专利名称：用于优化具有多个子载波的信号的方法
技术领域：
本发明涉及用于对发送信号中的数据进行编码的方法，其中发送信 号包括具有正交频率的多个子载波，以及涉及用于发送和编码多路复用 发送信号中的多址数据的信号发射机，其中发送信号包括具有正交频率 的多个子载波。
背景技术：
本发明涉及对发送信号中的数据进行编码的领域，其中发送信号包 括具有正交频率的多个子周期。根据本发明的数据编码方法也就是熟知
的"正交频分复用"(OFDM)方案，在该方案中信号由对应于子载波集 合的信号的叠加构成，其中子载波具有相互正交的频率。频率正交是指 基于发送信号的信号持续时间的时间关联函数在数学意义上是正交函 数。因此，信号持续时间与相邻子载波的间隔成反比。
所有正交频分复用系统固有的 一 个根本问题是高的峰均功率比 (PAPR)。由于发送信号是许多正弦信号的叠加，所以时域采样大致 是高斯分布，其会引起强峰。这是一个问题，因为功率放大器仅在输入 功率的有限范围内是线性的。较大的峰值被削减为最大输出功率。因此， 或者是非线性削减操作使信号失真，或者是功率放大器必须以低平均功 率工作，从而使得即使是峰值也依然在线性范围内。然而，这样导致低 效率以及超尺寸的放大器。因此，采用降低峰均功率比的算法很重要。
正交频分复用信号的第二个特点是发送信号的功率谱密度(PSD) 在分配的频率范围外以f2非常緩慢地衰减。这是由于对应于码元持续时 间的矩形脉冲的谱分量。因此带外功率干扰了在相邻频带上进行发射的 系统。因此，为了把两个独立系统之间的互干扰减少到可接受的水平， 系统必须在频域中以相当大的保护间隔隔开。4艮明显，这个保护间隔降 低了整个谱效率。下面，我们将使用术语带外功率(OBP)来指代被包 含在分配频率范围之外的功率语密度中的功率。如果降低带外功率，那 么可以减少系统之间的保护间隔，并可以增加谱效率。
由于峰均功率比降低的重要性，在文献中已经提出了很多算法。然而，这些算法中的许多遭受以下情况必须把边信息(side information) 发送至接收机。例如， 一方可以采用若干不同的交织器，每一种交织器 产生不同的时域信号。然后选择具有较低峰均功率比的信号。接收机当 然需要知道使用了哪种交织器。边信息的额外传输不仅导致了谱效率的
降低，而且该数据非常重要，因为边信息中的错误可以导致正交频分复 用码元的完全丟失。
另 一种峰均功率比降低算法是由Tellado在他的博士论文 ( Tellado,"Peak-to-Average-Power Reduction for Multi-carrier Modulation"(用于多载波调制的峰均功率降低))中提出的。这种算法 不会遭受后者的缺点。他建议保留一个子载波集用于峰均功率比降低这 个唯一目的这些载波，被称为保留音调(tone) (RT),在下面被称 为保留子载波(reserved subcarrier)。保留子载波不携带任何数据但仍 被调制，从而使得所得到的时间信号的峰均功率比被最小化。当然，这 种方法带来了语效率的降低，但由于保留子载波不携带任何数据，因此 该系统不易受到丢失边信息的伤害。事实上，如果信道緩慢变化且发射 机有信道状态信息，则保留子载波可以被安排在无论如何不可能进行数 据传输的、处于深度衰减的子载波上。WIMAX标准已经记入了该子载 波保留方法，其表明这种算法确实具有现实利益。
对于带夕卜功率降低的问题，Brandes (Brandes, Cosovic, Schnell, "Sidelobe Supression in OFDM systems by insertion of Cancellation Carriers"(通过抵消载波的插入在OFDM系统中旁瓣抑制))也提出了 一 种技术，其基于保留音调。这些音调是子载波，在上面提到的文章中被 称为抵消载波(CC),其位于频谱的边缘并被调制，以使得它们的频谱 大致上抵消了数据载波的频谱，从而导致整个正交频分复用信号的带外 功率的降j氐。
上述问题尤其出现在基于OFDM (A)的系统中。由于不同的分配 组块的不理想的时间同步，在移动方案上行链路连接中这些系统正受损 害。多数移动终端具有轻微的但可看得出的频偏，这破坏了基站接收机 处OFDMA信号的正交性。
基于OFDM (A)的上行链路系统概念的典型例子是IEEE 802.16 标准(WiMax) 、 802.11g或类似Flash-OFDM的专有概念。
多音调制本身对功率放大器设计具有很高的要求，即回退的需要，
6其降低了 PA效率或可获得的输出功率。对于这两个问题，通过使用抵 消载波或保留音调，已经存在各自的解决方法来减少有害影响。然而， 目前抵消载波专用于单一用途以达到预期效果。
OFDM调制对功率放大器设计具有很高的要求，即以回退的形式， 其降低P A效率或可获得的输出功率。
峰均功率比(PAPR)是描述用于发送具有多码或多音特征的信号 的发射机所需的线性的度量，并且其也依赖于所使用的调制方案。其目 标是产生信号w/o显著失真，因此避免接收机处所需的信噪比(SNIR) 的劣化。
因此，为达到较好的链路性能，PAPR描述了尤其是功率放大器所 需的线性。通过引入从PA饱和点(一般称为ldB压缩点)起的大约一 定dB数的回退来实现线性。该回退的幅度依赖于所使用的调制方案以 及系统概念的多码或多音特性。该回退以较高功率损耗或降低的最大传 输功率为代价提高了 PA的线性。
从移动终端的角度来看，大功率回退正在减少可实现的范围，或者 如果保持该范围，则PA线性导致高功率损耗并大大缩短了电池寿命。 这导致在使用均衡的多输入多输出(MIMO)概念的系统概念中增加了 发射机设计复杂性并且功率需求增加，所述多输入多输出(MIMO)概 念例如2X2MIMO，其在终端中需要存在2个发射机。复杂的发射机设 计和高功率损耗被加倍。
采用OFDMA多载波传输的系统在上行链路中正遭受PAPR的影 响。尤其是，如果正在使用移动终端，则对电池寿命的影响是消极的。 存在借助于抵消载波来降低PAPR的多个概念，所迷抵消载波使用保留 音调。音调保留专用于特定子载波，该特定子载波将被用于不同于用户 数据传输的某事物。通常，用户数据被映射到多个子载波并被分割成时 间间隔，构成资源块单元。
以把附加子载波添加到资源块(或把资源块的子载波从MAC移除 作为承载用户数据和获得保留状态的载波)的方式执行音调保留，其中 该保留音调具有不依赖于用户数据的调制。由输出信号来控制调制，以 及如果峰值功率将超出某一阈值，则以降低PAPR的方式选择保留音调 的调制。根据实现的复杂性，可以获得大约3dB以及更高的PAPR降低， 其在功耗以及可实现的范围上是一大进步。相关缺点是，由于仅仅为了 PAPR降低的目的保留子载波，所以降低了频谱效率。为了在蜂窝可达范围(cell range)内使用PAPR降低的结果，利用改进的性能来提高平均功率，即使用更靠近饱和点的放大器。防止这些影响的已知方法[Brades, S., Cosovic,I., Schnell, M., "SidelobeSuppression in OFDM Systems by Insertion of Cancellation Carriers"(通过抵消载波的插入在OFDM系统中旁瓣抑制)]也是音调保留，然而以下述方式执行保留子载波的调制，该方式为使得频镨屏蔽变得更陡峭以及使得扩散到相邻资源块中的功率降低多达20 dB。该过程可被基于使用输入数据，处理生成的输出频谱以导出用于保留音调的调制的参数来反馈。另一种替代实现是产生下述调制模式的统计方法，该调制模式减少音调的构造上的增加。
这种方法的相关缺点在于PAPR的增加。然而，只要范围不是一个
是非常成功的。当抵消载波被分配在组块边i作为最外部的音调时,、旁瓣抑制显示出最好的性能。
目前，已知的方法通过音调保留来降低PAPR或降低相邻信道功率，然而仅针对一个或另一个问题，其结果是对于每个最优化，抵消载波的位置应当是不同的。-
发明内容
、、
这可以包括寻找允许同时实现高效的带外功率抑制以及峰均功率降低的方法和装置的问题。
本发明的又一个目标是通过在使用抵消载波的动态分配中优化该系统来提供系统设计的最优化。
根据本发明的一个方面，提出了一种用于对多路复用发送信号中的数据(尤其是多址数据)进行编码的方法，其中发送信号包括具有正交频率的多个子载波。有利地，该方法包括为了编码信息而调制对应于该发送信号的子载波的给定子集的信号的步骤。
而且，该方法可以包括根据与全部发送信号的质量有关的至少一个最优化准则而调制对应于至少一个保留子载波的信号的步骤。信号的质量可以才艮据PAPR或OBP而确定。为了实现包络波动(PAPR)和带外功率的高效联合降低，提出最优化准则取决于与该发送信号的峰均功率比有关的至少 一个第 一量以及与该发送信号的带外功率有关的至少一个第二量。
根据本发明的又一个方面，该保留子载波分布在该发送信号的可用带宽上。与保留子载波被集中在频带的一部分上的实施例相比，可以实现更有效的抵消。
如果该发送信号的所述子载波被包含在子载波频带中，其中位于子载波频带的每个边缘处的至少一个子载波是保留子载波，则可以实现特别有效的带外功率减少。这是由于在频带边缘的子载波在旁瓣抑制中特别有效这一事实。尤其是，如果频带边缘处的至少两个相邻子载波是保留子载波，则带外功率(OBP)能大大减少。
如果采用正交相移键控(QPSK)来调制承载信息的子载波子集的信号，则可以获得高频谱效率。QPSK允许每个子载波和每个码元发送两比特数据。
根据本发明的又一个方面，提出在把分配给至少一个保留子载波的功率限制为第 一预设常量的约束条件下执行最优化。这避免了在最优化中分配给保留子载波的功率的"失控(runaway)"。
如果该第一预设常量对应于保留子载波的数量乘以分配给承载信息的子载波子集的子载波之一的平均功率，则可以避免根据子载波总数和/或分配给子载波的平均功率对该预设常量的直接选择。
根据本发明的又一个方面，在把分配给一个保留子载波的功率限制为第二预设常量的约束条件下执行最优化。这避免了该最优化方法的分歧(divergence )。
如果第二预设常量对应于分配给承载信息的子载波子集的子载波之一的平均功率的2倍，则可以避免根据子载波总数和/或分配给子载波的平均功率对该预设常量的直接选择。
如果通过寻找该第一量和该第二量的加权和的极值来执行最优化，则可以采用在数值上被很好地验证的算法来实现最优化。根据最优化函数的符号，极值可能是最大或最小值。
如果在加权和中，根据与当前情况有关的至少 一个参数来选择该第一量的权重和该第二量的权重，则该方法可以4艮容易适应环境。例如，如果不同系统的频带间的保护间隔相当大，同时功率放大器的质量4艮差，那么权重可以向与峰均功率降低有关的该第一量偏移，因为由于大的保护间隔，所以旁瓣抑制是次要的。在另一方面，如果采用高质量的功率放大器，同时有许多其它系统在相邻频带上发送，那么该权重可以移向与带外功率减少相关的该第二参数。描述采用该方法的环境的参数
可以是，例如，功率放大器的最大线性范围或保护间隔的宽度。
在本发明的另 一个实施例中，最优化也可以包括改变该第一量的权重和该笫二量的权重。
在最简单的形式中，与峰均功率比有关的该第一量是待发送信号的最大功率。可替代地，例如，可以使用发送信号的若干最大值的平均值。
在非常简单而有效的实施例中，与发送信号的带外功率有关的该第二量是根据将以在分配给发送信号的子载波的频带外的至少一个最优点频率发送的信号的功率来确定的。如果根据发送信号的至少两个频率的平均功率来确定该第二量，则可以实现较好的带外功率降低。
本发明的又一个重要的方面是基于发明者的发现可用带宽的组块中的抵消载波或保留音调的位置显著影响性能。为了得到PAPR降低的最好的结果，组块内的位置是优选的，因为通过增加的可用TX功率，P APR降低保持高于常量的频谱扩散(spectral spill)等级。然而，在这种情况下PAPR降低不会导致更紧的频谱屏蔽。可以保持频谱屏蔽，但其差别在于与传统终端相比可以得到更高的输出功率。
在操作情况中，其中至关紧要的问题是范围而不是容量，由于PA引起的频谱增长而导致的必要保护频带以及音调保留带来的频谱效率的损失是次要的。主要目标是降低PAPR以及实现较高的持续PA输出功率，但不提高频谱屏蔽。
另一种操作情况是高容量的情况，其中范围要求很短，但频谱效率应是最优的。此时，UL中的OFDMA表现出一些系统固有效果。BTS接收机处的OFDMA信号是由来自许多移动站的多个OFDM信号编译而成的。移动站具有不理想的同步。即使它们从网络获得了它们的时间基础，延时、信号抖动以及本地振荡器的限制也给信号增添了错误。各个OFDM信号的这些错误导致在BTS接收机中的不理想的解调，因为在检测器处相邻子载波的信号不会被当作0，而且来自相邻子载波的功率扩散降低了 SINR性能。
当终端在发射区(cell)中具有不同位置时，这种影响变得更严重，并且在接收机处观察到的不同OFDM信号的功率具有显著的功率差。在这样的情况下，例如，关于随机访问信道、分组传输重新激活或次最优功率控制，功率扩散过度可能屏蔽有用信号。为了克服这些问题，提出引入动态抵消载波分配来代替抵消载波或保留音调的预定义分配。这种思想尤其适用于具有基于OFDM (A)的UL的系统。动态抵消载波分配允许通过基站连接至网络的终端的单独定制。
这种通用概念要求终端能够支持针对PAPR和/或边带减少的音调保留。发明者的研究表明，随着单独地或以顺序的过程处理该影响，旨在同时防止两种影响的抵消载波的使用产生更好的结果。
根据需要， 一种算法可以例如根据终端离开基站的范围来最优化即平衡这些影响。如上所述，这种联合最优化胜过把抵消载波从一个目的切换到另一个目的的解决方案。
然而，如前所述，在组块中不存在最适合两种目的的抵消载波的理想位置。分别通过专用信令、网络，调度器把有关抵消载波的数量和位置的信息发送到专用终端。
例如，如果对PAPR的改进不感兴趣(因为终端靠近基站)，则调度器把抵消载波专用于频带边缘以获得最优的旁瓣抑制。相反，在范围有限的情况中，调度器在组块中选择允许最好的回退减少的抵消载波位置。
在可操作情况中，该系统从两者中得益，取决于具有最高权重的影响，调度器发送在组块边缘上和在组块中的抵消载波位置的组合的信号。可以以映射的形式、通过编号(numbering)寻址音调位置以及以在定义每个音调的最大可用功率的第二维中执行发送信号。
因此，根据链路质量、容量需求以及终端位置，本发明引入在网络与个人终端之间的专用信令。提出通过分配在位置和功率共享方面很灵活的音调来实现这一点，从而导致对于平^f軒旁瓣和功率回退性能而言细的粒度。
换句话说，提出了增加以下步骤根据最优化准则在发送信号的带宽内确定至少 一个保留子载波的位置，该最优化准则可以用于单独的最优化过程或者用于包括最优化抵消载波或保留音调的信号的联合最优化过程。
尤其是，可以基于在该最优化准则中描述该第一量和该第二量的权重的权重因子来确定该位置。可以与发送信号 一起发送至少 一个保留子 载波的该确定的位置给接收机。
而且，提出不仅动态地确定保留子载波的位置而且还确定保留子载
波/抵消载波的个数(number)。如果后一个参数是至少基于在发送该发 送信号(32 )的信号发射机与接收该发送信号的站之间的距离而确定的， 则可以将针对大范围和高容量信令的不同需求考虑进去。
根据本发明的又一个方面，提出了一种用于发送和编码多路复用发 送信号中的多址数据的信号发射机，其中该发送信号具体包括具有正交 频率的多个子载波。有利地，该信号发射机可以包括为了编码信息而用 于调制对应于该发送信号的子载波的给定子集的信号的调制单元。该调 制单元还适合于根据与全部发送信号的质量有关的至少 一 个最优化准 则而调制对应于至少一个保留子载波的信号。
根据本发明的一个方面，提出该信号发射机还配置有最优化单元， 所述最优化单元被配置为采用依据与该发送信号的峰均功率比有关的
至少一个第一量以及与该发送信号的带外功率有关的至少一个第二量 的最优化准则来最优化全部发送信号。
根据对附图的下列说明，本发明的独特特征将变得更加明显。这些 附图涉及本发明的特定实施例，本发明包括多个特征的组合。然而，本 发明不限于实施例中示出的特征的组合。本领域技术人员将看到说明点。
图1示意性地示出用于编码要使用多址数据发送系统发送的多址数 据的方法的实施例。
图2是数据承载子载波与保留子载波在可用带宽上的分布的图示。
图4示出利用联合最优化所获得的平衡曲线:及利^单独最优化获 得的对应的可实现点。
图5示意性地示出用于发送和编码多址数据的信号发射机。
具体实施例方式
12图1示意性地示出了用于编码要使用多址数据发送系统发送的数据 的方法的实施例。该方法适于编码要在信号中发送的数据，其中该发送 信号包括具有正交频率的多个子载波。
在第一步骤10中，输入信息12并且调制对应于发送信号的子载波 14 (图2)的给定子集的信号以编码信息12。
在第 一步骤中采用的键控方案为正交相移键控，其用于调制承载信 息12的子载波14的子集的信号。
在第二步骤16中，根据与总发送信号的质量有关的至少一个最优 化准则调制对应于至少保留子载波18的集合的信号。总信号由对应于 信息承载子载波14的信号与对应于保留子栽波18的信号的线性叠加而 组成。
最优化准则取决于与发送信号的峰均功率比有关的一个第一量和 与发送信号的带外功率有关的一个第二量。
图2是对数据承载子载波14和保留子载波18在可用带宽上的分布 的图解说明。由于对称性，仅描绘了频谱的右半部分。请记住，PAPR 降低音调与带外功率之间的区别仅适用于具有两个单独最优化步骤的
情况。发送信号的子载波被包含在子载波带中，其中该频带的边缘处的 相邻子载波为保留子载波18。剩下的保留子载波18分布在发送信号的 可用带宽上。
根据本发明的一个方面，代替定义用于OBP减少的抵消载波(在 频谱边缘处)的一个集合以及PAPR降低栽波(分布在频谱中)的一个 集合，提出仅采用子载波18 (下文称为保留音调(RT)或保留子载波 18)的一个集合，并以同时最小化带外功率和PAPR二者的方式调制它们。
然而，为了增加可理解性，下面以仅最小化BOP为例来说明本发 明的数学背景。
使&(/)表示第A个子载波的频谱，S^ =1:&(^表示整个0 01^码元 (symbol)的频i普。然后，我们的目标是确定保留子载波的权重从而使
表达式1"(/)|2#最小化，其中该积分跨越我们的信号所占用的频带之外 的频率。
由于对整个积分的计算在数值上是不可行的，因此选择其功率将被最小化的频率的离散集K。应当将这些点选择在位于频谱的左右两边最 初几个旁瓣附近。
下面，变量v = y-,y4^表示归一化频率，即v-o是直流频率槽
(frequency bin),而数才居载^皮W、 v = ±1,±2,...为中。
然后，仅与旁瓣抑制有关的我们的最优化问题的目标函数变为
为了推导S 的表达式，首先我们考虑单一未调制子载波。第k个 音调的离散时间信号可以记为<formula>formula see original document page 14</formula>
其中A^是循环前缀的长度。相应的连续频谱为
<formula>formula see original document page 14</formula>
在Dirichlet函数 wsin(."2)以及表示整个码元持续时间的 A^A^+A^的情况下，(2 )可以记为<formula>formula see original document page 14</formula>
利用(3),我们能够在最优点vE7处计算数据载波的频谱(将被 表示为b)。而且，我们能把最优点处的CC的频谱记作线性映射JA:, 其中J是IVIxR矩阵而X是包含保留音调的权重的向量(如上)。
然后，我们希望最小化的带外功率(OBP)可以表示为由11 W表示 的平方欧几里德范数<formula>formula see original document page 14</formula>
它足以最小化目标函数ii^;v:+6112 。
如果A^>0以及因此M> 7Vc,则如在OFDM系统中通常的情形那样，随着码元持续时间变得更长，子载波频谱变得更窄。这意味着子载波Vo
的零点不再在Vo士l,v。士2…处而在v。士z, v。士2z…处，其中z二A^/A^。在接 收机中，除去循环前缀，恢复子载波间的正交性。
我们提到这个事实是因为当我们希望降低带外功率时，我们必须区 分两个不同目标
首先，我们可能希望降低在某一频率间隔内发送信号的功率。这是 Brandes等提出抵消载波技术的背景；他们的目标是操作OFDM系统作 为使用窄带传统系统已经占用的频率范围的叠加系统。为了不太严重地 干扰这些窄带系统，发送信号必须在各自频带内包含尽可能小的功率。
我们对最小化由多普勒扩散或差的同步引起的自干扰感兴趣。在这 种情况下，我们希望在CP移除后最小化接收信号的带外功率。
区别在于，在第一种情况中，当计算频语即参数A和b时，我们必 须考虑CP。在第二种情况中，A^必须被设置为0。
我们现在转到同时进行带外功率降低和PAPR的方法。在下面的例 子中，如上所述，项|^47+6||2可以用作与发送信号的带外功率OBP有关 的第二量，量IICZ+^oo用作描述信号的峰均功率比PAPR的第一量。函 数ll...lloo表示作为该函数的自变量的向量的最大分量。换句话说，关于峰 均功率比的第 一量IICX+^oo是待发送的信号的最大功率。
根据上面的例子，依据将以在分配给发送信号的子载波的频带之外 的多个最优化点频率发送的信号的功率来确定与发送信号的带外功率 相关的第二量IMZ+W2。在矩阵乘法中隐含地执行最优化点频率的平均 功率。
因此，该问题可以被公式化以使向量值目标函数最小化
f0(x)=
II AX + bll2 II CX + d L
(5)
通过把等式(5)与二维加权向量A相乘，我们把该目标函数转换
为标量值函数。注意，范数是凸函数，因此^y^"是凸函数。因此，通 过标准最优化算法可以找到其最小值。
如果我们解决了无约束最优化问题，对于一些OFDM码元，RT或 保留子载波将被分配比数据载波的相应数量多得多的功率。由于在大多数系统中总发送功率的增加不是一个选项，所以全部码元的功率(包括
rt)必须被归一化，其意味着如果rt承载的功率比数据载波多，那么
会减少在数据载波上的功率。当然，由于随着数据载波功率的减少ber
增加，所以这仅能接受到一定程度。
此外，如果每个ofdm码元用不同的归一化因子进行归一化，则我
们可以说有效信道的幅度随着码元而变化。如果4吏用类似qam的星座 方案(其中幅度承载有信息)，则这将是个问题，因为在不严重降低估 计的mse的情况下，在时间方向上对信道估计进行平均不再是可能的。 因此我们引入2个对X的约束iw^^确保每个rt的功率不超过 尸c。m々，其防止频谱功率的峰值。第二个约束偶N"w,限制分配给rt的功 率总量。
换句话说，在分配给所有保留子载波的功率被限制为第一预设常量
尸,。w的约束下执行最优化，其中第一预设常量尸,。w对应于保留子载波的 数量与分配给承载信息的子载波子集中的 一个子载波的平均功率的乘积。
作为第二个约束，执行最优化从而使得分配给一个保留子载波的功
率被限制为第二预设常量尸， 々。根据一个实施例，第二预设常量尸e。n^
对应于分配给承载信息的子载波子集中的 一个子载波的平均功率的2倍。
现在最优化问题可表示如下 1l AX + bll2、
最小化
IICX + dll
iix 尸^。由
满足 iixii^/^ (6) 我们强调约束函数也是凸的，因此(6)可以由凸的最优化算法来
解决。通过寻找关于峰均功率比的第一量IICT+c/lloo以及关于obp的第二
量||^^+6||2的加权和的极值来执行最优化。 加权向量被选择为利用平衡参数pe[O,l]，我们能平滑地调整两个最优化准则的相对 加权^接近于0时产生强PAPR降低，而a接近1时则强调带外功率 降低。
尤其是，第一量的权重/^和第二量的权重可以根据与当前情况 有关的至少 一个参数通过以合适的方式简单地确定参数a来选择。
严格说来，常量卜IMIJI网2是不必需的；其唯一目的是缩放〃轴以 使得对于/^=0.5这两个最优化准则被大致相等地加权。
图3是示出了描述带外功率抑制的第一曲线20和描述峰均功率降 低的第二曲线22与平衡参数关系的图。图3的图是数字仿真的结果， 其表明相较于两个单独的最优化步骤，联合最优化的确保证了更好的性 能，并向系统设计者提供了较高程度的灵活性。
导致图3中所示的改进的仿真参数如下
-FFT长度iVc=64
-没有循环前缀；
-在归一化频率[±1,±2,... 士25]上的50个调制子载波 -QPSK调制
-在载波[±10，±20，±24,±25]上的保留音调。在主要的仿真中，这些载
波联合用于PAPR降低和带外功率降低二者。在为了比较而提供的仿真
(其中执行两个单独的最优化步骤)中，载波[士10,士20]用于PAPR降低，
而载波[±24,±25]用于带外功率降低。在此，PAPR降低的载波位置是任
意选择的，并且一般可以根据下述具体情况以任何适当的方式来选择 -使用4倍过采样时域信号来计算PAPR,
-将带外功率作为fw/V」外)'2^来计算。注意，离散时间信号的 频语是以周期长度v0=a^c=64为周期的。
假设数据载波被归一化为平均功率1,则我们设置约束常量 尸，^,2和尸,。,。/ =^=8。第一约束确保保留音调强于数据载波不超过 3dB,以及第二约束确保平均说来，相较于数据载波，RT不会被分配更 多的功率，这使得功率归一化不是必需的。因此，在执行两个单独的最优化步骤的比较仿真中，在两个步骤中尸,。^都被设置为4。
在图3的例子中，通过与具有50个数据载波的参考信号相比较来 计算PAPR降4氏和带外功率降4氏二者。我们可以观察到通过改变a可得 到的平滑的平衡。
图4示出利用联合最优化得到的平衡曲线24以及利用单独的最优 化的相应的可获得点26、 28。由单独的最优化步骤获得的降低被示出以 进行比较。在后面的单独的最优化步骤的例子中，我们拥有的唯一自由 度是两个步骤的顺序。我们发现"更重要的"最优化应当在第二步骤中 执行，因为那时各算法可以将来自第 一 最优化步骤的保留载波考虑进 去。我们还可以观察到可由单独的最优化获得的降低远差于根据本发明 的联合最优化的结果。
图5示意性地示出用于发送并编码发送信号32中的数据的信号发 射机30,其中发送信号32包括具有正交频率的多个子载波(参见图2)。 该信号发射机3 0可以被包含于移动电话或例如广播系统中。
信号发射机30包括调制单元34,调制单元34用于调制对应于发送 信号的子载波的给定子集的信号以编码信息，并且用于依据至少一个与 全部发送信号32的质量有关的最优化准则来调制对应于至少一个保留 子载波的信号。
信号发射机30还包括最优化单元36，最优化单元36被配置为采用 依据与发送信号32的峰均功率比有关的至少一个第一量以及与发送信 号32的带外功率有关的至少一个第二量的最优化准则来最优化全部发 送信号32。
根据本发明的又一个实施例，最优化单元36还依据瞬时需求，尤 其是依据发送器与接收器之间的距离、依据链路质量以及依据容量需求 来动态地改变保留子载波18的数量和位置。
而且，子载波之间的功率共享可以由最优化单元决定，而每个保留 音调的最大可用功率可以与保留音调的位置一起被发送到网络的下行 链路元件。
最优化单元36可以进一步被配置为向网络的调度器通知保留子载 波的位置以及数量。可以针对在可用带宽的边缘附近的保留子载波的第 一分组独立地4丸行最优化以减少频率的扩散(spill over)以及针对分布 在信号带宽的组块中的保留子载波的第二分组独立地执行最优化。要注意的是，保留子载波的动态分配的想法并不被局限为关于
PAPR降低和旁瓣抑制的联合最优化，而是也可以用于关于这些准则中 的仅仅一 个准则来最优化信号。
而且，要注意的是，也可以通过仅确定保留子载波的数量来执行最 优化，然而在给定保留子载波的数量的情况下，位置是预先确定的。因 此，确定特定子载波是否是保留子栽波暗示着这个特定保留子栽波的位 置的确定。
权利要求
1、用于对发送信号(32)中的数据进行编码的方法，其中该发送信号(32)包括具有正交频率的多个子载波(14，18)，该方法包括步骤-调制对应于该发送信号的子载波(14)的给定子集的信号以编码信息，-根据与全部发送信号的质量有关的至少一个最优化准则来调制对应于至少一个保留子载波(18)的信号，其特征在于，该最优化准则取决于与该发送信号的峰均功率比有关的至少一个第一量以及与该发送信号(32)的带外功率有关的至少一个第二量。
2、 根据权利要求1的方法，其特征在于，该保留子载波(18)分布在该发送信号(32)的可用带宽上。
3、 根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，该发送信号(32)的子载波(14， 18)被包含在子载波的频带中，其中位于子载波的频带的每个边缘处的至少一个子载波是保留子载波U8)。
4、 根据权利要求3的方法，其特征在于，位于该频带的边缘处的至少两个相邻子载波是保留子载波(18)。
5、 根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，在分配给保留子载波(18)的功率被限制为第一预设常量(尸,。w)的约束下执行最优化。
6、 根据权利要求6的方法，其特征在于，该第一预设常量(尸,。,。,)对应于乘以下述平均功率的保留子载波的数量，所述平均功率为分配给承载信息的子载波的子集中的子载波(14)之一的平均功率。
7、 根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，在分配给一个保留子载波(18)的功率被限制为第二预设常量(尸，n々)的约束下执行最优化。
8、 根据权利要求8的方法，其特征在于，该第二预设常量(尸，we》对应于下述平均功率的给定系数倍数，所述平均功率为分配给承载信息的子载波的子集中的子载波(14)之一的平均功率。
9、 根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，通过寻找该第一量和该第二量的加权和的极值来执行最优化。
10、 根据权利要求10的方法，其特征在于，根据与当前情况有关的至少一个参数来选择该第一量的权重和该笫二量的权重。
11、 根据权利要求11的方法，其特征在于，最优化包括改变该笫一量的权重和该第二量的权重。
12、 根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，与峰均功率比有关的该第一量是待发送信号的最大功率。
13、 根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，与发送信号(32)的带外功率有关的该第二量是根据将以至少一个最优化点频率发送的信号的功率来确定的，所述至少一个最优化点频率在分配给该发送信号的子载波的频带之外。
14、 根据权利要求14的方法，其特征在于，该第二量是根据发送信号(32)的至少两个频率的平均功率来确定的。
15、 根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，进一步包括根据最优化准则在发送信号(32)的带宽内确定至少一个保留子载波(18)的位置的步骤。
16、 根据权利要求15的方法，其中所述位置是基于在该最优化准则中描述该第 一量和第二量的权重的权重因子来确定的。
17、 根据权利要求15或16的方法，其特征在于，还包括与该发送信号一起发送该至少一个保留子载波(18)的位置的信号的步骤。
18、 根据权利要求15-17之一的方法，其特征在于，还包括确定保留子载波(18)的数量的步骤。
19、 根据权利要求15-18之一的方法，其中保留子载波(18)的位置和/或保留子载波(18)的数量至少基于发送该发送信号(32)的信号发射机与接收该发送信号的站之间的距离来确定。
20、 用于发送并编码发送信号中的数据的信号发射机，其中该发送信号(32)包括具有正交频率的多个子载波(14, 18),该信号发射机包括调制单元(34 ),其用于调制对应于该发送信号(32 )的子载波(14 )的给定子集的信号以编码信息，并且用于根据与全部发送信号(32)的质量有关的至少一个最优化准则来调制对应于至少一个保留子载波(18)的信号，其特征在于，最优化单元(36)被配置为采用下述最优化准则来最优化全部发送信号(32)，所述最优化准则取决于与该发送信号(32 )的峰均功率比有关的至少一个第一量以及与该发送信号(32 )的带外功率有关的至少一个第二量。
21、 根据权利要求20的信号发射机，其中所述最优化单元(36)进一步被配置为根据至少一个最优化准则最优化发送信号(32)内的保留子载波(18)的位置。
22、 根据权利要求20或21的信号发射机，其中所述最优化单元(36 )进一步被配置多个保留子载波(18)。
全文摘要
本发明涉及用于编码发送信号中的数据的方法，其中该发送信号包括具有正交频率的多个子载波，该方法包括调制对应于该发送信号的子载波的给定子集的信号以编码信息的步骤，以及根据与全部发送信号的质量有关的至少一个最优化准则来调制对应于至少一个保留子载波的信号的步骤。为了提高该发送信号的质量，该最优化准则依据与该发送信号的峰均功率比有关的至少一个第一量以及与该发送信号的带外功率有关的至少一个第二量。
文档编号H04L27/26GK101682598SQ200880015283
公开日2010年3月24日 申请日期2008年3月13日 优先权日2007年3月15日
发明者M·乔丹, M·多尔平豪斯, M·森斯特, M·法尔伯 申请人:诺基亚西门子通信有限责任两合公司