CN117280661A - 使用离散长球序列的投影信号 - Google Patents

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CN117280661A CN202180098011.6A CN202180098011A CN117280661A CN 117280661 A CN117280661 A CN 117280661A CN 202180098011 A CN202180098011 A CN 202180098011A CN 117280661 A CN117280661 A CN 117280661A
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Abstract

各实施例涉及投影信号生成和接收。一种设备可以获取输入样本序列。所述设备还可以获取第一组序列，其中，所述第一组序列可以是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的。所述设备可以确定第一投影样本序列，包括将输入样本序列投影到所述第一组序列；所述设备可以根据所述第一投影样本序列生成信号。另一种设备可以确定信号的接收样本的窗口；将所述接收样本的窗口投影到所述第一组序列或者滤波所述接收样本的窗口，以得到第一样本序列；然后，可以根据所述第一样本序列对接收信号执行检测。

Description

使用离散长球序列的投影信号
技术领域
本公开一般地涉及无线通信领域。具体地，本公开的一些实施例涉及单音(single-tone)信号、多载波信号或多啁啾(multi-chirp)信号的生成和接收。
背景技术
无线通信信号可以在专用射频上发送，而且在一些应用中，可能希望生成频谱得到很好控制的信号，从而避免相邻频率上的信号或单个通信系统内的信号之间由于带外(out-of-band，OOB)发射而产生过度干扰，等等。无线通信可以基于包括调制单载波波的单音传输、包括调制多个子载波的多载波传输(例如，通过快速傅里叶逆变换(inverse fastFourier transform，IFFT)实现)或包括调制多个啁啾波形的多啁啾传输(例如，通过离散仿射傅里叶逆变换(inverse discrete affine Fourier transform，IDAFT)实现)。
发明内容
本发明内容简单介绍了一些概念，在具体实施方式中会进一步描述这些概念。本发明内容既不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
本公开的目的是能够在带外发射减少的情况下生成和接收信号。上述和其它目的可以通过独立权利要求的特征来实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。
根据第一方面，提供了一种用于生成信号的设备。所述设备可以用于获取输入样本序列，并且获取第一组序列。所述第一组序列可以是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的。所述设备还可以用于：确定第一投影样本序列，包括将所述输入样本序列投影到所述第一组序列；根据所述第一投影样本序列生成所述信号。该技术方案能够在带外发射减少的情况下生成频谱得到很好控制的信号。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述设备还可以用于获取第二组序列。所述第二组序列可以是基于与值在所述第一阈值和第二阈值之间的特征值相关联的离散长球序列的。为了确定所述第一投影样本序列，所述设备还可以用于：确定第二投影样本序列，包括将所述输入样本序列投影到所述第二组序列；从所述输入样本序列中减去所述第二投影样本序列。该技术方案降低了生成频谱得到很好控制的信号的复杂性。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一阈值可以为1-∈，所述第二阈值可以为∈，其中，∈在0和1/2之间。该技术方案提供了一种根据特征值的第一阈值和第二阈值在复杂性降低的情况下生成频谱得到很好控制的信号的实现方式。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一组序列或所述第二组序列可以包括频移离散长球序列。该技术方案能够生成以非零频率为中心的频谱得到很好控制的信号。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述离散长球序列可以包括长形矩阵BN,W的特征向量，其中，所述长形矩阵BN,W中的元素(m，n)为：
其中，(m,n)∈{1,…,N}2，N是所述输入样本序列的长度，W是所述信号的预期带宽，W在0和1/2之间。该技术方案能够根据具有特定带宽W的离散长球序列来生成频谱得到很好控制的信号。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一组序列的带宽可以包括相对于所述信号的预期带宽的带宽过剩。该技术方案可以减轻由输入样本序列投影到第一组序列而引起的失真。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述离散长球序列可以包括长形矩阵BN,W+ΔW的特征向量，其中，所述长形矩阵BN,W+ΔW中的元素(m，n)为：
其中，(m,n)∈{1,…,N}2，N是所述输入样本序列的长度，W是所述信号的预期带宽，W在0和1/2之间，ΔW是所述带宽过剩。该技术方案能够根据包括特定带宽过剩ΔW的离散长球序列来生成频谱得到很好控制的信号。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述设备还可以用于将发送变换应用于数据符号序列以得到所述输入样本序列。该技术方案改进了根据发送变换生成的信号的频谱控制。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述发送变换可以包括离散傅里叶逆变换或离散仿射傅里叶逆变换。该技术方案可以生成频谱控制得到改进的多载波信号或多啁啾信号。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述数据符号序列可以包括所述数据符号序列的边缘处的保护符号。该技术方案可以减轻由输入样本序列投影到第一组序列而引起的失真。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述设备还可以用于将循环前缀或啁啾周期前缀插入到所述输入样本序列中。该技术方案使得接收器能够应对无线信道的延迟扩展。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述设备还可以用于在所述输入样本序列的边缘处插入零值尾部样本。该技术方案可以减轻由输入样本序列投影到第一组序列而引起的失真。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述设备还可以用于将所述第一投影样本序列的尾部与前一投影输入样本序列和后一投影输入样本序列重叠相加。该技术方案可以在不降低频谱效率的情况下减轻由输入样本序列投影到第一组序列而引起的失真。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述设备还可以用于将零值后缀插入到所述第一投影样本序列中。该技术方案使得接收器能够应对无线信道的延迟扩展。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述设备还可以用于发送以下至少一者：所述带宽过剩的指示；所述保护符号的数量的指示；所述零值尾部样本的数量的指示。该技术方案能够在操作过程中调整带宽过剩、保护符号的数量或零值尾部符号的数量，从而优化不同无线信道条件或通信系统配置下的传输，等等。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述设备还可以用于：接收在接收器处配置的接收样本的窗口的长度的指示；根据所述在接收器处配置的接收样本的窗口的长度，确定所述带宽过剩、所述保护符号的数量和所述零值尾部符号的数量中的至少一者。该技术方案能够针对特定接收器调整带宽过剩、保护符号的数量或零值尾部符号的数量。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述设备还可以用于发送所述生成的信号。该技术方案使得生成的频谱得到很好控制的信号被发送到接收器。
根据第二方面，公开了一种用于接收信号的设备。所述设备可以用于确定所述接收信号的接收样本的窗口。所述接收信号可以包括输入样本序列到第一组序列的投影。所述第一组序列可以是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的。所述设备还可以用于：将所述接收样本的窗口投影到所述第一组序列或者对所述接收样本的窗口进行滤波，以得到第一样本序列；根据所述第一样本序列对所述接收信号执行检测。该技术方案能够在带外发射减少的情况下接收频谱得到很好控制的信号，同时削弱占用相邻频带的信号对该接收的干扰，即带外干扰。
根据所述第二方面的一种实现方式，为了将所述接收样本的窗口投影到所述第一组符号序列，所述设备还用于：确定第二投影样本序列，包括将所述接收样本的窗口投影到第二组序列，其中，所述第二组序列是基于与值在所述第一阈值和第二阈值之间的特征值相关联的离散长球序列的；从所述接收样本的窗口中减去所述第二投影样本序列。该技术方案降低了接收频谱得到很好控制的信号的复杂性。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述第一阈值可以为1-∈，所述第二阈值可以为∈，其中，∈在0和1/2之间。该技术方案提供了一种根据特征值的第一阈值和第二阈值在复杂性降低的情况下接收频谱得到很好控制的信号的实现方式。
根据所述第一方面的一种实现方式，所述第一组序列或所述第二组序列可以包括频移离散长球序列。该技术方案能够接收以非零频率为中心的频谱得到很好控制的信号。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述离散长球序列可以包括长形矩阵BN,W的特征向量，其中，所述长形矩阵BN,W中的元素(m，n)为：
其中，(m,n)∈{1,…,N}2，N是所述输入样本序列的长度，W是所述信号的预期带宽，W在0和1/2之间。该技术方案能够根据具有特定带宽W的离散长球序列接收频谱得到很好控制的信号。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述第一组序列的带宽可以包括相对于所述信号的预期带宽的带宽过剩。该技术方案可以减轻由输入样本序列投影到第一组序列而引起的失真。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述离散长球序列可以包括长形矩阵BN,W+ΔW的特征向量，其中，所述长形矩阵BN,W+ΔW中的元素(m，n)为：
其中，(m,n)∈{1,…,N}2，N是所述输入样本序列的长度，W是所述信号的预期带宽，W在0和1/2之间，ΔW是所述带宽过剩。该技术方案能够根据包括带宽过剩ΔW的离散长球序列接收频谱得到很好控制的信号。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述接收样本的窗口的长度可以大于或等于所述输入样本序列的长度。该技术方案能够削弱带外干扰。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述设备还可以用于：将接收变换应用于所述第一样本序列以得到变换后的样本序列；根据所述变换后的样本序列对所述接收信号执行检测。该方案能够接收根据发送变换生成的频谱控制得到改进的信号。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述接收变换可包括离散傅里叶逆变换或离散仿射傅里叶逆变换。该技术方案能够接收频率控制得到改进的多载波信号或多啁啾信号。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述设备还可以用于从所述变换后的样本序列中移除与保护符号对应的符号。该技术方案可以减轻由输入样本序列投影到第一组序列而引起的失真。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述设备还可以用于从所述第一样本序列的边缘移除与所述输入样本序列的零值尾部样本对应的样本。该技术方案可以减轻由输入样本序列投影到第一组序列而引起的失真。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述设备还可以用于从所述第一样本序列中移除与所述输入样本序列的循环前缀或啁啾周期前缀对应的样本。该技术方案使得设备能够应对无线信道的延迟扩展。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述设备还可以用于从所述第一样本序列中移除与零值后缀对应的样本。该技术方案使得设备能够应对无线信道的延迟扩展。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述设备还可以用于将所述第一样本序列中的与零值后缀对应的样本与所述第一样本序列的相对边缘处的样本重叠相加。该技术方案使得设备能够应对无线信道的延迟扩展。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述设备还可以用于：根据Nw点离散傅里叶变换和Nw点离散傅里叶逆变换的级联，对所述接收样本的窗口进行滤波以得到所述第一样本序列，其中，Nw>N+NCP/ZP，Nw是所述接收样本的窗口的长度，N是所述输入样本序列的长度，NCP/ZP是循环前缀或零值后缀的长度；在所述Nw点离散傅里叶变换的输出处，将与干扰信号对应的频率音调处的符号设置为零。该技术方案可以在计算复杂性相对较低的情况下削弱投影单音信号或任何需要低复杂性接收器的投影信号的带外干扰。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述设备还可以用于接收以下中的至少一者：所述带宽过剩的指示；所述保护符号的数量的指示；所述零值尾部样本的数量的指示。该技术方案能够在操作过程中调整带宽过剩、保护符号的数量或零值尾部符号的数量，从而优化不同无线信道条件或通信系统配置下的传输，等等。
根据所述第二方面的一种实现方式，所述设备还可以用于发送所述接收样本的窗口长度的指示。该方案可以调整设备的带宽过剩、保护符号的数量或零值尾部符号的数量。
根据第三方面，公开了一种方法。所述方法可以包括获取输入样本序列以及获取第一组序列。所述第一组序列可以是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的。所述方法还可以包括：确定第一投影样本序列，包括将所述输入样本序列投影到所述第一组序列；根据所述第一投影样本序列生成所述信号。该技术方案能够在带外发射减少的情况下生成频谱得到很好控制的信号。
根据第四方面，公开了一种方法。所述方法可以包括确定所述信号的接收样本的窗口。所述信号可以包括输入样本序列到第一组序列的投影。所述第一组序列可以是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的。所述方法还可以包括将所述接收样本的窗口投影到所述第一组序列或者对所述接收样本的窗口进行滤波，以得到第一样本序列；根据所述第一样本序列对所述接收信号执行检测。该技术方案能够在带外发射减少的情况下接收频谱得到很好控制的信号，同时削弱占用相邻频带的信号对该接收的干扰。
根据第六方面，提供了一种计算机程序。所述计算机程序可以包括程序代码，当所述计算机程序在计算机上执行时，所述程序代码用于执行所述第三方面或所述第四方面的方法的任一种实现方式。
因此，本公开的实现方式可以提供用于生成或接收一个或多个投影波形的设备、方法和计算机程序。任一种实现方式都可以与一个或多个其它实现方式组合。根据下文描述的一个或多个示例性实施例，本公开的这些和其它方面是显而易见的。
附图说明
附图用于提供对示例性实施例的进一步理解，并构成本说明书的一部分，这些附图示出了示例性实施例，并与说明书一起帮助解释示例性实施例。在附图中：
图1示出了根据本公开实施例的通信系统的示例；
图2示出了用于实现本公开一个或多个实施例的设备的示例；
图3示出了根据本公开实施例的通过输入符号的投影而生成信号的设备的示例；
图4示出了根据本公开实施例的投影尾部的重叠相加的示例；
图5示出了根据本公开实施例的用于接收投影信号的设备的示例；
图6示出了根据本公开实施例的通过多载波信号的投影来生成信号的设备的示例；
图7示出了根据本公开实施例的用于接收投影多载波信号的设备的示例；
图8示出了根据本公开实施例的通过多啁啾信号的投影来生成信号的设备的示例；
图9示出了根据本公开实施例的用于接收投影多啁啾信号的设备的示例；
图10示出了根据本公开实施例的通过多载波信号的投影和时域符号尾部重叠来生成信号的设备的示例；
图11示出了根据本公开实施例的通过时域符号尾部重叠来接收投影多载波信号的设备的示例；
图12示出了根据本公开实施例的通过多啁啾信号的投影和时域符号尾部重叠来生成信号的设备的示例；
图13示出了根据本公开实施例的通过时域符号尾部重叠来接收投影多啁啾信号的设备的示例；
图14示出了根据本公开实施例的通过单音信号的投影和时域符号尾部重叠来生成信号的设备的示例；
图15示出了根据本公开实施例的通过时域符号尾部重叠来接收投影单音信号的设备的示例；
图16示出了根据本公开实施例的用于生成信号的方法的示例；
图17示出了根据本公开实施例的用于接收信号的方法的示例。
在附图中，类似的附图标记用于表示类似的部件。
具体实施方式
下面详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。下面结合附图提供的详细描述旨在作为对本实施例的描述，并不意图表示本示例可以被构造或使用的唯一形式。描述阐述了示例的功能以及构建和操作示例的操作顺序。但是，相同或等效的功能和序列可以通过不同的示例来实现。
在一些应用中，由于以下原因使无线通信信号的频谱得到很好控制可能是有益的：用于通信的可用频谱可能具有希望免受无线电干扰的“孔”，或者具有不同要求和传输特性的服务可以提供在相邻的频带上，等等。另一方面，可能希望通过减少不同信号之间的保护带的开销来提高频谱效率。因此，本公开的实施例提供了与上述要求兼容同时实现低复杂性传输和检测的多载波、多啁啾和单音波形。所公开的波形可以根据多载波、多啁啾或单音通信信号中的每个符号的信号在与信号的长度和预期带宽相关联的Slepian基的子集的跨度上的精确或近似正交投影来生成，如下详述。
根据实施例，一种设备可以获取输入样本序列。所述设备还可以获取第一组序列，其中，所述第一组序列可以是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的。因此，所述第一组序列的频谱得到很好控制。所述设备可以确定第一投影样本序列，包括将所述输入样本序列投影到所述第一组序列；所述设备可以根据所述第一投影样本序列生成信号。这样可以生成频谱得到很好控制的调制信号，因此可以提高数据传输效率的频谱效率。另一种设备可以确定所述信号的接收样本的窗口；将所述接收样本的窗口投影到所述第一组序列或者对所述接收样本的窗口进行滤波，以得到第一样本序列；然后，可以根据所述第一样本序列对所述接收信号执行检测。这样能够在接收性能提高的情况下接收频谱得到很好控制的信号。
图1示出了根据本公开实施例的通信系统100的示例。通信系统100可以包括发送器110、传输信道120和接收器130。发送器110根据数据符号s0至生成发送信号，其中，Ns是携带有效载荷数据的数据符号的数量。另外，还可能存在保护数据符号，例如，保护带符号，这些符号可以分配有零。发送器110可以根据发送变换和到一组序列的投影来生成信号。投影的输入符号序列可以包括发送变换的输出。
发送信号可以通过传输信道120来馈送，传输信道120可以通过信道矩阵H来建模。噪声可以通过在传输信道120之后添加的加性高斯白噪声来建模。接收器130可以通过对接收信号执行符号检测来确定输入符号至/>的估计。
频谱得到很好控制的信号可以根据离散长球序列(discrete prolatespheroidal sequence，DPSS)来获取。DPSS可以与长度N和带宽W相关联。(N,W)-DPSS可以作为长形矩阵BN,W的特征向量来得到，其中，长形矩阵中的元素(m,n)为：
因此，m和n的范围都可以为1～N。标记法(0,1/2)可以表示0～1/2的开区间，因此(归一化)带宽W可以在0和1/2之间(0<W<1/2)。
被定义为BN,W的第l个特征向量，/>被定义为关联的特征值(其索引使得/>随着l而递减)。此外，SN,W被定义为第l列为/>的N×N正交矩阵。当∈∈(0,1/2)时，/>被定义为包括满足∈≤/>的序列/>的矩阵。同样，(0,1/2)可以表示0～1/2的开区间，因此参数∈的值可以在0和1/2之间(0<∈<1/2)。类似地，/>被定义为包括满足的序列/>被定义为包括满足/>的序列/>然后，矩阵SN,W可以表示为/>长形矩阵BN,W的特征向量也可以称为Slepian基。
需要说明的是，接近1的序列/>的大部分能量都在离散时间傅里叶变换(discrete-time Fourier transform，DTFT)域的预期频带(-W,W)内。/>中的列具有接近∈的带外发射(out-of-band emission，OOBE)(或频谱泄漏)功率电平。因此，信号矢量在中的列的跨度上的正交投影可以用于将该信号矢量的OOBE电平降低到∈。
此外，从DTFT域的具有带宽(-W,W)的有限带宽无限长离散时间信号中截断的N个连续样本的矢量(序列)可以通过其在范围上的正交投影而被近似到接近∈的小归一化均方误差(mean squared error，MSE)。因此，计算这些信号矢量在/>中的列的跨度上的正交投影可以通过从矢量中减去其在矩阵/>中的列的跨度上的投影来近似。后一种投影可以在复杂性降低的情况下计算，因为在许多应用中，/>中的列少于/>中的列。
因此，本公开的实施例提供了一种用于处理多载波通信信号以使这些信号的频谱得到很好控制的方法。与单纯的加窗或滤波(例如，滤波OFDM)相比，本公开的实施例是基于将多载波信号中的片段正交投影到Slepian基的子集的跨度上的。此外，还公开了高效近似这种正交投影操作的方法，以降低其计算复杂性。因此，馈送到正交投影模块(或馈送到接近正交投影模块的模块)的信号中的每个数据符号可以由Slepian基的使用的子集的矢量来携带。例如，由于所公开的投影操作，每个数据符号可以由投影中涉及的Slepian矢量(离散长球序列)的线性组合来携带。此外，其它特征，包括附加到信号片段(馈送到投影模块)的零尾部或插入在数据符号之间的空符号，所涉及的Slepian矢量的最终线性组合可以继承输入多载波信号的有用属性，也就是说，投影信号接近多载波波形，而同时，与输入多载波信号相比，投影改进了频谱控制。因此，本公开的实施例能够以低复杂性生成和接收投影到Slepian基的子集的信号。此外，还公开了减少这种投影的不利影响的方法。
图2示出了用于实现一个或多个实施例的设备200的示例。例如，设备200可以用于生成投影信号或接收投影信号。设备200可以包括至少一个处理器202。该至少一个处理器202可以包括，例如，各种处理设备中的一个或多个，例如，协处理器、微处理器、控制器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、包括或不包括伴随DSP的处理电路，或者包括集成电路的各种其它处理设备，这些集成电路包括专用集成电路(applicationspecific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gatearray，FPGA)、微控制器单元(microcontroller unit，MCU)、硬件加速器、专用计算机芯片，等等。
设备200还可以包括至少一个存储器204。存储器204可以用于存储计算机程序代码等，例如，操作系统软件和应用软件。存储器204可以包括一个或多个易失性存储设备、一个或多个非易失性存储设备和/或其组合。例如，存储器可以体现为磁存储设备(例如，硬盘驱动器、磁带等)、光磁存储设备或半导体存储器(例如，掩模型ROM、可编程ROM(programmable ROM，PROM)、可擦除PROM(erasable PROM，EPROM)、闪存ROM、随机存取存储器(random access memory，RAM)等)。
设备200还可以包括通信接口208，通信接口208用于使设备200能够发送和/或接收信息。通信接口208可以包括内部通信接口，例如，发送器、接收器或收发设备中的基带电路和射频(radio frequency，RF)电路之间的接口。替代地或另外，通信接口208可以用于提供至少一个外部无线连接，例如，3GPP移动宽带连接(例如，3G、4G、5G或下一代)；例如，由IEEE 802.11系列或Wi-Fi联盟标准化的无线局域网(wireless local area network，WLAN)连接；短距离无线网络连接，例如，蓝牙连接。因此，通信接口208可以包括一个或多个天线，以使射频信号能够在空中发送和/或接收。
设备200还可以包括其它组件和/或功能，例如，包括至少一个输入设备和/或至少一个输出设备的用户接口(未示出)。输入设备可以采取各种形式，例如，键盘、触摸屏或一个或多个嵌入式控制按钮。例如，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动马达等。
当设备200用于实现某种功能时，该设备中的一个组件和/或一些组件(例如，至少一个处理器202和/或至少一个存储器204)可以用于实现这种功能。此外，当至少一个处理器202用于实现某种功能时，这种功能可以使用包括在至少一个存储器204等中的程序代码206来实现。
本文中描述的功能可以至少部分地由一个或多个计算机程序产品组件(例如，软件组件)来执行。根据实施例，设备200包括处理器或处理电路，例如，微控制器，该处理器或处理电路在执行时由程序代码206配置来执行本文中描述的操作和功能的实施例。替代地或另外，本文中描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件执行。例如，在没有限制的情况下，可以使用的硬件逻辑组件的示例性类型包括现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、专用集成电路(application-specific integratedcircuit，ASIC)、专用标准产品(application-specific standard product，ASSP)、片上系统(system-on-a-chip，SOC)、复杂可编程逻辑器件(complex programmable logicdevice，CPLD)和图形处理单元(graphics processing unit，GPU)，等等。
设备200可以用于执行本文中描述的一种或多种方法或包括用于执行本文中描述的一种或多种方法的构件。在一个示例中，这些构件包括至少一个处理器202、包括程序代码206的至少一个存储器204。当程序代码206由该至少一个处理器202执行时，使得设备200执行一种或多种方法。
设备200可以包括计算设备，例如，调制器芯片、解调器芯片、基带芯片、移动电话、平板电脑、笔记本电脑、物联网设备、基站，等等。尽管设备200被示出为单个设备，但应当理解，在适用的情况下，设备200的功能可以分配到多个设备，例如，分配在发送器、接收器或收发器中的组件之间。
图3示出了根据本公开实施例的通过输入符号的投影来生成信号的设备的示例。设备500可以包括在发送器110处，例如，作为接收器130中的基带电路内的调制器。但是，需要说明的是，在实际实现时，并非所有示出的功能或模块都可以包括在内。图3示出了设备300的一般框图的示例。图6、图8、图10、图12和图14提供了设备300的其它实施例。
如上所述，频谱得到很好控制的信号可以根据离散长球序列(discrete prolatespheroidal sequence，DPSS)来获取。因此，设备300可以包括用于将输入信号投影到DPSS的子集的投影模块330。投影模块330可以将输入符号序列作为输入。输入符号可以包括复值符号。通过任何合适的方式，例如，通过将发送变换310应用于数据符号序列，随后可选地应用前缀插入320，可以获取到输入符号序列。发送变换310可以包括N点发送变换，例如，快速傅里叶逆变换(inverse fast Fourier transform，IFFT)或离散仿射傅里叶逆变换(inverse discrete affine Fourier transform，IDAFT)。例如，多载波OFDM信号可以通过将发送变换310设置为IFFT模块来获取。当IFFT模块的输入处只有一个数据符号是非零时，单音信号可以从OFDM的相同框图中获取。多啁啾信号可以通过将发送变换310设置为IDAFT模块来获取。
设备300可以获取第一组序列。输入符号序列可以在投影模块330处被投影到第一组序列。第一投影符号序列可以作为投影模块330的输出来得到。该组序列可以在设备300处预配置或在生成信号时根据从另一设备(例如，接收器130)接收到的信令信息等确定。然后，设备300可以根据第一投影序列，例如，根据并串(parallel-to-serial，P/S)转换350和前面可选的零填充(zero-padding，ZP)后缀插入和/或尾部重叠相加模块340，生成信号。
考虑序列(矢量)x包括多载波、多啁啾或单音通信信号的一个符号的N>1个时域样本，还可能包括循环前缀(cyclic prefix，CP)或其它类型前缀和零填充的样本。该信号可以用于占用频带(-W,W)以通过Ns个数据符号的序列s携带有效载荷数据。将Ntrans≥Ns(“trans”表示变换，用于生成信号的线性变换的大小)定义为信号可以承载的数据符号的总数。例如，在使用傅里叶逆变换(inverse Fourier transform，IFFT)生成多载波信号的实施例中，trans＝FFT。当前假设As是Ntrans×Ns矩阵，由 给出，定义了数据符号s在整个多载波或多啁啾符号中的位置，其中，/>是大小为Ns×Ns的单位矩阵。在没有循环前缀和零填充的OFDM多载波系统中，N＝NFFT，/>其中，FN是N点离散傅里叶变换(discrete Fourier transform，DFT)矩阵。在没有前缀和零填充的基于离散仿射傅里叶变换(discrete affine Fourier transform，DAFT)的多啁啾系统中，/>其中，ΦN是N点DAFT矩阵。
限制序列x的频谱泄漏可以例如通过以下方式实现：将序列x投影到与中的列的跨度对应的第一组序列，以确定第一投影符号序列/>其中，∈∈(0,1/2)。因此，第一组序列可以包括或基于与值大于第一阈值(例如，1-∈)的特征值相关联的离散长球序列。/>中的列(因此也是信号/>中的列)的OOBE的功率接近∈。因此，如果选择的参数∈足够小，则投影序列/>可以具有非常好的频谱控制。由于矩阵大约有/>列，因此所提出的投影过程的计算复杂性为/>
根据实施例，得到第一投影符号序列的上述投影可以通过以下方式近似：将输入符号序列投影到第二组序列，并且从输入符号序列中减去得到的第二投影序列。降低了复杂性的上述正交投影的近似是基于以下观察结果的：
-大约有/>列。
-从离散时间傅里叶变换(DTFT)域的具有带宽(-W,W)的有限带宽无限长离散时间信号中截断的N个连续样本的序列可以通过其在上的正交投影而被近似到接近∈的小归一化均方误差(mean squared error，MSE)。
因此，第二组序列可以通过选择与第一阈值和第二阈值之间的特征值相关联的DPSS来获取。第一阈值可以为1-∈，第二阈值可以为，其中，∈∈(0,1/2)。由于与多载波、多啁啾或单音通信信号的一个符号对应的N个样本的序列x可以看作DTFT域的具有带宽(-W,W)的有限带宽无限长离散时间信号中的N个连续样本，上述两个属性适用于序列x，这表示可以通过计算来将第一投影符号序列/>近似到∈MSE。由于大约有/>列，因此可以通过x-/>计算第一投影符号序列，计算复杂性为/>这比N2小得多，其中，N和∈的值可以具有实际意义。
根据实施例，第一组序列或第二组序列可以包括频移DPSS。上述分析以假设信号占用频带(-W,W)(即以零频率为中心的频带)为基础。但是，这些方法也可以应用于以任何(归一化)频率fc∈(0,1)为中心的带宽2W∈(0,1)的信号。对于此类信号，上述投影或其近似可以通过调制(频移)的DPSS和/>来应用，其中，N1,1-∈是/>中的列数，N1-∈，∈是/>中的列数，⊙表示哈达马(Hadamard)(元素)积，/>表示克罗内克尔(Kronecker)积，/>是具有数字频率fc的离散时间复指数信号中的长度为N的样本矢量。一般而言，第一组序列和/或第二组序列可以包括通过上述频率偏移等从DPSS的一个或多个子集中获取的序列。
如上所述，DPSS可以包括长形矩阵BN,W的特征向量，其中，长形矩阵[BN,W]m,n中的元素(m，n)包括：
其中，索引(m,n)∈{1,…,N}2(m和n的范围都为1～N)，N是输入符号序列的长度，W∈(0,1/2)是信号的预期带宽。但是，所公开的投影或近似在产生具有非常低的OOBE电平的信号时，导致由处理后的多载波、多啁啾或单音通信信号承载的数据符号存在的端到端输入-输出关系被修改。这种修改可以通过使用以下附加参数中的一个或多个来控制：在发送变换310之前插入在数据符号序列的边缘处的空(保护)数据符号的数量Ng≥0、在投影模块330中应用的带宽过剩ΔW≥0和插入在投影模块330的输入处的输入符号序列的边缘处的时域尾部符号的数量Δ≥0。
根据实施例，第一组序列的带宽可以包括相对于信号的预期带宽W的带宽过剩ΔW≥0。在本实施例中，DPSS可以包括长形矩阵BN,W+ΔW的特征向量，其中，长形矩阵[BN,W+ΔW]m,n中的元素(m，n)包括：
因此，可以假设信号带宽等于2(W+ΔW)而不是等于2W。这样能够为投影引起的修改保留一些频带，这可能主要影响信号频带的边缘，例如，多载波传输中的信号频带的边缘处的子载波。因此，ΔW使用非零值将投影操作的影响限制在信号频带的边缘。在与频率过剩ΔW对应的频谱的部分中，OOBE电平可能会略有增加，但与非投影信号相比，得到的信号的频谱浓度还可以提高。通过使用频移的DPSS和带宽过剩参数ΔW，在所公开的投影操作中使用的矩阵可以表示为或/>但是，需要说明的是，fc和/或ΔW在一些实施例中可以设置为零。
根据实施例，数据符号序列可以包括数据符号序列的边缘处的保护数据符号。因此，除了承载有效载荷数据的数据符号s0至之外，Ng/2个保护数据符号还可以插入在发送变换310的输入处的数据符号s0至/>的序列的每个边缘处。Ng个保护数据符号的值可以设置为零(空)。因此，设置Ng>0可以包括将发送侧的总共Ntrans个符号中的一些数据符号置空(不使用)。对应的符号可以在接收侧丢弃。在多载波实施例中，可以选择空符号以占用边缘子载波，即，受投影操作影响最大的子载波，使得剩余的非空数据符号在接收器130处接收时，它们的端到端信号模型没有变化或变化很小。结合ΔW≥0，本实施例能够进一步限制投影操作的影响。
根据实施例，设备300可以在输入符号序列的边缘处插入尾部符号。尾部符号可以包括零值符号。尾部符号可以插入在投影模块330的输入处。输入符号序列的每侧的尾部符号的数量可以表示为Δ。因此，尾部符号的数量可以等于2Δ。零填充后缀可以插入在模块340处，而不是重叠相加操作，如下详述。
图4示出了根据本公开实施例的投影尾部重叠相加的示例。当在时域中使用每侧的Δ长的尾部来填充投影模块330的输入符号序列时，包括投影符号序列的投影的输出符号块可以在模块340处与包括前一投影符号序列和后一投影符号序列的前一输出符号块和后一输出符号块重叠相加。重叠相加可以包括将Δ长的尾部与相邻符号块的边缘处的Δ个非尾部样本重叠。使用非零尾部长度Δ能够将投影操作的影响限制在信号区间的边缘处的样本。但是，这会产生具有非零尾部的后投影信号片段，这些非零尾部与前一符号块和后一符号块重叠，从而产生一定水平的符号间干扰(inter-symbol interference，ISI)。但是，实际上，ISI水平足够小，不会导致数据检测性能出现任何显著下降。
返回参考图3，设备300可以向接收器130发送关于传输参数的信息。例如，设备300可以发送以下至少一个内容：带宽过剩ΔW的指示、保护数据符号的数量Ng(或Ng/2)的指示和零值尾部符号的数量Δ(或2Δ)的指示。这使得接收器130能够使用一个或多个动态可变传输参数对信号进行解码。设备300还可以从接收器130接收一个接收处理窗口的长度Nw(“w”表示“窗口”)的指示。上述参数(ΔW、Ng、Δ)中的一个或多个可以根据接收处理窗口的长度确定。接收器130可以根据其复杂性或延迟约束等选择Nw，并且将所选择的Nw发送给发送器110。发送器110可以确定Δ的值，使得该值满足N+2Δ≤Nw。例如，发送器可以选择Δ＝(Nw-N)/2。如果得到的Δ的值足够大，能避免由于投影步骤而引起的失真，则发送器可以设置Ng＝0和ΔW＝0。如果得到的Δ的值不够大，则Ng和/或ΔW可以增加到零以上，以减轻失真，同时不超过某个预定义上限，例如，和ΔW＝0.1W。因此，发送器110可以响应于确定Δ的选定值存在残余投影失真而选择Ng>0和/或ΔW>0。Ng和/或ΔW的值可以使用一个或多个预定义值为上限。
设备300还可以用于输出生成的信号，例如，输出到发送器110的其它处理级，或者通过至少一个天线将生成的信号经由空口发送到接收器130。设备300能够生成频谱得到很好控制的投影信号，因此能够减少带外发射。设备300还能够减少由带宽过剩、保护数据符号和/或尾部符号的投影引起的失真。在时间色散信道的情况下，前缀能够实现低复杂性均衡。
图5示出了根据本公开实施例的用于接收投影信号的设备的示例。设备500可以包括在接收器130处，例如，作为接收器130中的基带电路内的解调器。但是，需要说明的是，在实际实现时，并非所有示出的功能或模块都可以包括在内。设备500可以通过至少一个天线经由空口或从接收器130的先前处理级等接收由设备300生成的信号。图5示出了设备500的一般框图的示例。图7、图9、图11、图13和图15提供了设备500的其它实施例。
设备500可以包括串并(serial-to-parallel，S/P)转换510、带外(out-of-band，OOB)干扰衰减模块520、前缀移除或后缀重叠相加模块530、接收变换540和/或检测模块550。串并转换510可以对接收信号中的Nw个样本的块进行操作，这些块对应于长度为Nw≥N的样本的接收处理窗口，该窗口可以按顺序以每个(多载波、多啁啾或单音)符号的时域样本为中心，以获得Nw长的接收样本的矢量y。替代地，OOB干扰衰减模块520可以定义接收符号的窗口。
OOB干扰衰减模块520可以将接收符号的窗口投影到第一组序列，以得到第一符号序列作为OOB干扰衰减模型520的输出。如上所述，第一组序列可以是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的DPSS的。投影可以根据来进行计算，或者通过即基于从接收符号的窗口中减去接收符号的窗口的第二投影序列来对此线性投影进行近似。确定第二投影序列可以包括将接收符号的窗口投影到第二组序列，其中，第二组序列是基于与第一阈值和第二阈值之间的特征值相关联的DPSS的。替代地，OOB干扰衰减模块520可以对接收符号的窗口进行滤波。例如，OOB干扰衰减可以通过使用以下方式对上述投影的影响进行近似来实现：计算y的Nw点FFT，将与干扰信号的子带和Ng个空保护子载波的位置对应的Nw点DFT频域样本设置为零(在进行多载波传输和Ng>0的实施例中)，并且将Nw点IFFT应用于得到的样本。通过以下方式也可以应用对上述投影的影响的其它近似：例如，使用通带覆盖归一化频率的区间(fc-W,fc+W)的任何合适的滤波器来对接收信号执行滤波操作。
由于上述操作是线性的，因此输入-输出关系可以写成：
yd＝ARxHATxs+w。
这里，yd(“d”表示“检测”)是OOB干扰衰减模块520的输出处的要用于数据检测的噪声样本的矢量(参见第一符号序列)。在Δ＝0的实施例中，术语w可以表示加性热噪声。在Δ>0的实施例中，术语w可以表示加性热噪声和由于Δ长的符号的尾部重叠而产生的残余符号间干扰。矩阵H是信道矩阵，而ATx和ARx是分别表示发送侧投影和接收侧投影对输入-输出关系的影响的矩阵。
例如，在Δ＝0、Ng＝0、Nw＝N＝NFFT的多载波实施例中，矩阵H是N×N频域信道矩阵。如果使用了精确的投影操作，则
否则，如果在发送器110和接收器130处都使用了所公开的低复杂性近似投影操作，则
/>
这里，FN是N点离散傅里叶变换(discrete Fourier transform，DFT)矩阵，As是N×Ns矩阵，由 给出，其中，Ns是矢量s的长度，0是全零子矩阵。
前缀移除或ZP后缀重叠相加模块530可以将第一符号序列作为输入，例如，由OOB干扰衰减模块520输出的投影或滤波符号序列。与第一符号序列的边缘处的输入符号序列(其在发送器110处进行投影)中的零值尾部符号对应的符号可以在OOB干扰衰减模块520的输出处被移除或丢弃。ZP后缀可以根据重叠相加(overlap-add，OLA)算法而被移除。OLA算法可以包括将在ZP后缀的位置上接收的样本与在数量等于后缀样本的数量的数据样本的位置上接收的样本相加，这些后缀样本位于模块530的相反边缘输入处。替代地，模块530可以移除与输入符号序列的啁啾周期前缀的循环前缀对应的符号。
接收变换540可以包括将N点接收变换应用于第一符号序列(yd)，前缀移除或ZP后缀重叠相加模块530已经处理过第一符号序列。例如，接收变换540可以包括快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)或离散仿射傅里叶变换(discrete affine Fouriertransform，DAFT)。接收变换540能够接收根据发送变换和投影生成的信号，例如，投影多载波或多啁啾信号。
在检测模块540处，可以根据作为接收变换540的输出而得到的变换符号序列对接收信号执行检测。根据复杂性约束和所设计的参数选择，检测模块550可以是简单的均衡器，其中，检测仅基于信道矩阵H，例如，基于多载波实施例中的H的主对角线上的元素的一抽头均衡。替代地，根据有效信道矩阵使用检测方法，例如，迫零(zeroforcing，ZF)/>检测或最小均方误差(minimum mean squarederror，MMSE)/>检测(其中，噪声信号比值为σ2)，检测模块550可以考虑矩阵ATx和ARx的值。检测模块540可以提供携带有效载荷的发送数据符号/>的估计作为输出。
设备500可以将在设备500处配置的接收符号的窗口(接收处理窗口)的长度Nw的指示发送给发送器110。根据该信息，发送器110可以确定参数ΔW、Ng或Δ中的一个或多个。设备500可以接收以下至少一个传输参数信息：带宽过剩ΔW的指示、保护数据符号的数量Ng(或Ng/2)的指示和零值尾部符号的数量Δ(或2Δ)的指示。根据接收到的传输参数信息，设备500可以配置OOB干扰衰减模块520或移除与尾部或保护带符号对应的符号。这使得接收器130能够使用一个或多个动态可变传输参数对接收信号进行解码。设备500能够接收频谱得到很好控制的投影信号，并且通过带宽过剩、保护带样本和/或尾部符号来减轻投影的影响。
图6示出了根据本公开实施例的通过多载波信号的投影来生成信号的设备的示例。在本实施例中，Δ＝0、ΔW≥0和Ng≥0。设备600中的发送变换模块310可以包括NFFT点IFFT块。因此，在应用发送投影操作时使用的N的值可以是N＝NFFT。例如，投影可以使用低复杂性操作x-来完成，其中，x包括输入到投影模块330的输入符号序列。如图所示，投影可以替代地表示为：
其中，输入包括输入到投影模块330的输入符号序列，在本示例中是IFFT的输出。但是，需要说明的是，结合本公开任一实施例描述的任何投影操作可以通过精确投影到基于DPSS的序列的相关子集或其任何合适的近似来执行。
从每个投影操作得到的NFFT个样本对应于不同的输入符号序列，该NFFT个样本可以在传输之前可选地在模块340处填充零。例如，在作为投影模块330的输出而得到的每个投影符号序列之后可以是NZP个零/空样本。这使得接收端能够应对无线信道引起的延迟扩展。设备600能够生成频谱得到很好控制的多载波投影信号。设备600还能够利用带宽过剩和/或保护数据符号来减轻由投影引起的失真。零填充后缀能够在没有循环前缀或尾部符号的情况下对时间色散信道进行低复杂性均衡。
图7示出了根据本公开实施例的用于接收投影多载波信号的设备的示例。设备700可以用于接收由设备600生成的信号。因此，传输参数可以取值Δ＝0、ΔW≥0和Ng≥0。OOB干扰衰减模块520可以根据下式计算接收信号的投影：
其中，输入包括接收样本的窗口。请注意，设备700可以在考虑NZP个样本的ZP后缀的矩阵维度上进行操作。因此，在设备700处用作投影目标的一组基于DPSS的序列的长度可以是NFFT+NZP。
可以在模块530处移除零前缀。例如，重叠相加操作可以应用于在零填充后缀的位置上接收到的样本。例如，与零值后缀对应的符号可以与作为OOB干扰衰减模块520的输出而得到的第一符号序列的相反边缘处的符号重叠相加。因此，频域信道矩阵H可能会变得接近对角线，从而实现简单的均衡。接收变换模块540可以包括NFFT点IFFT块。
如果ΔW和Ng的值足够大，则检测模块550可以是简单的均衡器，其中，检测仅基于信道矩阵H，例如，基于H的主对角线上的元素的一抽头均衡。但是，根据有效信道矩阵使用检测方法，例如，迫零(zero forcing，ZF)/>检测或最小均方误差(minimum mean squared error，MMSE)/>检测(其中，噪声信号比值为σ2)，检测模块550还可以考虑矩阵ATx和ARx的值。设备700能够接收频谱得到很好控制的投影多载波信号，并且通过带宽过剩和/或保护带样本来减轻投影的影响。
图8示出了根据本公开实施例的通过多啁啾信号的投影来生成信号的设备的示例。在本实施例中，传输参数的值可以是Δ＝0、ΔW≥0和Ng≥0。发送变换模块310可以包括NDAFT点IDAFT块。因此，用于应用投影操作的N的值可以是N＝NDAFT。从发送侧的每个投影操作得到的N个样本可以再次在传输之前可选地在模块处填充零，类似于设备600。例如，投影可以根据下式来计算：
其中，输入包括输入到投影模块330的输入符号序列，在本示例中是IDAFT的输出。设备800能够生成频谱得到很好控制的投影多啁啾信号。设备800还能够利用带宽过剩和/或保护数据符号来减轻由投影引起的失真。零填充后缀能够在没有啁啾周期前缀或尾部符号的情况下对时间色散信道进行低复杂性均衡。
图9示出了根据本公开实施例的用于接收投影多啁啾信号的设备的示例。设备900可以用于接收由设备800生成的信号。因此，传输参数可以取值Δ＝0、ΔW≥0和Ng≥0。接收变换模块540可以包括NDAFT点DAFT块。OOB干扰衰减模块520可以根据下式计算接收信号的投影：
其中，输入包括接收样本的窗口。与设备700类似，设备900可以考虑矩阵维度上的NZP个样本的ZP后缀。因此，在设备900处用作投影目标的一组基于DPSS的序列的长度可以是NDAFT+NZP。与设备700类似，重叠相加操作可以在模块530处应用于在零填充后缀的位置上接收的样本，使得DAFT域信道矩阵H变得接近循环，以促进简单的均衡。如果ΔW和Ng的值足够大，则通过使用任何合适的多啁啾检测架构等，检测模块550可以是忽略施加的投影影响的简单均衡器。但是，根据有效信道矩阵使用检测方法，例如，迫零(zeroforcing，ZF)/>检测或最小均方误差(minimum mean squarederror，MMSE)/>检测(其中，噪声信号比值为σ2)，检测模块550也可以考虑矩阵ATx和ARx的值。设备900能够接收频谱得到很好控制的投影多啁啾信号，并且通过带宽过剩和/或保护带样本来减轻投影的影响。
图10示出了根据本公开实施例的通过多载波信号的投影和时域符号尾部重叠来生成信号的设备的示例。在本实施例中，传输参数可以取值Δ>0、ΔW≥0和Ng≥0。设备1000中的发送变换模块310可以包括NFFT点IFFT块。在投影模块330处应用投影操作时使用的输入符号序列的长度N可以是N＝NFFT+NCP+2Δ，其中，NCP是循环前缀(cyclic prefix，CP)的长度。因此，在模块320处插入循环前缀之后，并且在投影模块330的输入处得到的符号序列的每侧使用Δ长的零尾部来填充得到的样本之后，正交投影可以应用于每个OFDM符号的信号。例如，投影可以根据下式来计算：
其中，输入包括输入到投影模块330的输入符号序列，在本示例中是模块320处的循环前缀插入的输出。投影多载波符号的尾部可以在模块340处与前一多载波符号和后一多载波符号重叠相加。设备1000能够生成频谱得到很好控制的投影多载波信号。设备1000还能够利用带宽过剩、保护数据符号和/或尾部符号来减少由投影引起的失真。在时间色散信道的情况下，循环前缀能够实现低复杂性均衡。
图11示出了根据本公开实施例的通过时域符号尾部重叠来接收投影多载波信号的设备的示例。设备1100可以用于接收由设备1000生成的信号。传输参数可以取值Δ>0、ΔW≥0和Ng≥0。OOB干扰衰减模块520可以例如根据下式计算接收信号的投影：
其中，输入包括接收样本的窗口。在OOB干扰衰减模块520处使用的N的值可以是N＝NFFT+NCP+2Δ。接收变换模块540可以包括NFFT点FFT。循环前缀可以在模块530处移除，以减少连续多载波符号之间的干扰。由于使用了尾部符号(Δ>0)，数据符号的检测可以在检测模块550处(根据OOB干扰衰减模块520的输出处的样本)通过使用一抽头频域均衡器等完成，同时忽略所应用的投影的影响。设备1100能够接收频谱得到很好控制的投影多载波信号，并且通过带宽过剩、保护带样本和/或尾部符号来减轻投影的影响。
图12示出了根据本公开实施例的通过多啁啾信号的投影和时域符号尾部重叠来生成信号的设备的示例。在本实施例中，传输参数可以取值Δ>0、ΔW≥0和Ng≥0。设备1200中的发送变换模块310可以包括NDAFT点IDAFT块。当在投影模块330处应用投影操作时使用的输入符号序列的长度N可以是N＝NDAFT+NCPP+2Δ，其中，NCPP是啁啾周期前缀的长度。投影操作可以应用于每个多啁啾符号的时域样本，该多啁啾符号可以包括在模块320处插入的啁啾周期前缀(chirp periodic prefix，CPP)样本。该前缀能够避免连续多啁啾符号之间的干扰。投影多啁啾符号的尾部可以在模块340处与前一多啁啾符号和后一多啁啾符号重叠相加。
投影模块330的输入样本可以在输入符号序列的每侧使用Δ长的零尾部来进行填充。例如，投影可以根据下式计算：
其中，输入包括输入到投影模块330的输入符号序列，例如，模块320处的CPP插入的输出。设备1200能够生成频谱得到很好控制的投影多啁啾信号。设备1200还能够通过带宽过剩、保护数据符号和/或尾部符号来减少由投影引起的失真。在时间色散信道的情况下，啁啾周期前缀能够实现低复杂性均衡。
图13示出了根据本公开实施例的通过时域符号尾部重叠来接收投影多啁啾信号的设备的示例。设备1300可以用于接收由设备1100生成的信号。传输参数可以取值Δ>0、ΔW≥0和Ng≥0。OOB干扰衰减模块520可以例如根据下式计算接收信号的投影：
其中，输入包括接收样本的窗口。在OOB干扰衰减模块520处使用的N的值可以是N＝NFFT+NCPP+2Δ。接收变换模块540可以包括NDAFT点DAFT。啁啾周期前缀可以在模块530处移除，以减少连续多啁啾符号之间的干扰。由于Δ>0，检测模块550可以检测数据符号，同时通过任何合适的多啁啾检测架构等忽略投影影响。设备1300能够接收频谱得到很好控制的投影多啁啾信号，并且通过带宽过剩、保护带样本和/或尾部符号来减轻投影的影响。
图14示出了根据本公开实施例的通过单音信号的投影和时域符号尾部重叠来生成信号的设备的示例。单音信号由于其低的峰均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)可能对某种应用有用。例如，单音信号可以应用于物联网(internet-of-things，IoT)设备，该设备可以配备具有严重非线性损伤的低成本功率放大器，这些损伤限制这些设备发送低PAPR信号。在本实施例中，设备1400中的发送变换模块310可以包括NFFT点IFFT块。NFFT的值确定频域中两个不同的单音信号之间的最小允许距离，因为在这种情况下，是频率分辨率。
为了生成投影单音信号，可以使用以下一组参数：Ns＝1，Δ>0，ΔW≥0和Ng≥0。定义投影矩阵和/>时使用的fc的值是信号的单音调的频率，而因此，信号的预期带宽可以根据保护数据符号的数量和变换(IFFT)大小来确定。带宽过剩可以相对于预期带宽来使用。如果符号中没有添加循环前缀，则应用发送投影操作时使用的N的值可以为N＝NFFT+2Δ。例如，投影可以根据下式来计算：
其中，输入包括输入到投影模块330的输入符号序列，例如，NFFT点IFFT的输出。需要说明的是，可以发送具有不同fc的若干个单音信号。因此，多个投影单音信号可以根据多组序列来生成，该多组序列是基于经过不同频移的DPSS的。投影单音符号的尾部可以在模块340与前一投影单音符号和后一投影单音符号重叠相加。设备1400能够生成频谱得到很好控制的投影单音信号。设备1200还能够通过带宽过剩、保护数据符号和/或尾部符号来减少由投影引起的失真。
图15示出了根据本公开实施例的通过时域符号尾部重叠来接收投影单音信号的设备的示例。设备1500可以用于接收由设备1400生成的信号。因此，传输参数可以取值Ns＝1，Δ>0，ΔW≥0和Ng≥0。接收变换540可以包括NFFT点FFT。由于有可能存在大量干扰单音信号，带外干扰衰减模块520可以使用频域滤波方法来实现。因此，OOB干扰衰减模块520可以包括Nw点FFT 520A和Nw点IFFT 520B的级联。Nw可以表示接收符号的窗口(接收处理窗口)的长度，Nw可以大于接收变换大小，Nw>N(在本示例中，N＝NFFT)。事实上，与可能需要为每个干扰单音信号重复的投影相反(因为它依赖于音调频率fc的值)，频域滤波可能是所有干扰音调共同的。只有待丢弃的子载波的索引是随着音调的变化而变化的。与干扰单音信号对应的符号可以在Nw点FFT 520A的输出处设置为零。例如，由于IoT设备的传输可能是异步的，因此该滤波可以应用于满足Nw>NFFT+2Δ的处理窗口长度值。因此，OOB干扰衰减处理窗口长度Nw可以变大，以解释这种异步性。设备1500能够接收频谱得到很好控制的投影单音信号，并且通过带宽过剩、保护带样本和/或尾部符号来减轻投影的影响。
本公开的示例性实施例提供了一种适用于发送器110处的系统和方法，以合成要在多载波、多啁啾或单音传输系统的以fc∈(0,1)为中心的宽度为2W∈(0,1)的频率子带(以归一化频率，即离散时间傅里叶变换(discrete-time Fourier transform，DTFT)域中的频率)上发送的数据携带信号。根据要传输的数据符号，可以使用任何合适的方法，例如，IFFT或IDAFT，生成在DTFT域中占用归一化频率子带(fc-W,fc+W)的多载波、多啁啾或单音。在多载波或多啁啾信号的一些实施例中，子载波或啁啾的数量Ng≥0(“g”表示“保护”)可以设置为零。每个(多载波、多啁啾或单音)符号的时域样本可以使用2Δ个零样本来进行填充，例如，每侧Δ≥0个样本，以获得N个样本的序列x。可以选择精度参数∈∈(0,1/2)和带宽过剩参数ΔW≥0。
例如，可以根据直接计算或查找表来生成矩阵该矩阵可以包括Slepian基矩阵SN,W+ΔW中的fc调制列0≤l≤N-1，其特征值/>(相对于对应的长形矩阵)满足并计算/>即x在/>中的列的跨度上的投影。替代地，例如，可以通过使用直接计算或查找表生成包括Slepian基矩阵SN,W+ΔW的fc调制列0≤l≤N-1的矩阵/>来计算上述线性投影的近似，其中特征值/>(相对于对应的长形矩阵)满足/>然后，投影的近似可以通过/>来进行计算。
在Δ>0的实施例中，在添加重叠样本的对应值之前，将每个符号的左侧尾部的Δ个样本与前一符号的后Δ个时域样本重叠以及将右侧尾部的Δ个样本与下一符号的前Δ个时域样本重叠，可以生成最终信号时域样本。包括参数∈、Δ、Ng和ΔW的全部或子集的值的信令信息可以使用控制消息等发送到一个或多个接收端。
本公开的示例性实施例还提供了一种适用于接收器130处的系统和方法，以处理接收样本。可以确定按顺序以每个(多载波、多啁啾或单音)符号的时域样本为中心的长度为Nw≥N的样本(“w”表示“窗口”)的接收处理窗口，以获得Nw长的接收样本的矢量y。多用户带外干扰可以通过使用例如计算的投影来进行衰减。替代地，通过等可以计算上述正交投影的近似。上述投影的影响的近似也可以根据y的Nw点FFT通过以下方式来计算：将与干扰信号的子带和Ng个空保护子载波的位置对应的Nw点DFT频域样本设置为零(在进行多载波传输和Ng>0的实施例中)，并且将Nw点IFFT应用于得到的样本。通过使用通带覆盖归一化频率的区间(fc-W,fc+W)的任何合适滤波器将滤波操作应用于接收信号，可以执行上述投影影响的其它近似。可以使用合适的检测算法来确定当前(多载波、多啁啾或单音)符号内的发送数据符号的估计，这样可以可选地补偿投影在发送器110处的矩阵/>中的列的跨度和接收器130处的矩阵/>中的列的跨度上的端到端信号模型的影响，以补偿公开的这两个投影操作的近似的影响。接收器130使用的参数Nw的值，或这个值的上限(可以由接收器130端的复杂性约束决定)可以发送给发送器110。这使得发送器110能够调整在生成发送信号中使用的参数∈、Δ、Ng和ΔW的所有或子集的值。
本公开的实施例能够在应用于同一信号时，生成带外发射(out-of-bandemission，OOBE)电平比例如基于加窗或滤波的方法低得多的多载波、多啁啾或单音通信信号。OOBE的低电平有助于保证生成的信号与标准施加的、相邻信号之间没有保护带或保护带短的功率频谱掩码兼容。这些实施例还减少了多用户干扰(在占用相邻频率子带的传输中)，这可能在异步传输、载波频移(carrier frequency offset，CFO)或移动性和/或多系统参数场景的情况下等是有用的。事实上，在这些场景下，在频率子带上发送的信号，虽然在该子带之外具有不够低的OOBE电平，但可能会对占用相邻频率子带的信号产生非常高的干扰。这可以通过应用所公开的投影信号来避免。
此外，当应用所公开的投影方法来生成具有非常陡峭的频率响应的单音信号时，由于应用了正交投影，得到的信号可能具有低的峰均功率比(peak-to-average powerratio，PAPR)，因为单音信号具有低的PAPR和低的OOBE电平。因此，低OOBE水平可能有助于确保非常低的多用户干扰，例如，在异步传输、CFO或移动性或多系统参数场景的情况下。例如，该特性可以应用于IoT设备，这些设备可能配备有低复杂性功率放大器，如果不用于发送低PAPR信号，则可能会导致严重混叠。当所公开的投影操作被上面描述的低复杂性近似取代时，可以在计算复杂性更低和不显著降低相关的传输性能的情况下实现上述优点。
图16示出了根据本公开实施例的用于生成信号的方法1600的示例。
在1601中，所述方法可以包括：获取输入样本序列。
在1602中，所述方法可以包括：获取第一组序列。所述第一组序列可以是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的。
在1603中，所述方法可以包括：确定第一投影样本序列，包括将所述输入样本序列投影到所述第一组序列。
在1604中，所述方法可以包括：根据所述第一投影样本序列生成所述信号。
图17示出了根据本公开实施例的用于接收信号的方法1700的示例。
在1701中，所述方法可以包括：确定信号的接收样本的窗口。所述信号可以包括输入样本序列到第一组序列的投影。所述第一组序列可以是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的。
在1702中，所述方法可以包括：将所述接收样本的窗口投影到所述第一组序列或者对所述接收样本的窗口进行滤波，以得到第一样本序列。
在1703中，所述方法可以包括：根据所述第一样本序列对所述接收信号执行检测。
上述方法的其它特征直接源自方法和设备的功能和参数，例如，发送器110、接收器130或设备200、300、500、600、700、800或900中的任何一个，如所附权利要求书中和整个说明书所述，因而在此不再赘述。
设备或系统可以用于执行或使得执行本文描述的一个或多个方法的任何方面。此外，计算机程序可以包括程序代码，当计算机程序在计算机上执行时，该程序代码用于执行本文所述的一个或多个方法的一个方面。此外，计算机程序产品可以包括存储有程序代码的计算机可读存储介质，该程序代码包括用于执行本文所述的一个或多个方法的任何方面的指令。此外，设备可以包括用于执行本文所述的一个或多个方法的任何方面的装置。根据示例性实施例，所述装置包括至少一个处理器和包括程序代码的至少一个存储器，所述至少一个处理器，所述程序代码用于当由所述至少一个处理器执行时执行所述一个或多个方法的任何方面。
设备300、500、600、700、800或900中的任何一个的功能和模块可以通过任何合适的构件来实现，例如，类似于设备200。因此，设备300、500、600、700、800或900中的任何一个可以包括用于实现所述功能或模块的必要软件和/或硬件，例如，处理电路和/或存储器。
本文给出的任何范围或设备值均可以进行扩展或更改，但不会丢失所寻求的效果。除非明确禁止，否则任何实施例还可以与另一实施例组合。
虽然已经以结构特征和/或动作专用的语言描述了本主题，但应当理解，所附权利要求书中限定的本主题不必局限于上文描述的具体特征或动作。相反，上文描述的具体特性和动作作为实施权利要求书的示例进行公开，并且其它等效特征和动作旨在包含于权利要求书的范围内。
应当理解，上面描述的优点和优势可以涉及一个实施例，或者可以涉及多个实施例。实施例不限于解决任意或全部所述问题，也不限于具有任意或全部所述优点和优势的实施例。还应该理解的是，提及“一种”项目时可以指这些项目中的一个或多个项目。此外，对“至少一个”项目或“一个或多个”项目的引用可以指这些项目中的一个或多个。
本文描述的方法的操作可以按任何适合的次序进行，或在适当时同时进行。此外，可以在不脱离本文描述的主题的范围的情况下从方法中的任何一个中删除个别方框。上面描述的任意实施例的方面可以与所描述的任何其它实施例的方面组合以形成更多实施例，而不影响所要达到的效果。
本文使用的术语“包括”意指包括所标识的方法、框图或元素，但此类框图或元素不包括排他性列表，且方法或设备可以包括附加的框图或元素。
应当理解，以上描述仅作为示例提供，并且本领域技术人员可以进行各种修改。以上说明书、示例和数据完整描述了示例性实施例的结构和使用。尽管上文相对详细地或结合一个或多个单独实施例描述了各实施例，但本领域技术人员可以对所公开的实施例进行各种变更，而不脱离本说明书的范围。

Claims (38)

1.一种用于生成信号的设备，所述设备用于：
获取输入样本序列；
获取第一组序列，其中，所述第一组序列是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的；
确定第一投影样本序列，包括将所述输入样本序列投影到所述第一组序列；
根据所述第一投影样本序列生成所述信号。
2.根据权利要求1所述的设备，还用于：
获取第二组序列，其中，所述第二组序列是基于与值在所述第一阈值和第二阈值之间的特征值相关联的离散长球序列的；
为了确定所述第一投影样本序列，所述设备还用于：
确定第二投影样本序列，包括将所述输入样本序列投影到所述第二组序列；
从所述输入样本序列中减去所述第二投影样本序列。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一阈值为1-∈，所述第二阈值为∈，其中，∈在0和1/2之间。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述第一组序列或所述第二组序列包括频移离散长球序列。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述离散长球序列包括长形矩阵BN,W的特征向量，其中，所述长形矩阵BN，W中的元素(m，n)为：
其中，(m,n)∈{1,…,N}2，N是所述输入样本序列的长度，W是所述信号的预期带宽，W在0和1/2之间。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述第一组序列的带宽包括相对于所述信号的预期带宽的带宽过剩。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述离散长球序列包括长形矩阵BN,W+ΔW的特征向量，其中，所述长形矩阵BN,W+ΔW中的元素(m，n)为：
其中，(m,n)∈{1,…,N}2，N是所述输入样本序列的长度，W是所述信号的预期带宽，W在0和1/2之间，ΔW是所述带宽过剩。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备还用于将发送变换应用于数据符号序列以得到所述输入样本序列。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述发送变换包括离散傅里叶逆变换或离散仿射傅里叶逆变换。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述数据符号序列包括所述数据符号序列的边缘处的保护符号。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备还用于将循环前缀或啁啾周期前缀插入到所述输入样本序列中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备还用于在所述输入样本序列的边缘处插入零值尾部样本。
13.根据权利要求12所述的设备，所述设备还用于将所述第一投影样本序列的尾部与前一投影输入样本序列和后一投影输入样本序列重叠相加。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，所述设备还用于将零值后缀插入到所述第一投影样本序列中。
15.根据权利要求6、7、10、12或13中任一项所述的设备，所述设备还用于发送以下中的至少一者：
所述带宽过剩的指示；
所述保护符号的数量的指示；
所述零值尾部样本的数量的指示。
16.根据权利要求15所述的设备，所述设备还用于：
接收在接收器处配置的接收样本的窗口的长度的指示；
根据所述在接收器处配置的接收样本的窗口的长度，确定所述带宽过剩、所述保护符号的数量和所述零值尾部符号的数量中的至少一者。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备还用于发送所述生成的信号。
18.一种用于接收信号的设备，所述设备用于：
确定所述接收信号的接收样本的窗口，其中，所述接收信号包括输入样本序列到第一组序列的投影，所述第一组序列是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的；
将所述接收样本的窗口投影到所述第一组序列或者对所述接收样本的窗口进行滤波，以得到第一样本序列；
根据所述第一样本序列对所述接收信号执行检测。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，为了将所述接收样本的窗口投影到所述第一组符号序列，所述设备还用于：
确定第二投影样本序列，包括将所述接收样本的窗口投影到第二组序列，其中，所述第二组序列是基于与值在所述第一阈值和第二阈值之间的特征值相关联的离散长球序列的；
从所述接收样本的窗口中减去所述第二投影样本序列。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述第一阈值为1-∈，所述第二阈值为∈，其中，在0和1/2之间。
21.根据权利要求19或20所述的设备，其中，所述第一组序列或所述第二组序列包括频移离散长球序列。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的设备，其中，所述离散长球序列包括长形矩阵BN,W的特征向量，其中，所述长形矩阵BN,W中的元素(m，n)为：
其中，(m,n)∈{1,…,N}2，N是所述输入符号序列的长度，W是所述信号的预期带宽，W在0和1/2之间。
23.根据权利要求18至21中任一项所述的设备，其中，所述第一组序列的带宽包括相对于所述信号的预期带宽的带宽过剩。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述离散长球序列包括长形矩阵BN,W+ΔW的特征向量，其中，所述长形矩阵BN,W+ΔW中的元素(m，n)为：
其中，(m,n)∈{1,…,N}2，N是所述输入符号序列的长度，W是所述信号的预期带宽，W在0和1/2之间，ΔW是所述带宽过剩。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的设备，其中，所述接收样本的窗口的长度大于或等于所述输入样本序列的长度。
26.根据权利要求25所述的设备，所述设备还用于：
将接收变换应用于所述第一样本序列以得到变换后的样本序列；
根据所述变换后的样本序列对所述接收信号执行检测。
27.根据权利要求26所述的设备，其中，所述接收变换包括离散傅里叶变换或离散仿射傅里叶变换。
28.根据权利要求26或27所述的设备，所述设备还用于从所述变换后的样本序列中移除与保护符号对应的符号。
29.根据权利要求18至28中任一项所述的设备，所述设备还用于从所述第一样本序列的边缘移除与所述输入样本序列中的零值尾部样本对应的样本。
30.根据权利要求18至29任一项所述的设备，所述设备还用于从所述第一样本序列中移除与所述输入样本序列的循环前缀或啁啾周期前缀对应的样本。
31.根据权利要求18至28中任一项所述的设备，所述设备还用于从所述第一样本序列中移除与零值后缀对应的样本。
32.根据权利要求18至28中任一项所述的设备，所述设备还用于将所述第一样本序列中的与零值后缀对应的样本与所述第一样本序列的相对边缘处的样本重叠相加。
33.根据权利要求18或权利要求20至28中任一项所述的设备，所述设备还用于：
根据Nw点离散傅里叶变换和Nw点离散傅里叶逆变换的级联，对所述接收样本的窗口进行滤波以得到所述第一样本序列，其中，Nw>N+NCP/ZP，Nw是所述接收样本的窗口的长度，N是所述输入样本序列的长度，NCP/ZP是循环前缀或零值后缀的长度；
在所述Nw点离散傅里叶变换的输出处，将与干扰信号对应的频率音调处的符号设置为零。
34.根据权利要求23、24、28或29中任一项所述的设备，所述设备还用于接收以下中的至少一者：
所述带宽过剩的指示；
所述保护符号的数量的指示；
所述零值尾部样本的数量的指示。
35.根据权利要求18至34中任一项所述的设备，所述设备还用于发送所述接收样本的窗口的长度的指示。
36.一种用于生成信号的方法，所述方法包括：
获取输入样本序列；
获取第一组序列，其中，所述第一组序列是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的；
确定第一投影样本序列，包括将所述输入样本序列投影到所述第一组序列；
根据所述第一投影样本序列生成所述信号。
37.一种用于接收信号的方法，所述方法包括：
确定所述信号的接收样本的窗口，其中，所述信号包括输入样本序列到第一组序列的投影，所述第一组序列是基于与值大于第一阈值的特征值相关联的离散长球序列的；
将所述接收样本的窗口投影到所述第一组序列或者对所述接收样本的窗口进行滤波，以得到第一样本序列；
根据所述第一样本序列对所述接收信号执行检测。
38.一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码，当所述计算机程序在计算机上执行时，所述程序代码用于执行根据权利要求36或37所述的方法。
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