CN103098399A - 无线通信系统中控制副载波间隔的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在支持多个频带的系统中控制副载波间隔的设备。所述控制副载波间隔的设备包括：干扰检测单元，用于检测贯穿所述多个频带发生的干扰；系统参数提供单元，用于提供与所述多个频带之间的副载波间隔相关的系统参数－例如RF、FFT尺寸、和信道带宽；副载波间隔控制单元，用于基于所述系统参数来控制所述副载波间隔，使得降低所检测的干扰。在利用多个频带操作的系统中，每一频带可施加不同副载波间隔，由此控制在每一频带中发生的干扰。

Description

无线通信系统中控制副载波间隔的设备和方法

技术领域

本发明涉及无线通信，并更具体地，涉及用于控制副载波间隔的设备和方法。

背景技术

对于为了增加传输率的使用多信道的数据传送技术的需求已增加。特别是，对于同时使用位于不同射频（下面，称为RF）频带处的多个信道带宽的传送方法的需求已得到众人瞩目。使用不同射频频带的示例包括使用在不同RF中存在的空白处、通过电气和电子工程师协会（IEEE）802.11系列技术进行的、与所谓无线LAN（WLAN）或Wi-Fi以及认知无线电（CR）通信关联的、正交频分复用（OFDM）模式间变换、。

在认知无线电通信中，不能在设定频率计划的同时任意地重新设计需要的信道带宽。所以，存在强制遵循现有频率计划的限制。然而，由于难以利用单一信道带宽满足期望传送率，所以需要使用位于不同RF中的多个信道带宽。在OFDM通信系统中需要通过自适应地控制副载波间隔来使得载波间干扰最小化的、改进传送性能的设备和方法。

发明内容

【技术问题】

本发明提供了用于在无线通信系统中自适应地控制副载波间隔的设备和方法。

本发明还提供了用于在OFDM通信系统中降低载波间干扰（ICI）的设备和方法。

本发明还提供了用于在操作多频带的系统中控制每一频带的载波间干扰的设备和方法。

【技术方案】

在一个方面，提供了一种用于在支持多个频带的系统中控制副载波间隔的设备。所述控制副载波间隔的设备包括：干扰检测单元，用于检测贯穿所述多个频带发生的干扰；系统参数提供单元，用于向副载波间隔控制单元提供与副载波间隔关联的系统参数；和副载波间隔控制单元，用于基于所述系统参数来控制所述副载波间隔，以便降低所检测的干扰，

所述与副载波间隔关联的系统参数可以包括例如关于射频（RF）、快速傅立叶变换（FFT）尺寸、和信道带宽的信息。

作为示范实施例，该干扰检测单元可以检测由于副载波间隔的变化和由RF差别导致的失真中的至少一个、而发生的干扰。

作为另一示范实施例，该干扰检测单元可以向该副载波间隔控制单元提供代表所检测的干扰的干扰信息；和该副载波间隔控制单元可以基于该干扰信息确定是否控制该副载波间隔。

作为另一示范实施例，该干扰检测单元可检测对于每一频带的干扰。

作为另一示范实施例，该副载波间隔控制单元可控制所述多个频带之中的、其中干扰的影响相对大的频带上的副载波的间隔。

作为另一示范实施例，该副载波间隔控制单元可通过控制FFT大小来控制副载波间隔。

作为另一示范实施例，该副载波间隔控制单元可通过物理层聚合协议（PLCP）前同步码来传送关于所控制的副载波间隔的信息。

作为另一示范实施例，该副载波间隔控制单元可通过PLCP报头来传送关于所控制的副载波间隔的信息。

作为另一示范实施例，所述控制副载波间隔的设备可进一步包括副载波分配单元，用于根据所控制的副载波间隔来分配副载波。

在一个方面中，提供了一种在支持多个频带的系统中用于控制副载波间隔的方法。所述控制副载波间隔的方法包括：检测贯穿所述多个频带发生的干扰；和基于与副载波间隔关联的系统参数来控制所述副载波间隔，以便降低所检测的干扰，

所述与副载波间隔关联的系统参数可以包括例如关于射频（RF）、快速傅立叶变换（FFT）大小、和信道带宽的信息。

作为示范实施例，可以由于副载波间隔的变化、和由RF差别导致的失真中的至少一个，而发生该干扰。

作为另一示范实施例，可以对于每一频带检测该干扰。

作为另一示范实施例，该副载波间隔可以是所述多个频带之中的、其中干扰的影响相对大的频带上的副载波的间隔。

作为另一示范实施例，可以通过控制FFT大小来控制副载波间隔。

作为另一示范实施例，所述控制副载波间隔的方法可以进一步包括通过物理层聚合协议（PLCP）前同步码来传送关于所控制的副载波间隔的信息。

作为另一示范实施例，所述控制副载波间隔的方法可以进一步包括通过PLCP报头来传送关于所控制的副载波间隔的信息。

作为另一示范实施例，所述控制副载波间隔的方法可以进一步包括根据所控制的副载波间隔来分配副载波。

【有利效果】

在操作多个频带的系统中，可降低由于副载波间隔的改变或RF的增加而在每一频带中增加的干扰。此外，即使当具有不同副载波间隔的传送模式在单一RF频带（单一频带）中彼此切换时，也可应用本发明。

附图说明

图1示出了其中在OFDM系统中发生载波间干扰的示例。

图2是示出了根据本发明示范实施例的无线通信系统的框图。

图3示出了根据本发明示范实施例的其中取决于传送模式改变副载波间隔的示例。

图4是概念性描述了根据本发明示范实施例的模式的切换的示例图。

图5是示出了根据本发明示范实施例的用于在多频带系统中控制副载波间隔的设备的框图。

图6是描述了根据本发明的用于控制副载波间隔的设备的操作的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图来更全面地描述本发明的示范实施例，使得本领域技术人员能容易地实现这些示范实施例。本领域技术人员将认识到，可按照各种不同方式来修改所描述的实施例，而全部不脱离本发明的精神或范围。另外，在附图和整个说明书中，省略与描述不关联的部分，以便清楚地描述本发明，相同的附图标记表示相同的元件。

贯穿说明书中，除非按照相反的方式进行明确描述，单词“包括”以及诸如“包含”的变型将被理解为暗指包括所阐明的元件，但是不排除任何其他元件。此外，说明书中描述的术语“单元”暗指处理预定功能或操作的、并能通过硬件或软件或硬件和软件的组合来实现的单元。

其后，将参考附图来描述本发明的示范实施例。贯穿说明书中，频带代表其中允许使用预定通信系统的频带，诸如TV频带、2.4GHz（工业、科学和医学）ISM频带、5GHz ISM频带等。ISM频带代表无需使用许可就能在工业、科学和医学领域中自由使用的频带。多频带代表多个频带。信道带宽代表在每一频带中向单个信道分配的频带的大小。多信道代表多个信道带宽。

图1示出了其中在OFDM系统中发生载波间干扰的示例。

参考图1，情况1和情况2作为使用N个副载波的OFDM系统，并且这些副载波的中心频率是f0、f1、f2、……、fN-1。另外，副载波间隔是1/T。

在情况1中，由于不出现载波间干扰，所以在副载波之间保持正交性。相反，在情况2中，出现载波间干扰，使得在副载波之间不保持正交性。OFDM系统中正交性的破坏可增加比特误差率（BER）或分组误差率（PER）。在OFDM系统中，取决于副载波间隔来改变副载波之间的正交性对于频率偏移和相位噪声的鲁棒性。载波间干扰的增加破坏OFDM的正交性而恶化系统性能。载波间干扰可由于除了以上原因之外的各种原因而发生。

图2是示出了根据本发明示范实施例的无线通信系统的框图。

参考图2，无线通信系统200包括发射机210和接收机220。作为一个示例，无线通信系统200可以是IEEE 802.11系统。IEEE 802.11系统可取决于传送模式被分类为802.11a、802.11g、802.11n和802.11af。可支持的信道带宽和副载波间隔可如图3中示出的那样取决于传送模式来改变。

参考图3，802.11a支持5MHz、10MHz、和20MHz的信道带宽，并且取决于信号带宽的大小，副载波间隔分别是78.125KHz、156.25KHz和312.5KHz。802.11g支持20MHz的信道带宽，并且副载波间隔是312.5KHz。802.11n支持20MHz或40MHz的信道带宽，并且副载波间隔是312.5KHz。802.11af支持5MHz、10MHz、20MHz或40MHz的信道带宽，并且副载波间隔分别是78.125KHz、156.25KHz和312.5KHz。

其间，发射机210和接收机220基于单信道模式、多信道模式、单频带模式或多频带模式执行通信。

在每一模式中，无线通信系统200可以如同表1中所示的各种情况那样切换或操作。

【表1】

参考表1，模式切换包括通过单频带的单信道传送模式切换（其后被称为SCoSB）、通过单频带的同时多信道传送（其后被称为MCoSB）、通过多频带的单信道传送模式切换（其后被称为SCoMB）、以及通过多频带的同时多信道传送（其后被称为MCoMB）、

在SCoSB的示例中，在802.11a中将5MHz信道带宽切换为20MHz信道带宽。在MCoSB的示例中，在802.11a中同时传送5、10和20MHz信道带宽。在SCoMB的示例中，将802.11af的5MHz信道带宽切换为802.11n的20MHz信道带宽。在MCoMB的示例中，同时传送802.11a中的20MHz信道带宽、802.11g中的20MHz信道带宽、以及802.11af中的20MHz信道带宽。

图4是概念性描述了根据本发明示范实施例的模式的切换的示例图。

参考图4，RF特性和/或副载波间隔可以由于具有各个副载波间隔值的多个OFDM系统标准之间的模式切换而改变。结果，相位噪声和多普勒扩展改变。结果，载波间干扰可改变。当信道带宽彼此不同时，即使应用相同的快速傅立叶变换（FFT）大小，副载波间隔也可改变。

返回参考图2，发射机210和接收机220通过多频带上的多信道带宽（TVWS、2.4GHz ISM频带、和5GHz ISM频带）执行通信。构成多信道的信道带宽（TV WS、2.4GHz ISM频带、和5GHz ISM频带）彼此分开预定等级或更多的RF间隔。在该情况下，相位噪声或多普勒扩展的影响可由于不同RF特性而改变。

相位噪声的影响是由于与诸如公共相位误差（CPE）的随机相位变化的正交性的破坏、而发生的载波间干扰。一般，当RF频率从f₁改变为f₂时，相位噪声谱密度改变20log₁₀(f₂/f₁)。即，当RF频率增加时，相位噪声谱密度的3dB线宽度增加，使得相位噪声的影响进一步增加。

由于相位噪声而发生的载波间干扰可改变为信噪比降级D_phase，如等式1中示出的。

【等式1】

$D_{\mathrm{phase}}\≈\frac{11}{61n1O}4\mathrm{\π\βT}\frac{S}{N}$

其中，β代表3dB线宽度，T代表快速傅立叶变换（其后，称为FFT）时间，S/N代表用于获取大致未编码的BER=10^-6的SNR值。相位噪声导致的SNR的降低与线宽度和副载波间隔之间的比率成比例地增加。这里，副载波间隔具有f_ss=1/T的关系。例如，在其中信道带宽是按照5GHz操作的IEEE802.11a标准的5MHz的模式中，与其中按照2.4GHz操作的IEEE802.11g标准的信道带宽是20MHz的模式相比，3dB线宽度β增加，并且副载波间隔f_ss降低到1/4。因此，相位噪声引起的载波间干扰将SNR降级D_phase增加4倍或更多。

其间，作为生成频率偏移的一个原因的多普勒扩展与RF频率成比例地增加。最大多普勒扩展f_d,max被定义为如下式所示。

【等式2】

$f_{d,\max }=\frac{f_c\·v}{c}$

其中，f_c代表RF频率值，v代表终端的速度，并且c代表光的速度。由频率偏移导致发生的载波间干扰可改变为SNR降级D_freq，如等式3示出的。

【等式3】

$D_{\mathrm{freq}}\≈\frac{11}{31n1O}\mathrm{\π\ΔfT}\frac{S}{N}$

其中，Δf代表频率偏移。频率偏移导致的SNR降级与频率偏移和副载波间隔之间的比率△fT=△f/f_ss成比例地增加。例如，在其中信道带宽是按照5GHz操作的IEEE 802.11a标准的5MHz的模式中，与其中按照2.4GHz操作的IEEE 802.11g标准的信道带宽是20MHz的模式相比，多普勒扩展引起的频率偏移增加，并且副载波间隔f_ss降低到1/4。因此，多普勒扩展引起的载波间干扰将SNR降级D_freq增加4倍或更多。

因此，在通过使用多频带执行通信的系统中，需要能通过适当控制副载波间隔来控制每一频带中的干扰的设备和方法。当副载波间隔增加时，OFDM系统变得对于多普勒扩展和相位噪声鲁棒，但是易受多路径的攻击。当由于多路径导致性能恶化大时，自适应调制和编码（AMC）需要鲁棒（例如，调制速率从64 QAM降低到16 QAM）或者副载波间隔需要进一步变窄。

图5是示出了根据本发明示范实施例的用于在多频带系统中控制副载波间隔的设备的框图。

参考图5，副载波间隔控制设备500包括干扰检测单元510、系统参数提供单元520、副载波间隔控制单元530、和副载波分配单元540。

这里，副载波间隔控制设备500可被包括在基站或控制副载波间隔的终端中，或者可作为独立实体存在。副载波间隔控制设备500可以是发射机的一部分或者是接收机550的一部分。其后，假设副载波间隔控制设备500被包括在发射机中，将描述副载波间隔控制设备500和接收机550之间的操作。然而，副载波间隔控制设备500可被包括在接收机550中。在该情况下，下面要描述的在副载波间隔控制设备500和接收机550之间的操作可被类似地应用到副载波间隔控制设备500和发射机之间的操作。副载波间隔控制设备500向接收机550通知副载波间隔信息。可将副载波间隔信息传递到多个接收机550。

包括副载波间隔控制设备500的发射机基于副载波间隔信息来传送信号。特别是，副载波间隔信息可由发射机的OFDM调制器使用来执行OFDM调制，并可由接收机550的OFDM解调器使用来执行OFDM解调。

干扰检测单元510检测在多个信道带宽或多个频带中发生的干扰。干扰检测单元510可检测干扰，如上所述，该干扰由于副载波间隔的变化、由于RF差别导致的失真等而发生。干扰检测单元510将代表所检测的每一信道带宽或频带的干扰的干扰信息提供到副载波间隔控制单元530。

系统参数提供单元520向副载波间隔控制单元530提供与副载波间隔关联的诸如RF、FFT尺寸、信道带宽等的系统参数。

副载波间隔控制单元530基于该干扰信息确定是否需要控制副载波间隔。另外，在必要时，基于从系统参数提供单元520提供的系统参数，来控制副载波间隔以降低干扰。副载波间隔控制单元530可仅控制多个频带之中的其中干扰的影响相对大的频带中包括的副载波间隔，或者当多个频带的干扰的影响一般为大时，集中控制所述多个频带的所有副载波间隔。

作为示范实施例，副载波间隔控制单元530可基于以下等式4来设置降低干扰的优选副载波间隔f_ss。

【等式4】

$f_{\mathrm{ss}}=\frac{f_s}{N_{\mathrm{FFT}}}$

即，可从采样频率f_s获取副载波间隔f_ss，并且可通过控制f_s和N_FFT来敏锐地控制FFT大小N_FFT和f_ss。

副载波间隔控制单元530向每一接收机550传送代表新设置的副载波间隔的副载波间隔信息。作为示范实施例，副载波间隔控制单元530可通过盲检测方法来检测每一接收机550中的副载波间隔信息，而不发送副载波间隔信息。

作为另一示范实施例，副载波间隔控制单元530被包括在发射机中，并通过物理层聚合协议（PLCP）前同步码来向接收机550传送副载波间隔信息。

作为另一示范实施例，副载波间隔控制单元530被包括在发射机中，并可通过PLCP报头来向接收机550传送副载波间隔信息。

作为另一示范实施例，副载波间隔控制单元530可通过诸如信标的附加控制信道来向每一接收机550传送副载波间隔信息。

当副载波间隔控制单元530重新设置副载波间隔f_ss时，副载波分配单元540根据重新设置的副载波间隔f_ss向接收机550传送副载波。

作为示范实施例，副载波分配单元540比较现有副载波间隔f₁和重新设置的副载波间隔f_ss。如果f₁>f_ss，则副载波间隔需要变窄，并且结果，副载波分配单元540通过分配更多副载波来排列这些副载波，以使得所使用的副载波之间的间隔变窄。相反，如果f₁<f_ss，则副载波间隔需要变宽，并且结果，副载波分配单元540通过在现有分配的副载波之间周期性地插入空副载波来排列这些副载波，以使得所使用的副载波之间的间隔变宽。

当如上所述控制副载波间隔时，由于副载波间隔的变化或多频带的RF差别引起的失真或干扰可降低，并且可通过防止由于最差信道导致的性能迅速恶化或总体性能恶化，来确保需要的服务质量（QoS）。

图6是描述了根据本发明的用于控制副载波间隔的设备的操作的流程图。

参考图6，副载波间隔控制设备检测多个信道带宽或多个频带发生的干扰（S600）。干扰可由于副载波间隔的变化、由于RF差别引起的失真等发生。

副载波间隔控制设备确定是否需要控制副载波间隔以便降低所检测的干扰（S610）。如果需要的话，则副载波间隔控制设备基于与副载波间隔关联的系统参数（诸如RF、FFT大小、信道带宽等的系统参数），来控制信道带宽或频带的副载波间隔以便降低干扰（S620）。副载波间隔控制设备可仅控制多个频带之中的其中干扰的影响相对大的频带中包括的副载波间隔，或者当多频带的干扰的影响一般为大时，集中控制所述多频带的所有副载波间隔。

副载波间隔控制设备向每一接收机传送代表重新设置的副载波间隔的副载波间隔信息（S630）。作为示范实施例，副载波间隔控制设备可通过盲检测方法来检测副载波间隔信息，而不发送副载波间隔信息。作为另一示范实施例，可通过PLCP前同步码来传送副载波间隔信息。作为另一示范实施例，可通过PLCP报头来传送副载波间隔信息。作为另一示范实施例，可通过诸如信标的附加控制信道来传送副载波间隔信息。

副载波间隔控制设备根据重新设置的副载波间隔来向接收机传送副载波（S640）。作为示范实施例，副载波间隔控制设备比较现有副载波间隔f₁和重新设置的副载波间隔f_ss。如果f₁>f_ss，则副载波间隔需要变窄，并且结果，副载波间隔控制设备分配更多副载波来排列这些副载波，以使得所使用的副载波之间的间隔变窄。相反，如果f₁<f_ss，则副载波间隔需要变宽，并且结果，副载波间隔控制设备通过在现有分配的副载波之间周期性地插入空副载波来排列这些副载波，以使得所使用的副载波之间的间隔变宽。

当如上所述控制副载波间隔时，由于副载波间隔的变化或多频带的RF差别引起的失真或干扰可降低，并且可通过防止由于最差信道导致的性能迅速恶化或总体性能恶化，来确保需要的QoS。

已经仅例示了本发明的精神。本领域技术人员将理解的是，可进行各种修改和改变，而不脱离本发明的必要特性。因此，本发明中公开的示范实施例不被用来限制而是用来描述本发明的精神。本发明的范围不仅限于所述实施例。本发明的保护范围必须通过所附权利要求来分析，并且应分析到，与该范围等效的范围内的所有精神被包括在本发明所附权利要求中。

Claims (17)

1.一种用于在支持多个频带的系统中控制副载波间隔的设备，包括：

干扰检测单元，用于检测贯穿所述多个频带发生的干扰；

系统参数提供单元，用于向副载波间隔控制单元提供与关于所述多个频带的副载波间隔关联的系统参数；和

该副载波间隔控制单元，用于基于所述系统参数来控制所述副载波间隔，以便降低所检测的干扰，

其中所述系统参数包括射频（RF）、快速傅立叶变换（FFT）大小、和信道带宽信息中的至少一个。

2.根据权利要求1的设备，其中该干扰检测单元检测由于副载波间隔的变化和由RF差别导致的失真中的至少一个、而发生的干扰。

3.根据权利要求1的设备，其中：

该干扰检测单元向该副载波间隔控制单元提供代表所检测的干扰的干扰信息；和

该副载波间隔控制单元基于该干扰信息确定是否控制该副载波间隔。

4.根据权利要求1的设备，其中该干扰检测单元检测对于每一频带的干扰。

5.根据权利要求1的设备，其中该副载波间隔控制单元控制所述多个频带之中的、其中干扰的影响相对大的频带上的副载波的间隔。

6.根据权利要求1的设备，其中该副载波间隔控制单元通过控制FFT大小来控制副载波间隔。

7.根据权利要求1的设备，其中该副载波间隔控制单元通过物理层聚合协议（PLCP）前同步码来传送关于所控制的副载波间隔的信息。

8.根据权利要求1的设备，其中该副载波间隔控制单元通过PLCP报头来传送关于所控制的副载波间隔的信息。

9.根据权利要求1的设备，进一步包括副载波分配单元，用于根据所控制的副载波间隔来分配副载波。

10.一种用于在支持多个频带的系统中控制副载波间隔的方法，包括：

检测贯穿所述多个频带发生的干扰；和

基于与关于所述多个频带的副载波间隔关联的系统参数，来控制所述副载波间隔，以便降低所检测的干扰，

其中所述系统参数包括射频（RF）、快速傅立叶变换（FFT）大小、和信道带宽信息中的至少一个。

11.根据权利要求10的方法，其中由于副载波间隔的变化、和由RF差别导致的失真中的至少一个，而发生该干扰。

12.根据权利要求10的方法，其中对于每一频带检测该干扰。

13.根据权利要求10的方法，其中该副载波间隔是所述多个频带之中的、其中干扰的影响相对大的频带上的副载波的间隔。

14.根据权利要求10的方法，其中通过控制FFT大小来控制该副载波间隔。

15.根据权利要求10的方法，进一步包括通过物理层聚合协议（PLCP）前同步码来传送关于所控制的副载波间隔的信息。

16.根据权利要求10的方法，进一步包括通过PLCP报头来传送关于所控制的副载波间隔的信息。

17.根据权利要求10的方法，进一步包括根据所控制的副载波间隔来分配副载波。

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