CN101087290A - 发送器和发送方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发送器和发送方法。该发送器包括：时域/频域转换装置(12)，用于将时域数据信号转换为固定数量(NDFT)的频域数据信号；子载波分配装置(14)，用于将所获得的频域数据信号分配给数量超过所述固定数量(NDFT)的(NIFFT)个子载波中的任意一个，这些子载波被分配在预定的发送频带内；和控制装置(18)，用于对子载波分配装置(14)进行控制，以将数据信号之外的信号分配给没有被分配该数据信号的空闲频带内的子载波。这样，无需诸如DFT的多个大尺寸的时域/频域转换电路，也可以提高频率利用效率即数据发送效率。

Description

发送器和发送方法
技术领域
本发明涉及发送器和发送方法。本发明涉及适合用于诸如例如使用DFT-S-OFDM(离散傅立叶变换-展频-正交频分复用)方案的移动通信系统的无线通信技术的技术。
背景技术
目前，在3GPP(第三代伙伴工程)中，第三代移动通信系统的增强标准化(长期演进)正在考虑之中。对于上行链路接入方案，考虑采用SC-FDMA(单载波-频分多址)并且利用DFT-S-OFDM实现SC-FDMA的方法是有希望的途径之一。
图8示出了侧重点在于采用DFT-S-OFDM的发送器的重要部分的结构。图8中所示的发送器例如包括调制器101、DFT(离散傅立叶变换器)102、子载波映射器103、IFFT(逆快速傅立叶变换器)104以及CP(循环前缀)插入器105。以下作为示例说明发送频带为5MHz情况下的参数。
在具有上述结构的发送器中，调制器101通过所需调制方案(例如QPSK或16QAM)对发送数据信号进行调制。经调制的数据信号具有4.5MHz的符号速率。
在NDFT(例如300)点DFT 102中针对每300个符号(被称为块)对经调制的数据信号进行DFT处理，由此将该信号从时域信号转换为频域信号。也就是说，将经DFT处理的调制数据信号转换为由NDFT(＝300)个子载波组成的信号。
子载波映射器103将这300个子载波信号映射到NIFFT(例如512)点IFFT(IFFT 104)上，由此进行频域排列。根据子载波映射方法，发送带宽在形式上被扩展，因此这种子载波映射被称为展频。
在IFFT 104中对经子载波映射的信号进行IFFT处理，由此再将该信号从频域信号转换为时域信号。图8中的示例示出了以下操作，其中将来自300点DFT 102的输出连续地排列在512点IFFT上并且将零信号插入到其余的212个点内。
这样，将DFT前的每块300点的信号转换为IFFT后的每块512点的信号。也就是说，将DFT前的4.5MHz的信号过采样为IFFT后的7.68MHz。
通过CP插入器105向每一块经IFFT处理的信号中添加CP(循环前缀)。例如，聚集七个添加了CP的块而组成一个帧。图9中示出了帧的示例。在此情况下，将一个帧中的两个块(参见阴影线部分)分配为导频符号的导频块。应该注意，导频符号(以下也简称为“导频”)是接收端已知的并且例如被用于信道估计(该信道估计用于数据信道的解调)的信号。
同时，在3GPP中考虑DFT-S-OFDM方案的原因包括频率利用效率的提高。在诸如W-CDMA的第三代移动通信方案(以下也称为“3G方案”)中，对于频带限制方法，采用时域FIR(有限脉冲响应)滤波器。通过这种方法，难以进行陡峭的频带限制并且因此需要通过具有高滚降率的FIR滤波器来进行频带限制。例如，在该3G方案中，要以5MHz带宽进行发送的信号的符号速率被限制为3.84MHz。
另一方面，如上所述，在DFT-S-OFDM中，使用大小比DFT大的IFFT将经DFT处理的频域信号转换为时域信号，由此同时进行了过采样和频带限制。在图8的结构中，没有进行波形整形并且因此与使用滚降率α为0的窗函数(矩形滤波器)进行频带限制是等同的；然而，如图10所示，例如，也可以使用滚降率为α＞0的波形整形滤波器106进行渐进频带限制。在图10的示例中，在假设发送带宽为5MHz的情况下，符号速率降至4.08MHz并且DFT的大小减小至272。因此，通过使得由DFT 102进行了DFT处理的信号通过波形整形滤波器106，来进行渐进频带限制。
图11中示出了波形整形滤波器106的波形整形滤波操作。在图11中，经DFT处理的272子载波信号(在每一端处的14个子载波)被循环地复制，由此产生了总共300个子载波的信号。然后，通过用滚降率α为0.1的升余弦函数的系数乘以该信号，来进行波形整形。
因此，在该DFT-S-OFDM中，仅通过在频域中乘以系数，就可以进行波形整形，因此可以相对容易地改变(控制)滚降率α。
通过增大滚降率α进行渐进频带限制的优点包括PAPR(峰均功率比)降低的效果。例如，如图10和11所示，在进行滚降率α为0.1的频带限制的情况下，与图8所示的通过滚降率α为0的矩形滤波器进行频带限制的情况相比，PAPR降低了0.5dB量级。在从终端进行发送的上行链路中，通过降低PAPR，可以提高最大发送功率并且因此可以获得诸如增加无线电波到达距离和提高放大器效率的优点。因此，频率利用效率和PAPR存在平衡(trade-off)关系。
在DFT-S-OFDM中，需要DFC计算处理并且因此通常存在电路尺寸增大的问题。如果点数是2的幂的FFT可以用于DFT，则可以实现电路尺寸的显著减小；然而，实际上，由于参数被设计为获得最优的频率利用效率和PAPR特性，所以DFT大小并不总是2的幂。因此，在DFT-S-OFDM方案中，存在电路尺寸增大的趋势。
以下非专利文献1、2和3与3GPP中所考虑的DFT-S-OFDM方案有关。非专利文献1是在3GPP中提出DFT-S-OFDM系统的早期阶段所准备的文献，并且描述了与DFT-S-OFDM技术有关的基本问题。非专利文献2介绍了频带限制方法以及在DFT-S-OFDM方案中考虑PAPR特性的结果。非专利文献3提出了滚降率和DFT大小的自适应控制。
[非专利文献1]  3GPP，R1-050584，Motorola，“EUTRA UplinkNumerology and Design”，2005年6月20日～21日
[非专利文献2]3GPP，R1-050702，NTT DoCoMo等，“DFT-SpreadOFDM with Pulse Shaping Filter in Frequency Domain in Evolved UTRAUplink”，2005年8月29日～9月2日
[非专利文献3]3GPP，R1-060993，NTT DoCoMo等，“Investigation onAdaptive Control of Roll-off Factor for DFT-Spread OFDM BasedSC-FDMA in Uplink”，2006年3月27日～30日
如上所述，在DFT-S-OFDM方案中，PAPR与频率利用效率存在平衡关系。已知PAPR特性还显著地依赖于调制方案。例如，在16QAM中，PAPR比在QPSK中高1.0dB量级。
因此，在针对发送数据的调制方案根据自适应调制而频繁改变的情况下，PAPR显著地改变并且因此需要进行控制以将PAPR抑制为比特定水平低的水平。例如，可以考虑这样一种方法，在该方法中，对于经16QMA调制的数据，主动地(actively)降低PAPR，而对于经QPSK调制的数据，主动地提高频率利用效率而不是降低PAPR，因此提高了整个系统的发送效率。
具体地，还如非专利文献3所提到的，在调制方案为16QAM的情况下，为了主动地降低该PAPR，增大滚降率α并且减小DFT大小(例如，如图10和11所示，将滚降率设置为0.1并且将DFT大小设置为272)。另一方面，在调制方案为QPSK的情况下，不需要进一步降低PAPR，并因此减小滚降率α并且增大DFT大小(例如，如图8所示，将滚降率α设置为0，并且将DFT大小设置为300)。
因此，在DFT-S-OFDM方案中，通过根据调制方案来改变滚降率α和DFT大小，可以提高数据发送效率。
然而，如上所述，存在DFT的电路尺寸比FFT的更大的问题。因此，在根据调制方案改变DFT大小的情况下，需要在硬件上设置多种类型的大尺寸的DFT电路，从而进一步增大了电路尺寸的影响。
发明内容
鉴于前述的和其他的问题而提出本发明。因此本发明的目的是提供一种发送器和发送方法，其可以提高频率利用效率(数据发送效率)而不需要诸如DFT的多个大尺寸的时域/频域转换电路。
为了实现上述目的，本发明使用以下发送器和发送方法。具体地说，
(1)本发明的发送器包括：时域/频域转换装置，用于将时域数据信号转换为固定数量的频域数据信号；子载波分配装置，用于将通过时域/频域转换装置得到的频域数据信号分配给数量超过所述固定数量的子载波中的任意一个，这些子载波被分配在预定的发送频带内；和控制装置，用于对子载波分配装置进行控制，以将所述数据信号之外的信号分配给空闲频带内的子载波，该空闲频带内的子载波没有被子载波分配装置分配所述数据信号。
(2)在所述发送器中，优选的是，控制装置对由子载波分配装置进行的到空闲频带中的子载波的分配进行控制，从而将所述数据信号之外的信号均匀地排列在发送频带内。
(3)所述发送器还可以包括PAPR降低信号产生装置，用于产生用于降低数据信号的PAPR(峰均功率比)的PAPR降低信号作为所述数据信号之外的信号，其中所述控制装置可以对子载波分配装置进行控制，以将由PAPR降低信号产生装置产生的PAPR降低信号分配给空闲频带内的子载波。
(4)所述发送器还可以包括导频产生装置，用于产生导频信号作为所述数据信号之外的信号，其中所述控制装置可以对子载波分配装置进行控制，以将导频产生装置产生的导频信号分配给空闲频带内的子载波。
(5)优选的是，控制装置对子载波分配装置进行控制，以在数据信号的PAPR趋向于增大时将PAPR降低信号分配给空闲频带内的子载波。
(6)优选的是，控制装置对子载波分配装置进行控制，以在数据信号的PAPR趋向于减小时将导频信号分配给空闲频带内的子载波。
(7)所述发送器还可以包括：PAPR降低信号产生装置，用于产生用于降低数据信号的PAPR的PAPR降低信号作为所述数据信号之外的信号；和导频产生装置，用于产生导频信号作为所述数据信号之外的信号，其中，所述控制装置可以对子载波分配装置进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于增大时将PAPR降低信号分配给空闲频带内的子载波，并且可以对子载波分配装置进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于减小时将导频信号分配给空闲频带内的子载波。
(8)所述发送器还可以包括：PAPR降低信号产生装置，用于产生用于降低数据信号的PAPR的PAPR降低信号作为所述数据信号之外的信号；和导频产生装置，用于产生导频信号作为所述数据信号之外的信号，其中，所述控制装置可以对子载波分配装置进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于增大时将PAPR降低信号和导频信号分配给空闲频带内的子载波，使得PAPR降低信号的数量大于导频信号的数量，并且可以对子载波分配装置进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于减小时将PAPR降低信号和导频信号分配给空闲频带内的子载波，使得导频信号的数量大于PAPR降低信号的数量。
(9)所述发送器还可以包括波形整形装置，用于进行波形整形处理以降低数据信号的PAPR，其中所述控制装置可以对该波形整形装置进行控制，以在数据信号的PAPR趋向于增大时对该数据信号进行波形整形处理。
(10)本发明的发送方法包括：将时域数据信号转换为固定数量的频域数据信号的时域/频域转换步骤；将时域/频域转换步骤中获得的频域数据信号分配给数量超过所述固定数量的子载波中的任意一个的子载波分配步骤，这些子载波被分配在预定的发送频带内；以及对子载波分配步骤进行控制，以将数据信号之外的信号分配给空闲频带内的子载波的控制步骤，所述空闲频带内的子载波没有被分配所述数据信号。
根据本发明，可以获得以下效果或优点中的至少任意一个。
(1)在将时域数据信号转换为固定数量的频域数据信号的情况下，可以将数据信号之外的信号分配(映射)给发送频带的空闲频带内的子载波；因此，不需要准备多个大尺寸的时域/频域转换电路并且不需要增加电路尺寸也可以提高频率利用效率。
(2)这里，通过进行子载波分配使得数据信号之外的信号均匀地排列在发送频带内，可以在提高频率利用效率的同时在整个发送频带上获得期望的发送或接收特性。
(3)例如，通过将PAPR降低信号分配给空闲频带内的子载波，可以降低PAPR，并且通过分配导频信号，可以增加导频信号的数量；因此，提高了数据信号的接收端的信道估计精度，这进而提高了解调能力。
(4)另外，在PAPR趋向于增加的情况下(例如在对数据信号进行16QAM调制的情况下)，对数据信号进行用于降低PAPR的波形整形处理，并且/或者将PAPR降低信号分配给空闲频带内的子载波，从而在提高了频率利用频率的同时，实现了PAPR的降低。
(5)在PAPR趋向于降低的情况下(例如在对数据信号进行QPSK调制的情况下)，将导频信号分配给空闲频带内的子载波，由此，在提高了频率利用效率的同时，提高了数据信号的接收端的信道估计精度，这进而提高了解调能力。
(6)另外，根据数据信号的PAPR的值(根据调制方案是16QAM还是QPSK)，对要分配给空闲频带内的子载波的PAPR降低信号与导频信号的比率进行控制(例如，对于前一种情况增加PAPR降低信号的数量，而对于后一种情况增加导频信号的数量)，由此在提高频率利用效率和降低PAPR的同时，可以提高解调能力和接收端的信道估计精度。
(7)如果可以将从时域数据信号到频域数据信号的转换数量(固定数量)设定为2的幂的值，则可以对时域/频域转换装置应用FFT；因此，与使用DFT的情况相比，可以显著减小电路尺寸。
通过结合附图仔细阅读以下说明书，可以理解本发明的以上和其他目的和特征。下面将参照附图更加详细地说明本发明的优选实施例。附图是例示性的，并非要限制本发明的范围。
附图说明
图1是表示根据本发明第一实施例的DFT-S-OFDM发送器的重要部分的结构的框图；
图2A示出了以下操作：在通过图1所示的调制器进行16QAM调制的情况下，对数据信号进行使用滚降率α为0.1的窗函数的波形整形(频带限制)处理，
图2B示出了以下操作：在通过图1所示的调制器进行QPSK调制的情况下，将导频信号插入空闲频带；
图3是表示移动通信系统中的移动台装置的结构的框图，该移动台装置采用了图1所示的DFT-S-OFDM发送器的结构；
图4是表示与图3所示的移动台装置进行通信的基本收发站的结构的框图；
图5是表示图1所示DFT-S-OFDM发送器的第二实施例的框图；
图6A示出了以下操作：在通过图5所示的调制器进行16QAM调制的情况下，将PAPR降低信号插入空闲频带，
图6B示出了以下操作：在通过图5所示的调制器进行QPSK调制的情况下，将导频信号插入空闲频带；
图7A示出了以下操作：在进行16QAM调制的情况下，将数量比导频信号多的PAPR降低信号插入空闲频带，
图7B示出了以下操作：在进行QPSK调制的情况下，将数量比PAPR降低信号多的导频信号插入空闲频带；
图8是表示着重于采用DFT-S-OFDM的发送器的重要部分的结构的框图；
图9示出了图8所示的发送器的发送帧的示例性结构；
图10是表示对于对数据信号进行频带限制(波形整形)的情况，基于图8所示结构的发送器的结构的框图；以及
图11示出了由图10所示的波形整形滤波器进行的波形整形(频带限制)的操作。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的优选实施例进行更详细的描述。
(A)第一实施例的说明
图1是表示根据本发明第一实施例的DFT-S-OFDM发送器的重要部分的结构的框图。如稍后在图3中描述的，例如可以将图1所示的DFT-S-OFDM发送器(以下也简称为“发送器”)应用于对于移动通信系统中的至少一个上行链路采用DFT-S-OFDM方案的移动台装置。DFT-S-OFDM发送器包括调制器11、DFT 12、波形整形滤波器13、子载波映射器14、IFFT 15、CP插入器16、导频产生器17和控制器18。
调制器11通过诸如QPSK或16QAM的所需调制方案来调制待发送的数据-信道信号(符号)(以下也称为“数据信道信号”或“数据信号”)。在本示例中，调制方案可以通过控制器18的控制而自适应地改变。
DFT(时域/频域转换装置)12对已由调制器11进行了调制的数据信道信号的每一个块进行NDFT点DFT处理，所述块由NDFT(例如272)个符号组成，由此将信号从时域信号转换为频域信号。在本示例中，DFT处理是在不改变NDFT点的数量(即DFT大小)而使用某一(固定)DFT大小的情况下进行的。因此，不论调制方案类型如何(16QAM/QPSK)，经DFT处理的调制数据信号都被转换为由固定数量的NDFT(＝272)个子载波组成的信号。
波形整形滤波器(频带限制滤波器；波形整形装置)13根据控制器18的控制，对在DFT 12中经DFT处理的数据信号有选择地进行使用窗函数的波形整形处理，并且由此进行用于降低PAPR的频带限制。这里，例如，在来自控制器18的控制信号为ON的情况下(在调制方案为16QAM的情况下)，进行如图2A所示的使用滚降率α为0.1的窗函数的波形整形(频带限制)处理；而在控制信号为OFF的情况下(在调制方案为QPSK的情况下)，不进行波形整形处理，并且将DFT 12的输出直接输出给子载波映射器14(即，进行使用滚降率α为0的窗函数的频带限制)。
子载波映射器(子载波分配器)14可以将NMAP(＞NDFT)(例如，NMAP＝300)个输入信号分配(映射)到发送频带的频率轴上(即，将信号映射到NMAP个子载波上)；然而，这里，在控制器18的控制下，从导频产生器17输入的导频信号达到冗余(NMAP-NDFT＝28个点)，该冗余是由于以下事实导致的：在调制器11中的调制方案为QPSK的情况下，仅从波形整形滤波器13输入了比NMAP小的NDFT(＝272)个符号。
也就是说，在进行QPSK调制的情况下，根据本示例的发送器可以将作为与数据符号不同的符号的导频符号插入到发送频带的未映射数据符号的空闲频带内的子载波频率中。此时，优选的是，将其上映射了导频信号的子载波分配(优选为均匀地)并且排列在该发送频带(有效子载波频带)(例如，见图2B)内。应该注意，对于16QAM调制，不执行这种导频符号插入。
导频产生器17在控制器18的控制下产生导频符号(在本示例中为28点导频符号)，该导频符号在QPSK调制的情况下将被映射到空闲频带内的子载波上。
IFFT 15对如上所述的其上已经由子载波映射器14映射了子载波的符号(数据符号，或者数据符号和导频符号)进行NIFFT点IFFT处理，由此再次将信号从频域信号转换为时域信号。图1的示例示出了以下操作，其中将来自子载波映射器14的300个点的输出排列到NIFFT(＝512)点IFFT(子载波)上，并且将零信号插入到其余的212个点中。应该注意，可以按照局部式排列或分布式排列来执行到子载波上的映射。
CP插入器16向经IFFT处理的时域信号中添加(时间复用)CP。控制器18对调制器11中的调制方案(16QAM或QPSK)、波形整形滤波器13的ON/OFF、导频产生器17的产生要插入到空闲频带内的导频符号(以下也简称为“导频”)的处理，以及导频符号在频率轴上的排列(插入)进行控制。
更具体地，如上所述，在16QAM调制时，控制器18将波形整形滤波器13控制为ON，以采用滚降率α为0.1的波形整形(频带限制)，并且进行控制，使导频产生器17的产生(插入)导频的处理停止(无效)。在QPSK调制时，控制器18将波形整形滤波器13控制为OFF，以采用滚降率α为0(即，没有限制)的频带限制，并且进行控制，使导频产生器17的产生(插入)导频的处理有效。应该注意，调制器11所采用的调制方案例如是由从基本收发站接收到的控制信息来指定的，如稍后所述。
下面将说明以上述方式构造的根据本实施例的发送器的操作。首先，通过调制器11对发送数据信道信号进行16QAM或QPSK调制。然后，在DFT 12中对调制信号进行固定DFT大小(NDFT个点)的DFT处理，由此将信号转换为频域数据信号。然后将该频域数据信号输入到波形整形滤波器13。
在调制方案为16QAM的情况下，通过控制器18将波形整形滤波器13控制为ON。如图2A所示，波形整形滤波器13对来自DFT 13的输出进行滚降率为0.1的频带限制。将经频带限制的NMAP(＝300)点数据符号输入到子载波映射器14。这时，通过控制器18的控制而没有从导频产生器17输入导频符号。
因此，子载波映射器14将NMAP(＝300)点数据符号排列(映射)到NIFFT(＝512)点IFFT(子载波频率)上。例如，将零信号插入(映射)到其余的212点子载波频率内。
另一方面，在调制方案为QPSK的情况下，通过控制器18将波形整形滤波器13控制为OFF，并且因此没有进行波形整形滤波器13的频带限制，而是将NDFT(＝272)点数据符号直接输入到子载波映射器14(即，进行滚降率α为0的频带限制)。在这种情况下，通过控制器18的控制，使导频产生器17的导频产生和插入有效，并且因此从导频产生器17输入要被映射到空闲频带(NMAP-NDFT＝28)个子载波上的导频符号。
因此，子载波映射器14将NDFT＝272点数据符号和28点导频符号(总共300点符号)排列到NIFFT＝512点IFFT(子载波频率)上。这时，如图2B所示，例如，导频信号被(均匀地)分布和排列在有效的子载波频带内(在这种情况下，例如还将零信号插入到其余的212点子载波频率内)。
这使得接收端可以在整个有效子载波频带上进行信道估计，从而使得可以提高解调特性。在要插入到空闲频带内的导频符号不是很多的情况下，通过排列导频使得导频的插入位置对于一个帧间隔内的各个块错开，可以在整个有效子载波频带上进行正确的信道估计。
在IFFT 15内对如上所述的其上被映射了子载波的信号进行IFFT处理，由此将信号转换为时域信号。然后，通过CP插入器16将CP添加(时间复用)给时域信号并且将添加了CP的信号输出给无线发送处理块(未示出)。
通过在空闲频带内插入导频，如上所述，实现了频率的有效利用，但是PAPR增大了。然而，经QPSK调制的数据信号的PAPR比经16QAM调制的数据信号要低，因此，即使PAPR增大，也可以将经QPSK调制的数据信号的PAPR抑制到比经16QAM调制的数据信号的PAPR低或与其相当的水平(或者将各个参数设定为使得可以获得比经16QAM调制的数据信号的PAPR低或与其相当的水平)。
在DFT-S-OFDM中，虽然导频符号与一个帧内的特定块进行了时间复用，如图9所示，但是，在将导频插入数据符号的空闲频带内的情况下，如上所述，可以消除导频块中的部分或全部导频。因此，可以代替导频块中的部分或全部导频，插入数据符号。这样，不仅增加了导频符号的量而且增加了数据符号的量，从而可以进一步提高频率利用效率。
如上所述，在根据本示例的发送器中，在DFT大小固定的情况下，可以根据数据信号的PAPR特性来改变波形整形滤波器13的滚降率α，并且可以将导频插入到空闲频带子载波频率中作为数据信号之外的信号。因此，在不增大电路尺寸并且PAPR的增大被抑制的情况下，可以有效地利用所提供的发送频带；另外，通过增加发送频带内所插入的导频并进行分布式排列，提高了接收端的信道估计精度，并且因此可以提高解调特性。
也就是说，由于DFT大小是固定的，所以不需要准备多个大尺寸的DFT电路，并且因此在不增大电路尺寸的情况下，可以提高频率利用效率。这里，如果可以将固定DFT大小设定为2的幂的值，则可以使用FFT；因此，与采用DFT的情况相比，可以进一步减小电路尺寸。
(A1)应用于移动台装置的示例
图3示出了移动通信系统中的应用了图1中所描述的DFT-S-OFDM发送器的结构的移动台装置(以下简称为“移动台”)的结构。图3所示的移动台(MS)与组成移动通信系统的基本收发站(BTS)4进行无线通信。移动台1对于到BTS 4的至少一个上行链路通过DFT-S-OFDM方案进行通信。
作为上行链路发送系统，根据本示例的MS 1例如包括调制器11、DFT 12、波形整形滤波器13、子载波映射器14、IFFT 15、CP插入器16和导频产生器17(如上所述)，以及导频产生器19、无线发送器(Tx)20和发送天线21。作为下行链路接收系统，MS 1例如包括接收天线31、无线接收器(Rx)32和控制信道解码器33。另外，MS 1还包括对发送和接收系统的操作进行控制的控制器18。
作为上行链路接收系统，如图4所示，BTS 4例如包括接收天线41、无线接收器(Rx)42、CP去除器(remover)43、FFT 44、子载波解映射器45、信道估计器46、信道均衡器47、IDFT(逆离散傅立叶变换器)48、数据信道解码器49、CQI测量器(measure)50、ACK/NACK产生器51和调度器52。作为下行链路发送系统，BTS 4包括控制信道产生器53、无线发送器(Tx)54和发送天线55。
在图3所示的MS 1中，如以上图9中所述，导频产生器19产生导频块内的导频。将导频与经调制器11调制的数据信道信号一起输入到DFT 12中，并对导频和信号进行NDFT点DFT处理。
无线发送器20对经CP插入器16插入了CP的数据信号进行包括D/A(数字/模拟)转换和到射频(RF)的频率转换(上转换)在内的必要的无线发送处理，由此产生上行链路RF信号。发送天线21将RF信号朝向BTS4辐射到空间中。
接收天线31接收从BTS 4发送的下行链路RF信号。无线接收器32对由接收天线31接收的RF信号进行包括到基带频率的频率转换(下转换)、A/D(模拟/数字)转换等在内的必要的无线接收处理。
控制信道解码器33对经无线接收器32处理过的下行链路信号中所包含的控制信道数据(控制信息)进行解码。如上所述，控制器18基于该控制信息对解调器11、波形整形滤波器13和导频产生器17的操作进行控制。
另一方面，在图4所示的BTS4中，接收天线41接收从MS 1发送的上行链路RF信号。如在MS 1中那样，无线接收器42对该RF信号进行包括到基带频率的下转换、A/D转换等在内的必要的无线接收处理。CP去除器43对经MS 1添加至数据信号中的CP进行去除。
FFT 44对经CP去除器43去除了CP的接收信号进行NFFT点(例如，NFFT＝NIFFT＝512点)FFT处理，由此将该信号从时域信号转换为频域信号。
子载波解映射器45提取(解映射)经FFT处理的接收信号内的映射到子载波上的信号(符号)，由此将该信号解复用为导频符号和数据符号。将导频符号发送至信道估计器46，并且将数据符号发送至信道均衡器47。
信道估计器46对于每一个子载波计算导频符号及其副本(导频副本)之间的相关性，由此确定对于每一个子载波的信道估计值。信道均衡器(信道补偿器)47使用这些信道估计值对从子载波解映射器45发送的数据符号进行信道均衡(信道补偿)。
IDFT 48对经信道均衡的数据符号进行NIDFT点(例如，NIDFT＝NDFT＝272点)IDFT处理，由此将该信号从频域信号转换为时域信号。数据信道解码器49通过适合于MS 1中的编码方案的解码方案对该时域数据信号进行解码(例如，turbo解码)。
ACK/NACK产生器51通过CRC计算等对数据信道解码器49进行的解码结果进行验证。如果结果是正常的(OK)，则ACK/NACK产生器51产生ACK信息。如果结果是不正常的(NG)，则ACK/NACK产生器51产生NACK信息。将ACK/NACK信息输入给调度器52并且用于上行链路调度。
CQI测量器50基于信道估计器46所获得的信道估计值对作为上行链路接收质量的指标的CQI(信道质量指示)进行测量。还将该CQI输入到调度器52并用于上行链路调度。
调度器52基于ACK/NACK信息和CQI，确定允许在上行链路中进行发送的至少一个MS 1以及该MS 1所使用的调制方案(16QAM或QPSK)。然后，调度器52通过下行链路控制信道将该信息(发送允许信息和调制方案信息)通知给该MS 1。
控制信道产生器53基于来自调度器52的信息，产生下行链路控制信道信号。无线发送器54对包括控制信道信号的下行链路信道信号进行包括D/A转换、到RF信号的上转换等在内的必要的无线发送处理。发送天线55将通过无线发送器54获得的下行链路RF信号朝向该MS 1发送到空间中。
下面将对以上述方式构造的移动通信系统(MS 1和BTS 4)的操作进行说明。
首先，在BTS 4中，接收天线41接收从MS 1发送的上行链路RF信号。在无线接收器42中对接收信号进行无线接收处理。然后，CP去除器43从经处理的信号中去除CP，并将去除了CP的信号输入到FFT 44中。
FFT 44对去除了CP的接收信号进行FFT处理，由此将该信号从时域信号转换为频域信号。将所获得的频域信号输入到子载波解映射器45中，在子载波解映射器45中，提取映射到每一个子载波上的信号(导频符号和数据符号)。将导频符号输入到信道估计器46，并且将数据符号输入到信道均衡器47。
信道估计器46计算针对每一个子载波进行了映射的接收导频符号与导频副本之间的相关性，并且由此确定对于每一个子载波的信道估计值。然后，信道估计器46将所获得的信道估计值输入给信道均衡器47和CQI测量器50中的每一个。
信道均衡器47基于每一个子载波的信道估计值，针对每一个子载波，对来自子载波解映射器45的数据符号进行信道均衡(信道补偿)。通过数据信道解码器49对经信道均衡的数据信道信号进行解码。如果解码的结果是正常的，则ACK/NACK产生器51产生ACK信息，而如果解码的结果是异常的，则ACK/NACK产生器51产生NACK信息。CQI测量器50基于每一个子载波的信道估计值来测量CQI。
将ACK/NACK信息和CQI输入到调度器52。调度器52基于ACK/NACK信息和CQI，确定允许在上行链路中进行发送的MS 1以及该MS1所使用的调制方案(16QAM或QPSK)。然后，调度器52经由控制信道产生器53、无线发送器54和发送天线55，通过下行链路控制信道将该信息(调制方案信息)通知给该MS 1。
通过MS 1的接收天线31来接收控制信道信号，并且在无线接收器32中对接收信号进行无线接收处理。然后，通过控制信道解码器33对经处理的信号进行解码，并且将经解码的信号输入到控制器18。经解码的控制信息包括与MS 1的发送允许有关的信息和与待用于上行链路发送的调制方案有关的信息。
如上所述，控制器18基于调制方案信息对上行链路发送系统(调制器11、波形整形滤波器13和导频产生器17)的操作进行控制。具体地说，在调制方案信息表示16QAM的情况下，控制器18将调制器11中所采用的调制方案设定为16QAM，并且将波形整形滤波器13控制为ON，并且通过导频产生器17进行控制，使得导频到空闲频带内的子载波上的映射无效。
这样，通过调制器11对从MS 1到BTS 4的上行链路数据信号进行16QAM调制，并且在DFT 12内对经调制的信号进行DFT处理，由此将该信号转换为频域信号。然后，在波形整形滤波器13(见图2A)中，使用滚降率α为0.1的窗函数对该频域信号进行频带限制。然后，通过子载波映射器14、IFFT 15和CP插入器16将经频带限制的信号映射到每一个子载波上并且将CP添加到经子载波映射的信号中。然后，经由无线发送器20和发送天线21将添加了CP的信号朝向BTS 4发送。
另一方面，在调制方案信息表示QPSK的情况下，控制器18将调制器11中所采用的调制方案设定为QPSK，并且将波形整形滤波器13控制为OFF，并且通过导频产生器17进行控制，使得导频到空闲频带内的子载波上的映射有效。
这样，通过调制器11对从MS 1到BTS 4的上行链路数据信号进行QPSK调制，并且通过DFT 12对经调制的信号进行DFT处理，由此将该信号转换为频域信号。然后，使该频域信号直接通过波形整形滤波器13(进行使用滚降率α为0的窗函数的频带限制)。然后将该信号输入到子载波映射器14。
如图1所示，子载波映射器14将来自波形整形滤波器13的数据符号映射到频域内的子载波(在IFFT上)上，并且将来自导频产生器17的导频符号映射到空闲频带内的子载波上，并且将导频符号分布(均匀地)和排列在有效子载波频带内。
这样，如上所述，在BTS 4中，信道估计器46可以在整个有效子载波频带上进行信道估计，并且因此，可以提高BTS 4的解调特性。另外，通过消除将由导频产生器19产生的导频，而是通过增加由调制器11调制的数据符号的数量，不仅增加了导频符号的数量而且增加了数据符号的数量，从而可以提高频率利用效率。
在IFFT 15中，对如上所述的其上映射了子载波的每一个符号进行IFFT处理，由此将该信号转换为时域信号。然后，通过CP插入器16将CP添加到该时域信号上，并随后经由无线发送器20和发送天线21将添加了CP的信号朝向BTS 4发送。
如上所述，通过将图1中所述的发送器的结构应用于MS 1，在无需增大MS 1的电路尺寸并且PAPR的增大被抑制的情况下，可以实现所提供的发送频带的有效利用、发送频带内的插入导频的数量的增加、BTS 4通过分布式排列的信道估计精度以及解调特性的提高。
(B)第二实施例的说明
图5是表示以上图1所示的DFT-S-OFDM发送器的第二实施例的框图。与以上图3中所示结构的情况相同，也可以将图5所示的发送器应用于MS 1的发送系统。图5中所示的结构与图1中所示结构的不同点在于，去掉了波形整形滤波器13，并且提供了PAPR降低模式/导频产生器22和控制器24来取代导频产生器17和控制器18，并且还提供了PAPR测量器23。应该注意，在图5中，除非另有说明，用与上述相同的标号标注的要素表示与上述相同或相似的元素。
PAPR降低模式/导频产生器(PAPR降低信号产生装置和导频信号产生装置)22产生具有降低PAPR和产生导频符号的模式(相位)的信号(符号)(以下称为“PAPR降低信号”)。在本示例中，PAPR降低模式/导频产生器22可以产生具有多种类型的模式的信号作为PAPR降低信号。在通过诸如16QAM调制的使PAPR趋向于增大的调制方案来调制数据信号的情况下，通过子载波映射器14将具有任意一种模式的PAPR降低信号选择性地插入到空闲频带内。在通过诸如QPSK调制的与16QAM调制相比使PAPR趋向于降低的调制方案来调制数据信号的情况下，通过子载波映射器14将导频插入到空闲频带内。
也就是说，根据本示例的子载波映射器14可以根据将要发送的数据信道信号的PAPR特性(取决于调制方案的特性)选择性地将PAPR降低信号或导频映射到空闲频带内的子载波上。在16QAM调制的情况下，通过将PAPR降低信号映射到空闲频带内的子载波上，可以获得与第一实施例中通过使用滚降率α为0.1的窗函数的频带限制所获得的效果相同的效果。
PAPR测量器23基于来自IFFT 15的输出对经IFFT处理的数据信号的PAPR进行测量。与上述第一实施例相同，控制器24控制(指定)调制器11中的调制方案(16QAM或QPSK)，并且将待映射到空闲频带内的子载波上的信号(PAPR降低信号或导频)指示给PAPR降低模式/导频产生器22。这里，如果调制方案是16QAM，则控制器24向子载波映射器14提供输出PAPR降低信号的指令，而如果调制方案是QPSK，则控制器24向子载波映射器14提供输出导频的指令。
在提供输出PAPR降低信号的指令的情况下，控制器24提供以下指令：在多种类型的模式中的任意一个被用作初始模式的情况下，以预定的循环顺序地输出具有不同模式的PAPR降低信号。然后，选择经PAPR测量器23测量的PAPR测量结果最低的模式，并且将其确定为最终映射到空闲频带内的子载波上的模式。应该注意，通常通过仅为PAPR降低信号准备几个模式，就获得了足够的降低PAPR的效果。还应该注意，PAPR降低模式/导频产生器22可以不被构造为由PAPR降低信号和导频共享，而是可以由各独的产生器来构造。
在根据本实施例的以上述方式构造的发送器中，调制器11通过由控制器24指定的调制方案对发送数据信道信号进行调制。将经调制的信号输入到DFT 12，并且在DFT 12中对该信号进行NDFT点(例如，272点)固定DFT处理，由此将该信号转换为频域信号。然后将该频域信号输入到子载波映射器14。
子载波映射器14将经DFT处理的数据信号映射(局部或分布式排列)到频率轴上的发送频带内的NMAP点(例如，300点)子载波(频率)上(IFFT)，并且将来自PAPR降低模式/导频产生器22的PAPR降低信号或导频映射到空闲频带(NMAP-NDFT点；例如，300-272＝28点)子载波上。
也就是说，在16QAM调制的情况下，数据信号的PAPR趋向于增加，因此，如图6A所示，例如，将具有多种类型的模式中的任意一种模式的PAPR降低信号排列在空闲频带内，并且将PAPR降低信号分布(均匀地)和排列在有效子载波频带内。在QPSK调制的情况下，与16QAM调制的情况相比PAPR趋向于降低，因此如图6B所示，例如，与第一实施例中相同，将导频(均匀地)排列在空闲频带内，并且将导频分布(均匀地)和排列在有效子载波频带内。作为在16QAM调制情况下插入到空闲频带内的PAPR降低信号的模式，如上所述，选择了如下模式，该模式的由PAPR测量器23在要插入的模式改变的情况下获得的PAPR测量结果最低。
在IFFT 15中，对经子载波映射的信号(符号)进行IFFT处理，由此将该信号转换为时域信号。然后，通过CP插入器16将CP添加到该时域信号中，并且最终将添加了CP的信号例如朝向BTS4无线发送。
如上所述，根据本实施例，不使用波形整形滤波器13，也可以获得与第一实施例所获得的相同的功能和效果，同时对PAPR的增加进行抑制，可以实现对发送频带的有效利用、导频数量的增加、接收端通过分布式排列的信道估计精度以及解调特性的提高。因此，如参照图3所述，在将发送器的上述结构应用到MS 1的发送系统的情况下，同样，在不增大MS 1的电路尺寸并对PAPR的增加进行抑制的情况下，也可以实现对所提供的发送频带的有效利用、发送频带内的插入导频的数量的增加、BTS 4通过分布式排列的信道估计精度以及解调特性的提高。应该注意，BTS 4的结构可以与图4所示的相同或相似。
(C)第一和第二实施例的变型例的说明
虽然在第一实施例中，在与使数据信号的PAPR趋向于增大的16QAM调制的情况相比使数据信号的PAPR趋向于降低的QPSK调制时，将导频映射到空闲频带内的所有子载波上，但是还可以组合使用导频和PAPR降低信号来进行映射。通过如此组合映射PAPR降低信号和导频，可以抑制由所插入的导频引起的PAPR的增加。
实现这种方法的结构例如可以是如下结构，其中代替图1和图3中的导频产生器17，采用图5所示的PAPR降低模式/导频产生器22，并且通过控制器18对PAPR降低信号与导频信号的插入比进行控制(指定)。
虽然在第二实施例中，在16QAM调制时，将PAPR降低信号映射到空闲频带内的所有子载波上，并且在QPSK调制时，将导频映射到空闲频带内的所有子载波上，但是在任一情况下，都可以组合使用导频和PAPR降低信号来进行映射。
具体地说，在16QAM调制时，如图7A所示，例如，以预定的比率(PAPR趋向于增大，因此，将该比率设定为使得PAPR降低信号的数量比导频多(例如，导频的数量∶PAPR降低信号的数量＝1∶2))对导频和PAPR降低信号的组合进行映射。另一方面，在QPSK调制时，与16QAM调制的情况相比，PAPR趋向于降低，并且因此如图7B，例如，以如下比率对导频和PAPR降低信号的组合进行映射，该比率被设定为使得导频的数量比PAPR降低信号多(例如，导频的数量∶PAPR降低信号的数量＝2∶1)。
例如，通过使得图5所示的控制器24可以根据调制方案信息(16QAM/QPSK)对要由PAPR降低模式/导频产生器24输出到子载波映射器14的PAPR降低信号与导频的比率进行控制，可以实现这种组合映射。
还要注意，在进行这种组合映射的情况下，优选的是，对导频和PAPR降低信号进行分布和排列，使得导频或PAPR降低信号不集中在发送频带(有效子载波频带)的一部分上。
(D)其他
虽然以上对本发明进行了详细描述，但是应该理解，本发明并不限于这些实施例，而是在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以对其进行各种变型例。
例如，虽然在第一和第二实施例中，在将导频或PAPR降低信号插入空闲频带内时滚降率α是0，但是滚降率α不必总是0。
在第一实施例中，在QPSK调制时插入导频的情况下，还可以应用比16QAM调制时所使用的滚降率α更低的滚降率的频带限制。另外，在第二实施例中，也可以进行滚降率α＞0的频带限制。
在以上实施例中，注意力集中于以下事实，即，调制数据信号的PAPR的值取决于调制方案，以采用16QAM作为调制方案的情况作为PAPR趋向于增加的情况的示例，并且以采用QPSK作为调制方案的情况作为PAPR趋向于降低的情况的示例，并且通过这些调制方案之间的不同，对进行波形整形处理是否恰当(滚降率α的设定)、PAPR降低信号/导频到空闲频带内的插入、PAPR降低信号与导频的比率等进行控制；还可以通过以与上述相同方式影响PAPR特性的发送条件或参数类似地进行等同的控制。
如以上详细的描述，根据本发明，在从时域数据信号到频域数据信号的转换的数量固定的情况下，可以将数据信号之外的信号分配给发送频带的空闲频带内的子载波；因此，无需准备多个大尺寸的时域/频域转换电路，并且无需增加电路的尺寸，可以提高频率利用效率。因此，本发明被认为在无线通信技术领域，尤其是移动通信技术领域非常有用。
本申请基于2006年6月6日在日本提交的日本申请No.2006-157610，并在此要求其优先权，此处通过引用并入其内容。

Claims (14)

1、一种发送器，该发送器包括：
时域/频域转换装置(12)，用于将时域数据信号转换为固定数量(NDFT)的频域数据信号；
子载波分配装置(14)，用于将通过所述时域/频域转换装置(12)获得的所述频域数据信号分配给数量(NIFFT)超过所述固定数量的子载波中的任意一个，这些子载波被分配在预定的发送频带内；和
控制装置(18，24)，用于对所述子载波分配装置进行控制，以将所述数据信号之外的信号分配给空闲频带内的子载波，所述空闲频带中的子载波没有被所述子载波分配装置(14)分配所述数据信号。
2、根据权利要求1所述的发送器，其中，所述控制装置(18，24)对由所述子载波分配装置(14)进行的到所述空闲频带中的子载波的分配进行控制，从而将所述数据信号之外的信号均匀地排列在所述发送频带内。
3、根据权利要求1所述的发送器，该发送器还包括PAPR降低信号产生装置(22)，用于产生用于降低所述数据信号的PAPR(峰均功率比)的PAPR降低信号作为所述数据信号之外的信号，其中
所述控制装置(18，24)对所述子载波分配装置进行控制，以将所述PAPR降低信号产生装置(22)产生的PAPR降低信号分配给所述空闲频带内的子载波。
4、根据权利要求1所述的发送器，该发送器还包括导频产生装置(22)，用于产生导频信号作为所述数据信号之外的信号，其中
所述控制装置(18，24)对所述子载波分配装置(14)进行控制，以将所述导频产生装置(22)产生的导频信号分配给所述空闲频带内的子载波。
5、根据权利要求3所述的发送器，其中，所述控制装置(18，24)对所述子载波分配装置(14)进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于增大时，将所述PAPR降低信号分配给所述空闲频带内的子载波。
6、根据权利要求4所述的发送器，其中，所述控制装置(18，24)对所述子载波分配装置(14)进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于减小时，将所述导频信号分配给所述空闲频带内的子载波。
7、根据权利要求1所述的发送器，该发送器还包括：
PAPR降低信号产生装置(22)，用于产生用于降低所述数据信号的PAPR的PAPR降低信号作为所述数据信号之外的信号；和
导频产生装置(22)，用于产生导频信号作为所述数据信号之外的信号，其中，
所述控制装置(18，24)对所述子载波分配装置(14)进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于增大时，将所述PAPR降低信号分配给所述空闲频带内的子载波，并且对所述子载波分配装置进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于减小时，将所述导频信号分配给所述空闲频带内的子载波。
8、根据权利要求1所述的发送器，该发送器还包括：
PAPR降低信号产生装置(22)，用于产生用于降低所述数据信号的PAPR的PAPR降低信号作为所述数据信号之外的信号；和
导频产生装置(22)，用于产生导频信号作为所述数据信号之外的信号，其中，
所述控制装置(18，24)对所述子载波分配装置(14)进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于增大时，将所述PAPR降低信号和所述导频信号分配给所述空闲频带内的子载波，使得所述PAPR降低信号的数量大于所述导频信号的数量，并且对所述子载波分配装置进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于减小时，将所述PAPR降低信号和所述导频信号分配给所述空闲频带内的子载波，使得所述导频信号的数量大于所述PAPR降低信号的数量。
9、根据权利要求1所述的发送器，该发送器还包括波形整形装置(13)，用于进行波形整形处理以降低所述数据信号的PAPR，其中
所述控制装置(18，24)对所述波形整形装置(13)进行控制，以在所述数据信号的PAPR趋向于增大时，对所述数据信号进行所述波形整形处理。
10、根据权利要求5、7到9中的任意一项所述的发送器，其中，在对所述数据信号进行16QAM调制时，所述数据信号的PAPR趋向于增加。
11、根据权利要求6到8中的任意一项所述的发送器，其中，在对所述数据信号进行QPSK调制时，所述数据信号的PAPR趋向于降低。
12、根据权利要求1到9中的任意一项所述的发送器，其中，所述时域/频域转换装置(12)由DFT(离散傅立叶变换器)组成。
13、根据权利要求1到9中的任意一项所述的发送器，其中，所述固定数量(NDFT)是2的幂，并且所述时域/频域转换装置(12)由FFT(快速傅立叶变换器)组成。
14、一种发送方法，该发送方法包括：
时域/频域转换步骤，用于将时域数据信号转换为固定数量(NDFT)的频域数据信号；
子载波分配步骤，用于将在所述时域/频域转换步骤中获得的所述频域数据信号分配给数量(NIFFT)超过所述固定数量(NDFT)的子载波中的任意一个，这些子载波被分配在预定的发送频带内；以及
控制步骤，用于对所述子载波分配步骤进行控制，以将所述数据信号之外的信号分配给空闲频带内的子载波，所述空闲频带内的子载波没有被分配所述数据信号。
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