CN101179548A - 用于正交频分复用通信的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种使用正交频分复用(OFDM)通信系统发送和接收数字信号的方法和设备。在这种方法中，子载波根据可用的频率带宽被分割为多个子载波组，在发送部分分别发送子载波，并且在接收部分组合子载波组，并将子载波组恢复为原始信号。因此，通过结合认知无电技术可有效地使用无线资源。

Description

用于正交频分复用通信的方法和设备
本申请要求于2006年11月10日提交到韩国知识产权局的第10-2006-0111232号韩国专利申请的优先权，该公开完全包含于此以资参考。
技术领域
根据本发明的方法和设备涉及无线通信，更具体地讲，涉及使用正交频分复用(OFDM)通信系统发送和接收数字信号。
背景技术
近来，已经在对认知无线电技术以及有效无线通信的频率资源的利用进行了积极研究。图1A和1B是用于描述认知无线电技术的示图。参照图1A，通常，以使得不与各种无线通信标准交叠的方式分配无线通信可用的频率资源。因此，尽管分配给其他通信标准的信道没有正被使用，但是如果分配给相应标准的所有信道正被使用，则不可能进行与根据特定标准通信的装置进行通信。
认知无线电技术根据区域和时间搜索可用的无线信道以使用可用的信道。如图1B所示，可搜索并使用可用的信道，而不管时间和频带。
图2A至2C是用于描述OFDM通信的示图。
图2A是OFDM发送设备的框图。参照图2A，当输入数字信号时，串并(S/P)转换器21将数字信号分割为多个信号，从而将信号输入给逆快速傅里叶变换(IFFT)装置22。在图2A中，假设使用三点IFFT。IFFT装置22对输入信号执行IFFT。当完成IFFT时，产生与多个子载波相应的数字信号。由于IFFT和FFT公知并且在各种文档中公开，因此将省略对其的详细描述。
并串(P/S)转换器23组合从IFFT装置22输出的数字信号，随后将所述信号转换为串行信号。数模(D/A)转换器24将从P/S转换器23输出的数字信号转换为模拟信号。混频器25使用具有射频(RF)的载波执行上变频。
图2B和2C是示出从图2A中示出的OFDM发送设备的①和②输出的信号的频域曲线图。如图2B所示，图2A的混频器25将由IFFT产生的基带的子载波调制为载波的频带的RF信号，随后向外发送调制的信号。
在上述OFDM系统中，尽管使用认知无线电技术搜索可用的频率资源，但是如果可用的频率带宽少于子载波的带宽，则不能启用频率资源。
发明内容
本发明提供一种在OFDM系统中通过分别分割子载波并发送子载波来有效地利用频率资源的方法和设备。
根据本发明的一方面，提供一种发送数字信号的方法，所述方法包括：根据可用的频带将基带的数字信号分割为多个信号；对所述多个信号的每一个执行逆快速傅里叶变换(IFFT)以产生子载波；和通过可用的频带发送子载波。
发送数字信号的方法还包括：使用认知无线电技术搜索可用的频带。
根据可用的频带分割的信号可包括多个子载波组，并且每个子载波组可包括至少一个子载波。在这种情况下，对每个子载波组执行IFFT。此外，所述发送可包括：对与分割信号相应的每个子载波组低通滤波；使用不同的射频(RF)信号独立地调制每一低通滤波的子载波组；和发送调制的子载波组。
可根据每一子载波组的带宽可变地执行低通滤波。
通过从锁相环(PLL)电路输出的信号使用分频器和倍频器中的至少一个产生彼此具有不同频率的RF信号。
根据本发明的另一方面，提供一种在其上记录有用于执行发送数字信号的方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
根据本发明的另一方面，提供一种用于发送数字信号的设备，所述设备包括：分割器，根据可用的频带将基带的数字信号分割为多个信号；多个IFFT单元，对每一分割信号执行IFFT以产生子载波；和发送器，通过可用的频带发送产生的子载波。
根据本发明的另一方面，提供一种接收数字信号的方法，所述方法包括：接收使用彼此具有不同频率的RF信号调制的子载波组；解调每一子载波组，从而每一子载波组的所有子载波在基带上以预定顺序彼此相邻排列；对每一解调的子载波组独立地执行快速傅里叶变换(FFT)；和组合执行了FFT的子载波组。
所述解调可包括：使用彼此具有不同频率的RF信号独立地对每一子载波组下变频；和根据每一子载波组的带宽对每一下变频的子载波组低通滤波。
根据本发明的另一方面，提供一种在其上记录有用于执行接收数字信号的方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
根据本发明的另一方面，提供一种用于接收数字信号的设备，所述设备包括：RF接收器，接收使用彼此具有不同频率的RF信号调制的子载波组；解调器，解调每一子载波组，从而每一子载波组的所有子载波在基带上以预定顺序彼此相邻排列；多个FFT单元，对每一解调的子载波组独立地执行FFT；和组合器，组合执行了FFT的子载波组。
附图说明
通过下面结合附图对示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他方面将会变得更加清楚，其中：
图1A和1B是用于描述认知无线电的示图；
图2A至2C是用于描述正交频分复用(OFDM)通信的示图；
图3A和3B示出根据本发明示例性实施例的OFDM通信系统；
图4是根据本发明示例性实施例的发送数字信号的方法的流程图；
图5是根据本发明示例性实施例的接收数字信号的方法的流程图；
图6是示出根据本发明示例性实施例的数字信号发送设备的配置的框图；
图7是示出根据本发明示例性实施里的数字信号接收设备的配置的框图；和
图8是根据本发明示例性实施例的发送和接收数字信号的方法的示图。
具体实施方式
下面，将通过参照附图解释本发明的示例性实施例来详细描述本发明。
图3A和3B示出根据本发明示例性实施例的OFDM通信系统。
图3A是示出根据本发明示例性实施例的数字信号发送设备的配置的框图。参照图3A，子载波分割器将数字信号分割为多个子载波组。通过根据可用的频率资源(即带宽)控制子载波的数目来确定每个子载波组的带宽。
对由子载波分割器分割的信号执行逆快速傅里叶变换(IFFT)，随后由数模转换器(DAC)将信号转换为模拟信号。模拟信号被低通滤波，随后根据当前可用的频带通过使用不同的载波频率被分别调制为RF信号。可通过认知无线电技术搜索当前可用的频带。
图3B是示出根据本发明示例性实施例的数字信号接收设备的配置的框图。数字信号接收设备的操作是图3A中数字信号发送设备的反向操作。
也就是说，当接收到通过无线信道发送的子载波组时，使用具有不同频率的载波，子载波组被分别解调为基带上彼此相邻的信号，随后被低通滤波。通过模数转换器(ADC)将滤波的信号转换为数字信号。
对数字信号执行FFT。通过子载波组合器组合执行了FFT的信号，并将将所述信号恢复为原始信号。
图4是根据本发明示例性实施例的发送数字信号的方法的流程图。
在操作405，使用认知无线电技术搜索可用的无线信道的带宽。
在操作410，基带数字信号被分割为多个信号。每一分割信号形成独立的子载波组。通过在操作405中搜索的无线信道的带宽确定子载波组的带宽。换句话说，在操作410中分割基带的数字信号的原因是因为子载波组的带宽必须被适当控制以适合搜索的无线信道的带宽。
在操作420，对每一分割信号执行IFFT。
在操作430，执行了IFFT的信号被转换为模拟信号。
在操作440，子载波组被分别低通滤波。也就是，对一个子载波组使用一个低通滤波器。由于子载波组的带宽能够随时间不断改变，因此在操作440中使用的低通滤波器必须能够根据输入的子载波组的带宽修改滤波部分。
在操作450，子载波组被分别使用彼此具有不同频率的RF信号进行上变频。这里，通过在操作405中搜索的无线信道的频率确定RF信号的频率。可从一个信号源产生RF信号以维持子载波之间的正交性。可使用晶体振荡器来产生多个锁相环(PLL)，然而，由于非线性PLL，所以不能容易地实现PLL硬件，并且可能产生频率误差。最好但非必要，可使用分频器或者倍频器通过从一个PLL输出的信号产生需要的RF信号。
在操作460，发送上变频的RF信号。
图5是根据本发明示例性实施例的接收数字信号的方法的流程图。
在操作510，接收与子载波组相应的信号。
在操作520，将子载波组分别下变频，从而子载波组的所有子载波在基带上彼此相邻排列。这里，对每个子载波组使用不同的RF信号。优选但不必要地，如在本发明的先前示例性实施例中可使用分频器或倍频器通过从一个PLL输出的信号产生需要的RF信号。
在操作530，对下变频的信号分别低通滤波。因此，使用与子载波组的数目相同数目的低通滤波器。由于子载波组的带宽可随时间不断改变，因此低通滤波器必须能够根据输入子载波组的带宽修改滤波部分。
在操作540，低通滤波的信号被转换为数字信号。
在操作550，对与子载波组相应的数字信号的每一个执行FFT。
在操作560，执行了FFT的信号被组合在一起，随后被恢复为原始信号。
图6是示出根据本发明示例性实施例的数字信号发送设备600的配置的框图。
参照图6，数字信号发送设备600包括：分割器610、认知无线电单元620、IFFT单元630、发送器640、PLL电路650、分频器660和倍频器670。
认知无线电单元620使用认知无线电技术搜索可用的无线信道。
分割器610参照认知无线电单元620搜索的结果将基带的数字信号分割为多个信号。每个分割信号形成子载波组。发送器640在可用的无线信道中分布多个子载波组，并且发送子载波组。发送器640包括低通滤波器641、混频器643和RF发送器642。
低通滤波器641对从IFFT单元630输出的信号低通滤波。从IFFT单元630输出的信号是数字信号，并且这些信号被转换为模拟信号，随后被处理。然而，为了简洁将省略对数模转换的描述。下文中，也将省略数模转换或模数转换的描述。由于子载波组的带宽能够随时间不断改变，因此低通滤波器641可根据输入子载波组的带宽修改滤波部分。
混频器643将低通滤波的信号分别调制为RF信号。RF发送器642向外部发送RF信号。混频器643对每个子载波组进行上变频，以通过可用的无线信道发送它们。因此，RF信号彼此具有不同的频率。通过使用分频器660和/或倍频器670通过从一个PLL电路650输出的信号产生RF信号。在图6中，示出分频器660和倍频器670两者。然而，根据环境可仅使用分频器660和倍频器670中的一个。
图7是示出根据本发明示例性实施例的数字信号接收设备700的配置的框图。
参照图7，数字信号接收设备700包括认知无线电单元705、RF接收器710、解调器720、FFT单元740、PLL电路750、分频器760、倍频器770和组合器780。
认知无线电单元705搜索在其中发送将被接收的数据的频率带宽。RF接收器710通过无线信道接收子载波组，并且解调器720分别对接收的子载波组解调，从而子载波组在基带上彼此相邻排列。解调器720包括混频器721和低通滤波器722。混频器721分别对由RF接收器710接收的信号下变频，并且低通滤波器722分别对下变频的信号低通滤波。由于子载波组的带宽可随时间不断改变，因此低通滤波器722可根据输入子载波组的带宽修改滤波部分。
用于子载波组的下变频的RF信号彼此具有不同的频率。使用分频器760和/或倍频器770通过从一个PLL电路750输出的信号来产生RF信号。
FFT单元740对从低通滤波器722输出的信号(即子载波组)的每一个执行FFT。
组合器780将从FFT单元740输出的信号组合，随后输出与在基带上彼此相邻排列的子载波组相应的信号。
图8是根据本发明示例性实施例的发送和接收数字信号的方法的示图。
尽管未在图8中显示，但是基带的数字信号被串并转换器分离为10个信号(即，10个子载波)。随后，这些子载波被分割器分割为3个子载波组。为了解释的方便，子载波以数字顺序被表示为第一到第十子载波。第一子载波组包括第一至第三子载波，第二子载波组包括第四至第七子载波，第三子载波组包括第八至第十子载波。由于根据当前示例性实施例产生三个子载波组，因此三个IFFT单元和三个混频器将使用在发送部分，三个混频器和三个FFT单元将使用在接收部分中。在当前示例性实施例中，假设4点IFFT。
三个子载波组通过分别具有频率fa、fb和fc的载波被上变频，随后被发送。这里，通过认知无线电技术搜索fa、fh和fc以通过可用的频带发送子载波组。
在接收部分，三个子载波组被接收，随后分别被下变频。这里，对子载波组使用f1、f2和f3的RF信号。设置f1、f2和f3以便以与在下变频之前排列子载波相同的顺序在下变频之后将三个子载波组的子载波在基带上彼此相邻排列。例如，为了以与原始信号相同的顺序排列在具有频率f1的第一子载波组中的子载波，这些子载波必须被下变频，以得出比3Δf多出fa(f1＝fa+3Δf)。这里，Δf是子信道间隔，也就是，一个子载波的带宽。
同样，f2与fb相同，即(f2＝fb)，并且通过从fc减去4Δf计算得出f3，即(f3＝fc-4Δf)。如上所述，在FFT单元中，下变频的信号被转换为多个频域信号，随后通过组合器组合以被恢复为原始信号。
本发明的示例性实施例可写为计算机程序，并且可以在使用计算机可读记录介质执行程序的通用数字计算机中实现。计算机可读记录介质的例子包括磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，CD-ROM或者DVD)，以及其他存储介质。
根据本发明的示例性实施例，可利用OFDM系统中子载波之间的正交性通过分割期望的带宽间的数据来发送和接收数据。因此，通过结合认知无线电技术可有效地使用无线资源。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。应认为这些示例性实施例仅是描述意义的，不是限制目的的。因此，本发明的范围不由本发明的详细描述限定，而由权利要求限定，并且该范围内的所有差别应解释为包括在本发明中。

Claims (20)

1.一种发送数字信号的方法，所述方法包括：
根据可用的频带将基带的数字信号分割为多个信号；
对所述多个信号的每一个执行逆快速傅里叶变换(IFFT)以产生子载波；和
通过可用的频带发送子载波。
2.如权利要求1所述的发送数字信号的方法，所述方法还包括：使用认知无线电技术搜索可用的频带。
3.如权利要求1所述的发送数字信号的方法，
其中，所述多个信号包括多个子载波组，并且每个子载波组包括至少一个子载波，
其中，对每个子载波组执行IFFT，并且
其中，所述发送包括：
对每个子载波组低通滤波；
使用不同的射频(RF)信号独立地调制每一个经低通滤波的子载波组；和
发送调制的子载波组。
4.如权利要求3所述的发送数字信号的方法，其中，所述调制每一个经低通滤波的子载波组包括：使用所述不同的RF信号对每一个经低通滤波的子载波组上变频。
5.如权利要求3所述的发送数字信号的方法，其中，根据每一个经子载波组的带宽执行低通滤波。
6.如权利要求3所述的发送数字信号的方法，其中，所述不同的RF信号彼此具有不同的频率，并且使用从锁相环(PLL)电路输出的信号通过分频器和倍频器中的至少一个产生所述不同的RF信号。
7.一种在其上记录有用于执行发送数字信号的方法的计算机程序的计算机可读记录介质，所述方法包括：
根据可用的频带将基带的数字信号分割为多个信号；
对所述多个信号的每一个执行逆快速傅里叶变换(IFFT)以产生子载波；和
通过可用的频带发送子载波。
8.一种用于发送数字信号的设备，所述设备包括：
分割器，根据可用的频带将基带的数字信号分割为多个信号；
多个逆快速傅里叶变换(IFFT)单元，对所述多个信号的每一个执行IFFT以产生子载波；和
发送器，通过可用的频带发送子载波。
9.如权利要求8所述的发送数字信号的设备，所述设备还包括：认知单元，使用认知无线电技术搜索可用的频带。
10.如权利要求8所述的发送数字信号的设备，
其中，根据可用的频带分割的所述多个信号包括多个子载波组，并且每一子载波组包括至少一个子载波，
其中，对每一子载波执行IFFT，并且
其中，发送器包括：
多个低通滤波器，对每一子载波组执行低通滤波；
多个混频器，使用不同的射频(RF)信号独立地调制每一个经低通滤波的子载波组；和
多个RF发送器，发送调制的子载波组。
11.如权利要求10所述的发送数字信号的设备，其中，混频器被配置为使用不同的RF信号对每一个经低通滤波的子载波组上变频。
12.如权利要求10所述的发送数字信号的设备，其中，低通滤波器根据每一子载波组的带宽对每一子载波组低通滤波。
13.如权利要求10所述的发送数字信号的设备，所述设备还包括：
锁相环(PLL)电路，产生RF信号；和
分频器和倍频器中的至少一个，使用从PLL电路输出的RF信号产生彼此具有不同频率的不同的RF信号，
其中，混频器使用彼此具有不同频率的不同的RF信号调制子载波组。
14.一种接收数字信号的方法，所述方法包括：
接收使用彼此具有不同频率的射频(RF)信号调制的子载波组；
解调每一子载波组，从而每一子载波组的所有子载波在基带上彼此相邻地排列；
对每一解调的子载波组独立地执行快速傅里叶变换(FFT)；和组合执行了FFT的子载波组。
15.如权利要求14所述的接收数字信号的方法，其中，所述解调包括：
使用彼此具有不同频率的RF信号独立地对每一子载波组下变频；和
根据每一子载波组的带宽对每一下变频的子载波组低通滤波。
16.如权利要求15所述的接收数字信号的方法，其中，使用从锁相环(PLL)电路输出的信号通过分频器和倍频器中的至少一个产生彼此具有不同频率的RF信号。
17.一种在其上记录有用于执行接收数字信号的方法的计算机程序的计算机可读记录介质，所述方法包括：
接收使用彼此具有不同频率的射频(RF)信号调制的子载波组；
解调每一子载波组，从而每一子载波组的所有子载波在基带上彼此相邻排列；
对每一解调的子载波组独立地执行快速傅里叶变换(FFT)；和
组合执行了FFT的子载波组。
18.一种用于接收数字信号的设备，所述设备包括：
射频(RF)接收器，接收使用彼此具有不同频率的射频(RF)信号调制的子载波组；
解调器，解调每一子载波组，从而每一子载波组的所有子载波在基带上彼此相邻排列；
多个快速傅里叶变换(FFT)单元，对每一解调的子载波组独立地执行快速傅里叶变换(FFT)；和
组合器，组合执行了FFT的子载波组。
19.如权利要求18所述的接收数字信号的设备，其中，解调器包括：
多个混频器，使用彼此具有不同频率的RF信号独立地对每一子载波下变频；和
多个低通滤波器，根据每一子载波组的带宽对每一下变频的子载波低通滤波。
20.如权利要求19所述的接收数字信号的设备，所述设备还包括：
锁相环(PLL)电路，产生RF信号；和
分频器和倍频器中的至少一个，使用从PLL电路输出的RF信号产生彼此具有不同频率的RF信号，
其中，混频器使用彼此具有不同频率的RF信号调制子载波组。
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