循环卷积的系统和方法与流程

技术领域

本发明涉及无线通信的系统和方法，尤其涉及一种补偿循环卷积信号中突发信道变化的系统和方法。

背景技术：

在无线通信中，正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，简称OFDM)可以用作波形结构。OFDM有很多优势，包括易于通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，简称FFT)和快速傅里叶反变换(inverse fast Fourier transformation，简称IFFT)实现以及对抗多径衰落的鲁棒性。但是，OFDM也有其缺点，如循环前缀(cyclic prefix，简称CP)和频率保护频带的频谱效率低。

OFDM-偏置正交幅度调制(offset quadrature amplitude modulation，简称OQAM)是一种多载波传输技术，其利用时频本地化正交原型滤波器，如根升余弦(root-raised cosine，简称RRC)和各向同性正交传输算法(isotropic orthogonal transform algorithm，简称IOTA)脉冲波形。相较于OFDM，OFDM-OQAM有极好的功率谱密度(power spectral density，简称PSD)旁瓣衰减。因此，相较于OFDM，OFDM-OQAM可以减少保护频带开销。例如，在长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)系统中，除了CP消除带来的频谱效率的增加，所述开销可以减少10％。但是，OFDM-OQAM在传输突发的两端带来尾部传输时间的开销。由于OQAM符号之间的T/2时间偏移，OFDM-OQAM存在开销，其中T为符号持续期。总开销持续期等于原型滤波器的长度减去T/2。所述原型滤波器的长度至少是4T，从而维持可接受的符号间干扰(intersymbol interference，简称ISI)和载波间干扰(intercarrier interference，简称ICI)。对于28个OQAM符号的突发长度，时域上开销是7/28＝25％。

循环卷积已经用于OFDM-OQAM，以消除与脉冲尾部相关的开销。循环卷积在广义频分复用(Generalized Frequency Division Multiplexing，简称GFDM)中首次提出，而后扩展到OFDM-OQAM。所有基于循环卷积的信令均使用循环卷积期间信道保持不变的假设。但是，此假设在蜂窝系统中通常不正确。当信道发生变化时，则信号脉冲之间的正交性丢失。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种用于循环卷积信号的通用解码器包括：第一解码器，用于解码所述循环卷积信号；第二解码器，用于解码从所述循环卷积信号的第一部分获得的多个符号长度，其中所述多个符号长度在穿过所述第二解码器之前与所述循环卷积信号在时间上对齐；加法器组件，用于合计所述第一解码器的第一解码器输出和所述第二解码器的第二解码器输出，以产生获得对数似然比(log likelihood ratio，简称LLR)输出的符号值。

在一个实施例中，一种用于接收循环卷积信号的方法包括：将所述循环卷积信号穿过第一解码器；将从所述循环卷积信号的一部分获得的多个符号长度的信号穿过第二解码器，所述多个符号长度的信号在穿过所述第二解码器之前与所述循环卷积信号在时间上对齐；合计第一解码器的输出和第二解码器的输出以获得对数似然比(log likelihood ratio，简称LLR)解映射。

在一个实施例中，一种网络组件包括：发送器和接收器，其中所述接收器包括用于解码循环卷积信号的第一解码器，用于解码从所述循环卷积信号的第一部分获得的多个符号长度的信号的第二解码器，其中所述多个符号长度的信号在穿过所述第二解码器之前与所述循环卷积信号在时间上对齐；加法器组件，用于合计所述第一解码器的第一解码器输出和所述第二解码器的第二解码器输出，以产生获得对数似然比(log likelihood ratio，简称LLR)输出的符号值。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：

图1示出传输数据的网络；

图2示出线性卷积调制方法的流程图；

图3示出线性卷积解调方法的流程图；

图4示出可能用于实现OFDM-OQAM调制的OFDM-OQAM调制器多相结构的实施例；

图5是示出信道不连续的图；

图6示出循环卷积解码器的系统实施例；

图7示出不连续的传输突发以及用于重构符号的LLR加权函数的图；

图8是从不连续的循环卷积信号获得符号的方法实施例的流程图；

图9是可以用于实现本文公开的设备和方法的处理系统的方框图。

具体实施方式

下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。

OFDM-OQAM接收器可以将接收的信号输入多相滤波器(poly-phase filter，简称PPF)解码器。当信道在时域上静止时，这对加权循环卷积(weighted circularly convolved，简称WCC)信号极为有利。但是，当所述信道在时域上不静止时，在重构WCC信号的边缘会发生很明显的自干扰。

本文所公开的是各种系统和方法实施例，用于针对循环卷积信号对由无线网络中的用户设备(user equipment，简称UE)的移动性导致的信道不连续进行补偿。在一个实施例中，所述接收器分成两部分：一部分用于接收的信号，另一部分用于循环附着信号。所公开的系统和方法补偿在循环附着信号循环运作的边缘的信道不连续。两类信号的输出在时间上对齐，然后叠加在一起。穿过信道均衡器组件和QAM软解映射器之后，可以将信道不连续考虑在内对对数似然比(log likelihood ratio，简称LLR)输出进行适当加权。所述补偿是在发生信道不连续的交接点处进行。因此，所述UE移动的速度或者所述信道变化的所需时长并不重要。

本文所公开的是将WCC信号拆分成沿着所述边缘的两个单独序列的方法实施例。所述两个信号穿过两个单独的PPF。所述信号的循环部分利用补偿信道加权，以消除信道突变，两类输出(如穿过第一PPF的原始信号的输出和穿过第二PPF的补偿信号的输出)沿着时间线相加。在一个实施例中，对LLR输出进行加权时考虑了信道补偿。所述公开方法的代价是两个单独的PPF，但是只针对重叠部分(即大约四个OFDM-OQAM符号的长度)。对于信号突发的剩余部分，只需要一个PPF。因此，所公开的系统和方法针对短输出序列补偿突发信道变化。组合两个PPF的输出用于LLR解映射。

所公开的系统和方法的一个优势在于可以使用通用解码器，不管终端的移动性如何。所公开的系统和方法的部分实施例的另一个优势在于不必担心所述UE的移动性，所述发送器不必通过信令告知接收器要做什么，从而通过减少信令降低开销。在一个实施例中，如果信道不发生变化，则不进行补偿。在实施例中，循环卷积OFDM-OQAM不受用户移动性的影响。

尽管本文描述主要参考OFDM-OQAM，但是应该认识到，所公开的系统和方法并不限于OFDM-OQAM，还可以应用于任意循环卷积信号，如广义频分复用(Generalized Frequency Division Multiplexing，简称GFDM)。

OFDM-OQAM可以表示为带有一堆调频版本的原型滤波器的输入(上采样的)OQAM序列的线性卷积。在一个实施例中，循环卷积模仿线性卷积的操作，但是带有一个补偿信道。在一个实施例中，相同的调制器用在发送器，并且相同的解调器用在接收器，不管UE的移动性如何。

在一个实施例中，用于循环卷积信号且独立于终端移动性的通用解码器包括：第一解码器，用于解码所述循环卷积信号；第二解码器，用于解码来自所述循环卷积信号的复制的第一多个符号长度，其中所述复制的第一多个符号长度在穿过所述第二解码器之前与所述循环卷积信号在时间上对齐；加法器组件，用于合计所述第一解码器的第一输出和所述第二解码器的第二输出，以产生不均衡信号输出序列。在一个实施例中，所述解码器包括：乘法器组件，用于利用根据补偿信道确定的加权因子加权所述信号的循环部分，以消除信道突变。在一个实施例中，所述加权因子根据确定，其中h₁为所述循环卷积信号起始的信道值，h_N为所述循环卷积信号结尾的信道值。在一个实施例中，所述解码器是线性OFDM-OQAM解码器。在一个实施例中，所述解码器是多相滤波器(poly-phase filter，简称PPF)。在一个实施例中，所述加法器组件用于加权所述LLR输出，其中所述LLR输出是利用可以将信道补偿考虑在内的加权因子进行归一化或者均衡化。在一个实施例中，所述加权因子由得出，其中h₁为所述循环卷积信号起始的信道值，h_N为所述循环卷积信号结尾的信道值。

在一个实施例中，一种用于接收循环卷积信号的方法包括：从所述循环卷积信号复制多个第一信号长度，将所述循环卷积信号穿过第一解码器，将所述复制的信号穿过第二解码器，合计所述第一解码器的输出和所述第二解码器的输出用于信道均衡和对数似然比(log likelihood ratio，简称LLR)解映射。在一个实施例中，所述方法还包括：将循环卷积信号与复制的信号在时间上对齐，利用根据补偿信道确定的加权因子加权所述信号的循环部分，以消除信道突变。在一个实施例中，所述方法还包括：利用根据信道补偿确定的加权因子加权所述LLR解映射输出。在一个实施例中，所述多个第一信号长度为大约四个符号长度。在一个实施例中，所述多个第一信号长度是原型滤波器的长度减去T/2，其中T为偏置正交幅度调制(offset quadrature amplitude modulation，简称OQAM)符号持续期。

图1示出传输数据的网络100。网络100包括具有覆盖区域106的通信控制器102；多个用户设备(user equipment，简称UE)，其中包括UE 104和UE 105；以及回传网络108。虽只示出了两个UE，但是可以有更多UE。通信控制器102可以是能够通过与UE 104和UE 105建立上行(短划线构成的虚线)和/或下行(点构成的虚线)连接提供无线接入的任意组件，如基站、增强型基站(enhanced base station，简称eNB)、微微基站、毫微微基站，以及其他支持无线功能的设备等。UE 104和UE 105可以是能够与通信控制器102建立无线连接的任意组件，如手机、智能手机、平板电脑，以及传感器等等。回传网络108可以是允许数据在通信控制器102和远程终端(未示出)之间进行交互的任意组件或组件组合。在部分实施例中，所述网络100可以包括多种其他无线设备，如中继、毫微微基站等。

图2示出线性卷积OFDM-OQAM调制方法的流程图。输入数据突发D通过线性卷积OFDM-OQAM调制器130线性卷积，以产生输出信号s(t)。一个示例的数据突发如下得出：

其中各列对应频率，各行对应时间。在数据突发D中，时域上存在2M个子载波和N个符号。

在线性卷积OFDM-OQAM调制过程中，OQAM符号的序列在一组实正交脉冲波形上调制。通过在时域和频域上偏移对称的实值原型滤波器p(t)获得所述脉冲波形。对于时间上连续的OFDM-OQAM信号，所述调制器输出可以写为：

实值星座点由d_k,n得出。所述实值星座点可以是脉冲幅度调制(pulse amplitude modulation，简称PAM)符号或者正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，简称QAM)符号的实部或者虚部等。子载波的数量是2M，子载波之间的间隔是1/T，两个连续的OQAM符号之间的时间间隔是T/2。实正交意味着：

其中：

OFDM-OQAM传输的离散时间公式化是通过利用以下的采样周期来采样时间上连续的信号实现：

即：

图3示出可以用于实现OFDM-OQAM调制的OFDM-OQAM调制器多相结构110。输入数据点是d_k,n，其中k代表子载波，n代表时域符号。所述输入通过乘法器块112中的j^n+k倍增。然后IFFT块114，即2M-点IFFT，进行IFFT。在IFFT块114之后，线性卷积滤波器116通过转换函数G_k(z²)进行线性卷积。扩展块118利用因子M对线性卷积滤波器116的输出进行扩展。然后扩展块118的输出通过时移块120时移，并且利用加法器122相加，产生输出信号s(n)。

图4示出可以用于实现OFDM-OQAM解调的OFDM-OQAM解调器多相结构400。输入数据信号是s(n)，其中n代表时域符号。拆分所述输入数据信号s(n)，然后通过时移块402时移。所述时移块402的输出通过压缩快404利用因子M进行压缩。所述压缩块404的输出穿过利用转换函数G_k(z²)进行线性卷积的线性卷积滤波器406。所述IFFT块408即2M-点IFFT对卷积滤波器406的输出进行IFFT。所述IFFT块408的输出通过乘法器块410中的(-j)^n+k倍增，产生输出的不均衡数据点，其中k代表子载波，n代表时域符号。

图5是示出信道不连续的图500。图500示出在常规接收器针对循环卷积OFDM-OQAM进行复制和追加操作。在该操作中，复制所述信号的第一部分，并且追加至所述信号的结尾(并且所述结果信号穿过单个线性OFDM-OQAM解码器)。信道的不连续发生在h_N和h₁之间的点502。信道的不连续导致正交性丢失。因此，如果它们不再正交，则穿过信道h₁和h_N的符号无用。为了减少该不连续，在一个实施例中，将所述信号的第一部分复制，时移，并且穿过第二OFDM-OQAM解码器处理，所述解码器的输出如下参考图6的描述进行适当加权。

图6示出用于循环卷积解码器的系统实施例600。系统600包括两个线性OFDM-OQAM解码器606和608。第一线性OFDM-OQAM解码器606通常类似图3中的解调器150操作。系统600还包括乘法器610、加法器612、均衡组件614、QAM软解映射组件616，以及LLR加权组件618。将传输突发的起始部分复制至第二解码器608的输入，并且与传输突发的最后部分在时间上对齐。所述乘法器加权所述传输突发的第一部分。在一个实施例中，第一部分时间的持续期等于原型滤波器的持续期减去T/2(即从循环卷积OFDM-OQAM中删除的线性卷积OFDM-OQAM的开销)，其中T为OQAM符号持续期。在一个实施例中，所述加权消除信道突变。但是，在一个实施例中，因为该加权，对所述LLR输出进行适当加权时考虑了第一加权。所述乘法器610消除h₁的影响，并且在脉冲穿过信道h_N时屏蔽脉冲。在一个实施例中，所述乘法器610将解码器608的输出乘以由的值得出的加权函数，其中h₁为所述循环卷积信号起始的信道值，h_N为所述循环卷积信号结尾的信道值，为h₁的共轭复数，|h₁|为h₁的振幅。所述信道值h_i是在时间i的预估信道值，并且可以是复值。所述第二解码器608和乘法器610的输出加至所述第一解码器606的输出，所述加法器612的输出是解映射符号。所述解映射符号穿过均衡组件614，以均衡所述解映射符号，从而为QAM消除信道效应。均衡组件614的输出穿过所述QAM软解映射组件616，生成未加权LLR。所述QAM软解映射组件616的输出(未加权LLR)穿过所述LLR加权组件518，其利用单独的信号干扰噪声比(signal to interference plus noise ratio，简称SINR)加权每个未加权LLR，其中在前面解调阶段进行的信道加权考虑在内。

在一个实施例中，所述乘法器610置于所述解码器608之前而非图6所示置于所述解码器608之后。

图7示出不连续的传输突发以及用于重构符号的LLR加权函数的图700。图700示出在点702的不连续。加权函数用于辅助符号重构。在一个实施例中，所述加权函数是LLR。在一个实施例中，所述加权函数由得出，其中h₁为所述循环卷积信号起始的信道值，h_N为所述循环卷积信号结尾的信道值，|h₁|为h₁的振幅，|h_N|为h_N的振幅。在一个实施例中，有必要对在传输信号突发的结尾针对重构符号的LLR加权特别注意，因为信道补偿步骤可能引起“噪声增强”。在一个实施例中，每个解映射QAM符号的LLR输出是利用各自符号的SNR加权，以降低“噪声增强”效应。

图8是从不连续的循环卷积信号获得符号的方法800的实施例的流程图。所述方法800开始于块802，复制少量第一符号长度的第一信号。在块804，所述第一信号穿过第一PPF。在块806，所述第一信号和第二信号在时间上对齐，在块808，所述复制信号(仅包括所述信号的起始或者第一部分的少量第一符号长度)穿过第二PPF。在块810，利用补偿信道加权所述信号的循环部分，以消除信道突变。在块812，沿着时间线合计两个PPF的两个输出，产生解调符号输出。在块814，均衡所述解调符号输出。在块816，软解映射所述均衡的符号输出，产生未加权的LLR。在块818，考虑利用信道补偿加权所述未加权的LLR输出，然后所述方法800结束。

图9是处理系统900的方框图，该处理系统可以用来实现本文公开的设备和方法。特定设备可利用所有所示的组件或所述组件的仅一子集，且设备之间的集成程度可能不同。此外，设备可以包括组件的多个实例，例如多个处理单元、处理器、存储器、发送器、接收器等。处理系统900可以包括配备一个或多个输入/输出设备，例如扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、按键、键盘、打印机、显示器等的处理单元901。处理单元901可包括中央处理器(central processing unit，简称CPU)910、存储器920、大容量存储设备930、网络接口950、I/O接口960，以及连接至总线940的天线电路970。处理单元901还包括连接至天线电路的天线元件975。

总线940可以是任意类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储总线或存储控制器、外设总线、视频总线等等。所述CPU 910可包括任何类型的电子数据处理器。存储器920可包括任意类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(static random access memory，简称SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory，简称DRAM)、同步DRAM(synchronous DRAM，简称SDRAM)、只读存储器(read-only memory，简称ROM)或其组合等等。在一个实施例中，存储器920可包括在开机时使用的ROM以及在执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。

大容量存储设备930可包括任意类型的存储设备，其用于存储数据、程序和其它信息，并使这些数据、程序和其它信息可通过总线940访问。大容量存储设备930可包括如下项中的一种或多种：固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。

所述I/O接口960可提供接口以将外部输入输出设备耦合到处理单元901。所述I/O接口960可包括视频适配器。输入输出设备的示例包括耦合至视频适配器的显示器和耦合至I/O接口的鼠标/键盘/打印机。其它设备可以耦合到处理单元901上，并且可以利用额外的或较少的接口卡。例如，可使用如通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)(未示出)等串行接口将接口提供给打印机。

天线电路970和天线元件975可允许处理单元901通过网络与远程单元通信。在一个实施例中，天线电路970和天线元件975提供对无线广域网(wide area network，简称WAN)和/或对蜂窝网络的接入，例如长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)、码分多址(Code Division Multiple Access，简称CDMA)、宽带CDMA(Wideband CDMA，简称WCDMA)，以及全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，简称GSM)网络。在某些实施例中，天线电路970和天线元件975还可向其它设备提供蓝牙和/或WiFi连接。

处理单元901还可以包括一个或多个网络接口950，网络接口950可包括有线链路，如以太网电缆等等，和/或无线链路以接入节点或不同网络。所述网络接口901允许处理单元901通过网络980与远程单元通信。比如，网络接口950可以经由一个或多个发送器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一个实施例中，处理单元901耦合到局域网或广域网上以用于数据处理以及与远程装置通信，所述远程装置例如其它处理单元、因特网、远程存储设施等等。

虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但此描述并不意图限制本发明。所属领域的技术人员在参考该描述后，将会明白说明性实施例的各种修改和组合，以及本发明其他实施例。因此，所附权利要求书意图涵盖任何此类修改或实施例。