发送多载波信号的调制方法和设备、对应解调制方法和设备及计算机程序的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的领域是实施多载波调制的通信的领域。
[0002] 更确切地，本发明提出用于多载波系统的允许超奈奎斯特频率（FTN，fasterthan Nyquist)来传送数据的调制技术。
[0003] 本发明尤其用于无线通信（048、0￥8-1\11^^、非引导型光学等）或有线通信 (SDSL、PLC、光学等）领域。例如，本发明用于蜂窝通信领域（上行或下行信道）、设备间通 信（设备到设备）、基于回程（backhauling)网络的通信等领域。 2.
【背景技术】
[0004] 1975 年E.Mazo在文档 "Faster-than-Nyquistsignaling"（Bell.Syst.Tech. Journal, 54:1451-1462)中提出了超奈奎斯特频率传送原理。
[0005] 根据该文档，可以通过考虑一组独立二进制信息{an}例如an= ± 1的传送来示出 奈奎斯特频率传送。
[0007] 在宽度W的传送信道（其中符号持续时间T为T= 1/2W)中，该传送可以无干扰 地进行，因此没有错误。在被加性高斯白噪声（AWGN)干扰的传送的情况下，通过在接收时 使用适于奈奎斯特脉冲的滤波器（即，g(_t))来实现使比特错误概率最低的最佳检测器。
[0008] 该传送系统是正交的，也就是说满足以下条件：
[0009] /g(t-nT)g(t-nrT)dt=δηη,
[0010] 其中δ表示克罗内克符号。
[0011] 为了实现超奈奎斯特频率（FTN)，而无需修改传送功率，可以通过在间隔Τ' <Τ的 情况下传送脉冲来使脉冲接近，换句话说，通过用系数压缩它使得Τ'= ΡΤ，其中0< Ρ < 1。然后证实获得FT< 1/2,代替WT= 1/2。
[0012] 这样的FTN传送因此允许减少对于给定信息量的传送时间，换句话说，提高给定 传送时间的信息量。
[0013]FTN传送总是产生强的干扰，去除这种干扰意味着特定信号处理过程。
[0014] 此外，其主要针对单载波调制被开发。
[0015] 在 文档''MulticarrierfasterthanNyquisttransceivers:Hardware architectureandperformanceanalysis'，（IEEETransactionsonCircuitsand SystemsI:RegularPapers, 58, 2011)中，D.Dasalukunte等人提出适于多载波系统的FTN 传送的技术。
[0016] 在该文档中描述的技术涉及0FDM/0QAM调制，并且提出分别在时间和频率方面的 压缩系数使得TAFA< 1。换句话说，用于具有实数值的数据符号的传送的时间频率网络就 成为（TAT/2，FA/T)，即两个多载波符号之间的持续时间为1\172并且两个载波之间的间隔 为FA/T，其中T为多载波符号的持续时间。
[0017] 为了实现FTN类型的多载波传送，根据该文档引入特定处理块，称为"FTN映射 器"（使用高斯函数的投影形式）。
[0018] 该技术的缺点是相对于奈奎斯特频率的有效增益比理论增益小太多。事实上，在 上面引述的文档中，特定处理块对于每个副载波来处理每个时间频率数据块。优先选择尺 寸为NtXNf的这些块，用于复杂度/性能折衷的目的，使得Nt=Nf= 3。为了能够从用压 缩系数!\在时间上压缩的多载波FTN类型的时间频率网络过渡到常规0FDM/0QAM网络，边 际效应使得既不考虑所有Μ个载波也不考虑所有K个时间间隔符号。边缘管理问题针对太 大的Μ值减小但是对于惯用的实际值则损失太大。
[0019] 因此，对于参数值Nt=Nf= 3、Μ= 128和Κ= 16,如果压缩系数ΤΛ等于0.9,则 理论上获得约11 %的流量的提升，并且实际上是8 %的流量的损失。如果Κ= 10,则这改进 了系统灵活性但是更大地降低了有效压缩系数，不是1. 11，而是变为等于〇. 78。
[0020] 该技术的另一缺点是特定处理块引入与载波数量Μ及块的尺寸（Nt，Nf)成比例的 操作复杂度。因此，与用于块"FTN映射器"的高斯函数相乘的数约为M)。
[0021] 在 文档''MulticarrierfasterthanNyquisttransceivers:Hardware architectureandperformanceanalysis"中描述的技术因此是复杂的，在系统实现时不 太现实，并且引入传送时的延迟，因为需要在能够传送数据符号前投影或"映射"数据符号。
[0022] 因此需要适于多载波系统的新的FTN传送技术，其没有现有技术的所有缺点。 3.
【发明内容】
[0023] 本发明提出以下新的方案：不具有现有技术的所有这些缺点，其以数据符号的调 制方法的形式，给出多载波信号，该方法实施：
[0024] -对数据符号从频域向时域进行数学变换的数学变换步骤该数学变换步骤给出 经变换符号；
[0025] -对所述经变换符号进行多相滤波的多相滤波步骤，该多相滤波步骤给出所述多 载波信号。
[0026] 根据本发明，所述多相滤波步骤使用考虑压缩系数τ的扩展系数，所述压缩系数 τ是包括于0和1之间的数，从而允许以大于奈奎斯特频率的频率发送多载波信号。
[0027] 本发明因此提出用于以超奈奎斯特频率（FTN)发送多载波信号的新方案。因此可 以减小用于给定信息量的发送时间。
[0028] 此外，以频率复用形式的FTN发送允许受益于多载波系统的优点，如调制器的灵 活性（例如使某些载波截止的可能）或使用对于实施调制器有效的算法（例如基于快速傅 里叶变换：IFFT，或FFT)。
[0029] 所提出的方案因此提供允许提高在给定频带中的发送吞吐量的新调制技术。其尤 其用于蜂窝通信中，主要用于上行信道（对于上行信道可以想到在基站处的相对复杂的均 衡技术）；还可用于下行信道（如果接收机例如是平板类型的话）。其更一般地用于需要高 数据吞吐量传送的领域。
[0030] 特别地，本发明可以应用于初始地满足复数正交条件（如OFDM)或实数正交条件 (如0FDM/0QAM)的多载波调制系统。数据符号可以因此是实数类型或复数类型。
[0031] 此外，本发明允许非常接近目标压缩系数。换句话说，在理论压缩系数和真实压缩 系数之间几乎没有偏差。
[0032] 相对于在文档"MulticarrierfasterthanNyquisttransceivers:Hardware architectureandperformanceanalysis"中描述的技术，所提出的方案提供更大的灵活 性，并且不限于块的尺寸（例如每时间间隔K个符号）。此外，在该文档中描述的技术需要 使用两个运作系统，一个用于具体处理（"FTN映射"）而另一个用于调制，而在所提出的方 案中需要单个运作系统，如在0FDM/0QAM方案中那样，这允许减小使用复杂度。
[0033] 根据本发明的具体特征，如果所述数据符号具有实数值，则所述扩展系数等于 的四舍五入的整数，如对于0FDM/0QAM类型调制；并且如果所述数据符号具有复数 值，则所述扩展系数等于[τ.M]的四舍五入的整数，如对于0FDM/QAM或过采样0FDM类型 调制，其中Μ是与所述数学变换的尺寸相等的整数。
[0034] 这样的扩展系数（标记为Nf，还称为FTN系数）允许在多相滤波阶段考虑压缩系 数τ，其允许采用多载波形式（用于获得载波的实数或复数正交性，如果τ= 1的话）并 且因此贡献于以大于现有技术的吞吐量来发送数据。
[0035] 根据本发明的具体特征，根据本发明的调制方法包括在数学变换步骤之前预先实 施的对数据符号进行预处理的预处理步骤。对数据符号进行预处理的这样的预处理步骤实 施所述数据符号与考虑压缩系数τ的项的乘法。
[0036] 如果原型滤波器具有偶数长度则尤其实施该预处理步骤。相反，如果原型滤波器 具有奇数长度则该预处理步骤是可选的。
[0037] 该预处理步骤允许在预处理阶段时考虑压缩系数τ，并因此贡献于高吞吐量的数 据发送。
[0038] 根据本发明的具体方面，该调制方法包括在所述滤波步骤之前预先实施的对所述 经变换符号进行后处理的后处理步骤。该后处理步骤尤其允许重复经变换符号。
[0039] 特别地，在所述数学变换步骤给出Μ个经变换符号的情况下，其中Μ是整数，所述 后处理步骤实施以所述Μ个经变换符号为块的重复，从而给出Μ个经变换符号的h个块和 b2个经变换符号的子块，其中bi是使得b0的整数，b2是使得0 <b2<Μ的整数；以及 所述多相滤波步骤实施以Μ个经变换符号的所述h个块和b2个经变换符号的所述子块为 输入的尺寸为L= 13^+132的原型滤波器。
[0040] 这样的后处理步骤因此允许使用任何原型滤波器，同时使经变换符号的数量等于 原型滤波器的尺寸。
[0041] 因此其给出在调制方案方面的较大灵活性。
[0042] 例如，h等于4并且b2等于0。因此"复制"四次来自数学变换步骤的输出的Μ个 经变换符号的块。
[0043] 根据别的【具体实施方式】，对于0FDM/0QAM类型的调制并且对于具有实数值的数据 符号，所述数学变换步骤实施包括以下子步骤的从频域向时域的变换：
[0044] -向所述数据符号施加局部傅立叶逆变换，从而给出C个经变换符号的第一子集；
[0045] -基于所述第一子集，获得（M-C)个经变换符号的第二子集用于形成Μ个经变换符 号的集合，经变换符号的所述第二子集是经变换