下，w(f)=e-μ2·f2]]>相应的正交性条件为∫-∞+∞dfHn(f)·Hm(f)·e-μ2·f2=cnm·δnm,]]>(等式2)Hn和Hm分别是n阶和m阶厄密多项式，cnm是常量，以及δnm是克罗内克(Kronecker)符。
在解码期间，应用等式2的所述正交性条件到根据等式1获得的OFDM信号S(f)并且使用所述高斯型加权函数W(f)=e-μ2·f2]]>产生常量cnm，其中所述cnm取决于通过等式1编码的各个数据符dn。
但是，在上述解码步骤之前，必须从所述TDM信号s′(t)中分离经由TDM积分为TDM信号s′(t)的多个时域信号s(t)、s1(t)、s2(t)、...，这例如可以通过遵循用于构造TDM信号s′(t)的TDM方案采样所述TDM信号s′(t)来实现。
在此之后，例如通过使用标准的FFT算法，将所述时域信号s(t)、s1(t)、s2(t)、...中的至少一个变换到频域，由此恢复相应的OFDM信号。
同样地，此后恢复的OFDM信号可以与等式2的正交性条件一起使用，该正交性条件产生取决于各个原始编码的数据符的常量。可以处理对应于所述另外的时域信号s1(t)、s2(t)、...的另外的恢复OFDM信号，由此提取先前编码的所有数据。
随后可以评估控制数据或者参考数据等，其中所述控制数据或者参考数据等可以已经包括在所述另外的时域信号s1(t)、s2(t)、...中一个或者多个。
图2显示了描述根据本发明的发射机100和接收机200的简化方框图。
发射机100经由参考箭头的数据链路连接到接收机200，所述数据链路例如是无线电信道或者电缆连接等等。
发射机100被配置为通过使用厄密多项式，通过对数据符应用相应的OFMD编码，以及通过应用时分复用，来执行上述本发明的编码数据的方法。
接收机200被配置为至少执行解码在所述发射机100内编码的数据的本发明上述步骤。
有利地，所述发射机100和所述接收机200设置有若干计算装置9(未示出)(例如数字信号处理器(DSP)来提供所要求的信号处理能力。
通过DSP或者其它电子计算装置执行本发明使得时间和频率以及数据符的分离处理成为必要。但是，在说明书中表示的本发明原理仍然适用。
本发明通常可以应用在发送数字信号的任何系统中。应用的可能领域例如是经由无线信道的发送，特别包括移动终端、例如HDSL、ADSL或者VHDSL的数字用户线系统，数字音频广播(DAB)和高清电视(HDTV)陆地广播。
权利要求
1.一种编码数据的方法，其中通过使用正交频分复用(OFDM)编码一个或者多个数据符(d0，d1，...)，其特征在于以下步骤-使用厄密多项式(Hn)作为正交函数系用于所述正交频分复用，由此获得OFDM信号(S(f))；-将所述OFDM信号(S(f))变换到时域，这样获得时域信号(s(t))；-通过将所述时域信号(s(t))与一个或者多个另外的时域信号(s1(t)，s2(t)，...)相结合来执行时分复用(TDM)步骤，由此获得TDM信号(s′(t))。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，根据以下等式获得所述OFDM信号(S(f))S(f)=Σn=1Ndn·Hn(f)·w(f),]]>其中N是待编码的数据符(d0，d1，...)的数目，其中Hn是n阶厄密多项式，以及其中w(f)是取决于频率f的加权函数。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述加权函数w(f)取决于高斯函数，特别是w(f)=e-μ2·f2.]]>
4.根据上述权利要求其中之一的方法，其特征在于，通过将相应的OFDM信号变换到时域来获得所述一个或者多个另外的时域信号(s1(t)，s2(t)，...)。
5.根据上述权利要求其中之一的方法，其特征在于，所述一个或者多个另外的时域信号(s1(t)，s2(t)，...)包括控制数据和/或参考数据，特别用于控制所述TDM信号(s′(t))的发送。
6.根据上述权利要求其中之一的方法，其特征在于，使用逆快速傅立叶变化(iFFT)算法来将所述OFDM信号变换到时域。
7.一种用于解码TDM信号(s′(t))的方法，所述信号(s′(t))优选地根据上述权利要求其中之一的方法获得，其特征在于以下步骤-从所述TDM信号(s′(t))分离所述一个或者多个时域信(s(t)，s1(t)，s2(t)，...)号；-将所述时域信号(s(t)，s1(t)，s2(t)，...)中的至少一个变换到频域，由此恢复相应的OFDM信号；-将正交性条件应用到恢复的OFDM信号。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于所述正交性条件是∫-∞+∞dfHn(f)·Hm(f)·e-μ2·f2=cnm·δnm,]]>其中Hn是n阶厄密多项式，cnm是常量，以及δnm是克罗内克符。
9.一种发射机(100)，被配置为执行根据权利要求1到8中的任何一个方法。
10.一种接收机(200)，被配置为执行根据权利要求1到8中的任何一个方法。
全文摘要
本发明涉及一种编码数据的方法，其中通过使用正交频分复用(OFDM)编码一个或者多个数据符(d
文档编号H04J11/00GK1992703SQ20061016924
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月21日 优先权日2005年12月22日
发明者彼得·耶内克 申请人:阿尔卡特朗讯