CN105981424A - 一种利用保护频带进行同步和异步通信的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

针对在无线网络中利用保护频带进行同步和异步通信提供了实施例。用户设备(user equipment，UE)或网络组件在分配给主通信的数据频带上传输符号。所述数据频带通过带宽比所述数据频带的带宽小的保护频带分隔开。所述UE或网络组件进一步通过频谱内含式波形为从通信调制符号，其中，所述频谱内含式波形的带宽小于所述保护频带的带宽。所述频谱内含式波形是通过正交频分复用(orthogonal frequency‑division multiplexing，OFDM)调制或是通过联合OFDM和偏置正交幅度调制(Offset Quadrature Amplitude Modulation，OQAM)调制取得的。所述从通信的所述调制的符号在所述保护频带内传输。

Description

一种利用保护频带进行同步和异步通信的系统和方法
相关申请案交叉申请
本申请要求于2014年2月13日递交的发明名称为“一种利用保护频带进行同步和异步通信的系统和方法”的第14/180,147号美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及无线通信领域，在具体实施例中，涉及一种利用保护频带进行同步和异步通信的系统和方法。
背景技术
正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)是一种在多个载波频率上编码数字数据的方法。该OFDM方案当前部署在宽带多载波通信中。然而，由于在每个子载波上使用了方脉冲(例如，频域中的辛克函数)，OFDM受到高带外(out of band，OOB)辐射。保护频带能用于避免由于OOB辐射产生的两频带间的干扰。过滤性OFDM(FilteredOFDM，F-OFDM)是将滤波应用于OFDM符号序列以降低OOB辐射的方案。该F-OFDM方案具有OFDM的益处，例如，简单均衡、信道估计以及对多输入多输出(multiple-input and multiple-output，MIMO)传输的适用性。OFDM/偏置正交幅度调制(Offset Quadrature Amplitude Modulation，OQAM)是滤波器组方案，其中，该方案采用时间/频率局域脉冲整形以产生频谱内含式波形。本方案提供了相对较好的内含波谱且适用于同步/异步通信。在该OFDM方案中，数据传输不采用该保护频带，其导致频谱效率的损失。需要允许机会无线通信且提高同步/异步通信的频谱效率的方案。
发明内容
根据本发明一实施例，一种通过网络组件在无线网络中提高频带利用率的方法包括：将从通信分配给保护频带。所述保护频带将为主通信分配的数据频带分隔开，且其带宽小于所述数据频带的带宽。所述方法还包括在网络组件上，以频谱内含式波形为所述从通信调制符号。所述频谱内含式波形的带宽小于所述保护频带的带宽。所述网络组件为所述保护频带内的所述从通信传输所述调制的符号。
根据本发明另一实施例，一种用于在无线网络中提高频带利用率的网络组件包括：至少一个处理器；非瞬时性计算机可读存储介质，用于存储供所述处理器执行的程序。所述程序包括将从通信分配给保护频带的指令。所述保护频带将为主通信分配的数据频带分隔开，且其带宽小于所述数据频带的带宽。所述程序还配置所述网络组件，以便以频谱内含式波形为所述从通信调制符号。所述频谱内含式波形的带宽小于所述保护频带的带宽。所述网络组件还用于为所述保护频带内的所述从通信传输所述调制的符号。
根据本发明另一实施例，一种通过网络组件在无线网络中提高频带利用率的方法包括：接收保护频带内的从通信。所述保护频带将为主通信分配的数据频带分隔开，且其带宽小于所述数据频带的带宽。所述网络组件还在所述接收的从通信中，检测根据频谱内含式波形调制的符号。所述频谱内含式波形的带宽小于所述保护频带的带宽。
根据本发明又一实施例，一种用于在无线网络中提高频带利用率的网络组件包括：至少一个处理器；非瞬时性计算机可读存储介质，用于存储供所述处理器执行的程序。所述程序包括用于接收保护频带内的从通信的指令。所述保护频带将为主通信分配的数据频带分隔开，且其带宽小于所述数据频带的带宽。所述程序还包括用于在所述接收的从通信中，检测根据频谱内含式波形调制的符号的指令。所述频谱内含式波形的带宽小于所述保护频带的带宽。
上述宽泛地概括了本发明实施例的特征，以便能够更好理解以下本发明详细描述。以下将对本发明实施例的其他特征与优点即本发明权利要求书的主题进行描述。本领域的技术人员应当理解，所公开的概念和特定实施例易被用作修改或设计其他实现与本发明相同的目的的结构或过程的基础。本领域的技术人员还应当意识到，这种等效构造不脱离所附权利要求书所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
图1示出了用于抚平OFDM符号之间的不连续性的时域加窗操作的示例；
图2示出了过滤时域加窗OFDM发射器系统的实现方式；
图3示出了保护频带可用性方案的实施例；
图4示出了保护频带利用方案的实施例；
图5示出了保护频带利用方案的另一实施例；
图6示出了利用保护频带进行同步和/或异步通信的方法的实施例；
图7为能用于实施各种实施例的处理系统的图。
除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
具体实施方式
下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
此处针对利用保护频带进行同步和异步通信提供了实施例。具体地，频谱内含式波形用于在保护频带中的通信，该保护频带分隔开该系统的主数据频带以吸收OOB辐射。鉴于该频谱内含式波形，该保护频带能用于从通信，从而提高该系统的频谱效率。例如，该主系统可为主数据频带中的通信使用OFDM或其变形，例如，离散傅里叶变换扩展OFDM(discrete Fouriertransform-spread OFDM，DFT-S-OFDM)或过滤性OFDM(Filtered OFDM，F-OFDM)。主频带在主带宽的中心，该主带宽也包括该主数据频带的边缘上的两个保护频带。该从系统能在该保护频带中使用该频谱内含式波形。该主系统为该主系统的用户提供了主服务或数据信道，且该从系统向不同用户提供从服务或数据信道。或者，该从系统能用于信号发送或用于该主系统的其他应用。该主业务或数据信道的质量或优先级可能比该从业务或数据信道高。
该频谱内含式波形包括F-OFDM和OFDM/偏置正交幅度调制(OffsetQuadrature Amplitude Modulation，OQAM)等方案。例如，该F-OFDM用于同步通信。该OFDM/OQAM用于同步和异步通信。进一步地，该从系统了解该主系统，且在该保护频带中采用该频谱内含式波形的从通信能用于避免对主数据频带中的通信的干扰。图1示出了用于抚平OFDM符号之间的不连续性的时域加窗操作100的示例。该时域加窗(time windowing，TW)操作100用于抚平连续OFDM符号之间的过渡(不连续性)以避免高OOB。
图2示出了过滤时域加窗OFDM(filtered time windowing OFDM，F-TW-OFDM)发射器系统200的一个可能的实现方式。该F-TW-OFDM是普通F-OFDM方案的一个实现方式。该发射器系统可为无线网络中的用户设备(user equipment，UE)或基站的一部分。此处所用的术语基站指能和UE或其他无线通信设备进行无线信号传递的任意无线接入节点。例如，基站可以是通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)中定义的NodeB或长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统中定义的eNodeB。在该F-TW-OFDM发射器系统200的处理链中，首先根据该时域加窗操作100进行每个OFDM符号的时域加窗。之后，产生的信号(TW-OFDM符号的序列)穿过脉冲整形滤波器。然而，由于线性过滤，过滤的信号按时间扩展。实际上，对信号进行了截断以减少此类时间扩展(以减少开销)。然而，在信号沿上，该截断的信号中存在突兀的不连续性，引起高OOB。因此，需要进行另一个TW过程(边缘TW)以使截断的信号的沿光滑平整。
图3示出了保护频带可用性方案的实施例。在该方案中，对于多个分配的主带宽，每个带宽包括由多个保护频带包围的主数据频带。例如，该主系统通过OFDM或F-OFDM使用该数据频带。该从系统通过F-OFDM、OFDM/OQAM或其他频谱内含式波形使用该保护频带。数据频带的每一侧上的保护频带都能单独作为一个频带用于携带从信息。或者，属于两个连续的数据频带的两个相邻的保护频带能够合并为从系统的单个频带。长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统中的可用保护频带的示例包括1.4MHz主带宽的数据频带的每一侧上的0.16MHz的保护频带，以及20MHz主带宽的数据频带的每一侧上的1MHz的保护频带。其他示例如图3所示。
图4示出了保护频带利用方案的实施例。具体地，主系统能在数据频带中使用OFDM符号，且从系统能在保护频带中使用频谱内含式波形，例如，F-OFDM符号或OFDM/OQAM符号。图5示出了保护频带利用方案的另一实施例。具体地，主系统能在数据频带中使用F-OFDM符号，且从系统能在保护频带中使用频谱内含式波形，例如，F-OFDM符号或OFDM/OQAM符号。在上述实施例中，该OFDM符号可能是F-OFDM符号。这允许对该从系统造成有限的OOB辐射。进一步地，保护频带中的频谱内含式波形的使用不允许对数据频带中的OFDM符号的干扰或允许对数据频带中的OFDM符号的可容忍干扰。进一步地，例如，通过F-OFDM或OFDM/OQAM，该频谱内含式波形的带宽小于保护频带的带宽。
在一实施例中，同步从系统在保护频带中使用F-OFDM符号。UE使用主系统中的同步信号来同步该从系统的通信。若该从系统用于信号发送或为主系统携带其他信息，则该UE可以是该从系统的从用户或是该主系统的主用户。该UE也能通过其自己的时间调整信号进行同步。因为两个系统采用了公共信令，针对从系统采用该主系统的同步信号减少了开销。进一步地，结合单个UE或多个UE可使用多个保护频带。或者，每个保护频带可以由单个UE或多个UE使用。在另一实施例中，同步从系统在保护频带中使用F-OFDM符号。UE使用专用同步信号来同步该从系统的通信。由于将额外同步信号用于该从系统，UE使用专用同步信号来同步该从系统的通信增加了开销，但允许该主和从系统间更具有独立性。进一步地，结合单个UE或多个UE可使用多个保护频带。或者，每个保护频带可以由单个UE或多个UE使用。
该从系统的示例包括机对机(machine-to-machine，M2M)系统，设备到设备(device-to-device，D2D)通信，或用于传播独立于主系统的主信息的信息的其他系统。在一实施例中，例如，相对于主系统通信，通过微微或毫微微小区系统，该从系统通信以较低能耗传输。这两个通信目的可能不同。这两个通信可能类型(用户数据)相同，但是以不同的能量级传输或有不同的优先级。
在另一实施例中，该从系统对同步和异步通信均采用OFDM/OQAM。(结合)单个UE或多个UE可使用多个保护频带。或者，每个保护频带可以由单个UE或多个UE使用。由于在OFDM/OQAM中使用了局域优化脉冲整形，时间异步主要影响相邻的子载波。若多个UE在异步模式下使用保护频带，则将每对相邻UE之间的一个子载波预留作为频率上的一种防护。若单个UE或多个UE在同步模式下使用保护频带，则该保护频带中无需预留任何子载波。与F-OFDM部署相比，该实现方式可能具有较低的OOB辐射。然而，该OFDM/OQAM部署也可能具有较高的上行链路峰均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)以及更高的复杂性。
图6示出了利用保护频带进行同步和/或异步通信的方法600的实施例。该方法600可以由无线网络中的UE、基站或其他发射器实施。在步骤610中，该网络组件在分配给主通信的数据频带中传输或接收OFDM符号。具体地，保护频带分隔开数据频带，其中，该保护频带的带宽小于数据频带的带宽。该OFDM符号可以是F-OFDM符号。在步骤620中，该网络组件在保护频带中为从通信传输或接收符号。通过频谱内含式波形并根据OFDM调制或根据联合OFDM和偏置正交幅度调制(Offset Quadrature AmplitudeModulation，OQAM)调制来调制该符号。
图7为可用于实施各种实施例的示例性处理系统700的框图。例如，所述系统700可以是网络组件的一部分，例如，基站、中继、路由器、网关或控制器/服务器单元。特定设备可利用所有所示的组件或所述组件的仅一子集，且设备之间的集成程度可能不同。此外，设备可包含组件的多个实例，例如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等等。处理系统700可包括配备一个或多个输入/输出设备(如网络接口、存储接口等)的处理单元701。处理单元701可包括连接至总线的中央处理器(CPU)710、存储器720和存储设备730。所述总线可以为任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储总线或者存储控制器、外设总线等等。
所述CPU 710可包括任何类型的电子数据处理器。存储器720可包括任意类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)或其组合等等。在实施例中，存储器720可包括在开机时使用的ROM以及在执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。在实施例中，存储器720是非瞬时的。存储设备730可包括任意类型的存储设备，其用于存储数据、程序和其它信息，并使这些数据、程序和其它信息通过总线访问。存储设备730可包括如下项中的一种或多种：固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。
处理单元701还包括一个或多个网络接口750，网络接口750可包括以太网电缆等有线链路，和/或到接入节点或者一个或多个网络780的无线链路。网络接口750允许处理单元701通过网络780与远程单元通信。例如，网络接口750可以通过一个或多个发射器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一实施例中，处理单元701耦合到局域网或广域网上以用于数据处理以及与其它处理单元、因特网、远程存储设施等远程设备通信。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其他变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (27)

1.一种通过网络组件在无线网络中提高频带利用率的方法，其特征在于，包括：
在所述网络组件上，将从通信分配给保护频带，其中，所述保护频带将为主通信分配的数据频带分隔开；
在所述网络组件上，以频谱内含式波形为所述从通信调制符号，其中，所述频谱内含式波形的带宽小于所述保护频带的带宽；
在所述网络组件上，为所述保护频带内的所述从通信传输所述调制的符号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：为所述数据频带内的所述主通信传输数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主通信和所述从通信携带互相独立的信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护频带的带宽小于所述数据频带的带宽。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以频谱内含式波形为所述从通信调制所述符号包括通过正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)或过滤性OFDM(filtered OFDM，F-OFDM)为所述从通信调制所述符号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述网络组件上，使至少部分所述从通信的计时与另一网络组件的传输同步，其中，所述传输包括传输在所述保护频带内的同步的从通信。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述从通信根据所述主通信的同步信号同步。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述从通信根据所述从通信的同步信号同步，且独立于所述主通信的传输。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述频谱内含式波形为所述从通信调制所述符号包括通过联合正交频分复用(orthogonalfrequency-division multiplexing，OFDM)和偏置正交幅度调制(OffsetQuadrature Amplitude Modulation，OQAM)为所述从通信调制所述符号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：使至少部分所述从通信的计时与另一网络组件的传输同步，其中，所述传输包括传输在所述保护频带内的同步的从通信。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：为将要与另一网络组件的传输异步的至少部分所述从通信计时，其中，所述传输包括传输在所述保护频带内的异步的从通信。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述网络组件和另一网络组件共享所述保护频带，其中，所述网络组件和所述另一网络组件共享的子载波是在频率上为所述保护频带预留的。
13.一种用于在无线网络中提高频带利用率的网络组件，其特征在于，所述网络组件包括：
至少一个处理器；
非瞬时性计算机可读存储介质，用于存储供所述处理器执行的程序，所述程序包括执行以下操作的指令：
将从通信分配给保护频带，其中，所述保护频带将为主通信分配的数据频带分隔开；
以频谱内含式波形为所述从通信调制符号，其中，所述频谱内含式波形的带宽小于所述保护频带的带宽；
为所述保护频带内的所述从通信传输所述调制的符号。
14.根据权利要求13所述的网络组件，其特征在于，所述以所述频谱内含式波形为所述从通信调制所述符号的指令包括通过正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)或通过联合OFDM和偏置正交幅度调制(Offset Quadrature Amplitude Modulation，OQAM)为所述从通信调制所述符号的指令。
15.根据权利要求13所述的网络组件，其特征在于，所述网络组件是用户设备(user equipment，UE)。
16.根据权利要求13所述的网络组件，其特征在于，所述从通信是机对机(machine-to-machine，M2M)系统通信。
17.根据权利要求13所述的网络组件，其特征在于，所述从通信是设备到设备(device-to-device，D2D)通信。
18.根据权利要求13所述的网络组件，其特征在于，所述从通信是相对于所述主通信而言能耗更低的通信。
19.一种通过网络组件在无线网络中提高频带利用率的方法，其特征在于，包括：
在所述网络组件上，接收保护频带内的从通信，其中，所述保护频带将为主通信分配的数据频带分隔开；
在所述接收的从通信中，检测根据频谱内含式波形调制的符号，其中，所述频谱内含式波形的带宽小于所述保护频带的带宽。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：为所述数据频带内的所述主通信接收数据。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述检测的符号是正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)符号或过滤性OFDM(filtered OFDM，F-OFDM)符号。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述检测的符号是联合正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)和偏置正交幅度调制(Offset Quadrature Amplitude Modulation，OQAM)符号。
23.一种用于在无线网络中提高频带利用率的网络组件，其特征在于，所述网络组件包括：
至少一个处理器；
非瞬时性计算机可读存储介质，用于存储供所述处理器执行的程序，所述程序包括执行以下操作的指令：
接收保护频带内的从通信，其中，所述保护频带将为主通信分配的数据频带分隔开；
在所述接收的从通信中，检测根据频谱内含式波形调制的符号，其中，所述频谱内含式波形的带宽小于所述保护频带的带宽。
24.根据权利要求23所述的网络组件，其特征在于，所述检测的符号是正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)符号或联合OFDM和偏置正交幅度调制(Offset Quadrature Amplitude Modulation，OQAM)符号。
25.根据权利要求23所述的网络组件，其特征在于，所述网络组件是基站。
26.根据权利要求23所述的网络组件，其特征在于，所述保护频带是分配给用户设备(user equipment，UE)的专用保护频带。
27.根据权利要求23所述的网络组件，其特征在于，所述保护频带是分配给多个用户设备(user equipment，UE)的共享保护频带。
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