CN102571667B - 提高信号干扰噪声比的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

根据本公开的实施方式，可以提供在发射系统中进行功率分配的方法和系统。一种方法可以包括以下步骤：确定多个子载波中的每个子载波的信道质量，其中，每个单独子载波的信道质量等于所述单独子载波的信号干扰噪声比除以分配给所述单独子载波的功率。所述方法还可以包括以下步骤：给所述多个子载波的子集分配功率，其中，所述子集中的每个单独子载波的信道质量均高于不在所述子集中的每个单独子载波的信道质量。所述方法还可以包括以下步骤：在所述子集中的各个单独子载波上发射信号。

Description

提高信号干扰噪声比的方法、装置和系统

技术领域

本公开总体涉及无线通信，并且更具体地讲，涉及在无线通信装置中的子信道之间的功率分配。

背景技术

在各种电信系统、电视、无线电和其它媒体系统、数据通信网络和其它系统中使用无线通信系统，以使用无线发射机和无线接收机在远程点之间传送信息。发射机是一种通常借助于天线来传播诸如无线电、电视或其它电子通信之类的电磁信号的电子装置。发射机通常包括接收射频或其它信号的信号放大器，以预定的增益放大信号并传递经放大的信号。另一方面，接收机是一种通常也是借助于天线来接收和处理无线电磁信号的电子装置。在某些情形下，可以将发射机和接收机组合成称为收发机的单独的装置。

第三代合作伙伴项目(3GPP)长期演进(LTE)和LTE-Advanced标准是用于第4代无线通信网络的默认标准。LET和LTE-Advanced利用单载波正交频分多址(SC-FDMA)作为无线通信装置的上行链路PHY层的基础。SC-FDMA是特定类型的正交频分复用(OFDM)。

无线通信网络可以被配置为对在各种频率(也称为“信道”)下经调制信号进行组合。每个不同的信道均可以包括将要通过无线通信网络传递的经编码的信息。每个频率(或载波)均可以使用频分复用(FDM)来携载多个子载波。

正交频分复用(OFDM)是其中使用多个间隔很近的正交子载波来携带数据的FDM方案。数据被分为多个并行数据信道，每个子载波使用一个信道。可以使用离散傅里叶逆变换(IDFT)以及调制器来实现OFDM调制，而不是如传统的FDM中的情况一样对子载波使用多个调制器和振荡器来实现OFDM调制。也可以对子载波使用离散傅里叶变换(DFT)而不是使用多个滤波器和振荡器来实现解调。子载波信道的分隔是符号的反向观察周期的整数倍，以保证正交。

传统的SC-FDMA发射机在其使用的全部子载波中平均分配其发射功率。因为不同的子载波可能经历不同水平的噪声和干扰，所以对于这些子载波，信号干扰噪声比(SINR)可能有所不同，并且某些子载波可能具有相对低的SINR。

发明内容

根据本公开的某些实施方式，一种方法可以包括确定多个载波中的每个子载波的信道质量，其中，每个单独子载波的信道质量等于所述单独子载波的信号干扰噪声比除以分配给所述单独子载波的功率。所述方法还可以包括给多个子载波的子集分配功率，其中，所述子集中的每个单独子载波的信道质量均高于不在所述子集中的每个单独子载波的信道质量。所述方法还可以包括在所述子集的每个单独子载波上发射信号。

本公开的一种或多种实施方式的技术优点可以包括提高无线通信装置中的信号干扰噪声比。

将要理解的是，本公开的各种实施方式可以包括部分或全部列举出的技术优点，或者不包括列举出的技术优点。另外，根据本文所包含的附图、描述或权利要求，本公开的其它技术优点对本领域的技术人员来说是容易显而易见的。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其特征和优点，现在将参照下面结合附图进行的描述，在附图中：

图1示出根据本公开的某些实施方式的示例无线通信系统的框图；

图2示出根据本公开的某些实施方式的示例无线通信装置的选定组件的框图；以及

图3示出根据本公开的某些实施方式的确定可用子载波(active subcarrier)的最佳集合的示例方法的流程图。

具体实施方式

图1示出根据本公开的某些实施方式的示例无线通信系统100的框图。系统100可以是SC-FDMA系统或其它合适的无线通信系统。简单起见，图1中仅示出了两个 终端110和两个基站120。终端110也可以称作远程站、移动站、接入终端、用户设备(UE)、无线通信装置、便携式电话或某个其它术语。基站120可以是固定站，并且也可以被称作接入点、Node B或某个其它术语。

在图1中，每个终端110均被示出为同时从多个发射源接收信号，其中发射源可以是基站120。在某些实施方式中，终端110也可以是发射源。通常，终端110可以在任何给定时刻从0个、1个或多个发射源接收信号。

图2示出根据本公开的某些实施方式的示例发射和/或接收装置200(例如，终端110、基站120或卫星130)的选定组件的框图。装置200可以包括发射通路201和/或接收通路221。根据装置200的功能，可以认为装置200是发射机、接收机或收发机。另外，在某些实施方式中，可以认为发射通路201是发射机，而认为接收通路221是接收机。

如图2中所描绘的，装置200可以包括数字电路202。数字电路202可以包括被配置为处理通过接收通路221接收的数字信号和信息的任何系统、设备或装置，和/或被配置为处理供发射通路201发射的信号或信息。此数字电路202可以包括一个或多个微处理器、数字信号处理器和/或其它合适的装置。

发射通路201可以包括串-并转换器204、离散傅里叶变换块206、子载波映射块208、离散傅里叶逆变换块210和并-串转换器212。串-并转换器204可以被构造为将表示N个点(例如，X₀、X₁、...、X_N-1)的数据的串行数据流转换成并行离散数据，其中，N个点中的每个点均可以对应于子载波信道。离散傅里叶变换块206可以被构造为从串-并转换器204接收并行离散数据，并对数据执行离散傅里叶变换，以产生N点符号。子载波映射块208可以被构造为从离散傅里叶变换块206接收数据，并将N点符号映射至M个子载波，其中，每个子载波均具有特定的带宽(例如，15kHz)。

离散傅里叶逆变换块210可以被配置为对由子载波映射块208产生的M个子载波执行离散傅里叶逆变换。并-串转换器212可以从离散傅里叶逆变换块210接收并行数据，并将并行数据转换成串行数据流。天线218可以接收串行数据流并发射此数据流(例如，将其发射至终端110、基站120和/或卫星130中一个或多个)。

接收通路221可以包括串-并转换器232、离散傅里叶变换块230、子载波逆映射块228、离散傅里叶逆变换块226、并-串转换器224和最小均方差(MMSE)接收器222。串-并转换器232、离散傅里叶变换块230、子载波逆映射块228、离散傅里叶逆 变换块226和并-串转换器224可以分别执行与并-串转换器212、离散傅里叶逆变换块210、子载波映射块208、离散傅里叶变换块206和串-并转换器204的功能相反的功能。MMSE接收器222可以被构造为从并-串转换器224接收串行数据流，并如本领域已知地，使得串行数据流的均方差最小，从而使接收通路221的有效SINR最大并减小了误差概率。

如本领域已知的，可以通过以下公式给出MMSE接收器222的输出SINR：

$\mathrm{SINR}=\frac{1}{\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^N\frac{1}{1+{\mathrm{\γ}}_k}}-1$

其中，γ_k是第k个子载波的物理SINR。

为了使上述公式给出的MMSE接收机222的SINR最大，期望的是使下面的项最小：

${\mathrm{\Σ}}_{k=1}^N\frac{1}{1+{\mathrm{\γ}}_k}$

对于单独子载波k的SINR，如下表达式可以给出γ_k：

${\mathrm{\γ}}_k=\frac{P\·{\left|C_k\right|}^2}{\stackrel{\‾}{{\left|{\mathrm{NI}}_k\right|}^2}}$

其中，P是子信道k的发射信号功率，|C_k|²是针对特定子信道k的功率形式的信道特征，并且 是噪声干扰功率。信道特征表示用于发射信号的装置200的子载波映射块208和傅里叶逆变换块210、发射通路201和接收通路221之间进行传输期间频域中的物理信道系数以及用于接收信号的装置200的离散傅里叶变换块230和子载波逆映射块228的综合效果。信道特征和噪声干扰功率可能不是可控的。然而，可以控制子信道中的发射功率，以减小子信道的SINR。

假设在可用子载波中发射的全部功率P_T保持恒定，则每个子载波的发射功率可以针对P_T而被单独调节。通过向P_T和信道质量d_k应用拉格朗日乘子，其中：

$P_T=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k;$ 以及 $d_k=\frac{{\left|C_k\right|}^2}{\stackrel{\‾}{{\left|{\mathrm{NI}}_k\right|}^2}}$

子载波i的最佳发射功率p_i为：

$p_i=\frac{1}{\sqrt{d_i}}\frac{P_T+{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^N\frac{1}{d_k}}{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^N\frac{1}{d_k}}-\frac{1}{d_i}$

因为必须p_i≥0，所以最佳功率p_i变成：

$\begin{array}{c}{p}_i=\frac{1}{\sqrt{d_i}}\frac{P_T+{\mathrm{\Σ}}_{k\∈\mathrm{\κ}}\frac{1}{d_k}}{{\mathrm{\Σ}}_{k\∈\mathrm{\κ}}\frac{1}{d_k}}-\frac{1}{d_i},\\ 0,i\∈\stackrel{\‾}{\mathrm{\κ}}\end{array}$ i∈κ

其中，κ是可用子载波的集合，并且 是κ的补集，其包括所有已分配给用户的不可用子载波(inactive subcarrier)。

图3示出了根据本公开的某些实施方式的确定可用子载波的最佳集合的示例方法300的流程图。可以使用无线通信装置200实现方法300。在某些实施方式中，可以部分地或全部地以在计算机可读介质中实施的软件和/或固件的形式实现方法300。例如，数字电路202可以包括处理器和存储器，由此存储器存储用于执行方法300的可执行指令并且处理器执行指令以执行方法300。

在步骤302中，无线通信装置200的处理器或其它合适组件可以对分配给用户的N个子载波的集合A排序，使它们按信道质量d_i的降序排序，接着重新对子载波编号，使得d_i＞d_j，i＜j。这样重新对载波编号后，存在索引K，使得κ＝{1，2，...，K}并且 并且下列表达式为真：

$\frac{1}{\sqrt{d_K}}<\frac{P_T}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^K\frac{1}{d_i}}+1;$ 以及

$\frac{1}{\sqrt{d_{K+1}}}\&GreaterEqual;\frac{P_T}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{K+1}\frac{1}{d_i}}+1$

在步骤S304，无线通信装置200的处理器或其它合适组件可以执行二分检索，以确定可用子载波κ的最佳集合。为了执行二分检索，无线通信装置200的处理器或其它合适组件可以定义下面的函数：

$C\left(l\right)=I(\frac{1}{\sqrt{d_l}}<\frac{P_T}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^l\frac{1}{d_i}}+1)$

其中，I(x)是指示函数，使得I(x)＝1是x为真的情况，并且I(x)＝0是x为假的情况。处理器或其它合适组件可以根据下面的过程或任何其它合适的过程来执行二分搜索：

1.如果C(N)＝1，则设置K＝N并退出。

2.设置k_L＝1并设置k_H＝N。

3.如果k_H＝k_L+1，则设置K＝k_L并退出。

4.设置k＝min((k_L+k_H)/2，N-1)。

5.如果C(k)＝1并且C(k+1)＝0，则设置K＝k并退出。

6.如果C(k+1)＝1，则设置k_L＝k+1并转到第3步。

7.如果C(k)＝0，则设置k_H＝k-1并转到第3步。

在第1步，无线通信装置200的处理器或其它合适组件可以判定集合A的第N个元素是否符合条件C。如果满足，则可用载波的集合κ包括全部N个子载波。因此，可以将K设置为等于N，并且可以退出该过程。

在第2步，无线通信装置200的处理器或其它合适组件可以将变量k_L和k_H初始化为集合A的第一项和最后一项，以设置二分搜索的初始边界。

在第3步，无线通信装置200的处理器或其它合适组件可以判定表示此时出现的二分搜索的边界的变量k_L和k_H的值是否相差1(即，表示是相邻的子载波)。如果相差1，则可用载波的集合κ包括前k_L个子载波。因此，可以将K设置为等于k_L，并且可以退出该过程。

在第4步，无线通信装置200的处理器或其它合适组件可以将临时变量k设置为 等于(i)k_L+k_H除以2的值和(ii)N减去1的值中的最小的那个值。因此，将变量k设置为此时出现的搜索空间的中间值。

在第5步，无线通信装置200的处理器或其它合适组件可以判定C(k)是否等于1并且C(k+1)是否等于0。如果满足此条件，则可用载波的集合κ包括前k个子载波。因此，可以将K设置为等于k，并且可以退出过程。

在第6步，无线通信装置200的处理器或其它合适组件可以判定C(k+1)是否等于1。如果满足此条件，则可用载波的集合κ至少包括前k+1个子载波。因此，可以将k_L设置为k+1(以重新设置搜索空间的下边界)并且该过程可以转到第3步。

在第7步，无线通信装置200的处理器或其它合适组件可以判定C(k)是否等于0。如果满足此条件，则可用载波的集合κ包括不超过前k-1个子载波。因此，可以将k_H设置为k-1(以重新设置搜索空间的上边界)并且该过程可以转到第3步。

系统100的组件可以包括接口、逻辑器件、存储器和/或其它合适的装置。接口接收输入、发送输出、处理输入和/或输出并且/或者执行其它合适的操作。接口可以包括硬件和/或软件。

逻辑器件执行组件的操作，例如，执行根据输入产生输出的指令。逻辑器件可以包括硬件、软件和/或其它逻辑器件。可以在一个或多个有形计算机可读存储介质中对逻辑器件进行编码，并且逻辑器件在由计算机执行时可以执行操作。某些逻辑器件(如，处理器)可以管理组件的运行。处理器的示例包括一台或多台计算机、一个或多个微处理器、一个或多个应用程序，和/或其它逻辑器件。

存储器存储信息。存储器可以包括一个或多个有形的、计算机可读的和/或计算机可执行的存储介质。存储器的示例包括计算机存储器(例如，随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM))、大容量存储介质(例如，硬盘)、可移动存储介质(例如，光盘(CD)或数字视频光盘(DVD))、数据库和/或网络存储(例如，服务器)和/或其它计算机可读介质。

可以在本公开的范围内对系统100进行修改、添加或省略。系统100的组件可以是集成的或分离的。此外，可以由更多、更少或其它组件执行系统100的操作。如本文件中使用的，“每个”是指集合中的每个项或集合的子集中的每个项。

尽管已用多种实施方式描述了本公开，但是本领域的技术人员可以想到各种变化和修改。本公开旨在涵盖落入所附权利要求书范围内的这类变化和修改。

Claims (12)

1.一种提高信号干扰噪声比的方法，该方法包括以下步骤：

确定多个子载波中的每个子载波的信道质量的步骤，其中，每个单独子载波的信道质量等于所述单独子载波的信号干扰噪声比除以分配给所述单独子载波的功率；

将功率分配给所述多个子载波的子集的步骤，其中，所述子集中的每个单独子载波的信道质量均高于不在所述子集中的每个单独子载波的信道质量；以及

在所述子集中的各个单独子载波上发射信号的步骤，

其中，将功率分配给所述多个子载波的子集的步骤包括：

按所述多个子载波各自的信道质量的降序对所述多个子载波排序，以产生子载波的经排序集合；

确定子载波K的步骤，该步骤确定所述经排序集合中的子载波K，使得下面的条件为真：

$\frac{1}{\sqrt{d_K}}<\frac{P_T}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^K\frac{1}{d_i}}+1$

其中，d_K是所述子载波K的信道质量，P_T是分配给全部子载波的总功率，并且d_i是所述经排序集合的子载波i的信道质量；以及

给子载波K和信道质量高于子载波K的子载波分配功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述子集包括全部所述多个子载波。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将功率分配给所述多个子载波的子集的步骤包括基于以下公式将功率分配给所述子集中的每个子载波：

$p_i=\frac{1}{\sqrt{d_i}}\frac{P_T+{\mathrm{\&Sigma;}}_{k\&Element;\mathrm{\&kappa;}}\frac{1}{d_k}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{k\&Element;\mathrm{\&kappa;}}\frac{1}{d_k}}-\frac{1}{d_i}$

其中，p_i是分配给所述子集中的子载波i的功率，P_T是分配给全部子载波的总功率，d_i是所述子集中的子载波i的信道质量，d_k是所述子集中的子载波k的信道质量，并且κ是所述子集。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定子载波K的步骤包括对所述经排序集合执行二分搜索。

5.一种提高信号干扰噪声比的装置，该装置包括：

确定多个子载波中的每个子载波的信道质量的模块，其中，每个单独子载波的信道质量等于所述单独子载波的信号干扰噪声比除以分配给所述单独子载波的功率；

将功率分配给所述多个子载波的子集的模块，其中，所述子集中的每个单独子载波的信道质量均高于不在所述子集中的每个单独子载波的信道质量；以及

在所述子集中的各个单独子载波上发射信号的模块，

其中，将功率分配给所述多个子载波的子集的模块包括：

按所述多个子载波各自的信道质量的降序对所述多个子载波排序，以产生子载波的经排序集合的模块；

确定所述经排序集合中的子载波K，使得下面的条件为真的模块：

$\frac{1}{\sqrt{d_K}}<\frac{P_T}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^K\frac{1}{d_i}}+1$

其中，d_K是所述子载波K的信道质量，P_T是分配给全部子载波的总功率，并且d_i是所述经排序集合的子载波i的信道质量；以及

给子载波K和信道质量高于子载波K的子载波分配功率的模块。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述子集包括全部所述多个子载波。

7.根据权利要求5所述的装置，将功率分配给所述多个子载波的子集的模块进一步包括基于以下公式将功率分配给所述子集中的每个子载波的模块：

$p_i=\frac{1}{\sqrt{d_i}}\frac{P_T+{\mathrm{\&Sigma;}}_{k\&Element;\mathrm{\&kappa;}}\frac{1}{d_k}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{k\&Element;\mathrm{\&kappa;}}\frac{1}{d_k}}-\frac{1}{d_i}$

其中，p_i是分配给所述子集中的子载波i的功率，P_T是分配给全部子载波的总功率，d_i是所述子集中的子载波i的信道质量，d_k是所述子集中的子载波k的信道质量，并且κ是所述子集。

8.根据权利要求5所述的装置，确定所述经排序集合中的子载波K，使得下面的条件为真的模块包括对所述经排序集合执行二分搜索的模块。

9.一种用于提高信号干扰噪声比的系统，该系统包括：

用于确定多个子载波中的每个子载波的信道质量的逻辑器件，其中，每个单独子载波的信道质量等于所述单独子载波的信号干扰噪声比除以分配给所述单独子载波的功率；

用于将功率分配给所述多个子载波的子集的逻辑器件，其中，所述子集中的每个单独子载波的信道质量均高于不在所述子集中的每个单独子载波的信道质量；以及

用于在所述子集中的各个单独子载波上发射信号的逻辑器件，

其中，所述用于将功率分配给所述多个子载波的子集的逻辑器件包括：

用于按所述多个子载波各自的信道质量的降序对所述多个子载波排序以产生子载波的经排序集合的逻辑器件；

用于确定子载波K的逻辑器件，该逻辑器件确定所述经排序集合中的子载波K，使得下面的条件为真：

$\frac{1}{\sqrt{d_K}}<\frac{P_T}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^K\frac{1}{d_i}}+1$

其中，d_K是所述子载波K的信道质量，P_T是分配给全部子载波的总功率，并且d_i是所述经排序集合的子载波i的信道质量；以及

用于给子载波K和信道质量高于子载波K的子载波分配功率的逻辑器件。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述子集包括全部所述多个子载波。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述用于将功率分配给所述多个子载波的子集的逻辑器件包括用于基于以下公式将功率分配给所述子集中的每个子载波的逻辑器件：

$p_i=\frac{1}{\sqrt{d_i}}\frac{P_T+{\mathrm{\&Sigma;}}_{k\&Element;\mathrm{\&kappa;}}\frac{1}{d_k}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{k\&Element;\mathrm{\&kappa;}}\frac{1}{d_k}}-\frac{1}{d_i}$

其中，p_i是分配给所述子集中的子载波i的功率，P_T是分配给全部子载波的总功率，d_i是所述子集中的子载波i的信道质量，d_k是所述子集中的子载波k的信道质量，并且κ是所述子集。

12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述用于确定子载波K的逻辑器件包括用于对所述经排序集合执行二分搜索的逻辑器件。