CN101689872B - 通信装置、收发数据的方法和接收数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通信装置、收发数据的方法和接收数据的方法。接收模块接收具有预设信号带宽的信号。低通滤波器对该信号进行滤波，以获得已滤波信号。低通滤波器的滤波器带宽足够宽，使得该信号的常规子载波频率分量和至少一半的保护子载波频率分量能够通过。模数转换器以较高采样率对已滤波信号采样，以获得多个数字样本，其中，该较高采样率超过根据该信号的预设信号带宽定义的标准采样率。FFT模块对数字样本中预设数目的点实施FFT，以获得多个已变换样本。该预设数目超过根据该预设载波带宽定义的标准数目。子载波收集器从已变换样本中收集数据。本发明提供的通信装置、收发数据的方法和接收数据的方法提高了通信系统的数据传输速率。

Description

通信装置、收发数据的方法和接收数据的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求题为“ALIASING REDUCTION FOR DATA TRANSMISSIONOVER GUARD SUBCARRIERS IN MULTI-BAND OFDMA SYSTEMS”的美国临时申请案No.61/078,509（申请日为2008/07/07）的优先权。在此参考并结合该临时申请案的全部内容。
技术领域
本发明是关于多频带(multi-band)正交频分复用存取(Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access,OFDMA)系统中用于在保护子载波(guard sub-carrier)上收发数据的方法。
背景技术
OFDM是频率选择性信道传输信号的一种高效调制方式。在OFDM中，较宽的带宽分为多个窄带子载波，该多个窄带子载波互相正交。且调制在各子载波上的信号并行(in parallel)传输。调制在子载波上的信号进行并行传输。OFDMA是用OFDM的基本格式支持多个用户(subscriber)的一种复用存取方式。在OFDMA中，多个用户用类似频分复用存取(FDMA)的方式同时使用不同的子载波。
近年来，OFDMA作为一种高效复用存取方案，在频率选择性信道上用于实施高速无线传输，具有很高的频谱效率。多频带OFDMA预期将成为4G移动通信系统的重要技术之一。举例而言，4G移动通信系统要求高至1Gbps的峰值传输速率以及扩展的数据传输带宽。
多频带OFDMA利用多个RF载波来获得扩展的数据传输带宽。图1是利用四个连续相邻的RF载波频带（图中标示为频带#1、频带#2、频带#3、频带#4）实现扩展的数据传输带宽的示例谱图(spectrogram)。每一RF载波频带以RF载波频率为中心，且包括预设数目的子载波。例如，每个RF载波频带中子载波的数目可以是1024（对应IFFT的1024点），且每个RF载波频带的带宽可以限制在大约10MHz。为进一步提高多频带OFDMA系统的频谱效率，急需一种具有更高传输速率的新的数据收发方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供通信装置、收发数据的方法和接收数据的方法，以更好的适应4G移动通信系统的要求。
本发明提供用于多频带OFDMA系统的通信装置和收发数据的方法。通信装置的一个实施例包括接收模块、低通滤波器、模数转换器、快速傅立叶变换模块和子载波收集器。一接收模块，接收具有一预设信号带宽的一信号，其中，该信号包括多个常规子载波频率分量和多个保护子载波频率分量，且该信号在该多个常规子载波频率分量和该多个保护子载波频率分量上承载数据；一低通滤波器，对该信号滤波以获得一已滤波信号，其中，该低通滤波器的一滤波器带宽足够宽，以使得该信号的该多个常规子载波频率分量和至少一半的该多个保护子载波频率分量通过；一模数转换器，以一采样率对该已滤波信号采样，以获得多个数字样本，其中，该采样率超过根据该信号的该预设信号带宽定义的一标准采样率；一快速傅立叶变换模块，对该数字样本的一预设点数实施一快速傅立叶变换，以获得多个已变换样本，其中，该预设点数大于根据该预设信号带宽定义的一标准点数；以及一子载波收集器，从该多个已变换样本中收集该数据。
在多频带OFDMA通信系统中用于收发数据的方法的一个实施例包括：通过多个射频载波频带将数据发射至一空中接口，其中每个射频载波频带具有一预设信号带宽，且每个射频载波频带包括N个子载波音调的频率分量，该N个子载波音调包括多个常规子载波音调和位于相邻射频载波频带之间的多个保护子载波音调，其中，该数据由该多个常规子载波音调和该多个保护子载波音调承载；从该空中接口接收一射频信号，该射频信号包括至少一个该射频载波频带的频率分量；处理该射频信号以获得多个数字样本，其中，该多个数字样本是根据超过该预设信号带宽的一采样率来获得；以及从该多个数字样本中撷取该数据。
另一在多频带OFDMA系统中用于接收数据的方法的实施例包括：从一空中接口接收一信号，其中，该信号在一射频载波频带内承载数据，且该信号包括多个常规子载波频率分量和位于该射频载波频带边缘的多个保护子载波频率分量；用一滤波器带宽对该信号进行低通滤波，以获得一已滤波信号，其中，该滤波器带宽足够宽，以使得该信号的该多个常规子载波频率分量和至少一半的该多个保护子载波频率分量通过；以一采样率对该已滤波信号采样，以获得多个数字样本，其中，该采样率超过该射频载波频带的一预设信号带宽；以及从该多个数字样本中撷取该数据。
本发明提供的通信装置、收发数据的方法和接收数据的方法提高了通信系统的数据传输速率。
以下将参考所附附图在实施例中给出详细描述。
附图说明
通过阅读之后的详细描述及举例，并参考所附附图，可以更好的理解本发明。
图1是利用四个连续相邻的RF载波频带实现扩展的数据传输带宽的示例谱图。
图2是根据本发明一个实施例的通信装置中发射器的示意图。
图3是根据本发明一个实施例的通信装置中接收器的示意图。
图4A至图4D是根据本发明一个实施例的多频带RF信号的频谱示意图。
图5是根据本发明一个实施例在多频带OFDMA通信系统中收发数据的方法流程图。
图6是根据本发明一个实施例的用于处理RF信号以撷取所需数据的方法流程图。
具体实施方式
以下描述是预期中执行本发明的最佳方式。这些描述的目的在于举例说明本发明的大体原则，且不应被视为对本发明的限制。本发明的范围应参考所附权利要求来做最佳确定。
本领域普通技术人员了解，在相邻RF载波频带边缘处无线电频谱的未使用部分（例如图1所示的保护频带）通常会保留，以避免非理想低通滤波造成的信号干扰和/或混叠。在本发明实施例中，为提高多频带OFDMA系统的峰值传输速率，提出了一种用于在保护频带传输数据的不引入邻带干扰的新收发方式。这种新的收发方式将在下文以更多细节描述。
图2是根据本发明一个实施例的通信装置中发射器200的示意图。正交调幅(QAM)调制器201首先用QAM方式调制欲发射的数据。QAM方式可以是16-QAM、64-QAM等等。进行QAM调制之后，串行至并行转换器202（图中标示为“串行至并行”）将串行数据变换为并行数据。接着，IFFT模块203对并行数据实施N点IFFT（图中标示为“N-IFFT”），将数据调制承载到N个正交的子载波，其中N为正整数。根据本发明的一个实施例，所有子载波（例如包括图1中位于频带101的常规子载波和位于频带102的保护子载波）均可用于传输数据。换言之，保护频带中的保护子载波不再承载空音调(null tone)，而是与常规子载波一样承载所需数据。进行IFFT之后，循环前缀(cyclic prefix)插入器204（图中标示为“循环前缀插入”）在已变换数据中插入循环前缀。接着，DAC 205将数字数据变换为模拟信号。随后，RF调制器206根据预设RF载波频率对基带模拟信号上变频，以产生RF信号，RF信号通过天线207（图中标示为“Nt天线”）发射至空中接口(air interface)。根据本发明的实施例，发射器200可以在多个RF载波频带（例如图1所示的频带#1至频带#4）上承载数据。每一RF载波频带具有中心RF载波频率以及预设信道带宽（信号带宽）。根据本发明的实施例，由于相邻RF载波频带之间的保护子载波也用于传输所需数据，OFDMA通信系统的峰值传输速率得到进一步提高，且频谱效率也大为改善。
图3是根据本发明一个实施例的通信装置中接收器300的示意图。天线301（图中标示为“Nr天线”）可以是接收模块的一个组件，用于从空中接口接收RF信号SRF。根据本发明的实施例，接收器300可包括多个用于接收多频带RF信号的接收路径。每一RF信号SRF在预设信号带宽内承载RF载波频带的数据，且每个RF信号SRF包括多个常规子载波频率分量和多个保护子载波频率分量，如前所述，其中的保护子载波位于RF载波频带的边缘。图4A至图4D是根据本发明一个实施例的多频带RF信号的频谱示意图。图4A描述了第i个和第i+1个RF载波频带的频谱，图中实心圆表示常规子载波音调，填充斜线的空心圆表示位于相邻RF载波频带边缘的保护频带的保护子载波音调。如图所示，每一RF载波频带具有预设带宽BW。本领域普通技术人员了解，RF载波带宽在OFDMA标准中定义清楚。例如，RF载波带宽可设计为10MHz（当包括保护频带时，RF载波带宽实际为11.2MHz）。RF解调器302可以是接收模块的另一组件，用于根据预设RF载波频带的RF载波频率对RF信号SRF进行下变频，以产生基带信号。低通滤波器(LPF)303滤除不需要的信号以获得已滤波信号。根据本发明的一个实施例，LPF的滤波器带宽可以设计得足够宽，使RF载波频带中的常规子载波频率分量和至少一半的保护子载波频率分量可以无失真的通过。例如，如图4B和图4C所示，LPF的滤波器带宽401、402设计足够宽，使常规子载波频率分量和保护子载波频率分量均能通过。根据本发明另一实施例，由于保护频带由相邻RF载波频带共享，LPF的滤波器带宽也可设计成足以使信号的常规子载波频率分量和一半的保护子载波频率分量通过。
低通滤波后，ADC 304以采样率FS对已滤波信号采样，以获得多个数字样本。根据本发明实施例，采样率FS可设计为高于标准采样率FStd。本领域普通技术人员了解，标准采样率FStd和实施FFT/IFFT的标准点数N大体上是根据RF载波带宽BW定义的，其中N为正整数。根据本发明实施例，LPF 303的滤波器带宽比传统OFDMA接收器的LPF带宽更宽，且ADC 304的采样率FS设计为高于标准采样率FStd，以避免邻带干扰。模数变换之后，循环前缀移除器305（图中标示为“循环前缀移除”）从数字采样中移除已插入的循环前缀，FFT模块306对数字样本实施M点FFT，以产生多个已变换样本。根据本发明实施例，如前所述，预设点数M大于根据预设载波带宽定义的标准点数N。FFT之后即可撷取发射器已调制的常规子载波音调和保护子载波音调，撷取结果如图4D所示。FFT之后，子载波收集器307从已调制采样中收集数据（发射器200可能已在子载波上对该数据加扰）供后续解码。根据本发明实施例，子载波收集器307从常规和保护子载波音调中收集数据。最后，并行至串行转换器308（图中标示为“并行至串行”）变换已收集采样以获得串行数据，QAM解调器309解调串行数据以撷取所需数据。
根据本发明一个实施例，ADC 303的采样率FS可以是标准采样率FStd或预设RF载波带宽BW的倍数。例如，采样率FS与标准采样率FStd的比值或者采样率FS与预设RF载波带宽BW的比值（可称为第一比值）可以是2的幂数。FFT模块306的预设点数M可与比值(FS/FStd)或(FS/BW)相关。例如，FFT模块306的预设点数M可设计为K×N，其中K为正整数，且K与比值(FS/FStd)或(FS/BW)相关。也就是说，预设点数M与标准点数N的比值K（可称为第二比值）与第一比值相关。根据本发明实施例，由于具有扩展的滤波器带宽和更高的采样率，相邻频带间混叠信号的干扰实质上减少。由此可以实现保护频带上的数据发射和接收。此外，基于本发明提出的收发方式，发射器和接收器的结构可以无改变的应用于各种系统，利用不同数目的RF载波频带来获得不同的系统带宽。
图5是根据本发明一个实施例在多频带OFDMA通信系统中收发数据的方法流程图。根据本发明实施例，发射器（例如发射器200）通过多个RF载波频带将数据发射至空中接口（步骤S501）。每个RF载波频带具有预设信号带宽，且每个RF载波频带可包括N个子载波音调的频率分量，其中，N个子载波音调包括多个常规子载波音调和位于相邻RF载波频带边缘的多个保护子载波音调。常规子载波音调和保护子载波音调均承载数据。接收器（例如接收器300）从空中接口接收RF信号，该RF信号包括至少一个RF载波频带的频率分量（步骤S502）。接着，接收器处理RF信号以获得多个数字样本（步骤S503）。根据本发明实施例，可根据超过RF信号预设信号带宽的采样率获得数字样本。最后，接收器从数字样本中撷取数据（步骤S504）。
图6是根据本发明一个实施例的用于处理RF信号以撷取所需数据的方法流程图。接收器首先对RF信号下变频至基带信号（步骤S601）。接着，接收器对基带信号低通滤波以获得已滤波信号，其中，低通滤波器的滤波器带宽足够宽，以使得所接收RF载波频带的常规子载波音调和至少一半的保护子载波音调能够通过（步骤S602）。然后，接收器以较高采样率对已滤波信号过采样(oversample)，以获得数字样本，其中，该较高采样率超过RF信号的预设信号带宽或标准采样率（步骤S603）。之后，接收器对数字样本实施M点FT，以获得多个已变换样本，其中M=K×N，K为正整数，且K和采样率与标准采样率的比值、或者采样率与预设信号带宽的比值相关（步骤S604）。最后，接收器从已变换样本中收集数据（步骤S605）。
虽然本发明以示例方式并依据较佳实施例描述如上，但应当理解本发明并不以此为限。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以所附的权利要求所界定为准。

Claims (19)

1.一种通信装置，用于通信系统，包括：
接收模块，接收具有预设信号带宽的信号，其中，所述信号包括多个常规子载波频率分量和多个保护子载波频率分量，且所述信号在所述多个常规子载波频率分量和所述多个保护子载波频率分量上承载数据；
低通滤波器，对所述信号滤波以获得已滤波信号，其中，所述低通滤波器的滤波器带宽足以使得所述信号的所述多个常规子载波频率分量和至少一半的所述多个保护子载波频率分量通过；
模数转换器，以一采样率对所述已滤波信号采样，以获得多个数字样本，其中，所述采样率超过根据所述信号的所述预设信号带宽定义的标准采样率；
快速傅立叶变换模块，对所述多个数字样本的一预设点数实施快速傅立叶变换，以获得多个已变换样本，其中，所述预设点数大于根据所述预设信号带宽定义的标准点数；以及
子载波收集器，从所述多个已变换样本中收集所述数据。
2.如权利要求1所述的通信装置，其中，所述多个已变换样本包括多个常规子载波音调和多个保护子载波音调，且所述子载波收集器从所述多个常规子载波音调和所述多个保护子载波音调中收集所述数据。
3.如权利要求1所述的通信装置，其中，所述数据是通过多个射频载波频带传输的，且每一射频载波频带在所述预设信号带宽内包括所述多个常规子载波频率分量和所述多个保护子载波频率分量，所述多个保护子载波频率分量位于各射频载波频带的边缘。
4.如权利要求3所述的通信装置，其中，所述低通滤波器的所述滤波器带宽足以使得所述射频载波频带的所述多个常规子载波频率分量和所述多个保护子载波频率分量通过。
5.如权利要求1所述的通信装置，其中，所述模数转换器的所述采样率是所述标准采样率的倍数。
6.如权利要求1所述的通信装置，其中，所述模数转换器的所述采样率与所述标准采样率的第一比值是2的幂数。
7.如权利要求6所述的通信装置，其中，所述快速傅立叶变换的所述预设点数与所述标准点数的第二比值与所述第一比值相关。
8.如权利要求1所述的通信装置，其中，所述通信系统是正交频分复用存取通信系统。
9.一种收发数据的方法，用于多频带正交频分复用存取通信系统，所述方法包括：
通过多个射频载波频带将数据发射至空中接口，其中每个射频载波频带具有一预设信号带宽，且每个射频载波频带包括N个子载波音调的频率分量，所述N个子载波音调包括多个常规子载波音调和位于各射频载波频带边缘的多个保护子载波音调，其中，所述数据由所述多个常规子载波音调和所述多个保护子载波音调承载；
从所述空中接口接收射频信号，所述射频信号包括至少一个所述射频载波频带的频率分量；
处理所述射频信号以获得多个数字样本，其中，所述多个数字样本是根据超过所述预设信号带宽的一采样率来获得；以及
从所述多个数字样本中撷取所述数据；
其中，N为正整数。
10.如权利要求9所述的收发数据的方法，其中，所述处理的步骤进一步包括：
将所述射频信号下变频至基带信号；
以一滤波器带宽对所述基带信号进行低通滤波，以获得已滤波信号，其中，所述滤波器带宽足以使得所接收的射频载波频带的所述多个常规子载波音调和至少一半的所述多个保护子载波音调通过；以及
以所述采样率对所述已滤波信号过采样，以获得所述多个数字采样。
11.如权利要求9所述的收发数据的方法，其中，所述采样率是所述预设信号带宽的倍数。
12.如权利要求10所述的收发数据的方法，其中，所述撷取的步骤进一步包括：
对所述多个数字样本实施K×N点傅立叶变换，以获得多个已变换样本，其中K与一比值相关，所述比值是所述采样率与所述预设信号带宽的比值；以及
从所述多个已变换样本中收集所述数据；其中，K为正整数。
13.如权利要求10所述的收发数据的方法，其中，所述采样率与所述预设信号带宽的比值是2的幂数。
14.如权利要求10所述的收发数据的方法，其中，所述低通滤波器的所述滤波器带宽足以使得所接收的射频载波频带的所述多个常规子载波音调和所述多个保护子载波音调通过。
15.一种接收数据的方法，用于一多频带正交频分复用存取通信系统，所述方法包括：
从空中接口接收信号，其中，所述信号在一射频载波频带内承载数据，且所述信号包括多个常规子载波频率分量和位于所述射频载波频带边缘的多个保护子载波频率分量；
用滤波器带宽对所述信号进行低通滤波，以获得已滤波信号，其中，所述滤波器带宽足以使得所述信号的所述多个常规子载波频率分量和至少一半的所述多个保护子载波频率分量通过；
以一采样率对所述已滤波信号采样，以获得多个数字样本，其中，所述采样率超过所述射频载波频带的预设信号带宽；以及
从所述多个数字样本中撷取所述数据。
16.如权利要求15所述的接收数据的方法，其中，所述信号已经过N点快速傅立叶反变换，以将数据调制承载在所述射频载波频带内，且所述方法进一步包括：
对所述多个数字样本实施M点快速傅立叶变换，以获得多个已变换样本，其中N、M是正整数且M大于N；以及
从所述多个已变换样本中收集所述数据。
17.如权利要求15所述的接收数据的方法，其中，M与N的比值是正整数，且所述比值和所述采样率与所述预设信号带宽的比值相关。
18.如权利要求15所述的接收数据的方法，其中，所述采样率与所述预设信号带宽的比值是2的幂数。
19.如权利要求15所述的接收数据的方法，其中，所述滤波器带宽足以使得所述信号的所述多个常规子载波频率分量和所述多个保护子载波频率分量通过，以获得所述已滤波信号。
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