CN111279660B - 用于减轻参数集间干扰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于减轻参数集间干扰的基于多载波波形的系统，其中被指定为至少一个干扰子载波信号的第一参数集中的至少一个子载波信号会干扰被指定为至少一个受干扰子载波信号的第二参数集中的至少另一个子载波信号，第一参数集与第二参数集不同。系统包括经由通信信道进行通信的发射器和接收器。系统还用于通过相对于至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的干扰系数矩阵将至少一个干扰子载波信号的频域数据符号与至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号进行匹配，以将来自至少一个干扰子载波信号的干扰与至少一个受干扰子载波信号进行匹配。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及第五代(5th generation，简称5G)无线系统领域。
背景技术
5G移动网络即将到来，并且5G无线系统在同一载频上可能具有不同的参数集。对于基于多载波波形的系统，参数集可以定义为一组多载波参数，如子载波间隔、循环前缀(cyclic prefix，简称CP)和传输时间间隔(transmission time interval，简称TTI)等。图1示出了第三代合作伙伴计划(3rd generation partnership project，简称3GPP)标准化提案，该提案说明了如增强型移动宽带(enhanced mobile broadband，简称eMBB)、大规模机器通信(massive machine type communications，简称mMTC)、超可靠低延迟通信(ultra-reliable and low latency communications，简称uRLLC)和广播等5G的不同移动网络业务如何在频域中紧密地封装，各个业务具有不同的子载波间隔、CP和TTI，如图1中所示。
对具有不同的子载波间隔的相应的业务进行封装所产生的问题是，子载波在频域上不再互相正交，从而造成干扰。图2示出了频域上子载波之间的参数集间干扰，其中基于子载波间隔Δf2的参数集(由实线表示为“Numer.2”)会干扰基于较小子载波间隔Δf1的另一个参数集(用虚线表示为“Numer.1”)，其中Δf2＝2×Δf1。根据图2和一些数值评估，窄子载波间隔不会干扰子载波间隔为该窄子载波间隔的整倍数的较大子载波间隔。参考图1的参数集，然后可以说eMBB干扰mMTC，而uRLLC干扰mMTC和广播。简而言之，大子载波具有高的带外(out-of-band，简称OOB)发射功率，需要对其进行抑制以避免任何参数集间干扰。为此，已经提出了一些现有技术方案。
第一种方案与在现有技术文献中发现的时域滤波相关：Z.Ankarali、B.Pekoz和H.Arslan于2017年在《IEEE Access》第PP卷的第99期的第1-16页发表的“超越5G的灵活无线接入：对波形、参数集和框架设计原理的未来预测”以及A.A.Zaidi、R.Baldemair、H.Tullberg、H.Bjorkegren、L.Sundstrom、J.Medbo、C.Kilinc和I.D.Silva于2016年在《IEEE通信期刊》第54卷的第11期的第90-98页发表的“支持5G业务和需求的波形和参数集”。后一文献提出了在发射器和接收器侧的加窗方法以减轻干扰。例如，在发射器的情况下，主要构思是执行时域滤波使信号在时间上平滑，如图3的发射器加窗所示。的确，平滑时域信号可以在数学上消除频域上的所有OOB发射，然而这提出了比所需条件更严格的要求。另外，这种加窗方法的问题在于，除了与相邻参数集不完全正交之外，还对发射信号引入了失真。此外，这种方法的另一个问题涉及尽管只有一个参数集会引起上述干扰，但是两种参数集都将滤波相应的信号的事实。
第二种方案与射频(radio frequency，简称RF)滤波相关。在这种方法中，使用带通滤波器对模拟发射信号进行滤波，从而限制OOB发射。然而，这种方案成本高，并且无法保证子载波之间的完全正交。
第三种方案与使用保护带相关。这是最简单的方案，在参数集之间插入保护带，以增加频率距离并减少OOB。然而，保护带的这种使用会导致较大的频谱损失，并使得正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，简称OFDM)的OOB发射缓慢下降。
发明内容
因此，本发明的目的是减轻不同参数集的子载波信号之间的参数集间干扰。
此目的可以通过独立权利要求的特征来实现。根据从属权利要求、说明书和附图，本发明的其他实施方式显而易见。
根据第一方面，本发明涉及一种用于减轻参数集间干扰的基于多载波波形的系统，其中被指定为至少一个干扰子载波信号的第一参数集的至少一个子载波信号会干扰被指定为至少一个受干扰子载波信号的第二参数集的至少另一个子载波信号，第一参数集与第二参数集不同。系统用于：包括发射器和接收器；以及通过相对于至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的干扰系数矩阵将至少一个干扰子载波信号的频域数据符号与至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号进行匹配，以将来自至少一个干扰子载波信号的干扰与至少一个受干扰子载波信号进行匹配。
根据第一方面的一种实现形式，系统用于：通过将干扰系数矩阵的奇异值分解(SVD)分解为第一矩阵、对角矩阵和第二矩阵的因式分解，以获得干扰系数矩阵的正交空间；在发射器的预编码器处，通过相对于至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的预编码矩阵将至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号投射到干扰系数矩阵的正交空间，以获得相应的预编码的频域数据符号，其中相应的预编码矩阵是从第二矩阵导出的；以及在接收器的译码器处，使用第一矩阵对相应的预编码的频域数据符号进行译码。
根据第一方面的另一种实现形式，系统用于：通过采用由数据速率控制器生成的干扰控制参数控制对角矩阵从最小奇异值到最大奇异值的奇异值的数量，来控制参数集间干扰的级别；以及经由控制信道将干扰控制参数从发射器的预编码器发送到接收器的译码器。
根据第一方面的另一种实现形式，系统用于：在接收器的解调器处对至少一个干扰子载波信号进行解调，以获得至少一个解调的干扰子载波信号；在接收器的干扰贡献模块处，从至少一个解调的干扰子载波信号中获得至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号的相应的干扰；以及从至少一个受干扰子载波信号中减去至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号的相应的干扰。
上述目的还根据第二方面解决。
根据第二方面，本发明涉及一种在基于多载波波形的系统中用于减轻参数集间干扰的方法，其中被指定为至少一个干扰子载波信号的第一参数集的至少一个子载波信号会干扰被指定为至少一个受干扰子载波信号的第二参数集的至少另一个子载波信号，第一参数集与第二参数集不同。方法包括：通过相对于至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的干扰系数矩阵将至少一个干扰子载波信号的频域数据符号与至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号进行匹配，将来自至少一个干扰子载波信号的干扰与至少一个受干扰子载波信号进行匹配的步骤。
根据第二方面的一种实现形式，干扰系数矩阵是从基于多载波波形的系统的发射器处的第一变换和基于多载波波形的系统的接收器处的第二变换导出的。
根据第二方面的另一种实现形式，发射器处的第一变换包括：通过匹配矩阵将至少一个干扰子载波信号的频域数据符号与快速傅立叶反变换(inverse fast Fouriertransform，简称IFFT)矩阵的点输入进行匹配的步骤；通过IFFT矩阵将至少一个干扰子载波信号的匹配的频域数据符号转换为至少一个干扰子载波信号的时域数据符号的步骤；以及通过相应的第一循环前缀插入矩阵将相应的第一循环前缀附加到至少一个干扰子载波信号的每个时域数据符号，以获得至少一个干扰子载波信号的相应的输入时域数据符号的步骤。
根据第二方面的另一种实现形式，发射器处的第一变换包括：通过IFFT矩阵将至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号转换为至少一个受干扰子载波信号的时域数据符号的步骤；以及通过相应的第二循环前缀插入矩阵将相应的第二循环前缀附加到至少一个受干扰子载波信号的每个时域数据符号，以获得至少一个受干扰子载波信号的相应的输入时域数据符号的步骤。
根据第二方面的另一种实现形式，接收器处的第二变换包括：通过相应的循环前缀去除矩阵从至少一个干扰子载波信号的每个输入时域数据符号中丢弃附加到至少一个受干扰子载波信号的每个输入时域数据符号的相应的第二循环前缀，以获得至少一个干扰子载波信号的相应的丢弃CPb的时域数据符号的步骤；通过快速傅立叶变换(fast Fouriertransform，简称FFT)矩阵将至少一个干扰子载波信号的丢弃CPb的时域数据符号转换为至少一个干扰子载波信号的频域数据符号，以获得至少一个干扰子载波信号的相应的丢弃CPb的频域数据符号的步骤；以及通过选择矩阵选择至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号，以获得相对于至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的干扰贡献的步骤。
根据第二方面的另一种实现形式，接收器处的第二变换包括：通过相应的循环前缀去除矩阵
丢弃附加到至少一个受干扰子载波信号的每个输入时域数据符号的相应的第二循环前缀，以获得至少一个受干扰子载波信号的相应的丢弃CPb的时域数据符号的步骤；以及通过快速傅立叶变换(FFT)矩阵将至少一个受干扰子载波信号的丢弃CPb的时域数据符号转换为至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号，以获得至少一个受干扰子载波信号的相应的丢弃CPb的频域数据符号的步骤。
根据第二方面的一种实现形式，方法包括：通过将干扰系数矩阵的奇异值分解(SVD)分解为对第一矩阵、对角矩阵和第二矩阵的因式分解，以获得干扰系数矩阵的正交空间的步骤；在发射器的预编码器处，通过相对于至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的预编码矩阵将至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号投射到干扰系数矩阵的正交空间，以获得相应的预编码的频域数据符号的步骤，其中相应的预编码矩阵是从第二矩阵导出的；以及在接收器的译码器处，使用第一矩阵对相应的预编码的频域数据符号进行译码的步骤。
根据第二方面的另一种实现形式，方法包括：通过采用由数据速率控制器生成的干扰控制参数控制对角矩阵从最小奇异值到最大奇异值的奇异值的数量，来控制参数集间干扰的级别的步骤；以及经由控制信道将干扰控制参数从发射器的预编码器发送到接收器的译码器的步骤。
根据第二方面的另一种实现形式，方法包括：在接收器的解调器处对至少一个干扰子载波信号进行解调，以获得至少一个解调的干扰子载波信号的步骤；在接收器的干扰贡献模块处，从至少一个解调的干扰子载波信号中获得至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号的相应的干扰的步骤；以及从至少一个受干扰子载波信号中减去至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号的相应的干扰的步骤。
上述目的还根据第三方面解决。
根据第三方面，本发明涉及一种计算机程序，包括程序代码，用于当在计算机上运行时，执行第二方面和/或第二方面的任何一种实现形式所述的方法。
因此，所述方法可以通过自动和重复的方式执行。
计算机程序可以由以上装置执行。
更具体地，需要注意的是可以基于具有分立的硬件组件、集成的芯片或芯片模块布置的分立的硬件电路，或者基于由存储在存储器中、写在计算机可读介质上或从如互联网等网络下载的软件例程或程序控制的信号处理设备或芯片来实现以上所有的装置。
还应理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或以上实施例与相应的独立权利要求的任意组合。
结合以下描述的实施例，本发明的这些和其他方面将会显而易见、清晰易懂。
附图说明
在本公开内容的以下详述部分中，将结合附图中所示的示例性实施例来更详细地解释本发明，其中：
图1示出了根据3GPP标准提案对具有不同参数集的不同业务进行封装的示意图；
图2示出了频域上不同参数集的子载波之间的示例性参数集间干扰，其中基于子载波间隔f2的参数集(表示为“Numer.2”)会干扰基于较小子载波间隔f1的另一个参数集(表示为“Numer.1”)，其中Δf2＝2×Δf1；
图3示出了示例性发射器加窗，取自由A.A.Zaidi、R.Baldemair、H.Tullberg、H.Bjorkegren、L.Sundstrom、J.Medbo、C.Kilinc和I.D.Silva于2016年在《IEEE通信期刊》第54卷的第11期的第90-98页发表的“支持5G业务和需求的波形和参数集”；
图4示出了用于将较大子载波参数集(由参数集a表示)的p个子载波
的干扰与较小子载波参数集(由参数集b表示)的l个子载波
进行匹配的干扰系数矩阵(Clxp)的示意图；
图5示出了根据本发明实施例从中导出干扰系数矩阵(Clxp)的多个矩阵的顺序排列；
图6示出了根据本发明实施例由参数集a和参数集b表示的两个参数集的时域叠加，其中参数集a的两个频域数据符号在持续时间上与参数集b的一个频域数据符号叠加；
图7示出了根据本发明第一实施例采用预编码和译码的基于多载波波形的示意性系统100；
图8示出了根据本发明第二实施例采用连续干扰取消(successive interferencecancellation，简称SIC)译码的基于多载波波形的示意性系统200；
图9示出了根据本发明第三实施例采用预编码和SIC译码的基于多载波波形的示意性系统300；
图10示出了在根据本发明以不同的数据速率降低(PC，以百分比表示)进行预编码的情况下以及使用在参数集之间插入的不同保护带(GB，以kHz为单位)的情况下，由于OOB发射导致的干扰功率(dB)与不同参数集的发射信号的子载波索引的关系；
图11示出了在根据本发明进行预编码的情况下以及使用在参数集之间插入的保护带的情况下，由于OOB发射导致的平均干扰功率(dB)与不同参数集的发射信号的数据速率降低(％)的关系；
相同的图例编号用于指相同或至少在功能上等效的特征。
具体实施方式
本发明基于一组子载波信号对另一组具有不同参数集的子载波造成的干扰的分析。该干扰可以由如图4示意性表示的所谓干扰系数矩阵(由Clxp表示)来定义，其中Clxp将来自较大子载波参数集(由参数集a表示)的p个干扰子载波(
其中i＝0，1，……，p–1)的干扰与较小子载波参数集(由参数集b表示)的l个受干扰子载波(
其中k＝0，1，l–1)进行匹配。
矩阵具有与造成干扰的干扰子载波信号相对应的p列和与遭受干扰的受干扰子载波信号相对应的l行。干扰系数矩阵Clxp由(lxp)个矩阵元素组成，矩阵元素Ci,k将与第k个子载波对第i个子载波造成的干扰相关联。
干扰系数矩阵Clxp可以从如图5所示在发射器侧由M、W和PCPa以及在接收器侧由
和S表示的多个矩阵的连续排列中导出，并且可以如下计算：
其中M为匹配矩阵，W为快速傅立叶反变换(inverse fast Fourier transform，简称IFFT)矩阵，PCPa为参数集a的循环前缀插入矩阵，
为参数集b的循环前缀去除矩阵，
为快速傅立叶变换(FFT)矩阵，并且S为选择矩阵。
需要注意的是，干扰系数矩阵Clxp的干扰系数可以直接计算为如子载波间隔和循环前缀(CP)等静态参数的函数，而无需通过发射器和接收器发送任何干扰信号。在这种情况下，确实可以使用例如查找表为每个参数集对识别干扰系数。
由于3GPP已经就基本子载波间隔的整数倍达成一致，由此得出所有参数集基于基本子载波间隔共享相同的IFFT内核和相同的FFT内核。
匹配矩阵M将p个数据符号分配到N个IFFT点输入上，并且在匹配矩阵M中用零填充属于另一个参数集的l个子载波。由于子载波间隔是IFFT内核的基本子载波间隔的两倍，因此数据符号用零进行交织。
循环前缀去除矩阵
去除长度为2NCP的CP，而循环前缀插入矩阵PCPa附加长度为NCP的CP，选择N/2个时域样本并将其余的填充为零。
选择矩阵S选择属于参数集b，即遭受干扰的参数集的子载波。
为便于阐述，本发明将基于示例性实施例进行描述，其中在频域上有两个子载波间隔，较大的子载波间隔是较小的子载波间隔的两倍。参照图6，示出了两个参数集(由参数集a和参数集b表示)的时域叠加，参数集a的两个频域数据符号(表示为
和
)在持续时间上与参数集b的一个频域数据符号(表示为
)叠加，由于时间和频率的互易性，较大的子载波间隔的符号持续时间是较小的子载波间隔的一半。由于具有较大子载波间隔的参数集a会干扰具有较小子载波间隔的参数集b，但反之则不，因此，在不经预编码传送长持续时间的符号(即，
)时，应对较短持续时间的符号(即，
和
)进行预编码。
在如图6所示的示例性实施例中，有两个干扰系数矩阵C1和C2，分别对应第一时隙的第一频域数据符号
和第二时隙的第二频域数据符号
并且可以定义如下：
其中，
为参数集a的干扰子载波信号的第一频域数据符号的循环前缀插入矩阵，通过该矩阵插入参数集a的一个CP；
为参数集a的干扰子载波信号的第二频域数据符号的循环前缀插入矩阵，通过该矩阵插入参数集a的一个CP；
为参数集b的循环前缀去除矩阵，通过该矩阵去除参数集b的一个CP，参数集a的CP的长度为NCP，参数集b的CP的长度为N2CP，其中N2CP＝2NCP。
干扰系数矩阵Clxp为仅取决于参数集(例如，参数集a和参数集b)但不取决于通信信道的确定性矩阵。相对于干扰子载波信号的频域数据符号(即，
和
)的相应的干扰系数矩阵Clxp(即，C1和C2)允许将干扰子载波信号的频域数据符号(即，
和
)与受干扰子载波信号的频域数据符号(即，
)进行匹配。因此，一旦为参数集a的干扰子载波信号的每个频域数据符号(即，
和
)导出了Clxp，则可以在第一实施例中通过对干扰数据符号进行预编码或者在第二实施例中通过在接收器减去导出的干扰或者在第三实施例中通过结合第一实施例和第二实施例来减轻参数集a的干扰(即，较大子载波参数集的干扰)。
图7示出了根据本发明第一实施例采用预编码和译码的基于多载波波形的示意性系统100。
基于多载波波形的系统100包括经由发射信道互相通信的发射器和接收器，以及数据速率控制器190。发射器(transmitter，简称TX)包括适用于参数集a(即，造成干扰的参数集)的预编码器110、适用于参数集a的匹配矩阵120(也表示为M矩阵)、适用于参数集a和b的IFFT矩阵130(也表示为W矩阵)、适用于参数集a的循环前缀插入矩阵140-A(也表示为PCPa矩阵)以及适用于参数集b的循环前缀插入矩阵140-B(也表示为PCPb矩阵)。接收器(receiver，简称RX)包括适用于参数集a和b的循环前缀去除矩阵150(也表示为
矩阵)、适用于参数集a和b的快速傅立叶变换(FFT)矩阵160(也表示为
矩阵)、适用于参数集a的选择矩阵(也表示为S矩阵)170以及适用于参数集a的译码器180。
在其输入处，预编码器110接收参数集a的干扰子载波信号的第一频域数据符号
和第二频域数据符号
一旦导出或计算出分别对应于第一频域数据符号
和第二频域数据符号
的两个干扰系数矩阵C1和C2，在预编码器110处将各个干扰系数矩阵(C1，C2)对应的奇异值分解(SVD1，SVD2)分解为第一矩阵(U矩阵)、对角矩阵(Σ矩阵)和第二矩阵(V矩阵)的因式分解(U.Σ.V)，以便获得每个干扰系数矩阵(C1，C2)的相应的正交空间。发射器(TX)处的预编码器110可以从SVD分解中提取V矩阵的列向量，而接收器(RX)处的译码器180可以取U矩阵对应的行向量。根据从最小奇异值到最大奇异值选择列向量，以控制干扰功率。选择的预编码向量越多，则数据速率越高，但是干扰功率会增加。
然后，预编码器110通过相应的预编码矩阵(J1，J2)将干扰子载波信号的第一和第二频域数据符号
投射到相应的正交空间上，以获得相应的预编码的频域数据符号
因此，保证了预编码的频域数据符号
不会干扰另一个参数集(即，参数集b)的受干扰子载波信号的频域数据符号
相应的预编码矩阵(J1，J2)从相应的V矩阵中导出，并且可以定义如下：
其中，
为参数集a的干扰子载波信号的第一时隙频域数据符号的循环前缀插入矩阵140-A，通过该矩阵插入参数集a的一个CP；
为参数集a的干扰子载波信号的第二时隙频域数据符号的循环前缀插入矩阵140-B，通过该矩阵插入参数集a的一个CP；
为适用于参数集b的循环前缀去除矩阵150，通过该矩阵去除参数集b的CP，参数集a的CP的长度为NCP，参数集b的CP的长度为N2CP，其中N2CP＝2NCP。
数据速率控制器190用于生成干扰控制参数(Γ)，该参数通过控制Σ矩阵从最小奇异值(λj)到最大奇异值(λj)的奇异值(λj)的数量来控制参数集间干扰的级别(或量)，并且经由控制信道将干扰控制参数(Γ)从发射器(TX)处的预编码器110发送到接收器(RX)处的译码器180。实际上，干扰控制参数(Γ)控制预编码器110提取的非正交列向量的数量，并且选择的非正交列向量越多，则针对参数集a(即，造成干扰的参数集)的数据速率越高。例如，可以根据信道条件、服务质量(quality of service，简称QoS)、信噪比(signal-to-noise ratio，简称SNR)和/或可靠性要求等来控制参数集间干扰的级别(或量)。
通过匹配矩阵120(即，M矩阵)将预编码的频域数据符号
发送到IFFT矩阵130(即，W矩阵)，以便从频域转换到时域。然后，使用插入矩阵140-A将适用于参数集a的相应的循环前缀
插入应用于所产生的干扰子载波信号的每个时域数据符号
就其本身而言，将参数集b的受干扰子载波信号的频域数据符号
直接发送到IFFT矩阵130(即，W矩阵)，以便从频域转换到时域。然后，使用插入矩阵140-B将适用于参数集b的循环前缀(PCPb)插入应用于所产生的受干扰子载波信号的时域数据符号
从相应的插入矩阵140-A和140-B输出后，将干扰子载波信号的时域数据符号
和受干扰子载波信号的时域数据符号
复用为由以下关系式给出的时域发射信号
通过发射通道向接收器(RX)发送时域发射信号
然后使用循环前缀去除矩阵150将循环前缀
去除应用于时域发射信号
的每个部分，即，应用于干扰子载波信号的每个时域数据符号
和受干扰子载波信号的时域数据符号
将所产生的时域数据符号
直接发送到FFT矩阵160(即，
矩阵)，以便从时域转换到频域。
然后将所产生的干扰子载波信号的频域数据符号
发送到选择矩阵170，以获得频域数据符号S.
W.M.J1.
和S.
W.M.J2.
然后使用U矩阵对应的行向量在译码器180处对其进行译码，从而逆转预编码器110的效果。就其本身而言，在FFT矩阵160的输出端可以得到所产生的受干扰子载波信号的频域数据符号(即，
)。
图8示出了根据本发明第二实施例采用连续干扰取消(SIC)译码的基于多载波波形的示意性系统200。
基于多载波波形的系统200与基于多载波波形的系统100的基本区别在于，在发射器(TX)处没有进行预编码，因此在图8的发射器处没有提供图7的预编码器110，并且在接收器(RX)处没有译码器180。相反，基于多载波波形的系统200的接收器(RX)包括第一解调器210、干扰贡献模块220和第二解调器230。第一解调器210用于解调干扰子载波信号以获得解调的干扰子载波信号。干扰贡献模块220用于基于对干扰系数矩阵C1和C2的先验知识，从解调的干扰子载波信号中获得干扰子载波信号的每个频域数据符号的对应的干扰贡献(即，
且
)，并且还用于从受干扰子载波信号中减去干扰子载波信号的每个频域数据符号的对应的干扰贡献(即，
且
)。第二解调器230用于提供受干扰子载波信号的频域数据符号(即，
)。
理论上，当第一解调器210在没有误差的情况下解调干扰子载波信号时，可以完全消除干扰贡献。然而，如果发生误差，该误差可能传播到另一个参数集b的受干扰子载波信号。因此，第二实施例可以有利地应用于具有高SNR的场景，对于该场景错误解调的概率很低。
图9示出了根据本发明第三实施例采用预编码和SIC译码的基于多载波波形的示意性系统300。
基于多载波波形的系统300是基于多载波波形的混合系统，包括基于多载波波形的系统100和基于多载波波形的系统200的所有组成元素的组合。
如果较大参数集a的数据速率的显着降低是不可接受的，则预编码器110可以是具有相当大的干扰的预编码器，因为接收器(RX)将通过从受干扰子载波信号中减去残余干扰来增强其估计。因此，由于可以最小化错误传播，第三实施例有利地允许实现具有高可靠性的高数据速率。
图10示出了在根据本发明以不同的数据速率降低(PC，以百分比表示)进行预编码的情况下以及使用在两个参数集之间插入的不同保护带(GB，以kHz为单位)的情况下，由于OOB发射导致的干扰功率(dB)与两个不同参数集的发射信号的子载波索引的关系。为了公平比较，将保护带与预编码的发射信号的数据速率降低进行匹配。可以注意到的是，由于发射器仅将其功率集中在带内子载波上，因此保护带信号的信号功率得到了增强。因此，简而言之，图10示出了干扰参数集对另一个参数集的子载波索引的干扰泄漏。
在进行预编码的和使用保护带的发射信号之间的OOB发射的比较表明，与具有相同开销的保护带方案相比，数据速率降低2.7344％导致了大约40dB的干扰抑制。实际上，由于预编码器压缩了发射信号这一事实，将发射信号投射到干扰系数矩阵的(近)正交空间上可以降低数据速率。图11示出了在根据本发明进行预编码的情况下以及使用在两个参数集之间插入的保护带的情况下，所有子载波上的平均干扰功率(dB)与两种不同参数集的发射信号的数据速率降低(％)的关系。子载波的数量固定为256个子载波，并且为每个参数集分配128个子载波(即，子载波分配因子等于50％)。
可以看出，保护带的使用可以缓慢降低平均干扰功率，而预编码的发射信号的平均干扰功率随着数据速率降低的增加而几乎线性下降。
最后，本发明对减轻参数集间干扰的益处可以列举如下：
-使用静态预编码器抑制参数集间干扰；
-无需执行RF滤波即可将不同的参数集与零或近零保护带复用；
-抑制参数集间干扰的代价是数据速率略有下降；
-由于干扰系数矩阵的稀疏性，预编码器设计的复杂度较低。实际上，尽管预编码流程从一个频域数据符号变为另一个频域数据符号，但预编码器本身仅依赖于如子载波间隔和CP等系统设计参数，而不依赖于信道参数；
-对参数集间干扰的确定性知识有助于调度器将频带分配给不同的参数集；以及
-不同于可能影响散射信道的时域操作，可以在CP-OFDM(相同性能)之上充当插件。
综上，本发明涉及一种用于减轻参数集间干扰的基于多载波波形的系统，其中被指定为至少一个干扰子载波信号的第一参数集的至少一个子载波信号会干扰被指定为至少一个受干扰子载波信号的第二参数集的至少另一个子载波信号，第一参数集与第二参数集不同。本发明主要基于对分配给专用于特定功能的某个子载波的数据进行预编码。通常根据如子载波间隔和循环前缀(CP)等参数集参数将子载波划分为不同的参数集。因此，具有某个参数集的每个子载波包括不同的参数集参数。某个参数集的子载波可能会干扰具有例如更窄的子载波间隔的其他参数集的其他子载波。提出的预编码基于上述参数集参数，以消除参数集间干扰。因此，本发明主要基于在发射器处设计预编码器，该预编码器具有与共存的两个参数集相关的特定参数。预编码器的参数通过控制信道与接收器的译码器共享，以便接收器可以译码接收到的消息。虽然已经分别在附图和上文描述中对本发明进行详细的说明和描述，这些说明和描述将视为说明性或示例性的，但不具有限制性。本发明不限于所公开的实施例。通过阅读本公开，其他修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。这些修改可能涉及本领域熟知的其他特征并且可以替代或补充本文中描述的特征。
在此结合各种实施例描述了本发明。但本领域技术人员通过实践本发明，研究附图、本发明以及所附的权利要求，能够理解并获得公开实施例的其他变体。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，不定冠词“一”不排除多个。单个处理器或其他单元可满足权利要求中描述的几项的功能。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求书中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能被有效地使用。计算机程序可存储/分发到合适的介质上，例如与其他硬件一起或者作为其他硬件的部分提供的光存储介质或者固态介质，还可以以其他形式例如通过因特网或者其他有线或无线电信系统分发。
尽管已经参考本发明的特定特征和实施例描述了本发明，但是显然在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以制定本发明的各种修改和组合。说明书和附图仅被视为所附权利要求书所定义的本发明的说明并且考虑落于本说明书的范围内的任何和所有修改、变体、组合或均等物。
根据第760809号拨款协定，本申请的项目得到了欧盟地平线2020研究和创新方案的资助。
Claims (23)
1.一种用于减轻参数集间干扰的基于多载波波形的系统，其特征在于，
被指定为至少一个干扰子载波信号的第一参数集a的至少一个子载波信号干扰被指定为至少一个受干扰子载波信号的第二参数集b的至少另一个子载波信号，所述第一参数集a与所述第二参数集b不同；
所述系统用于：
包括发射器和接收器；以及
通过相对于所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的干扰系数矩阵C将所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号与所述至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号进行匹配，以将来自所述至少一个干扰子载波信号的干扰与所述至少一个受干扰子载波信号进行匹配；
在所述发射器的预编码器处，通过相对于所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的预编码矩阵J将所述至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号投射到所述干扰系数矩阵的正交空间，以获得相应的预编码的频域数据符号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其用于：
通过将所述干扰系数矩阵C的奇异值分解SVD分解为第一矩阵U、对角矩阵Σ和第二矩阵V的因式分解，获得所述干扰系数矩阵C的正交空间；
所述相应的预编码矩阵是从所述第二矩阵V导出的；以及
在所述接收器的译码器处，使用所述第一矩阵U对所述相应的预编码的频域数据符号进行译码。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，其用于：
通过采用由数据速率控制器生成的干扰控制参数Γ控制所述对角矩阵Σ从最小奇异值λ到最大奇异值λ的奇异值λ的数量来控制所述参数集间干扰的级别；以及
经由控制信道将所述干扰控制参数Γ从所述发射器的预编码器发送到所述接收器的译码器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，其用于：
在所述接收器的解调器处对所述至少一个干扰子载波信号进行解调，以获得至少一个解调的干扰子载波信号；
在所述接收器的干扰贡献模块处，从所述至少一个解调的干扰子载波信号中获得所述至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号的相应的干扰；以及
从所述至少一个受干扰子载波信号中减去所述至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号的相应的干扰。
5.一种在基于多载波波形的系统中用于减轻参数集间干扰的方法，其特征在于，所述系统包括发射器和接收器；以及
被指定为至少一个干扰子载波信号的第一参数集a的至少一个子载波信号会干扰被指定为至少一个受干扰子载波信号的第二参数集b的至少另一个子载波信号，所述第一参数集a与所述第二参数集b不同；
所述方法包括：
通过相对于所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的干扰系数矩阵C将所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号与所述至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号进行匹配，将来自所述至少一个干扰子载波信号的干扰与所述至少一个受干扰子载波信号进行匹配；
在所述发射器的预编码器处，通过相对于所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的预编码矩阵J将所述至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号投射到所述干扰系数矩阵C的正交空间，以获得相应的预编码的频域数据符号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述干扰系数矩阵C是从所述发射器处的第一变换和所述接收器处的第二变换导出的。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发射器处的第一变换包括：
通过匹配矩阵M将所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号与快速傅立叶反变换IFFT矩阵W的点输入进行匹配；
通过所述IFFT矩阵W将所述至少一个干扰子载波信号的匹配的频域数据符号转换为所述至少一个干扰子载波信号的时域数据符号；以及
通过相应的第一循环前缀插入矩阵PCPa将相应的第一循环前缀CPa附加到所述至少一个干扰子载波信号的每个时域数据符号，以获得所述至少一个干扰子载波信号的相应的输入时域数据符号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发射器处的第一变换包括：
通过所述IFFT矩阵W将所述至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号转换为所述至少一个受干扰子载波信号的时域数据符号；以及
通过相应的第二循环前缀插入矩阵PCPb将相应的第二循环前缀CPb附加到所述至少一个受干扰子载波信号的每个时域数据符号，以获得所述至少一个受干扰子载波信号的相应的输入时域数据符号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述接收器处的第二变换包括：
通过相应的循环前缀去除矩阵
从所述至少一个干扰子载波信号的每个输入时域数据符号中丢弃附加到所述至少一个受干扰子载波信号的每个输入时域数据符号的相应的第二循环前缀CPb，以获得所述至少一个干扰子载波信号的相应的丢弃CPb的时域数据符号；
通过快速傅立叶变换FFT矩阵
将所述至少一个干扰子载波信号的丢弃CPb的时域数据符号转换为所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号，以获得所述至少一个干扰子载波信号的相应的丢弃CPb的频域数据符号；以及
通过选择矩阵S选择所述至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号，以获得相对于所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的干扰贡献。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接收器处的第二变换包括：
通过相应的循环前缀去除矩阵
丢弃附加到所述至少一个受干扰子载波信号的每个输入时域数据符号的相应的第二循环前缀CPb，以获得所述至少一个受干扰子载波信号的相应的丢弃CPb的时域数据符号；以及
通过快速傅立叶变换FFT矩阵
将所述至少一个受干扰子载波信号的丢弃CPb的时域数据符号转换为所述至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号，以获得所述至少一个受干扰子载波信号的相应的丢弃CPb的频域数据符号。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的方法，其特征在于，其包括：
通过将所述干扰系数矩阵C的奇异值分解SVD分解为第一矩阵U、对角矩阵Σ和第二矩阵V的因式分解，获得所述干扰系数矩阵C的正交空间；
所述相应的预编码矩阵J是从所述第二矩阵V导出的；以及
在所述接收器的译码器处，使用所述第一矩阵U对所述相应的预编码的频域数据符号进行译码。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其包括：
通过采用由数据速率控制器生成的干扰控制参数Γ控制所述对角矩阵Σ从最小奇异值λ到最大奇异值λ的奇异值λ的数量来控制所述参数集间干扰的级别；以及
经由控制信道将所述干扰控制参数Γ从所述发射器的预编码器发送到所述接收器的译码器。
13.根据权利要求5至10中任一项所述的方法，其特征在于，其包括：
在所述接收器的解调器处对所述至少一个干扰子载波信号进行解调，以获得至少一个解调的干扰子载波信号；
在所述接收器的干扰贡献模块处，从所述至少一个解调的干扰子载波信号中获得所述至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号的相应的干扰；以及从所述至少一个受干扰子载波信号中减去所述至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号的相应的干扰。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机程序代码，当所述计算机程序代码在计算机上运行时，
如权利要求5至13中任一项所述的方法被执行。
15.一种用于减轻参数集间干扰的方法，其特征在于，
被指定为至少一个干扰子载波信号的第一参数集a的至少一个子载波信号会干扰被指定为至少一个受干扰子载波信号的第二参数集b的至少另一个子载波信号，所述第一参数集a与所述第二参数集b不同；
所述方法包括：
通过预编码矩阵，对所述至少一个干扰子载波信号的频域数据进行预编码，获取相应的所述至少一个干扰子载波信号的预编码的频域数据符号；
对所述至少一个干扰子载波信号的预编码的频域数据符号进行第一变换，获得所述至少一个干扰子载波信号的相应的输入时域数据符号；以及
对所述至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号进行第一变换，获得所述至少一个受干扰子载波信号的相应的输入时域数据符号；
将所述至少一个干扰子载波信号的相应的输入时域数据符号和所述至少一个受干扰子载波信号的相应的输入时域数据符号复用得到时域发射信号；
向接收器发送所述时域发射信号；
所述对所述至少一个干扰子载波信号的频域数据进行预编码，包括：
通过相对于所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的预编码矩阵将所述至少一个干扰子载波信号的每个频域数据符号投射到干扰系数矩阵的正交空间，获得相应的预编码的频域数据符号；
所述对所述至少一个干扰子载波信号的预编码的频域数据符号进行第一变换，包括：
通过匹配矩阵M将所述至少一个干扰子载波信号的预编码的频域数据符号与IFFT矩阵W的点输入进行匹配；
通过所述IFFT矩阵W将所述至少一个干扰子载波信号的预编码的频域数据符号转换为所述至少一个干扰子载波信号的预编码的时域数据符号；以及
通过相应的第一循环前缀插入矩阵PCPa将相应的第一循环前缀CPa附加到所述至少一个干扰子载波信号的每个预编码的时域数据符号，以获得所述至少一个干扰子载波信号的相应的输入时域数据符号；
所述对所述至少一个受干扰子载波信号的预编码的频域数据符号进行第一变换，包括：
通过所述IFFT矩阵W将所述至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号转换为所述至少一个受干扰子载波信号的时域数据符号；以及
通过相应的第二循环前缀插入矩阵PCPb将相应的第二循环前缀CPb附加到所述至少一个受干扰子载波信号的每个时域数据符号，以获得所述至少一个受干扰子载波信号的相应的输入时域数据符号。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，
通过将所述干扰系数矩阵的奇异值分解SVD分解为第一矩阵U、对角矩阵Σ和第二矩阵V的因式分解，获得所述干扰系数矩阵的正交空间；
所述预编码矩阵根据所述第二矩阵获取。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：
通过采用由数据速率控制器生成的干扰控制参数Γ控制所述对角矩阵Σ从最小奇异值λ到最大奇异值λ的奇异值λ的数量来控制所述参数集间干扰的级别；以及
经由控制信道向所述接收器发送所述干扰控制参数Γ。
18.一种用于减轻参数集间干扰的方法，其特征在于，
被指定为至少一个干扰子载波信号的第一参数集a的至少一个子载波信号会干扰被指定为至少一个受干扰子载波信号的第二参数集b的至少另一个子载波信号，所述第一参数集a与所述第二参数集b不同；
所述方法包括：
接收发送器发送的时域发射信号，所述时域发射信号包含所述至少一个干扰子载波信号的输入时域数据符号，以及所述至少一个受干扰子载波信号的输入时域数据符号；
对所述至少一个干扰子载波信号的输入时域数据符号做第二变换，获得所述至少一个干扰子载波信号的相应的预编码的频域数据符号；通过选择矩阵S选择所述至少一个干扰子载波信号的相应的预编码的频域数据符号，获得相对于所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号的相应的干扰贡献；以及对所述至少一个干扰子载波信号的相应的预编码的频域数据符号进行译码，获得所述至少一个干扰子载波信号的频域数据符号；
对所述至少一个受干扰子载波信号的输入时域数据符号做第二变换，获得所述至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号；
所述对所述至少一个干扰子载波信号的时域数据符号做第二变换，包括：
通过相应的循环前缀去除矩阵从所述至少一个干扰子载波信号的每个输入时域数据符号中丢弃附加到所述至少一个受干扰子载波信号的每个输入时域数据符号的相应的第二循环前缀，以获得所述至少一个干扰子载波信号的相应的丢弃第二循环前缀的时域数据符号；
通过FFT矩阵
将所述至少一个干扰子载波信号的丢弃第二循环前缀的时域数据符号转换为所述至少一个干扰子载波信号的相应的丢弃第二循环前缀的频域数据符号，获得所述至少一个干扰子载波信号相应的预编码的频域数据符号；
所述对所述至少一个受干扰子载波信号的输入时域数据符号做第二变换，包括：
通过相应的循环前缀去除矩阵丢弃附加到所述至少一个受干扰子载波信号的每个输入时域数据符号的相应的第二循环前缀，获得所述至少一个受干扰子载波信号的相应的丢弃第二循环前缀的时域数据符号；以及
通过FFT矩阵
将所述至少一个受干扰子载波信号的丢弃第二循环前缀的时域数据符号转换为所述至少一个受干扰子载波信号的相应的丢弃第二循环前缀频域数据符号，获得所述至少一个受干扰子载波信号的频域数据符号。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，对所述至少一个干扰子载波信号的相应的预编码的频域数据符号进行译码，包括：
使用第一矩阵对所述至少一个干扰子载波信号的相应的预编码的频域数据符号进行译码。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
所述第一矩阵根据干扰系数矩阵获取，具体包括：
对干扰系数矩阵进行奇异值分解SVD分解为第一矩阵、对角矩阵和第二矩阵的因式分解，其中所述第二矩阵为所述发送器处获取，对所述至少一个干扰子载波信号的频域数据进行预编码的，预编码矩阵时所使用的矩阵。
21.一种通信装置，其特征在于，包括处理器，用于执行存储器中的存储的程序，当所述程序被执行时，使得所述装置执行如权利要求15至17任意一项所述的方法被执行。
22.一种通信装置，其特征在于，包括处理器，用于执行存储器中的存储程序，当所述程序被执行时，使得所述装置执行如权利要求18至20中任一项所述的方法被执行。
23.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机程序代码，当所述计算机程序代码在计算机上运行时，
如权利要求15至17中任一项所述的方法被执行；或者
如权利要求18至20中任一项所述的方法被执行。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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