CN104871506B - Ofdm通信 - Google Patents

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Abstract

所公开的是一种无线发射器，其包括：被配置为根据预定的调制方案将输入数据比特调制成为数据符号并且将所述数据符号分组成为一个或多个预编码块的模块；至少一个符号插入模块，每个符号插入模块配置为将一个或多个取消符号插入对应的预编码块；至少一个预编码模块，每个预编码模块配置为预编码对应的预编码块；子载波插入模块，其被配置为连接所述一个或多个预编码块并且将至少一个取消子载波插入连接的预编码块以形成预编码OFDM符号；配置为处理预编码OFDM符号从而降低在传输预编码OFDM符号中的发射器发射的带外功率的模块，其中处理使用插入的取消符号和取消子载波；以及被配置基于无线通信信道传输所处理的预编码OFDM符号的模块。

Description

OFDM通信
技术领域
本发明涉及无线通信，并且尤其涉及改进正交频分复用(OFDM)无线通信系统的性能。
背景技术
正交频分复用(OFDM)是一种多载波无线通信技术，其提供了高的频谱效率、有效抵抗多径传播和信道衰落和有效的频域信道均衡。然而，传统的OFDM传输相关地有一些缺点，例如高峰与平均功率比值(PAPR)、明显的带外发射(OOBE)和对于采样频率偏移的敏感性(SFO)、载波频率偏移(CFO)和相位噪声。
已经提出了多种技术以克服或缓解上述的缺点并且改进OFDM传输性能。例如，为了降低PAPR、已经提出了裁剪、编码、相位优化、非线性压扩、音调保留和音调注入、星座成形、部分发送序列和选择性映射的技术。为了降低OOBE，已经提出了陷波滤波、保护带预留、时域窗口并且取消使用专用的子载波。然而，上述技术大多是独立地用在传统的OFDM系统以解决传统OFDM的相应缺点。一些技术实际上可能有冲突的影响。例如，降低PAPR的裁剪方法均引入带内失真和增加OOBE。陷波滤波可以减少OOBE，但它也可以引起峰值再生导致更高的PAPR。任何给定技术的OFDM的整体通信性能的效果最好时也是有些可疑的。
因此需要一种能够共同缓解至少两项上述缺点并且进而改进OFDM通信性能的技术。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种无线发射器，其包括：被配置为根据预定的调制方案将输入数据比特调制成为数据符号并且将所述数据符号分组成为一个或多个预编码块的模块；至少一个符号插入模块，每个均配置为将一个或多个取消符号插入对应的预编码块；至少一个预编码模块，每个均配置为预编码对应的预编码块；子载波插入模块，其被配置为连接所述一个或多个预编码块并且将至少一个取消子载波插入连接的预编码块以形成预编码OFDM符号；被配置为处理预编码OFDM符号从而降低在传输预编码OFDM符号中的发射器发射的带外功率的模块，其中处理使用插入的取消符号和取消子载波；以及被配置基于无线通信信道传输所处理的预编码OFDM符号的模块。
根据本发明的第二方面，提供一种基于无线通信信道传输数据比特的方法，所述方法包括：根据预定调制方案将所述数据比特调制成为数据符号；将所述数据符号分组为一个或多个预编码块；将一个或多个取消符号插入每个预编码块；预编码每个预编码块；连接一个或多个预编码块并且将至少一个取消子载波插入所述连接的预编码块以形成预编码OFDM符号；处理预编码OFDM符号以降低在传输所述预编码OFDM符号中发射的所述带外功率，其中所述处理使用所述插入取消符号和取消子载波；以及经由所述无线通信信道传输所处理预编码OFDM符号。
根据本发明的第三方面，一种无线接收器，其包括：被配置为基于无线通信信道接收预编码OFDM符号的模块；解复用器，其被配置为将所述预编码OFDM符号划分为一个或者多个预编码块；至少一个解预编码块，每个均被配置为解预编码对应的预编码块；被配置为处理一个或多个解预编码块以补偿子载频率偏移和相位噪声的模块，其中所述处理使用由所述发射器插入的一个或者多个导频符号和从所述解预编码块中提取的一个或多个对应接收的导频符号；以及被配置为从所述子载波频率偏移和相位噪声补偿块的符号中提取数据比特的模块。
根据本发明的第四方面，提供一种接收基于无线通信信道传输的数据比特的方法，所述方法包括：经由所述无线通信信道接收预编码OFDM符号；将所述预编码OFDM符号划分成为一个或多个预编码块；解预编码每个预编码块；处理一个或多个解预编码块从而补偿子载波频率偏移和相位噪声，其中处理使用：由预编码OFDM符号的发射器插入一个或者多个导频符号；从解预编码块中提取一个或多个对应接收的导频符号；以及从子载波频率偏移和相位噪声补偿块中提取数据比特。
通过分配数据域和频域导频和取消符号并且共同使用它们，公开的实施例寻求缓解OFDM通信的上述缺点。所公开的实施例包括：发射器，其在数据预和频域中分配取消子载波(CS)和导频子载波(PS)以有助于OOBE取消、SFO补偿和残留CFO和相位噪声补偿。预编码OFDM系统共同使用所公开的实施例从而比传统OFDM实现更低的PAPR、更低的OOBE、更高的频谱效率以及更稳健性给SFO、CFO和相位噪声。还可以单独地应用所公开的实施例以缓解传统OFDM通信系统的对应缺点。
附图说明
参考附图以下描述本发明的实施例，其中：
图1是传统预编码OFDM通信系统的框图；
图2是可以用于根据一个实施例的预编码OFDM通信系统中的发射器的框图；
图3示出了图2的发射器的操作的一个实例；
图4是根据一个实施例的预编码OFDM通信系统中可使用的与图2的的发射器互补的接收器的框图。
图5是图4的接收器在图3中示出的图2的发射器的操作实例上的操作实例的说明。
图6A和图6B共同地形成计算装置的示意框图表示，在计算装置上可以实施图2的发射器和图4的接收器的一个或多个模块。
图7是示出由图2的发射器中的OOBE降低模块执行的OOBE降低方法的流程图。
图8是示出了由图4的接收器中的CFO/相位噪声补偿模块执行的残留CFO和相位噪声补偿方法的流程图。
图9包括示出了包括具有和不具有CFO/相位噪声补偿模块的图2的发射器和图4的接收器的预编码OFDM系统的比特误差性能的图表。
具体实施方式
OFDM是一种多载波通信技术，其中承载信息的数据符号被施加到多个正交子载波。时域OFDM符号是通过在数据符号上执行快速傅立叶逆变换(IFFT)而得到。例如为了降低PAPR，预编码的OFDM系统使用预编码以在IFFT之前将数据符号从“数据域”转换至“频域”。预编码通常可以表示为数据符号的向量与矩阵的乘积，矩阵可以是单个正交矩阵，或包括多个正交子矩阵。例如，每个子矩阵可以是FFT矩阵。在这种情况下，预编码OFDM系统成为在长期演进(LTE)移动网络的上行链路中使用的SC-FDMA系统。所公开的实施例适于在这样的预编码OFDM系统内实施。然而，所公开的实施例也可以使用其它预编码矩阵在预编码的OFDM系统内使用。为了降低OOBE和缓解由SFO、残留CFO和相位噪声导致的性能下降，同时保持预编码的OFDM传输信号的低PAPR，公开的实施例在频域和数据域中分配取消子载波和导频子载波。
图1是传统预编码OFDM通信系统100的框图。系统100仅包括基带组件并且省略了射频(RF)组件。系统100包括传输承载数据的信号的发射器110和接收承载数据的信号的接收器150以及无线信道145，基于该无线信道145传输信号。将要通过发射器110经由信号传输的数据进入用于预编码数据的预编码器115。预编码器115的输入侧称为“频域”，而预编码器115的输出侧称为“频域”。预编码的数据符号通过OFDM信号生成器120，以生成一系列的OFDM符号，数据符号在OFDM符号上被调制。每个OFDM符号包括一系列时域采样。OFDM符号然后由具有采样频率的Rs的数模(D/A)转换器130转换成模拟信号波形。模拟信号波形经由上变频(未示出)转换成具有载波频率fc的RF信号并且在由功率放大器140功率放大之后通过无线信道145传输。
所传输的信号被信道145畸变并且被如加性过程155所模型化的加性白高斯噪声(AWGN)损坏。在接收器150处，所接收的信号经由下变频(未示出)从载波频率f′c转换成基带。基带信号然后由具有采样频率R′s的模数(A/D)转换器160转换成数字采样。Rs和R′s之间的差被称为采样频率偏移(SFO)，其导致进一步的信号失真。fc和f′c之间差被称为载波频率偏移(CFO)，其和在发射器110和接收器150的RF组件(未示出)处引发的相位噪声的影响被建模为可变相位项可变相位项经由乘法器170应用至每个所接收的基带采样。OFDM信号检测器180将畸变的接收OFDM符号转换回频域。解预编码器190然后将频域采样转换回数据域，以用于进一步处理这样的解调和解码(未示出)。
图2是根据一个实施例可以用作预编码OFDM无线通信系统例如图1的预编码OFDM系统中的发射器的发射器200的框图。发射器200具有与图1的发射器110相同的一些元件。发射器200包括模块210，模块210配置为编码和交织输入数据比特，根据预定的调制方案(例如QPSK)调制数据比特成为数据符号并且分组所得数据符号成为(数据域)预编码块。每个预编码块由N个并行导频和取消符号插入模块220-1、220-2、220-N中的一个处理。每个导频和取消符号插入模块220-n(n＝1，...，N)插入一个或者多个导频符号和一个或多个取消符号进入对应的预编码块。导频符号可以具有任何对于发射器和接收器已知的任何非零值，并且在一个实施例中，取消符号将初始值设置为0。在一个实现中，在预编码块的两端插入取消符号并且导频符号在每个预编码块内等距地间隔开。在通过相应的导频和取消符号插入模块220-n已经在每个预编码块中插入导频和取消符号后，每个预编码块包括三种类型的符号，也就是取消符号(CSM)，导频符号(PSM)和数据符号(DSM)。每个预编码块中符号的总数被定义为P。
图3示出了图2的发射器200的操作的一个实例300。在实例300中，一个(数据域)的预编码块310包括在预编码块310的一端的一个CSM320和在12个DSM例如315之间等间距地间隔的三个PSM例如330，组成包括P＝16个符号的预编码块。数据域CSM和PSM的实际数量以及它们在预编码块310内的位置可以根据不同系统设计标准对于不同的OFDM系统而变化。更多的CSM和PSM可以用于更好的取消和性能的提高，以降低频谱效率为代价。
在通过对应的导频和取消符号插入模块220-n进行导频和取消符号插入之后，每个预编码块例如图3中的310由预编码器220-n预编码从而将预编码块310转换为预编码子载波块，例如图3中的340。在一个实现中，每个预编码器例如230-1应用FFT矩阵至对应的预编码块310。预编码的子载波块340包括对应于频域中的P个子载波例如345的频域符号。导频和取消子载波插入模块240然后连接所有N个并行预编码子载波块340并且插入至少一个导频子载波和至少一个取消子载波以生成(频域)预编码OFDM符号，例如图3中的350。这些导频和取消子载波的值分别设置为类似预编码块310中的CSM和PSM。为基带符号的预编码OFDM符号350包括在将用于OFDM传输的带内关于0频率390对称间隔的相等数目正频率子载波例如380和负频率子载波例如370。
在由导频和取消子载波插入模块240已经将导频和取消子载波插入预编码OFDM符号350中之后，预编码OFDM符号350包括三种类型的子载波，即，取消子载波(CS)例如355、导频子载波(PS)例如360和预编码子载波(PRS)例如370。在预编码OFDM符号350中，已经将两个CS例如355插入在频带的每个末端，但是CS可替换地可以定位在频带内部。在预编码OFDM符号350中，一个PS 360可以插入在P子载波的每个预编码子载波块340之间。频域CS、PS和并行预编码子载波块的实际数量根据取决于不同的系统设计标准的不同的实施例，对于不同的OFDM系统可以变化。类似于数据域PSM和CSM更多的CS和的PS可以用于更好的取消和性能的提高，以降低数据速率为代价。例如，CS除了插入在频带的每个末端部处之外还还插入在预编码子载波块中之间。更多的PS还可以插入在每个预编码子载波块之间以代替如图3所示出的仅一个PS 360。在可替代实施例中，将每个预编码子载波340分成两个或者多个节段并且可以将PS 360插入在这些节段之间。
在发射器200中，然后由OOBE降低(OOBER)模块250处理预编码OFDM符号350从而降低在传输预编码OFDM符号350中由发射器200发射的带外的功率。以下参考图7将更详细地描述由使用CS 355和CSM 320的OOBER模块250执行的处理。子载波映射和IFFT模块260(其等同于利用图1中的发射器110中的OFDM信号发生器120)然后将OOBE降低的预编码OFDM符号转换到时域。在将时域符号转换成RF并且基于无线通信信道传输之前，CP/ZP插入模块270然后插入循环前缀(CP)或零填充后缀(ZP)至传统格式的时域OFDM符号。
图4是根据一个实施例的接收器400的框图，接收器400可以在预编码OFDM通信系统例如图1的预编码OFDM系统100中与发射器200配合使用。接收器400具有与图1的接收器150公共的一些元件。如同发射器200，图4的RF元件可以在图4的接收器400中省略，因为RF元件是在传统方式中执行的同步和信道估计。接收器400包括以与发射器200中的CP/ZP插入模块270的操作互补的方式从所接收基带时域OFDM符号中去除循环前缀或者零填充后缀(通过重叠相加)的CP/ZP去除模块410。接下来，可以对时域OFDM符号进行粗略的CFO估计和补偿(未示出)，例如使用基于自相关的方案和训练OFDM符号。时域OFDM符号至预编码(频域)OFDM符号的转换然后通过FFT模块420执行，FFT模块420可以等同与图1中的接收器150中的OFDM信号检测器180。信道均衡模块430然后使用传统方式的估计信道特性对于无线信道的畸变效果补偿预编码OFDM符号。
图5示出了图4的接收器400的操作的实例500，在图3中示出的发射器200的操作的实例。粗略CFO和信道补偿预编码OFDM符号510作为基带符号包括在用于OFDM传输的带内关于零频率535对称间隔的相等数目的正频率子载波例如525和负频率子载波例如530。粗略CFO和信道补偿预编码OFDM符号510包括三种类型的子载波，即，取消子载波(CS)例如520，导频子载波(PS)例如515和预编码子载波(PRS)例如525。
SFO补偿模块440然后使用频域导频子载波例如515补偿用于SFO的预编码OFDM符号510，频域导频子载波初始由发射器200的导频和取消子载波插入模块240插入。SFO补偿模块440假设SFO是较小的并且进而在频域子载波中引发在预编码OFDM符号510上线性变化的相位移。因此可以通过导频子载波515处的估计相位移的内插，估计在所有预编码子载波525处的SFO引发的线性相位移，并且从所有预编码子载波525中去除SFO引发的线性相位移。
SFO补偿的预编码OFDM符号540现在仅包括预编码子载波(PRS)例如545，其然后被传递给解复用器450，解复用器450通过与发射器200中的导频和取消子载波插入模块240的操作互补的方式划分SFO补偿预编码OFDM符号540为N个并行预编码块，例如550。每个预编码块550由对应的N个并行解预编码模块460-1、460-2、460-N中的对应一个解预编码。如果预编码器230-1……230-N使用FFT，解预编码例如使用IFFT与由发射器200中的预编码器230-1……230-N执行的预编码互补并且进而从频域转换预编码块550回至数据域。解预编码(数据域)块例如555包括三种类型的符号，即取消符号(CSM)例如560、导频符号(PSM)例如565和数据符号(DSM)，例如570。通过导频和取消符号插入模块220-n，CSM 560和PSM 565以与CSM320相同的方式分布在解预编码块555内部并且PSM330分布在预编码块310内部。
CFO/相位噪声补偿模块470然后处理预编码块555，从而补偿在接收器400的输入处执行初始粗略CFO补偿(未示出)之后剩余的残留CFO以及在发射器200和接收器400的RF组件(未示出)处引发的相位噪声，其使用对应于由导频和取消符号插入模块220-n初始插入的PSM330的数据域PSM565。以下将参考图8更详细地描述由CFO/相位噪声补偿模块470执行的处理。得到的CFO和相位噪声补偿块580仅包括DSM例如585，从该DSM初始传输的DSM315可以以传统方式估计。然后可以使用与发射器200中的模块210所使用的相同的调制方案，从估计传输DSM315中提取初始传输数据比特。
图6A和图6B共同形成计算装置601的示意性框图表示，可以在计算装置601上实施图2的发射器200和图4的接收器400一个或多个模块。具体地，发射器200的OOBE降低模块250和接收器400的CFO/相位噪声补偿模块470可以使用计算装置601实施。
如图6A所示，计算装置601包括嵌入控制器602。因此，计算装置601可以称为“嵌入式装置”。在本实施例中，控制器602具有双向耦接至内部存储模块609的处理单元(或处理器)605。存储模块609可以由非易失性半导体只读存储器(ROM)660和半导体随机存取存储器(RAM)670形成，如图6B所示。RAM 670可以是易失性，非易失性或组合的易失性和非易失性存储器。
如图6A所示，计算装置601还包括经由连接619耦接至处理器605的便携式存储器接口606。便携式存储器接口606允许互补的便携式计算机可读存储介质625被耦合到计算设备601以用作数据的源和目标或者补充内部存储模块609。这种接口的实例允许与便携式计算机可读存储介质例如通用串行总线(USB)存储装置、安全数字(SD)卡、个人计算机存储卡国际协会(PCMIA)、卡光盘和磁盘耦接。
下文描述的方法可以使用嵌入式控制器602实现为在嵌入式控制器602内可执行的一个或多个软件程序633。具体地，参考图6B，所描述方法的步骤由软件633中的指令实现，软件633在嵌入式控制器602内执行。软件指令可以形成为一个或多个代码模块，每个代码模块用于执行一个或多个特定任务。
嵌入式控制器602的软件633通常存储在内部存储模块609的非易失性ROM 660中。存储在ROM 660中的软件633当被计算机可读介质需要时可以更新。可以将软件633加载进入处理器605并且由处理器605执行。在一些情况下，处理器605可以执行位于RAM 670中的软件指令。可以通过处理器605创建从ROM 660到RAM 670的一个或多个代码模块的副本，将软件指令加载进入RAM 670。可替换地，一个或多个代码模块的软件指令可以由制造商预先安装在RAM 670的非易失性区域。在一个或多个代码模块已经位于RAM 670中之后，处理器605可以执行一个或多个代码模块的软件指令。
程序633通常是在计算装置601的分配之前由制造商预先安装并且存储在ROM 660中。然而，在一些情况下，程序633在存储在内部存储模块609之前经由图6A的便携式存储器接口606以在计算机可读存储介质625上编码的方式供应至用户并且读取。计算机可读存储介质指的是任何非临时性有形存储介质，其参与提供指令和/或数据至嵌入式控制器602以用于执行和/或处理。这样存储介质的实例包括软盘、磁带、CD-ROM、DVD、硬盘驱动器、ROM或集成电路、USB存储器、磁光盘、闪速存储器或计算机可读卡例如PCMCIA卡等，无论这样的装置是于计算装置601的内部或外部。具有记录在其上的这样软件或计算机程序的计算机可读介质是一种计算机程序产品。
在另一种替代方案中，可以将软件程序633从其它计算机可读介质加载进入嵌入式控制器602。参与提供软件程序、指令和/或数据至计算装置601的暂态或者非有形计算机可读传输介质的实例包括无线电或红外传输信道以及至另一台计算机或联网设备的网络连接和包括电子邮件传输和网站上记录的信息等等的互联网或内联网。
图6B详细示出了具有用于执行程序633和内部存储609的处理器605的嵌入式控制器602。内部存储609包括只读存储器(ROM)660和随机存取存储器(RAM)670。处理器605能够执行存储在连接的存储器660和670中的一个或者两个中的的程序633。当计算装置601初始被加电时，执行驻留在ROM 660中的系统程序。永久地存储在ROM 660中的程序633有时被称为“固件”。由处理器605执行固件可以完成各种功能，包括处理器管理、存储器管理、装置管理、存储管理和用户界面。
处理器605通常包括多个功能模块，其包括控制单元(CU)651、算术逻辑单元(ALU)652和包括一组寄存器654的本地或内部存储器，寄存器654通常包括原数据元件656、657以及内部缓冲或高速缓冲存储器655。一个或多个内部总线659互连这些功能模块。处理器605通常还具有一个或多个接口658以用于使用连接661经由系统总线681与外部装置通信。
程序633包括指令一系列指令662，虽然663可以包括条件分支和循环指令。程序633还可以包括在执行程序633中使用的数据。这些数据可以作为指令的一部分或者单独位置664中存储在ROM 660或RAM 670内。
一般而言，给予处理器605在其中执行的一组指令。可以将这组指令组织成块，该开执行特定任务或处理在计算装置601中发生的特定事件。通常地，程序633等待事件并且随后执行与该事件相关联的代码块。响应于传感器和计算装置601中的界面触发事件。
执行一组指令可能需要读取和改进的数值变量。将这样的数值变量存储在RAM670中。所公开的方法使用存储在存储器670的已知位置672、673的输入变量671。处理输入变量671以产生存储在存储器670的已知位置678、679中的输出变量677。中间变量674可以存储在存储器670的位置675、676中的其它存储器位置中。可替换地，一些中间变量可能只存在于处理器605寄存器654中。
一系列指令的执行是由读取执行周期的重复施用在处理器605中实现的。处理器605的控制单元651保持称为程序计数器的寄存器，程序计数器包括ROM660中的地址或将被执行的下一条指令的RAM670。在读取执行周期的开始，由程序计数器编索引的存储器地址的内容被加载进入控制单元651。如此加载的指令控制处理器605的后续操作，例如导致将数据从ROM存储器660加载进入处理器寄存器654、将寄存器的内容算术地与另一个寄存器的内容结合、将寄存器的内容写入到存储在另一个寄存器中的位置等。在获取执行周期结束时，将程序计数器更新为指向系统程序代码的下一条指令。根据刚执行指令，其可以涉及增加包括在程序计数器中的地址或以新地址加载程序计数器以实现分支操作。
以下描述的方法的过程中的每个步骤或者子过程与程序633的一个或多个节段相关联，并且由处理器605中的读取执行周期的重复执行或者计算装置601中的其它独立处理器块的类似编程操作来执行。
以下描述的方法可替代地在专用硬件例如执行所描述方法的功能或者子功能的一个或多个集成电路中实施。这样的专用硬件可以包括图形处理器、数字信号处理器或者一个或多个微处理器和相关联的存储器。
以下注释在发射器200中的OOBER模块250和CFO/相位噪声补偿模块470的描述中使用。频域中的预编码OFDM符号例如图3中的350表示为列向量其中每个项Xm表示其指数m介于M1和M2之间的对应子载波处的符号。子载波的总数和进而OFDM符号X的长度被表示为M＝M2-M1+1。使用“正弦模型”计算由OFDM符号X的OFDM传输发射的、由Wq(根据如用于子载波的相同的编索引方案)索引的给定带外频率处的功率为
由于X的OFDM传输导致的在Q个带外“取消点”w1…wQ中的每个处发射的功率因而可以由X与Q×M“衰减矩阵”C的预乘积而计算，其中C的第q行
OOBER模块250配置成通过将在每个Q取消点w1…wQ处的发射功率破零，降低OFDM发射器的总体带外发射。OOBER模块250通过从预编码OFDM符号X减去已经预先乘以M×M“OOBER矩阵”A的X的版本而进行这个，导致OOBE降低的OFDM符号Y：
Y＝X-AX (3)
OOBER矩阵A被限定为使得CY≡0，即OOBE降低的OFDM符号Y的OFDM传输导致在Q个取消点w1…wQ处的发射恒等于零。
为了得到OOBER矩阵A，构造M×L分配矩阵D，其中L是每个OFDM符号中频域和数据域中的CS和的CSM的总数(在图3的实例300中，L等于N+4，由于每N个预编码块310中存在一个数据域CSM 320加上在预编码OFDM符号350的每一端处的两个频域CS 355)。通过预乘以“取消值”的L×1列向量的分配矩阵D，在预编码OFDM符号350的子载波之间分配这些值。D的行索引对应子载波索引，同时D的列索引对应CS 355或CSM 320。分配矩阵D由通过导频和取消符号插入模块220-n和导频和取消副载波插入模块240所确定的CS 355或CSM 320的分配构成为如下：
●对于位于索引m处的(频域)CS，D的对应列除了在第(m-M1+1)行的一个之外都为0。因此，对应的取消值仅分配至CS。在图3的实例300中，对于位于最低索引的子载波M1处的CS 355，D的对应列是[1 0 ... 0]T。因此，对应取消值仅分配给最低索引的子载波M1。
●对于位于预编码块310中的第r个符号处的(数据域)CSM，D的对应列具有由给出的P非零值，p＝0,1,…,P-1。这些值被分配至对应于P个子载波的D的行，在该P个子载波处对应的预编码子载波块340位于预编码OFDM符号350内。因此，在预编码子载波块340位于预编码OFDM符号350内的所有子载波之间分配对应的取消值在，每个子载波具有(通常)不同的相位。在图3的实例300中，CSM320位于预编码块310中的第一符号(索引r＝0)处，预编码块310变成具有索引M1至M1+P-1的预编码OFDM符号350中的最左侧预编码子载波块340。分配矩阵D的对应(第一)列因此是
一旦构造衰减矩阵C和分布矩阵D，那么OOBER矩阵A可以计算为
A＝D(CD)+C (4)
其中，(B)+指示采取矩阵B的伪逆。Q×L矩阵B的伪逆可以计算为如下：
如果Q＝L并且矩阵CD是可逆的，那么伪逆(CD)+等于CD的逆(CD)-1。使用公式(3)和(4)，由OOBE降低的OFDM符号Y的OFDM传输在Q取消点w1…wQ处发射的功率将是：
CY＝CX-CD(CD)-1CX≡0 (6)
根据OOBER等式(3)和(4)，上述“取消值”是L×1向量(CD)+CX的元素。这些“取消值”本质是需要被分配至CS和CSM以为了生成在每个取消点Wq所发射的功率的值，每个取消点Wq所发射的功率与由预编码OFDM符号X在取消点处所生成的发射功率相等。向量(CD)+CX与分配矩阵D的预乘积在预编码OFDM符号X的子载波之间分配取消值。如在等式(3)中，从在这些子载波处的预编码OFDM符号X的值减去分配的取消值，因此原则上产生在每个取消点生成零发射功率的OOBE降低的OFDM符号Y。
在一般情况下，OOBE降低的OFDM符号Y不同于在一个或多个预编码子载波370处的预编码OFDM符号X，有可能影响数据通信的准确性。然而，接收器400的正确操作将取消符号560处的差异集中在解预编码块555中，使得数据符号585原则上等于初始传输数据符号例如315。换句话说，如果取消值的负性已经由导频和取消符号插入模块220-n分配给CSM 320和由导频和取消子载波插入模块240分配至CS355，则OOBE降低的OFDM符号Y等于已经由导频和取消子载波插入模块240生成的预编码OFDM符号X。
图7是示出了由图2的发射器200中的OOBE降低模块250执行的一种OOBE降低的方法700的流程图。在如图6A的计算装置600的OOBE降低模块250的实施中，方法700实施为由以上所描述的处理器605执行的软件。
方法700开始于步骤710，在步骤710处，使用等式(2)由Q取消点w1…wQ构造衰减矩阵C。接下来是步骤720，在步骤720从由导频和取消符号插入模块220-n和导频和取消子载波插入模块240根据以上给定规则确定的CSM 330和CS 355在预编码块310和预编码OFDM符号350内的位置而构造分配矩阵D。
在下一个步骤730处，方法700根据等式(4)和(5)使用矩阵C和D计算OOBER矩阵A。最终，步骤740应用等式(3)以从预编码OFDM符号X和OOBE矩阵A计算OOBE降低的OFDM符号Y。方法700然后终止。
因为传统OOBE降低技术可以实现为OOBE降低方法700的特殊情况，所以OOBE降低方法700实现“广义”OOBE降低方案。
两个这样的传统技术导致：当M1＝0并且M2＝M-1时，取消点w1…wQ选择为-2和M+1 (因此Q＝2)。如果存在位于子载波0和M-1处的两个取消子载波355，并且没有取消符号320， 所以L＝2，分配矩阵D是并且方法700变成传统取消子载波(CC)方法。如果N ＝1，并且不存在取消子载波355，在(唯一)预编码块310中的第一符号(索引r＝0)处具有单 个取消符号320，即L＝1，那么分配矩阵D是[1 1 ... 1]T，并且方法700变成用于SC-FDMA的 传统旁波瓣自取消方法。
在另一个实例中，取消点w1…wQ选择为如上的-2和M+1(因此Q＝2)。预编码子载波块340被分配给预编码OFDM符号350内的从2至M-3索引的预编码子载波370，因此N＝1并且P＝M-4。将两个频域PS 360分配给子载波1和M-2。将两个频域CS 355分配给子载波0和M-1，并且一个CSM 320被分配给(唯一)预编码块310的第一符号(r＝0)，因此L＝3。分配矩阵D是：
因此，第一和第三取消值因此只助于两个频域CS 355，其否则不受OOBE降低影响。第二取消值影响从2至M-3的所有M-4数据子载波。与D的“零行”2和M-1对应的PS 360不受OOBE降低影响。
使用数据域CSM和频域CS的OOBE具有比单独使用数据域CSM或者频域CS可得到的性能较好的性能。例如，利用单独使用数据域CSM的方法(例如用于SC-FDMA的传统旁波瓣自取消方法)，靠近单个信号频谱边缘的OOBE不能被有效地降低。利用单独使用频域CS的方法(例如传统取消载波方法)，CS上消耗的外部能源通常需要明显高于数据子载波上的平均功率。CC方法还导致PAPR再生长。
注意，如果在步骤720中，分配矩阵D设定为CT，而不是如上述所构造，那么Q＝L，并且矩阵CD是可逆的，因此，伪逆(CD)+等于CD的逆(CD)-1。方法700然后变成具有正交投影的传统旁波瓣抑制(SSOP)方法。
为了描述由图4的接收器400中的CFO/相位噪声补偿模块470执行的残留CFO和相位噪声补偿的方法，假设完美信道均衡和无AWGN的简化信号模型将被使用从而关注残留CFO和相位噪声的影响。
和以前一样，列向量表示在发射器200处的频域预编码OFDM符号350。表示在接收器400处的SFO补偿预编码OFDM符号540。将由时域中的残留CFO和相位噪声导致的相位项表示为其中n是时域索引(n＝0、1…M-1)。所简化的信号模型然后写为：
其中，和分别是M点FFT和M点IFFT矩 阵。根据等式(7)中简化的信号模型，(在均衡、粗略CFO和SFO补偿之后)所传输的符号和所 接收的符号之间的唯一差别是残留CFO和相位噪声项
将在发射器200处的预编码块310中符号的列向量表示为 其中P＝P2-P1+1。假设预编码由FFT实现，向量d涉及在发射器200处的预编码(频域)子载波 块340：
其中，FP是如先前所定义的P点FFT矩阵。可以将表示为的接 收器400处的预编码块550(包括从至)至预编码块555的解预编码写为：
其中是如先前所限定的P点IFFT。
无视来自当前预编码块550之外的其它子载波和预编码块550中的其它PRS的小干扰，并且使用等式(7)至(9)，可以得出对于p＝0、1…P-1的和之间的关系为：
等式(10)示出：数据域符号受被认为是残留CFO的和相位噪声项加权平均值的相位误差项的影响，其中由离散平方正弦函数进行加权。如果相位误差项可以从所传输和所接收的(数据域)PSM(分别330和565)的已知值中估计，则解预编码符号中的残留CFO和相位噪声可以通过与所估计的相位误差项的倒数相乘而被补偿。
来自围绕当前解预编码块555的多个连续解预编码块的PSM 565可以用于得到比能够单独从当前解预编码块555可得到的相位误差项估计的更好估计。将U个预解码块310的第u个中的R个PSM 330表示为的其中i＝1，...，R并且它们在每个预编码块310内的索引表示为r1，r2，...，rR。将从对应的U个解预编码块555中提取的对应所接收的PSM565表示为等式(10)将每个所接收的的相位与至对应的所传输的的相位关联。共轭乘积的辐角等于所接收的和对应传输的之间的相位差。U个连续解预编码块555上的第ri个符号处的和的平均共轭乘积可以计算为：
平均共轭乘积Gi的辐角给出在当前解预编码块555的第ri个符号处的相位误差的估计当前解预编码块555的第p个符号处的相位误差然后可以通过来自相位误差估计的内插而被估计。最终，可以通过从的相位减去或者等效地将与相乘以补偿所接收的的所估计的残留CFO和相位噪声结果是包括残留CFO和相位噪声补偿DSM 585的CFO和相位噪声补偿数据域块580。
图8是示出了由图4的接收器400中的CFO/相位噪声补偿模块470执行的残留CFO和相位噪声补偿的方法800的流程图。在如同图6A的计算装置600的CFO/相位噪声补偿模块470的实施中，方法800实施为由以上所描述的处理器605所执行的软件。
方法800开始于步骤810，步骤810使用等式(11)计算经由围绕当前解预编码块555的U个连续解预编码块的第ri个符号处的所传输和所接收的和的平均共轭乘积Gi。接下来是步骤82，在步骤820处处理器605将当前解预编码块555的第ri个符号的相位误差的估计计算为对于所有i＝1，...，R的平均共轭乘积的辐角Gi。方法800然后进行至步骤830，其通过来自PSM索引r1、r2…rR处的估计的内插形成当前解预编码块555的第p个符号处的残留CFO和相位噪声的估计在一个实施例中，使用双线性内插，但是可以在步骤830处使用另一个传统内插方法例如双三次内插。由预解码块310内PSM 330的均匀分布辅助该内插。最后，步骤840补偿所估计的在当前数据域块555的第p个符号处的残留CFO和相位噪声，例如通过从每个所接收的的相位中减去对应符号索引p处的估计相位误差步骤840的结果是残留CFO和相位噪声补偿DSM 585，其构成当前CFO和相位噪声补偿块580。方法800然后结束。
在可替换实施中，使用基于U个数据域块310的不同求平均方案代替等式(11)。
在可替代的实施例中，发射器200可以与解预编码接收器400结合使用而无须CFO和相位噪声补偿模块470。在这样的实施例中，发射器200不需要将PSM 330插入预解码块310中。
在其它可替代实施例中，接收器400可以与预编码发射器200结合使用而无须OOBER模块250。在这样的实施例中，发射器200不需要将CSM 320插入预编码块310，也不将CS 355插入预解码OFDM符号350。
图9包括图表900，其示出了仿真的预编码OFDM系统的比特误差性能，仿真的预编码OFDM系统包括具有和不具有CFO/相位噪声补偿模块470的发射器200和接收器400。所仿真的系统具有N＝8个预编码块，子载波的总数是512(因此P＝64)，在每个预编码块中具有索引1和17的2个导频符号，和具有索引66、131、383和448的4个导频子载波。图表900包括两个迹线：上迹线910示出了根据不具有CFO/相位噪声补偿模块470的系统的信号噪声比的误比特率，和下迹线920示出了根据具有CFO/相位噪声补偿模块470的系统的信号噪声比的误比特率。根据图表900，可以从CFO/相位噪声补偿模块470的使用得到大于5dB的性能提升。

Claims (14)

1.一种无线发射器，其包括：
a.被配置为根据预定的调制方案将输入数据比特调制成为数据符号并且将所述数据符号分组成为一个或多个块的模块；
b.至少一个符号插入模块，每个符号插入模块配置为在预编码对应的块之前将一个或多个取消符号插入对应的块；
c.至少一个预编码模块，每个预编码模块配置为将插入一个或多个取消符号的所述对应的块预编码为预编码块；
d.子载波插入模块，其被配置为在频域中连接所述一个或多个预编码块并且将至少一个取消子载波插入连接的预编码块以形成预编码OFDM符号；
e.被配置为处理预编码OFDM符号从而降低发射器在传输预编码OFDM符号中发射的带外功率的模块，其中所述处理使用插入的取消符号和取消子载波；以及
f.被配置为基于无线通信信道传输所处理的预编码OFDM符号的模块。
2.根据权利要求1所述的发射器，其中，将被配置为处理所述预编码OFDM符号的模块配置为：
a.从一个或多个带外频率构造衰减矩阵，在所述带外频率处所发射的功率被迫使为零；
b.分别从所述取消符号和所述取消子载波在所述预编码块和所述预编码OFDM符号内的位置构造分配矩阵；
c.从所述衰减矩阵和所述分配矩阵计算带外发射降低矩阵；以及
d.从所述预编码OFDM符号中减去所述带外发射降低矩阵和所述预编码OFDM符号的乘积。
3.根据权利要求2所述的发射器，其中，所述带外发射降低矩阵是以下的乘积：所述分配矩阵、所述衰减矩阵和所述分配矩阵的乘积的伪逆和所述衰减矩阵。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任何一项所述的发射器，其中，每个符号插入模块进一步被配置为将一个或多个导频符号插入对应的块。
5.根据权利要求1至权利要求3中的任何一项所述的发射器，其中，所述子载波插入模块进一步被配置为将一个或多个导频子载波插入所述预编码OFDM符号。
6.根据权利要求1至权利要求3中的任何一项所述的发射器，其中，所述至少一个预编码模块配置为使用快速傅立叶变换以预编码相应的块。
7.一种基于无线通信信道传输数据比特的方法，所述方法包括：
a.根据预定调制方案将所述数据比特调制成为数据符号；
b.将所述数据符号分组为一个或多个块；
c.在对块进行预编码之前将一个或多个取消符号插入每个块；
d.将插入一个或多个取消符号的所述每个块预编码以生成一个或多个预编码块；
e.在频域中连接一个或多个预编码块并且将至少一个取消子载波插入所述连接的预编码块以形成预编码OFDM符号；
f.处理预编码OFDM符号以降低在传输所述预编码OFDM符号时发射的带外功率，其中所述处理使用插入的取消符号和取消子载波；以及
g.基于所述无线通信信道传输所处理预编码OFDM符号。
8.一种无线接收器，其包括：
a.被配置为基于无线通信信道接收预编码OFDM符号的模块，OFDM符号是从被配置以下操作的发射器接收到的：在对每个块进行预编码之前将一个或多个取消符号插入分组的数据符号的一个或多个块；将插入一个或多个取消符号的每个块预编码以生成一个或多个预编码块；在频域中连接一个或多个预编码块并且将至少一个取消子载波插入所连接的预编码块以形成预编码OFDM符号；以及处理所述预编码OFDM符号以降低在传输所述预编码OFDM符号时发射的带外功率，其中所插入的取消符号和取消子载波用于处理所述预编码OFDM符号；
b.解复用器，其被配置为在对所述预编码块进行解预编码之前在频域中将所述预编码OFDM符号划分为一个或者多个预编码块；
c.至少一个解预编码块，每个均被配置为解预编码对应的预编码块到解预编码块；
d.被配置为处理一个或多个解预编码块以补偿子载频率偏移和相位噪声的模块，其中所述模块使用由发射器插入的一个或者多个导频符号和从所述解预编码块中提取的一个或多个对应的接收导频符号来处理所述一个或者多个解预编码块；以及
e.被配置为从所述子载波频率偏移和相位噪声补偿块的符号中提取数据比特的模块。
9.根据权利要求8所述的无线接收器，其中，被配置为处理所述一个或多个解预编码块的模块配置为：
a.计算当前解预编码块周围的多个连续解预编码块上的每个所传输的和所接收的导频符号的平均共轭乘积；
b.使用所述平均共轭乘积的辐角估计当前解预编码块内的每个导频的位置处的相位误差；
c.通过来自每个导频符号的位置处的相位误差估计的内插，估计当前解预编码块内的所有位置处的相位误差；以及
d.对于对应符号位置处所估计的相位误差，补偿当前解预编码块内的每个符号。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的无线接收器，其中，解预编码模块被配置为使用快速傅立叶逆变换解预编码相应的预编码块。
11.一种接收基于无线通信信道传输的数据比特的方法，所述方法包括：
a.基于所述无线通信信道接收预编码OFDM符号，OFDM符号是由执行以下步骤的发射器生成的：在对每个块进行预编码之前将一个或多个取消符号插入分组的数据符号的一个或多个块；将插入一个或多个取消符号的每个块预编码以生成一个或多个预编码块；在频域中连接一个或多个预编码块并且将至少一个取消子载波插入所连接的预编码块以形成预编码OFDM符号；以及处理所述预编码OFDM符号以降低在传输所述预编码OFDM符号时发射的带外功率，其中所述处理使用所述插入取消符号和取消子载波；
b.在对预编码块进行解预编码之前在频域中将所述预编码OFDM符号划分成为一个或多个预编码块；
c.解预编码每个预编码块到解预编码块，每个解预编码块包括一个或多个取消符号以及一个或多个对应的接收导频符号；
d.处理一个或多个解预编码块从而补偿子载波频率偏移和相位噪声，其中所述处理使用：
i.由预编码OFDM符号的发射器插入的一个或者多个导频符号；以及
ii.从解预编码块中提取的一个或多个对应的接收导频符号；并且
e.从子载波频率偏移和相位噪声补偿块的符号中中提取数据比特。
12.一种包括无线接收器和根据权利要求1至6中的任何一项所述的无线发射器的无线通信系统，所述无线接收器包括：
被配置为基于无线通信信道接收预编码OFDM符号的模块；
解复用器，其被配置为在对所述预编码块进行解预编码之前在频域中将所述预编码OFDM符号划分为一个或者多个预编码块；
至少一个解预编码块，每个均被配置为解预编码对应的预编码块到解预编码块；
被配置为处理一个或多个解预编码块以补偿子载频率偏移和相位噪声的模块，其中所述模块使用由发射器插入的一个或者多个导频符号和从所述解预编码块中提取的一个或多个对应的接收导频符号来处理所述一个或者多个解预编码块；以及
被配置为从所述子载波频率偏移和相位噪声补偿块的符号中提取数据比特的模块。
13.根据权利要求12所述的无线通信系统，其中，被配置为处理所述一个或多个解预编码块的模块配置为：
a.计算当前解预编码块周围的多个连续解预编码块上的每个所传输的和所接收的导频符号的平均共轭乘积；
b.使用所述平均共轭乘积的辐角估计当前解预编码块内的每个导频的位置处的相位误差；
c.通过来自每个导频符号的位置处的相位误差估计的内插，估计当前解预编码块内的所有位置处的相位误差；以及
d.对于对应符号位置处所估计的相位误差，补偿当前解预编码块内的每个符号。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的无线通信系统，其中，解预编码模块被配置为使用快速傅立叶逆变换解预编码相应的预编码块。
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