CN107005516A - 使用空保护间隔的块间干扰抑制 - Google Patents

Abstract

一种通过无线通信信道传送数据的方法，该方法包括传送多个块(70)，其中每个块(70)包括表示所述数据的多个符号(71、72、73、74、75)。使用时间打包或Faster‑than‑Nyquist信令传送符号，使得块中的每个符号与所述块中的至少一个其他符号在时间域中重叠。在每个块中包括具有长度(意味着符号间干扰不是块间干扰的原因)的空保护间隔(77)。

Description

使用空保护间隔的块间干扰抑制

技术领域

本发明涉及无线通信，以及特别地涉及使用Faster-than-Nyquist信令的无线通信。

背景技术

当由安排在块中的多个符号构成的信号通过无线通信信道进行传送时，对于信号将以某形式的失真被接收存在着高的几率。例如，信号可沿着多个路径（诸如直接瞄准线路径和一个或多个反射路径）到达接收器。这种失真具有引起符号间干扰或块间干扰的可能性。

为了避免符号间干扰，Nyquist准则设定信道和被传送符号必须满足的条件。Nyquist准则的一个方面是对于给出的信道，该准则在数据承载脉冲的时间分隔上设定较低限制。

还已知的是，采用Nyquist脉冲的形式但通过比Nyquist准则指定的脉冲之间时间分隔更短的脉冲之间时间分隔来传送信号是可能的。这被称作为Faster-than-Nyquist信令。这具有其能够增加数据吞吐量的优势。然而，它具有将存在符号间干扰的不利效果，即在接收器得到的样本将会依赖于多于一个的被传送符号。因此在接收器中存在增加的错误几率。

发明内容

按照本发明的第一方面，提供有一种通过无线通信信道传送数据的方法，所述方法包括传送多个块，每个块包括表示所述数据的多个符号，以及包括使用时间打包（timepacking）传送所述符号，使得块中的每个符号与所述块中的至少一个其他符号在时间域中重叠。所述方法还包括在每个块中包括空保护间隔。

按照本发明的第二方面，提供有一种用于通过无线通信信道传送数据的传送器，所述传送器配置成用于:传送多个块，每个块包括表示所述数据的多个符号;以及使用时间打包传送所述符号，使得块中的每个符号与所述块中的至少一个其他符号在时间域中重叠。在每个块中包括空保护间隔。

按照本发明的第三方面，提供有一种通过无线通信信道接收数据的方法，包括接收多个块，每个块包括表示所述数据的多个符号，其中已使用时间打包传送所述符号，使得块中的每个符号与所述块中的至少一个其他符号在时间域中重叠。每个块包括空保护间隔。

按照本发明的第四方面，提供有一种用于通过无线通信信道接收数据的接收器，所述接收器配置成用于接收多个块，每个块包括表示所述数据的多个符号，其中已使用时间打包传送所述符号，使得块中的每个符号与所述块中的至少一个其他符号在时间域中重叠。每个块包括空保护间隔。

按照本发明的第五方面，提供有一种包括计算机可读存储介质的计算机程序产品，所述计算机可读存储介质含有用于引起装置执行按照第一或第三方面的方法的指令。

附图说明

图1是依照实施例的通信系统的示意说明。

图2是图1的通信系统的更加详细的说明。

图3示出示出在图1和图2的通信系统中被传送的信号的形式。

图4示出示出按照实施例的方法。

具体实施方式

图1示出包括传送器10和接收器20的通信系统。

传送器10包括通信模块12和数据处理及控制单元14。数据处理及控制单元14包括处理器16和存储器18。处理器16执行数据处理和逻辑操作，且存储器18储存用于引起处理器执行本文所描述的方法的程序指令和工作数据。通信模块12依照适合的通信标准生成用于传送的采用适合形式的信号。

类似地，接收器20包括通信模块22和数据处理及控制单元24。数据处理及控制单元24包括处理器26和存储器28。处理器26执行数据处理和逻辑操作，且存储器28储存用于引起处理器执行本文所描述的方法的程序指令和工作数据。程序指令可以计算机程序产品的形式被提供，该计算机程序产品含有采用计算机可读形式的所述指令。通信模块22接收已依照适合的通信标准被传送的信号，并且从所接收的信号提取数据。

尽管图1示出传送器10和接收器20，但将被领会到的是，在许多应用中两个装置之间的通信是双向的。即当第一装置向第二装置传送信号时，第二装置也可在第一装置正在传送时的同时，或在不同时间向第一装置传送信号。因而，传送器10和接收器20可被包括在用于无线通信的任何固定的或可便携的装置中，包括但不限于膝上型或平板型计算机、包括智能电话的蜂窝式电话、蜂窝基站或无线接入点、或者用于机器对机器通信的遥感器。

如图1中所示，传送器10和接收器20通过无线通信信道30进行通信。

图2更详细地示出在传送器10和接收器20中生成、传送、接收和提取的信号的形式。

具体地，图2示出使用Faster-than-Nyquist信令的系统（其中使用时间打包）。即以基于样本周期T的取样率生成Nyquist脉冲。然而，代替按照T秒来分隔时间进行脉冲发送，脉冲改为按照ρT秒被分隔发送，其中0 < ρ < 1。照此，符号以非正交形式被传送。

如下面更加详细地讨论的，施加接收的输入数据a[n]到预编码器40以获得预编码数据。施加预编码数据â[n]到脉冲滤波器42以生成用于传送的信号。在一个实施例中，使用脉冲振幅调制(PAM)，将数据â[n]用作对于脉冲的振幅。然而，将被领会到的是，可使用其他调制方案。

为了生成具有适合于使用Faster-than-Nyquist信令的传送的形式的信号，脉冲滤波器42作用于预编码数据â[n]以获得被传送信号s(t)，其中：

其中是新的脉冲形状，其被标准化以便不增加在接收器中的传送功率。其他脉冲滤波器是可能的。

当通过无线信道30传送信号s(t)（其能够被视作为引起附加白高斯噪声(AWGN)）时，这给出接收信号r(t)为：

其中w(t)是稳定，白，高斯过程。

如图2中所示，使用匹配滤波器50对接收的信号r(t)进行取样，以优化信噪比(SNR)及获得用于信号估计的充足的数据点y[n]的集合。因而：

之后在接收器中的难题就是，给定样本y[n]来以最低的可能的错误概率估计原始输入数据a[n]。

已确定的是样本y[n]按照如下公式与被传送数据â[n]和噪声w(t)相关：

其中w是被表达为独立且同分布(i.i.d.)的变量的高斯噪声，且G是矩阵，该矩阵的元素按照以下给出：

因而，矩阵G的形式依赖于被使用的特定脉冲整形滤波器的形式。上文提到的由预编码器块40施加的预编码基于样本y[n]、被传送数据â[n]、以及噪声w(t)之间的关系。预编码基于来自脉冲整形滤波器的脉冲形状。预编码还基于Faster-than-Nyquist形式中的符号的重叠量（例如由参数ρ所指示的）。

具体地，在预编码器块40中使用的预编码被称作为G到减半(G-to-minus-half,GTMH)预编码。这在“Low complexity algorithms for faster-than-Nyquistsignaling”，Emil Ringh，MSC论文集，斯德哥尔摩，瑞典，2013中被描述。代替使用输入数据位作为PAM符号的振幅，这些被转换为预编码位â，其中

并且符号â也取自于例如可由实数或复数形式的二进制数字构成的字母表A。

因此在传送前施加预编码位â到脉冲滤波器42。在通过无线信道的传送后，接收的信号被传至匹配滤波器50。在这个示例中，预编码是G到减半(GTMH)，并且可选的，G是其形式依赖于脉冲整形滤波器的形式的矩阵。

由匹配滤波器50获得的数据样本y[n]之后被供应到G到减半(GTMH)解码块52。因而，转换数据样本y[n]以解码样本ŷ[n]。

接收器的目的是要在给定数据样本y[n]的情况下获得对输入数据位a的估计。

使用输入数据位a和预编码位â之间的关系，前面导出的关系能够被重写为：

因此，通过在块52中施加G到减半(GTMH)解码，即使用以下公式来转换接收的数据样本y[n]以获得被解码样本：

或

能够看到的是

这样的效果是通过从数据样本y[n]获得被解码样本ŷ[n]，接收器能够获得数值，所述数值之后能够被用于获得对于输入数据的估计。

具体地，作为一个示例，为达到输入数据位a的估计，使用任何常规的信道估计算法，之后能够将被解码样本ŷ[n]施加到最大概似法(ML)估计块(未在图2中示出)。

因而，GTMH-预编码的效果是要减少在Faster-than-Nyquist信令的该具体情形中必须在接收器中执行的估计的复杂度。

关于Faster-than-Nyquist信令仍然出现的一个问题是符号间干扰。图3示出用于使用Faster-than-Nyquist信令来传送符号的方法，该方法采用减轻或避免块间干扰的可能性的方式进行。

具体地，图3示出含有表示预编码的输入数据的符号71、72、73、74、75的块70。尽管图3示出仅一个块70的整体，但它还示出前述块70a的末端和后续块70b的始端。来自传送器的传送含有一系列这样的块，这些块可全部具有图3中所示的一般形式。

在一般情形中，块含有第一数量N的符号。因而，在这个示出的示例中，N=5。在典型情形中，预先确定在块中的符号的数量并且该数量被发送器和接收器预先知晓。

每个符号具有持续时间T，其在本文中被称作为例如可以是Nyquist符号周期的标准符号周期。因而，当使用正交传送方案时，符号的始端按照标准符号周期或脉冲持续时间T在时间上被分隔，且N个符号占用周期N.T。

然而，因为使用Faster-than-Nyquist信令，相继的脉冲的始端没有按照脉冲持续时间T，而是按照更短的周期ρT (即0 < ρ < 1)在时间上被分隔，因而，效果是在诸如周期76的周期期间，两个相继的脉冲(在这个情形中即脉冲71、72)重叠。

在这个示出的示例中，使用更短的脉冲分隔的效果是符号的第一数量N占用标准符号周期的第二整数数量，第二数量比第一数量更小。在这个示例中，第二数量比第一数量少一个，并且因此N个符号占用(N-1)个标准符号周期。为实现这点，能够看到减小的脉冲分隔ρ = (N - 2)/(N – 1)。备选地，ρ = (N-1)/N。

在其他示例中，使用更短的脉冲分隔的效果是符号的第一数量N占用标准符号周期的第二数量，其中第二数量小于第一数量多于或少于一个标准符号周期的量。该第二数量不需要是整数。

此外，如图3中所示，块70 包括在其期间没有传送符号或任何符号的任何部分的保护间隔77。在保护间隔77内没有传送重复循环前缀。即保护间隔77是空保护间隔。

在这个示出的示例中，保护间隔77跟随符号71、72、73、74、75。下一个块(例如图3中所示的块70b)之后紧接地跟随在保护间隔77的末端。在备选的实施例中，在每个块的始端能够具有类似效果地包括保护间隔。

因而，多个块被传送，每个块包括表示数据的多个符号，所述符号使用时间打包被传送，使得块中的每个符号与块中的至少一个其他符号在时间域中重叠，并且每个块还包括空保护间隔。

在一个优选的实施例中，传送器10的数据处理及控制单元14能够解译由通信模块12 接收的信号，以便于测量或估计由信道引起的符号间干扰。按照彼此干扰的连续符号的数量能够估定符号间干扰的量。例如，在由多路径效应引起的符号间干扰的情形中，这是在瞄准线传送路径和最长可检测回波路径之间路径长度中的差异的函数。之后按照符号周期能够表达这个差异。如果该差异少于一个符号周期，那么两个连续的符号将彼此干扰。如果该差异大于一个符号周期但是少于两个符号周期，那么一个符号不仅将干扰下一个符号，而且将干扰跟随那个下一个符号的符号。对于仍有的更大的差异，符号将会干扰更多的其他符号。

例如通过传送器10的数据处理及控制单元14，之后能够选择保护间隔的长度，并且传送器10能够传送信号，使得尽管因为信道的效果以及因为Faster-than-Nyquist(FTN)信令的使用而存在符号间干扰，但减轻或避免了块间干扰。因而，在其中信道使得两个连续符号之间存在符号间干扰的系统中,能够选择空保护间隔使得它具有一个符号周期T的持续时间（如图3中所示）。这具有在一个块的最后一个符号和下一个块的第一个符号之间不存在符号间干扰的效果，并且因此没有块间干扰。因此这允许使用如以上所描述的FTN信令和/或允许使用如以上所描述的GTMH预编码。

其中信道离散或多路径的效应意味着在多于两个连续符号之间（即信道比2个抽头（tap）长）能够存在符号间干扰，为了保证不存在块间干扰，包括更长的空保护间隔是必要的。能够因此挑选空保护间隔的长度使得它比发生符号间干扰所在的长度更长。能够挑选空保护间隔的长度为整数数量的符号周期或非整数数量的符号周期。在一些示例中，保护间隔基于信道抽头的被确定数量。例如，保护间隔等于或长于一定数量的符号的持续时间，其中该数量对应于信道抽头的数量减去一。

其中由信道引起的符号间干扰被测量，能够在飞行中（on the fly）适应空保护间隔的长度以解决系统在使用中时变化的信道条件。在一些示例中，在传送器和接收器之间会用信号通知任何变更。在一些示例中，方法包括测量所述信道的符号间干扰的程度；以及响应于此而设定所述空保护间隔的长度。

因而，图2示出在传送前被插入信号中的适合长度的空保护间隔，以及反过来示出在将信号传至匹配滤波器50之前在接收器中被移除的保护间隔。在图3中示出的实施例中，使用Faster-than-Nyquist信令在(N-1)个符号周期期间传送N个符号的块。而且，空保护间隔具有一个标准符号周期的持续时间。总体的效果是因此块含有N个符号并且具有N个标准符号周期的持续时间。在另一个实施例中，其中发现使用具有更长持续时间(例如M个符号周期的持续时间)的空保护间隔是有用的，可使用Faster-than-Nyquist信令来在(N-M)个符号周期期间传送N个符号的块。总体的效果是再一次因此块含有N个符号并且具有N个符号周期的持续时间。

然而，在其他示例中，可使用Faster-than-Nyquist信令在(N-P)个符号周期期间传送N个符号的块，其中空保护间隔具有少于P个符号周期的持续时间，并且因此总体的效果是块在短于N个符号周期的持续时间中含有N个符号。在仍有的进一步的示例中，可使用Faster-than-Nyquist信令在(N-P)个符号周期期间传送N个符号的块，其中决定使用具有大于P个符号周期的持续时间的空保护间隔，并且因此总体的效果是块在长于N个符号周期的持续时间中含有N个符号。

图4示出按照一个或多个示例的方法100。实施例可以仅是所示步骤的部分。

在传送器中，在101中接收数据。在102中，对数据进行预编码以用于faster-than-Nyquist传入。可选的，预编码基于滤波器42。例如，方法包括对输入数据施加预编码；以及将预编码的输入数据传至脉冲整形滤波器。在103中，信号被例如脉冲滤波器42所过滤。在104中，在通过信道进行传送之前插入保护间隔。在105中，信号被传送。

在106中，接收器从无线信道接收被传送信号。在107中，保护间隔被移除。在108中，使用匹配滤波器50过滤信号。在109中， faster-than-Nyquist信号被解码。在110中，对被传送数据进行估计。

因此描述有方法和系统，在该方法和系统中能够使用时间打包传送用于传送的信号，其中为了保证减轻块间干扰而插入保护间隔。

在一个实施例中，提供有一种通过无线通信信道传送数据的方法，该方法包含：传送多个块，每个块包括表示所述数据的多个符号。该方法还包括使用时间打包传送所述符号，使得块中的每个符号与块中的至少一个其他符号在时间域中重叠；以及在每个块中包括空保护间隔。

仪器和方法的任何示例可与仪器和方法的任何其他示例进行组合。

Claims (25)

1.一种通过无线通信信道传送数据的方法，包括：

传送多个块(70)，每个块(70)包括表示所述数据的多个符号(71、72、73、74、75)，

以及包括：

使用时间打包传送所述符号(71、72、73、74、75)，使得块中的每个符号与所述块中的至少一个其他符号在时间域中重叠；以及

在每个块中包括空保护间隔(77)。

2.如权利要求1中要求保护的方法，其中使用时间打包传送所述符号包括使用Faster-than-Nyquist信令传送所述符号。

3.如权利要求2中要求保护的方法，还包括：

对输入数据施加预编码(40)；以及

将所预编码的输入数据传至脉冲整形滤波器(42)。

4.如权利要求3中要求保护的方法，其中所述预编码是G到减半(GTMH)，以及其中G是其形式依赖于所述脉冲整形滤波器(42)的矩阵。

5.如权利要求1至4任一项中要求保护的方法，其中所述时间打包使得每个块包括第一数量的符号，所述第一数量的符号在等于第二数量的标准符号周期的时间周期期间被传送，所述第二数量少于所述第一数量。

6.如权利要求5中要求保护的方法，其中所述第二数量比所述第一数量少一。

7.如权利要求1至6任一项中要求保护的方法，其中所述空保护间隔(77)具有等于整数数量的标准符号周期(T)的持续时间。

8.如权利要求7中要求保护的方法，其中所述空保护间隔具有等于一个符号周期的持续时间。

9.如权利要求1至8任一项中要求保护的方法，在每个块的末端包括所述空保护间隔(77)。

10.如权利要求1至9任一项中要求保护的方法，包括：

测量所述信道的符号间干扰程度；以及

响应于此，设定所述空保护间隔(77)的长度。

11.如权利要求10中要求保护的方法，其中通过此类方式设定所述空保护间隔的所述长度，以便避免块间干扰。

12.一种用于通过无线通信信道传送数据的传送器，所述传送器配置成用于：

传送多个块(70)，每个块(70)包括表示所述数据的多个符号(71、72、73、74、75)，

以及使用时间打包传送所述符号(71、72、73、74、75)，使得块中的每个符号与所述块中的至少一个其他符号在时间域中重叠；以及

在每个块中包括空保护间隔(77)。

13.如权利要求12中要求保护的传送器，还包括：

用于对输入数据施加预编码(40)的部件；以及

连接的脉冲整形滤波器(42)，用来接收所预编码的输入数据以及用来生成用于传送的所述符号。

14.如权利要求13中要求保护的传送器，其中所述预编码是G到减半(GTMH)，以及其中G是其形式依赖于所述脉冲整形滤波器(42)的矩阵。

15.如权利要求12至14任一项中要求保护的传送器，其中所述时间打包使得每个块包括第一数量的符号，所述第一数量的符号在等于第二数量的标准符号周期的时间周期期间被传送，所述第二数量少于所述第一数量。

16.如权利要求12至15任一项中要求保护的传送器，配置成用于：

测量所述信道的符号间干扰程度；以及

响应于此，设定所述空保护间隔(77)的长度。

17.如权利要求16中要求保护的传送器，其中通过此类方式设定所述空保护间隔的所述长度，以便避免块间干扰。

18.一种通过无线通信信道接收数据的方法，包括：

接收多个块(70)，每个块(70)包括表示所述数据的多个符号(71、72、73、74、75)，

其中已使用时间打包传送所述符号(71、72、73、74、75)，使得块中的每个符号与所述块中的至少一个其他符号在时间域中重叠；以及

其中每个块包括空保护间隔(77)。

19.如权利要求18中要求保护的方法，还包括：

将接收的信号传至匹配传送器中的脉冲整形滤波器(42)的滤波器；以及

将所述滤波器的输出传至对应于所述传送器中的预编码块(40)的解码器。

20.如权利要求19中要求保护的方法，其中所述预编码是G到减半(GTMH)，以及其中G是其形式依赖于所述脉冲整形滤波器(42)的形式的矩阵。

21.如权利要求18至20任一项中要求保护的方法，包括从每个块的末端提取所述空保护间隔(77)。

22.一种用于通过无线通信信道接收数据的接收器，所述接收器配置成用于：

接收多个块(70)，每个块(70)包括表示所述数据的多个符号(71、72、73、74、75)，

其中已使用时间打包传送所述符号(71、72、73、74、75)，使得块中的每个符号与所述块中的至少一个其他符号在时间域中重叠；以及

其中每个块包括空保护间隔(77)。

23.如权利要求22中要求保护的接收器，包括：

滤波器（50），匹配传送器中的脉冲整形滤波器(42)，用于过滤接收的信号；以及

解码器（52），对应于所述传送器中的预编码块(40)，用于对所过滤的接收的信号进行解码。

24.如权利要求23中要求保护的接收器，其中所述解码器执行G到减半(GTMH)解码，其中G是其形式依赖于所述传送器中的所述脉冲整形滤波器(42)的形式的矩阵。

25.一种计算机程序产品，包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质含有用于引起装置执行如权利要求1至11或者18至21中任一项所要求保护的方法的指令。