抑制MC‑CDMA和衍生系统中PAPR的系统和方法与流程

技术领域

本发明涉及无线通信领域，其实施例尤其涉及一种抑制多载波码分多址(MC-CDMA)及其衍生系统中峰均功率比(PAPR)的系统和方法。

背景技术：

多载波码分多址(MC-CDMA)是一种调制方法，其使用离散序列CDMA(DS-CDMA)型信号的多载波或正交频分复用(OFDM)传输。开发MC-CDMA的目的是提高多径链接的性能(例如，频谱效率)。与满载的DS-CDMA链接等相比，满载的MC-CDMA系统(其用户数量等于扩频因子)，可以良好的误码率在高度时间色散信道中操作。MC-CDMA衍生系统，如低密度签名OFDM(LDS-OFDM)，具有类似的在多载波传输中对符号进行扩频的方案。部分衍生系统，如LDS-OFDM，也允许过载，其中跨越相同频率的用户数量可以大于扩频因子。但是，MC-CDMA和衍生系统方案可能受到高峰均功率比(PAPR)的不良影响。由于子载波的独立相位经常会进行有益的组合，信号可能表现出高PAPR。处理这种高PAPR要求采用线性发射器电路，而该电路的功率效率较低。因此，需要一种限制或抑制此类系统中的高PAPR的方案。

技术实现要素：

根据一实施例，一种由发射器抑制多载波码分多址(MC-CDMA)及其衍生系统中峰均功率比(PAPR)的方法，包括向信号序列添加相应的纽曼(Newman)相位偏移序列。纽曼相位偏移的相应相位偏移被添加给每个信号。向信号序列添加纽曼相位偏移序列后，对信号序列应用傅里叶逆变换。之后对包括纽曼相位偏移序列在内的信号序列进行传输。

根据另一实施例，一种配置用于抑制MC-CDMA及衍生系统中PAPR的发射器，包括至少一个处理器以及存储编程的非暂时性计算机可读存储介质，该编程由所述至少一个处理器执行。编程包括指令，以将相应的纽曼相位偏移序列添加到符号序列，其中各个符号均添加有纽曼相位偏移的相应相位偏移。发射器进一步配置用于将纽曼相位偏移序列添加到符号序列之后，对符号序列使用傅里叶逆变换。之后发射器对包括纽曼相位偏移序列在内的符号序列进行传输。

根据另一实施例，一种由接收器接收MC-CDMA及衍生系统中PAPR被抑制的信号的方法，包括从通信设备接收包括相应纽曼相位偏移序列的信号序列。方法进一步包括对信号序列使用傅里叶变换，以及从信号序列中移除纽曼相位偏移序列。

根据又一实施例，一种配置用于接收MC-CDMA和衍生系统中PAPR被抑制的信号的接收器，包括至少一个处理器以及存储编程的非暂时性计算机可读存储介质，该编程由所述至少一个处理器执行。编程将接收器配置用于对包括相应的纽曼相位偏移序列的符号序列使用傅里叶变换，其中符号序列是从通信设备接收，以及从符号序列中移除纽曼相位偏移序列。

以上概述了本发明一实施例相当宽泛的特征，目的是下文对本发明的详细描述能够得到更好的理解。本发明实施例的附加特征和优势将在下文进行描述，并构成本发明权利要求的主题。本领域的技术人员应该理解，可基于所公开的构想和具体实施例对其它结构或过程进行修改或设计，以实现与本发明相同的目的。本领域的技术人员也应认识到，此类等同结构并不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更完整的理解本发明及其优点，结合附图并参考下列描述，其中：

图1示出了PAPR被抑制的MC-CDMA传输方案的一实施例；

图2示出了用于MC-CDMA和衍生系统中限制或抑制PAPR的发射器的一实施例；

图3示出了接收器一实施例，该接收器用于MC-CDMA和衍生系统中接收PAPR被限制或抑制的信号；

图4为传输PAPR被限制或抑制的MC-CDMA信号的方法一实施例的流程图；

图5为接收PAPR被限制或抑制的MC-CDMA信号的方法一实施例的流程图；以及

图6为可用于实施各个实施例的处理系统的示意图。

除非另有说明，不同附图中相应的数字或符号通常指的是相应的部件。绘制附图的目的是清楚地说明实施例的相关方面，并不一定按照比例绘制。

具体实施例

下文详细描述优选的实施例的实现和使用。但是应该理解，本发明提供了多个可应用的发明概念，其可体现在多种具体情况中。所讨论的具体实施例只是说明实现和使用本发明的具体方法，并不限制本发明的范围。

为了使MC-CDMA和衍生技术，如LDS-OFDM成为在要求高的或高级系统，如第五代(5G)无线通信中实现上行链路接入的可行候选，需要降低系统信号中的PAPR。本文提供了实施例，以降低或抑制此类系统中的PAPR，而不造成开销、复杂度和/或成本的大幅升高。实施例包括(例如，用于MC-CDMA、LDS-OFDM或相似信号的)发射器和接收器配置，以限制或制约所传输和接收的信号的PAPR水平。MC-CDMA和衍生系统信号的PAPR可限制为典型OFDM信号的PAPR，例如，具有相同子载波数的OFDM信号的平均PAPR，而不降低系统性能。在发射器处，在逆快速傅立叶变换(FFT)函数或傅里叶逆变换的任何合适类型或算法之前，将相位旋转序列(纽曼转子(rotor)序列)应用于传输的信号序列。选择正确的纽曼相位可较好或充分地抑制传输信号的PAPR。且该序列被重复，用于随后传输的信号。在接收器处，在FFT函数或傅里叶变换的任何合适类型或算法之后，将纽曼转子序列移除。可以不对当前设计进行复杂的修改而配置该发射器和接收器，例如，通过添加额外的模块或功能，而不改变其他现有或当前使用的模块或功能。

本文的方案可应用于下行链路和上行链路信号，例如，不考虑天线配置。进一步地，可在一实施例中提出通用(blind)的方案，也就是说在发射器和接收器之间不需要额外的信令，且所述方案不依赖于扩频码或序列。因此，此类方案避免了信令资源的浪费，也因避免对发射器的功率放大器(PA)中过度回退的需要而避免了能源浪费。且降低对发射器的功率要求还可以提高(例如，用户设备(UE)的)电池的使用寿命。

图1示出了PAPR被抑制的MC-CDMA传输方案100的一实施例。该方案显示了使用相应指定或分配的带宽在上行链路上对基站(例如，eNB)进行传输的多个UE(UE1、UE2、UE3、UE4、UE4、UE5、UE6和UE7)。其允许UE同时对基站或网络进行传输。并可使用三种可替代的选择(opt1、opt2和opt3)对PAPR进行抑制。在第一选择(opt1)中，UE的每个带宽被分配以整数，即M个最小授权带宽(Gmin)。例如，UE1，及相似的UE4和UE6的带宽等于一个Gmin(M＝1)，UE2的带宽被分成2个Gmin(M＝2)，UE3及相似的UE7的带宽被分成3个Gmin(M＝3)，且UE5的带宽被分成5个Gmin(M＝5)。每个Gmin代表相位旋转序列，具体为纽曼转子序列(NRS1)，其被添加到相应的信号或符号序列(s1、s2、s3、s4、s5、s6及s7)中用于传输，下文将作出进一步详细描述。该选择允许不同UE间带宽的重叠，如UE7的带宽同时与UE2和UE3的带宽重叠，如图1所示。纽曼转子序列被储存于或产生于发射器及接收器中。NRS1的长度与Gmin相等，且其在每个UE分配的带宽中按照Gmin的相应整数(M)倍进行重复。分配的带宽的边缘与NRS1的边缘对齐，以简化接收器中的同步操作，从而消除相位偏移。例如，UE1、UE4及UE6均使用一个NRS1在其带宽上进行传输，UE2使用两个重复的NRS1在其带宽上进行传输，UE3和UE7均使用三个重复的NRS1在其带宽上进行传输，而UE5使用五个重复的NRS1在其带宽上进行传输。信号或符号s、s1、s2、s3、s4、s5、s6及s7可同时从相应的UE传输到基站。上述选择1允许UE同时使用相同的频率进行传输，如UE1与UE6的情况以及UE7的情况，其中UE的信号与UE2及UE3的信号相叠加。在两种情况中，由于NRS1与分配带宽对齐，且等于Gmin，因此可以毫不费力地在接收器中消除相位旋转。

在第二选择(opt2)中，UE被分配以不同的纽曼转子序列，该纽曼转子序列的长度与UE的相应带宽相等。例如，UE1和UE4均使用一个NRS1，其长度与UE1及UE4的带宽相等(等于一个Gmin的长度)。UE2使用一个NRS2，其长度等于UE2的带宽(等于Gmin长度的两倍)。UE3使用一个NRS3，其长度等于UE3的带宽(等于Gmin的三倍)。UE5使用一个NRS4，其长度等于UE5的带宽(等于Gmin的五倍)。第一和第二选择也可用于从网络或基站到UE的下行链路传输。

在第三选择(opt3)中，多个UE可使用单个序列，NRS5。NRS5的长度等于所有UE的带宽总和。该选择更适于从基站到UE的下行链路传输。进一步地，在其他实施例中，可使用长度为Gmin的一部分(例如，整数部分)的纽曼转子序列，并在每个UE的分配带宽中进行重复，且做出与选择1相似的处理。可选择纽曼转子序列的尺寸以使分配给每个UE的带宽包括纽曼转子序列的整数倍。

图2示出了用于MC-CDMA和衍生系统中限制或抑制PAPR的发射器200的一实施例。例如，对于上行链路信号，发射器200位于用户设备UE，或位于另一终端设备。发射器还可为网络基础设施的一部分，如与UE进行通信的基站，或任何其他合适的无线通信设备。发射器200包括多个用于信号处理的功能块，可通过软件、硬件或两者结合执行。功能块包括配置用于对信号进行适当调制以进行传输的调制映射器210、根据MC-CDMA或衍生方案对信号符号进行扩频的扩频器220、使多个信号或符号排列成并行格式以(例如，在频域中)进行传输的串行-并行变换器240、处理信号以进行(从频域到时域的)FFT逆变换的逆FFT(IFFT)功能250、以及用于在传输前将循环前缀(CP)插入信号的CP插入功能260。功能块可如图2所示的顺序，或以任何合适的实现同样目的(产生相同的最终传输信号)的顺序排列。

此外，该功能块包括位于扩频器220和串行-并行变换器240之间的复数乘法器功能230、以及与复数乘法器功能230耦合的纽曼转子功能235。发射器200配置用于将一组相位旋转在IFFT功能250之前应用于传输信号，以确保信号中产生的PAPR不会劣于OFDM信号的PAPR。UE的总分配带宽可以分为相等长度的整数倍，每个长度被称为资源单元(RE)，RE是传输资源例如在上行链路和下行链路中的最小单元。例如，RE可由频域中的1个子载波组成，时长为时域中的一个OFDM符号。对于每个RE，复数乘法器功能230将相位旋转或偏移与扩频器220的信号相加，并将产生的信号发送至串行-并行变换器240。如下所述，在采用IFFT之前，将相位偏移的一组重复应用于扩频信号。相位旋转通过复数乘法应用于各RE。

相位旋转为纽曼转子功能235产生的纽曼转子序列。首先，得到纽曼相位序列，其用作整数N的函数，例如形式为相位＝(pi*(0：N-1).∧2/N)。接着使用纽曼相位序列，得到纽曼转子序列，如转子＝exp(phases*1j)，其中1j＝sqrt(-1)。通过在相位中纳入负数使转子在相反方向旋转也是一种有效的方法。N可以是确定最小授权带宽(Gmin)长度的任何合适的整数。例如，该Gmin可设置为整数个RE。一实施例中，相同的常量相位偏移被添加到序列中的每个纽曼相位，例如其形式为相位＝(pi*(0：N-1).∧2/N)+常量相位项。

还可根据不同情况选择整数N，以实现期望的PAPR限制，例如，实现典型的OFDM PAPR。例如，将形成UE的分配带宽的RE的数目M视为确定N的一个因素。对于单个扩频序列/码书，对于较小的带宽，例如对于为UE分配的带宽中的较少数量的RE，产生的PAPR降幅最大。随着RE数量的增加，添加有纽曼转子序列的信号中的PAPR曲线趋向于同样被OFDM PAPR曲线限定的复合信号的PAPR曲线。例如，在一实施方式中，最小授权带宽(Gmin)通过将M设为适于LTE上行链路的36REs，并将纽曼转子序列长度N设为18而进行确定。但是，其他数值也可是有效的。将相位偏移或纽曼转子添加到信号可减小传输信号的PAPR。可对系统进行配置，使PAPR即使在差强人意的情况下，其水平也约等于典型的OFDM PAPR。这使得信号适合于要求较高的系统，如LDS-OFDM或5G无线通信。

图3示出了用于接收PAPR被限制或抑制的信号的接收器300的一实施例。接收器300与发射器200联合使用或与其进行通信。例如，对于上行链路信号，接收器300位于与UE通信的基站或eNodeB(eNB)。接收器300包括多个用于信号处理的功能块，可通过软件、硬件或两者结合执行。接收器300的至少部分功能块实施与发射器200中的块相反的功能。接收器300的块包括CP移除器350，其将插入信号的CP移除；窗口和FFT功能340，其将FFT应用于适当频段中接收的信号；并行-串行变换器330，其将串行-并行变换器240的操作进行反转；以及恢复/解码器功能310，其从调制的信号中恢复原始信号。功能块可如图3所示的顺序，或按照任何合适的实现相同目的(产生相同的原始信号)的顺序排列。

另外，功能块包括复数乘法器功能320，其位于并行-串行变换器330和恢复/解码器功能310之间，以及与复数乘法器函数320耦合的互补纽曼块325。接收器300配置用于在接收信号的FFT之后，将在发射器200处引入信号的相位旋转或偏移移除。互补纽曼块325产生相对于纽曼转子功能235的互补旋转(互补纽曼转子)，复数乘法器功能320将互补转子应用于接收的信号或符号，以恢复原始信号。产生的效果是抵消在传输的信号中添加的相位旋转或偏移。在接收器300的另一实施例中，使用了频域均衡器而非互补纽曼块325。初始时对均衡器进行训练，使用由同一纽曼转子序列旋转的信号作为传输数据。之后使用均衡器抽头值，而不用将信号序列与互补纽曼转子相乘。

为了减少会造成发射器200和接收器300之间开销增加的带外信令或其他额外信令，可在发射器200(例如，UE处)和接收器300(例如，eNB处)储存系统范围的预计算的转子。将NRS的应用与带宽分配对齐使得接收器300中对每个重复的纽曼转子序列(例如，每个长度为N的序列)的对齐非常容易。可替代地，使用上述同一方式，发射器200和接收器300分别产生转子和互补转子。

图4为在MC-CDMA或衍生系统中传输PAPR被限制或抑制的信号的方法400的一实施例的流程图。方法400可由发射器实施，例如发射器200可在UE、另一终端设备、或网络基础设施以及本领域的技术人员所理解的其他设备中实施。步骤410中，显示长度为确定的最小授权带宽(Gmin)的纽曼转子序列。可对转子(例如，在传输中)实时计算或预先计算并事先储存。步骤420中，将纽曼转子序列添加到相应的符号序列。步骤430中，将逆FFT功能应用于产生的(包含添加的纽曼相位序列的)符号序列。步骤440中，对信号进行传输(例如，传输至eNB)。之后方法再次实施上述步骤，以将同一纽曼转子序列用于下批N个传输符号的序列。传输前也可例如根据发射器200的功能块序列，实施处理信号的其他步骤。

图5为方法500的一实施例的流程图，方法500用于接收方法400提供的MC-CDMA或相似信号。方法500可由接收器，如接收器300或基站实施。步骤510中，(例如，从UE)接收符号序列。符号包括相应的纽曼转子序列(其长度为Gmin或RE)。步骤520中，将FFT功能应用于具有纽曼转子序列的符号序列。步骤530中，将纽曼转子从所接收的符号序列中移除。该操作可如上所述，通过将符号与相应的互补纽曼转子相乘或使用适当训练的均衡器实现。互补纽曼转子序列可(例如，在接收过程中)实时计算或预先计算并事先储存。计算互补纽曼转子时，接收器和发射器至少已知N，从而在接收器处将序列与发射器对齐。也可例如根据接收器300的功能块序列实施其他步骤，以处理接收的信号。

图6为可用于实施各个实施例的示例性处理系统600的框图。具体设备可使用显示的所有部件或其子集，设备的集成水平可各不相同。此外，设备可包含一个部件的多个实例，如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等。处理系统600可包括配备一个或多个输入/输出设备，如网络接口、存储接口等的处理单元601。处理单元601可包括中央处理单元(CPU)610、存储器620、海量存储设备630、及连接到总线的I/O接口660。总线可为一个或多个任何类型的多总线结构，包括存储总线、存储控制器、外围总线等。

CPU 610可包括任何类型的电子数据处理器。存储器620可包括任何类型的系统存储器，如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)及其组合等。一实施例中，存储器620可包括用于启动的ROM，以及执行程序时用于存储数据和程序的DRAM。实施例中，存储器620是非暂时性的。海量存储设备630可包括配置用于存储数据、程序和其他信息并使数据、程序和其他信息可通过总线进行访问的任何类型的存储设备。海量存储设备630可包括，例如，一个或多个固态硬盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等。

处理单元601也包括一个或多个网络接口650，其可包括有线链接，如以太网电缆等，和/或无线链接以访问节点或一个或多个网络680。网络接口650允许处理单元601通过网络680与远程单元通信。例如，网络接口650可通过一个或多个发射器/发射天线和一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一实施例中，处理单元601与局域网或广域网耦合用于数据处理，并与远程设备，如其他处理单元、互联网、远程存储设施等通信。

虽然本公开中提供了若干实施例，应当理解，所公开的系统和方法可以体现在很多其他的具体形式中，而不脱离本发明的精神或范围。所述示例应视为示例性而非限制性的，其意图并不限于文中给出的细节。例如，各元件或部件可组合或集成于另一系统中，某些特征也可省略或不实施。

此外，以离散或单独方式在各个实施例中描述和说明的技术、系统、子系统及方法可与其它系统、模块、技术或方法组合或集成，而不脱离本发明的范围。其他所显示或讨论的耦合或直接耦合或彼此通信的设备可通过一些接口、设备、或中间部件以电气或机械等方式间接耦合或进行通信。本领域的技术人员可确定并得到其他变化、替换和改变的示例，而不脱离本公开的精神和范围。