TWI703842B - 基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一濾波器組多載波通訊系統,該系統採用具有實數運算的離散哈特利轉換進行多載波調變/解調變,而非習知的具有複數運算的離散傅立葉轉換作法,以降低實現複雜度或提升系統效能;該系統可使用二種彼此正交或近乎正交的原型濾波器分別處理偶數子載波和奇數子載波上的資料符元,以減少載波間干擾與符元間干擾效應。
Description
本發明是有關於一種濾波器組多載波基頻通訊系統,特別是指一種基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波基頻通訊系統。
近年來,無線行動寬頻市場的需求呈現持續性的成長,這意謂未來的無線通訊系統必須具有超高傳輸率、超大系統容量、超低時間延遲等特性;為滿足這些嚴格的需求,我們有必要不斷精進與改善無線通訊傳輸技術。在眾多可能方案中,較具潛力的技術包含非正交多重接取(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)、毫米波(Millimeter Wave,MMW)、大規模多輸入多輸出(Massive Multi-Input Multi-Output,Massive MIMO)、濾波器組多載波(Filter Bank Multicarrier,FBMC)等,其中FBMC因可在不採用保護間隔(Guard Interval)或循環前綴(Cyclic Prefix)的情況下克服符元間干擾(Intersymbol Interference,
ISI)和載波間干擾(Intercarrier Interference,ICI)的問題,具有比第四代(4G)無線通訊系統所採用的正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術更高的頻譜效益。
現有的FBMC傳輸技術包含餘弦調變多音頻(Cosine Modulated Multitone)、離散小波多音頻(Discrete Wavelet Multitone)、濾波多音頻(Filter Multitone)、利用偏移正交振福調變(Offset Quadrature Amplitude Modulation,OQAM)的OFDM(簡稱OFDM/OQAM)等,其中OFDM/OQAM又稱為FBMC/OQAM或是交錯調變多音頻(Staggered Modulated Multitone)。不同於利用每個子載波來調變一複數(Complex)QAM資料符元的OFDM/QAM作法,FBMC/OQAM將每個複數QAM資料符元分成實部與虛部(包含j的虛數),並以子載波和時序偏移的方式交錯排列放置該所有實部與該所有虛部,其中時序偏移量為一半的FBMC訊框區間;此交錯排列的方式使FBMC/OQAM在實域滿足一正交條件,而OFDM/QAM則可在複域滿足一正交條件。
FBMC/OQAM需使用一可同時在時域和頻域減少旁瓣的時頻局部化原型濾波器(Time-Frequency Localized Prototype Filter),以減輕ISI/ICI問題;目前已有幾種適用於
FBMC/OQAM系統的原型濾波器,例如基於根升餘弦函數(Root Raised Cosine Function)、半餘弦(Halfcosine)函數、擴展高斯函數(Extended Gaussian Function,EGF)或等方性正交轉換演算法(Isotropic Orthogonal Transform Algorithm,IOTA)所設計者,以及歐盟PHYDYAS(Physical Layer for Dynamic Access and Cognitive Radio)計畫所發展的濾波器。
雖然FBMC/OQAM系統在單輸入單輸出(Single-Input Single-Output,SISO)情境下的效能表現優越,不過並無法直接或輕易推廣至多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)情境;換言之,傳統的MIMO技術無法直接應用至FBMC/OQAM系統,這不僅增加其在MIMO情境下的設計難度,也造成應用限制。
對於一有M個子載波的FBMC/OQAM系統,傳送/接收一連串的M點複數QAM資料符元時,傳送端的合成濾波器組需要執行二組M點的複數反離散傅立葉轉換(Inverse Discrete Fourier Transfrom,IDFT;多載波調變動作)及對應的濾波運算,而接收端的分析濾波器組則需要執行二組M點的複數離散傅立葉轉換(DFT;多載波解調變動作)及對應的濾波與資料檢測運算。整體而言,基於DFT的FBMC/OQAM系統牽涉複數運算,實現複雜度偏高,有必要適當簡化。
為使FBMC系統容易推廣至MIMO情境,H.Nam等人最近提出一採用兩種彼此正交或近乎正交的原型濾波器分別處理偶數子載波和奇數子載波上的資料的FBMC系統,其中每個完整複數QAM資料符元被放置在一個子載波上於一個FBMC訊框區間傳送。此一系統稱為FBMC/QAM,其效能表現雖比FBMC/OQAM系統遜色,但卻較容易與現有MIMO技術結合,以應用於MIMO情境。
另外,對於一有M個子載波的FBMC/QAM系統,傳送/接收一連串的M點複數QAM資料符元時,傳送端的合成濾波器組需要執行二組M/2點的複數IDFT(多載波調變動作)及對應的濾波運算,而接收端的分析濾波器組則需要執行二組M/2點的複數DFT(多載波解調變動作)及對應的濾波與資料檢測運算。相較於FBMC/OQAM系統,FBMC/QAM的系統雖然也是採用複數運算的IDFT/DFT,但整體實現複雜度較低。
綜合上述,基於DFT的FBMC/OQAM(簡稱為DFT-FBMC/OQAM)系統與基於DFT的FBMC/QAM(簡稱為DFT-FBMC/QAM)系統各有優劣點,因此如何進一步改善DFT-FBMC/QAM系統的實現複雜度和效能,應是值得探討的一項課題。
本發明的目的在於提供一種比DFT-FBMC/QAM通訊系統具有較低複雜度的基於離散哈特利轉換(Discrete Hartley Transform,DHT)之濾波器組多載波通訊系統的傳送端。
本發明所提供的基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波(簡稱為DHT-FBMC/QAM)通訊系統的傳送端包含一串並(Serial/Parallel)轉換單元、一第一預轉換單元、一第二預轉換單元、一第一偶奇數資料分離器(Even/Odd Data Separation)、一第二偶奇數資料分離器、一第一合成濾波器組(Synthesis Filter Bank,SFB)及一第二合成濾波器組。
該串並轉換單元適於對一串行的M個複數輸入資料符元實施串行-並行轉換,其中每一複數輸入資料符元包括一實部成分與一虛部成分,以便並行輸出該等M個複數輸入資料符元的該等M個實部成分和該等M個虛部成分。
該第一預轉換單元電連接該串並轉換單元,以接收該等M個實部成分,並依據一預轉換模型產生M個實部預轉換成分。
該第二預轉換單元電連接該串並轉換單元,以接收該等M個虛部成分,並依據該預轉換模型產生M個虛部預轉換成分。
該第一偶奇數資料分離器電連接該第一預轉換單元,以接收該等M個實部預轉換成分,並將該等M個實部預轉換成分分成
M/2個偶數實部預轉換成分及M/2個奇數實部預轉換成分。
該第二偶奇數資料分離器電連接該第二預轉換單元,以接收該等M個虛部預轉換成分,並將該等M個虛部預轉換成分分成M/2個偶數虛部預轉換成分及M/2個奇數虛部預轉換成分。
該第一合成濾波器組電連接該第一偶奇數資料分離器,以接收該等M/2個偶數實部預轉換成分及該等M/2個奇數實部預轉換成分,且該等M/2個偶數實部預轉換成分及該等M/2個奇數實部預轉換成分至少經由反離散哈特利轉換(Inverse Discrete Hartley Transform,IDHT)處理、資料組合處理、濾波處理、升取樣(Up-Sampling)處理及並行-串行轉換處理,以產生一第一通道基頻傳送訊號。
該第二合成濾波器組電連接該第二偶奇數資料分離器,以接收該等M/2個偶數虛部預轉換成分及該等M/2個奇數虛部預轉換成分,且該等M/2個偶數虛部預轉換成分及該等M/2個奇數虛部預轉換成分至少經由反離散哈特利轉換處理、資料組合處理、濾波處理、升取樣處理及並行-串行轉換處理,以產生一第二通道基頻傳送訊號。
上述第一通道與第二通道可分別為I通道(In-Phase Channel)和Q通道(Quadrature-Phase Channel),或可分別為Q通道和I通道,但並不以此為限。
本發明的另一目的在於提供一種比DFT-FBMC/QAM通訊系統具有較低複雜度的基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統的接收端。
本發明所提供的基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統的接收端適於接收一來自一傳輸通道的通道訊號,該通道訊號包括一第一通道基頻接收訊號與一第二通道基頻接收訊號,且根據該通道訊號產生一連串的M個複數輸出資料符元,該接收端包含一第一分析濾波器組、一第二分析濾波器組、一資料檢測單元、一第一偶奇數資料結合器(Even/Odd Data Combination)、一第二偶奇數資料結合器、一第一後轉換單元、一第二後轉換單元及一並串轉換單元。
該第一分析濾波器組適於接收該第一通道基頻接收訊號,且該第一通道基頻接收訊號至少經由串行-並行轉換處理、降取樣處理(Down-Sampling)、濾波處理、資料組合處理及離散哈特利轉換處理,以產生M/2個第一通道基頻接收訊號的第一部分及M/2個第一通道基頻接收訊號的第二部分。
該第二分析濾波器組適於接收該第二通道基頻接收訊號,且該第二通道基頻接收訊號至少經由串行-並行轉換處理、降取樣處理、濾波處理、資料組合處理及離散哈特利轉換處理,以產生M/2個第二通道基頻接收訊號的第一部分及M/2個第二通道基頻
接收訊號的第二部分。
該資料檢測單元電連接該第一分析濾波器組及該第二分析濾波器組,並對該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第一部分、該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第一部分、該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第二部分及該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第二部分進行聯合檢測,以產生M/2個第一通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果、M/2個第二通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果、M/2個第一通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果及M/2個第二通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果。
該第一偶奇數資料結合器電連接該資料檢測單元,將該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果及該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果結合,以產生M個第一通道基頻接收訊號的檢測結果。
該第二偶奇數資料結合器電連接該資料檢測單元,將該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果及該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果結合,以產生M個第二通道基頻接收訊號的檢測結果。
該第一後轉換單元電連接該第一偶奇數資料結合器,以接收該等M個第一通道基頻接收訊號的檢測結果,並依據一後轉換模型產生M個第一後轉換成分。
該第二後轉換單元電連接該第二偶奇數資料結合器,以接收該等M個第二通道基頻接收訊號的檢測結果,並依據該後轉換模型產生M個第二後轉換成分。
該並串轉換單元電連接該第一後轉換單元及該第二後轉換單元,並對該等M個第一後轉換成分與該等M個第二後轉換成分實施並行-串行轉換,以便串行輸出M個複數輸出資料符元。
本發明的功效在於:該傳送端的該第一與第二合成濾波器組所執行的反離散哈特利轉換處理,以及該接收端的該第一與第二分析濾波器組所執行的離散哈特利轉換處理只涉及實數運算,而且離散哈特利轉換與反離散哈特利轉換的數學定義相同(縮放常數除外),可利用相同的軟體或硬體實現,因此,相較於使用複數運算的DFT-FBMC/OQAM與DFT-FBMC/QAM方法,本發明在實現便利性和實現複雜度上皆具有優勢。
1:傳送端
12:串並轉換單元
13:第一預轉換單元
13’:第二預轉換單元
10:第一偶奇數資料分離器
10’:第二偶奇數資料分離器
14:第一合成濾波器組
141:第一升取樣模組
141’:第二升取樣模組
142:第一原型濾波器
142’:第二原型濾波器
143:第一反離散哈特利轉換模組
143’:第二反離散哈特利轉換模組
144’:第一串並轉換模組
145:第一資料組合暨並串轉換模組
146:第一加法器
2:接收端
21:第一分析濾波器組
211:第一串並轉換暨資料組合模組
211’:第五並串轉換模組
212:第一離散哈特利轉換模組
212’:第二離散哈特利轉換模組
213:第五原型濾波器
213’:第六原型濾波器
214:第一降取樣模組
214’:第二降取樣模組
216:第一串並轉換模組
216’:第二串並轉換模組
217:第五多相濾波器
217’:第六多相濾波器
218:第三資料組合模組
219:第五離散哈特利轉
換模組
147:第五反離散哈特利轉換模組
147’:第六反離散哈特利轉換模組
148:第一資料組合模組
149:第一多相濾波器
149’:第二多相濾波器
140:第一並串轉換模組
140’:第二並串轉換模組
146’:第三加法器
15:第二合成濾波器組
151:第三升取樣模組
151’:第四升取樣模組
152:第三原型濾波器
152’:第四原型濾波器
153:第三反離散哈特利轉換模組
153’:第四反離散哈特利轉換模組
154’:第二串並轉換模組
219’:第六離散哈特利轉換模組
22:第二分析濾波器組
221:第二串並轉換暨資料組合模組
221’:第六並串轉換模組
222:第三離散哈特利轉換模組
222’:第四離散哈特利轉換模組
223:第七原型濾波器
223’:第八原型濾波器
224:第三降取樣模組
224’:第四降取樣模組
226:第三串並轉換模組
226’:第四串並轉換模組
227:第七多相濾波器
227’:第八多相濾波器
228:第四資料組合模組
229:第七離散哈特利轉
換模組
155:第二資料組合暨並串轉換模組
156:第二加法器
157:第七反離散哈特利轉換模組
157’:第八反離散哈特利轉換模組
158:第二資料組合模組
159:第三多相濾波器
159’:第四多相濾波器
150:第三並串轉換模組
150’:第四並串轉換模組
156’:第四加法器
229’:第八離散哈特利轉換模組
23:資料檢測單元
24:第一偶奇數資料結合器
24’:第二偶奇數資料結合器
25:第一後轉換單元
25’:第二後轉換單元
26:並串轉換單元
本發明的其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中:圖1是一方塊圖,示例說明本發明基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統的一實施例,其包含一傳送端及一接收端;
圖2是一方塊圖,示例說明該實施例的一第一合成濾波器組的實施態樣I;圖3是一方塊圖,示例說明該實施例的一第二合成濾波器組的實施態樣I;圖4是一方塊圖,示例說明該實施例的該第一合成濾波器組的實施態樣II;圖5是一方塊圖,示例說明該實施例的該第二合成濾波器組的實施態樣II;圖6是一方塊圖,示例說明該實施例的一第一分析濾波器組的實施態樣I;圖7是一方塊圖,示例說明該實施例的一第二分析濾波器組的實施態樣I;圖8是一方塊圖,示例說明該實施例的該第一分析濾波器組的實施態樣II;圖9是一方塊圖,示例說明該實施例的該第二分析濾波器組的實施態樣II;及圖10是一示意圖,繪示一模擬結果,示例比較該實施例與二種基於離散傅立葉轉換之習知濾波器組多載波通訊系統在位元錯誤率對訊號雜訊比方面的效能表現。
參閱圖1,本發明基於DHT之FBMC通訊系統之一實施例,包含一傳送端1及一接收端2。
該傳送端1產生一第一通道基頻傳送訊號及一第二通道基頻傳送訊號,並經由一傳輸通道將該第一通道基頻傳送訊號及該第二通道基頻傳送訊號傳送至該接收端2。該傳送端1包括一串並轉換單元12、一第一預轉換單元13、一第二預轉換單元13’、一第一偶奇數資料分離器10、一第二偶奇數資料分離器10’、一第一合成濾波器組14及一第二合成濾波器組15。值得注意的是,在本實施例中,該第一通道為I通道,而該第二通道為Q通道,即該第一通道基頻傳送訊號及該第二通道基頻傳送訊號,在本實施例中分別為一I通道基頻傳送訊號及一Q通道基頻傳送訊號;在其他實施方式中,該第一通道可為Q通道,而該第二通道可為I通道,且不以此為限。
該串並轉換單元12對一串行的M個複數輸入資料符元(Complex Data Symbol)實施串行-並行轉換,其中每一複數輸入資料符元包括一實部成分及一虛部成分,以便並行輸出該等M個複數輸入資料符元的該等M個實部成分和M個虛部成分。舉例來說,,m {0,1,...,M-1},其中d m,n 代表在時間n傳送於M個子載波上的該等M個複數輸入資料符元之一者,代表該實部成分且代表該虛部成分。
該第一預轉換單元13電連接該串並轉換單元12,以接收該等M個實部成分,並依據一預轉換模型產生預處理過的M個實部預轉換成分。
該第二預轉換單元13’電連接該串並轉換單元12,以接收該等M個虛部成分,並依據該預轉換模型產生預處理過的M個虛部預轉換成分。
在本實施例中,該第一預轉換單元13作為一用於產生該等M個實部預轉換成分的預處理器(Pre-processor),且該第二預轉換單元13’作為一用於產生該等M個虛部預轉換成分的預處理器,且該預轉換模型例如以下式表示:X m,n =(d m,n cos θ m +(-1) L-1 d M-m,n sin θ m ),m=0,1,...,M-1,其中X m,n 代表在時間n傳送於第m個子載波上之由d m,n 和d M-m,n 所組成的一預轉換結果,θ m 代表第m個子載波上的旋轉角度,且θ m =(2πm/M)(L-1)/2,L表示該第一合成濾波器組14及該第二合成濾波器組15的濾波器長度。於是,該第一預轉換單元13轉換出的該等M個實部預轉換成分之一者例如可被表示為,其將被安排在時間n傳送於第m個子載波上,並且,m=0,1,...,M-1,更詳細而言,表示在時間n傳送於第m個子載波上的該等M個實部預轉換成分之一者,而該第二預轉換單元13’轉換出的該等M個
虛部預轉換成分例如可被表示為,其將被安排在時間n傳送於第m個子載波上,並且,m=0,1,...,M-1,更詳細而言,表示在時間n傳送於第m個子載波上的該等M個虛部預轉換成分之一者。
該第一偶奇數資料分離器10電連接該第一預轉換單元13,以接收該等M個實部預轉換成分,並將該等M個實部預轉換成分分成M/2個偶數實部預轉換成分及M/2個奇數實部預轉換成分。
該第二偶奇數資料分離器10’電連接該第二預轉換單元13’,以接收該等M個虛部預轉換成分,並將該等M個虛部預轉換成分分成M/2個偶數虛部預轉換成分及M/2個奇數虛部預轉換成分。
該第一合成濾波器組14電連接該第一偶奇數資料分離器10,以接收該等M/2個偶數實部預轉換成分及該等M/2個奇數實部預轉換成分,且該等M/2個偶數實部預轉換成分及該等M/2個奇數實部預轉換成分至少經由升取樣處理、濾波處理、反離散哈特利轉換處理、資料組合處理及並行-串行轉換處理,以產生M點的一組I通道基頻傳送訊號。
該第二合成濾波器組15電連接該第二偶奇數資料分離器10’,以接收該等M/2個偶數虛部預轉換成分及該等M/2個奇數虛部預轉換成分,且該等M/2個偶數虛部預轉換成分及該等M/2個奇
數虛部預轉換成分至少經由升取樣處理、濾波處理、反離散哈特利轉換處理、資料組合處理及並行-串行轉換處理,以產生M點的一組Q通道基頻傳送訊號。
在本實施例中,該第一合成濾波器組14及該第二合成濾波器組15例如可被實施成態樣I或態樣II,以下將說明其細節。
參閱圖2,所繪示的該第一合成濾波器組14的實施態樣I包括M/2個第一升取樣模組141、M/2個第二升取樣模組141’、M/2個第一原型濾波器142、M/2個第二原型濾波器142’、一第一反離散哈特利轉換模組143、一第二反離散哈特利轉換模組143’、一第一串並轉換模組144’、一第一資料組合(Data Combination)暨並串轉換模組145及一第一加法器146。該等M/2個第一升取樣模組141電連接該第一偶奇數資料分離器10(圖2未示),以分別接收該等M/2個偶數實部預轉換成分,且每一第一升取樣模組141對所接收的偶數實部預轉換成分進行M倍升取樣。該等M/2個第二升取樣模組141’電連接該第一偶奇數資料分離器10(圖2未示),以分別接收該等M/2個奇數實部預轉換成分,且每一第二升取樣模組141’對所接收的奇數實部預轉換成分進行M倍升取樣。該等M/2個第一原型濾波器142分別電連接該等M/2個第一升取樣模組141,以分別接收被升取樣後的該等M/2個偶數實部預轉換成分,且每一第一原型濾波器142對所接收的偶數實部預轉換成分進行濾波。該等
M/2個第二原型濾波器142’分別電連接該等M/2個第二升取樣模組141’,以分別接收被升取樣後的該等M/2個奇數實部預轉換成分,且每一第二原型濾波器142’對所接收的奇數實部預轉換成分進行濾波。該第一反離散哈特利轉換模組143電連接該等M/2個第一原型濾波器142,以並行接收被濾波後的該等M/2個偶數實部預轉換成分,然後在連續二個串行M/2點的時間範圍,對其執行二組M/2點的反離散哈特利轉換運算,以產生連續二組串行M/2點的第一反離散哈特利轉換結果,此即為該I通道基頻傳送訊號的第一部分。該第二反離散哈特利轉換模組143’電連接該等M/2個第二原型濾波器142’,以並行接收被濾波後的該等M/2個奇數實部預轉換成分,然後在連續二個串行M/2點的時間範圍,對其執行二組M/2點的反離散哈特利轉換運算,以產生連續二組串行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果。
更詳細而言,該I通道基頻傳送訊號例如可被表示為,k=0,1,2,...,M-1,並且
其中α {0,1,2,…,M/2-1},β {0,1},p 2α [k]=p 0[k]表示該等M/2個第
一原型濾波器142之一者(用於第2α個子載波),p 2α+1[k]=p 1[k]表示該等M/2個第二原型濾波器142’之一者(用於第2α+1個子載波),,表示該I通道基頻傳送訊號的第一部分(亦即該等M/2個偶數實部預轉換成分經過該第一合成濾波器組14處理後所得到的輸出結果),表示該I通道基頻傳送訊號的第二部分(亦即該等M/2個奇數實部預轉換成分經過該第一合成濾波器組14處理後所得到的輸出結果),表示該等M/2個偶數實部預轉換成分之一者先經過該等M/2個第一升取樣模組141之一者升取樣再經過該等M/2個第一原型濾波器142之一者p 0[k]處理後所得到的結果,而表示該等M/2個奇數實部預轉換成分之一者先經過該等M/2個第二升取樣模組141’之一者升取樣再經過該等M/2個第二原型濾波器142’之一者p 1[k]處理後所得到的結果。可透過計算的M/2點反離散哈特利轉換和計算的M/2點反離散哈特利轉換求得,至於,亦可透過計算的M/2點反離散哈特利轉換和計算的M/2點反離散哈特利轉換,再將結果適當組合求得。要特別注意的是,偶數子載波對應的該等M/2個第一原型濾波器142之每一者p 0[k]與奇數子載波對應的該等M/2個第二原型濾波器142’之每一
者p 1[k]彼此正交或是近乎正交,而每一原型濾波器的長度可為KM,亦可為KM+1或KM-1,且不以此為限,其中K為正整數。
該第一反離散哈特利轉換模組143的輸出即為該I通道基頻傳送訊號的第一部分,並且,k=0,1,2,...,M-1,其中為第α個第一原型濾波器142的輸出。該第二反離散哈特利轉換模組143’的輸出可表示為,k=0,1,2,...,M-1,其中為第α個第二原型濾波器142’的輸出。該第一串並轉換模組144’電連接該第二反離散哈特利轉換模組143’,以接收該二組串行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果(共M點的串行輸出),並對每一組串行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果實施串行-並行轉換,以產生連續二組並行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果。該第一資料組合暨並串轉換模組145電連接該第一串並轉換模組144’,以接收該二組並行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果,並對每一組並行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果先進行適當組合再對組合結果實施並行-串行轉換,以產生該I通道基頻傳送訊號的第二部分如下:,k=0,1,2,...,M-1,
其中,在k<M/2的情況下,=0,而在k M/2的情況下,=1。該第一加法器146電連接該第一反離散哈特利轉換模組143及該第一資料組合暨並串轉換模組145,並將該I通道基頻傳送訊號的第一部分與第二部分相加,以產生該I通道基頻傳送訊號s I[k]。
參閱圖3,所繪示的該第二合成濾波器組15的實施態樣I相似於圖2的該第一合成濾波器組14的實施態樣I,包括M/2個第三升取樣模組151、M/2個第四升取樣模組151’、M/2個第三原型濾波器152、M/2個第四原型濾波器152’、一第三反離散哈特利轉換模組153、一第四反離散哈特利轉換模組153’、一第二串並轉換模組154’、一第二資料組合暨並串轉換模組155及一第二加法器156。該等M/2個第三升取樣模組151電連接該第二偶奇數資料分離器10’(圖3未示),以分別接收該等M/2個偶數虛部預轉換成分,且每一第三升取樣模組151對所接收的偶數虛部預轉換成分進行M倍升取樣。該等M/2個第四升取樣模組151’電連接該第二偶奇數資料分離器10’(圖3未示),以分別接收該等M/2個奇數虛部預轉換成分,且每一第四升取樣模組151’對所接收的奇數虛部預轉換成分進行M倍升取樣。該等M/2個第三原型濾波器152分別電連接該等M/2個第三升取樣模組151,以分別接收被升取樣後的該等M/2個偶數虛部預轉換成分,且每一第三原型濾波器152對所接收的偶數
虛部預轉換成分進行濾波。該等M/2個第四原型濾波器152’分別電連接該等M/2個第四升取樣模組151’,以分別接收被升取樣後的該等M/2個奇數虛部預轉換成分,且每一第四原型濾波器152’對所接收的奇數虛部預轉換成分進行濾波。該第三反離散哈特利轉換模組153電連接該等M/2個第三原型濾波器152,以並行接收被濾波後的該等M/2個偶數虛部預轉換成分,然後在連續二個串行M/2點的時間範圍,對其執行二組M/2點的反離散哈特利轉換運算,以產生連續二組串行M/2點的第三反離散哈特利轉換結果,此即為該Q通道基頻傳送訊號的第一部分。該第四反離散哈特利轉換模組153’電連接該等M/2個第四原型濾波器152’,以並行接收被濾波後的該等M/2個奇數虛部預轉換成分,然後在連續二個串行M/2點的時間範圍,對其執行二組M/2點的反離散哈特利轉換運算,以產生連續二組串行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果。
相似於該I通道基頻傳送訊號,該Q通道基頻傳送訊號例如可被表示為,k=0,1,2,...,M-1,並且
其中α {0,1,2,…,M/2-1},β {0,1},p 2α [k]=p 0[k]表示該等M/2個第
三原型濾波器152之一者(用於第2α個子載波),p 2α+1[k]=p 1[k]表示該等M/2個第四原型濾波器152’之一者(用於第2α+1個子載波),,表示該Q通道基頻傳送訊號的第一部分(亦即該等M/2個偶數虛部預轉換成分經過該第二合成濾波器組15處理後所得到的輸出結果),表示該Q通道基頻傳送訊號的第二部分(亦即該等M/2個奇數虛部預轉換成分經過該第二合成濾波器組15處理後所得到的輸出結果),表示該等M/2個偶數虛部預轉換成分之一者先經過該等M/2個第三升取樣模組151之一者升取樣再經過該等M/2個第三原型濾波器152之一者p 0[k]處理後所得到的結果,而表示該等M/2個奇數虛部預轉換成分之一者先經過該等M/2個第四升取樣模組151’之一者升取樣再經過該等M/2個第四原型濾波器152’之一者p 1[k]處理後所得到的結果。可透過計算的M/2點反離散哈特利轉換和計算的M/2點反離散哈特利轉換求得,至於,亦可透過計算的M/2點反離散哈特利轉換和計算的M/2點反離散哈特利轉換,再將結果適當組合求得。要特別注意的是,偶數子載波對應的該等M/2個第三原型濾波器152之每一者p 0[k]與奇數子載波對應的該等M/2個第四原型濾波器152’之每一者
p 1[k]彼此正交或是近乎正交,而每一原型濾波器的長度可為KM,亦可為KM+1或KM-1,且不以此為限,其中K為正整數。
該第三反離散哈特利轉換模組153的輸出即為該Q通道基頻傳送訊號的第一部分;該第二串並轉換模組154’電連接該第四反離散哈特利轉換模組153’,以接收該二組串行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果(共M點的串行輸出),並對每一組串行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果實施串行-並行轉換,以產生連續二組並行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果;該第二資料組合暨並串轉換模組155電連接該第二串並轉換模組154’,以接收該二組並行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果,並對每一組並行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果先進行適當組合再對組合結果實施並行-串行轉換,以產生該Q通道基頻傳送訊號的第二部分;該第二加法器156電連接該第三反離散哈特利轉換模組153及該第二資料組合暨並串轉換模組155,並將該Q通道基頻傳送訊號的第一部分與第二部分相加,以產生該Q通道基頻傳送訊號s Q[k]。該第二合成濾波器組15之實施態樣I產生、及s Q[k]的過程相似於該第一合成濾波器組14之實施態樣I產生、及s I[k]的過程,故在此不多加贅述。
參閱圖4,所繪示的該第一合成濾波器組14的實施態樣II包括一第五反離散哈特利轉換模組147、一第六反離散哈特利轉換
模組147’、一第一資料組合模組148、M/2個不同的第一多相濾波器(Polyphase Filters)149、M/2個不同的第二多相濾波器149’、一第一並串轉換模組140、一第二並串轉換模組140’及一第三加法器146’。該第五反離散哈特利轉換模組147電連接該第一偶奇數資料分離器10(圖4未示),以接收該等M/2個偶數實部預轉換成分,並對其執行M/2點的反離散哈特利轉換,以產生M/2點的第五反離散哈特利轉換結果。該第六反離散哈特利轉換模組147’電連接該第一偶奇數資料分離器10(圖4未示),以接收該等M/2個奇數實部預轉換成分,並對其執行M/2點的反離散哈特利轉換,以產生M/2點的第六反離散哈特利轉換結果。該第一資料組合模組148電連接該第六反離散哈特利轉換模組147’,以對其產生的該等M/2點的第六反離散哈特利轉換結果進行適當資料組合(同圖2中的該第一資料組合暨並串轉換模組145所進行的資料組合)。該等M/2個第一多相濾波器149電連接該第五反離散哈特利轉換模組147,並分別對該等M/2點的第五反離散哈特利轉換結果先進行2倍升取樣再濾波,以分別產生M/2個第一濾波輸出。該等M/2個第二多相濾波器149’電連接該第一資料組合模組148,並分別對其組合後的該等M/2點的第六反離散哈特利轉換結果先進行2倍升取樣再濾波,以分別產生M/2個第二濾波輸出。該第一並串轉換模組140電連接該等M/2個第一多相濾波器149,並對該等M/2個第一濾波輸出先進行M/2
倍升取樣再實施並行-串行轉換,以產生該I通道基頻傳送訊號的第一部分。該第二並串轉換模組140’電連接該等M/2個第二多相濾波器149’,並對該等M/2個第二濾波輸出先進行M/2倍升取樣再實施並行-串行轉換,以產生該I通道基頻傳送訊號的第二部分。該第三加法器146’電連接該第一並串轉換模組140及該第二並串轉換模組140’,並將該I通道基頻傳送訊號的第一部分與第二部分相加,以產生該I通道基頻傳送訊號。
參閱圖5,所繪示的該第二合成濾波器組15的實施態樣II相似於圖4的該第一合成濾波器組14的實施態樣II,包括一第七反離散哈特利轉換模組157、一第八反離散哈特利轉換模組157’、一第二資料組合模組158、M/2個不同的第三多相濾波器159、M/2個不同的第四多相濾波器159’、一第三並串轉換模組150、一第四並串轉換模組150’及一第四加法器156’,其產生該Q通道基頻傳送訊號的第一部分與第二部分之過程相似於該第一合成濾波器組14的實施態樣II產生該I通道基頻傳送訊號的第一部分與第二部分之過程,故在此不多加贅述。
值得注意的是,在本實施例中,該實施態樣I的該第一合成濾波器組14(圖2)與該第二合成濾波器組15(圖3)之每一者包含M個合成濾波器,分別對應至M個子載波,而第2α+β個子載波對應的合成濾波器係為p β [k]cas(2παk/(M/2)),且其系統函數(以z轉換
表示)F β,α (z)可被表示如下:
其中α {0,1,2,…,M/2-1},β {0,1},ψ α,q =cas(2παq/(M/2))表示M/2點的反離散哈特利轉換核函數(Kernel Function),而則表示長度為2K的第q個多相濾波器。利用矩陣-向量符號,該實施態樣I的該第一合成濾波器組14與該第二合成濾波器組15之每一者的偶數子載波或奇數子載波對應之該M/2個合成濾波器的系統函數F β (z),β {0,1},可被表示為F β (z)=[F β,0(z)F β,1(z)...F β,M/2-1(z)] T =ψ.P β (z M/2).c(z),其中ψ為一(M/2)×(M/2)矩陣,[ψ] α,q =ψ α,q ,α,q {0,1,2,…,M/2-1},為一對角化矩陣,而c(z)=[1 z -1...z -(M/2-1)] T 。於是,圖2中第一反離散哈特利轉換模組143的輸出和該第二反離散哈特利轉換模組143’的輸出所對應的z轉換及分別可表示如下:
其中表示一合成濾波器之輸入訊號的z轉換,表示該合成濾波器之輸入訊號經M倍升取樣後所對應的z轉換,=
,且。同理,圖3中第三反離散哈特利轉換模組153的輸出和該第四反離散哈特利轉換模組153’的輸出所對應的z轉換及亦分別有類似的關係式。根據上述結果與多速率系統性質(Multirate Noble Identities),圖2與圖3的實施態樣I即可分別轉換為圖4與圖5的實施態樣II,其中後者一般稱為多相濾波實現架構,且較前者具有較低的運算複雜度。
參閱圖1,該接收端2經由該傳輸通道接收一通道訊號,並根據該通道訊號產生一連串的M個複數輸出資料符元,其中該通道訊號包括二組串行M/2點的I通道基頻接收訊號及二組串行M/2點的Q通道基頻接收訊號,且該二組串行M/2點的I通道基頻接收訊號及該二組串行M/2點的Q通道基頻接收訊號分別為該二組串行M/2點的I通道基頻傳送訊號及該二組串行M/2點的Q通道基頻傳送訊號加上一通道雜訊。該接收端2包含一第一分析濾波器組21、一第二分析濾波器組22、一資料檢測單元23、一第一偶奇數資料結合器24、第二偶奇數資料結合器24’、一第一後轉換單元25、一第二後轉換單元25’及一並串轉換單元26。
該第一分析濾波器組21接收該二組串行M/2點的I通道基頻接收訊號,且該二組串行M/2點的I通道基頻接收訊號至少經由串行-並行轉換處理、降取樣處理、濾波處理、資料組合處理及
離散哈特利轉換處理,以產生M/2個I通道基頻接收訊號的第一部分及M/2個I通道基頻接收訊號的第二部分。值得注意的是,在本實施例中,該等M/2個I通道基頻接收訊號的第一部分及該等M/2個I通道基頻接收訊號的第二部分,分別對應該等M/2個偶數實部預轉換成分及該等M/2個奇數實部預轉換成分,但不以此為限。
該第二分析濾波器組22接收該二組串行M/2點的Q通道基頻接收訊號,且該二組串行M/2點的Q通道基頻接收訊號至少經由串行-並行轉換處理、降取樣處理、濾波處理、資料組合處理及離散哈特利轉換處理,以產生M/2個Q通道基頻接收訊號的第一部分及M/2個Q通道基頻接收訊號的第二部分。值得注意的是,在本實施例中,該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第一部分及該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第二部分,分別對應該等M/2個偶數虛部預轉換成分及該等M/2個奇數虛部預轉換成分,但不以此為限。
在本實施例中,該第一分析濾波器組21及該第二分析濾波器組22例如可被實施成態樣I及態樣II,以下將說明其細節。
參閱圖6,所繪示的該第一分析濾波器組21的實施態樣I包括一第一串並轉換暨資料組合模組211、一第五並串轉換模組211’、一第一離散哈特利轉換模組212、一第二離散哈特利轉換模組212’、M/2個第五原型濾波器213(類似於該等M/2個第一原型濾波器142)、M/2個第六原型濾波器213’(類似於該等M/2個第二原
型濾波器142’)、M/2個第一降取樣模組214及M/2個第二降取樣模組214’。該第一串並轉換暨資料組合模組211接收該二組串行M/2點的I通道基頻接收訊號,並對每一組串行M/2點的I通道基頻接收訊號先實施串行-並行轉換再進行適當組合,以輸出連續二組並行M/2點的I通道基頻接收訊號的組合訊號。該第五並串轉換模組211’電連接該第一串並轉換暨資料組合模組211,以接收該二組並行M/2點的I通道基頻接收訊號的組合訊號,並對其依序實施並行-串行轉換,以輸出連續二組串行M/2點的I通道基頻接收訊號的組合訊號。該第一離散哈特利轉換模組212接收該二組串行M/2點的I通道基頻接收訊號,並將每一組串行M/2點的I通道基頻接收訊號乘上所有M/2點的離散哈特利轉換核函數(類似於在DFT-FBMC/OQAM系統之接收端乘上指數核函數),以產生連續二組M/2點的第一離散哈特利轉換的中間結果(即二組M/2點的第一離散哈特利轉換過程中的所有乘積項)。該第二離散哈特利轉換模組212’電連接該第五並串轉換模組211’,以接收該二組串行M/2點的I通道基頻接收訊號的組合訊號,並將每一組串行M/2點的I通道基頻接收訊號的組合訊號乘上所有M/2點的離散哈特利轉換核函數,以產生連續二組M/2點的第二離散哈特利轉換的中間結果(即二組M/2點的第二離散哈特利轉換過程中的所有乘積項)。該等M/2個第五原型濾波器213電連接該第一離散哈特利轉換模組212,以分別接收
該二組M/2點的第一離散哈特利轉換的中間結果,其中每一第五原型濾波器213對每一組M/2點的第一離散哈特利轉換之其中一點對應的中間結果進行濾波,而在濾波過程中,該二組M/2點的第一離散哈特利轉換過程中的加法運算亦同時進行,因此該等M/2個第五原型濾波器213輸出濾波後的二組M/2點的第一離散哈特利轉換結果。該等M/2個第六原型濾波器213’電連接該第二離散哈特利轉換模組212’,以分別接收該二組M/2點的第二離散哈特利轉換的中間結果,其中每一第六原型濾波器213’對每一組M/2點的第二離散哈特利轉換之其中一點對應的中間結果進行濾波,而在濾波過程中,該二組M/2點的第二離散哈特利轉換過程中的加法運算亦同時進行,因此該等M/2個第六原型濾波器213’輸出濾波後的二組M/2點的第二離散哈特利轉換結果。該等M/2個第一降取樣模組214分別電連接該等M/2個第五原型濾波器213,以分別接收濾波後的該二組M/2點的第一離散哈特利轉換結果,且每一第一降取樣模組214對其中一點進行M倍降取樣,以產生該等M/2個I通道基頻接收訊號的第一部分。該等M/2個第二降取樣模組214’分別電連接該等M/2個第六原型濾波器213’,以分別接收濾波後的該二組M/2點的第二離散哈特利轉換結果,且每一第二降取樣模組214’對其中一點進行M倍降取樣,以產生該等M/2個I通道基頻接收訊號的第二部分。
參閱圖7,所繪示的該第二分析濾波器組22的實施態樣I
相似於圖6的該第一分析濾波器組21的實施態樣I,包括一第二串並轉換暨資料組合模組221、一第六並串轉換模組221’、一第三離散哈特利轉換模組222、一第四離散哈特利轉換模組222’、M/2個第七原型濾波器223、M/2個第八原型濾波器223’、M/2個第三降取樣模組224及M/2個第四降取樣模組224’,其產生該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第一部分及該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第二部分的過程相似於該第一分析濾波器組21產生該等M/2個I通道基頻接收訊號的第一部分及該等M/2個I通道基頻接收訊號的第二部分的過程,故在此不多加贅述。
參閱圖8,所繪示的該第一分析濾波器組21的實施態樣II包括一第一串並轉換模組216、一第二串並轉換模組216’、M/2個不同的第五多相濾波器217、M/2個不同的第六多相濾波器217’、一第三資料組合模組218、一第五離散哈特利轉換模組219及一第六離散哈特利轉換模組219’。該第一串並轉換模組216接收該二組串行M/2點的I通道基頻接收訊號,並對其先實施串行-並行轉換再進行M/2倍降取樣,以輸出連續二組並行M/2點的I通道待濾波訊號的第一部分。該第二串並轉換模組216’接收該二組串行M/2點的I通道基頻接收訊號,並對其先實施串行-並行轉換再進行M/2倍降取樣,以輸出連續二組並行M/2點的I通道待濾波訊號的第二部分。該等M/2個第五多相濾波器217電連接該第一串並轉換模組
216,以接收該二組並行M/2點的I通道待濾波訊號的第一部分,其中每一第五多相濾波器217先對每一組M/2點的I通道待濾波訊號的第一部分之其中一點執行濾波再進行2倍降取樣,以產生一組並行M/2點的I通道濾波後訊號的第一部分。該等M/2個第六多相濾波器217’電連接該第二串並轉換模組216’,以接收該二組並行M/2點的I通道待濾波訊號的第二部分,其中每一第六多相濾波器217’先對每一組M/2點的I通道待濾波訊號的第二部分之其中一點執行濾波再進行2倍降取樣,以產生一組並行M/2點的I通道濾波後訊號的第二部分。該第三資料組合模組218電連接該等M/2個第六多相濾波器217’,以接收該組M/2點的I通道濾波後訊號的第二部分,並對其進行適當資料組合,以產生一組M/2點的第一通道濾波後訊號的第二部分之組合訊號。該第五離散哈特利轉換模組219電連接該等M/2個第五多相濾波器217,以接收該組M/2點的I通道濾波後訊號的第一部分,並對其執行M/2點的離散哈特利轉換運算,以產生該等M/2個I通道基頻接收訊號的第一部分。該第六離散哈特利轉換模組219’電連接該第三資料組合模組218,以接收該組M/2點的I通道濾波後訊號的第二部分之組合訊號,並對其執行M/2點的離散哈特利轉換,以產生該等M/2個I通道基頻接收訊號的第二部分。
參閱圖9,所繪示的該第二分析濾波器組22的實施態樣II
相似於圖8的該第二分析濾波器21的實施態樣II,包括一第三串並轉換模組226、一第四串並轉換模組226’、M/2個不同的第七多相濾波器227、M/2個不同的第八多相濾波器227’、一第四資料組合模組228、一第七離散哈特利轉換模組229及一第八離散哈特利轉換模組229’,其產生該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第一部分及該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第二部分的過程相似於該第一分析濾波器組21產生該等M/2個I通道基頻接收訊號的第一部分及該等M/2個I通道基頻接收訊號的第二部分的過程,故不再多加贅述。
值得注意的是,在本實施例中,該實施態樣I的該第一分析濾波器組21(圖6)與該第二分析濾波器組22(圖7)之每一者包含M個分析濾波器,分別對應至M個子載波,而第2α+β個子載波對應的分析濾波器係為p β [k]cas(2παk/(M/2)),且其系統函數G β,α (z)可被表示如下:
其中α {0,1,2,…,M/2-1},β {0,1},ψ α,q =cas(2παq/(M/2))表示M/2點的離散哈特利轉換核函數,而則表示長度為2K的第q個多相濾波器。利用矩陣-向量符號,圖6中該等M/2個I通道基頻接收訊號(以z轉換表示)的第一部分及該等M/2個I通道基頻接收訊號的第二部分分別可被表示如下:
其中ψ為一(M/2)×(M/2)矩陣,[ψ] α,q =ψ α,q ,α,q {0,1,2,...,M/2-1},為一對角化矩陣,β {0,1},c(z)=[1 z -1...z -(M/2-1)] T ,是I通道基頻接收訊號對應的z轉換,而則是I通道基頻接收訊號的組合訊號對應的z轉換;要特別注意的是,圖7中該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第一部分及該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第二部分亦有類似的關係式。根據上述結果與多速率系統性質,圖6與圖7的實施態樣I即可分別轉換為圖8與圖9的實施態樣II,而後者乃具有較低運算複雜度的多相濾波實現架構。
該資料檢測單元23電連接該第一分析濾波器組21及該第二分析濾波器組22,並對該等M/2個I通道基頻接收訊號的第一部分及該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第一部分進行聯合檢測,以產生M/2個I通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果及M/2個Q通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果;且對該等M/2個I通道基頻接收訊號的第二部分及該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第二部分進行聯合檢測,以產生M/2個I通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果及M/2個Q通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果。值得注意的是,該資料檢測單元23可採用例如聯合零強制(Joint Zero-Forcing)、聯合最小均方誤差(Joint Minimum Mean-
Squared Error)、聯合最大似然(Joint Maximum Likelihood)等演算法進行資料檢測。
該第一偶奇數資料結合器24電連接該資料檢測單元23,將該等M/2個I通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果及該等M/2個I通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果結合,以產生M個I通道基頻接收訊號的檢測結果。
該第二偶奇數資料結合器24’電連接該資料檢測單元23,將該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果及該等M/2個Q通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果結合,以產生M個Q通道基頻接收訊號的檢測結果。
該第一後轉換單元25電連接該第一偶奇數資料結合器24,以接收該等M個I通道基頻接收訊號的檢測結果,並依據一後轉換模型產生後處理過的M個第一後轉換成分。
該第二後轉換單元25’電連接該第二偶奇數資料結合器24’,以接收該等M個Q通道基頻接收訊號的檢測結果,並依據該後轉換模型產生後處理過的M個第二後轉換成分。要特別注意的是,該後轉換模型即為該預轉換模型的反轉換。
該並串轉換單元26電連接該第一後轉換單元25及該第二後轉換單元25’,以將並行的該等M個第一後轉換成分與並行的該等M個第二後轉換成分轉換成一串行的M個複數輸出資料符元。
在本實施例中,該第一後轉換單元25與該第二後轉換單元25’為二個後處理器(Post-processors),分別用於執行該等M個I通道基頻接收訊號的檢測結果之後處理運算和該等M個Q通道基頻接收訊號的檢測結果之後處理運算。在其他實施方式中,該二後處理運算可融入該接收端的資料檢測單元23中,亦即該第一後轉換單元25和該第二後轉換單元25’可省略以降低系統的運算複雜度。
圖10繪示了一模擬結果,以比較該基於離散哈特利轉換的實施例(DHT-FBMC/QAM)與二種基於離散傅立葉轉換之習知濾波器組多載波系統(DFT-FBMC/OQAM和DFT-FBMC/QAM)在位元錯誤率對訊號雜訊比方面的效能表現,其中訊號雜訊比定義為每位元訊號能量對雜訊頻譜密度的比值;圖10對應的模擬環境及參數設定情況如表1所示,其中通道模型是國際電信聯盟的行人A通道(ITU Pedestrian A Channel),而資料檢測則是依據最小均方誤差演算法進行;由該模擬結果可看出,DHT-FBMC/QAM的效能雖略遜於DFT-FBMC/OQAM,但優於DFT-FBMC/QAM。
表2詳列了該DHT-FBMC/QAM系統實施例、DFT-FBMC/OQAM系統及DFT-FBMC/QAM系統在傳送端與接收端各主要處理單元所需的實數乘法運算次數以及整個系統所需的實數乘法運算次數,其中該三種系統利用最小均方誤差演算法進行資料檢測的複雜度相當,因此對應的實數乘法運算次數未納入。
從表2可看出,DHT-FBMC/QAM系統所需的總運算次數低於DFT-FBMC/OQAM系統所需的總運算次數及DFT-
FBMC/QAM系統所需的總運算次數。另外,DHT-FBMC/QAM系統在鏡像對稱的(Mirror-Symetrical)二個子載波上存在有通道多樣的特性(Channel Diversity),因此,若能適當開發該通道多樣的特性,本發明所提供之DHT-FBMC/QAM系統可再進一步改善。
綜上所述,本發明所提供的DHT-FBMC/QAM通訊系統之該傳送端1的該第一與第二合成濾波器組14、15所執行的反離散哈特利轉換處理步驟,以及該接收端2的該第一與第二分析濾波器組21、22所執行的離散哈特利轉換處理步驟只涉及實數運算,而且離散哈特利轉換與反離散哈特利轉換的數學定義相同(縮放常數除外),可利用相同的軟體或硬體實現;因此,相較於使用複數運算的現有DFT-FBMC/OQAM通訊系統和DFT-FBMC/QAM通訊系統,其中對應的傳送端1與接收端2分別執行反離散傅立葉轉換和離散傅立葉轉換處理步驟,本發明之DHT-FBMC/QAM通訊系統在實現便利性和實現複雜度上皆具有優勢。
惟以上所述者,僅為本發明的實施例而已,當不能以此限定本發明的實施範疇;凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所進行的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利所涵蓋的範圍。
1 | 傳送端 | 2 | 接收端 |
12 | 串並轉換單元 | 21 | 第一分析濾波器組 |
13 | 第一預轉換單元 | 22 | 第二分析濾波器組 |
13’ | 第二預轉換單元 | 23 | 資料檢測單元 |
10 | 第一偶奇數資料分離器 | 24 | 第一偶奇數資料結合器 |
10’ | 第二偶奇數資料分離器 | 24’ | 第二偶奇數資料結合器 |
14 | 第一合成濾波器組 | 25 | 第一後轉換單元 |
15 | 第二合成濾波器組 | 25’ | 第二後轉換單元 |
26 | 並串轉換單元 |
Claims (9)
- 一種基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統的傳送端,包含:一串並轉換單元,適於對一串行的M個複數輸入資料符元實施串行-並行轉換,其中每一複數輸入資料符元包括一實部成分與一虛部成分,以便並行輸出該等M個複數輸入資料符元的該等M個實部成分和該等M個虛部成分;一第一預轉換單元,電連接該串並轉換單元,以接收該等M個實部成分,並依據一預轉換模型產生M個實部預轉換成分;一第二預轉換單元,電連接該串並轉換單元,以接收該等M個虛部成分,並依據該預轉換模型產生M個虛部預轉換成分;一第一偶奇數資料分離器,電連接該第一預轉換單元,以接收該等M個實部預轉換成分,並將該等M個實部預轉換成分分成M/2個偶數實部預轉換成分及M/2個奇數實部預轉換成分;一第二偶奇數資料分離器,電連接該第二預轉換單元,以接收該等M個虛部預轉換成分,並將該等M個虛部預轉換成分分成M/2個偶數虛部預轉換成分及M/2個奇數虛部預轉換成分;一第一合成濾波器組,電連接該第一偶奇數資料分離器,以接收該等M/2個偶數實部預轉換成分及該等M/2個奇數實部預轉換成分,且該等M/2個偶數實部預轉換成分 及該等M/2個奇數實部預轉換成分至少經由反離散哈特利轉換處理、資料組合處理、濾波處理、升取樣處理及並行-串行轉換處理,以產生M點的一組第一通道基頻傳送訊號;及一第二合成濾波器組,電連接該第二偶奇數資料分離器,以接收該等M/2個偶數虛部預轉換成分及該等M/2個奇數虛部預轉換成分,且該等M/2個偶數虛部預轉換成分及該等M/2個奇數虛部預轉換成分至少經由反離散哈特利轉換處理、資料組合處理、濾波處理、升取樣處理及並行-串行轉換處理,以產生M點的一組第二通道基頻傳送訊號。
- 如請求項1所述的基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統的傳送端,其中該第一合成濾波器組包括:M/2個第一升取樣模組,電連接該第一偶奇數資料分離器,以分別接收該等M/2個偶數實部預轉換成分,且每一第一升取樣模組對所接收的偶數實部預轉換成分進行升取樣,M/2個第二升取樣模組,電連接該第一偶奇數資料分離器,以分別接收該等M/2個奇數實部預轉換成分,且每一第二升取樣模組對所接收的奇數實部預轉換成分進行升取樣,M/2個第一原型濾波器,分別電連接該等M/2個第一升取樣模組,以分別接收被升取樣後的該等M/2個偶 數實部預轉換成分,且每一第一原型濾波器對所接收的偶數實部預轉換成分進行濾波,M/2個第二原型濾波器,分別電連接該等M/2個第二升取樣模組,以分別接收被升取樣後的該等M/2個奇數實部預轉換成分,且每一第二原型濾波器對所接收的奇數實部預轉換成分進行濾波,一第一反離散哈特利轉換模組,電連接該等M/2個第一原型濾波器,以接收被濾波後的該等M/2個偶數實部預轉換成分,並對其執行二組M/2點的反離散哈特利轉換運算,以產生該第一通道基頻傳送訊號的第一部分,一第二反離散哈特利轉換模組,電連接該等M/2個第二原型濾波器,以接收被濾波後的該等M/2個奇數實部預轉換成分,並對其執行二組M/2點的反離散哈特利轉換運算,以產生連續二組串行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果,一第一串並轉換模組,電連接該第二反離散哈特利轉換模組,以接收該二組串行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果,並對每一組串行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果實施串行-並行轉換,以產生連續二組並行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果,以及一第一資料組合暨並串轉換模組,電連接該第一串並轉換模組,以接收該二組並行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果,並對每一組並行M/2點的第二反離散哈特利轉換結果先進行組合再對組合結果實施並行-串行轉 換,以產生該第一通道基頻傳送訊號的第二部分;且該第二合成濾波器組包括:M/2個第三升取樣模組,電連接該第二偶奇數資料分離器,以分別接收該等M/2個偶數虛部預轉換成分,且每一第三升取樣模組對所接收的偶數虛部預轉換成分進行升取樣,M/2個第四升取樣模組,電連接該第二偶奇數資料分離器,以分別接收該等M/2個奇數虛部預轉換成分,且每一第四升取樣模組對所接收的奇數虛部預轉換成分進行升取樣,M/2個第三原型濾波器,分別電連接該等M/2個第三升取樣模組,以分別接收被升取樣後的該等M/2個偶數虛部預轉換成分,且每一第三原型濾波器對所接收的偶數虛部預轉換成分進行濾波,M/2個第四原型濾波器,分別電連接該等M/2個第四升取樣模組,以分別接收被升取樣後的該等M/2個奇數虛部預轉換成分,且每一第四原型濾波器對所接收的奇數虛部預轉換成分進行濾波,一第三反離散哈特利轉換模組,電連接該等M/2個第三原型濾波器,以接收被濾波後的該等M/2個偶數虛部預轉換成分,並對其執行二組M/2點的反離散哈特利轉換運算,以產生該第二通道基頻傳送訊號的第一部分,一第四反離散哈特利轉換模組,電連接該等M/2個第四原型濾波器,以接收被濾波後的該等M/2個奇數虛 部預轉換成分,並對其執行二組M/2點的反離散哈特利轉換運算,以產生連續二組串行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果,一第二串並轉換模組,電連接該第四反離散哈特利轉換模組,以接收該二組串行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果,並對每一組串行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果實施串行-並行轉換,以產生連續二組並行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果,以及一第二資料組合暨並串轉換模組,電連接該第二串並轉換模組,以接收該二組並行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果,並對每一組並行M/2點的第四反離散哈特利轉換結果先進行組合再對組合結果實施並行-串行轉換,以產生該第二通道基頻傳送訊號的第二部分。
- 如請求項2所述的基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統的傳送端,其中該第一通道基頻傳送訊號和該第二通道基頻傳送訊號分別被表示為和,並且
- 如請求項1所述的基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統的傳送端,其中該第一合成濾波器組包括:一第五反離散哈特利轉換模組,電連接該第一偶奇數資料分離器,以接收該等M/2個偶數實部預轉換成分,並對其執行M/2點的反離散哈特利轉換,以產生M/2點的第五反離散哈特利轉換結果,一第六反離散哈特利轉換模組,電連接該第一偶奇數資料分離器,以接收該等M/2個奇數實部預轉換成分,並對其執行M/2點的反離散哈特利轉換,以產生M/2點的第六反離散哈特利轉換結果,一第一資料組合模組,電連接該第六反離散哈特利轉換模組,以接收該等M/2點的第六反離散哈特利轉換結果,並對其進行資料組合,M/2個不同的第一多相濾波器,電連接該第五反離散哈特利轉換模組,以分別接收該等M/2點的第五反離散哈特利轉換結果,並分別對其先進行升取樣再濾波,以分別產生M/2個第一濾波輸出,M/2個不同的第二多相濾波器,電連接該第一資料組合模組,以分別接收資料組合後的該等M/2點的第六反離散哈特利轉換結果,並分別對其先進行升取樣再濾波,以分別產生M/2個第二濾波輸出, 一第一並串轉換模組,電連接該等M/2個第一多相濾波器,以接收濾波後的該等M/2個第一濾波輸出,並對其先進行升取樣再實施並行-串行轉換,以產生該第一通道基頻傳送訊號的第一部分,以及一第二並串轉換模組,電連接該等M/2個第二多相濾波器,以接收濾波後的該等M/2個第二濾波輸出,並對其先進行升取樣再實施並行-串行轉換,以產生該第一通道基頻傳送訊號的第二部分;且該第二合成濾波器組包括:一第七反離散哈特利轉換模組,電連接該第二偶奇數資料分離器,以接收該等M/2個偶數虛部預轉換成分,並對其執行M/2點的反離散哈特利轉換,以產生M/2點的第七反離散哈特利轉換結果,一第八反離散哈特利轉換模組,電連接該第二偶奇數資料分離器,以接收該等M/2個奇數虛部預轉換成分,並對其執行M/2點的反離散哈特利轉換,以產生M/2點的第八反離散哈特利轉換結果,一第二資料組合模組,電連接該第八反離散哈特利轉換模組,以接收該等M/2點的第八反離散哈特利轉換結果,並對其進行資料組合,M/2個不同的第三多相濾波器,電連接該第七反離散哈特利轉換模組,以分別接收該等M/2點的第七反離散哈特利轉換結果,並分別對其先進行升取樣再濾波,以分別產生M/2個第三濾波輸出, M/2個不同的第四多相濾波器,電連接該第二資料組合模組,以分別接收資料組合後的該等M/2點的第八反離散哈特利轉換結果,並分別對其先進行升取樣再濾波,以分別產生M/2個第四濾波輸出,一第三並串轉換模組,電連接該等M/2個第三多相濾波器,以接收濾波後的該等M/2個第三濾波輸出,並對其先進行升取樣再實施並行-串行轉換,以產生該第二通道基頻傳送訊號的第一部分,以及一第四並串轉換模組,電連接該等M/2個第四多相濾波器,以接收濾波後的該等M/2個第四濾波輸出,並對其先進行升取樣再實施並行-串行轉換,以產生該第二通道基頻傳送訊號的第二部分。
- 一種基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統的 接收端,適於接收一來自一傳輸通道的通道訊號,該通道訊號包括二組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號與二組串行M/2點的第二通道基頻接收訊號,且根據該通道訊號產生一連串的M個複數輸出資料符元,該接收端包含:一第一分析濾波器組,適於接收該二組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號,且該二組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號至少經由串行-並行轉換處理、降取樣處理、濾波處理、資料組合處理及離散哈特利轉換處理,以產生M/2個第一通道基頻接收訊號的第一部分及M/2個第一通道基頻接收訊號的第二部分;一第二分析濾波器組,適於接收該二組串行M/2點的第二通道基頻接收訊號,且該二組串行M/2點的第二通道基頻接收訊號至少經由串行-並行轉換處理、降取樣處理、濾波處理、資料組合處理及離散哈特利轉換處理,以產生M/2個第二通道基頻接收訊號的第一部分及M/2個第二通道基頻接收訊號的第二部分;一資料檢測單元,電連接該第一分析濾波器組及該第二分析濾波器組,並對該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第一部分、該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第一部分、該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第二部分及該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第二部分進行聯合檢測,以產生M/2個第一通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果、M/2個第二通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果、M/2個第一通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果 及M/2個第二通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果;一第一偶奇數資料結合器,電連接該資料檢測單元,將該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果及該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果結合,以產生M個第一通道基頻接收訊號的檢測結果;一第二偶奇數資料結合器,電連接該資料檢測單元,將該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第一部分之檢測結果及該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第二部分之檢測結果結合,以產生M個第二通道基頻接收訊號的檢測結果;一第一後轉換單元,電連接該第一偶奇數資料結合器,以接收該等M個第一通道基頻接收訊號的檢測結果,並依據一後轉換模型產生M個第一後轉換成分;一第二後轉換單元,電連接該第二偶奇數資料結合器,以接收該等M個第二通道基頻接收訊號的檢測結果,並依據該後轉換模型產生M個第二後轉換成分;及一並串轉換單元,電連接該第一後轉換單元及該第二後轉換單元,並對該等M個第一後轉換成分與該等M個第二後轉換成分實施並行-串行轉換,以便串行輸出M個複數輸出資料符元。
- 如請求項6所述的基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統的接收端,其中該第一分析濾波器組包括:一第一離散哈特利轉換模組,用以接收該二組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號,並將每一組串行M/2 點的第一通道基頻接收訊號乘上所有M/2點的離散哈特利轉換核函數,以產生連續二組M/2點的第一離散哈特利轉換的中間結果,一第一串並轉換暨資料組合模組,用以接收該二組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號,並對每一組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號先實施串行-並行轉換再進行組合,以輸出連續二組並行M/2點的第一通道基頻接收訊號的組合訊號,一第五並串轉換模組,電連接該第一串並轉換暨資料組合模組,以接收該二組並行M/2點的第一通道基頻接收訊號的組合訊號,並對其依序實施並行-串行轉換,以輸出連續二組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號的組合訊號,一第二離散哈特利轉換模組,電連接該第五並串轉換模組,以接收該二組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號的組合訊號,並將每一組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號的組合訊號乘上所有M/2點的離散哈特利轉換核函數,以產生連續二組M/2點的第二離散哈特利轉換的中間結果,M/2個第五原型濾波器,電連接該第一離散哈特利轉換模組,以分別接收該二組M/2點的第一離散哈特利轉換的中間結果,且每一第五原型濾波器對每組M/2點的第一離散哈特利轉換之其中一點對應的中間結果進行濾波,以產生濾波後的二組M/2點的第一離散哈特利轉換結 果,M/2個第六原型濾波器,電連接該第二離散哈特利轉換模組,以分別接收該二組M/2點的第二離散哈特利轉換的中間結果,且每一第六原型濾波器對每組M/2點的第二離散哈特利轉換之其中一點對應的中間結果進行濾波,以產生濾波後的二組M/2點的第一離散哈特利轉換結果,M/2個第一降取樣模組,分別電連接該等M/2個第五原型濾波器,以分別接收濾波後的該二組M/2點的第一離散哈特利轉換結果,且每一第一降取樣模組對其中一點進行降取樣,以產生該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第一部分,以及M/2個第二降取樣模組,分別電連接該等M/2個第六原型濾波器,以分別接收濾波後的該二組M/2點的第二離散哈特利轉換結果,且每一第二降取樣模組對其中一點進行降取樣,以產生該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第二部分;且該第二分析濾波器組包括:一第三離散哈特利轉換模組,用以接收該二組串行M/2點的第二通道基頻接收訊號,並將每一組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號乘上所有M/2點的離散哈特利轉換核函數,以產生連續二組M/2點的第三離散哈特利轉換的中間結果,一第二串並轉換暨資料組合模組,用以接收該二 組串行M/2點的第二通道基頻接收訊號,並對每一組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號先實施串行-並行轉換再進行組合,以輸出連續二組並行M/2點的第二通道基頻接收訊號的組合訊號,一第六並串轉換模組,電連接該第二串並轉換暨資料組合模組,以接收該二組並行M/2點的第二通道基頻接收訊號的組合訊號,並對其依序實施並行-串行轉換,以輸出連續二組串行M/2點的第二通道基頻接收訊號的組合訊號,一第四離散哈特利轉換模組,電連接該第六並串轉換模組,以接收該二組串行M/2點的第二通道基頻接收訊號的組合訊號,並將每一組串行M/2點的第二通道基頻接收訊號的組合訊號乘上所有M/2點的離散哈特利轉換核函數,以產生連續二組M/2點的第四離散哈特利轉換的中間結果,M/2個第七原型濾波器,電連接該第三離散哈特利轉換模組,以分別接收該二組M/2點的第三離散哈特利轉換的中間結果,且每一第七原型濾波器對每組M/2點的第三離散哈特利轉換之其中一點對應的中間結果進行濾波,以產生濾波後的二組M/2點的第三離散哈特利轉換結果,M/2個第八原型濾波器,電連接該第四離散哈特利轉換模組,以分別接收該二組M/2點的第四離散哈特利轉換的中間結果,且每一第八原型濾波器對每組M/2點的 第四離散哈特利轉換之其中一點對應的中間結果進行濾波,以產生濾波後的二組M/2點的第四離散哈特利轉換結果,M/2個第三降取樣模組,分別電連接該等M/2個第七原型濾波器,以分別接收濾波後的該二組M/2點的第三離散哈特利轉換結果,且每一第三降取樣模組對其中一點進行降取樣,以產生該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第一部分,以及M/2個第四降取樣模組,分別電連接該等M/2個第八原型濾波器,以分別接收濾波後的該二組M/2點的第四離散哈特利轉換結果,且每一第四降取樣模組對其中一點進行降取樣,以產生該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第二部分。
- 如請求項6所述的基於離散哈特利轉換之濾波器組多載波通訊系統的接收端,其中該第一分析濾波器組包括:一第一串並轉換模組,用以接收該二組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號,並對其先實施串行-並行轉換再進行降取樣,以輸出連續二組並行M/2點的第一通道待濾波訊號的第一部分,一第二串並轉換模組,用以接收該二組串行M/2點的第一通道基頻接收訊號,並對其先實施串行-並行轉換再進行降取樣,以輸出連續二組並行M/2點的第一通道待濾波訊號的第二部分, M/2個不同的第五多相濾波器,電連接該第一串並轉換模組,以接收該二組並行M/2點的第一通道待濾波訊號的第一部分,且每一第五多相濾波器先對每一組M/2點的第一通道待濾波訊號的第一部分之其中一點執行濾波再進行降取樣,以產生一組M/2點的第一通道濾波後訊號的第一部分,M/2個不同的第六多相濾波器,電連接該第二串並轉換模組,以接收該二組並行M/2點的第一通道待濾波訊號的第二部分,且每一第六多相濾波器先對每一組M/2點的第一通道待濾波訊號的第二部分之其中一點執行濾波再進行降取樣,以產生一組M/2點的第一通道濾波後訊號的第二部分,一第三資料組合模組,電連接該等M/2個第六多相濾波器,以接收該組M/2點的第一通道濾波後訊號的第二部分,並對其進行資料組合,以產生一組M/2點的第一通道濾波後訊號的第二部分之組合訊號,一第五離散哈特利轉換模組,電連接該等M/2個第五多相濾波器,以接收該組M/2點的第一通道濾波後訊號的第一部分,並對其執行M/2點的離散哈特利轉換,以產生該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第一部分,以及一第六離散哈特利轉換模組,電連接該第三資料組合模組,以接收該組M/2點的第一通道濾波後訊號的第二部分之組合訊號,並對其執行M/2點的離散哈特利轉換,以產生該等M/2個第一通道基頻接收訊號的第二部 分;且該第二分析濾波器組包括:一第三串並轉換模組,用以接收該二組串行M/2點的第二通道基頻接收訊號,並對其先實施串行-並行轉換再進行降取樣,以輸出連續二組並行M/2點的第二通道待濾波訊號的第一部分,一第四串並轉換模組,用以接收該二組串行M/2點的第二通道基頻接收訊號,並對其先實施串行-並行轉換再進行降取樣,以輸出連續二組並行M/2點的第二通道待濾波訊號的第二部分,M/2個不同的第七多相濾波器,電連接該第三串並轉換模組,以接收該二組並行M/2點的第二通道待濾波訊號的第一部分,且每一第七多相濾波器先對每一組M/2點的第二通道待濾波訊號的第一部分之其中一點執行濾波再進行降取樣,以產生一組M/2點的第二通道濾波後訊號的第一部分,M/2個不同的第八多相濾波器,電連接該第四串並轉換模組,以接收該二組並行M/2點的第二通道待濾波訊號的第二部分,且每一第八多相濾波器先對每一組M/2點的第二通道待濾波訊號的第二部分之其中一點執行濾波再進行降取樣,以產生一組M/2點的第二通道濾波後訊號的第二部分,一第四資料組合模組,電連接該等M/2個第八多相濾波器,以接收該組M/2點的第二通道濾波後訊號的第 二部分,並對其進行資料組合,以產生一組M/2點的第二通道濾波後訊號的第二部分之組合訊號,一第七離散哈特利轉換模組,電連接該等M/2個第七多相濾波器,以接收該組M/2點的第二通道濾波後訊號的第一部分,並對其執行M/2點的離散哈特利轉換,以產生該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第一部分,以及一第八離散哈特利轉換模組,電連接該第四資料組合模組,以接收該組M/2點的第二通道濾波後訊號的第二部分之組合訊號,並對其執行M/2點的離散哈特利轉換,以產生該等M/2個第二通道基頻接收訊號的第二部分。
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