用于超奈奎斯特速率多載波調(diào)制的方法及設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年提交、題為"Methods and Apparatus for Faster than Nyquist Rate Multi-Carrier Modulation"的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.61/871,559的權(quán)益， 該申請(qǐng)的內(nèi)容被整體結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本申請(qǐng)?jiān)O(shè)及超奈奎斯特速率(FTN)調(diào)制方案技術(shù)。更為具體的，本申請(qǐng)?jiān)O(shè)及用于減 小濾波器組多載波調(diào)制方案內(nèi)的延時(shí)W及減小FTN調(diào)制方案內(nèi)的干擾的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004] 多載波調(diào)制(MCM)基于將高速率寬頻帶信號(hào)分割為低速率信號(hào)，其中每一信號(hào)占 用較窄的帶寬（被稱(chēng)之為子信道）。正交頻分復(fù)用(OFDM)已證實(shí)其自身為最為流行的MCM技 術(shù)之一，且其目前被用于許多無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)(諸如，3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)化TE)W及IE邸802.11) 中。
[000引作為OFDM的一替代，濾波器組多載波（FBMC)調(diào)制方案（特別是OFDM-偏移QAM ((FDM-0QAM))最近得到了關(guān)注。FBMC系統(tǒng)為復(fù)用轉(zhuǎn)換器配置中的濾波器組。復(fù)用轉(zhuǎn)換器(合 成-分解配置）具有作為發(fā)射機(jī)的合成濾波器組（SFB)W及作為接收機(jī)的分解濾波器組 (AFB)。在合成濾波器組中，并行信號(hào)在被上采樣之后被濾波并加和W形成復(fù)合信號(hào)。該濾 波器被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)W使得旁瓣被大幅減小。一般而言，F(xiàn)BMC可被表示為離散時(shí)間模型中的 通用N信道L抽樣濾波器組結(jié)構(gòu)，例如如圖1中所示的一可能的簡(jiǎn)化形式。在發(fā)射機(jī)11處，將 在第k個(gè)子信道上發(fā)射的數(shù)據(jù)符號(hào)12在上采樣器13中被上采樣，并由濾波器14進(jìn)行濾波。所 有濾波器14的輸出在加和器15中被加和，且信號(hào)在延時(shí)電路16中被延時(shí)，W形成發(fā)射信號(hào)。 在接收機(jī)19處，所接收的信號(hào)被解復(fù)用成Μ個(gè)子信道，在分解濾波器17中被濾波，并由下采 樣器23進(jìn)行下采樣，W生成數(shù)據(jù)符號(hào)估計(jì)25。
[0006] (FDM-0QAM(正交頻分復(fù)用-偏移正交幅度調(diào)制）為一 FBMC技術(shù)，其中每一子載波上 的數(shù)據(jù)通過(guò)采用適當(dāng)設(shè)計(jì)的脈沖而被整形，從而顯著減小了旁瓣。在0抑M-0QAM中，QAM符號(hào) 的實(shí)際同相分量與正交分量相互之間時(shí)間偏移半個(gè)符號(hào)間距（symbol interval),并在同 一子載波內(nèi)被發(fā)射。相鄰子載波相重疊 W最大化頻譜效率，產(chǎn)生了載波間干擾(ICI)。另外， 由于長(zhǎng)脈沖，多個(gè)連續(xù)0抑M-0QAM符號(hào)相互干擾，產(chǎn)生了符號(hào)間干擾（ISI)。在無(wú)失真信道 內(nèi)，可通過(guò)適當(dāng)?shù)氖瞻l(fā)信機(jī)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)正交，運(yùn)可利用多相濾波器有效實(shí)施。
[0007] 超奈奎斯特(FTN)信號(hào)發(fā)送指的是運(yùn)樣的信號(hào)發(fā)送:波形的時(shí)間和/或頻率間隔被 選擇W使得脈沖W高于奈奎斯特速率的速率出現(xiàn)，在理想信道條件下，此情況的載波間干 擾和/或符號(hào)間干擾為零。換句話(huà)說(shuō)，相較于奈奎斯特速率，更多的脈沖可被封裝至?xí)r間/頻 率網(wǎng)格，從而導(dǎo)致非正交波形及自干擾。該自干擾可在接收機(jī)處被消除。在FTN中，由于更多 的脈沖在同一時(shí)間/頻率資源中發(fā)送，因此可增大吞吐量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本公開(kāi)設(shè)及用于超奈奎斯特(FTN)調(diào)制方案W增加多載波通信系統(tǒng)的吞吐量的方 法及設(shè)備，其中濾波器組多載波系統(tǒng)的內(nèi)在延時(shí)問(wèn)題可通過(guò)在子帖的僅一個(gè)或多個(gè)部分使 用非正交波形（即，超奈奎斯特調(diào)制)并在其他一個(gè)或多個(gè)部分使用正交波形而得W減小或 消除。可選擇FTN脈沖之間的間隔和數(shù)量W使得最后脈沖的最后樣本在分配至對(duì)應(yīng)子帖/分 組的時(shí)隙內(nèi)被接收，從而消除所增加的延時(shí)。
[0009] FTN信號(hào)發(fā)送還可用作用于對(duì)不同節(jié)點(diǎn)之間的干擾(該不同節(jié)點(diǎn)的傳輸潛在地相 互干擾)進(jìn)行控制/協(xié)調(diào)的方法。例如，如果節(jié)點(diǎn)使用FTN，更多的脈沖可被封裝至?xí)r域中的 給定時(shí)期。在此情況下，由于存在更多的時(shí)域資源可用，從而可減小對(duì)頻域資源的需求。因 此，部分頻帶(例如，子信道)可被留作未使用(或W減小的發(fā)射功率進(jìn)行使用）。運(yùn)些子信道 可由其他節(jié)點(diǎn)使用?？蓪⒏蓴_控制/協(xié)調(diào)延伸至?xí)r間和/或頻率。在此所公開(kāi)的FTN方案可用 于不同類(lèi)型的多載波系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 通過(guò)結(jié)合附圖而W示例性方式給出的W下描述，可得到更為詳盡的理解。
[0011] 圖1為FBMC發(fā)射機(jī)及接收機(jī)對(duì)的框圖；
[0012]圖2為繪示了相比于正交調(diào)制方案的FTN的時(shí)序圖；
[0013] 圖3為繪示了使用空出頻譜W進(jìn)行不同發(fā)射機(jī)之間的干擾抵消/協(xié)調(diào)的時(shí)間頻率 圖；
[0014] 圖4A及4B示出了繪示根據(jù)實(shí)施方式的FTN調(diào)制方案的數(shù)個(gè)選項(xiàng)的一對(duì)時(shí)序圖；
[0015] 圖5A為可于其內(nèi)實(shí)施一個(gè)或多個(gè)所公開(kāi)的實(shí)施方式的示例性通信系統(tǒng)的系統(tǒng)框 圖；
[0016] 圖5B為可用于圖5A所繪示的通信系統(tǒng)內(nèi)的示例性無(wú)線(xiàn)發(fā)射/接收單元(WTRU)的系 統(tǒng)框圖；W及
[0017] 圖5C-5E為可用于圖5A所繪示的通信系統(tǒng)內(nèi)的示例性無(wú)線(xiàn)電接入網(wǎng)絡(luò)及示例性核 屯、網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】 [001引 1、綜述
[0019] FBMC的一個(gè)潛在的缺陷在于長(zhǎng)濾波器所引入的大延時(shí)。具體而言，在處理信號(hào)W 恢復(fù)符號(hào)之前，接收機(jī)一般必須等待接收最后濾波的所發(fā)射脈沖的所有樣本。因此，如果子 帖的長(zhǎng)度固定(例如，如在LTE中那樣），在處理信號(hào)W恢復(fù)符號(hào)之前，接收機(jī)必須等待一與 濾波器長(zhǎng)度成比例的額外的時(shí)間周期W接收整個(gè)子帖。
[0020] -種可能的方案包括減小濾波器長(zhǎng)度。然而，該方案會(huì)導(dǎo)致較大的頻譜泄漏。另一 可能的方案為不發(fā)射最后數(shù)個(gè)脈沖。然而，該方案會(huì)導(dǎo)致顯著的吞吐量損耗。
[0021] 根據(jù)一些實(shí)施方式的一方面，可通過(guò)在子帖的僅一個(gè)或多個(gè)部分使用非正交波形 并在其他一個(gè)或多個(gè)部分使用正交波形來(lái)消除延時(shí)問(wèn)題。更為具體的，可通過(guò)在子帖/分組 內(nèi)使用W奈奎斯特速率或低于奈奎斯特速率的速率發(fā)射的脈沖與W高于奈奎斯特速率的 速率發(fā)射的脈沖的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)利用非正交波形所進(jìn)行的延時(shí)減小或消除。選擇FTN脈沖之 間的間隔和數(shù)量W使得最后脈沖的最后樣本在分配至對(duì)應(yīng)子帖/分組的時(shí)隙內(nèi)被接收。在 整個(gè)子帖/分組上執(zhí)行數(shù)據(jù)的編碼及交織W使得比特誤差率(BER)的損失被最小化?？稍谧?載波信道的頻率間隔內(nèi)引入類(lèi)似的壓縮。也就是說(shuō)，一些相鄰子載波對(duì)之間頻率間隔可為 非FTN間隔（即，W避免相鄰子載波之間干擾所需的間隔或者大于避免相鄰子載波之間干擾 所需的間隔來(lái)進(jìn)行頻率間隔），而其他的相鄰子載波則不是如此（即，其他相鄰子載波被間 隔得更為緊密W使得存在載波間干擾（ICI))。在脈沖頻率間隔（相對(duì)于時(shí)間間隔）的情況 下，F(xiàn)TN意味著相鄰子載波頻率被W小于確保兩個(gè)信道的頻率正交所需的頻率間距的頻率 間距而被間隔開(kāi)。無(wú)論如何，術(shù)語(yǔ)FTN在此有時(shí)是結(jié)合頻率間隔和時(shí)間間隔使用的。
[0022] 在幾乎所有無(wú)線(xiàn)通信中，干擾協(xié)調(diào)是另一基本問(wèn)題。現(xiàn)已提出多種技術(shù)來(lái)管理并 控制不同發(fā)射機(jī)之間的干擾。
[0023] 根據(jù)另一方面，F(xiàn)TN信號(hào)發(fā)送還可用作用于對(duì)不同節(jié)點(diǎn)之間的干擾進(jìn)行控制/協(xié)調(diào) 的方法。更為具體的，舉例而言，如果節(jié)點(diǎn)使用FTN，則更多的脈沖可被封裝至?xí)r域上的給定 時(shí)段和/或更多的頻率信道可被封裝至給定帶寬。因此，一些時(shí)間/頻率資源可能不被需要， 運(yùn)些資源可被保持為未使用（或可減小的發(fā)射功率來(lái)使用）。于是，其他用戶(hù)可利用運(yùn) 些資源，而不產(chǎn)生干擾或產(chǎn)生減小的干擾。
[0024] 更為具體的，利用非正交波形進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)可包括發(fā)射機(jī)在至少一些時(shí)間和/或 部分頻段W高于奈奎斯特速率(FTN)的速率進(jìn)行發(fā)射。用于發(fā)射給定信號(hào)的傳輸資源的減 小(該減小是FTN調(diào)制方案所固有的）使得發(fā)射機(jī)能夠空出某些時(shí)間/頻率資源。之后，該新 產(chǎn)生的空出資源可由其他方(例如，一個(gè)或多個(gè)干擾節(jié)點(diǎn))來(lái)使用。可選的，他們可由同一節(jié) 點(diǎn)用于其他通信信道。有關(guān)哪些資源將被釋放的決定可由中央控制器進(jìn)行控制或W分布式 方式進(jìn)行控制。例如，在分布式技術(shù)的一實(shí)施例中，一節(jié)點(diǎn)可從正交調(diào)制方案切換至FTN方 案，從而釋放一些時(shí)間和/或頻率資源。另一節(jié)點(diǎn)可使用數(shù)個(gè)已知感測(cè)機(jī)制（例如，能量檢 巧。）中的任何感測(cè)機(jī)制來(lái)檢測(cè)所釋放的資源。如果特定資源的能量水平低于闊值，則該資源 可由該另一節(jié)點(diǎn)使用。
[0025] 2、用于干擾控制/協(xié)調(diào)的FTN MCM
[0026] 對(duì)于一般多載波調(diào)制方案而言，將在第k個(gè)子載波及η個(gè)符號(hào)上發(fā)射的輸入數(shù)據(jù)序 列可被表示為xk[n]。之后，在輸入發(fā)射信號(hào)可被寫(xiě)作：
(1)
[0027]
[002引其中g(shù)(t)為原型濾波器，To為符號(hào)間距，Μ為子載波總數(shù)量，W及IV蠻:i、,％為子載 波之間的間隔。對(duì)于0FDM-0QAM而言，輸入數(shù)據(jù)符號(hào)被分割為實(shí)部與虛部，并通過(guò)間隔由半 個(gè)符號(hào)間距的脈沖而被發(fā)射。0FDM-0QAM發(fā)射信號(hào)可被寫(xiě)作如下公式(2)所示(P.Siohan， C.Siclet and N.Lacaille"Analysis and design of OFDM/OQAM systems based on filter bank theory",IEEE Trans.Signal Process.,vol.50,pp.1170-1183,2002)：
「 1 間
[0029]
[0030] 其中
[0031] 對(duì)于正交MCM而言，采樣頻率及符號(hào)時(shí)序滿(mǎn)足關(guān)系式ToFs = l。如果脈沖W超出無(wú) ISI傳輸所允許的奈奎斯特條件的速率出現(xiàn)，則信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)可被稱(chēng)之為超奈奎斯特。請(qǐng)參 閱例如J.E.Mazo, "Faster-than-Nyquist signaling,"Bell Syst.Tech.J. ,Oct. 1975W及 Dasalukunte,D. ;Rusek,F. ; OWa II, V. , "Multicarrier Faster-Than-Nyquist Transceivers :Hardware Architecture and Performance Analysis ,"Circuits and Systems I:Regular Papers , IEEE Transactions on,vol.58,no.4,pp.827,838,Apri1 201UFTN信號(hào)發(fā)送為一種改善傳統(tǒng)正交調(diào)制方案的帶寬效率的方法。由于W超過(guò)奈奎斯特 速率的速率且在相互重疊的信道內(nèi)發(fā)射脈沖，因此在時(shí)間及頻率上都有引入的干擾(通常 被分別稱(chēng)之為符號(hào)間干擾(ISI)及載波間干擾(ICI))。
[0032] 如果W ΔΤ及ΔΡ來(lái)定義壓縮使得（ATToK AFFsXl，則當(dāng)表示FTN MCM方案的發(fā) 射信號(hào)時(shí)，公式(1)可被表達(dá)為如公式(3)所示。
[0033]
口）
[0034] 圖2示出了FTN的概念。注意該圖示出了單個(gè)