CN102137054B - 用于多载波信号传输的设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于多载波信号传输的设备、系统和方法，包括突发信号生成装置，用于生成突发信号；延迟加入装置，耦合到该突发信号生成装置，用于为所接收的每个突发信号加入相应的预定时间延迟以生成延迟的突发信号；载波调制装置，耦合到该延迟加入装置，用于通过相应的载波对每个延迟的突发信号进行调制以生成调制的载波信号，以及组合装置，耦合到各载波调制装置，用于组合各调制的载波信号以生成多载波信号来进行发送。通过对突发信号施加延迟，有效地解决了现有技术中峰均功率比较高的问题。由于本发明易于实现，所以在有效降低峰均功率比的同时也不会增加设备成本。

Description

用于多载波信号传输的设备、系统和方法

技术领域

本发明涉及多载波信号传输领域，具体地本发明涉及TD-SCDMA(时分-同步码分多址)系统中的多载波信号的传输。

背景技术

在移动无线通信系统中，更多的载波可以使无线电基站(RBS)支持更多的用户，由此也减少了RBS以及站址的数量。

TD-SCDMA(时分-同步码分多址)是3GPP中的3G标准之一。TD-SCDMA的时分双工模式可以对下行链路和上行链路进行不对称的资源分配，因此有可能达到更高的频谱效率。

图1示出了TD-SCDMA时隙里的突发结构。如图1所示，TD-SCDMA的时隙有864个码片，其中训练序列midamble突发被用于信道估计，除此之外还有用于业务数据传输的数据符号块。Midamble码按如下方式来构建，即：对于同一小区中的同一时隙，由不同用户使用的midamble码是通过对一个给定的基本midamble码进行循环移位而生成的。在当前的TD-SCDMA多载波系统中，同一小区中的多个载波将对主载波和辅载波使用相同的基本midamble序列。对于多载波小区，经载波调制的信号将在被组合后使用无线发射机来发射。

TD-SCDMA的多载波信号的生成在图2中所示。对于不同的载波，midamble码对于主载波和辅载波是同步的，且midamble码是通过循环移位从相同的基本midamble码生成的，之后midamble码在通过天线发射之前通过载波进行调制。由于载波是同步的，所以midamble码域的PAPR(峰均功率比)与数据域相比会非常高，因为对于多个载波来说基本midamble码都是相同的。高的PAPR将导致非线性干扰，使功率放大器的效率极大地降低，减少覆盖范围，且因此会降低系统的性能

由于midamble码域的峰值将导致较大的PAPR，因此针对midamble码域的PAPR减小将是相当重要的。为了减小PAPR，目前已有的解决方案有：移相、块编码、限幅等。但是对于TD-SCDMA系统，移相和块编码方案过于复杂。限幅方法在TD-SCDMA系统中已有应用，其对信号的峰值进行限幅，以由此减小PAPR。但是过多地限幅会引起EVM(误差向量值)性能的降级。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种克服上述问题的、用于多载波信号传输的设备、系统和方法。

按照本发明的一个方面，提供了一种在多载波无线通信系统中生成多载波信号的设备，该设备包括：突发信号生成装置，用于生成突发信号；延迟加入装置，耦合到该突发信号生成装置，用于为所接收的每个突发信号加入相应的预定时间延迟以生成延迟的突发信号；载波调制装置，耦合到该延迟加入装置，用于通过相应的载波对每个延迟的突发信号进行调制以生成调制的载波信号，以及组合装置，耦合到各载波调制装置，用于组合各调制的载波信号以生成多载波信号来进行发送。

按照本发明的另一方面，提供了一种多载波无线通信系统，其包括生成并发送多载波信号的发送机和接收该多载波信号的接收机，所述发送机包括：突发信号生成装置，用于生成突发信号；延迟加入装置，耦合到该突发信号生成装置，用于为所接收的每个突发信号加入相应的预定时间延迟以生成延迟的突发信号；载波调制装置，耦合到该延迟加入装置，用于通过相应的载波对每个延迟的突发信号进行调制以生成调制的载波信号，以及组合装置，耦合到各载波调制装置，用于组合各调制的载波信号以生成多载波信号来进行发送；以及所述接收机接收所述多载波信号，并根据其生成突发信号

按照本发明的又一方面，提供了一种在多载波无线通信系统中生成多载波信号的方法，该方法包括：生成突发信号；为所接收的每个突发信号加入相应的预定时间延迟以生成延迟的突发信号；通过相应的载波对每个延迟的突发信号进行调制以生成调制的载波信号；以及组合各调制的载波信号以生成多载波信号来进行发送。

按照本发明的再一方面，提供了一种计算机程序产品，包括一组指令，当被装载到计算机的集成电路时使得计算机实行如在上面的方法中的所有步骤。

使用本发明，可以获得以下的有益效果，即由于通过对每个突发信号使用延迟，所以midamble域的峰值可以相互错开，导致多载波的PAPR的极大减小。由于按照本发明是对突发信号施加延迟，所以这样的方案实现起来更为简单。而且，延迟可以在现场可编程门阵列FPGA中加入，并可以通过对现有系统进行例如软件升级来实现，所以可能并不需要引入新的设备或者对系统的硬件结构进行改变，因而不会导致设备成本的增加。

附图简述

以下参照附图，通过举例方式，描述本发明的实施例，在附图中同样的数字标明同样的对象，其中：

图1是按照TD-SCDMA的业务突发格式的突发结构图；

图2是按照TD-SCDMA的多载波信号的生成的示意图；

图3是按照TD-SCDMA的多载波信号的生成的另一示意图；

图4是按照本发明的、用于多载波信号传输的系统的框图；

图5a是按照本发明第一实施例的、生成多载波信号的发送机示意图；

图5b是按照本发明第二实施例的、生成多载波信号的发送机示意图；

图6是按照本发明的、用于多载波信号生成的方法流程图；以及

图7a-7c分别示出了不同载波数量的情况下生成多载波信号的仿真结果。

具体实施方式

下面描述说明性的实施例，这些实施例将连同附图一起来说明上面提及的以及更多的特征和优点。在下面的描述中，为了解释而不是限制，在TD-SCDMA系统中的上下文中对诸如特定架构、技术等的具体细节进行了说明。不过，对于本领域技术人员来说明显的是，本发明对于其他的多载波无线通信系统同样适用，而且偏离这些具体细节的其它实施例仍应当被理解为在所附权利要求的范围之内。此外，为了清楚起见，省略了对于众所周知的设备、电路和方法的详细描述，以免使得本系统的描述不清楚。

已经公知的是，在TD-SCDMA系统中，有128个基本midamble码，它们被分为32个组，每组被分配给一个小区。小区将该组中的midamble码之一用作导频，用于下行链路和上行链路两者的信道估计。

图3示出了按照TD-SCDMA的多载波信号的生成的一个示意图，此处的多载波信号生成是基于前面提及的移相方案。在图3中，每个基带突发信号在经根升余弦(RRC)滤波器滤波后，分别与相应的移相因子e^j2πn/N相乘，n＝1......N，经相应的载波调制后进行组合以进行发送，n＝1......N。由于TD-SCDMA系统中midamble码的数量只有128个，所以有可能针对每个midamble码都施加移相，以减小多载波情况下的PAPR。然而，对每个midamble码都施加移相，则需要让128个midamble码中每个midamble码都乘以相应的移相因子，这将使系统变得非常复杂。而且即便对每个midamble码都移相，也可能是不够的，因为PAPR的升高是由于不同载波的信号同向叠加的概率升高而导致，因此通过改变载波的相位降低PAPR会严重依赖于信号的特征，由此一组移相因子将可能不能适用于其他的midamble码的情况。例如，在载波上进行不同的用户配置会改变载波的信号特征，因此原来使用的移相因子可能就不能达到降低PAPR的目的。

图4示出了按照本发明的、用于TD-SCDMA的多载波信号传输的系统40的框图。系统40包括发送机400和接收机460。

发送机400使用多载波调制技术，其可以包括多个并行的信号通道1-N。这里，信号通道可以是在逻辑上或者物理上进行划分的。对于每个信号通道n，其中n＝1......N，其包括：突发信号生成装置410n，用于例如按照TD-SCDMA的时隙的突发结构生成长度为864码片的突发信号，所述突发结构例如是参照图1已经说明的；延迟加入装置420n，其耦合至该突发信号生成装置410n，用于对所接收的突发信号u_n(t)加入相应的预定时间延迟T_n；以及载波调制装置430n，其耦合至该延迟加入装置420n，用载波f_n对经延迟的突发信号u_n(t-T_n)进行调制， ${\hat{u}}_n(t-T_n)=u_n(t-T_n)\×e^{j2\mathrm{\π}{f}_{n}t}.$ 该发送机400还包括耦合至N个载波调制装置中每个载波调制装置430n的输出的组合装置440，用于对N个调制后的载波信号进行组合以生成多载波信号 $S\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{u}}_n(t-T_n).$ 组合后的多载波信号S(t)被输出至天线450以便发送。

接收机460接收该多载波信号，经相应的解调、解扩等步骤后，获得相应的突发信号u_n(t)，n＝1......N。

这里，延迟加入装置420n可以被安排为在例如基带或者中频对所接收的突发信号进行延迟，所述延迟可以按照系统要求和系统的性能来进行合适地选择，例如可根据系统的载波切换性能等来合适地选择。按照一个实施例，当设定总的最大时间延迟为T_max时，那么第n个载波所对应的突发信号的预定时间延迟可以被设定为T_n＝(n-1)×T_max/(N-1)，n＝1......N。

图5a和5b分别示出了按照本发明第一和第二实施例的、生成多载波信号的发送机400。

在图5a和5b中，除包括图4中已经描述的那些装置外，发送机400的每个信号通道n还包括根升余弦(RRC)滤波器415n，其耦合在突发信号生成装置410n与载波调制装置430n之间，用作为发送脉冲成形滤波器。延迟加入装置420n可加到该根升余弦滤波器之前或者之后，来对突发信号进行延迟。

在图5a中，延迟加入装置420n的输入被耦合到RRC滤波器415n的输出，也即该延迟加入装置420n是对经RRC滤波器415n滤波后的突发信号进行延迟。延迟的已滤波突发信号被输入到载波调制装置430n。由此，可以在中频中加入时间延迟，而时间延迟可以是分数码片单位，优选地可以是1/32码片，由此，所述延迟加入装置可以称为分数码片延迟装置，正如图5a中所示的。当然，这里的时间延迟也可以是整数个码片。

在图5b中，延迟加入装置420n的输出被耦合到RRC滤波器415n的输入，也即延迟加入装置420n先对所接收的突发数据信号进行延迟，然后将已延迟的突发信号输入到所述根升余弦滤波器，再由RRC滤波器415对该已延迟的突发信号进行滤波以及将已滤波的延迟突发信号输入到所述载波调制装置。通过这一方式，可以在基带中加入时间延迟。所述时间延迟可以是不小于1个码片的整数个码片，优选地，不大于3个码片。

图6示出了按照本发明的用于生成多载波信号的方法的流程图。

在步骤610中，按照TD-SCDMA的时隙的突发结构生成长度为例如864码片的突发信号，所述突发结构例如是参照图1已经说明的。

然后在步骤620中，每个突发信号被加入相应的预定时间延迟。所述时间延迟可以是在基带实现，也可以是在中频实现。而且所述时间延迟可以是延迟整数个码片或者是延迟分数码片单位。

在步骤630中，用相应的载波对每个经延迟的突发信号进行调制。

在步骤640中，对各个调制后的载波信号进行组合，以生成多载波信号。该多载波信号被输出至天线以便发送。

接收机接收该多载波信号，经相应的解调、解扩等步骤后，获得相应的突发信号。

仿真结果

图7a-7c示出了对根据现有技术生成多载波信号和根据本发明生成多载波信号这两种方案进行仿真的结果，以抽样功率与互补累积分布函数(CCDF)的相对关系曲线图的形式给出。

图7a示出了6载波情况下的仿真结果，这里midambleID＝0，下行链路码信道的数量＝16。特别地，在仿真中，每个载波被加上2nπ/N的相移，这里N是载波的总数量，而n是载波索引。

从仿真结果可以看出在没有定时偏移，即延迟的情况下，PAPR为12.20dB，而在有0.25码片/载波的相对定时偏移的情况下，PAPR为10.06dB。两者相比较，可以看出按照本发明的方案获得了大约2.2dB的PAPR的有效减小。

仿真还考虑了未对载波进行移相的情况下的结果。

图7b示出了9载波情况下的仿真结果，这里midambleID＝0，下行链路码信道的数量＝16，且载波并未被移相。从仿真结果可以看出在没有定时偏移，即延迟的情况下，PAPR为13.5dB，而在有0.25码片/载波的相对定时偏移的情况下，PAPR为11.5dB。两者相比较，可以看出按照本发明的方案获得了大约2.0dB的PAPR的有效减小。

图7c示出了12载波情况下的仿真结果，这里midambleID＝0，下行链路码信道的数量＝16，且载波并未被移相。从仿真结果可以看出在没有定时偏移，即延迟的情况下，PAPR为14.60dB，而在有0.25码片/载波的相对定时偏移的情况下，PAPR为10.49的dB。两者相比较，可以看出按照本发明的方案获得了大约4.1dB的PAPR的有效减小。

要指出的是，本发明可以单独使用，同样也可以结合其他的减小峰均功率比的方法来使用，比如结合上面提到的移相方法、块编码方法、限幅方法等来使用。

而且正如本领域技术人员将会意识到的，本发明可以被体现为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可以采取全部硬件实施例、全部软件实施例(包括固件、驻留的软件、微代码等等)、或组合软件和硬件方面的实施例的形式，其中这些软件和硬件方面在这里总地都可以被称为“电路”、“装置”或“系统”。而且，本发明可以采取在计算机可使用存储介质上的、具有被体现在该介质上的计算机可使用程序代码的计算机程序产品的形式。

虽然在这里已图解和描述了特定的实施例，但本领域技术人员会认识到，可以用打算达到同样目的的任何安排来替换所显示的特定实施例，以及本发明在其它环境下具有其它的应用。本申请打算覆盖本发明的任何改变或变例。以下的权利要求决不打算把本发明的范围限制于这里描述的特定实施例。

Claims (21)

1.一种在多载波无线通信系统（40）中生成多载波信号的设备（400），所述设备包括：

突发信号生成装置（4101，4102……410N），用于生成突发信号，所述突发信号包括通过循环移位从相同的基本midamble码生成的midamble码；

延迟加入装置（4201，4202……420N），耦合到所述突发信号生成装置，并用于为所接收的每个突发信号加入相应的预定时间延迟以生成延迟的突发信号，以便midamble域的峰值能够相互错开；

载波调制装置（4301，4302……430N），耦合到所述延迟加入装置，并用于通过相应的载波对每个延迟的突发信号进行调制以生成调制的载波信号，以及

组合装置(440)，耦合到所述载波调制装置，并用于组合所述调制的载波信号以生成多载波信号来进行发送。

2.按照权利要求1的设备，还包括根升余弦滤波器（4151，4152……415N），以及所述延迟加入装置被配置为将所述延迟的突发信号输入到所述根升余弦滤波器以进行滤波，且所述根升余弦滤波器被配置为将已滤波的延迟突发信号输入到所述载波调制装置。

3.按照权利要求1的设备，还包括根升余弦滤波器（4151，4152……415N），以及所述延迟加入装置被配置为对经所述根升余弦滤波器滤波的突发信号进行延迟，且将延迟的已滤波突发信号输入到所述载波调制装置。

4.按照权利要求1－3之一的设备，其中所述相应的预定时间延迟是基于所述多载波无线通信系统的系统性能来选择的。

5.按照权利要求4的设备，其中所述系统性能是系统载波切换性能。

6.按照权利要求1－3之一的设备，其中所述突发信号被延迟整数个码片。

7.按照权利要求3的设备，其中所述突发信号被延迟分数码片单位。

8.按照权利要求7的设备，其中当载波数量为N，且最大时间延迟被设定为T_max时，第n个载波所对应的预定时间延迟T_n为：T_n＝（n-1）×T_max/（N-1），这里n＝1……N。

9.按照权利要求1的设备，其中所述多载波无线通信系统是时分－同步码分多址TD-SCDMA系统，以及所述突发信号是按照TD-SCDMA的时隙的突发结构生成的。

10.一种多载波无线通信系统(40)，其包括用于生成并发送多载波信号的发送机(400)和用于接收所述多载波信号的接收机(460)，

所述发送机包括：

突发信号生成装置（4101，4102……410N），用于生成突发信号，所述突发信号包括通过循环移位从相同的基本midamble码生成的midamble码；

延迟加入装置（4201，4202……420N），耦合到所述突发信号生成装置，并用于为所接收的每个突发信号加入相应的预定时间延迟以生成延迟的突发信号，以便midamble域的峰值能够相互错开；

载波调制装置（4301，4302……430N），耦合到所述延迟加入装置，并用于通过相应的载波对每个延迟的突发信号进行调制以生成调制的载波信号，以及

组合装置(440)，耦合到所述载波调制装置，并用于组合所述调制的载波信号以生成多载波信号来进行发送；以及

所述接收机接收所述多载波信号，并根据所述多载波信号生成突发信号。

11.按照权利要求10的多载波无线通信系统，其中所述相应的预定时间延迟是基于所述多载波无线通信系统的系统性能来选择的。

12.按照权利要求11的多载波无线通信系统，其中所述系统性能是系统载波切换性能。

13.按照权利要求10的多载波无线通信系统，其中所述多载波无线通信系统是时分－同步码分多址TD-SCDMA系统，以及所述突发信号是按照TD-SCDMA的时隙的突发结构生成的。

14.一种在多载波无线通信系统(40)中生成多载波信号的方法，所述方法包括以下步骤：

生成突发信号，所述突发信号包括通过循环移位从相同的基本midamble码生成的midamble码；

为每个所述突发信号加入相应的预定时间延迟以生成延迟的突发信号，以便midamble域的峰值能够相互错开；

通过相应的载波对每个延迟的突发信号进行调制以生成调制的载波信号；以及

组合所述调制的载波信号以生成多载波信号来进行发送。

15.按照权利要求14的方法，其中所述相应的预定时间延迟是基于所述多载波无线通信系统的系统性能来选择的。

16.按照权利要求15的方法，其中所述系统性能是系统载波切换性能。

17.按照权利要求14的方法，其中所述多载波无线通信系统是时分－同步码分多址TD-SCDMA系统，以及所述突发信号是按照TD-SCDMA的时隙的突发结构生成的。

18.一种在多载波无线通信系统(40)中生成多载波信号的设备，所述设备包括：

用于生成突发信号的部件，所述突发信号包括通过循环移位从相同的基本midamble码生成的midamble码；

用于为每个所述突发信号加入相应的预定时间延迟以生成延迟的突发信号以便midamble域的峰值能够相互错开的部件；

用于通过相应的载波对每个延迟的突发信号进行调制以生成调制的载波信号的部件；以及

用于组合所述调制的载波信号以生成多载波信号来进行发送的部件。

19.按照权利要求18的设备，其中所述相应的预定时间延迟是基于所述多载波无线通信系统的系统性能来选择的。

20.按照权利要求19的设备，其中所述系统性能是系统载波切换性能。

21.按照权利要求18的设备，其中所述多载波无线通信系统是时分－同步码分多址TD-SCDMA系统，以及所述突发信号是按照TD-SCDMA的时隙的突发结构生成的。