ФОРМИРОВАНИЕ СПЕКТРА ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ПИКОВОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТЕЙ В БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ Российский патент 2010 года по МПК H04L27/26 

По настоящей заявке на патент испрашивается приоритет по дате подачи предварительной заявки США серийный № 60/711603, озаглавленной "METHOD OF MAINTAINING A PEAK TO AVERAGE RATIO IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM", поданной 8 февраля 2006 г., права на которую принадлежат заявителю этой заявки, и полностью включенной в этот документ по ссылке.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее раскрытие в целом относится к связи и, более конкретно, к способам для уменьшения отношения пиковой и средней мощностей (PAR) в беспроводной связи.

Уровень техники

Системы беспроводной связи широко применяют для обеспечения различных служб связи, например речевых, видео, пакетных данных, передачи сообщений, широковещательных и т.д. Эти беспроводные системы могут использовать различные схемы мультиплексирования, например мультиплексирование с кодовым разделением (CDM), мультиплексирование с разделением времени (TDM), мультиплексирование с частотным разделением (FDM), мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM), FDM единой несущей (SC-FDM) и т.д. В OFDM и SC-FDM общий диапазон частот системы разделяют на несколько ортогональных поднесущих, которые также называют тонами, элементами кодированного сигнала и т.д. Каждая поднесущая может быть модулирована данными. В общем, символы модуляции отправляют в частотной области посредством OFDM и во временной области посредством SC-FDM.

Мерой, подходящей для всех схем мультиплексирования, является отношение пиковой и средней мощностей (PAR), которое также обычно называют отношением пиковой и средней мощностей (PAPR). PAR является отношением пиковой мощности сигнала к средней мощности сигнала. Высокое PAR нежелательно, так как это может потребовать, чтобы усилитель мощности (PA) работал со средней выходной мощностью, которая может быть намного ниже пиковой выходной мощности, или снизил мощность с пиковой. Это потому, что большие пики в сигнале могут быть причиной работы PA в исключительно нелинейной области или с возможным ограничением (импульса), что в дальнейшем может вызвать интермодуляционное искажение (сигнала) и другие искажения, которые могут ухудшить качество сигнала. При работе PA с мощностью, меньшей, чем пиковая, где снижение мощности может зависеть от PAR, PA может обрабатывать большие пики в сигнале без чрезмерного искажения. Однако снижение мощности в результате время от времени приводит к неэффективной работе PA, когда в сигнале нет больших пиков. Соответственно, требуется уменьшить PAR сигнала так, чтобы PA мог работать с выходной мощностью, близкой к пиковой, в случае необходимости.

Следовательно, в данной области техники существует потребность в способах для уменьшения PAR в беспроводной связи.

Сущность изобретения

В этом документе описаны способы формирования спектра для достижения требуемого PAR для сигнала в системе беспроводной связи. В аспекте формирование спектра может выполняться выборочно для сигнала SC-FDM на основе одного или нескольких критериев. Например, формирование спектра может выполняться в условиях ограниченной мощности передачи и/или если нет схемы модуляции с меньшим PAR. В другом аспекте, если выполняется формирование спектра, то, по меньшей мере, один параметр оконной функции или фильтра, формирующего спектр, может быть установлен на основе, по меньшей мере, одной характеристики сигнала SC-FDM. Например, спад фильтра, формирующего спектр, может регулироваться на основе схемы модуляции и/или количества поднесущих, используемых для сигнал SC-FDM.

Передатчик может выполнять формирование спектра на символах модуляции, если обеспечена такая возможность, для получения спектрально сформированных символов. Формирование спектра может быть выполнено в частотной области либо в пределах выделенного диапазона частот или с расширением диапазона частот. Символы модуляции могут быть преобразованы в частотную область для получения символов частотной области. Далее на символах частотной области может быть выполнено формирование спектра, например, посредством поэлементного перемножения символов частотной области с оконной функцией для получения спектрально сформированных символов. Далее на основе спектрально сформированных символов может быть сформирован сигнал SC-FDM, например, посредством отображения спектрально сформированных символов в набор поднесущих, назначенный передатчику, преобразования отображенных символов во временную область и добавления циклического префикса к каждому символу SC-FDM.

Ниже более подробно описаны различные аспекты и признаки раскрытия.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена система беспроводной связи.

На фиг.2A-2C изображены три структуры поднесущих для SC-FDM.

На фиг.3A-3D изображены созвездия сигналов для четырех схем модуляции.

На фиг.4 изображен процесс для выборочного применения формирования спектра.

На фиг.5 изображена блок-схема абонентской аппаратуры (UE) и Узла B.

На фиг.6 изображена блок-схема модулятора SC-FDM.

На фиг.7A изображено формирование спектра в пределах выделенного диапазона частот.

На фиг.7B изображено формирование спектра с расширением диапазона частот.

На фиг.8 изображена блок-схема демодулятора SC-FDM.

На фиг.9 изображен процесс, выполняемый передатчиком для передачи данных.

На фиг.10 изображено устройство для передачи данных.

На фиг.11 изображен процесс, выполняемый приемником для приема данных.

На фиг.12 изображено устройство для приема данных.

Подробное описание

На фиг.1 изображена система 100 беспроводной связи с несколькими узлами B 110 и несколькими UE 120. Узел B обычно является стационарной станцией, которая обменивается информацией с UE и также может называться усовершенствованным узлом B (eNode B), базовой станцией, точкой доступа и т.д. Каждый узел B 110 обеспечивает зону радиосвязи для конкретной географической области и поддерживает связь для UE, находящихся в пределах зоны обслуживания. Термин "сота" может относиться к узлу B и/или его зоне обслуживания в зависимости от контекста, в котором используется этот термин. Контроллер 130 системы может соединяться с узлами B 110 и обеспечивать координацию и управление для этих узлов B. Контроллер 130 системы может быть одиночным сетевым объектом или совокупностью сетевых объектов, например шлюзом доступа (AGW), контроллером радиосети (RNC) и т.д.

UE 120 могут быть рассредоточены по всей системе, и каждый UE может быть стационарным или мобильным. UE может также называться подвижной станцией, передвижным оборудованием, терминалом, терминалом доступа, абонентским блоком, станцией и т.д. UE может быть сотовым телефоном, персональным цифровым секретарем (PDA), устройством радиосвязи, малогабаритным устройством, радиомодемом, ноутбуком и т.д. UE может не обмениваться информацией ни с одним узлом B, может обмениваться информацией с одним или несколькими узлами B по нисходящей линии связи и/или восходящей линии связи в любой данный момент. Нисходящая линия связи (или прямая линия связи) относится к линии связи из узлов B в UE, и восходящая линия связи (или обратная линия связи) относится к линии связи из UE в узлы B.

Система 100 может использовать SC-FDM, OFDM и/или другие схемы мультиплексирования. SC-FDM включает в себя (i) локализованное FDM (LFDM), при котором данные передаются по непрерывным поднесущим, (ii) FDM с чередованием (IFDM), при котором данные передаются по поднесущим, которые распределены по всему диапазону частот системы, (iii) расширенное FDM (EFDM), при котором данные передаются по нескольким группам смежных поднесущих, и (iv) другие варианты SC-FDM. LFDM также называется узкополосным FDM, классическим FDM и т.д. IFDM также называется распределенным FDM.

В общем, система 100 может использовать одну или несколько схем мультиплексирования для нисходящей линии связи и восходящей линии связи. Например, система 100 может использовать (i) OFDM для нисходящей линии связи и SC-FDM для восходящей линии связи, (ii) SC-FDM и для нисходящей линии связи и для восходящей линии связи, (iii) одну версию SC-FDM (например, LFDM) для одной линии связи и другую версию SC-FDM (например, IFDM) для другой линии связи или (iv) некоторую другую комбинацию схем мультиплексирования. Это может потребоваться для использования SC-FDM на восходящей линии связи для достижения меньшего PAR и ослабления требований к усилителю мощности UE. Это может потребоваться для использования OFDM на нисходящей линии связи для потенциального достижения более высокой производительности системы. В общем, SC-FDM, OFDM и/или другие схемы мультиплексирования могут использоваться для каждой линии связи для достижения требуемых характеристик. Для ясности ниже описаны определенные аспекты способов для передачи по восходящей линии связи из UE в узел B посредством SC-FDM.

На фиг.2A изображена структура 200 поднесущих для LFDM. Весь диапазон частот системы BW МГц разделен на несколько (K) ортогональных поднесущих, которым присвоены индексы с 1 по K, где K может быть любым целочисленным значением. Интервал между смежными поднесущими составляет BW/K МГц. Подмножество K общего количества поднесущих может быть пригодным для использования для передачи. Остальные поднесущие, которые, как правило, находятся на двух краях диапазона, могут служить поднесущими защитного интервала, чтобы система могла отвечать требованиям для спектральной маски. Для простоты, в последующем описании предполагается, что все K общего количества поднесущих пригодны для использования для передачи. Для структуры 200 поднесущих K общего количества поднесущих организуют в S неперекрывающихся наборов, причем каждый набор содержит N смежных поднесущих, где S>1, N>1 и K=S·N. Набор s для s∈{1...,S} содержит поднесущие с (s-1)·N+1 по s·N.

На фиг.2B изображена структура 210 поднесущих для IFDM. Для структуры 210 поднесущих K общего количества поднесущих организуют в S неперекрывающихся наборов, причем каждый набор содержит N поднесущих, которые равномерно распределены по всем K общего количества поднесущих, где K=S·N. Последовательные поднесущие в каждом наборе расположены друг от друга на расстоянии S поднесущих. Набор s для s∈{1...,S} содержит поднесущие s, s+S, s+2S и т.д.

На фиг.2C изображена структура 220 поднесущих для EFDM. Для структуры 220 поднесущих K общего количества поднесущих организованы в S неперекрывающихся наборов, причем каждый набор содержит G групп поднесущих, которые распределены по всем K общего количества поднесущих. Для каждого набора G групп расположены друг от друга на расстоянии S·M поднесущих и каждая группа содержит М последовательных поднесущих, где N=G·M.

В общем, структура поднесущих может включить в себя любое количество неперекрывающихся наборов поднесущих. Каждый набор поднесущих может содержать любое количество поднесущих и любую из K общего количества поднесущих. Наборы поднесущих могут содержать одинаковое или различное количество поднесущих. Для каждого набора поднесущие в наборе могут быть смежными друг с другом, как показано на фиг.2A, равномерно распределенными по всему диапазону частот системы, как показано на фиг.2B, организованными в несколько групп, которые могут быть распределены по всему диапазону частот системы, как показано на фиг.2C, или распределены по всему диапазону частот системы другими способами. Различным UE могут назначаться различные наборы поднесущих и которые впоследствии будут ортогональны друг другу в частотной области.

Система 100 может поддерживать различные схемы модуляции, например двоичную фазовую манипуляцию (BPSK), квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK), многоуровневую фазовую манипуляцию (М-PSK), квадратурную амплитудную модуляцию (QAM) и т.д. Каждая схема модуляции связана с конкретным созвездием сигналов, содержащим 2^B точек сигналов, где B=1 для BPSK, B=2 для QPSK, B=4 для 16-QAM и т.д. Каждая точка сигнала является комплексным значением для символа модуляции и связывается с отличным B-битовым двоичным значением. В общем, схемы модуляции более высокого порядка связаны с созвездиями сигналов, содержащими больше точек сигналов, и на каждый символ модуляции можно отобразить большее количество битов.

На фиг.3A изображено созвездие сигналов для BPSK. В этом созвездии сигналов существует две точки сигналов на действительной или синфазной оси в +1 и -1. В качестве альтернативы две точки сигналов могут быть определены на мнимой или квадратурной (Q) оси (не изображена на фиг.3A).

На фиг.3B изображено созвездие сигналов для QPSK. В этом созвездии сигналов существует четыре точки сигналов в 1+j, 1-j, -1+j и -1-j. Эти четыре точки сигналов соответственно находятся в ±1 на действительной оси и ±1 на мнимой оси.

На фиг.3C изображено созвездие сигналов для 16-QAM. В этом созвездии сигналов существует 16 точек сигнала в ±b1 и ±b2 и на действительной, и на мнимой осях, где b1 и b2 соответственно выбранные значения.

На фиг.3D изображено созвездие сигналов для круговой 16-QAM. В этом созвездии сигналов существует 16 точек сигналов, находящихся на двух окружностях. Четыре точки сигналов находятся на внутренней окружности с радиусом a₁. Остальные двенадцать точек сигналов находятся на внешней окружности с радиусом a₂. Отношение a₂/a₁ может изменяться, например, от 1,5 до 3,0.

На фиг.3A по фиг.3D изображены созвездия сигналов для четырех схем модуляции, которые может поддерживать система. Система может также поддерживать отличные и/или другие схемы модуляции, например 64-QAM, 256-QAM и т.д.

Для SC-FDM последовательность символов модуляции может быть передана во временной области набора поднесущих, используемого для передачи. Символы модуляции могут быть сформированы на основе одной или нескольких схем модуляции. Каждый символ модуляции является комплексным значением для точки сигнала в созвездии сигналов. Сигнал SC-FDM может быть сформирован для последовательности символов модуляции. Мощность сигнала SC-FDM может изменяться со временем. Величина изменения мощности может зависеть от созвездия(й) сигналов, используемого(ых) для формирования символов модуляции. В общем, изменение мощности может быть большим для схемы модуляции болего высокого порядка (например, 16-QAM) и меньшим для схемы модуляции более низкого порядка (например, QPSK).

Величину изменения мощности сигнала SC-FDM можно определить количественно посредством PAR. Интегральная функция распределения (CDF) мгновенной мощности сигнала SC-FDM может быть получена, например, через компьютерное моделирование. Для данного уровня мощности вероятность или количество времени, в течение которого мгновенная мощность сигнала ниже этого уровня мощности, могут быть определены из CDF. Контрольный уровень мощности может быть определен как уровень мощности, ниже которого мгновенная мощность сигнала остается в течение конкретного процента (например, 99,9%) времени. Этот процент называют рабочей точкой. В общем, контрольный уровень мощности выше для более высокой рабочей точки. PAR, в децибелах (дБ), для данной рабочей точки может быть определен как разность между контрольным уровнем мощности для этой рабочей точки и средней мощностью.

PAR для данной рабочей точки (например, 99,9%) указывает на величину изменения мощности сигнала SC-FDM. Для избежания насыщения усилителя мощности (PA), которое в результате может привести к нелинейности и интермодуляционному искажению, PA может работать со снижением мощности, которое может зависеть от PAR. Снижение мощности на x дБ может означать, что средняя мощность сигнала на выходе PA ограничена до x дБ ниже максимальной выходной мощности PA. Снижение мощности обеспечивает возможность PA усиливать большие пики сигнала без чрезмерного интермодуляционного искажения. Большое снижение мощности может использоваться для большого PAR для обеспечения достаточного запаса или запаса по мощности PA для учета больших пиков сигнала. Однако функционирование PA с большим снижением мощности из-за большого PAR приводит к неэффективной работе PA.

PAR может быть уменьшен посредством выполнения формирования спектра в частотной области. Формирование спектра относится к модификации сигнала для достижения требуемой спектральной характеристики. PAR может быть уменьшен посредством уменьшения частотных составляющих на двух краях диапазона посредством оконной функции, например окна приподнятого косинуса, окна корня из приподнятого косинуса (RRC), окна Бесселя, окна Хенинга, окна Гаусса, триангулярного окна или некоторого другого окна с коническими краями.

Формирование спектра может улучшить эффективность PA посредством уменьшения PAR, что далее может обеспечить возможность работы PA при более высокой средней выходной мощности с меньшим снижением мощности. Однако формирование спектра может также в результате привести к снижению эффективности линии связи из-за уменьшения частотных составляющих на краях диапазона. Уменьшенные частотные составляющие могут фактически уменьшить диапазон частот, используемый для передачи.

В одном аспекте формирование спектра может выполняться выборочно, когда увеличение эффективности PA больше, чем возмещение потери эффективности линии связи. Решение относительно того, выполнять или не выполнять формирование спектра, может быть принято на основе различных факторов, например:

• количества поднесущих, назначенных для передачи, или выделенного диапазона частот,

• схемы модуляции, используемой для формирования символов модуляции, и

• потерь в полосе пропускания или местоположения UE.

Термины "назначать" и "выделять" иногда используются как синонимы.

Формирование спектра может преимущественно применяться, когда UE находится в условиях ограниченной мощности передачи, т.е. в ситуации, в которой использование большей мощности передачи (если таковая доступна) было бы полезно. Находится или нет UE в условиях ограниченной мощности передачи, может зависеть от количества назначенных поднесущих, местоположения UE и т.д. Для данной максимальной выходной мощности PA (например, 21 дБм), UE, скорее всего, будет в условиях ограниченной мощности передачи, когда будет назначено большее количество поднесущих. Это потому, что для большего количества поднесущих используется больше мощности передачи для достижения данного отношения сигнал/шум (SNR) для каждой поднесущей. Необходимая мощность передачи может, соответственно, масштабироваться линейно по количеству поднесущих. UE также, скорее всего, будет в условиях ограниченной мощности передачи, когда оно находится на краю соты или когда наблюдаются большие потери в полосе пропускания обслуживающей соты. Это потому, что может потребоваться большая мощность передачи для учета больших потерь в полосе пропускания и достижения требуемого SNR в обслуживающей соте. Когда UE находится в условиях ограниченной мощности передачи, применение формирования спектра может уменьшить PAR, что далее может обеспечить возможность UE управлять своим PA с меньшим снижением мощности и, соответственно, увеличивать среднюю выходную мощность PA. Увеличение эффективности PA может больше чем возместить потерю эффективности линии связи, когда UE находится в условиях ограниченной мощности передачи.

С другой стороны, когда количество назначенных поднесущих невелико и/или потери в полосе пропускания небольшие, UE может достичь требуемого SNR для каждой поднесущей посредством относительно низкой выходной мощности PA. Когда UE не находится в условиях ограниченной мощности передачи, применение формирования спектра может в результате привести к потере эффективности линии связи без какого-либо заметного увеличения эффективности PA.

PAR, как правило, выше для схемы модуляции более высокого порядка. PAR можно уменьшать посредством постепенного выбора схемы модуляции более низкого порядка до достижения QPSK, например, переходя от 64-QAM к 16-QAM и затем от 16-QAM к QPSK. Схемы модуляции более высокого порядка могут быть выбраны при хороших условиях на канале и/или когда UE не находится в условиях ограниченной мощности передачи. В этих случаях формирование спектра можно не выполнять и при необходимости уменьшения PAR вместо этого можно уменьшать порядок модуляции. Формирование спектра может применяться для схем модуляции более низкого порядка, например QPSK. В общем, принятие решения относительно того, выполнить или не выполнять формирование спектра, может базироваться исключительно на схеме модуляции, на схеме модуляции и других факторах, например, отмеченных выше, или на факторах, отличных от схемы модуляции.

На фиг.4 изображена схема процесса для выборочного применения формирования спектра. Определяется, находится ли UE в условиях ограниченной мощности передачи, что может зависеть от количества поднесущих, выделенных UE, местоположения UE и т.д. (этап 412). Можно считать, что UE находится в условиях ограниченной мощности передачи, если работа PA с более высокой средней выходной мощностью улучшает характеристики. Если UE не находится в условиях ограниченной мощности передачи, как определено в блоке 414, то формирование спектра можно не выполнять (блок 416). В противном случае, если UE находится в условиях ограниченной мощности передачи, то можно определять, имеется ли схема модуляции более низкого порядка, связанная с меньшим PAR (например, QPSK) (блок 418). Если ответ 'Да', то можно выбрать схему модуляции более низкого порядка для уменьшения PAR и обеспечения возможности PA работать с более высокой средней выходной мощностью (этап 420). В противном случае, если нет схемы модуляции более низкого порядка с меньшим PAR, то для уменьшения PAR можно применять формирование спектра (этап 422).

На фиг.4 изображена конкретная схема, в которой формирование спектра применяют, когда UE находится в условиях ограниченной мощности передачи и если нет схемы модуляции более низкого порядка с меньшим PAR. В общем, формирование спектра может быть выборочно применено на основе любого одного или нескольких критериев, которые могут быть определены на основе любых факторов. Например, формирование спектра может быть применено, когда UE находится в условиях ограниченной мощности передачи, независимо от схемы модуляции. В качестве другого примера формирование спектра может быть выборочно применено на основе количества поднесущих и/или схемы модуляции, например, согласно предопределенному списку правил.

Если может выборочно применяться формирование спектра, то UE может отправлять информацию управления в узел B каждый раз, когда применяется формирование спектра. Например, узел B может указывать или сообщать UE, выполнять или не выполнять формирование спектра, и UE может просто повиноваться управляющей команда из узла B. Формирование спектра может также применяться на основе одного или нескольких предопределенных критериев или правил, которые могут быть известны заранее и UE и узлу B. В этом случае узел B может предполагать, что формирование спектра применяется UE каждый раз, когда удовлетворяются один или несколько критериев или правил, и передача информации управления может быть опущена. Обработка в узле B может зависеть от того, применено или нет формирование спектра в UE. Например, в процессе декодирования уменьшенным частотным составляющим можно давать меньший вес, когда применяется формирование спектра.

В другом аспекте один или несколько параметров оконной функции или фильтра, формирующего спектр, могут изменяться в зависимости от одной или нескольких характеристик сигнала, например схемы модуляции, количества выделенных поднесущих и т.д. В одной схеме переходные края фильтра, формирующего спектр, выбираются на основе схемы модуляции и количества поднесущих. Например, более широкие переходные края могут использоваться для схемы модуляции более низкого порядка и/или большего количества поднесущих. Более узкие переходные края могут использоваться для схемы модуляции более высокого порядка и/или меньшего количества поднесущих. Переходные края могут выбираться для поддержания примерно постоянного PAR, что может уменьшить потерю эффективности линии связи и в то же время обеспечить возможность PA работать при постоянной сниженной мощности.

На фиг.5 изображена блок-схема модели UE 120 и узла B 110, которые являются одними из UE и узлов B на фиг.1. Для простоты на фиг.5 изображены только процессоры для передачи по восходящей линии связи.

В UE 120 процессор 510 данных передатчика (TX) принимает данные трафика и информацию управления для отправки в узел B 110, обрабатывает (например, кодирует, перемежает и отображает в символы) данные трафика, информацию управления и пилот-сигнал и обеспечивает символы модуляции. Модулятор 520 SC-FDM выполняет модуляцию SC-FDM на символах модуляции, как описано ниже, и обеспечивает выходные сэмплы. Передатчик (TMTR) 522 обрабатывает (например, преобразует в аналоговые, усиливает, фильтрует и преобразует с повышением частоты) выходные сэмплы и формирует сигнал восходящей линии связи, который передается через антенну 524.

В узле B 110 антенна 552 принимает сигнал восходящей линии связи из UE 120 и обеспечивает принятый сигнал в приемник (RCVR) 554. Приемник 554 обрабатывает (например, фильтрует, усиливает, преобразует с понижением частоты и оцифровывает) принятый сигнал и обеспечивает принятые сэмплы. Демодулятор SC-FDM (Demod) 560 выполняет демодуляцию SC-FDM на принятых сэмплах, как описано ниже, и обеспечивает оценки символов модуляции, которые являются оценками символов модуляции, отправленных UE 120. Процессор 570 данных приемника (RX) обрабатывает (например, отображает из символов, устраняет перемежение и декодирует) оценки символов модуляции и обеспечивает декодированные данные и информацию управления. В общем, обработка демодулятором 560 SC-FDM и процессором 570 данных RX в узле B 110 является комплементарной к обработке модулятором 520 SC-FDM и процессором 510 данных TX, соответственно, в UE 120.

Контроллеры/процессоры 530 и 580 управляют работой в UE 120 и узле B 110 соответственно. Блоки памяти 532 и 582 хранят коды программ и данные для UE 120 и узла B 110 соответственно.

На фиг.6 изображена блок-схема модели модулятора 520 SC-FDM в UE 120 на фиг.5. В модуляторе 520 SC-FDM последовательно-параллельный преобразователь (S/P) 610 принимает символы модуляции из процессора 510 данных TX и в каждый период символа SC-FDM обеспечивает N символов модуляции для N поднесущих, назначенных UE. Блок 612 дискретного преобразования Фурье (DFT) выполняет N-точечное DFT на N символах модуляции, преобразует эти символы модуляции из временной области в частотную область и обеспечивает N символов частотной области. Блок 614 формирования спектра принимает N символов частотной области из блока 612 DFT и управляющий элемент формирования спектра из контроллера 530. Блок 614 выполняет формирование спектра на символах частотной области в частотной области, когда обеспечена такая возможность и как указано управляющим элементом формирования спектра, и обеспечивает N спектрально сформированных символов. Блок 616 отображения символа-на-поднесущую принимает N спектрально сформированных символов, отображает эти символы на N поднесущих, назначенных UE, и отображает нулевые символы со значением сигнала ноль на K-N оставшихся поднесущих. Эти N назначенных поднесущих могут быть смежными, как изображено на фиг.2A, распределенными по всему диапазону частот системы, как изображено на фиг.2B, распределенными в группах по всему диапазону частот системы, как изображено на фиг.2C, и т.д.

Блок 618 обратного DFT (IDFT) принимает K символов из блока 616 отображения для K общего количества поднесущих, выполняет K-точечное IDFT на этих K символах для преобразования символов из частотной области во временную область и обеспечивает N сэмплов временной области. Каждый сэмпл временной области является комплексным значением, которое передается в одном периоде сэмпла. Параллельно-последовательный преобразователь (P/S) 620 преобразует из параллельной в последовательную форму K сэмплов временной области и обеспечивает полезную часть символа SC-FDM. Генератор 622 циклического префикса копирует последние C сэмплов полезной части и добавляет эти C сэмплов перед полезной частью для формирования символа SC-FDM, (содержащего) K+C сэмплов. Циклический префикс используется для борьбы с межсимвольными помехами (ISI), вызванными частотно-избирательным замиранием. Период символа SC-FDM равен продолжительности одного символа SC-FDM и равен K+C периодам сэмпла.

Формирование спектра может быть выполнено на основе различных окон. В одной модели формирование спектра основано на окне приподнятого косинуса, что может быть выражено как:

Уравнение (1)

где w_rc(n) - оконная функция приподнятого косинуса, n - индекс сэмпла и L - ширина перехода окна или спад, в количестве сэмплов.

Оконная функция w_rc(n) не равна нулю для n=1,...,N и равна нулю для всех других значений n. Оконная функция w_rс(n) переходит от 0,0 к 1,0 на первых L сэмплах на переднем крае и переходит от 1,0 к 0,0 на последних L сэмплах на заднем крае. L является шириной перехода окна и определяет спад и на переднем и на заднем краях. L может быть конфигурируемым параметром, который может быть выбран на основе количества назначенных поднесущих, схемы модуляции и т.д. Например, L может быть пропорционален N. L может также соотноситься с модуляцией в обратном порядке, например для более высокого порядка модуляции может быть выбрано меньшее значение L и наоборот.

В другой модели формирование спектра основано на окне корня из приподнятого косинуса w_rrc (n), которое может быть выражено как . Формирование спектра может также быть основано на других окнах.

На фиг.7A изображено формирование спектра в частотной области в пределах выделенного диапазона частот из N поднесущих. Оконная функция или фильтр, формирующий спектр, содержащие N ненулевых значений, могут быть определены на основе окна приподнятого косинуса, окна корня из приподнятого косинуса и т.д. N ненулевых значений оконной функции могут быть перемножены поэлементно с N символами частотной области из блока 612 DFT для получения N спектрально сформированных символов. Для оконной функции, представленной в уравнении (1), первые и последние L символов частотной области уменьшаются оконной функцией и оставшиеся символы частотной области не затрагиваются оконной функцией. Формирование спектра может быть выполнено в пределах выделенного диапазона частот из N поднесущих, как изображено на фиг.7A. В этом случае за пределами выделенного диапазона частот нет никаких компонентов сигнала.

На фиг.7B изображено формирование спектра в частотной области с расширением диапазона частот. Оконная функция, содержащая более N (или N') ненулевых значений, может быть определена на основе окна приподнятого косинуса, окна корня из приподнятого косинуса и т.д., где N'>N. Например, оконная функция может быть определена так, что ее срединная точка (0.5) будет находиться на краях выделенного диапазона частот, как изображено на фиг.7B. N символов частотной области из блока 612 DFT могут быть повторены, и соответствующее количество символов префикса и символов суффикса может быть добавлено в начало и конец этих N символов частотной области так, что общее количество символов частотной области (N') будет соответствовать длине оконной функции. После этого N' ненулевых значений оконной функции может быть перемножено поэлементно с N' символами частотной области для получения N' спектрально сформированных символов. Формирование спектра с расширением диапазона частот может в результате привести к тому, что некоторые компоненты сигнала будут находиться за пределами выделенного диапазона частот.

Для формирования спектра в пределах выделенного диапазона частот и формирования спектра с расширением диапазона частот PAR результирующего сигнала может зависеть от схемы модуляции, количества поднесущих, спада окна и т.д. Для достижения требуемого PAR для заданной схемы модуляции и заданного количества поднесущих можно выбрать соответствующую оконную функцию и/или параметр оконной функции (например, спад).

На фиг.8 изображена блок-схема модели демодулятора 560 SC-FDM в узле B 110 на фиг.5. В демодуляторе 560 SC-FDM блок 810 удаления циклического префикса получает K+C принятых сэмплов для каждого принятого символа SC-FDM, удаляет C принятых сэмплов, соответствующих циклическому префиксу, и обеспечивает K принятых сэмплов для полезной части принятого символа SC-FDM. Последовательно-параллельный преобразователь 812 обеспечивает K принятых сэмплов в параллельной форме. Блок DFT 814 выполняет K-точечное DFT на K принятых сэмплах и обеспечивает K принятых символов. Блок 816 восстановления cимвола из поднесущей обеспечивает N принятых символов из N поднесущих, назначенных UE, и сбрасывает остальные принятые символы. Блок 818 масштабирует N принятых символов на основе формирования спектра, выполненного UE 120. Кроме того, блок 818 выполняет детектирование данных (например, согласованную фильтрацию, эквалайзинг и т.д.) на N масштабированных символах посредством оценок коэффициента усиления канала и обеспечивает N детектированных символов. Блок 820 IDFT выполняет N-точечное IDFT на N детектированных символах и обеспечивает N оценок символа модуляции для принятого символа SC-FDM.

Для ясности упомянутые способы были описаны конкретно для передачи по восходящей линии связи из UE в узел B. Эти способы также можно использовать для передачи по нисходящей линии связи из узла B в UE, для передачи в одноранговой сети из одного UE в другое UE и т.д. Эти способы могут использоваться для различных сетей и систем беспроводной связи. Например, эти способы можно использовать для беспроводных глобальных сетей (WWAN), например сотовых и широковещательных сетей, беспроводных сетей масштаба города (WMAN), беспроводных локальных сетей (WLAN) и т.д.

На фиг.9 представлена схема процесса 900, выполняемая передатчиком (например, UE или узлом B) для передачи данных. Выполнять или не выполнять формирование спектра для сигнала SC-FDM может быть определено на основе, по меньшей мере, одного критерия (этап 912). Например, формирование спектра может быть выполнено в условиях ограниченной мощности передачи и/или если нет схемы модуляции с меньшим PAR. Выполнять или не выполнять формирование спектра также может быть определено на основе, по меньшей мере, одной характеристики сигнала SC-FDM, например, на основе схемы модуляции и/или количества поднесущих, используемых для сигнала SC-FDM. Решение о выполнении или не выполнении формирования спектра может принимать передатчик. В качестве альтернативы приемник может указывать передатчику, применять или не применять формирование спектра, в этом случае передатчик может просто проверять команду или информацию управления от приемника для этапа 912. Если формирование спектра выполняется, то, по меньшей мере, один параметр оконной функции или фильтра, формирующего спектр, может быть установлен на основе, по меньшей мере, одной характеристики сигнала SC-FDM (этап 914). Например, спад фильтра, формирующего спектр, может быть установлен на основе схемы модуляции и/или количества поднесущих, используемых для сигнала SC-FDM.

Формирование спектра можно выполнять на символах модуляции, если обеспечена такая возможность, для получения спектрально сформированных символов (этап 916). Формирование спектра можно выполнять в частотной области или в пределах выделенного диапазона частот (например, как изображено на фиг.7A), или с расширением диапазона частот (например, как изображено на фиг.7B). Символы модуляции могут быть преобразованы в частотную область для получения символов частотной области. Далее на символах частотной области может быть выполнено формирование спектра, например, посредством поэлементного перемножения символов частотной области с оконной функцией для получения спектрально сформированных символов.

Сигнал SC-FDM может быть сформирован на основе спектрально сформированных символов (этап 918). Спектрально сформированные символы могут быть отображены в набор смежных поднесущих для LFDM, набор поднесущих, распределенный по всему диапазону частот системы для IFDM, или некоторый другой набор поднесущих. На основе отображенных спектрально сформированных символов может быть сформирован сигнал SC-FDM, например, посредством преобразования отображенных символов во временную область и добавления циклического префикса к каждому символу SC-FDM.

На фиг.10 изображена модель устройства 1000 для передачи данных. Устройство 1000 включает в себя средство для определения, выполнять или не выполнять формирование спектра для сигнала SC-FDM, на основе, по меньшей мере, одного критерия (модуль 1012), средство для установки, по меньшей мере, одного параметра оконной функции или фильтра, формирующего спектр, на основе, по меньшей мере, одной характеристики сигнала SC-FDM (модуль 1014), средство для выполнения формирования спектра на символах модуляции, если обеспечена такая возможность, для получения спектрально сформированных символов (модуль 1016) и средство для формирования сигнала SC-FDM на основе спектрально сформированных символов (модуль 1018). Модули с 1012 по 1018 могут содержать процессоры, электронные устройства, аппаратные устройства, электронные компоненты, логические схемы, блоки памяти и т.д. или любую их комбинацию.

На фиг.11 представлена схема процесса 1100, выполняемого приемником (например, узлом B или UE) для приема данных. Может быть принят сигнал SC-FDM, несущий спектрально сформированные символы (этап 1112). Сигнал SC-FDM может быть обработан для получения оценок символа модуляции для набора поднесущих, используемых для передачи (этап 1120). Для этапа 1120 принятые сэмплы для сигнала SC-FDM могут быть преобразованы в частотную область для получения принятых символов для множества поднесущих (этап 1122). После этого может быть выполнено масштабирование символа на принятых символах для набора поднесущих, используемых для передачи, в зависимости от формирования спектра, выполненного передатчиком, для получения масштабированных символов (этап 1124). На масштабированных символах может быть выполнено детектирование данных для получения детектированных символов (также этап 1124). Детектированные символы могут быть преобразованы во временную область для получения оценок символа модуляции (этап 1126).

На фиг.12 изображена модель устройства 1200 для приема данных. Устройство 1200 включает в себя средство для приема сигнала SC-FDM, несущего спектрально сформированные символы (модуль 1212), и средство для обработки сигнала SC-FDM для получения оценок символа модуляции для набора поднесущих, используемых для передачи (модуль 1220). Модуль 1220 может включать в себя средство для преобразования принятых сэмплов для сигнала SC-FDM в частотную область для получения принятых символов для множества поднесущих (модуль 1222), средство для выполнения масштабирования символа и детектирования данных на принятых символах для набора поднесущих, используемого для передачи, для получения детектированных символов (модуль 1224) и средство для преобразования детектированных символов во временную область для получения оценок символа модуляции (модуль 1226). Модули с 1212 по 1226 могут содержать процессоры, электронные устройства, аппаратные устройства, электронные компоненты, логические схемы, блоки памяти и т.д. или любую их комбинацию.

Описанные в этом документе способы можно реализовать различными средствами. Например, эти способы могут быть реализованы аппаратными средствами, программно-аппаратными средствами, программными средствами или их комбинацией. Для реализации аппаратными средствами процессоры в объекте (например, UE или узле B) могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах (ASIC), в одном или нескольких цифровых сигнальных процессорах (DSP), устройствах цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), в одной или нескольких пользовательских программируемых вентильных матрицах (FPGA), в одном или нескольких процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных блоках, предназначенных для выполнения описанных в этом документе функций, на компьютере или их комбинациях.

Для реализации программно-аппаратными средствами и/или программными средствами описанные в этом документе способы могут быть реализованы посредством модулей (например, процедур, функций и т.д.), которые выполняют описанные в этом документе функции. Коды программно-аппаратного обеспечения и/или программного обеспечения могут храниться в памяти (например, памяти 532 или 582 на фиг.5) и выполняться процессором (например, процессором 530 или 580). Память может быть реализована внутри или вне процессора.

Предыдущее описание предложенного изобретения дано для того, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники создать или использовать это изобретение. Специалистам в данной области техники будут очевидны различные модификации этого изобретения, и определенные в этом документе общие принципы могут быть применены к другим вариантам, не выходя за пределы сущности и объема изобретения. Соответственно, не существует намерения ограничить это изобретение описанными в этом документе примерами, а предоставить полную свободу действий, согласующихся с принципами и отличительными признаками, раскрытыми в этом документе.

Изобретение относится к области беспроводной связи. Достигаемый технический результат - уменьшение отношения пиковой и средней мощностей в беспроводной связи. В способе и устройстве для формирования сигнала мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM) осуществляется формирование спектра на символах модуляции для получения спектрально сформированных символов на основе одного или нескольких критериев, например путем установления одного параметра фильтра, формирующего спектр, на основе, по меньшей мере, одной характеристики сигнала SC-FDM, при этом формирование спектра может быть основано на количестве поднесущих, используемых для сигнала SC-FDM. Формирование спектра может быть выполнено в частотной области либо в пределах выделенного диапазона частот или с расширением диапазона частот. 7 н. и 20 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для формирования сигнала мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM), содержащее:
по меньшей мере, один процессор, сконфигурированный для выполнения формирования спектра на символах модуляции для получения спектрально сформированных символов и для формирования сигнала мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM) на основе спектрально сформированных символов, и память, соединенную, по меньшей мере, с одним процессором, при этом, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для установления, по меньшей мере, одного параметра фильтра, формирующего спектр, на основе, по меньшей мере, одной характеристики сигнала SC- FDM и
выполнения формирования спектра на символах модуляции на основе фильтра, формирующего спектр, для установления спада фильтра, формирующего спектр, на основе, по меньшей мере, одной характеристики сигнала SC- FDM, и для установления, по меньшей мере, одного параметра фильтра, формирующего спектр, на основе, по меньшей мере, одной из схем модуляции, используемой для формирования символов модуляции, и количества поднесущих, используемых для сигнала SC- FDM.

2. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для выполнения формирования спектра на символах модуляции в частотной области в пределах выделенного диапазона частот.

3. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для выполнения формирования спектра на символах модуляции в частотной области с расширением диапазона частот.

4. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для преобразования символов модуляции в частотную область для получения символов частотной области и для выполнения формирования спектра на символах частотной области для получения спектрально сформированных символов.

5. Устройство по п.4, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для выполнения формирования спектра посредством перемножения символов частотной области с оконной функцией для получения спектрально сформированных символов.

6. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для приема команды для выполнения формирования спектра на символах модуляции и для выполнения формирования спектра, как указано принятой командой.

7. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для определения, выполнять ли формирование спектра на символах модуляции на основе, по меньшей мере, одного критерия.

8. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для выполнения формирования спектра на символах модуляции в условиях ограниченной мощности передачи.

9. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для выполнения формирования спектра на символах модуляции в условиях ограниченной мощности передачи и, если нет схемы модуляции с меньшим отношением пиковой и средней мощностей (PAR).

10. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для определения, выполнять ли формирование спектра на символах модуляции на основе, по меньшей мере, одной характеристики сигнала SC-FDM.

11. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для определения, выполнять ли формирование спектра на символах модуляции на основе, по меньшей мере, одной из схем модуляции, используемой для формирования символов модуляции, и количества поднесущих, используемых для сигнала SC-FDM.

12. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для отображения спектрально сформированных символов в набор смежных поднесущих и формирования сигнала SC-FDM на основе отображенных спектрально сформированных символов.

13. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для отображения спектрально сформированных символов в набор поднесущих, распределенных по всему диапазону частот системы, и формирования сигнала SC-FDM на основе отображенных спектрально сформированных символов.

14. Способ для формирования сигнала мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM), содержащий:
выполнение формирования спектра на символах модуляции для получения спектрально сформированных символов, и формирование сигнала мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM) на основе спектрально сформированных символов, при этом формирование спектра на символах модуляции содержит установление, по меньшей мере, одного параметра фильтра, формирующего спектр, на основе, по меньшей мере, одной характеристики сигнала SC-FDM, и выполнение формирования спектра на символах модуляции на основе фильтра, формирующего спектр, при этом формирование спектра, по меньшей мере, основано на количестве поднесущих, используемых для сигнала SC-FDM.

15. Способ по п.14, также содержащий определение, выполнять ли формирование спектра на символах модуляции на основе, по меньшей мере, одного критерия.

16. Способ по п.14, в котором выполнение формирования спектра на символах модуляции содержит выполнение формирования спектра в частотной области в пределах выделенного диапазона частот.

17. Способ по п.14, в котором выполнение формирования спектра на символах модуляции содержит преобразование символов модуляции в частотную область для получения символов частотной области, и выполнение формирования спектра на символах частотной области для получения спектрально формированных символов, и в котором формирование сигнала SC-FDM содержит отображение спектрально сформированных символов в набор поднесущих, и формирование сигнала SC-FDM на основе отображенных спектрально сформированных символов.

18. Устройство для формирования сигнала мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM), содержащее: средство для выполнения формирования спектра на символах модуляции для получения спектрально сформированных символов, и средство для формирования сигнала мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM) на основе спектрально сформированных символов, при этом средство для выполнения формирования спектра на символах модуляции содержит:
средство для установления, по меньшей мере, одного параметра фильтра, формирующего спектр, на основе, по меньшей мере, одной характеристики сигнала SC-FDM, и средство для выполнения формирования спектра на символах модуляции на основе фильтра,
формирующего спектр, при этом формирование спектра, по меньшей мере, основано на количестве поднесущих, используемых для сигнала SC-FDM.

19. Устройство по п.18, также содержащее средство для определения, выполнять ли формирование спектра на символах модуляции на основе, по меньшей мере, одного критерия.

20. Машиночитаемый носитель информации, содержащий сохраненные на нем наборы инструкций, включающие в себя: первый набор инструкций для выполнения формирования спектра на символах модуляции для получения спектрально сформированных символов, и второй набор инструкций для формирования символов мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM) на основе спектрально сформированных символов, при этом формирование спектра, по меньшей мере, основано на количестве поднесущих, используемых для сигнала SC-FDM.

21. Машиночитаемый носитель информации по п.20, также содержащий третий набор инструкций для определения, выполнять ли формирование спектра на символах модуляции на основе, по меньшей мере, одного критерия.

22. Устройство для получения оценок символа модуляции для набора поднесущих, используемых для передачи, содержащее: по меньшей мере, один процессор, сконфигурированный для приема сигнала мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM), несущего спектрально сформированные символы, и для обработки сигнала SC-FDM для получения оценок символа модуляции для набора поднесущих, используемых для передачи, и память, соединенную, по меньшей мере, с одним процессором, при этом формирование спектра, по меньшей мере, основано на количестве поднесущих, используемых для сигнала SC-FDM.

23. Устройство по п.22, в котором, по меньшей мере, один процессор сконфигурирован для преобразования принятых сэмплов для сигнала SC-FDM в частотную область для получения принятых символов для множества поднесущих, для масштабирования принятых символов для набора поднесущих, используемого для передачи, для получения масштабированных символов, для выполнения детектирования данных на масштабированных символах для получения детектированных символов и для преобразования детектированных символов во временную область для получения оценок символа модуляции.

24. Способ для получения оценок символа модуляции для набора поднесущих, используемых для передачи, содержащий: прием сигнала мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM), несущего спектрально сформированные символы, и обработку сигнала SC-FDM для получения оценок символа модуляции для набора поднесущих, используемых для передачи, при этом формирование спектра, по меньшей мере, основано на количестве поднесущих, используемых для сигнала SC-FDM.

25. Способ по п.24, в котором обработка сигнала SC-FDM содержит преобразование принятых сэмплов для сигнала SC-FDM в частотную область для получения принятых символов для множества поднесущих, выполнение детектирования данных на принятых символах для набора поднесущих, используемого для передачи, для получения детектированных символов, и преобразование детектированных символов во временную область для получения оценок символа модуляции.

26. Устройство для получения оценок символа модуляции для набора поднесущих, используемых для передачи, содержащее: средство для приема сигнала мультиплексирования с частотным разделением единой несущей (SC-FDM), несущего спектрально сформированные символы, и средство для обработки сигнала SC-FDM для получения оценок символа модуляции для набора поднесущих, используемых для передачи, при этом формирование спектра, по меньшей мере, основано на количестве поднесущих, используемых для сигнала SC-FDM.

27. Устройство по п.26, в котором средство для обработки сигнала SC-FDM содержит средство для преобразования принятых сэмплов для сигнала SC-FDM в частотную область для получения принятых символов для множества поднесущих, средство для выполнения детектирования данных на принятых символах для набора поднесущих, используемого для передачи, для получения детектированных символов, и средство для преобразования детектированных символов во временную область для получения оценок символа модуляции.