CN102362453A - 无线传输方法、无线传输系统以及无线传输系统的发送和接收装置 - Google Patents

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Abstract

一种在通过无线传输路径耦合的发送器和接收器之间发送并接收调制信号的无线传输系统中，发送器包括分割调制信号并且生成每个都被布置在预定频率位置处的多个子频谱信号的频谱分割滤波器组，并且使被布置在频谱中的多个子频谱信号经历直接频谱分割传输，并且接收器包括从接收信号中提取被布置在频谱中并经历了直接频谱分割传输的多个子频谱信号以将子频谱信号组合为原始调制信号的频谱组合滤波器组。

Description

无线传输方法、无线传输系统以及无线传输系统的发送和接收装置
技术领域
本发明涉及无线传输方法、无线传输系统以及无线传输系统的发送器和接收器，藉此多个用户高效地使用有限频带来执行无线通信。
背景技术
图25示出传统多载波传输系统的第一示例性配置(专利文献1)。
在图25中，传统多载波传输电路的发送器包括用于每个用户的调制电路1001到100N、Tx滤波器组101和发送电路102。接收器包括接收电路103、Rx滤波器组104和用于每个用户的解调电路1051到105N。
发送器中的调制电路1001到100N分别调制(映射)每个用户的数据1到N。Tx滤波器组101将各个调制信号转换为相应的预定载波频率，这些预定载波频率随后被发送电路102组合并发送。接收器中的Rx滤波器组104针对每个载波频率对在接收电路103处接收到的多载波信号进行滤波，并且解调电路1051到105N分别解调每个用户的数据1到N。
图26示出传统多载波传输系统的第二示例性配置。这里，示出了这样的示例：其中，在图25所示的传统多载波传输系统中，用户A在其他用户B、C和D已经占有了通信频带时使用尚未被使用的频带来发送信号。
发送器中的串并行转换器110对用户A的数据进行串并行转换，并且调制电路1111和1112分别调制经串并行转换的数据。Tx滤波器组112将用户A的调制信号A1和A2中的每个转换为预定载波频率，以使其分配到尚未被使用的频带并被发送电路113发送。同时，接收器中的Rx滤波器组115针对频率转换的每个载波频率对在接收电路114处接收到的多载波信号进行滤波，并且解调电路1161到1162分别解调用户A的信号A1和A2。经解调的调制信号A1和A2被并串行转换器117转换并被恢复为用户A的数据。
图27示出传统正交频分复用(OFDM)传输系统的示例性配置。
在图27(a)中，传统OFDM传输系统包括在发送侧的OFDM调制电路120和在接收侧的OFDM解调电路121。OFDM调制电路120包括串并行转换器122、调制电路1231到123N和快速傅里叶逆变换(IFFT)电路124。OFDM解调电路121包括快速傅里叶变换(FFT)电路125、解调电路1261到126N和并串行转换器127。
通常，通过正交频分复用-时分多址(OFDM-TDMA)方案(该方案将用户的信号分割到时隙中以根据时间来区分用户)，被分割到时隙中的用户的信号被串并行转换器122进行串并行转换，并且并行输出的信号中的每个被调制电路1231到123N中的每个独立地调制。随后，并行输出的调制信号被IFFT电路124转换到时域并作为多载波信号发送。
同时，在OFDM解调电路121中，在建立了OFDM帧同步之后，信号被FFT电路125转换到频域，并且被解调电路1261到126N针对每个子载波进行解调。经解调的信号被输入到并串行转换器127中，并且从每个子载波信号被恢复到原始的一体的信号。
相关技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利No.3299952
发明内容
本发明要解决的问题
图26中示出的传统多载波传输系统需要与用户信号被分割为的载波数目一样多的调制电路和解调电路。此外，串并行转换器和并串行转换器需要用于用户信号被分割为的载波数目的适当的存储器量，这导致电路尺寸变大的问题。
同时，在图27中示出的OFMD传输系统中，多个调制电路和解调电路被需要，并且OFDM信号表示使得子载波变为正交的频域中的SINC函数响应。因此，如图27(b)中所示，存在这样的问题：当用户A的信号被分割到频谱中时，旁瓣变得与相邻的另一用户信号叠加，从而导致干扰。如果为了避免这一问题而将足够的防护频带设置在OFDM信号和另一用户的信号之间，则出现频率利用效率降低的问题。
本发明的建议是提供无线传输方法、无线传输系统以及无线传输系统的发送和接收装置，藉此以小电路尺寸实现对一个调制信号的直接频谱分割传输(direct spectrum division transmission)，从而允许高效地使用传输路径的未使用频带。
解决问题的手段
根据第一发明，一种在通过无线传输路径耦合的发送器和接收器之间发送并接收调制信号的无线传输系统中，所述发送器包括分割所述调制信号并且生成每个都被布置在预定频率位置处的多个子频谱信号的频谱分割滤波器组，并且使被布置在频谱中的所述多个子频谱信号经历直接频谱分割传输，并且所述接收器包括从接收信号中提取被布置在频谱中并经历了所述直接频谱分割传输的所述多个子频谱信号以将所述子频谱信号组合为原始调制信号的频谱组合滤波器组。
根据第一发明的无线传输系统中的所述频谱分割滤波器组D1包括：傅里叶变换单元，将所述调制信号转换到频域；多个频谱分割单元，分割所述傅里叶变换单元的输出并且输出所述多个子频谱信号；多个频率移位单元，将从所述多个频谱分割单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述预定频率位置；加法单元，对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且将这些输出中的每个输出布置在所述预定频率位置处；以及傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第一发明的无线传输系统中的所述频谱分割滤波器组D2包括：傅里叶变换单元，将所述调制信号转换到频域；多个频率移位单元，每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出移位到所述预定频率位置；多个频谱分割单元，分割所述多个频率移位单元的每个输出并且输出所述多个子频谱信号；加法单元，对所述多个频谱分割单元的输出执行加法，并且将这些输出中的每个输出布置在所述预定频率位置处；以及傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第一发明的无线传输系统中的所述频谱组合滤波器组C1包括：傅里叶变换单元，将所述接收信号转换到频域；多个频谱提取单元，分割所述傅里叶变换单元的输出并且提取所述多个子频谱信号；多个频率移位单元，将从所述多个频谱提取单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；加法单元，对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第一发明的无线传输系统中的所述频谱组合滤波器组C2包括：傅里叶变换单元，将所述接收信号转换到频域；多个频率移位单元，每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出从所述预定频率位置处移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；多个频谱提取单元，分割所述多个频率移位单元的每个输出并且提取所述多个子频谱信号；加法单元，对所述多个频谱提取单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第二发明，第一发明的无线传输系统中的所述发送器和所述接收器通过相应的无线传输路径来传输所述多个子频谱信号。
根据第二发明的无线传输系统中的所述频谱分割滤波器组D1′包括：傅里叶变换单元，将所述调制信号转换到频域；多个频谱分割单元，分割所述傅里叶变换单元的输出并且输出所述多个子频谱信号；多个频率移位单元，将从所述多个频谱分割单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述预定频率位置，并且输出被布置在所述预定频率位置处的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号；以及多个傅里叶逆变换单元，将所述多个频率移位单元的每个输出转换到时域。
根据第二发明的无线传输系统中的所述频谱分割滤波器组D2′包括：傅里叶变换单元，将所述调制信号转换到频域；多个频率移位单元，每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出移位到所述预定频率位置；多个频谱分割单元，分割所述多个频率移位单元的每个输出并且输出被布置在所述预定频率位置处的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号；以及多个傅里叶逆变换单元，将所述多个频谱分割单元的每个输出转换到时域。
根据第二发明的无线传输系统中的所述频谱组合滤波器组C1’包括：多个傅里叶变换单元，将通过多个无线传输路径发送的接收信号中的每个接收信号转换到频域；多个频谱提取单元，分割所述多个傅里叶变换单元的每个输出并且提取所述多个子频谱信号；多个频率移位单元，将从所述多个频谱提取单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；加法单元，对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第二发明的无线传输系统中的所述频谱组合滤波器组C2′包括：多个傅里叶变换单元，将通过多个无线传输路径发送的接收信号中的每个接收信号转换到频域；多个频率移位单元，将所述傅里叶变换单元的每个输出从所述预定频率位置处移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；多个频谱提取单元，分割所述多个频率移位单元的每个输出并且提取所述多个子频谱信号；加法单元，对所述多个频谱提取单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第一发明或第二发明的无线传输系统中的频谱分割滤波器组D1、D1′、D2和D2’中的每个中的频谱分割单元中的每个将所述调制信号乘以不止一个频谱分割加权函数BDk(ω)以生成N个子频谱信号Sbk(ω)。根据第一发明或第二发明的无线传输系统中的频谱组合滤波器组C1、C1′、C2和C2’中的每个中的频谱提取单元中的每个将包含在所述接收信号中的N个子频谱信号Sbk(ω)乘以频谱组合加权函数BCk(ω)，该频谱组合加权函数BCk(ω)与所述发送器和所述接收器之间的传输函数G(ω)以及频谱分割加权函数BDk(ω)相对应，其中k表示从1到N的自然数，N表示分割得到的频谱的数目并且ω表示频率。
此外，优选地，作为频谱分割加权函数BDk(ω)和频谱组合加权函数BCk(ω)的乘积的总传输函数BTk(ω)在所述调制信号的占有频谱中被表示为如下等式：
∑|BTk(ω)G(ω+ωk)|＝A
其中A表示常数并且ωk表示由子频谱信号的频率分配所确定的值。
此外，优选地，构成一对的频谱分割加权函数BDk(ω)和频谱组合加权函数BCk(ω)二者是相同的根滚降函数。
此外，优选地，所述调制信号的平均频率频谱F(ω)与频谱分割加权函数BDk(ω)的乘积满足
|F(ω)BDk(ω)G(ω+ωk)|＝|BCk(ω)|
并且频谱组合加权函数BCk(ω)是根滚降函数。
根据第三发明，第一发明的无线传输系统中的发送器包括频谱分割滤波器组D1和D2。
根据第四发明，第二发明的无线传输系统中的发送器包括频谱分割滤波器组D1′和D2′。
根据第五发明，第一发明的无线传输系统中的接收器包括频谱组合滤波器组C1和C2。
根据第六发明，第二发明的无线传输系统中的接收器包括频谱组合滤波器组C1′和C2′。
根据第七发明，一种在通过无线传输路径耦合的发送器和接收器之间发送并接收调制信号的无线传输方法中，所述发送器使用频谱分割滤波器组来分割所述调制信号，从每个都被布置在预定频率位置处的多个子频谱信号生成发送信号，并且使被布置在频谱中的所述多个子频谱信号经历直接频谱分割传输，并且所述接收器使用频谱组合滤波器组来从接收信号中提取被布置在频谱中并经历了所述直接频谱分割传输的所述多个子频谱信号以将这些子频谱信号组合为原始调制信号，该原始调制信号随后经历解调处理。
根据第七发明的无线传输方法中的所述频谱分割滤波器组通过傅里叶变换单元将所述调制信号转换到频域；通过多个频谱分割单元分割所述傅里叶变换单元的输出并且输出所述多个子频谱信号；通过多个频率移位单元将从所述多个频谱分割单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述预定频率位置；通过加法单元对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且将这些输出中的每个输出布置在所述预定频率位置处；以及通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第七发明的无线传输方法中的所述频谱分割滤波器组通过傅里叶变换单元将所述调制信号转换到频域；通过多个频率移位单元中的每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出移位到所述预定频率位置；通过多个频谱分割单元分割所述多个频率移位单元的每个输出并且输出所述多个子频谱信号；通过加法单元对所述多个频谱分割单元的输出执行加法，并且将这些输出中的每个输出布置在所述预定频率位置处；以及通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第七发明的无线传输方法中的所述频谱组合滤波器组通过傅里叶变换单元将所述接收信号转换到频域；通过多个频谱提取单元分割所述傅里叶变换单元的输出并且提取所述多个子频谱信号；通过多个频率移位单元将从所述多个频谱提取单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；通过加法单元对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第七发明的无线传输方法中的所述频谱组合滤波器组通过傅里叶变换单元将所述接收信号转换到频域；通过多个频率移位单元中的每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出从所述预定频率位置处移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；通过多个频谱提取单元分割所述多个频率移位单元的每个输出并且提取所述多个子频谱信号；通过加法单元对所述多个频谱提取单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第八发明，第七发明的无线传输系统中的发送器和接收器通过相应的无线传输路径来传输所述多个子频谱信号。
根据第八发明的无线传输方法中的所述频谱分割滤波器组通过傅里叶变换单元将所述调制信号转换到频域；通过多个频谱分割单元分割所述傅里叶变换单元的输出并且输出所述多个子频谱信号；通过多个频率移位单元将所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述预定频率位置，并且输出被布置在所述预定频率位置处的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号；以及通过多个傅里叶逆变换单元将所述多个频率移位单元的每个输出转换到时域。
根据第八发明的无线传输方法中的所述频谱分割滤波器组通过傅里叶变换单元将所述调制信号转换到频域；通过多个频率移位单元中的每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出移位到所述预定频率位置；通过多个频谱分割单元分割所述多个频率移位单元的每个输出并且输出被布置在所述预定频率位置处的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号；以及通过多个傅里叶逆变换单元将所述多个频谱分割单元的每个输出转换到时域。
根据第八发明的无线传输方法中的所述频谱组合滤波器组：通过多个傅里叶变换单元将通过所述多个无线传输路径发送的接收信号中的每个接收信号转换到频域；通过多个频谱提取单元分割所述多个傅里叶变换单元的输出并且提取所述多个子频谱信号；通过多个频率移位单元将从所述多个频谱提取单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；通过加法单元对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
根据第八发明的无线传输方法中的所述频谱组合滤波器组通过多个傅里叶变换单元将通过所述多个无线传输路径发送的接收信号中的每个接收信号转换到频域；通过多个频率移位单元将所述多个傅里叶变换单元的每个输出从所述预定频率位置处移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；通过多个频谱提取单元分割所述多个频率移位单元的每个输出并且提取所述多个子频谱信号；通过加法单元对所述多个频谱提取单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
本发明的优点
根据本发明，因为一个调制信号被分割以生成多个子频谱信号，这些子频谱信号随后在多个子频谱信号被布置在频谱中的情况下经历直接频谱分割传输，所以高效利用由另一用户占有的传输路径的未使用频带的直接频谱分割传输能够被实现。此外，因为多个子频谱信号能够被一个调制电路和一个解调电路处理，所以不需要用于每个子频谱信号的调制电路或解调电路，从而为无线传输系统实现了具有减小的电路尺寸的直接频谱分割传输。
此外，因为一个调制信号被分割到频谱中，从而允许峰值平均功率比(PAPR)与传统多载波传输中的相比更小，所以发送器和接收器的RF电路中的放大器的尺寸能够被减小。
附图说明
图1是示出根据本发明的无线传输系统的第一实施例的框图。
图2是示出频谱分割滤波器组11的第一示例性配置的框图。
图3是示出第一示例性配置的频谱分割滤波器组11的信号处理流程的图示。
图4是示出频谱分割滤波器组11的第二示例性配置的框图。
图5是示出第二示例性配置的频谱分割滤波器组11的信号处理流程的图示。
图6是示出频谱组合滤波器组14的第一示例性配置的框图。
图7是示出第一示例性配置的频谱组合滤波器组14的信号处理流程的图示。
图8是示出频谱组合滤波器组14的第二示例性配置的框图。
图9是示出第二示例性配置的频谱组合滤波器组14的信号处理流程的图示。
图10是示出应用了重叠相加法的频谱分割滤波器组11的示例性配置的框图。
图11是示出应用了重叠相加法的频谱组合滤波器组14的示例性配置的框图。
图12是示出根据本发明的无线传输系统的第二实施例的框图。
图13是示出频谱分割滤波器组11′的第一示例性配置的框图。
图14是示出频谱分割滤波器组11′的第二示例性配置的框图。
图15是示出频谱组合滤波器组14′的第一示例性配置的框图。
图16是示出频谱组合滤波器组14′的第二示例性配置的框图。
图17是示出应用了重叠相加法的频谱分割滤波器组11′的示例性配置的框图。
图18是示出应用了重叠相加法的频谱组合滤波器组14′的示例性配置的框图。
图19是示出频谱分割加权函数和频谱组合加权函数的示例的图示。
图20是示出另一示例性频谱分割的图示。
图21是示出通过将调制信号分割为两个子频谱信号而得到的发送信号的示例的图示。
图22是示出通过组合接收信号的两个子频谱信号而得到的组和信号的示例的图示。
图23是示出子频谱信号的组合信号和调制信号的根滚降特性(rootroll-off characteristic)的图示。
图24是示出调制信号F(ω)的频带与由子频谱信号占有的频带的和之间的比较示例的图示。
图25是示出传统多载波传输系统的第一示例性配置的框图。
图26是示出传统多载波传输系统的第二示例性配置的框图。
图27是示出传统OFDM传输系统的示例性配置的框图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的无线传输系统的第一实施例。
在图1中，根据本实施例的无线传输系统具有这样的配置：其中，发送器和接收器通过无线传输路径彼此耦合。发送器包括调制电路10、频谱分割滤波器组11和发送电路12，并且发送器发送通过对调制信号的频谱分割而得到的且每个都被布置在预定频率位置处的多个子频谱信号。接收器包括接收电路13、频谱组合滤波器组14和解调电路15，并且接收器从经历了直接频谱分割传输的接收信号中提取多个子频谱信号，并且将子频谱信号组合成原始的调制信号以供解调。
图2示出频谱分割滤波器组11的第一示例性配置。这里，示出了这样的示例性配置：其中，频谱分割被执行以生成两个子频谱信号。
在图2中，频谱分割滤波器组11包括：将输入的调制信号转换到频域的FFT电路11a；通过将FFT电路11a的输出乘以频谱分割加权函数1来输出得自于频谱分割的子频谱信号的频谱分割电路11b；通过将FFT电路11a的输出乘以频谱分割加权函数2来输出得自于频谱分割的子频谱信号的频谱分割电路11c；将从频谱分割电路11b输出的子频谱信号移位(shift)频率移位1的频率移位电路11d；将从频谱分割电路11c输出的子频谱信号移位频率移位2的频率移位电路11e；执行频率移位电路11d和11e的输出的加法的加法电路11f；和将加法电路11f的输出转换到时域的IFFT电路11g。
图3示出第一示例性配置的频谱分割滤波器组11的信号处理流程。
在图3(a)和(b)中，被输入到频谱分割滤波器组11中的调制信号经过FFT电路11a的快速傅里叶变换处理，并且从时域被转换到频域以得到调制信号A。频谱分割电路11b将从FFT电路11a输出的调制信号A乘以频谱分割加权函数1，然后输出在调制信号A的频域中的得自于频谱分割的子频谱信号。频谱分割电路11c将从FFT电路11a输出的调制信号A乘以频谱分割加权函数2，以输出在调制信号A的频域中的得自于频谱分割的子频谱信号。频率移位电路11d将从频谱分割电路11b输出的子频谱信号移位频率移位1，以生成等价地(equivalently)频率转换的子频谱信号A1。频率移位电路11e将从频谱分割电路11c输出的子频谱信号移位频率移位2，以生成等价地频率转换的子频谱信号A2。
加法电路11f在频域中执行频率移位电路11d和11e的输出的加法，将得自于频谱分割和频率转换的子频谱信号A1和A2中的每个布置在预定频率位置处，并将信号输出到IFFT电路11g。IFFT电路11g执行快速傅里叶逆变换处理以将调制信号从频域转换到时域。
调制信号被转换为无线电信号并从图1所示的发送电路12被发送。在那时，如图3(c)所示，当其他用户的调制信号B、C和D占有无线传输路径上的相应频带时，子频谱信号A1和A2被插入到未使用的频带中。这些子频谱信号A1和A2的频带和频率位置是根据相应的未使用频带通过频谱分割加权函数1和2以及频率移位1和2而被设定的。
图4示出频谱分割滤波器组11的第二示例性配置。这里，示出这样的示例性配置：其中，频谱分割被执行以生成两个子频谱信号。
在图4中，频谱分割滤波器组11包括：将输入的调制信号转换到频域的FFT电路11a；将FFT电路11a的输出移位频率移位1的频率移位电路11d；将FFT电路11a的输出移位频率移位2的频率移位电路11e；通过将频率移位电路11d的输出乘以频谱分割加权函数1来输出得自于频谱分割的子频谱信号的频谱分割电路11b；通过将频率移位电路11e的输出乘以频谱分割加权函数2来输出得自于频谱分割的子频谱信号的频谱分割电路11c；执行频谱分割电路11b和11c的输出的加法的加法电路11f；和将加法电路11f的输出转换到时域的IFFT电路11g。
图5示出第二示例性配置的频谱分割滤波器组11的信号处理流程。
在图5(a)和(b)中，被输入到频谱分割滤波器组11中的调制信号经过FFT电路11a的快速傅里叶变换处理，并且从时域被转换到频域以得到调制信号A。频率移位电路11d将从FFT电路11a输出的调制信号A移位频率移位1，以被等价地频率转换。频率移位电路11e将从FFT电路11a输出的调制信号A移位频率移位2，以被等价地频率转换。频谱分割电路11b将频率移位电路11d的输出乘以频谱分割加权函数1，然后输出在调制信号A的频域中的得自于频谱分割的子频谱信号A1。频谱分割电路11c将频率移位电路11e的输出乘以频谱分割加权函数2，然后输出在调制信号A的频域中的得自于频谱分割的子频谱信号A2。
加法电路11f在频域中执行频谱分割电路11b和11c的输出的加法，将得自于频率转换和频谱分割的子频谱信号A1和A2中的每个布置在预定频率位置处，并将信号输出到IFFT电路11g。IFFT电路11g执行快速傅里叶逆变换处理以将调制信号从频域转换到时域。
调制信号被转换为无线电信号并从图1所示的发送电路12被发送。在那时，如图5(c)所示，当其他用户的调制信号B、C和D占有无线传输路径上的相应频带时，子频谱信号A1和A2被插入到未使用的频带中。这些子频谱信号A1和A2的频带和频率位置是根据相应的未使用频带通过频谱分割加权函数1和2以及频率移位1和2而被设定的。
如上所述，在过去，如果不能获取连续的未使用频带，则没有频带能够被指派给调制信号A。此外，分散的未使用频带不能被有效利用。相反，在根据本发明的无线通信系统中，图2或图4中示出的频谱分割滤波器组11被用来执行调制信号A在分散的未使用频带上的频谱分割和布置，从而使得即使连续的未使用频带不被获取也能够实现调制信号A的直接频谱分割传输，从而允许整个系统的频率利用率得到改善。
图6示出频谱组合滤波器组14的第一示例性配置。这里，示出了这样的示例性配置：其中，两个子频谱信号的频谱组合被执行。
在图6中，频谱组合滤波器组14包括：将输入的调制信号转换到频域的FFT电路14a；通过将FFT电路14a的输出乘以频谱组合加权函数1来提取子频谱信号的频谱提取电路14b；通过将FFT电路14a的输出乘以频谱组合加权函数2来提取子频谱信号的频谱提取电路14c；将从频谱提取电路14b输出的子频谱信号移位频率移位1的频率移位电路14d；将从频谱提取电路14c输出的子频谱信号移位频率移位2的频率移位电路14e；执行频率移位电路14d和14e的输出的加法的加法电路14f；和将加法电路14f的输出转换到时域的IFFT电路14g。
注意，如果需要，则Rx频谱整形滤波器14h被插入在加法电路14f和IFFT电路14g之间。Rx频谱整形滤波器14h包括乘法电路14i，该乘法电路14i在频域中将加法电路14f的输出与频谱整形滤波函数相乘以去除预定频带外的噪声和信号成分。
图7示出第一示例性配置的频谱组合滤波器组14的信号处理流程。
在图7(a)中，被输入到频谱组合滤波器组14中的所接收信号经过FFT电路14a的快速傅里叶变换处理，并且从时域被转换到频域。子频谱信号A1和A2被布置在所接收信号上的预定频率位置处。
在图7(b)和(c)中，频谱提取电路14b将从FFT电路14a输出的所接收信号乘以频谱组合加权函数1，然后在频域中从所接收信号提取出子频谱信号A1。频谱提取电路14c将从FFT电路14a输出的所接收信号乘以频谱组合加权函数2，然后在频域中从所接收信号提取出子频谱信号。也就是，频谱提取电路14b和14c通过将所接收信号与频谱组合加权函数1和2相乘以去除频谱组合加权函数1和2的通带外的噪声和信号成分，来在频域中执行等价的滤波处理，并且提取出子频谱信号A1和A2。
在图7(d)中，频率移位电路14d将频谱提取电路14b的输出移位频率移位1，以使其被等价地频率转换。频率移位电路14e将频谱提取电路14b的输出移位频率移位2，以使其被等价地频率转换。加法电路14f执行每个都经过了频率转换的信号的加法，以在子频谱信号A1和A2被布置到预定频率位置之前所在的频率位置处组合子频谱信号A1和A2，并且恢复出原始的调制信号A。
在图7(e)中，Rx频谱整形滤波器14h去除包含在加法电路14f的输出中的相邻频带中的调制信号B和D，选择恢复出的调制信号A并将其输出到IFFT电路14g。IFFT电路14g执行快速傅里叶逆变换处理以将调制信号从频域转换到时域，并且将调制信号输出到后续的解调电路。
注意，图6和7所示的第一示例性配置的频谱组合滤波器组14中的频谱组合加权函数1和2被设定为如下的值，该值与图4和5所示的第二示例性配置的频谱分割滤波器组11中的频谱分割加权函数1和2以及发送器和接收器之间的传输函数相对应。此外，图6和7所示的第一示例性配置的频谱组合滤波器组14中的频率移位1和2被设定为如下的值，该值与图4和5所示的第二示例性配置的频谱分割滤波器组11中的频率移位1和2互补。
图8示出频谱组合滤波器组14的第二示例性配置。这里，示出了这样的示例性配置：其中，两个子频谱信号的频谱组合被执行。
在图8中，频谱组合滤波器组14包括：将输入的调制信号转换到频域的FFT电路14a；将FFT电路14a的输出移位频率移位1的频率移位电路14d；将FFT电路14a的输出移位频率移位2的频率移位电路14e；通过将频率移位电路14d的输出乘以频谱组合加权函数1来提取子频谱信号的频谱提取电路14b；通过将频率移位电路14e的输出乘以频谱组合加权函数2来提取子频谱信号的频谱提取电路14c；执行频谱提取电路14b和14c的输出的加法的加法电路14f；和将加法电路14f的输出转换到时域的IFFT电路14g。
注意，如果需要，则Rx频谱整形滤波器14h被插入在加法电路14f和IFFT电路14g之间。Rx频谱整形滤波器14h包括乘法电路14i，该乘法电路14i在频域中将加法电路14f的输出与频谱整形滤波函数相乘以去除预定频带外的噪声和信号成分。
图9示出第二示例性配置的频谱组合滤波器组14的信号处理流程。
在图9(a)中，被输入到频谱组合滤波器组14中的所接收信号经过FFT电路14a的快速傅里叶变换处理，并且从时域被转换到频域。子频谱信号A1和A2被布置在所接收信号上的预定频率位置处。
在图9(b)和(c)中，频率移位电路14d将FFT电路14a的输出移位频率移位1，以使其被等价地频率转换。频谱提取电路14b将从频率移位电路14d输出的所接收信号乘以频谱组合加权函数1，然后在频域中从所接收信号提取出子频谱信号A1。频率移位电路14e将FFT电路14a的输出移位频率移位2，以使其被等价地频率转换。频谱提取电路14c将从频率移位电路14e输出的所接收信号乘以频谱组合加权函数2，然后在频域中从所接收信号提取出子频谱信号A2。也就是，频谱提取电路14b和14c通过将经频率转换的所接收信号与频谱组合加权函数1和2相乘以去除频谱组合加权函数1和2的通带外的噪声和信号成分，来执行等价的滤波处理，并且提取出子频谱信号A1和A2。
在图9(d)中，加法电路14f执行从所接收信号中提取出的子频谱信号A1和A2的加法，以在子频谱信号A1和A2被布置到预定频率位置之前所在的频率位置处组合子频谱信号A1和A2，并且恢复出原始的调制信号A。
在图9(e)中，Rx频谱整形滤波器14h去除包含在加法电路14f的输出中的相邻频带中的调制信号B和D，选择恢复出的调制信号A并将其输出到14g。IFFT电路14g执行快速傅里叶逆变换处理以将调制信号从频域转换到时域，并且将调制信号输出到后续的解调电路。
注意，图8和9所示的第二示例性配置的频谱组合滤波器组14中的频谱组合加权函数1和2被设定为如下的值，该值与图2和3所示的第一示例性配置的频谱分割滤波器组11中的频谱分割加权函数1和2以及发送器和接收器之间的传输函数相对应。此外，图8和9所示的第二示例性配置的频谱组合滤波器组14中的频率移位1和2被设定为如下的值，该值与图2和3所示的第一示例性配置的频谱分割滤波器组11中的频率移位1和2互补。
此外，频谱分割滤波器组11和频谱组合滤波器组14可采用公知的重叠相加法(overlap and add method)，其中，为了处理连续的信号，输入信号被以固定间隔划分，并以每个间隔为单位被处理，然后处理后的信号被相加并输出。此外，频谱分割滤波器组11和频谱组合滤波器组14也可采用公知的重叠存储法(overlap and storage method)，其中，输入信号被以部分重叠的固定间隔划分，以每个间隔为单位被处理，并且在一些重叠部分从处理后的信号中被丢弃后，相加被执行。
图10示出应用了重叠相加法的频谱分割滤波器组11的示例性配置。
在图10中，从调制电路10输入的调制信号被分支到两路中，一路通过第一时间窗21被输入到第一频谱分割滤波器组11-1中，并且另一路被延迟电路22延迟，并且通过第二时间窗23被输入到第二频谱分割滤波器组11-2中。注意，第一时间窗21和第二时间窗23是在时域中具有互补特性的时间窗。第一频谱分割滤波器组11-1和第二频谱分割滤波器组11-2的电路配置与图2或图4中示出的频谱分割滤波器组11的电路配置相同。第一频谱分割滤波器组11-1的输出被延迟电路24延迟，然后被输入到加法电路25中，与第二频谱分割滤波器组11-2的输出相加后被输出到发送电路12。通过应用这样的重叠相加法，可在时域中对连续的调制信号连续地执行有限间隔的FFT处理。
图11示出应用了重叠相加法的频谱组合滤波器组14的示例性配置。
在图11中，从接收电路13输入的所接收信号被分支到两路中，一路通过第一时间窗31被输入到第一频谱组合滤波器组14-1中，并且另一路被延迟电路32延迟，并且通过第二时间窗33被输入到第二频谱组合滤波器组14-2中。注意，第一时间窗31和第二时间窗33是在时域中具有互补特性的时间窗。第一频谱组合滤波器组14-1和第二频谱组合滤波器组14-2的电路配置与图6或图8中示出的频谱组合滤波器组14的电路配置相同。第一频谱组合滤波器组14-1的输出被延迟电路34延迟，然后被输入到加法电路35中，与第二频谱组合滤波器组14-2的输出相加后被输出到解调电路15。通过应用这样的重叠相加法，可在时域中对连续的所接收信号连续地执行有限间隔的FFT处理。
图12示出根据本发明的无线传输系统的第二实施例。
在图12中，根据本实施例的无线传输系统具有这样的配置：其中，发送器和接收器通过多条无线传输路径耦合。这里，多条无线传输路径包括诸如偏振分割复用和空间分割复用之类的多路传输路径。
发送器包括调制电路10、频谱分割滤波器组11′和与多条无线传输路径相对应的发送电路12-1、12-2、…、12-N，并且发送器通过各个相对应的发送电路12-1、12-2、…、12-N发送通过对调制信号的频谱分割而得到的且每个都被布置在预定频率位置处的多个子频谱信号。接收器包括与多条无线传输路径相对应的接收电路13-1、13-2、…、13-N，频谱组合滤波器组14′和解调电路15，并且接收器通过接收电路13-1、13-2、…、13-N接收经历了直接频谱分割传输的接收信号，从相应的接收信号中提取多个子频谱信号，并且将子频谱信号组合成原始的调制信号以供解调。
图13示出频谱分割滤波器组11′的第一示例性配置。这里，示出了这样的示例性配置：其中，频谱分割被执行以生成两个子频谱信号。
在图13中，频谱分割滤波器组11′包括：将输入的调制信号转换到频域的FFT电路11a；通过将FFT电路11a的输出乘以频谱分割加权函数1来输出得自于频谱分割的子频谱信号的频谱分割电路11b；通过将FFT电路11a的输出乘以频谱分割加权函数2来输出得自于频谱分割的子频谱信号的频谱分割电路11c；将从频谱分割电路11b输出的子频谱信号移位频率移位1的频率移位电路11d；将从频谱分割电路11c输出的子频谱信号移位频率移位2的频率移位电路11e；和将频率移位电路11d和11e的各自输出转换到时域的IFFT电路11g-1和11g-2。
与图2所示频谱分割滤波器组11的第一示例性配置的差别在于：从频率移位电路11d和11e输出的子频谱信号A1和A2分别通过IFFT电路11g-1和11g-2被输出到图12中示出的发送电路12-1和12-2。因此，子频谱信号A1和A2通过彼此独立的无线传输路径被发送到接收器。
图14示出频谱分割滤波器组11′的第二示例性配置。这里，示出这样的示例性配置：其中，频谱分割被执行以生成两个子频谱信号。
在图14中，频谱分割滤波器组11′包括：将输入的调制信号转换到频域的FFT电路11a；将FFT电路11a的输出移位频率移位1的频率移位电路11d；将FFT电路11a的输出移位频率移位2的频率移位电路11e；通过将频率移位电路11d的输出乘以频谱分割加权函数1来输出得自于频谱分割的子频谱信号的频谱分割电路11b；通过将频率移位电路11e的输出乘以频谱分割加权函数2来输出得自于频谱分割的子频谱信号的频谱分割电路11c；和将频谱分割电路11b和11c的各自输出转换到时域的IFFT电路11g-1和11g-2。
与图4所示频谱分割滤波器组11的第二示例性配置的差别在于：从频谱分割电路11b和11c输出的子频谱信号A1和A2分别通过IFFT电路11g-1和11g-2被输出到图12中示出的发送电路12-1和12-2。因此，子频谱信号A1和A2通过彼此独立的无线传输路径被发送到接收器。
图15示出频谱组合滤波器组14’的第一示例性配置。这里，示出了这样的示例性配置：其中，两个子频谱信号的频谱组合被执行。
在图15中，频谱组合滤波器组14’包括：分别将多个输入的调制信号转换到频域的FFT电路14a-1和14a-2；通过将FFT电路14a-1的输出乘以频谱组合加权函数1来提取子频谱信号的频谱提取电路14b；通过将FFT电路14a-2的输出乘以频谱组合加权函数2来提取子频谱信号的频谱提取电路14c；将从频谱提取电路14b输出的子频谱信号移位频率移位1的频率移位电路14d；将从频谱提取电路14c输出的子频谱信号移位频率移位2的频率移位电路14e；执行频率移位电路14d和14e的输出的加法的加法电路14f；和将加法电路14f的输出转换到时域的IFFT电路14g。注意，如上所述，Rx频谱整形滤波器14h在需要的情况下被布置。
与图6所示频谱组合滤波器组14的第一示例性配置的差别在于：从图12所示的接收电路13-1和13-2输入的多个调制信号分别通过FFT电路14a-1和14a-2被输入到相应的频谱提取电路14b和14c。因此，相应的子频谱信号A1和A2从通过彼此独立的无线传输路径传输的所接收信号中被提取并且被组合。
图16示出频谱组合滤波器组14′的第二示例性配置。这里，示出了这样的示例性配置：其中，两个子频谱信号的频谱组合被执行。
在图16中，频谱组合滤波器组14′包括：分别将输入的调制信号转换到频域的FFT电路14a-1和14a-2；将FFT电路14a-1的输出移位频率移位1的频率移位电路14d；将FFT电路14a-2的输出移位频率移位2的频率移位电路14e；通过将频率移位电路14d的输出乘以频谱组合加权函数1来提取子频谱信号的频谱提取电路14b；通过将频率移位电路14e的输出乘以频谱组合加权函数2来提取子频谱信号的频谱提取电路14c；执行频谱提取电路14b和14c的输出的加法的加法电路14f；和将加法电路14f的输出转换到时域的IFFT电路14g。注意，如上所述，Rx频谱整形滤波器14h在需要的情况下被布置。
与图8所示频谱组合滤波器组14的第二示例性配置的差别在于：从图12所示的接收电路13-1和13-2输入的多个调制信号分别通过FFT电路14a-1和14a-2被输入到相应的频率移位电路14d和14e。因此，相应的子频谱信号A1和A2从通过彼此独立的无线传输路径传输的所接收信号中被提取并且被组合。
图17示出应用了重叠相加法的频谱分割滤波器组11’的示例性配置。
在图17中，从调制电路10输入的调制信号被分支到两路中，一路通过第一时间窗21被输入到第一频谱分割滤波器组11′-1中，并且另一路被延迟电路22延迟，并且通过第二时间窗23被输入到第二频谱分割滤波器组11′-2中。注意，第一时间窗21和第二时间窗23是在时域中具有互补特性的时间窗。第一频谱分割滤波器组11′-1和第二频谱分割滤波器组11′-2的电路配置与图13或图14中示出的频谱分割滤波器组11′的电路配置相同。第一频谱分割滤波器组11′-1的第一输出被延迟电路24-1延迟，然后被输入到加法电路25-1中，与第二频谱分割滤波器组11′-2的第一输出相加后被输出到发送电路12-1。此外，第一频谱分割滤波器组11′-1的第二输出被延迟电路24-2延迟，然后被输入到加法电路25-2中，与第二频谱分割滤波器组11′-2的第二输出相加后被输出到发送电路12-2。通过应用这样的重叠相加法，可在时域中对连续的调制信号连续地执行有限间隔的FFT处理。
图18示出应用了重叠相加法的频谱组合滤波器组14′的示例性配置。
在图18中，从接收电路13-1输入的所接收信号被分支到两路中，一路通过第一时间窗31-1被输入到第一频谱组合滤波器组14′-1中，并且另一路被延迟电路32-1延迟，并且通过第二时间窗33-1被输入到第二频谱组合滤波器组14′-2中。此外，从接收电路13-2输入的所接收信号被分支到两路中，一路通过第一时间窗31-2被输入到第一频谱组合滤波器组14′-1中，并且另一路被延迟电路32-2延迟，并且通过第二时间窗33-2被输入到第二频谱组合滤波器组14′-2中。注意，第一时间窗31-1和第二时间窗33-1以及第一时间窗31-2和第二时间窗33-2分别是在时域中具有互补特性的时间窗。
第一频谱组合滤波器组14′-1和第二频谱组合滤波器组14′-2的电路配置与图15或图16中示出的频谱组合滤波器组14′的电路配置相同。第一频谱组合滤波器组14′-1的输出被延迟电路34延迟，然后被输入到加法电路35中，与第二频谱组合滤波器组14′-2的输出相加后被输出到解调电路15。通过应用这样的重叠相加法，可在时域中对连续的所接收信号连续地执行有限间隔的FFT处理。
上述的频谱分割滤波器组11和11′以及频谱组合滤波器组14和14′的每个电路不限于硬件电路，并且例如可以是由软件处理构成的。
在本发明的无线传输系统和无线传输方法中，很重要的是：频谱分割滤波器组11分割调制信号A以生成子频谱信号A1和A2，其随后被频谱组合滤波器组14提取并组合以恢复出调制信号A。现将详细描述频谱分割加权函数和频谱组合加权函数。
图19示出频谱分割加权函数和频谱组合加权函数的示例。
当调制信号被滤波时，卷积在时域中被执行。同时，在傅里叶变换被使用的频域中，作为替代，乘法可被执行。
在频谱分割滤波器组11中，令要输入的调制信号为F(ω)，频谱分割加权函数1为H1(ω)，频谱分割加权函数2为H2(ω)，频率移位1为ω1并且频率移位2为ω2，则通过在频域中相加子频谱信号A1和A2而得到的发送信号Tx(ω)可被表示如下：
Tx(ω)＝F(ω-ω1)H1(ω-ω1)+F(ω-ω2)H2(ω-ω2)  …(1)
假设ω1和ω2被选择为使得在相加后子频谱信号A1和A2的信号频带在频域中不重叠。
接下来，令发送器和接收器之间的传输函数G(ω)为1，则将被输入到频谱组合滤波器组14中的接收信号Rx(ω)可被表示如下：
Rx(ω)＝G(ω)Tx(ω)＝Tx(ω)    …(2)
同时，令与发送侧频谱分割加权函数1相同的H1(ω)为频谱组合加权函数1，与发送侧频谱分割加权函数2相同的H2(ω)为频谱组合加权函数2，频率移位1为-ω1并且频率移位2为-ω2，则加法电路14f的输出Rx1(ω)可被表示如下：
Rx1(ω)＝Rx(ω+ω1)H1(ω)+Rx(ω+ω2)H2(ω)
＝F(ω)(H1 2(ω)+H2 2(ω))…(3)
令Rx频谱整形滤波器14h的频率特性为Roll(ω)，则解调电路15的输入信号Rx2(ω)可被表示如下：
Rx2(ω)＝Rx1(ω)Roll(ω)
＝F(ω)(H1 2(ω)+H2 2(ω))Roll(ω)    …(4)
这里，频谱组合加权函数BCk(ω)是与频谱分割加权函数BDk(ω)以及发送器和接收器之间的传输函数G(ω)相对应的函数，其中，k表示从1到N的自然数，N表示分割得到的频谱的数目并且ω表示频率。作为频谱分割加权函数BDk(ω)和频谱组合加权函数BCk(ω)的乘积的总传输函数BTk(ω)在调制信号的占有频谱中被表示如下：
∑|BTk(ω)G(ω+ωk)|
＝∑|BDk(ω)BCk(ω)G(ω+ωk)|
＝A  …(5)
其中，A表示常数并且ωk表示由子频谱信号的频率分配所确定的值。构成一对的频谱分割加权函数BDk(ω)和频谱组合加权函数BCk(ω)二者是相同的根滚降函数。
这里，令G(ω)＝1，如等式(2)中那样，则等式(5)可被表示如下：
|BD1(ω)BC1(ω)|+|BD2(ω)BC2(ω)|
＝|H1 2(ω)|+|H2 2(ω)|
＝A  …(6)
令H1(ω)＞0并且H2(ω)＞0，则等式(4)可被表示如下：
Rx2(ω)＝F(ω)(H1 2(ω)+H2 2(ω))Roll(ω)
＝AF(ω)Roll(ω)  …(7)
并且Rx频谱整形滤波器14h执行滤波以提取发送信号。
同时，当在发送器和接收器之间假定了延迟时间τ时，无失真传输路径的传输函数G(ω)被表示如下：
G(ω)＝exp(-j(ωτ+θ0))
要被输入到接收器中的接收信号Rx(ω)可被表示如下：
Rx(ω)＝G(ω)Tx(ω)＝exp(-j(ωτ+θ0))Tx(ω)  …(8)
这里，令接收侧的频谱组合加权函数1为H1(ω)，并且频谱组合加权函数2为H2(ω)exp(-j(ω1-ω2)τ)，则加法电路14f的输出Rx1(ω)可被表示如下：
Rx1(ω)
＝Rx(ω+ω1)H1(ω)+Rx(ω+ω2)H2(ω)exp(-j(ω1-ω2)τ)
＝Tx(ω+ω1)G(ω+ω1)H1(ω)
+Tx(ω+ω2)G(ω+ω2)H2(ω)exp(-j(ω1-ω2)τ)
＝F(ω)H1(ω)G(ω+ω1)H1(ω)
+F(ω)H2(ω)G(ω+ω2)H2(ω)exp(-j(ω1-ω2)τ)
＝F(ω)(H1 2(ω)exp(-j(ω+ω1)τ+θ0)
+H2 2(ω)exp(-j(ω+ω1)τ+θ0))
＝F(ω)(H1 2(ω)+H2 2(ω))exp(-j(ω+ω1)τ+θ0))    …(9)
也就是，调制信号F(ω)被旋转了相位exp(-j(ω1τ+θ0))并且被延迟了时间τ以供解调。
因为相位旋转和时间延迟可通过通常设置在解调电路15中的载波恢复电路和定时恢复电路而被调节，所以无失真的调制信号F(ω)可被解调电路15提取。
以上描述表示其中传输函数G(ω)不失真的情况。相反，如果传输函数G(ω)的振幅等不是平坦的，则频谱组合加权函数1和频谱组合加权函数2被选择或者频谱分割加权函数1和频谱分割加权函数2被选择以使得振幅在组合之后变得平坦，从而传输路径的失真可被补偿。
此外，将参考图19来详细描述满足本发明的频谱分割加权函数和频谱组合加权函数。
为了满足本发明，如上所述，如下条件被满足：通过将频谱分割加权函数1与频谱组合加权函数1在频域中相乘而得到的总传输函数1以及通过将频谱分割加权函数2与频谱组合加权函数2在频域中相乘而得到的总传输函数2在频域中的和的通带关于调制信号的占有频谱是平坦的。例如，通过将滚降因子为α并且截止频率为ωh的根滚降滤波器频率移位ωh而得到的特性可通过如下等式来表示，其中ωx＝αωh：
H1(ω)＝1(|ω+ωh|＜ωh-ωx)  …(10-1)
H1(ω)＝sin(π(ωx-|ω+ωh|+ωh)/4ωx)  …(10-2)
(ωh-ωx≤|ω+ωh|＜ωh-ωx)
H1(ω)＝0(|ω+ωh|≥2ωh-ωx)    …(10-3)
这里，为了简化，假设传输函数G(ω)＝1，则可通过频谱分割加权函数1和频谱组合加权函数1来计算等式(10)。
同时，接下来，通过将根滚降滤波器频率移位-ωh而得到的特性被表示为如下的等式：
H2(ω)＝1(|ω+ωh|＜ωh-ωx)…(11-1)
H2(ω)＝sin(π(ωx-|ω-ωh|+ωh)/4ωx)…(11-2)
(ωh-ωx≤|ω+ωh|＜ωh-ωx)
H2(ω)＝0(|ω+ωh|≥ωh-ωx)    …(11-3)
这里，为了简化，假设传输函数G(ω)＝1，则可通过频谱分割加权函数2和频谱组合加权函数2来计算等式(11)。
因此，组合了发送和接收的滤波器特性被表示如下：
H1 2(ω)+H2 2(ω)＝1(|ω|＜ωh(2-α))  …(12-1)
H1 2(ω)+H2 2(ω)＝sin2(π(ωx-|ω-ωh|+ωh)/4ωx)  …(12-2)
(ωh(2-α)≤ω＜ωh(2+α))
H1 2(ω)+H2 2(ω)＝sin2(π(ωx-|ω+ωh|+ωh)/4ωx)  …(12-3)
(-ωh(2-α)≥ω＞-ωh(2+α))
H1 2(ω)+H2 2(ω)＝0(|ω|≥ωh(2+α))  …(12-4)
根据等式(9)，在|ω|＜ωh(2+α)(通带)的情况下，组合了发送和接收的滤波器特性H1 2(ω)+H2 2(ω)的增益是1。因此，对于占有频谱|ω|＜ωh(2+α)的调制信号F(ω)，无波形失真的信号传输是可能的。
当上述频谱分割加权函数和频谱组合加权函数被应用时，调制信号可在频域中被分割，并且在接收侧被组合并解调。
注意，以上示例是频谱分割加权函数和频谱组合加权函数的示例，并且其不限于这样的滤波器函数。也就是，以上示例是其中调制信号被相等地分割为两个信号的示例，然而，根据未使用频带的情况，调制信号可被分割为三个或更多个信号，例如七个信号，如图20(a)所示。或者可被分割为具有不同带宽的子频谱信号，如图20(b)所示。
图21示出通过将调制信号分割为两个子频谱信号而得到的发送信号的示例。图22示出通过组合接收信号的两个子频谱信号而得到的组合信号的示例。图23示出子频谱信号的组合信号和调制信号的滚降特性。
在此示例中，宽带调制信号F(ω)被两个窄带滤波器分割并发送，并且作为发送信号F(ω)BD(ω)和传播路径特性G(ω+ωK)的乘积的绝对值的|F(ω)BDk(ω)G(ω+ωk)|和作为频谱组合加权系数的绝对值的|BCk(ω)|中的每个是相同的根滚降函数。
现将描述利用满足特性的频谱分割加权系数BDk(ω)和频谱组合加权系数BCk(ω)的对所传输信号的分割和组合。
在发送侧，当图21(a)所示的调制信号F(ω)被乘以图21(b)所示的频谱分割加权函数BD1(ω)和BD2(ω)时，调制信号被分割以生成如图21(c)所示的两个子频谱信号F(ω)BD1(ω)和F(ω)BD2(ω)。随后，当通过分割得到的子频谱信号的中心频率被移位到相应的预定频率ω1和ω2时，如图21(d)所示的发送信号被生成：
F(ω-ω1)BD1(ω-ω1)
F(ω-ω2)BD2(ω-ω2)
同时，在接收侧，假设这样的情况：其中如图21(d)所示的发送信号：
F(ω-ω1)BD1(ω-ω1)
F(ω-ω2)BD2(ω-ω2)
受发送路径G(ω)的影响，从而变为如图22(a)所示的接收信号：
F(ω-ω1)BD1(ω-ω1)G(ω)，
F(ω-ω2)BD2(ω-ω2)G(ω)
当这些信号被频率转换时，如图22(b)所示的信号被得到：
F(ω)BD1(ω)G(ω+ω1)，
F(ω)BD2(ω)G(ω+ω2)
在接收侧，如果满足
|F(ω)BDk(ω)G(ω+ωk)|＝|BCk(ω)|    …(13)
的频谱组合加权函数BCk(ω)被选择，并且|BCk(ω)|变为与每个子频谱信号的频谱具有相同滚降因子的根滚降函数，则在频谱组合滤波后，具有如图22(c)所示的波形的信号被得到。这里，在图22(c)中，因为
F(ω)BD1(ω)G(ω+ω1)BC1(ω)，和
F(ω)BD2(ω)G(ω+ω2)BC2(ω)
中的每个满足全滚降特性(full roll-off characteristic)，所以两个子频谱信号重叠的过渡区域的水平(level)的和变得等于通带的水平。因此，如图22(d)所示，其中组合了子频谱信号的频谱F′(ω)也将满足全滚降特性。
此外，组合的子频谱信号的图22(d)的波形F′(ω)与图21(a)中发送信号的全滚降特性F″(ω)的关系被示出在图23中。
虽然F′(ω)和F″(ω)每个都满足滚降特性，但是F′(ω)的滚降函数的过渡区域更陡，如图21(b)所示，因为在频谱分割时，乘法是通过与调制信号相比具有更陡的过渡区域的频谱分割加权函数来执行的。也就是，如图23所示，与调制信号F″(ω)相比，频谱具有相等同的形状并且具有更小的滚降因子。在解调侧，无论滚降因子如何，只要全滚降特性被满足，则无符号间干扰的Nyquist定时就都可以被提取，因此，通过组合子频谱信号而得到的信号可被用来执行解调而特性不会降级。
在这种情况下，因为通过组合子频谱信号而得到的信号F′(ω)已经满足全滚降特性，所以后续的频谱整形滤波不被需要，因此，在图6和8中示出的频谱组合滤波器组14中的Rx频谱整形滤波器14h不被需要。
图24示出调制信号F(ω)的频带与由子频谱信号所占有的频带的和之间的比较示例。
由子频谱信号所占有的频带是如图21(c)所示的频谱分割加权函数BDK(ω)和调制信号F(ω)的乘积。因此，通过适当地选择BDK(ω)，子频谱信号的带宽可被调节。例如，当与通带相比具有更窄的过渡区域的陡峭函数被选择为BDk(ω)时，每个子频谱信号是其中通带宽而过渡区域窄的陡峭函数，如图24(b)所示。在此情况下，因为子频谱信号变得接近矩形波，所以子频谱信号1和2的信号频带的和也可以变得比调制信号F(ω)的频带更窄。注意，图24(a)示出其中子频谱信号的占有频谱的和比调制信号F(ω)的频带更宽的情况。
如上所述，通过选择频谱分割加权函数BDk(ω)，传输所需的总带宽可以变得等于或小于调制信号的占有频谱宽度，从而允许频率利用率得到改善。

Claims (28)

1.一种在通过无线传输路径耦合的发送器和接收器之间发送并接收调制信号的无线传输系统，其中，
所述发送器包括分割所述调制信号并且生成每个都被布置在预定频率位置处的多个子频谱信号的频谱分割滤波器组，并且使被布置在频谱中的所述多个子频谱信号经历直接频谱分割传输，并且
所述接收器包括从接收信号中提取被布置在频谱中并经历了所述直接频谱分割传输的所述多个子频谱信号以将所述子频谱信号组合为原始调制信号的频谱组合滤波器组。
2.根据权利要求1所述的无线传输系统，其中
所述频谱分割滤波器组包括：
傅里叶变换单元，将所述调制信号转换到频域；
多个频谱分割单元，分割所述傅里叶变换单元的输出并且输出所述多个子频谱信号；
多个频率移位单元，将从所述多个频谱分割单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述预定频率位置；
加法单元，对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且将这些输出中的每个输出布置在所述预定频率位置处；以及
傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
3.根据权利要求1所述的无线传输系统，其中
所述频谱分割滤波器组包括：
傅里叶变换单元，将所述调制信号转换到频域；
多个频率移位单元，每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出移位到所述预定频率位置；
多个频谱分割单元，分割所述多个频率移位单元的每个输出并且输出所述多个子频谱信号；
加法单元，对所述多个频谱分割单元的输出执行加法，并且将这些输出中的每个输出布置在所述预定频率位置处；以及
傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
4.根据权利要求1所述的无线传输系统，其中
所述频谱组合滤波器组包括：
傅里叶变换单元，将所述接收信号转换到频域；
多个频谱提取单元，分割所述傅里叶变换单元的输出并且提取所述多个子频谱信号；
多个频率移位单元，将从所述多个频谱提取单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；
加法单元，对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及
傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
5.根据权利要求1所述的无线传输系统，其中
所述频谱组合滤波器组包括：
傅里叶变换单元，将所述接收信号转换到频域；
多个频率移位单元，每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出从所述预定频率位置处移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；
多个频谱提取单元，分割所述多个频率移位单元的每个输出并且提取所述多个子频谱信号；
加法单元，对所述多个频谱提取单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及
傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
6.根据权利要求1所述的无线传输系统，其中
所述发送器和所述接收器通过相应的无线传输路径来传输所述多个子频谱信号。
7.根据权利要求6所述的无线传输系统，其中
所述频谱分割滤波器组包括：
傅里叶变换单元，将所述调制信号转换到频域；
多个频谱分割单元，分割所述傅里叶变换单元的输出并且输出所述多个子频谱信号；
多个频率移位单元，将从所述多个频谱分割单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述预定频率位置，并且输出被布置在所述预定频率位置的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号；以及
多个傅里叶逆变换单元，将所述多个频率移位单元的每个输出转换到时域。
8.根据权利要求6所述的无线传输系统，其中
所述频谱分割滤波器组包括：
傅里叶变换单元，将所述调制信号转换到频域；
多个频率移位单元，每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出移位到所述预定频率位置；
多个频谱分割单元，分割所述多个频率移位单元的每个输出并且输出被布置在所述预定频率位置处的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号；以及
多个傅里叶逆变换单元，将所述多个频谱分割单元的每个输出转换到时域。
9.根据权利要求6所述的无线传输系统，其中
所述频谱组合滤波器组包括：
多个傅里叶变换单元，将通过多个无线传输路径发送的接收信号中的每个接收信号转换到频域；
多个频谱提取单元，分割所述多个傅里叶变换单元的每个输出并且提取所述多个子频谱信号；
多个频率移位单元，将从所述多个频谱提取单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；
加法单元，对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及
傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
10.根据权利要求6所述的无线传输系统，其中
所述频谱组合滤波器组包括：
多个傅里叶变换单元，将通过多个无线传输路径发送的接收信号中的每个接收信号转换到频域；
多个频率移位单元，将所述傅里叶变换单元的每个输出从所述预定频率位置处移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；
多个频谱提取单元，分割所述多个频率移位单元的每个输出并且提取所述多个子频谱信号；
加法单元，对所述多个频谱提取单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及
傅里叶逆变换单元，将所述加法单元的输出转换到时域。
11.一种无线传输系统，其中
根据权利要求2、3、7和8中任一项所述的频谱分割单元中的每个频谱分割单元将所述调制信号乘以不止一个频谱分割加权函数BDk(ω)以生成N个子频谱信号Sbk(ω)，其中k表示从1到N的自然数，N表示分割得到的频谱的数目并且ω表示频率，并且
根据权利要求4、5、9和10中任一项所述的频谱提取单元中的每个频谱提取单元将包含在所述接收信号中的N个子频谱信号Sbk(ω)乘以频谱组合加权函数BCk(ω)，该频谱组合加权函数BCk(ω)与所述发送器和所述接收器之间的传输函数G(ω)以及频谱分割加权函数BDk(ω)相对应。
12.根据权利要求11所述的无线传输系统，其中
作为频谱分割加权函数BDk(ω)和频谱组合加权函数BCk(ω)的乘积的总传输函数BTk(ω)在所述调制信号的占有频谱中被表示为如下等式：
∑|BTk(ω)G(ω+ωk)|＝A
其中A表示常数并且ωk表示由子频谱信号的频率分配所确定的值。
13.根据权利要求11所述的无线传输系统，其中
构成一对的频谱分割加权函数BDk(ω)和频谱组合加权函数BCk(ω)二者是相同的根滚降函数。
14.根据权利要求11所述的无线传输系统，其中
所述调制信号的平均频率频谱F(ω)与频谱分割加权函数BDk(ω)的乘积满足
|F(ω)BDk(ω)G(ω+ωk)|＝|BCk(ω)|
并且频谱组合加权函数BCk(ω)是根滚降函数。
15.根据权利要求1所述的无线传输系统中的发送器包括根据权利要求2或3所述的频谱分割滤波器组。
16.根据权利要求6所述的无线传输系统中的发送器包括根据权利要求7或8所述的频谱分割滤波器组。
17.根据权利要求1所述的无线传输系统中的接收器包括根据权利要求4或5所述的频谱组合滤波器组。
18.根据权利要求6所述的无线传输系统中的接收器包括根据权利要求9或10所述的频谱组合滤波器组。
19.一种在通过无线传输路径耦合的发送器和接收器之间发送并接收调制信号的无线传输方法，其中，
所述发送器使用频谱分割滤波器组来分割所述调制信号，从每个都被布置在预定频率位置处的多个子频谱信号生成发送信号，并且使被布置在频谱中的所述多个子频谱信号经历直接频谱分割传输，并且
所述接收器使用频谱组合滤波器组来从接收信号中提取被布置在频谱中并经历了所述直接频谱分割传输的所述多个子频谱信号以将这些子频谱信号组合为原始调制信号，该原始调制信号随后经历解调处理。
20.根据权利要求19所述的无线传输方法，其中
所述频谱分割滤波器组
通过傅里叶变换单元将所述调制信号转换到频域；
通过多个频谱分割单元分割所述傅里叶变换单元的输出并且输出所述多个子频谱信号；
通过多个频率移位单元将从所述多个频谱分割单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述预定频率位置；
通过加法单元对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且将这些输出中的每个输出布置在所述预定频率位置处；以及
通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
21.根据权利要求19所述的无线传输方法，其中
所述频谱分割滤波器组：
通过傅里叶变换单元将所述调制信号转换到频域；
通过多个频率移位单元中的每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出移位到所述预定频率位置；
通过多个频谱分割单元分割所述多个频率移位单元的每个输出并且输出所述多个子频谱信号；
通过加法单元对所述多个频谱分割单元的输出执行加法，并且将这些输出中的每个输出布置在所述预定频率位置处；以及
通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
22.根据权利要求19所述的无线传输方法，其中
所述频谱组合滤波器组：
通过傅里叶变换单元将所述接收信号转换到频域；
通过多个频谱提取单元分割所述傅里叶变换单元的输出并且提取所述多个子频谱信号；
通过多个频率移位单元将从所述多个频谱提取单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；
通过加法单元对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及
通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
23.根据权利要求19所述的无线传输方法，其中
所述频谱组合滤波器组：
通过傅里叶变换单元将所述接收信号转换到频域；
通过多个频率移位单元中的每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出从所述预定频率位置处移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；
通过多个频谱提取单元分割所述多个频率移位单元的每个输出并且提取所述多个子频谱信号；
通过加法单元对所述多个频谱提取单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及
通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
24.根据权利要求19所述的无线传输方法，其中
所述发送器和所述接收器通过相应的无线传输路径来传输所述多个子频谱信号。
25.根据权利要求24所述的无线传输方法，其中
所述频谱分割滤波器组：
通过傅里叶变换单元将所述调制信号转换到频域；
通过多个频谱分割单元分割所述傅里叶变换单元的输出并且输出所述多个子频谱信号；
通过多个频率移位单元将所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述预定频率位置，并且输出被布置在所述预定频率位置处的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号；以及
通过多个傅里叶逆变换单元将所述多个频率移位单元的每个输出转换到时域。
26.根据权利要求24所述的无线传输方法，其中
所述频谱分割滤波器组：
通过傅里叶变换单元将所述调制信号转换到频域；
通过多个频率移位单元中的每个频率移位单元将所述傅里叶变换单元的输出移位到所述预定频率位置；
通过多个频谱分割单元分割所述多个频率移位单元的每个输出并且输出被布置在所述预定频率位置处的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号；以及
通过多个傅里叶逆变换单元将所述多个频谱分割单元的每个输出转换到时域。
27.根据权利要求24所述的无线传输方法，其中
所述频谱组合滤波器组：
通过多个傅里叶变换单元将通过所述多个无线传输路径发送的接收信号中的每个接收信号转换到频域；
通过多个频谱提取单元分割所述多个傅里叶变换单元的输出并且提取所述多个子频谱信号；
通过多个频率移位单元将从所述多个频谱提取单元输出的所述多个子频谱信号中的每个子频谱信号移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；
通过加法单元对所述多个频率移位单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及
通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
28.根据权利要求24所述的无线传输方法，其中
所述频谱组合滤波器组：
通过多个傅里叶变换单元将通过所述多个无线传输路径发送的接收信号中的每个接收信号转换到频域；
通过多个频率移位单元将所述多个傅里叶变换单元的每个输出从所述预定频率位置处移位到所述子频谱信号中的每个子频谱信号在被布置到所述预定频率位置之前所在的原始频率位置；
通过多个频谱提取单元分割所述多个频率移位单元的每个输出并且提取所述多个子频谱信号；
通过加法单元对所述多个频谱提取单元的输出执行加法，并且在所述原始频率位置处组合这些输出；以及
通过傅里叶逆变换单元将所述加法单元的输出转换到时域。
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