用于针对ofdma调制实现峰均功率比降低的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及用于实现峰均功率比（PAPR)降低技术或方案的系统和方法，该技术 或方案尤其可以适用于基于DOCSIS标准操作正交频分多址接入（OFDMA)调制技术的设备， 包括下一代电缆网关和/或下一代电缆调制解调器、和/或电缆网关片上系统（SOC)。
【背景技术】
[0002] 近几年，先进的通信技术方面的许多工作（尤其强调更高的数据速率和传输速 度）已经聚焦于无线技术发送和接收方面的进步。针对电缆网关和电缆调制解调器的通信 能力和容量方面的相应进步、以及覆盖于这些部件内的技术仍然十分重要。考虑，对于诸如 独立住宅之类的独立结构，其中，该独立结构包括该结构内部和贯穿该结构的分散的无线 网络，贯穿该结构所部署的一个或多个无线调制解调器很可能作为用于到达该结构的数据 的数据传输介质被连接到同轴电缆，其然后贯穿该结构进行无线地传播。在该方面，电缆骨 干形成了整个宽带网络系统中相当重要的部分，其中，电缆骨干通常包括光纤和同轴电缆 的一些组合（混合光纤/同轴电缆系统）。在混合光纤/同轴电缆系统中，光纤传输电缆形 成电缆骨干的重要部分，但通常使用同轴电缆来完成到独立结构的连接和到部署于这些结 构内的无线调制解调器的连接。
[0003] 对由电缆进行的数据传输进行定义的标准是电缆数据服务接口规范或DOCSIS。 DOCSIS是国际电信标准，该标准允许（除了其他技术）对现有有线电视（CATV)系统增加高 速数据传送。例如，许多有线电视运营商通过现有的混合光纤/同轴电缆系统以及网络基 础设施使用DOCSIS来提供互联网接入。从而，DOCSIS定义一种机制，通过该机制，通过电 缆传输线路来向独立的结构以及可能覆盖于那些结构内的设备和接入点传输数据。
[0004] 于2011年11月17日在其最新的修正中发布了关于物理层规范的DOCSIS 3.0标 准（于2006年8月4日发布了第一次修正）。DOCSIS 3. 0 -般是这样的规范修正，该规 范修正实现显著增加的传输速度并且引入对互联网协议版本6(IPv6)的支持。当前基于 DOCSIS标准的电缆系统使用国际电信联盟（ITU)建议J. 83Annexes A、B或C中所定义的 物理层。该标准基于单载波正交幅度调制（QAM)以及6MHz、7MHz或8MHz的物理层信道带 宽。当前的DOCSIS版本规定，使用64阶QAM或256阶QAM(64-QAM或256-QAM)来对下游 数据传输进行调制，针对6MHz信道操作使用ITU-T J. 83-AnnexB标准，并且针对8MHz信 道（EuroDOCSIS)操作使用DVB-C调制标准。QAM代表了一种格式，通过该格式经由同轴电 缆来传输数字数据。当前的标准化活动正在探索通过利用1024阶QAM或4096阶QAM进行 调制的独立的OFDM载波，针对下游载波模块使用正交频分复用（OFDM)，并且针对上游使用 OFDMA0
[0005] DOCSIS架构包括两个主要部件：电缆调制解调器（CM)和电缆调制解调器终端系 统（CMTS)，其中，CM位于端用户结构处，CMTS例如位于CATV头端。支持点播节目的电缆系 统使用混合光纤/同轴电缆系统。光纤光路将数字信号带到系统中的节点，这些数字信号 在此被转换到RF信道和同轴主干线上的调制解调器信号。DOCSIS正在探索用来进一步增 加由同轴电缆主干线所承载的比特速率的机制。
[0006] OFDM是流行的OFDM数字调制方案的多用户版本。在OFDM中，通过将载波子集 (子载波）分配给各个用户，从而允许来自若干用户同时进行的低数据速率传输以实现多 址接入。因而，OFDM提供了避免多路径干扰的简单并且稳健的方案。OFDM由于提供了比 例如包含码分多址接入（CDM)的系统更加平坦的频率信道，因此可以实现更高的多输入/ 多输出（ΜΙΜΟ)频谱效率。OFDM允许来自若干用户利用针对低数据速率用户的较低的最大 传输功率同时进行低数据速率传输。
[0007] OFDM粗略地进行如下操作。基于关于信道状况的反馈信息，实现自适应用户到子 载波的分配。如果该分配很快就完成，则这进一步改善了 OFDM快衰落和窄带同信道干扰的 鲁棒性，并且使得实现更好的系统频谱效率成为可能。可以将不同数目的子载波分配给不 同的用户，从而支持不同的服务质量（QoS)等级。
[0008] OFDMA由于某些优点（包括可扩展性、MMO适应性、以及频率选择性的有利使用） 非常适用于宽带无线网络。
【附图说明】
[0009] 将参照附图对所公开的系统和方法的各个示例性实施例进行详细的描述，所公开 的系统和方法用于根据本公开基于DOCSIS标准在下一代电缆网关和/或下一代电缆调制 解调器中针对OFDM调制实现PAPR降低技术或方案，其中：
[0010] 图1示出了使用OFDMA上行链路的示例性电缆系统的简单示意图，其中，OFDMA上 行链路可以根据本公开有利地采用PAPR降低技术或方案；
[0011] 图2示出了根据本公开用于实现PAPR降低技术或方案的示例性系统的框图；以及
[0012] 图3示出了根据本公开用于实现PAPR降低技术或方案的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013] 基于上述优点和适用性，当前OFDMA调制在数字通信系统中获得了普遍使用，并 且被提出以用于针对下一代混合光纤/同轴电缆系统的DOCSIS标准化的上行链路。
[0014] 在所提出的OFDM实现方式中出现的一个困难涉及发送信号的PAPR。这一问题可 能代表了任何多址接入基于OFDM的协议的实现方式中最显著的缺点。此处应当澄清，尽管 缩写"PAPR"可以被用来描述不同的相关现象或者表示不同的相关术语，但贯穿本公开将始 终使用该缩写来表示"峰均功率比"，而非其有时在本领域的文献中所使用的"峰均功率降 低"或者"峰均比降低"。下面将进行详细的描述，本文所描述和所公开的示例性系统和方 法针对"峰均功率比"降低或PAPR降低。
[0015] 本领域技术人员认识到，大量的策略尝试提供发送机侧预处理以降低与发送信号 相关联的峰值功率。在OFDM下行链路中实现PAPR降低的一种普遍的策略是通过以类似于 数字视频广播--第二代陆地（DVB-T2)和数字视频广播--第二代电缆（DVB-C2)中所完 成的方式的方式来使用音调（tone)预留。在这些实现方案中，若干个OFDM子载波未使用， 以使得可以在方案中对这些子载波设置值，从而降低总体OFDM信号的峰值幅度。使用若干 个子载波（或者音调）来产生较低幅度的发送信号，从而在发送机侧降低总体的峰值功率。 数据信号是通过活动的（非预留的）子载波来承载的，而针对预留子载波中的任意信号来 选择信号等级，以达到发送机侧功率降低的效果，从而达到PAPR降低的效果。基于音调预 留方案，在接收机侧不需要附加的信号处理或处理开销，因为该方案利用一系列"已知的" 预留子载波进行操作。接收机知道或者使接收机知道预留子载波的位置，并且本质上忽略 那些预留子载波中的信号。
[0016] 在DVB-T2和DVB-C2中，存在大量子载波，大概多于10, 000。在这样的实现方式 中，根据音调预留方案所预留的子载波的数目代表了可用的子载波的总体数目中非常小的 百分比。
[0017] 在OFDM上行链路系统中，每个电缆调制解调器只接入相对很少的OFDM符号的 子载波（例如，32个子载波），这使得音调预留在容量方面十分浪费。在这样的实现方式 中，甚至预留两个子载波代表了在专用于音调预留方案的可用子载波的百分比方面的显著 增加，这基于容量损失量可能是非常不可接受的。在这方面，一些其他的PAPR降低实现方 式可能更加合适。
[0018] 出现的困难在于，实现其他常规的PAPR降低方案（例如，OFDM中所采用的那些技 术中的其他技术）通常需要随着OFDM信号包括要发送的边（side)信息。本领域技术人员 认识到，该OFDM PAPR降低技术不适于OFDM实现方式，因为简单地发送边信息的合理能力 不存在。
[0019] 长期演进或LTE标准在上游中使用单载波FDMA (SC-FDMA)。该技术实现了相对较 低的PAPR。然而，发明人所进行的容量研宄指明SC-FDM对于混合光纤/同轴电缆系统可 能不是优选的技术。这是因为，OFDM实现起来更加简单，在数据载波和导频载波的布置 方面提供更高的灵活性等级，并且产生比SC-FDM更高的频谱效率，以及其他优点。然而， SC-FDM实际上是单载波传输，并且具有非常低的PAPR，这对于降低手机的功率消耗十分 有益。
[0020] 基于前述，如果在总体数据信号容量方面没有较大损失的情况下，可以实现用于 达到PAPR方面的一些降低的简化方案，则在混合光纤/同轴电缆系统中继续采用OFDM调 制将是有利的。
[0021] 根据本公开的系统和方法的示例性实施例可以针对根据DOCSIS标准进行操作的 系统在OFDM调制中实现独特的PAPR降低技术或方案（或算法）。
[0022] 示例性实施例可以以对可用数据信号容量的数目不产生那么负面影响的方式实 现类似于可归属于音调预留方案的结果的结果。
[0023] 示例性实施例可以尤其适用于下一代电缆网关和/