TWI422197B - 可降低峰值對平均功率比值之ｍｉｍｏ－ｏｆｄｍ傳送端架構 - Google Patents

Description

可降低峰值對平均功率比值之MIMO-OFDM傳送端架構

本發明係有關於一種多輸入多輸出正交分頻多工系統(MIMO-OFDM)之傳送端架構，特別係有關於一種可降低峰值對平均功率比值之MIMO-OFDM傳送端架構。

在無線通訊技術中，使用空頻編碼(Space Frequency Block Coding,SFBC)之多重輸入多重輸出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)的正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)系統是相當重要的技術之一，然而，其實際應用上卻存在峰值對平均功率比值(peak-to-average power ratio,PAPR)過高的問題，而PAPR過高係會導致系統功率效益降低、增加裝置耗電及造成訊號失真。為了解決上述問題，習知已有提出以選擇映射法(selected mapping,SLM)降低PAPR，如第1圖所示，其係將調變(modulation)後的符元(symbol)，排列在每個子載波上傳送，複製P 組，並分別乘上一隨機相位旋轉向量R 後，經過SFBC編碼器，再通過反快速傅立葉轉換(inverse fast Fourier transform,IFFT)運算後，得到時域上的候選訊號，而不同的隨機相位旋轉向量可以得到不同的候選訊號，再從該些候選訊號中找出一具有最小PAPR的訊號傳送，習知選擇映射法雖可有效降低PAPR，但其所需運算複雜度過高，如在M 根天線的傳送端架構下欲產生P 個候選訊號，就需要MP 個反快速傅立葉轉換運算，其難以實際應用於現今系統中。

本發明之主要目的係在於提供一種可降低峰值對平均功率比值之MIMO-OFDM傳送端架構，其包含一空頻編碼單元、一訊號產生單元、一循環位移和旋轉相位單元、一訊號向量相加器、一天線訊號產生器以及一比較器，該訊號產生單元係連接該空頻編碼單元，該循環位移和旋轉相位單元係連接該訊號產生單元，該訊號向量相加器及該天線訊號產生器係連接該循環位移和旋轉相位單元，而該比較器係連接該訊號向量相加器及該天線訊號產生器，本發明係利用該訊號產生器之U 個長度為N /U 點的反快速傅立葉轉換器產生出M根傳送天線的訊號，再利用重複的特性將N /U 長度的時域訊號向量複製出完整長度為N 的子載波群向量，並藉由該循環位移和旋轉相位單元改變訊號相位，最後將U 個不同的子載波群重新組合出各天線所需傳輸的資料向量，如此，將可使得運算量大幅減少，本發明在功效上除了可降低PAPR外，亦可大幅降低運算複雜度。

請參閱第2圖，其係本發明之一較佳實施例，一種可降低峰值對平均功率比值之MIMO-OFDM傳送端架構係包含一空頻編碼單元10、一訊號產生單元20、一循環位移和旋轉相位單元30、一訊號向量相加器40、一天線訊號產生器50以及一比較器60，在本實施例中，該訊號產生單元20係連接該空頻編碼單元10，且用以產生U個的向量，該訊號產生單元20係包含有U個反快速傅立葉轉換器21、(U-1)個向量乘法器22及一訊號分部與係數相乘複製器23，在本實施例中，各該反快速傅立葉轉換器之長度係為N/U，而U及N皆為2的幂次方，此外，(U-1)個向量乘法器22係分別連接(U-1)個反快速傅立葉轉換器21，而該訊號分部與係數相乘複製器23係連接(U-1)個向量乘法器22，此外，在本實施例中，該訊號分部與係數相乘複製器23亦連接第一個反快速傅立葉轉換器21，請再參閱第2圖，該循環位移和旋轉相位單元30係連接該訊號產生單元20之該訊號分部與係數相乘複製器23，其係用以改變該訊號分部與係數相乘複製器23輸出訊號之相位，又，在本實施例中，該訊號向量相加器40及該天線訊號產生器50係連接該循環位移和旋轉相位單元30，而該比較器60係連接該訊號向量相加器40及該天線訊號產生器50。

關於本發明之傳送端架構的工作原理係詳細說明如下。考慮一個SFBC MIMO-OFDM系統有M 根天線與N 個子載波，每U 個子載波組成一個頻域子區塊(Subblock)，每個頻域子區塊包含Q 個調變符碼，因此編碼矩陣s 可寫成一個M ×U 的矩陣：

其中

而μ _{m , u , q} 與v _{m , u , q} 為複數值(complex value)，m =1,2,...,M ，且X [q ]是頻域子區塊中第q 個調變符碼。若要完整的考慮各個頻域子區塊的編碼，其係可改寫成

其中b 係為頻域子區塊的索引(index)，且b =0,1,...,N /U -1，因此第m 根傳送天線向量可表示為

，在本實施例中，為了得到時域上超取樣(over-sampling)後的訊號，其係將中間加入(L -1)‧N 個0，以組成一1×LN 的向量，表示如下

其中L 為超取樣(over-sampling)倍數，N 為子載波個數。利用在時域上去取代頻域上運算的技巧，來解決高運算複雜度上的問題，而在時域上對訊號作模數N循環位移m 個單位，即，可發現在頻域上的子載波訊號將會呈現累進旋轉角度效果的相位旋轉，並且不會使訊號的能量改變，其中的表示方式如,m =0,1,…,N -1。在本實施例中，兩個時域訊號向量分別為和x _{p , q} ，而其各自經過離散傅立葉轉換後的頻域訊號向量分別為和X _{p , q} ，且彼此間關係如X _{p , q} =，當乘上一個常數係數r 時，x _{p , q} 相對應的需要乘上一個常數係數r *，才能維持相對的關係。又，在本實施例中，其係將N 個子載波分成U 群，且在系統分離出的向量後，該循環位移和旋轉相位單元30係分別對進行c _{u , p} 的循環位移量與乘上r _{u , p} 的旋轉相位，以得到P 組不同相位的訊號，其中可有效節省複數乘法器，另外，當c _{u , p} =0與r _{u , p} =1時，即代表未作相位旋轉之原始傳輸的天線訊號向量。最後，請參閱第2及3圖，利用該天線訊號產生器50將U 個不同的向量重新組合出各天線所需傳輸的資料向量，在本實施例中，第m 根天線的第p 組候選訊號可表示為

且的第n 個元素可以Eq(1)表示如下：

本發明主要利用該訊號向量相加器40進行向量的線性組合來產生第一根天線所需傳送的訊號向量，而該天線訊號產生器50則用以產生第二根天線至第m 根天線的訊號，該比較器60則用以比較候選訊號之PAPR，並選出具有最小PAPR之後選訊號。

本發明係利用該訊號產生器20之U 個長度為N /U 點的反快速傅立葉轉換器21產生出M根傳送天線的訊號，再利用該訊號分部與係數相乘複製器23將N /U 長度的時域訊號向量複製出完整長度為N 的子載波群向量，並藉由該循環位移和旋轉相位單元30改變訊號相位，最後將U 個不同的子載波群重新組合出各天線所需傳輸的資料向量，如此，將可使得運算量大幅減少，本發明在功效上除了可降低PAPR外，亦可大幅降低運算複雜度。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

10．．．空頻編碼單元

20．．．訊號產生單元

21．．．反快速傅立葉轉換器

22．．．向量乘法器

23．．．訊號分部與係數相乘複製器

30．．．循環位移和旋轉相位單元

40．．．訊號向量相加器

50．．．天線訊號產生器

60．．．比較器

第1圖：習知選擇映射法之傳送端架構示意圖。

第2圖：依據本發明之一較佳實施例，一種可降低峰值對平均功率比值之MIMO-OFDM傳送端架構示意圖。

第3圖：依據本發明之一較佳實施例，天線訊號產生器之構造示意圖。

10．．．空頻編碼單元

20．．．訊號產生單元

21．．．反快速傅立葉轉換器

22．．．向量乘法器

23．．．訊號分部與係數相乘複製器

30．．．循環位移和旋轉相位單元

40．．．訊號向量相加器

50．．．天線訊號產生器

60．．．比較器

Claims (3)

1. 一種可降低峰值對平均功率比值之MIMO-OFDM傳送端架構，其包含：一空頻編碼單元；一訊號產生單元，其係連接該空頻編碼單元，該訊號產生單元係包含有U個反快速傅立葉轉換器、(U-1)個向量乘法器及一訊號分部與係數相乘複製器，(U-1)個向量乘法器係分別連接(U-1)個反快速傅立葉轉換器，該訊號分部與係數相乘複製器係連接(U-1)個向量乘法器；一循環位移和旋轉相位單元，其係連接該訊號產生單元之該訊號分部與係數相乘複製器；一訊號向量相加器，其係連接該循環位移和旋轉相位單元；一天線訊號產生器，其係連接該循環位移和旋轉相位單元；以及一比較器，其係連接該訊號向量相加器及該天線訊號產生器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可降低峰值對平均功率比值之MIMO-OFDM傳送端架構，其中各該反快速傅立葉轉換器之長度係為N/U，而U及N皆為2的幂次方。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可降低峰值對平均功率比值之MIMO-OFDM傳送端架構，其中 該訊號分部與係數相乘複製器係連接第一個反快速傅立葉轉換器。