CN102396173A

CN102396173A - 多载波信号的频谱整形

Info

Publication number: CN102396173A
Application number: CN200980158445XA
Authority: CN
Inventors: 雅普·范德比克
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2012-03-28
Also published as: EP2406904B1; EP2406904A4; EP2654226A3; EP2654226B1; EP2406904A1; EP2654226A2; US20120219086A1; US20120114073A1; WO2011009239A1

Abstract

揭示一种用于生成和传输表示数据符号的多载波信号的方法，其中所述多载波信号是副载波的线性组合，并揭示一种传输实体。所述生成和传输的特征在于-用所述数据符号对基信号进行调制，其中所述基信号中的每一者均为所述副载波的加权和，因此所述副载波中的每一者均由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中-所述约束矩阵表示限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。

Description

多载波信号的频谱整形

技术领域

本发明涉及一种用于生成表示数据符号的多载波信号的方法，其中此多载波信号是副载波的线性组合，如权利要求1的前言所定义。

本发明还涉及一种用于传输表示数据符号的多载波信号的方法，其中此多载波信号是副载波的线性组合，如权利要求14的前言所定义。

本发明还涉及一种为传输表示数据符号的多载波信号而安排的传输实体，其中此多载波信号是副载波的线性组合，如权利要求19的前言所定义。

本发明还涉及一种计算机程序和一种实施本发明的方法的计算机程序产品。

背景技术

多载波传输系统，例如利用正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)、离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)扩频正交频分复用或类似技术的系统，已被许多通信系统选用，例如第三代移动通信标准化伙伴项目演进型通用移动通讯系统陆地无线接入(3rd Generation Partnership Project EvolvedUMTS Terrestrial Radio Access，3GPP E-UTRA)，以及诸如非对称数字用户线(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL)系统等数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)系统。

此外，多载波技术还用于普通的广播系统，例如数字音频广播(Digital AudioBroadcasting，DAB)系统和数字视频广播(Digital Video Broadcasting，DVB)系统。因此，多载波传输可用于凭借由大量副载波组成的信号运载数据的无线系统和有线系统。由于诸如OFDM等许多多载波技术均适用于例如与多输入多输出处理(MultipleInput Multiple Output processing，MIMO-processing)和/或机会性传输方案结合，因此这些系统可促进高频谱效率。

但是，无线系统和有线系统的频谱效率还取决于带外功率发射水平，即在指定的传输带宽外进行发射的多载波信号的功率水平。如果带外功率受到有效抑制，则相邻频道可密集地隔开，从而提高系统中的频谱利用率。此外，带外发射必须保持为低于特定水平，以避免引起相邻频带中的重大干扰。

出于这些原因，许多系统标准中规定并限制了带外功率发射。现有若干种规定信号带外功率发射的要求。例如，在E-UTRA中定义了频谱屏蔽、邻道泄漏功率比以及占用带宽要求。

例如，OFDM信号(大量有限长度的复值指数波形的复用)具有由多个正弦平方函数确定的功率频谱。典型的OFDM频谱由于与载波频率成反比而缓慢衰减。这通常会由于指数的有限持续时间而对相邻频带产生干扰。所以，由于频谱旁瓣缓慢衰减，因此OFDM信号通常不能满足标准中关于带外发射的要求。此缓慢衰减导致OFDM功率频谱变得相对宽泛，进而引起有问题的带外发射，而在某种程度上需要减少这些发射。

由于这些干扰特征，基于OFDM的无线标准通常会指定发射的信号必须遵守的许多量度。例如，此类标准中定义了频谱屏蔽，以用于规定带外发射和限制相邻频带上的干扰。

为满足屏蔽的频谱要求，此处的传输信号通常不同于标准中指定的传输信号。为限制误差，因此通常使用第二种量度，其表示为误差矢量幅度(Error-Vector Magnitude，EVM)。这样可以保证来自不同制造商的传输信号的干扰特征大体相同，而同时制造商也可为实施而自由选择发射信号的规范。制造商可能会为以下目的而需要这一自由：例如，达到所需频谱屏蔽，或获得具有低峰均功率比(Peak to Average Power ratio，PAPR)的信号。

此外，在最近兴起的认知系统中，无线电网络可能设计为其频谱特征适应于无线电环境中的实际情况。例如，系统可扫描某一预定义的频带查找空白区域，即在某一时间未使用的频谱区域。系统随后可自主决定指定此空白区域用于自用，并开始使用此空白区域传输数据。通常，此空白区域可在本质上是分段的，即此空白区域为非连续频谱。

此处，指定的带宽定义为一个射频区域或多个射频区域，这些区域与相关无线电系统中的数据传输有关。具体而言，可能产生若干个非连续频率区域组成此指定带宽的情况。此类非连续区域有时可在原本连续的频率区域中形成频谱缺陷印象。此处，必须限制在带内发生的但在不属于指定带宽的频率区域内的功率发射量。此处且在此文档中，带内抑制定义为以频谱方式位于多载波信道内、例如位于OFDM信道内的频率的抑制。

区域有时由管理机构指派，有时由相关无线电系统自主分配。区域通常与关于可能从相关区域泄漏的发射功率量的要求有关。此外，扫描空白区域是由网络进行的动态活动，这可能导致指定频谱随时间变化。此处，指定宽带外的功率发射必须适应于变化的频谱。

处理以上干扰问题的现有技术有两类。其中一类可称为传统的现有技术，这类技术出现在上世纪70/80年代，通过利用过滤和脉冲整形来解决上述问题。

这些传统的现有技术解决方案有许多问题。一个问题是这些技术会消耗OFDM系统的循环前缀，因为循环前缀用于频谱整形。这会使得使用这些解决方案的循环前缀的余长小于不使用这些频谱整形程序的情况。因此，这些现有技术解决方案会降低系统对多径的鲁棒性。此外，由于低通滤波器的基本功能，传统的现有技术中使用的低通滤波无法解决带内功率发射的问题。

此外，在传统的现有技术解决方案中，已提议将对某些OFDM副载波的简单调零与针对带内发射抑制的脉冲整形结合。但是，此方法通常不能引起足够快速的频谱衰减。因此，频谱整形的性能较差。

另一类现有技术可称为新近的现有技术。这些现有技术解决方案对解决循环前缀的消耗的问题通常有效，但仍具有许多问题。

在这些旨在同时解决带外和带内抑制问题的现有技术解决方案中，对抵消载波进行调制，以使频谱获得所需形状。这些方法的一个问题是，频谱抑制的性能通常不足以满足标准所规定的要求。此外，传输信号的PAPR通常超出可接受的值，且抵消载波会消耗较高的传输功率来整形频谱。

在利用预编码的OFDM方法的新近的现有技术中，每个数据符号都在由循环前缀调制前被加权。由于频谱抑制通常低于10dB，因此此方法性能不佳。此外，权重是非线性规划问题的结果，此问题的解决方案由数值算法执行。因此，这增加了发射机的复杂性。此外，如果接收此类信号的接收机使用传统的OFDM接收机，则此现有技术解决方案会由于降低的检测误差概率而导致性能损失。

根据另一现有技术OFDM预编码器，抑制问题在时域中得以解决。但是，此现有技术解决方案有一个问题，即其并未明确解决带内频谱要求问题，这会导致较差的性能。此外，此解决方案无法提供灵活的方法来获得急剧的频谱衰减。

因此，现有技术解决方案具有许多问题，这些问题与提供同时满足标准化频谱发射屏蔽的带内和带外抑制要求的发射多载波无线电信号有关。

发明内容

本发明的目的之一是提供解决上述问题的频谱整形。

本发明旨在提供比背景技术中已知的频谱整形更为有效的频谱整形，同时其实施复杂性较低。

此目的可通过根据权利要求1的特征部分的用于生成多载波信号的上述方法实现，即一种包括以下内容的方法

-用数据符号对基信号进行调制，其中基信号中的每一者均为副载波的加权和，因此副载波中的每一者均由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中

-约束矩阵表示限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。

此目的也可通过根据权利要求14的特征部分的用于传输多载波信号的上述方法实现，即一种包括以下内容的方法

此目的也可通过根据权利要求19的特征部分的上述传输实体实现，即一种包含以下内容的传输实体

-为用数据符号对基信号进行调制而安排的调制构件，其中基信号中的每一者均为副载波的加权和，因此副载波中的每一者均经安排为由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中

-约束矩阵经安排为表示用于限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。

此目的还可通过上述计算机程序和实施本发明的方法的计算机程序产品实现。

根据本发明的用于生成和传输多载波信号的方法以及传输实体的特征在于，多载波信号是在由K个副载波跨越的信号空间中由基信号生成，其中每个此类基信号均位于智能选择的线性信号子空间中。线性信号子空间经选择以便位于此线性信号子空间中的所有多载波信号均使频谱具有所需的频谱形状。由于多载波信号的频谱形状在此可进行适当的选择，因此获得具有十分有益的带内及带外发射属性的多载波信号。

根据本发明的一项实施例，通过用预编码符号对副载波进行调制而执行基信号调制，所述预编码符号为所述数据符号的线性预编码的结果。

根据本发明的一项实施例，线性预编码表示包括所述数据符号的数据符号矢量在线性矢量子空间上的投影。

此类线性预编码具有许多优势。预编码会引起较小的EVM，且不会影响PAPR。此外，可十分简单地实施此解决方案，从而可节省计算并节省传输实体中的电池资源。此外，此类线性预编码可自适应地遵从随时间变化的认知系统的变化的频谱条件。

因此，本发明十分适用于处理认知系统的时变频谱特性，此系统中指定带宽的频率区域会随时间变化。根据本发明，可十分有效且简单地达到此适应，以便使指定带宽外的受限功率为最小。

根据本发明的一项实施例，线性预编码表示位于约束矩阵的零空间中的基矢量的线性组合的生成，因此基矢量中的每一者均乘以为数据符号之一的系数。

此实施例具有一优势，即可获得较低的带外及带内发射，因为线性矢量子空间经选择以便其所有元素均具有此属性。此外，此实施例也会导致接收机处的较小错误率损失，同时不会维持PAPR。

根据本发明的一项实施例，约束矩阵中表示的约束表示多载波信号的傅立叶变换在所述指定带宽外的一个或多个频率处为零的属性。可自由选择这些频率。但是，最好应适当且仔细地选择这些频率，因为选择会影响本发明的性能。因此，适当选择的频率会造成十分好的发射抑制，这可确保获得良好的多载波信号频谱属性。

根据本发明的一项实施例，基信号是在传输实体中动态计算的，这是因本发明的方法的低复杂性而成为可能。

根据本发明的另一项实施例，基信号在传输实体中预计算并存储在例如存储器构件中，这可减少传输实体的进一步计算需求。

现将参照说明一些优选实施例的附图描述根据本发明的频谱整形的详细示范性实施例和优势。

附图说明

图1展示多载波调制结构。

图2展示根据本发明的一项实施例的流程图。

图3展示多载波调制结构。

图4展示根据本发明的一项实施例的投影的图示。

具体实施方式

下文有时将使用OFDM系统作为说明来解释适用于几乎所有多载波系统的本发明。但是，本发明不限于在此特定系统中的使用，由于其为所属领域的技术人员所熟知，因此可在几乎所有多载波系统中实施。

待生成和传输的多载波信号z(t)采用以下基带等价形式：

z (t) = \underset{i}{Σ} s_{i} (t - iT)

(等式1)

此处，1/T是符号速率，即数据符号传输的速率。符号间隔T通常是数据符号矢量传输的时间间隔长度。因此，每T秒传输一次新的多载波符号。

此外，在参考的多载波系统中，即不使用本发明任何构件的系统中，s_i(t)为：

s_{i} (t) = Σ_{k = 1}^{K} d_{k, i} p_{k} (t),

(等式2)

其中，d_k，i是数据符号，p_k(t)是副载波。此处数据符号是从有限长度的群集中取出的复值标量，例如M相移键控(M-Phase Shift Keying，M-PSK)、M正交幅度调制(M-Quadrature Amplitude Modulation，M-QAM)等等。副载波定义为等式2的基函数。这些可以是，例如，窗指数、签名序列、DFT预编码指数(DFT-S-OFDM)等等。它们也可为OFDM的有限长度指数，其中OFDM系统中的多载波脉冲形状的传统形式为：

p_{k} (t) = e^{j 2 π \frac{k}{T_{s}} t} I_{T} (t),

(等式3)

其中指示函数I_T(t)在-T_g≤t≤T_s的情况下定义为

在其他情况下定义为零，同时基数正弦定义为

应理解，下文的描述涉及每次传输一个多载波符号。因此，在以下说明中将在等式中省略表示符号时间间隔的下标i，且将等式2中的多载波符号s_i(t)标为多载波信号s(t)。

因此，不利用任何本发明的构件的参考系统通常将收集在Kxl大小的矢量d＝[d₁，d₂，d₃，...d_K]^T中的K个数据符号d_k调制到等式2的多载波信号s(t)中的K个副载波上。

K个副载波为正交的，因此通过跨越具有这些正交副载波的信号空间来定义K维的信号空间。此处且在此文档中，应理解维指复维。因此，信号空间具有K个复维。

在此K维信号空间内的任何信号x(t)唯一地对应于位于K维矢量空间中的一般矢量x，其中一般矢量x是K个系数x_k采用多载波信号的唯一形式的一般矢量：

x (t) = Σ_{k = 1}^{K} x_{k} p_{k} (t) .

(等式4)

因此，表示信号x(t)及其对应的一般矢量x可以可互换地使用，因为二者指代的是同一信号。因此，在此文档中，此类信号x(t)及其对应的一般矢量x将可互换地使用。

根据本发明，通过待传输的数据符号来调制基信号。每个基信号均被指定为所述副载波的加权和，即每个副载波均由加权矢量的元素加权。此处，加权矢量位于约束矩阵的零空间中，约束矩阵表示对多载波信号s(t)的频谱形状的约束。具体而言，约束会限制在指定带宽外的频率处的多载波信号的傅立叶变换的量值。

因此，根据本发明，作为K个副载波的线性组合且表示J个数据符号的多载波信号被限制为位于约束矩阵的零空间中，即K维信号空间的线性信号子空间由K个副载波跨越。多载波信号的此限制是通过用J个数据符号调制J个基信号而实现的。

因此，线性信号子空间具有K′维，其中K′≤K，因为它是由K个副载波跨越的K维信号空间的线性信号子空间。

换句话说，根据本发明，表示包含在数据符号矢量d中的J个数据符号的多载波信号s(t)是通过使用各自位于K′维线性信号子空间中的一组基信号在由K个副载波跨越的信号空间中产生。

此外，根据本发明，此线性信号子空间(即约束矩阵的零空间)经过确定，以便位于此子空间中的所有多载波信号均具有特定的频谱形状，这可解决上述带内与带外发射问题。下文将解释此点。

根据本发明的一项实施例，定义线性信号子空间的约束以如下形式表达：

Ax＝0。 (等式5)

即，等式4中描述的具有各自唯一形式的系数且满足等式5的所有多载波信号均位于线性信号子空间中。此外，等式5中定义的线性信号子空间对应于约束矩阵A的零空间。

根据本发明生成的多载波信号具有以下形式：

(等式6)

其中

是位于线性信号子空间中的基信号，即，每个基信号均可采用如下形式写为副载波的线性组合：

(等式7)

其中加权矢量g_j，包括加权矢量的元素g_k，j，必须满足Ag_j＝0。即，此加权矢量必须位于约束矩阵A的零空间中，即线性信号子空间中。

由于每个组成的基函数

均位于线性信号子空间中，因此作为这些基函数的线性组合的所生成多载波信号s(t)也位于此线性信号子空间中。

此外，根据本发明，MxK大小的约束矩阵A以及对应的线性信号子空间是由限制处于指定带宽外的频率的多载波信号s(t)的傅立叶变换量值的约束来定义。此处，线性信号子空间具有K′＝K-M维，其中M是多载波信号的傅立叶变换量值受限的频率的数目。因此，线性信号子空间的K′维小于由K个副载波跨越的信号空间的K维。通常，M＜＜K，且因此线性信号子空间的维稍小于由K个副载波跨越的信号空间的K维。

根据线性信号子空间的此定义，生成的副载波信号s(t)具有在指定带宽外的较低发射信号功率，因为对多载波信号s(t)位于的线性信号子空间的约束迫使多载波信号s(t)针对特定频率具有低傅立叶变换量值。

进一步，可通过在一个调制步骤中调制基函数来生成多载波信号s(t)。图1说明了此点，其展示了根据本发明生成多载波信号s(t)的配置结构100。此处，多载波信号s(t)表示由调制器使用线性信号子空间的基信号生成的数据符号矢量d，以便生成的多载波信号位于线性信号子空间中。如所属领域的技术人员所熟知，用于生成多载波信号s(t)的此结构100可用于本发明的所有实施例。

根据本发明的一项实施例，通过以两个步骤执行调制而生成多载波信号s(t)，如图2所示。在第一步中，在开始程序之后，根据数据符号d确定预编码符号的预编码矢量

随后，在第二步中，用预编码矢量

的这些预编码符号来调制K个副载波。

在第一步中，预编码矢量

源自对数据符号矢量d的数据符号执行线性预编码：

\overset{&OverBar;}{d} = Gd,

(等式8)

其中G是预编码矩阵。此线性预编码经过设计，使得预编码矢量

的预编码符号表示数据符号矢量d的数据符号。此外，预编码矢量

位于约束矩阵A的零空间中，即

此处，Kxl大小的预编码矢量

经过确定，使得处于指定带宽外的频率的多载波信号s(t)的傅立叶变换量值受到限制。

在第二步中，组成的多载波信号s(t)是经调制的副载波p_k(t)的复用：

s (t) = Σ_{k = 1}^{K} {\overset{&OverBar;}{d}}_{k} p_{k} (t) .

(等式9)

因此，多载波信号s(t)是通过用预编码矢量

的预编码符号调制K个副载波而生成的。

图3说明了此实施例的一种实施方案，其展示了根据本发明生成多载波信号s(t)的配置结构300。预编码器G 310会为K个副载波的每个组成的多载波符号将具有作为元素的数据符号的数据符号矢量d转变为Kxl大小的预编码矢量

预编码器310进行线性预编码后，在多载波调制器320中将预编码矢量

调制到K个副载波上，多载波信号s(t)由此生成，该信号具有指定带宽外的低信号功率。

此外，根据本发明的一项实施例，线性预编码表示包括数据符号的数据符号矢量d的投影。因此，数据符号矢量d在此投影在约束矩阵A的零空间中，从而产生预编码矢量

图4说明了此类投影。此处，数据符号矢量d包含J个数据符号，其中针对此实施例的J通常选择为等于副载波的数目K。

根据本发明的一项实施例，线性预编码的投影是正交投影。

根据本发明的一项实施例，线性预编码由预编码矩阵G以如下形式表达：

G＝I-A^H(AA^H)^-1A， (等式10)

其中

-I是单位矩阵，且

-(·)^H表示埃尔米特转置。

因此，预编码在此定义为：

其中G＝I-A^H(AA^H)^-1A。 (等式11)

预编码矩阵G在此为KxK的方形矩阵，且还可解释为校正矢量w到d的相加，以获得：

其中w＝-A^H(AA^H)^-1A。 (等式12)

根据本发明的一项实施例，线性预编码选择预编码矢量

使得预编码矢量

与数据符号矢量d之间的距离为最小。

根据本发明的一项实施例，此最小距离是欧氏距离，即以下等式的解：

\min_{\overset{&OverBar;}{d}} {| | d - \overset{&OverBar;}{d} | |}_{2}

且

A \overset{&OverBar;}{d} = 0

(等式13)

此解定义了数据符号矢量d在对应于所有满足要求(多载波符号的频谱在一组预定义的频率f0，f1，...，fM-1处受限)的多载波符号的线性矢量子空间上的投影，这在定义约束矩阵A的零空间的等式A d＝0中有所体现。

使用此类线性预编码具有许多优势。预编码器会导致较小的EVM，因此与发射机处的EVM有关的接收机错误率损失较小。此外，此线性预编码不会导致PAPR恶化。

此外，此线性预编码提供较低的发射机复杂性，只需每副载波的M阶乘法，其中M是频率凹陷的数目。预编码器G很少进行重算，这需要求MxM矩阵AA^H的逆。这仅在频谱要求变化时需要进行。

此外，线性预编码可自适应地遵从针对传输的变化的条件，并有效地限制随时间变化的指定带宽的带外和带内发生的功率发射量。这在例如使用过滤和加窗方法的现有技术解决方案中是不可能的。

此外，如果预编码器在接收机处已知，则发射机的错误率可通过保持的数据率而改善。系统具有的副载波越多，上述所有性能量度就越好。因此，在遵守摩尔定律且因此具有越来越多的副载波的今后的多载波系统中，所述方法将变得越来越具有相关性，越来越有益。

此外，根据本发明的另一项实施例，线性预编码表示通过数据符号矢量d的数据符号生成均位于约束矩阵A的零空间中的基矢量的线性组合。此处，基矢量位于约束矩阵A的零空间中。

这是通过使用线性矢量子空间的一组基矢量(g_j，j＝1，2，...，J)完成。

这J个基矢量用于对收集在数据符号矢量d＝[d₁，d₂，d₃，...d_J]^T中的J个数据符号进行预编码。

\overset{&OverBar;}{d} = d_{1} g_{1} + d_{2} g_{2} + d_{3} g_{3} + . . . + d_{J} g_{J} = Gd,

(等式14)

其中，g_j是Kxl大小的跨越线性矢量子空间的正交列矢量，因此Ag_j＝0，且预编码矩阵G是具有这些矢量作为其列的矩阵。此处，预编码表示数据符号的调制，容后解释。

根据本发明的一项实施例，位于线性矢量子空间中且包括在线性组合中的基矢量是正交矢量，即正交基矢量。此类正交基矢量的数目最多为K′＝K-M，对应于线性矢量子空间的维。

根据本发明的一项实施例，这些正交基矢量是通过对约束矩阵A进行奇异值分解(singular-value decomposition，SVD)得出的。

m乘n的矩阵A的SVD是通过对A进行唯一的因式分解得出的，如：

A＝U∑V^H (等式15)

其中U是m乘m的酉矩阵，矩阵∑是m乘n的对角矩阵，其在对角线上具有非负实数，而V^H表示V的共轭转置，其为n乘n的酉矩阵。V中对应于∑的零值对角元素的列随后形成A的零空间的正交基矢量。

换句话说，与本发明的上述实施例中将J个数据符号投影到K′维子空间上相反，此处对直接收集在线性矢量子空间中的数据符号矢量d中的J个数据符号进行调制。

此调制可解释为使用KxJ大小的预编码矩阵G对数据符号矢量d的数据符号进行线性预编码，预编码矩阵G的列是作为线性矢量子空间基础的正交基矢量集合。产生的预编码矢量

随后表示沿跨越线性矢量子空间的J个正交基矢量对包括在数据符号矢量d中的数据符号的调制。

此实施例中的J通常选择为等于子空间的维K′。因此，根据此实施例，数据符号矢量d稍短于在不利用预编码的系统中或根据本发明的上述实施例利用投影的系统中的情况，因为此处数据符号矢量d包含J＝K′个元素而非J＝K个元素。

因此，本发明的此实施例使用所需线性信号子空间来传输数据信号，其对应于在利用投影的实施例中使用的线性信号子空间，但此实施例以不同的方式利用线性信号子空间。

对于提供d在线性信号子空间上的投影的本发明的上述实施例，当与不使用预编码的系统进行比较时，前者具有较好的频谱抑制的优势，但其接收机的错误率稍有上升而比特率不受影响。

对于利用线性矢量子空间的正交基矢量的实施例，这则正好相反。当与不使用预编码的系统进行比较时，此实施例的系统比特率稍有下降，而系统错误率不受影响。

此处，使用线性矢量子空间保证了此投影实施例具有相同的所需属性，即低带外及带内发射，因为线性矢量子空间经选择以使得其所有元素均具有此属性。此外，错误率性能得以保持。

具体而言，本发明的此实施例也会导致发射机的较小错误率损失且不会导致PAPR恶化。

根据本发明的一项实施例，MxK的约束矩阵A可反映出发射信号的频谱必须在预定义的频率f₀，f₁，...，f_M-1处具有零点的条件。这些频率最好应仔细选择，以便达到多载波信号的所需频谱形状。

对于等式3中的传统多载波脉冲形状，约束矩阵A在行m和列k上具有其条目：

a_{k, m} = e^{jπ (1 - \frac{T_{g}}{T_{s}}) (k - f_{m} T_{s})} \sin c (π (1 + \frac{T_{g}}{T_{s}}) (k - f_{m} T_{s})) .

(等式16)

对于其他脉冲形状，A中的条目将不同，这为所属领域的技术人员所熟知。

根据本发明的一项实施例，多载波信号用于在认知无线电系统中进行传输。因此，本发明适用于具有随时间变化的带外和/或带内发射特征的此类认知无线电系统。

根据本发明的一项实施例，约束矩阵的元素随时间变化。因此，传输条件因认知系统的特征而随时间变化。

在认知无线电系统中，即在使其频谱包容性适应于变化的无线电环境的系统中，上述干扰问题不仅适用于带外频率，也适用于某些带内频率。例如，如果信号频谱的特定部分无法用于特定时间，则带内功率发射必须受到限制。对周围其他系统引起的带内和/或带外的干扰必须尽可能地降低，且需要人工抑制，因为多载波频谱自身无法足够快地衰减。

本发明的方法特别良好地适用于此类认知无线电系统及其变化的环境，因为其提供复杂性较低的解决方案，而不涉及对各种滤波器及其滤波器系数进行复杂的动态计算，但现有技术解决方案中却需要进行此类计算。

因此，本发明的频谱整形可简单适应于变化的频谱要求，并在灵活性和自适应能力方面较死板的现有技术解决方案有所提高。此外，利用本发明的发射机的复杂性在处理认知无线电系统的变化的条件方面比现有技术解决方案的复杂性要低得多。

本发明还涉及一种用于传输根据本发明的方法生成的多载波信号的方法。

根据本发明的一项实施例，约束矩阵是通过较高层网络信令而可用于多载波信号的接收机。

根据本发明的一项实施例，识别约束矩阵的信息是通过信号传递给多载波信号的接收机。通常，这是通过传输实体以信号传递给接收实体。但也可通过例如系统中的中继实体传输给接收实体。

当接收多载波信号的实体知晓约束矩阵时，接收实体随后也具有能够正确接收多载波信号所需的信息。如所属领域技术人员所熟知，较高层和较低层信令可以很多种方式执行此操作。

本发明的方法可由具有代码构件的计算机程序实施，所述计算机程序当在计算机中运行时使得计算机执行本方法的步骤。计算机程序包括在计算机程序产品的计算机可读媒体中。计算机可读媒体可主要由任意存储器组成，例如只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、可编程式只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程式只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、快闪存储器(Flash memory)、电可擦除可编程式只读存储器(Electrically Erasable PROM，EEPROM)或硬盘驱动器。

本发明还涉及一种为传输所生成的多载波信号安排的传输实体。此传输实体包括调制构件，该构件针对根据本发明的方法用数据符号调制基信号而进行安排。因此，每个副载波均安排为由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权。

此外，本发明的传输实体可适应于包括用于执行本发明的方法的任意步骤的构件。此外，上述本发明的方法的不同步骤可以任何合适的顺序进行组合或执行。当然，此情况的条件是本发明的方法的一个步骤的要求与另一步骤结合使用。

与上述示范性实施例相比，根据本发明的用于生成和传输多载波信号的方法和传输实体可能受所属领域的技术人员修改。

所属领域的技术人员意识到在这些计算可被执行的精确度方面存在实际限制，其中这些限制与例如信号处理器误差范围以及类似内容有关，但也与例如减少数目的迭代、有限大小的步长以及类似内容等精密设计选择有关。这些限制可能导致实际传输的多载波信号s(t)可能在预定义频率组f₀，f₁，...，f_M-1处包含非常接近零但并非确切为零的值。相应地，预编码矢量

可能位于非常接近A的零空间处。但是，计算当然是为达到这些精确的值而进行的，且大多数时间也将产生精确结果。

如所属领域的技术人员所熟知，可对上述示范性实施例进行许多其他的实施、修改、变体和/或附加。应理解，本发明包括属于权利要求书范围内的所有此类其他的实施、修改、变体和/或附加。

Claims

1.一种用于生成表示数据符号的多载波信号的方法，所述多载波信号为副载波的线性组合，所述方法特征在于

用所述数据符号对基信号进行调制，其中所述基信号中的每一者均为所述副载波的加权和，因此所述副载波中的每一者均由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中

所述约束矩阵表示限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过用预编码符号对所述副载波进行调制来执行所述基信号的调制，其中所述预编码符号为所述数据符号的线性预编码的结果。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述线性预编码表示包括所述数据符号的数据符号矢量在所述零空间上的投影。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述投影为正交投影。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述线性预编码由预编码矩阵G以如下形式表达：

G＝I-A^H(AA^H)^-1A，

其中

A是所述约束矩阵的表示，

I是单位矩阵，以及

(·)^H表示埃尔米特转置。

6.根据权利要求2所述的方法，其中所述线性预编码经设计以使得所述预编码符号与所述数据符号之间的距离为最小。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述距离为欧氏距离。

8.根据权利要求2所述的方法，其中所述线性预编码表示位于所述约束矩阵的所述零空间中的基矢量的线性组合的生成，因此所述基矢量中的每一者均乘以为所述数据符号之一的系数。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述基矢量为正交矢量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中通过对所述约束矩阵进行奇异值分解(SVD)得出所述正交基矢量。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述约束表示所述多载波信号的傅立叶变换在所述指定带宽外的一个或多个频率处为零的属性。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述多载波信号用于在认知无线电系统中进行传输。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述约束矩阵的元素的值随时间变化。

14.一种用于传输表示数据符号的多载波信号的方法，所述多载波信号为副载波的线性组合，所述方法特征在于所述多载波信号通过以下方法生成：

15.根据权利要求14所述的方法，其中通过较高层网络信令使所述约束矩阵可用于所述多载波信号的接收机。

16.根据权利要求14所述的方法，其中将识别所述约束矩阵的信息通过信号传递给所述多载波信号的接收机。

17.一种计算机程序，其特征在于代码构件，其在计算机中运行时会使所述计算机执行根据权利要求1到16中任一权利要求所述的方法。

18.一种计算机程序产品，其包括计算机可读媒体以及根据权利要求17所述的计算机程序，其中所述计算机程序包括在所述计算机可读媒体中。

19.一种为传输表示数据符号的多载波信号而安排的传输实体，所述多载波信号为副载波的线性组合，所述传输实体特征在于

为用所述数据符号对基信号进行调制而安排的调制构件，其中所述基信号中的每一者均为所述副载波的加权和，因此所述副载波中的每一者均经安排为由位于约束矩阵的零空间中的加权矢量的元素进行加权，其中

所述约束矩阵经安排为表示用于限制在指定带宽外的频率处的所述多载波信号的傅立叶变换的量值的约束。

20.根据权利要求19所述的传输实体，其中所述传输实体包含以下各者的群组中的构件中的至少一者：

针对计算所述基信号安排的构件；以及

针对存储预计算的基信号安排的构件。