专利名称：多载波信号的频谱整形的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生成表示数据符号的多载波信号的方法，其中此多载波信号是副载波的线性组合，如权利要求1的前言所定义。本发明还涉及一种用于传输表示数据符号的多载波信号的方法，其中此多载波信号是副载波的线性组合，如权利要求14的前言所定义。本发明还涉及一种为传输表示数据符号的多载波信号而安排的传输实体，其中此多载波信号是副载波的线性组合，如权利要求19的前言所定义。本发明还涉及一种计算机程序和一种实施本发明的方法的计算机程序产品。
背景技术：
多载波传输系统，例如利用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)、离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform, DFT)扩频正交频分复用或类似技术的系统，已被许多通信系统选用，例如第三代移动通信标准化伙伴项目演进型通用移动通讯系统陆地无线接入(3rd Generation Partnership Project Evolved UMTS Terrestrial Radio Access, 3GPP E-UTRA)，以及诸如非对称数字用户线(Asymmetric Digital Subscriber Line,ADSL)系统等数字用户线(Digital Subscriber Line,DSL)系统。此外，多载波技术还用于普通的广播系统，例如数字音频广播(Digital Audio Broadcasting, DAB)系统和数字视频广播(Digital Video Broadcasting, DVB)系统。因此， 多载波传输可用于凭借由大量副载波组成的信号运载数据的无线系统和有线系统。由于诸如OFDM等许多多载波技术均适用于例如与多输入多输出处理(Multiple Input Multiple Output processing，ΜΙΜΟ-processing)和/或机会性传输方案结合，因此这些系统可促进高频谱效率。但是，无线系统和有线系统的频谱效率还取决于带外功率发射水平，即在指定的传输带宽外进行发射的多载波信号的功率水平。如果带外功率受到有效抑制，则相邻频道可密集地隔开，从而提高系统中的频谱利用率。此外，带外发射必须保持为低于特定水平， 以避免引起相邻频带中的重大干扰。出于这些原因，许多系统标准中规定并限制了带外功率发射。现有若干种规定信号带外功率发射的要求。例如，在E-UTRA中定义了频谱屏蔽、邻道泄漏功率比以及占用带宽要求。例如，OFDM信号(大量有限长度的复值指数波形的复用)具有由多个正弦平方函数确定的功率频谱。典型的OFDM频谱由于与载波频率成反比而缓慢衰减。这通常会由于指数的有限持续时间而对相邻频带产生干扰。所以，由于频谱旁瓣缓慢衰减，因此OFDM信号通常不能满足标准中关于带外发射的要求。此缓慢衰减导致OFDM功率频谱变得相对宽泛，进而引起有问题的带外发射，而在某种程度上需要减少这些发射。由于这些干扰特征，基于OFDM的无线标准通常会指定发射的信号必须遵守的许多量度。例如，此类标准中定义了频谱屏蔽，以用于规定带外发射和限制相邻频带上的干扰。为满足屏蔽的频谱要求，此处的传输信号通常不同于标准中指定的传输信号。为限制误差，因此通常使用第二种量度，其表示为误差矢量幅度(Error-Vector Magnitude, EVM)。这样可以保证来自不同制造商的传输信号的干扰特征大体相同，而同时制造商也可为实施而自由选择发射信号的规范。制造商可能会为以下目的而需要这一自由例如，达到所需频谱屏蔽，或获得具有低峰均功率比(Peak to Average Power ratio, PAPR)的信号。此外，在最近兴起的认知系统中，无线电网络可能设计为其频谱特征适应于无线电环境中的实际情况。例如，系统可扫描某一预定义的频带查找空白区域，即在某一时间未使用的频谱区域。系统随后可自主决定指定此空白区域用于自用，并开始使用此空白区域传输数据。通常，此空白区域可在本质上是分段的，即此空白区域为非连续频谱。此处，指定的带宽定义为一个射频区域或多个射频区域，这些区域与相关无线电系统中的数据传输有关。具体而言，可能产生若干个非连续频率区域组成此指定带宽的情况。此类非连续区域有时可在原本连续的频率区域中形成频谱缺陷印象。此处，必须限制在带内发生的但在不属于指定带宽的频率区域内的功率发射量。此处且在此文档中，带内抑制定义为以频谱方式位于多载波信道内、例如位于OFDM信道内的频率的抑制。区域有时由管理机构指派，有时由相关无线电系统自主分配。区域通常与关于可能从相关区域泄漏的发射功率量的要求有关。此外，扫描空白区域是由网络进行的动态活动，这可能导致指定频谱随时间变化。此处，指定宽带外的功率发射必须适应于变化的频
■i並曰O处理以上干扰问题的现有技术有两类。其中一类可称为传统的现有技术，这类技术出现在上世纪70/80年代，通过利用过滤和脉冲整形来解决上述问题。这些传统的现有技术解决方案有许多问题。一个问题是这些技术会消耗OFDM系统的循环前缀，因为循环前缀用于频谱整形。这会使得使用这些解决方案的循环前缀的余长小于不使用这些频谱整形程序的情况。因此，这些现有技术解决方案会降低系统对多径的鲁棒性。此外，由于低通滤波器的基本功能，传统的现有技术中使用的低通滤波无法解决带内功率发射的问题。此外，在传统的现有技术解决方案中，已提议将对某些OFDM副载波的简单调零与针对带内发射抑制的脉冲整形结合。但是，此方法通常不能引起足够快速的频谱衰减。因此，频谱整形的性能较差。另一类现有技术可称为新近的现有技术。这些现有技术解决方案对解决循环前缀的消耗的问题通常有效，但仍具有许多问题。在这些旨在同时解决带外和带内抑制问题的现有技术解决方案中，对抵消载波进行调制，以使频谱获得所需形状。这些方法的一个问题是，频谱抑制的性能通常不足以满足标准所规定的要求。此外，传输信号的PAI^R通常超出可接受的值，且抵消载波会消耗较高的传输功率来整形频谱。在利用预编码的OFDM方法的新近的现有技术中，每个数据符号都在由循环前缀调制前被加权。由于频谱抑制通常低于10dB，因此此方法性能不佳。此外，权重是非线性规划问题的结果，此问题的解决方案由数值算法执行。因此，这增加了发射机的复杂性。此外，如果接收此类信号的接收机使用传统的OFDM接收机，则此现有技术解决方案会由于降低的检测误差概率而导致性能损失。根据另一现有技术OFDM预编码器，抑制问题在时域中得以解决。但是，此现有技术解决方案有一个问题，即其并未明确解决带内频谱要求问题，这会导致较差的性能。此外，此解决方案无法提供灵活的方法来获得急剧的频谱衰减。因此，现有技术解决方案具有许多问题，这些问题与提供同时满足标准化频谱发射屏蔽的带内和带外抑制要求的发射多载波无线电信号有关。
发明内容
本发明的目的之一是提供解决上述问题的频谱整形。本发明旨在提供比背景技术中已知的频谱整形更为有效的频谱整形，同时其实施复杂性较低。此目的可通过根据权利要求1的特征部分的用于生成多载波信号的上述方法实现，即一种包括以下内容的方法-用数据符号对基信号进行调制，其中基信号中的每一者均为副载波的加权和，因此副载波中的每一者均由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中-约束矩阵表示限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。此目的也可通过根据权利要求14的特征部分的用于传输多载波信号的上述方法实现，即一种包括以下内容的方法-用数据符号对基信号进行调制，其中基信号中的每一者均为副载波的加权和，因此副载波中的每一者均由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中-约束矩阵表示限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。此目的也可通过根据权利要求19的特征部分的上述传输实体实现，即一种包含以下内容的传输实体-为用数据符号对基信号进行调制而安排的调制构件，其中基信号中的每一者均为副载波的加权和，因此副载波中的每一者均经安排为由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中-约束矩阵经安排为表示用于限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。此目的还可通过上述计算机程序和实施本发明的方法的计算机程序产品实现。根据本发明的用于生成和传输多载波信号的方法以及传输实体的特征在于，多载波信号是在由K个副载波跨越的信号空间中由基信号生成，其中每个此类基信号均位于智能选择的线性信号子空间中。线性信号子空间经选择以便位于此线性信号子空间中的所有多载波信号均使频谱具有所需的频谱形状。由于多载波信号的频谱形状在此可进行适当的选择，因此获得具有十分有益的带内及带外发射属性的多载波信号。根据本发明的一项实施例，通过用预编码符号对副载波进行调制而执行基信号调制，所述预编码符号为所述数据符号的线性预编码的结果。
根据本发明的一项实施例，线性预编码表示包括所述数据符号的数据符号矢量在线性矢量子空间上的投影。此类线性预编码具有许多优势。预编码会引起较小的EVM，且不会影响PAPR。此外，可十分简单地实施此解决方案，从而可节省计算并节省传输实体中的电池资源。此外， 此类线性预编码可自适应地遵从随时间变化的认知系统的变化的频谱条件。因此，本发明十分适用于处理认知系统的时变频谱特性，此系统中指定带宽的频率区域会随时间变化。根据本发明，可十分有效且简单地达到此适应，以便使指定带宽外的受限功率为最小。根据本发明的一项实施例，线性预编码表示位于约束矩阵的零空间中的基矢量的线性组合的生成，因此基矢量中的每一者均乘以为数据符号之一的系数。此实施例具有一优势，即可获得较低的带外及带内发射，因为线性矢量子空间经选择以便其所有元素均具有此属性。此外，此实施例也会导致接收机处的较小错误率损失， 同时不会维持PAPR。根据本发明的一项实施例，约束矩阵中表示的约束表示多载波信号的傅立叶变换在所述指定带宽外的一个或多个频率处为零的属性。可自由选择这些频率。但是，最好应适当且仔细地选择这些频率，因为选择会影响本发明的性能。因此，适当选择的频率会造成十分好的发射抑制，这可确保获得良好的多载波信号频谱属性。根据本发明的一项实施例，基信号是在传输实体中动态计算的，这是因本发明的方法的低复杂性而成为可能。根据本发明的另一项实施例，基信号在传输实体中预计算并存储在例如存储器构件中，这可减少传输实体的进一步计算需求。现将参照说明一些优选实施例的附图描述根据本发明的频谱整形的详细示范性实施例和优势。
图1展示多载波调制结构。图2展示根据本发明的一项实施例的流程图。图3展示多载波调制结构。图4展示根据本发明的一项实施例的投影的图示。
具体实施例方式下文有时将使用OFDM系统作为说明来解释适用于几乎所有多载波系统的本发明。但是，本发明不限于在此特定系统中的使用，由于其为所属领域的技术人员所熟知，因此可在几乎所有多载波系统中实施。待生成和传输的多载波信号ζ (t)采用以下基带等价形式zO) = TM-iT、(等式 1)
i此处，1/T是符号速率，即数据符号传输的速率。符号间隔T通常是数据符号矢量传输的时间间隔长度。因此，每T秒传输一次新的多载波符号。
此外，在参考的多载波系统中，即不使用本发明任何构件的系统中，Si (t)为
权利要求
1.一种用于生成表示数据符号的多载波信号的方法，所述多载波信号为副载波的线性组合，所述方法特征在于用所述数据符号对基信号进行调制，其中所述基信号中的每一者均为所述副载波的加权和，因此所述副载波中的每一者均由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中所述约束矩阵表示限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过用预编码符号对所述副载波进行调制来执行所述基信号的调制，其中所述预编码符号为所述数据符号的线性预编码的结果。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述线性预编码表示包括所述数据符号的数据符号矢量在所述零空间上的投影。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述投影为正交投影。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述线性预编码由预编码矩阵G以如下形式表达G = I-AH (AAH) ^1A,其中A是所述约束矩阵的表示，I是单位矩阵，以及(·)Η表示埃尔米特转置。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述线性预编码经设计以使得所述预编码符号与所述数据符号之间的距离为最小。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述距离为欧氏距离。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述线性预编码表示位于所述约束矩阵的所述零空间中的基矢量的线性组合的生成，因此所述基矢量中的每一者均乘以为所述数据符号之一的系数。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述基矢量为正交矢量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过对所述约束矩阵进行奇异值分解(SVD)得出所述正交基矢量。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述约束表示所述多载波信号的傅立叶变换在所述指定带宽外的一个或多个频率处为零的属性。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述多载波信号用于在认知无线电系统中进行传输。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述约束矩阵的元素的值随时间变化。
14.一种用于传输表示数据符号的多载波信号的方法，所述多载波信号为副载波的线性组合，所述方法特征在于所述多载波信号通过以下方法生成用所述数据符号对基信号进行调制，其中所述基信号中的每一者均为所述副载波的加权和，因此所述副载波中的每一者均由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中所述约束矩阵表示限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。
15.根据权利要求14所述的方法，其中通过较高层网络信令使所述约束矩阵可用于所述多载波信号的接收机。
16.根据权利要求14所述的方法，其中将识别所述约束矩阵的信息通过信号传递给所述多载波信号的接收机。
17.一种计算机程序，其特征在于代码构件，其在计算机中运行时会使所述计算机执行根据权利要求1到16中任一权利要求所述的方法。
18.一种计算机程序产品，其包括计算机可读媒体以及根据权利要求17所述的计算机程序，其中所述计算机程序包括在所述计算机可读媒体中。
19.一种为传输表示数据符号的多载波信号而安排的传输实体，所述多载波信号为副载波的线性组合，所述传输实体特征在于为用所述数据符号对基信号进行调制而安排的调制构件，其中所述基信号中的每一者均为所述副载波的加权和，因此所述副载波中的每一者均经安排为由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中所述约束矩阵经安排为表示用于限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。
20.根据权利要求19所述的传输实体，其中所述传输实体包含以下各者的群组中的构件中的至少一者针对计算所述基信号安排的构件；以及针对存储预计算的基信号安排的构件。
全文摘要
揭示一种用于生成和传输表示数据符号的多载波信号的方法，其中所述多载波信号是副载波的线性组合，并揭示一种传输实体。所述生成和传输的特征在于-用所述数据符号对基信号进行调制，其中所述基信号中的每一者均为所述副载波的加权和，因此所述副载波中的每一者均由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中-所述约束矩阵表示限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。
文档编号H04J11/00GK102396173SQ200980158445
公开日2012年3月28日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者雅普·范德比克 申请人:华为技术有限公司