CN107733566B - 数字编码器及编码方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于UF‑OFDM的编码器架构，其中样本首先被进行逐子带处理，然后进行逐子载波处理。子载波处理可以包括对于基带信号中的与UF‑OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分进行处理以及单独地对于基带信号中的与UF‑OFDM数据流的非瞬态对应的核心部分进行处理，然后进行级联以获得UF‑OFDM数据流。在某些实施例中，直接计算基带信号中的与UF‑OFDM数据流的瞬态对应的第一末端部分，并且从核心部分和第一末端部分推断出另一个末端部分。核心部分处理器和末端部分处理器可以用适于将每个样本乘以相应滤波器系数的滤波器来实现。修改这些系数可以引入频移或将编码器转换用于OFDM编码。

Description

数字编码器及编码方法
技术领域
本发明涉及一种数字编码器及编码方法，尤其涉及一种用于基于多载波波形的编码方案(例如下文定义的通用滤波正交频分复用(UF-OFDM)编码)的编码器。
背景技术
随着互联网应用的飞速发展，预计到2020年，未来通信网络支持的移动通信量将比目前大几乎500倍。为了有效应对这些限制，同时保持高水平的用户体验质量，对于未来第5代(5G)移动通信系统，系统容量和用户公平性应大幅度提高。
通用滤波正交频分复用(UF-OFDM，有时也称为通用滤波多载波)是V.Vakilian，T.Wild，F.Schaich，S.ten Brink和J.F.Frigon在“Universal-filtered multi-carriertechnique for wireless systems beyond LTE(用于LTE以外的无线系统的通用滤波多载波技术)”，2013IEEE Globecom Workshops(GCWkshps)，亚特兰大，GA，2013，第223-228页中最初提出的主要的5G候选波形之一。该波形的标准实现包括将子载波划分成在时域中被独立地滤波的子带。UF-OFDM显示了低延迟通信的优点，并且使得能够使用松弛同步来节省带宽和能量，如F.Schaich和T.Wild在“Relaxed synchronization support of universalfiltered multi-carrier including autonomous timing advance(包括自主定时提前的通用滤波多载波的松弛同步支持)”，2014 11thInternational Symposium on WirelessCommunications Systems(ISWCS)，巴塞罗那，2014年，第203-208页中所描述的。
在OFDM中采用的大多数技术可以重复使用，而无需重大修改，例如多输入多输出(MIMO)Alamouti方案。
然而，UF-OFDM调制的主要问题是发射机的计算复杂度。
UF-OFDM或UFMC是多载波调制。多载波调制的原则是在频域中的多个信道(称为子载波)上传输数据。如果N是子载波的总数，fsamp是采样频率，则各信道(子载波)之间的频率间隔等于fsamp/N。
UF-OFDM调制的原则是将输入符号分组成若干个由Q个子载波组成的子带。可以使用最多K＝N/Q个子带，每个子带携带Q个子载波。通过长度为L个样本的相应滤波器对每个子带独立地滤波，衰减了每个子带的代表着子带外残余功率的次级旁瓣。然后将经滤波的子带相加在一起。这形成了由N+L-1个样本组成并以fsamp采样的基带样本。
图1示出了标准UF-OFDM编码器。如图所示，编码器包括正交幅度调制(QAM)映射器110，其将QAM符号输出到子带映射器120。子带映射器包括分段器，其将输入流划分成分段符号(sk(q))，零填充以获得K个由N个符号组成的片段，并循环移位以将子带定位在其相应的子载波索引中。
因此，对于每个子带k，子带映射器的输出符号具有定义N个子载波的N个符号。只有定义子带索引k的Q个子载波才携带要传输的数据。剩余的子载波不被使用(零填充)。因此，每个子带与其他子带隔离，并且将被独立地处理。
总之，使用以下操作实现子带映射器：
-分段，
-零填充，
-循环移位。
子带映射器的输出由K个快速傅立叶逆变换(IFFT)块131，132，133中的每一个接收，其中K是子带的数量，每个IFFT的大小为N。IFFT块中的每个提供经变换的符号给相应的滤波器141，142，143，每个滤波器由L个样本组成并实现线性卷积。然后，滤波器141，142，143的输出由加法器150相加以获得最终的UF-OFDM信号。
因此，可以如下描述UF-OFDM编码器的操作，
Figure BSA0000149169330000021
K是子带的数量。
N是所有子带上的子载波的总数，因此N＝K个子带×每个子带的Q个子载波。
Q是子带宽度(每个子带的子载波数)。
L是滤波器长度。
RN是长度N的矩形函数：RN(n)＝1，n∈[[0，N-1]]，否则为0。
sk(q)表示要在第k个子带的第q个子载波中传输的输入符号。
sk(q)＝c(q+kQ)
其中c(i)是来自QAM映射器的N＝K×Q个输入符号的流。如果要发送的QAM符号的数量低于N，则剩余的输入符号必须用零值系数填充。
函数fQ(l)是子带原型的脉冲响应，在下文中如下称为按子带大小的一半移位的UF-OFDM滤波器f(l)：
Figure BSA0000149169330000031
其中
Figure BSA0000149169330000032
是线性相位旋转项。
UF-OFDM滤波器f(l)的选择是设计参数。例如，已知使用Chebyshev窗口中的系数，如H.D.Helms在“Digital filters with equiripple or minimax responses”，IEEETransactions on Audio and Electroacoustics,，vol.19，pp.87-94，1971年3月中所描述的那样获得，然而许多其他滤波器设计与UF-OFDM编码兼容，并且这样的滤波器的设计和选择不在本公开的范围内。
在此基础上，可以如下评估对应于计算一个UF-OFDM符号的所需乘法数量的编码器的计算复杂度。
每个UF-OFDM符号的实数乘法器(RM)的数量由下式给出，其中一个复数乘法器对应于四个实数乘法器：
CRM(UF_OFDM)＝B(CRM(FFTN)+4L(L+N))
使用CRM(FFTN)＝4Nlog2(N)-6N+8(分裂基FFT复杂度)，其中B是分配子带的数量，对应于由非零值输入符号组成的子带的数量。
如果以示例的方式，将N设置为2048并且将L设置为144，则这给出下表1中列出的复杂度值。对于下表所示的结果，分配的子带数等于K＝N/Q，这是最坏的情况。对于其他数量的分配子带可获得其他值。这些可以与标准OFDM实现的值进行比较，以提供表1中阐述的开销值，指示OFDM解决方案所暗示的复杂度的增加。
子带大小 用于OFDM的C<sub>RM</sub> 用于标准UF-OFDM实现的C<sub>RM</sub> 开销
4 77832 402127200 ×5167
8 77832 201063600 ×2583
16 77832 100531800 ×1292
32 77832 50265900 ×646
64 77832 25132950 ×323
T.Wild和F.Schaich在“A Reduced Complexity Transmitter for UF-OFDM”，2015IEEE 81st Vehicular Technology Conference(VTC Spring)，格拉斯哥，2015，第1-6页中描述了一种与该方法相比降低复杂度的已知提议，然而，这种解决方案增加了带外泄漏并降低了信号干扰比，同时仍然非常复杂。
在该提议中，滤波级和所有子带的求和在频域中计算(IFFT之前)而不是在时域中计算。为了高效地生成UF-OFDM数据流的瞬态，IFFT大小增加到2N(而不是N)，并且仅保留对应于UF-OFDM符号的N+L-1个样本。此外，频域中的滤波级的计算需要每个子带的大小为N0的IFFT和大小为2N0的FFT，其中N0≥Q是设计参数。N0值越高，复杂度越高，但是相对于上述标准解决方案，降低了对带外泄漏和信号干扰比的影响。因此，参数N0的选择强加了复杂性和性能之间的折衷。
图2示出了现有技术的频域UF-OFDM编码器的结构。
由QAM映射器(未示出)输出的用于传输c(i)的输入符号被子带映射器220分段为提供sk(q)样本的K个由Q个子载波组成的子带。
对于每个子带k，sk(q)在元件231，241，251处在其末端用(No-Q)/2个零来进行零填充。被零填充的样本可以表示如下：
Figure BSA0000149169330000051
然后，对于每个子带k，应用IFFT 232，242，252：
Figure BSA0000149169330000052
接下来，通过元件233，243，253，对于每个子带，用N0个零对Ak(p)个样本进行零填充。
Figure BSA0000149169330000053
然后，对于每个子带k，计算大小为2N0的FFT 234，244，254：
Figure BSA0000149169330000054
在FFT 234，244，254的输出处，将样本a’k(q)在相应乘法器235，245，255处乘以UF-OFDM滤波器Fcut的频率响应的近似值：
bk(q)＝a′k(q)Fcut(q)
该步骤对应于频域中的每子带滤波操作。Fcut系数的计算由T.Wild和F.Schaich在“A Reduced Complexity Transmitter for UF-OFDM”，2015IEEE 81st VehicularTechnology Conference(VTC Spring)，格拉斯哥，2015，第1-6页中进行了说明。
接下来执行子带的重叠求和(overlapping summation)，表示如下：
Figure BSA0000149169330000055
其中b’k是2(n-N0)个样本的零填充bk样本。modx算子对应于对x求模运算。可以通过使用零填充操作并且通过应用如元件261，262，263所实现的对应于子带k的kQ个这些零填充样本b′k的循环移位，然后在元素264处对每个子带的被移位且被零填充的样本求和，来计算该重叠求和。
最后，使用大小为2N的IFFT 270并且通过在元素280处丢弃除了最初的N+L-1个样本之外的全部，来生成基带样本y(n)
Figure BSA0000149169330000061
对于N(子载波数)＝2048、所有子带被使用(B＝K)、且滤波器长度L为144，对于该实现可以确定以下计算复杂度值作为比较的基础：
子带大小 N<sub>0</sub>值 用于OFDM的C<sub>RM</sub> 用于频域UF-OFDM实现的C<sub>RM</sub> 开销
4 32 77832 1130504 ×14.52
8 32 77832 651272 ×8.37
16 64 77832 747528 ×9.60
32 64 77832 459784 ×5.91
64 128 77832 508424 ×6.53
如上所述，标准实现被估计为比OFDM多达100倍地更复杂，因此在实践中几乎不可能实现。与OFDM相比，上述最佳现有技术解决方案仍然表现出没有说服力的开销，同时牺牲了UF-OFDM相对于OFDM的一些优点。
期望以低计算复杂度成本高效地生成UF-OFDM发射机基带信号，同时保持UF-OFDM相对于OFDM的固有优点，并且相对于标准解决方案最小化对带外泄漏以及作为结果的信号干扰比的影响。
带外泄漏对于UF-OFDM尤其重要，因为在不完全同步的情况下，它改善了接收机的性能，并且使得能够在相同带宽中共存不同类型的编码器和参数集合。它还提高了接收机对多普勒频移和多普勒扩展的鲁棒性。信号干扰比特别重要，因为它直接关系到传输的“质量”，并且对误码率有影响。
发明内容
根据本发明，在第一方面，提供了一种用于对一系列输入符号执行基于多载波波形的编码的编码器，该编码器包括：
分段器，适于按照相应片段的序列输出输入符号，每个片段包括第一多个符号，第一多个符号在数量上对应于被分配给针对给定子载波索引的每个子带的输入符号的数量；
子带处理器，适于处理每个第一多个符号以获得第一多个样本，子带处理器还适于按照预定的相应的经处理片段的序列输出第一多个样本，其中，每个经处理片段包括在数量上与被分配给针对给定子带索引的每个子载波的输入符号的数量对应的第二多个样本；和
子载波处理器，适于处理每个第二多个样本以获得经编码的输出数据流。
根据第一方面的发展，分段器适于按照相应片段的序列输出输入符号，每个片段包括在数量上与被分配给针对给定子载波索引的每个子带的输入符号的数量对应的第一多个符号，并且在输入符号不足以完全填充所有片段的情况下，添加零以对片段进行完全定义。
根据第一方面的进一步发展，子带处理器适于对由分段器输出的每个片段执行快速傅立叶逆变换，以提供第一多个样本。
根据第一方面的进一步发展，经编码的数据流是UF-OFDM数据流，并且子载波处理器的特征在于适于对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分执行处理以及单独地对与所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的核心部分执行处理，以及
还包括级联器，所述级联器适于将所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的所述两个经处理末端部分和所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的所述经处理核心部分进行级联以获得UF-OFDM数据流。
根据第一方面的进一步发展，编码器包括被配置为对与基带信号中的核心部分对应的样本进行处理的子载波核心处理器和被配置为对基带信号中的第一末端部分进行处理的瞬态处理器，以及其中编码器还包括算术单元，所述算术单元被配置为：
从与基带信号中的核心部分对应的样本中减去与基带信号中的第一末端部分对应的样本，或者将与基带信号中的第一末端部分对应的样本和与基带信号中的核心部分对应的样本相加；并且
获得与基带信号中的第二末端部分对应的样本；
并且其中
所述级联器适于对瞬态处理器、子载波核心处理器和减法器或加法器的输出进行级联，以获得UF-OFDM数据流。
根据第一方面的进一步发展，子载波核心处理器包括第一滤波器，所述第一滤波器适于将每个所述样本乘以第一组滤波器系数中的相应滤波器系数，所述第一组滤波器系数由对频移UF-OFDM滤波器的脉冲响应执行的快速傅立叶变换来定义并且经历线性相位旋转，所述快速傅立叶变换具有在数量上与所述子带上的子载波的总数对应的大小，并且所述子载波核心处理器还包括用于对所述第一滤波器的输出执行快速傅立叶逆变换的快速傅立叶逆变换块，
子载波核心处理器还适于对快速傅立叶变换块的输出进行排序，以按照预定序列输出由快速傅立叶逆变换块确定的值，以及
其中瞬态处理器包括：实现第二功能的第二滤波器，所述第二滤波器适于将每个样本乘以第二组滤波器系数中的相应滤波器系数，以及求和单元，所述求和单元适于对针对相应经处理片段由所述第二滤波器输出的每个值求和。
根据第一方面的进一步发展，第一组滤波器系数对应于从对频移UF-OFDM滤波器执行的快速傅立叶变换的第一输出中提取的第一多个系数，第一多个系数在数量上与被分配给针对给定子带索引的每个子载波的输入符号的数量相等，并且所述快速傅立叶变换具有在数量上与所述子带上的子载波的总数对应的大小，提取的系数被重复与被分配给针对给定子载波索引的每个子带的输入符号的数量相等的次数，以获得在数量上与所述子带上的子载波的总数相等的第二多个系数，第二多个系数进一步经历线性相位旋转项，所述线性相位旋转项具有与相应子载波的索引值成比例的角度。
根据第一方面的进一步发展，第一末端部分是基带信号中的前缀部分，
第二组滤波器系数对应于通过针对每个子载波计算第三多个系数而获得的值，第三多个系数是通过将先前计算出的滤波器系数数值乘以具有与相应的子载波的索引值成比例的角度的线性相位旋转项并且通过将这些被乘的系数减去所述频移UF-OFDM滤波器的脉冲响应的连续样本数值来递归地计算出的，以及
第二部分是基带信号中的后缀部分，并且所述算术单元适于从与基带信号中的核心部分对应的样本中减去与基带信号中的第一末端部分对应的样本，以获得与基带信号中的第二末端部分对应的样本。
根据第一方面的进一步发展，第一末端部分是基带信号中的后缀部分；
第二组滤波器系数对应于通过针对每个子载波计算第三多个系数而获得的值，第三多个系数是通过将先前计算出的滤波器系数数值乘以具有与相应子载波的索引值成比例的角度的线性相位旋转项并且通过将这些被乘的系数减去所述频移UF-OFDM滤波器的连续系数数值来递归地计算出的；并且
第二部分是基带信号中的前缀部分，并且所述算术单元适于将与基带信号中的第一末端部分对应的样本与所述基带信号的所述核心部分对应的样本相加，以获得与基带信号中的所述第二末端部分对应的样本。
根据第一方面的进一步发展，求和单元包括被配置为对求和单元的输出进行累加的存储设备，并且其中，求和单元被配置为将第二滤波器的每个连续输出的值与存储在存储设备中的值相加，并将结果存储在存储设备中，直到存储设备中的值包含针对相应的经处理片段由第二滤波器输出的每个值的和。
根据第一方面的进一步发展，第一组系数和第二组系数进一步反映线性相位旋转，以便向UF-OFDM数据流引入频移，并且其中循环移位单元设在子载波核心处理器的IFFT单元之前。
根据本发明，在第二方面，提供了一种方法，包括以下步骤：
将一系列输入符号分段成相应片段的序列，每个片段包括第一多个符号，第一多个符号在数量上对应于被分配给每个子带的输入符号的数量；
处理每个第一多个符号以获得对应的第一多个样本，
按照预定的相应经处理片段的序列对所述第一多个样本进行排序，其中，每个经处理片段包括在数量上与被分配给每个子载波的输入符号的数量对应的第二多个样本；和
处理每个第二多个样本以获得UF-OFDM数据流。
根据第二方面的发展，所述处理每个第二多个样本以获得UF-OFDM数据流的步骤包括：
用于对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的所述两个末端部分进行处理的步骤，以及
用于单独地对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的核心部分进行处理的步骤；和
用于将所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的所述两个经处理末端部分和所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的所述经处理核心部分进行级联以获得UF-OFDM数据流的步骤。
按照第二方面的发展，
用于对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的所述两个末端部分进行处理的步骤包括处理基带信号中的第一末端部分，
并且其中，用于处理每个第二多个样本以获得UF-OFDM数据流的步骤包括以下附加步骤：从与基带信号中的核心部分对应的样本中减去与基带信号中的第一末端部分对应的样本，或者将与基带信号中的第一末端部分对应的样本和与基带信号中的核心部分对应的样本相加，以获得与基带信号中的第二末端部分对应的样本。
根据本发明，在第三方面，提供了一种定义一组滤波器系数以用作用于第一或第二方面的第一组滤波器系数的方法，所述方法包括以下步骤：
对所述频移UF-OFDM滤波器进行采样以获得第一多个核心滤波器系数，
对第一多个核心滤波器系数进行零填充以获得一组经填充的核心滤波器系数，所述一组经填充的核心滤波器系数包括与子带上的子载波总数相等的数量的系数，
执行大小与所述子带上的子载波的总数相等的快速傅立叶变换，以获得在数量上与所述子带上的子载波总数相等的第二多个核心滤波器系数，
从在前述步骤中执行的快速傅立叶变换的第一输出中提取第三多个核心滤波器系数，所述第三多个核心滤波器系数在数量上与被分配给针对给定子带索引的每个子载波的所述输入符号的数量相等，
重复所提取的核心滤波器系数，直到获得在数量上与所述子带上的子载波总数相等的第四多个核心滤波器系数，并且
使第四多个核心滤波器系数经历线性相位旋转。
根据本发明，在第四方面，提供了一种定义一组滤波器系数以用作用于第一或第二方面的第二组滤波器系数的方法，所述方法包括以下步骤：
对所述频移UF-OFDM滤波器进行采样以获得第一多个滤波器尾部系数；
在对于前一次迭代没有值可用的情况下，将迭代系数值设置为O，否则
在对于前一次迭代有值可用的情况下，将所述累积的迭代系数值乘以线性相位旋转项；
将来自第一多个滤波器尾部系数中的相应系数与在前一次迭代中确定的迭代系数数值相加，以获得累积的迭代系数值；
对于每个连续的迭代系数进行重复，直到已经确定第二多个滤波器尾部系数，第二多个滤波器尾部系数在数量上与定义UF-OFDM滤波器的系数的数量相等，
对于每个子载波进行重复，直到已经确定所有值。
根据本发明，在第五方面，提供了一种适于执行第二、第三或第四方面的步骤的计算机程序。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的上述和其它优点，其中：
图1示出了标准UF-OFDM编码器；
图2示出了现有技术的频域UF-OFDM编码器的结构；
图3示出了根据第一实施例的编码器；
图4示出了子带处理器以预定序列输出样本的操作；
图5示出了根据第二实施例的编码器；
图6示出了根据第三实施例的编码器；
图7示出了根据某些实施例的求和单元的细节；
图8示出了根据实施例的方法；
图9示出了根据某些实施例的图8的方法的进一步细节；
图10示出了根据某些实施例的图9的方法的进一步细节；
图11示出了根据某些实施例的定义一组滤波器系数以用作第一组滤波器系数的方法的步骤；
图12示出了根据某些实施例的定义一组滤波器系数以用作第二组滤波器系数的方法的步骤；
图13示出了适于实现本发明的实施例的通用计算系统；
图14示出了适于构成实施例的智能手机设备；和
图15示出适于构成实施例的蜂窝网络基站。
具体实施方式
在本发明的上下文中，术语UF-OFDM旨在包括所有编码方案，其中：
-要传输的输入符号被分段成由子载波组成的组，称为子带。
-对每个子带单独地进行滤波。
更具体地，每个单独的滤波器的频率响应可以在相应子带的中心频率处居中，使得每个子带的次级旁瓣的功率能够被衰减。
对于这样的方案，假设N可以被Q整除，K＝N/Q，其中K是正整数，并且等式(1)变为
Figure BSA0000149169330000121
定义
Figure BSA0000149169330000122
其中xq(n)对应于K个子带中的每个的子载波数量q的大小K的快速傅立叶逆变换。
在此观察的基础上，由此得出，大小为K的IFFT是K个样本的周期函数这一事实，可以通过将基带信号(y(n))的最初的N个样本分解为Q个由K个样本组成的片段(N＝Q×K)来利用。
可以在此启示的基础上提出编码器架构。
图3示出了根据第一实施例的编码器。
如图3所示，提供了一种用于对一系列输入符号执行UF-OFDM编码的编码器。
图3的编码器包括分段器310，其适于按照相应片段的序列输出输入符号，其中每个片段包括第一多个符号。该第一多个对应于被分配给针对给定子载波索引(如上所定义的K)的每个子带的输入符号的数量。这里的输入符号可以是QAM、QPSK或其他复数符号。
编码器还包括子带处理器320，其适于处理第一多个符号中的每个、以获得第一多个样本。基于等式5，子带处理器执行的操作可以包括要对被分配给针对给定子载波的每个子带的每组K个符号执行的大小为K的IFFT，也就是说，子带处理器适于对由分段器输出的每个片段执行快速傅立叶逆变换，以提供第一多个样本。
子带处理器还适于按照预定的相应经处理片段的序列输出第一多个样本，其中每个经处理片段包括在数量上与被分配给针对给定子带的每个子载波的输入符号的数量对应的第二多个样本，如上所定义的。
编码器还包括子载波处理器330，其适于处理如由子带处理器320输出的每个经处理片段，以获得UF-OFDM数据流。
应当理解，基于子带处理器适于按照适当的预定序列输出样本，该结构取决于将样本从子带到子载波的适当映射。
图4示出了子带处理器以预定序列输出样本的操作。
如图所示，一组K×Q个样本401到达并被分成片段，例如，通过上文讨论的分段器310，每个片段对应于Q个被定义的子带410，411，412，413，414中的相应一个。对与给定子载波索引的每个子带对应的一个片段的处理产生K个输出，从而处理所有子带的总输出再次为K×Q。
在要传输的QAM符号不足以定义UF-OFDM编码器的Q×K个输入符号的情况下，QAM符号序列必须附加零值符号，直到有足够的输入符号为止。
根据某些实施例，可能需要子带处理器按照预定序列输出样本。该序列可以对应于将子带处理器320的每个输出注入到例如由子载波处理器330按照适当序列执行的子载波处理所需的序列，以便按照被分配给同一个子载波的样本序列进行处理。如图4所示，在子载波处理420，421，422和423上的样本分布横向于子带上的样本分布，使得为来自每个子带的一个样本分配一个相应的子载波，并且相应地每个子载波从每个子带接收一个输入。这意味着交织操作，其中每个子带的经处理的输出分散在不同的子载波上。
可以注意到，虽然图4示出了作为单独元件的子带处理410，411，412，413，414，并且因此可以意味着并行系统架构中的每个子带的并行处理，但是也可以在单个处理流水线中以串行方式进行这种单独的处理，如以下某些实施例中所示。类似地，尽管图4示出了作为单独元件的子载波处理420，421，422，423，并且因此可以暗示并行系统架构中的每个子载波的并行处理，但是也可以在单个处理流水线中在串行方式进行这种单独的处理，如以下某些实施例中所呈现的。
这可以通过以下来实现：缓存子带处理级的K×Q输出，然后以反映该交织的期望顺序读出值，或者可替代地通过提供并行子载波处理而使得来自子载波处理级的每个输出值可以直接馈送到适当的子载波处理计算中，或者通过如下文进一步描述的跨单元同步处理。
因此，本实施例将UF-OFDM功能分离为子带处理部和子载波处理部。首先处理与子带处理器320中的子带索引有关的样本然后处理与子载波处理器中的子载波索引有关的样本的优点在于，这使得可以大大减少要计算的冗余操作的数量。事实上，子带处理器分别计算Q个仅由K个样本组成的片段，并且子载波处理器分别计算K个仅由Q个样本组成的片段。因此，在片段中要处理的样本数量减少，这进而降低了UF-OFDM发射机的整体复杂度。
根据上述讨论，样本数N可以由以下来整除：所述第一多个和所述第三多个：K，被分配给针对给定子载波索引的每个子带的输入符号；以及Q，被分配给针对给定的子带索引的每个子载波的输入数。
对于子载波处理器330的操作，定义片段化的信号yp(n’)＝y(n’+pK)，n’∈[[0，K-1]]，p∈[[0，Q-1]]，我们有
Figure BSA0000149169330000141
当n∈[[L，N-1]]时，等式(6)的滤波器系数fq(n)可以被简化。事实上，等式(2)变为
Figure BSA0000149169330000151
此外，当(n′+pK)∈[[L，N-1]]：
Figure BSA0000149169330000152
其中
Figure BSA0000149169330000153
在此基础上，可以一方面对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的核心部分进行处理，另一方面单独地对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分进行处理。
核心滤波器Fq(n')的系数通过以下来获得：首先在施加零填充的频移UF-OFDM滤波器fQ(I)上施加大小为N的FFT。然后，从该FFT的结果中，仅保留最初的Q个系数(由于q∈[O，Q-1])，并且将这些提取的样本重复K次以获得N个系数。最后，线性相位旋转被应用于这些被重复的系数，如项
Figure BSA0000149169330000155
所示。线性相位旋转项的角度取决于子载波数量。总共产生Q×K＝N个系数。
对于(n’+pK)∈[L，N-1]，等式(6)变为
Figure BSA0000149169330000154
其中zq(n’)＝Fq(n’)xq(n’)。
在如等式(10)中表示的xq(n’)个样本和核心滤波器系数Fq(n')相乘之后获得zq(n’)样本。
使用Q个子载波上的经过滤波的信号zq(n’)的大小为Q的IFFT来计算Q个片段中的每个的样本数n。
等式(11)处理信号的其中滤波器的线性卷积等于循环卷积的部分，以使得信号的瞬态被去除。对于n∈[L，N-1]定义的基带信号中的核心部分表示如下：
Figure BSA0000149169330000161
在核心部分(n∈[L，N-1])的计算之后，必须计算基带信号中的前缀(np＝n∈[0，L-1]))和后缀(ns＝n∈[N，N+L-1])部分。
当np∈[0，L-1](前缀部分)时，滤波器系数的等式(2)变为
Figure BSA0000149169330000162
Pq(np)样本对应于前缀滤波器尾部系数。计算这些系数的高效方法是注意：
Figure BSA0000149169330000163
其中
Figure BSA0000149169330000164
因此，可以通过将先前计算出的前缀滤波器尾部系数乘以线性相位旋转，并通过将该相乘的结果与频移UF-OFDM滤波器的样本数np+1相加，来计算子载波数量q的前缀滤波器尾部系数数量n+1。
当ns∈[N，N+L-2](后缀部分)时，滤波器系数的等式2变为：
Figure BSA0000149169330000165
该等式可以分解如下：
Figure BSA0000149169330000166
从而Sq(ns)＝Fq(ns)-Pq(ns-N)
因此，可以通过从前缀滤波器尾部系数中减去核心滤波器的系数来推导后缀滤波器尾部系数。
类似地，可以通过将核心滤波器的系数加到后缀滤波器尾部系数来推导前缀滤波器尾部系数。
从前缀和后缀滤波器尾部系数的等式，可以从等式(2)推导出基带信号中的前缀和后缀部分：
对于np∈[0，L-1]
Figure BSA0000149169330000171
通过将xq(np)个样本与前缀滤波器尾部系数Pq(np)相乘、然后通过对于每个样本n对所有Q个经滤波的样本(Pq(np)xq(np))求和(遍经q)来获得与基带信号中的前缀部分对应的样本。
可以使用后缀尾部系数来确定等效操作，来确定后缀部分。
最后，对于0≤n≤N+L-2，在对基带样本的前缀、核心和后缀部分进行级联后获得基带信号。
Figure BSA0000149169330000172
其中
Figure BSA0000149169330000173
Figure BSA0000149169330000181
图5示出了根据第二实施例的编码器。
如图5所示，提供了一种在结构上与图3所示的相对应的编码器，包括如上所述的分段器310和子带处理器320以及子载波处理器430。在该实施例中，子载波处理器430适于在第一瞬态处理器531、第二瞬态处理器533和子载波核心处理器532中，对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分以及单独地对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的核心部分执行处理，并且子载波处理器430还包括级联535，其适于将所述基带信号中的与第一瞬态处理器531和第二瞬态处理器533输出的UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个经处理末端部分和所述基带信号中的与子载波核心处理器532输出的UF-OFDM数据流的非瞬态对应的经处理核心部分进行级联，以获得UF-OFDM数据流。
实现上述等式12，子载波核心处理器532在乘法器5321中将xq(n)个样本乘以如等式(10)所示的存储在存储器5322中的核心滤波器系数Fq(n’)。然后使用Q个子载波上的经过滤波的信号zq(n’)的大小为Q的IFFT 5323来计算每个Q片段的样本数n。
这样，子载波核心处理器532可以包括第一滤波器，所述第一滤波器适于将每个样本乘以来自第一组滤波器系数中的相应滤波器系数，所述第一组滤波器系数由与对频移UF-OFDM滤波器执行且经历线性相位旋转的FFT(大小等于所有子带上的子载波的总数N)的被提取且被重复的第一输出对应的多个系数来定义。
子载波核心处理器532还可以包括对第一滤波器的输出执行快速傅立叶逆变换的快速傅立叶逆变换块。
在上述讨论的基础上，第一瞬态处理器531通过以下来处理与基带信号中的前缀部分对应的样本：在乘法器5311中将xq(n’)个样本乘以存储在存储器5312中的前缀滤波器尾部系数Pq(np)，然后通过在求和单元5313中对每个样本n的所有Q个经滤波的样本(Pq(np)xq(np))进行求和(遍经q)，从而实现上述等式18。
类似地，第二瞬态处理器533通过以下来处理与基带信号中的后缀部分对应的样本：在乘法器5331中将xq(np)个样本乘以存储在存储器5332中的后缀滤波器尾部系数Sq(ns)，然后通过在求和单元5333中对每个样本n的所有Q个经滤波的样本(Sq(ns)xq(ns))进行求和(遍经q)。
这样，瞬态处理器可以包括实现第二功能的第二滤波器，该第二滤波器对应于将每个样本乘以第二组滤波器系数中的相应的滤波器系数，第二组滤波器系数通过以下来递归地计算：对于每个子载波索引，将先前计算出的滤波器尾部系数数值乘以线性相位旋转项、并通过将这些被乘的系数与频移UF-OFDM滤波器的连续样本数值相加。
然后，级联器535对单元531，532，533的前缀值，然后是核心，然后是后缀值输出，进行级联，以获得最终的UF-OFDM信号。
由单元531，532，533生成的值的适当级联可以意味着将值在输出处进行缓存。
此外，对基带样本的瞬态进行分离减少了子载波处理器中的冗余操作的数量，这是通过将基带样本的瞬态(高计算复杂度，但是在很少的样本数量上)和基带样本的核心部分(低计算复杂度，在大量样本上)的计算进行分离。
虽然为了简单起见，已经以基本上顺序的分批过程描述了子带处理器和子载波处理器的操作，其中在子载波值被逐子载波馈送进入子载波处理器中之前执行完整的一组子带计算，应当理解，如上所述，可以以不同功能单元之间的仔细同步的连续模式执行相同的操作。
同时，可以注意到，对于ns∈[N，N+L-2]：
Figure BSA0000149169330000191
由于xq(ns)和Fq(ns)的周期性，上述等式相当于：
Figure BSA0000149169330000192
从而，信号的后缀部分可以如下定义，对于n∈[O，L-2]：
Figure BSA0000149169330000201
ycore(n)的定义扩展到n∈[0，N-1]，而不是如参考等式12定义的n∈[L，N-1]。区间[O，L-1]中的样本仅为计算基带信号中的后缀部分而生成。区间([L，N-1])中的样本对应于基带样本的核心部分。
因此，对于0≤n≤N+L-2，可以在对基带样本的前缀、核心和后缀部分进行级联之后获得基带信号。
Figure BSA0000149169330000202
其中
Figure BSA0000149169330000203
图6示出了根据第三实施例的编码器。
如图6所示，编码器包括图3的分段器310和子载波处理器320。此外，如图6所示，子载波处理器630包括：核心处理器632，核心处理器632被配置为处理与如上所讨论的基带信号中的核心部分对应的样本；以及瞬态处理器631，其被配置为处理基带信号中的第一末端部分(其可以是后缀或前缀部分)，以及算术单元634，其被配置为处理与基带信号中的第二末端部分(该第二末端部分将是不被当成是第一末端部分的任何末端部分)对应的样本。
类似于图5的实施例，子载波处理器630适于在瞬态处理器631和子载波核心处理器632中单独对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分以及对所述基带信号中的与UF-OFDM操作的非瞬态对应的核心部分执行处理，并且还包括级联器635，其适于将所述基带信号中的由第一瞬态处理器631输出的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个经处理的末端部分和所述基带信号中的由子载波核心处理器632输出的与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的经处理的核心部分进行级联，以获得UF-OFDM数据流。
实现上述等式12，子载波核心处理器632在乘法器6321中将xq(n)个样本乘以存储在存储器6322中的核心滤波器系数Fq(n)，如等式(10)所示。然后使用Q个子载波上的经过滤波的信号zq(n)的大小为Q的IFFT 6323来计算Q个片段中的每个的样本数n。
这样，子载波核心处理器632可以包括第一滤波器，其适于将每个样本乘以第一组滤波器系数中的相应滤波器系数，第一组滤波器系数由与对频移UF-OFDM滤波器执行并且进行线性相位旋转的FFT(大小等于在所有子带上的子载波总数N)的被提取和被重复的第一输出对应的系数来定义。
子载波核心处理器632还可以包括对第一滤波器的输出执行快速傅立叶逆变换的快速傅立叶逆变换块6323。
根据图6的实施例，子载波处理器还包括算术单元634，其被配置为根据上述等式22从前缀值计算后缀值，或者基于采样原则的逆应用根据预先计算的后缀值来计算前缀值。
具体地，在算术单元634被配置成基于上述等式22从前缀值计算后缀值的情况下，布置成从与基带信号中的核心部分对应的样本中减去与基带信号中的第一末端部分对应的样本。
可替代地，在算术单元634被配置成基于上述等式22从前缀值计算后缀值的情况下，布置成从与基带信号中的第一末端部分对应的样本添加与基带信号中的核心部分对应的样本。
在上述讨论的基础上，第一瞬态处理器631通过以下来处理与基带信号中的前缀部分对应的样本：
通过在乘法器6311中将xq(np)个样本与存储在存储器6312中的前缀滤波器尾部系数sq(n)相乘、然后通过在求和单元6313中对于每个样本n将所有Q个经滤波的样本(Pq(np)xq(np)))求和(遍经q)，从而实现上述等式18。
这样，瞬态处理器可以包括实现第二功能的第二滤波器，该第二滤波器对应于将每个样本乘以来自第二组滤波器系数中的相应的滤波器系数，第二组滤波器系数是通过以下来递归地计算每个系数的：对于每个子载波索引，通过将先前计算出的滤波器尾部系数数值乘以线性相位旋转项，并通过将这些被乘的系数与频移UF-OFDM滤波器的连续样本数相加。
然后，级联器635适于对瞬态处理器、子载波核心处理器和减法器或加法器的输出进行级联，以获得UF-OFDM数据流。
因此，该实施例使得可以实现与图5的实施例相同的结果，但是仅仅使用单个瞬态处理器，由此省略的瞬态处理器的输出从由子载波核心处理器和(单)瞬态处理器输出的值中推断。这代表了对系统复杂度、半导体占地面积(footprint)等的显著的额外节省。
图7示出了根据某些实施例的求和单元的细节。
等式18的实现，例如在图5和6的实施例的瞬态处理器单元中，已经调用求和单元。作为根据某些实施例的示例，可以使用累加器来计算求和。
如图7所示，这包括一个加法器级701，后跟一个样本的延迟操作702。在累加器的输入样本(例如(Pq(n)xq(n)个滤波的样本)和延迟样本之间实现相加。可以通过一个元素(寄存器)的存储器实现延迟操作。
因此，诸如5313，5333，6313之类的任何求和单元可以包括被配置为对求和单元的输出进行累加的存储设备，并且其中，求和单元被配置为将相应的第二滤波器(5311，5331，6311)的每个连续输出的值与存储在该存储设备中的值相加，并将结果存储在存储设备中，直到存储设备中的值包含由相应的第二滤波器为相应的经处理片段输出的每个第三值的总和。
其他可能的实现包括具有多个加法器并且没有延迟的完全并行实现。
频移
在某些情况下，例如在需要将带宽以指定中心频率为中心的情况下，可能希望在子载波电平处施加频移。通过本发明的实施例来实现这一目的的直接方法是在基带样本y(n)上应用线性相位旋转：
Figure BSA0000149169330000231
其中c0是频移子载波的数量(C0∈[-Q+1，O-1])。然而，该线性相位旋转可能由于增加4(N+L-1)个实数乘法器而增加发射机的复杂度。然而，可以更高效地计算该项。
对于基带样本的前缀部分(yprefix(np))，线性相位旋转项可以包括在Pq(n)系数中：
Figure BSA0000149169330000232
对于基带样本的核心部分(ycore(n))，片段化的样本(yp(n))可以表示如下：
Figure BSA0000149169330000233
项
Figure BSA0000149169330000234
可以包含在核心滤波器系数Fq(n)中，并且
Figure BSA0000149169330000235
等于施加在大小Q(在zq(np)个样本上)的IFFT的输入上的c0样本的循环移位。
Figure BSA0000149169330000236
with z’q(np)＝Fq’(np)xq(np)and
Figure BSA0000149169330000237
由于线性移位旋转项是周期性的(N个样本的周期)，所以关于从预先计算的前缀和核心值导出后缀值的示范没有改变，因此基带样本的后缀部分的计算不被修改。
因此，可以简单地通过改变存储在存储模块5312，5322和5332，或6322和6332中的系数的值来实现线性移位旋转，例如根据上述计算。
实施例可以另外采取包括一个或多个步骤的方法的形式。
应当理解，所描述的结构包括与被设计为要处理的UF-OFDM信号的子带上的子载波总数对应的大小的IFFT的功能。该IFFT可用于支持其他功能。
特别地，IFFT功能可以例如用于实现OFDM编码。
与OFDM信号的兼容性
应当理解，通过以本文所描述的方式将子带处理和子载波处理分离，通过单独调整由子载波部分执行的处理来切换编码器以产生UF-OFDM信号以产生OFDM信号也成为可能。特别地，在诸如图5或图6的那些的实施例中，基于基带信号中的部分与滤波器系数的相乘，如由滤波器5311/5312，5321/5322和5331/5332或6321/6322和6331/6332所执行的那样，可以通过仅仅改变存储在例如存储模块5312，5322和5332，或6322和6332中的系数的值，来将子载波处理器切换到OFDM操作。
具体地说，OFDM基带样本可以如下计算：
Figure BSA0000149169330000241
其中L是循环前缀的长度。这可以像UF-OFDM那样分解为子带：
Figure BSA0000149169330000242
对于n+pK∈[0，N-1]，基带样本可以如下分段
Figure BSA0000149169330000243
因此，可以通过使用UF-OFDM核心部分的等式并通过将核心滤波器系数改变
Figure BSA0000149169330000244
来生成OFDM基带信号(无循环前缀)。
同时，OFDM的前缀循环部分可以通过将核心部分的最后L个样本复制到基带信号的开头，或者通过使用与用于UF-OFDM处理的前缀部分所定义的方法类似的方法来生成。
yprefix(np)＝y(np-L)(n∈[0，L-1])
Figure BSA0000149169330000245
UF-OFDM前缀滤波器尾部系数必须由
Figure BSA0000149169330000246
代替。
此外，xq(np)个样本必须以相反的顺序进行处理：
在UF-OFDM的情况下，对于从样本xq(0)到样本xq(L-1)的每个样本xq(np)计算Q个子载波的总和。
在OFDM的情况下，对于从样本xq(-L)＝xq(K-L)(周期性)到样本xq(-1)＝xq(K-1)(周期性)的每个样本xq(np-L)计算Q个子载波的总和。
因此，为了使所提出的UF-OFDM方法适应于OFDM，后缀部分不再根据前缀部分计算，如上所述应用核心部分和前缀部分的替代滤波器系数，并且级联器将前缀部分和核心部分的输出级联。
或者，所提出的UF-OFDM方法可以通过对核心部分应用替代滤波器系数，并通过使瞬态处理器(前缀部分)适应来复制核心部分的最后L个样本来适应于OFDM。后缀部分不再需要从前缀部分计算，并且级联器仅对前缀部分和核心部分的输出进行级联。
因此，例如关于图3、图5和图6定义的结构能够处理UF-OFDM和OFDM信号两者。
类似的修改可以扩展与进一步的基于多载波波形的编码的兼容性，例如广义频分复用(GFDM)，滤波器组多载波(FBMC)等。
尽管已经根据编码器设备部件描述了前述实施例，但是其他实施例采用方法步骤的形式。
图8示出了根据实施例的方法。
如图8所示，提供了一种对UF-OFDM信号进行编码的方法。如图所示，该方法在进行到步骤810之前开始于步骤800，在步骤810，一系列输入符号被分段成相应片段的序列，每个片段包括在数量上与被分配给针对给定子载波索引的每个子带的输入符号的数量对应的符号。
接下来，该方法进行到步骤820，在步骤820处理第一多个符号以获得相应数量的经处理的样本。
在步骤825，确定是否已处理了对应的子载波组所需的所有片段。如果仍有片段待处理，则对于下一片段该方法循环回到步骤820，或以其他方式进行到步骤830，以预定序列对样本进行排序，其中样本数量在数量上与被分配给每个子载波的输入符号的数量相等。
该排序步骤可以包括上述的交织。然后该方法进行到步骤840，处理样本以在步骤850终止之前获得UF-OFDM数据流。
具体地，分段步骤810可以包括：
将输入符号c(i)分段成K个由Q个子载波组成的子带。该步骤将由N个符号组成的输入符号分段成如下的K个由Q个子载波组成的子带：
sk(q)＝c(q+kQ)
sk(q)表示影响子带数量k的子载波数量q的输入符号。可以注意，输入符号c(i)不仅携带要传输的QAM符号。实际上，只会分配K个子带的一个子集B(B≤K)。在这种情况下，c(i)符号必须附加零值样本，从而定义总共N个输入符号(既由QAM符号又由零值符号组成)。这些零因此在特定的子带中被分组到一起(那些子带不受携带要传输的QAM符号的输入符号的影响)。
所提出的分段规则可以描述如下：
-对于第一子带(k＝0)的Q个子载波，取最初的Q c(i)(i=0 to Q-1)个输入样本。
-对于第二子带(k＝1)的Q个子载波，取接下来的Q c(i)(i＝Q到2Q-1)个输入符号。
(...)
重复，直到达到最后一个子带(k＝K-1)。
处理第一多个符号中的每个的步骤820可以包括：
2.对于每个子载波计算Sk(q)的大小为K的IFFT：
Figure BSA0000149169330000261
该过程可以迭代地执行，每个迭代的结果被保留，直到计算完整的K*Q＝N个样本集：
在第一次迭代中，IFFT(大小为K)计算K个子带中的每个的第一个子载波。IFFT的结果给出必须存储的K个样本。
在第二次迭代中，IFFT(大小为K)处理K个子带中的每个的第二个子载波。IFFT的结果给出必须存储的K个样本。
重复这些，直到第Q次迭代。总共存储N＝K*Q个样本。
可替代地，可以设想完全或部分并行的实现，其将消除对计算值的存储的需要并加速处理，以及以增加的系统复杂性和大小为代价。
图9示出了根据某些实施例的图8的方法的进一步细节。
图9示出了步骤840的附加细节，其中处理第二多个样本中的每个以获得UF-OFDM数据流的步骤840可以包括处理所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分的步骤841和单独地处理所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的核心部分的步骤842；并且还包括步骤843，将所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个经处理末端部分与所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的经处理核心部分进行级联，以获得UF-OFDM数据流。
处理与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的核心部分的步骤841可以包括：
3.将xq(n’)与核心滤波器系数相乘
Figure BSA0000149169330000271
zq(n′)＝Fq(n′)xq(n′)
这些系数对应于应用频移UF-OFDM滤波器fQ(l)的大小为N的FFT。从这个FFT的结果来看，只有第一个Q系数是有用的(因为q∈[0，Q-1])。然后，应用线性相位旋转(项
Figure BSA0000149169330000272
)。
4.对于每个样本n’∈[[0，K-1]]计算yq(n’)的大小Q的IFFT，并存储结果
Figure BSA0000149169330000273
该步骤计算基带样本的核心部分。该步骤的结果给出K个样本的Q片段。yp(n′)是片段数量p的样本数n。
5.将作为结果的分段样本yp(n')组合以形成基带样本的核心部分并存储结果。
基带样本的核心部分(由N个样本组成)与分段样本之间的关系表示如下：
Figure BSA0000149169330000274
该步骤构成对在步骤4中由IFFT输出的分段样本进行排序，以便按照预定序列将值输出到下一个步骤。在某些实施例中，该序列可以对应于依次输出与每个子带对应的值，其中对应于该子带的值在继续输出下一个子带的值之前被顺序地输出。
处理基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的部分的步骤842可以包括：
6.使用前缀滤波器尾部系数和存储结果计算前缀样本
Figure BSA0000149169330000281
前缀尾部系数的数量由UF-OFDM滤波器长度和子带Q中的子载波数固定。滤波器的长度是设计参数。前缀尾部系数的总数Pq(np)等于L×Q。
累加器是第二个等式中的求和运算(从0到Q-1)。延迟固定为一个样本。
图10示出了根据某些实施例的图9的方法的进一步细节。
图10示出了对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分进行处理的步骤842的附加细节，包括对基带信号中的第一末端部分进行处理，并且其中对第二多个样本中的每个进行处理以获得UF-OFDM数据流的步骤842包括：附加步骤8421，其从与基带信号中的第一末端部分对应的样本中减去与基带信号中的核心部分对应的样本，或者从与基带信号中的第一末端部分对应的样本中添加与基带信号中的核心部分对应的样本，以获得与基带信号中的第二末端部分对应的样本。
因此，获得第二末端部分的步骤8421可以包括：
7.计算基带信号中的后缀样本
Figure BSA0000149169330000282
其中
Figure BSA0000149169330000283
对应于向下圆整算子(小于或等于x的最大整数)
在该级中，有L个样本可供从中选择，因为这个等于对应于基带信号中的后缀部分(信号的瞬态)。
可以注意的是，同样有可能从后缀部分计算信号的前缀部分。唯一的区别是在前面的步骤中，对于后缀部分而不是前缀部分的初始计算将需要不同的滤波器尾部系数。
8.将后缀、核心和前缀样本级联以推断完整的基带信号
Figure BSA0000149169330000291
图11示出了根据某些实施例的定义一组滤波器系数以用作第一组滤波器系数的方法的步骤。
如上所述，第一组滤波器系数是在被提供在子载波核心处理器中的第一滤波器例如，6311/6312中使用的值的集合，并且用于例如在图9的方法的步骤421中处理不对应于瞬态的子带核心值。
如图11所示，该方法在进行到步骤1110之前开始于步骤1100，在步骤1110中对频移UF-OFDM滤波器(即，如上所讨论采用任何函数fQ(l))进行采样，以获得多个核心滤波器系数。在许多情况下，已经用L个核心滤波器系数对频移UF-OFDM滤波器(fq(l))进行采样。
该方法接下来进行到步骤1120，其中核心滤波器系数被零填充以获得一组经填充的核心滤波器系数，其中这组经填充的核心滤波器系数包括等于被分配给针对给定子载波索引的每个子带的输入符号的数量K乘以被分配给针对给定子带索引的每个子载波的输入符号的数量Q所得到的系数数量，即N。
该方法接着进行到步骤1130，以对所述一组经填充的核心滤波器系数执行大小等于所有子带上的子载波的总数的FFT，以获得等于被分配给针对给定子载波索引的每个子带的输入符号的数量K乘以被分配给针对给定子带索引的每个子载波的输入符号的数量Q所得到的样本数量。
该方法接下来进行到步骤1140，提取在步骤1130中获得的FFT的最初的Q个样本，然后在步骤1150确定是否已获得等于N的必要数量的样本。如果尚未获得必要数量的样本，则该方法循环回到步骤1160，在步骤1160，再次重复提取的值，否则进行到步骤1170。
因此，提取的样本被提取，并根据需要重复/复制多次以获得在所有子带上的子载波的总数，获得N个核心滤波器系数。
最后，在方法在步骤1180中终止之前，该组样本在步骤1170进行线性相位旋转。
如上所述，第二组滤波器系数是在被提供在子载波瞬态处理器631中的第二滤波器例如6311/6312中使用的值的集合，并且用于处理与瞬态对应的子带末端值，例如在图9的方法的步骤422中。
图12示出了根据某些实施例的定义一组滤波器系数以用作第二组滤波器系数的方法的步骤。
如图12所示，该方法在步骤1210之前开始于步骤1200，在步骤1210处对频移的UF-OFDM滤波器(即，如上所述采用任何函数fQ(l)进行采样，以获得第一多个滤波器尾部系数。该方法接下来进行到步骤1220，在步骤1220中确定是否有过滤器尾部系数从前一迭代可用(换句话说，确定这是否是第一次迭代)。在没有值可用的情况下，方法进行到步骤1230，在步骤1230处，过滤尾部系数值被设置为0，然后进入步骤1250。如果在步骤1220确定先前的滤波器尾部系数值可用，则方法进行到步骤1240，在该步骤中，在前一迭代中确定的滤波器尾部系数乘以线性相位旋转项
Figure BSA0000149169330000302
。从步骤1240，方法进行到步骤1250，在步骤1250，在步骤1240处产生的系数加到先前的滤波器尾部系数值以获得新的滤波器尾部系数，然后进行到步骤1260。在每次迭代结束时，计算的值对应于滤波器尾部系数，其必须被作为系数而留出。
在步骤1260，确定是否已经计算了编译所需的一组值所需的所有值，并且如果过程完成，则该方法进行到步骤1270，否则循环回到步骤1240进行下一次迭代。
在步骤1270，确定是否已经计算了所有值，并且如果处理完成，则该方法在步骤1280终止，或以其他方式循环回到步骤1210进行下一次迭代。
与参考OFDM实现相比，可以评估基于图6的实施例的实施方案的开销，如下所述：
Figure BSA0000149169330000301
Figure BSA0000149169330000311
所得到的计算复杂度小于OFDM的1.5倍。
根据某些实施例，提供了一种用于UF-OFDM的编码器架构，其中首先逐子带处理样本，然后对于子载波处理进行重新排序。子载波处理可以包括对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分进行处理以及单独地对所述基带信号中的与UF-OFDM数据流的非瞬态对应的核心部分进行处理，然后进行级联，以获得UF-OFDM数据流。在某些实施例中，直接计算基带信号中的对应于UF-OFDM数据流的瞬态的第一末端部分，并且从核心部分和第一末端部分推断出另一个末端部分。核心和末端部分处理器可以用适于将每个样本乘以相应滤波器系数的滤波器来实现。修改这些系数可以引入频移或转换编码器进行OFDM编码。
所公开的方法可以采取完全硬件实施例(例如，FPGA，ASIC)，完全软件实施例(例如，根据本发明控制系统)或包含硬件和软件元件的实施例的形式。软件实施例包括但不限于固件、常驻软件、微代码等。本发明可以采用可从计算机可用或计算机可读介质访问的计算机程序产品的形式，该介质提供程序代码以供计算机或指令执行系统使用或与其结合使用。计算机可用或计算机可读的可以是可以包含，存储，通信，传播或传送程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的任何装置。介质可以是电子、磁、光学、电磁、红外、声学、电声或半导体系统(或装置或设备)或传播介质。
这些方法和过程可以通过计算机应用程序或服务、应用编程接口(API)，库和/或其他计算机程序产品或这些实体的任何组合来实现。
图13示出了适用于实现本发明的实施例的通用计算系统。
如图13所示，系统包括逻辑设备1301和存储设备1302。系统可以可选地包括显示子系统1311、输入/输出子系统1303、通信子系统1320和/或未示出的其他组件。
逻辑设备1301包括被配置为执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑设备1301可以被配置为执行作为一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构或其他逻辑构造的一部分的指令。可以实施这样的指令以执行任务，实现数据类型，变换一个或多个组件的状态，实现技术效果，或以其他方式获得期望的结果。
逻辑设备1301可以包括被配置为执行软件指令的一个或多个处理器。附加地或替代地，逻辑设备可以包括被配置为执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑设备。逻辑设备的处理器可以是单核或多核，并且其上执行的指令可以被配置用于顺序、并行和/或分布式处理。逻辑设备1301的各个组件可选择性地分布在两个或更多个单独的设备中，其可以远程定位和/或配置用于协调处理。可以通过以云计算配置配置的可远程访问的网络计算设备来虚拟化并执行逻辑设备1301的各方面。
存储设备1302包括配置成保持由逻辑设备可执行的指令以实现本文所述的方法和过程的一个或多个物理设备。当实现这些方法和过程时，存储设备1302的状态可以被变换，例如，以保存不同的数据。
存储设备1302可以包括可移动和/或内置设备。存储设备1302可以包括一种或多种类型的存储设备，包括光学存储器(例如，CD，DVD，HD-DVD，蓝光盘等)，半导体存储器(例如，FLASH，RAM，EPROM，EEPROM等)和/或磁存储器(例如，硬盘驱动器，软盘驱动器，磁带驱动器，MRAM等)，以及其它。存储设备可以包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机存取、顺序存取、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址的设备。
在某些布置中，系统可以包括适于支持逻辑设备1301和其它系统组件之间的通信的I/O接口1303。例如，附加的系统组件可以包括可移动和/或内置的扩展存储设备。扩展存储设备可以包括一种或多种类型的存储设备，包括光学存储器1332(例如，CD，DVD，HD-DVD，蓝光光盘等)，半导体存储器1333(例如，FLASH RAM，EPROM，EEPROM，FLASH等等)和/或磁存储器1331(例如，硬盘驱动器，软盘驱动器，磁带驱动器，MRAM等)。这种扩展存储设备可以包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机存取、顺序存取、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址的设备。
应当理解，存储设备包括一个或多个物理设备，并且不包括传播信号本身。然而，与存储在存储设备上相反，本文描述的指令的方面可以替代地由通信介质(例如，电磁信号，光信号等)传播。
逻辑设备1301和存储设备1302的方面可以集成在一起成为一个或多个硬件逻辑组件。这样的硬件逻辑组件可以包括例如现场可编程门阵列(FPGA)，程序和专用集成电路(PASIC/ASIC)，程序和应用专用标准产品(PSSP/ASSP)，系统级芯片(SOC)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
术语“程序”可以用于描述为执行特定功能而实现的计算系统的一个方面。在某些情况下，可以通过执行由存储设备保持的机器可读指令的逻辑设备实例化程序。应当理解，不同的模块可以从相同的应用、服务、代码块、对象、库、例程、API、函数等实例化。同样，相同的程序可以由不同的应用程序、服务、代码块、对象、例程、API、函数等实例化。术语“程序”可以包括可执行文件、数据文件、库、驱动程序、脚本、数据库记录等的单个或多组。
特别地，图13的系统可以用于实现本发明的实施例。
例如，实现关于图8，9，10，11或12描述的步骤的程序可以存储在存储设备1302中并由逻辑设备1301执行。在第一或第二滤波器中使用的系数可以被缓存在存储设备902中。类似地，由IFFT 521输出的样本可以存储在存储设备902中，并且在其上执行步骤830的排序操作。可以通过该存储来实现求和单元6313的累加功能或其它，如可以在算术单元634中处理之前存储子载波核心处理器的输出和瞬态处理器的输出。逻辑设备901可以在合适的程序的控制下实现上述步骤，特别是上述的滤波操作、FFT或IFFT操作、加法或减法或级联操作，或者可以与适于执行这些过程中的一些或全部的内部或外部专用系统(例如硬件加速编码器/解码器等)进行接合。此外，程序可以实现如上所述的实现按照实施例进行的编码的编码器。这些任务可以在多个计算设备之间共享，例如如参考图9所描述的。编码信号可以经由通信接口920接收。
因此，本发明可以体现为计算机程序的形式。
应当理解，如本文所使用的“服务”是跨多个用户会话可执行的应用程序。服务可供一个或多个系统组件、程序和/或其他服务使用。在一些实现中，服务可以在一个或多个服务器计算设备上运行。
当被包括时，显示子系统1311可以用于在系统的不同点呈现样本的视觉表示，或者可以呈现关于所进行的过程的统计信息。由于这里描述的方法和过程改变了由存储设备1302保存的数据，从而变换了存储设备1302的状态，所以显示子系统1311的状态同样可以被变换成可视地表示底层数据的变化。显示子系统1311可以包括利用实际上任何类型的技术的一个或多个显示设备。这样的显示设备可以与共享外壳中的逻辑设备和/或存储设备组合，或者这样的显示设备可以是外围显示设备。
当被包括时，输入子系统可以包括一个或多个用户输入设备或与一个或多个用户输入设备进行接合，用户输入设备例如键盘1312，鼠标1313，触摸屏1311，打印机1317，相机1316或游戏控制器(未示出)。在一些实施例中，输入子系统可以包括选定的自然用户输入(NUI)组件或与选定的自然用户输入(NUI)组件进行接合。这种组件可以是集成的或外围的，并且输入动作的转导和/或处理可以在板上或板外处理。示例的NUI组件可以包括用于语言和/或语音识别的麦克风；用于机器视觉和/或手势识别的红外、彩色、立体和/或深度相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼动仪、加速度计和/或陀螺仪；以及用于评估脑活动的电场感测组件。
当被包括时，通信子系统1320可以被配置为将计算系统与一个或多个其他计算设备通信地耦合。例如，通信模块可以通过包括例如个域网、局域网、广域网或互联网等任何大小的网络将计算设备通信地耦合到例如远程服务器1376上托管的远程服务。通信子系统可以包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统可以被配置用于经由无线电话网络1374或有线或无线局域网或广域网进行通信。在一些实施例中，通信子系统可以允许计算系统经由诸如互联网1375的网络向其他设备发送消息和/或从其他设备接收消息。通信子系统可另外支持与无源设备(NFC，RFID等)的短距离感应通信1321。
图14示出了适于构成实施例的智能手机设备。如图14所示，如上所述，智能手机设备包括元件1301，1302，1330，1320、近场通信接口1321、闪存1333、元件1314，1315和1311，如上所述。它经由网络1375与电话网络1374和服务器1376通信。还可以使用诸如有线或无线专用网(WiFi)之类的备选通信机制。
图15示出适用于构成实施例的蜂窝网络基站。如图15所示，如上所述，蜂窝网络基站包括元件1301，1302，1303和1320。它经由网络1375与电话网络1374和服务器1376通信。也可以使用诸如专用网络或WiFi的替代通信机制。
应当理解，本文描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些特定实施例或示例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。本文描述的特定例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。因此，可以以示出和/或描述的其他顺序、以其它顺序、并行地执行所示出和/或描述的各种动作或省略所示出和/或描述的各种动作。同样，可以改变上述过程的顺序。
本公开的主题包括各种过程、系统和配置以及本文公开的其他特征、功能、动作和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合及其任何和所有等同物。

Claims (17)

1.一种用于对一系列输入符号执行基于多载波波形的编码的编码器，所述编码器包括：
分段器，适于按照相应片段的序列输出所述输入符号，每个所述片段包括第一多个符号，所述第一多个符号在数量上对应于被分配给针对给定子载波索引的每个子带的所述输入符号的数量；
子带处理器，适于处理每个所述第一多个符号以获得第一多个样本，所述子带处理器还适于按照预定的相应的经处理片段的序列输出所述第一多个样本，其中，每个经处理片段包括在数量上与被分配给针对给定子带索引的每个子载波的所述输入符号的数量对应的第二多个样本；和
子载波处理器，适于处理每个所述第二多个样本以获得经编码的输出数据流。
2.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述分段器适于按照相应片段的序列输出所述输入符号，每个所述片段包括在数量上与被分配给针对给定子载波索引的每个子带的所述输入符号的数量对应的第一多个符号，并且在所述输入符号不足以完全填充所有所述片段的情况下，添加零以对片段进行完全定义。
3.根据权利要求2所述的编码器，其中，所述子带处理器适于对由所述分段器输出的每个所述片段执行快速傅立叶逆变换，以提供所述第一多个样本。
4.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述经编码的数据流是UF-OFDM数据流，并且所述子载波处理器的特征在于适于对基带信号中的与所述UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分执行处理以及单独地对所述基带信号中的与所述UF-OFDM数据流的非瞬态对应的核心部分执行处理，以及
还包括级联器，所述级联器适于将所述基带信号中的与所述UF-OFDM数据流的瞬态对应的所述两个经处理末端部分和所述基带信号中的与所述UF-OFDM数据流的非瞬态对应的所述经处理核心部分进行级联，以获得所述UF-OFDM数据流。
5.根据权利要求4所述的编码器，其中，所述编码器包括被配置为对与所述基带信号中的所述核心部分对应的样本进行处理的子载波核心处理器和被配置为对所述基带信号中的第一末端部分进行处理的瞬态处理器，以及其中，所述编码器还包括算术单元，所述算术单元被配置为：
经由减法器从与所述基带信号中的所述核心部分对应的样本中减去与所述基带信号中的所述第一末端部分对应的样本，或者经由加法器将与所述基带信号中的所述第一末端部分对应的样本和与所述基带信号中的所述核心部分对应的样本相加；并且
获得与所述基带信号中的第二末端部分对应的样本；
并且其中
所述级联器适于对所述瞬态处理器、所述子载波核心处理器以及所述减法器或所述加法器的输出进行级联，以获得所述UF-OFDM数据流。
6.根据权利要求5所述的编码器，其中，所述子载波核心处理器包括第一滤波器，所述第一滤波器适于将每个所述样本乘以第一组滤波器系数中的相应滤波器系数，所述第一组滤波器系数由对频移UF-OFDM滤波器的脉冲响应执行的快速傅立叶变换来定义并且经历线性相位旋转，所述快速傅立叶变换具有在数量上与所述子带上的子载波的总数对应的大小，并且所述子载波核心处理器还包括用于对所述第一滤波器的输出执行快速傅立叶逆变换的快速傅立叶逆变换块，
所述子载波核心处理器还适于对所述快速傅立叶变换块的输出进行排序，以按照预定序列输出由所述快速傅立叶逆变换块确定的值，以及
其中，所述瞬态处理器包括：实现第二功能的第二滤波器，所述第二滤波器适于将每个所述样本乘以第二组滤波器系数中的相应滤波器系数，以及求和单元，所述求和单元适于对针对相应经处理片段由所述第二滤波器输出的每个值求和。
7.根据权利要求6所述的编码器，其中，所述第一组滤波器系数对应于从对所述频移UF-OFDM滤波器执行的快速傅立叶变换的第一输出中提取的第一多个系数，所述第一多个系数在数量上与被分配给针对给定子带索引的每个子载波的所述输入符号的数量相等，并且所述快速傅立叶变换具有在数量上与所述子带上的子载波的总数对应的大小，所述提取的系数被重复与被分配给针对给定子载波索引的每个子带的所述输入符号的数量相等的次数，以获得在数量上与所述子带上的子载波的总数相等的第二多个系数，所述第二多个系数进一步经历线性相位旋转项，所述线性相位旋转项具有与相应子载波的索引值成比例的角度。
8.根据权利要求7所述的编码器，其中，所述第一末端部分是所述基带信号中的前缀部分，
所述第二组滤波器系数对应于通过针对每个子载波计算第三多个系数而获得的值，所述第三多个系数是通过将先前计算出的滤波器系数数值乘以具有与相应的子载波的索引值成比例的角度的线性相位旋转项并且通过将这些被乘的系数减去所述频移UF-OFDM滤波器的脉冲响应的连续样本数值来递归地计算出的，以及
所述第二末端部分是所述基带信号中的后缀部分，并且所述算术单元适于从与所述基带信号中的所述核心部分对应的样本中减去与所述基带信号中的所述第一末端部分对应的样本，以获得与所述基带信号中的所述第二末端部分对应的样本。
9.根据权利要求7所述的编码器，其中，所述第一末端部分是所述基带信号中的后缀部分；
所述第二组滤波器系数对应于通过针对每个子载波计算第三多个系数而获得的值，所述第三多个系数是通过将先前计算出的滤波器系数数值乘以具有与相应子载波的索引值成比例的角度的线性相位旋转项并且通过将这些被乘的系数减去所述频移UF-OFDM滤波器的连续系数数值来递归地计算出的；并且
所述第二末端部分是所述基带信号中的前缀部分，并且所述算术单元适于将与所述基带信号中的所述第一末端部分对应的样本与所述基带信号中的所述核心部分对应的样本相加，以获得与所述基带信号中的所述第二末端部分对应的样本。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的编码器，其中，所述求和单元包括被配置为对所述求和单元的输出进行累加的存储设备，并且其中，所述求和单元被配置为将所述第二滤波器的每个连续输出的值与存储在所述存储设备中的值相加，并将结果存储在所述存储设备中，直到所述存储设备中的值包含针对相应的经处理片段由所述第二滤波器输出的每个值的和。
11.根据权利要求10所述的编码器，其中，所述第一组系数和所述第二组系数进一步反映线性相位旋转，以便向所述UF-OFDM数据流引入频移，并且其中，循环移位单元设在所述子载波核心处理器的所述快速傅立叶逆变换单元之前。
12.一种对UF-OFDM信号进行编码的方法，所述方法包括以下步骤：
将一系列输入符号分段成相应片段的序列，每个所述片段包括第一多个符号，所述第一多个符号在数量上对应于被分配给每个子带的所述输入符号的数量；
处理每个所述第一多个符号以获得对应的第一多个样本，
按照预定的相应经处理片段的序列对所述第一多个样本进行排序，其中，每个经处理片段包括在数量上与被分配给每个子载波的所述输入符号的数量对应的第二多个样本；以及
处理每个所述第二多个样本以获得UF-OFDM数据流。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述处理每个所述第二多个样本以获得UF-OFDM数据流的步骤包括：
用于对基带信号中的与所述UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分进行处理的步骤，以及
用于单独地对所述基带信号中的与所述UF-OFDM数据流的非瞬态对应的核心部分进行处理的步骤；以及
用于将所述基带信号中的与所述UF-OFDM数据流的瞬态对应的所述两个经处理末端部分和所述基带信号中的与所述UF-OFDM数据流的非瞬态对应的所述经处理核心部分进行级联以获得UF-OFDM数据流的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中
用于对基带信号中的与所述UF-OFDM数据流的瞬态对应的两个末端部分进行处理的步骤包括处理所述基带信号中的第一末端部分，
并且其中，用于处理每个所述第二多个样本以获得UF-OFDM数据流的所述步骤包括以下附加步骤：从与所述基带信号中的所述核心部分对应的样本中减去与所述基带信号中的所述第一末端部分对应的样本，或者将与所述基带信号中的所述第一末端部分对应的样本和与所述基带信号中的所述核心部分对应的样本相加，以获得与所述基带信号中的第二末端部分对应的样本。
15.一种定义一组滤波器系数以用作根据权利要求6至9中任一项所述的编码器中使用的所述第一组滤波器系数的方法，所述方法包括以下步骤：
对所述频移UF-OFDM滤波器进行采样以获得第一多个核心滤波器系数，
对所述第一多个核心滤波器系数进行零填充以获得一组经填充的核心滤波器系数，所述一组经填充的核心滤波器系数包括与所述子带上的子载波总数相等的数量的系数，
执行大小与所述子带上的子载波的总数相等的快速傅立叶变换，以获得在数量上与所述子带上的子载波总数相等的第二多个核心滤波器系数，
从在前述步骤中执行的所述快速傅立叶变换的第一输出中提取第三多个核心滤波器系数，所述第三多个核心滤波器系数在数量上与被分配给针对给定子带索引的每个子载波的所述输入符号的数量相等，
重复所提取的核心滤波器系数，直到获得在数量上与所述子带上的子载波总数相等的第四多个核心滤波器系数，并且
使所述第四多个核心滤波器系数经历线性相位旋转。
16.一种定义一组滤波器系数以用作根据权利要求6至9中任一项所述的编码器中使用的所述第二组滤波器系数的方法，所述方法包括以下步骤：
对所述频移UF-OFDM滤波器进行采样以获得第一多个滤波器尾部系数；
在对于前一次迭代没有值可用的情况下，将迭代系数值设置为0，否则
在对于前一次迭代有值可用的情况下，将累积的迭代系数值乘以线性相位旋转项；
将第一多个滤波器尾部系数中的相应系数与在前一次迭代中确定的迭代系数数值相加，以获得累积的迭代系数值；
对于每个连续的迭代系数进行重复，直到已经确定第二多个滤波器尾部系数，所述第二多个滤波器尾部系数在数量上与定义所述UF-OFDM滤波器的系数的数量相等，
对于每个子载波进行重复，直到已经确定所有值。
17.一种存储计算机程序的存储设备，适于执行如权利要求12至16中任一项所述的步骤。
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