CN105723672B - 滤波器组多载波通信***中的调制信号传输的收发方法和装置 - Google Patents
滤波器组多载波通信***中的调制信号传输的收发方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种使能滤波器组多载波(FMBC)通信***中的QAM信号传输的收发方法和装置，并且特别是提供了一种通过在具有偶数索引的子载波和具有奇数索引的子载波之间分开滤波，并且叠加和发送利用分离所滤波的子载波，而使能正交幅度调制(QAM)信号传输而没有内在干扰的收发方法和装置。如此呈现的本发明是FBMC通信***中的发送方法，该方法包括步骤：将至少两个QAM信号划分成多个组；对所述多个组的每个执行滤波；以及在时间轴上叠加和发送滤波的多个组中的QAM信号。本发明涉及一种发送方法和装置，以及相应的接收方法和装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在基于滤波器组的多载波(FBMC)***中发送/接收正交幅度调制(QAM)信号的方法和装置，并且特别是，涉及一种通过使用滤波器的正交性分开地滤波偶数和奇数索引的子载波并在彼此正交的子载波上发送信号来发送/接收QAM信号而没有内在干扰的方法和装置。
背景技术
最近，对于作为用于以高速发送高质量数据的下一代通信技术之一并且代替正交频分复用(OFDM)技术的基于滤波器组的多载波(FBMC)通信方案已经进行了很多研究。在满足频谱掩模要求的同时的低带外辐射和减少保护子载波的数量方面，FBMC优于OFDM；并且这使得用循环前缀(CP)调制/解调信号成为可能，导致谱效率和对抗频率同步错误的健壮性的改善。
常规的FBMC通信***可以被分类为(1)其中时域多相网络(PNN)遵循快速傅立叶逆变换(IFFT)的发送/接收方法，以及(2)其中频域扩频器和叠加(overlap)/求和结构在IFFT之前的发送/接收方法。(1)的技术实现作为长度M的加权和的总和的具有滤波的时域卷积操作，然后通过以时间差应用两个PPN模块来实现偏移-QAM(OQAM)。此时，接收器使用时域均衡器，因为发送器执行时域滤波。(2)的技术使用频域中的原型滤波器执行过采样和滤波，长度KM的IFFT，以及使用加法器和存储器执行叠加发送。此时，接收器使用单抽头均衡器，因为发送器在频域执行滤波。
在下文中更详细地描述(2)的技术。
图1是示出用在常规的FBMC通信***中的发送器的框图，并且图2是示出当K＝4是用在常规的FBMC通信***中的发送器中的信号流的图。
参照图1，发送信号d(n)包括M个偏移正交幅度调制(OQAM)信号d(mM)。OQAM信号被串并(S/P)转换器110转换，并且每个OQAM信号di(mM)被扩频器120在频域扩频，如图2中所示。扩频器120通过使用原型滤波器用2K-1个频域滤波器乘每个OQAM信号，来将每个OQAM信号扩频成整个频带中的KM个信号。这称为频域滤波。
IFFT 130对滤波的信号进行IFFT。最终，IFFT 130的输出信号被并串(P/S)和叠加/求和块140叠加。
在常规的FBMC***中，因为相邻的QAM信号被扩频并且扩频的结果在扩频过程中被叠加用于执行频域滤波，所以恢复信号变得不可能。为了克服这个问题，FBMC***使用OQAM，OQAM安排同相(实)和正交相位(虚)分量在带-频率资源(tie-frequency resource)中彼此交叉。
为了在常规的***中执行频域滤波，与OFDM相比，IFFT 130的大小应该被增加多达与原型滤波器的叠加因子对应的K倍，并且总的***复杂度增加。因为相同的问题也发生在接收器，所以接收器的FFT大小应该也被增加多达K倍，并且这增加了接收器的复杂度。
图4是示出用在常规的通信***中的接收器的框图。
参照图4，接收信号x(n)被S/P转换器210转换成并行信号，然后被快速傅立叶变换(FFT)220进行FFT。接着，信号被频率均衡器230补偿，然后被频率去扩频器240频域滤波以便被恢复。如果QAM信号被用在频域滤波过程中，如上所述，则这使得取消内在干扰变得不可能。
发明内容
技术问题
因为在上述采用(1)的技术或(2)的技术的常规FBMC通信***中，相邻的信号的滤波结果被叠加，所以OQAM信号应该代替QAM信号被使用。结果，常规的FBMC通信***具有这样的缺点，难以将它与多输入多输出(MIMO)结合。
特别是，在(2)的技术中，因为频域滤波而在接收器使用单抽头频域均衡器是有利的，但是因为IFFT和FFT大小增加了K倍而增加复杂度是不利的。
本发明提供了一种通过分开与偶数索引的子载波对应的信号以及与奇数索引的子载波对应的信号，并且发送使用滤波器的正交性滤波的信号，来在FBMC通信***中发送QAM信号的方法和装置。
此外，本发明提供了一种通过克服常规的基于OQAM的FBMC通信***中增加IFFT和FFT大小多达叠加因子K的缺点并且在接收器使用频域单抽头均衡器来以低复杂度高效地发送/接收信号的方法和装置。
解决方案
为了解决以上问题，根据本发明的一方面，用于在FBMC通信***中发送信号的方法包括将至少两个QAM信号分类成多个组，对各个组滤波，并且以在时域中被叠加的状态来发送包括在滤波的组中的QAM信号。
根据本发明的另一方面，用于在FBMC通信***中接收信号的方法包括将接收信号分类成多个组，对各个组滤波，并且通过在频域中均衡滤波结果来恢复至少两个QAM信号。
根据本发明的另一方面，用在FBMC通信***中的发送装置包括：滤波单元，其对分类成多个组的至少两个QAM信号滤波，叠加单元，其在时域中叠加包括在滤波的组中的QAM信号，以及通信单元，其发送叠加的信号到装置的外部。
根据本发明的又另一方面，用在FBMC通信***中的接收装置包括：通信单元，其接收信号，滤波单元，其将接收信号分类成多个组，并且对接收信号的组进行滤波，以及均衡器，其在频域上均衡滤波结果来恢复至少两个QAM信号。
有益效果
使得按本发明中提出的发送QAM信号成为可能的发送/接收方法和装置能够减轻由滤波分开所导致的内在的干扰。
此外，使得按本发明中提出的发送QAM信号成为可能的发送/接收方法和装置可以处理复杂的信号以便促进与MIMO的结合，同时维持将用于OFDM的基于QAM的技术适应于FBMC。
附图说明
图1是示出用在常规的FBMC通信***中的发送器的框图；
图2是示出用在常规的FBMC通信***中的发送器中的信号流的图；
图3是示出传统FBMC通信***的频域滤波过程的示图；
图4是示出用在传统FBMC通信***中的接收装置的框图；
图5是示出根据本发明的发送装置的框图；
图6是示出根据本发明的发送装置的频域滤波过程的示图；
图7是示出用时域乘法运算修改的频域卷积运算的示图；
图8是示出根据本发明的用QAM信号卷积运算修改的时域乘法运算的示图；
图9是示出根据本发明的发送装置中的叠加IFFT输出信号的示范性操作的示图。
图10是示出根据本发明的接收装置的配置的框图；
图11是示出根据本发明的发送装置中的信号流的示图；
图12是示出连续的FBMC符号的叠加/求和的示例的示图；
图13是示出根据本发明的接收装置中的信号流的示图；
图14是示出根据本发明的发送方法的流程图；以及
图15是示出根据本发明的接收方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例针对信号发送和接收装置。发送和接收装置可以是***、用户单元、用户站、移动站、移动单元、远程站、远程单元、设备、用户终端、终端、无线通信设备、用户代理、用户设备或用户装备(UE)。发送和接收装置可以是蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、具有无线接入功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的处理设备。
在此使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不是意在限制本发明。除非另外定义，否则在此使用的所有术语具有与此发明属于的领域中一位普通技术人员所通常理解的相同的意思，并且它们既不应该被解释为具有过度广泛的意思，又不应该被解释为具有过度缩小的意思。
如在此使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示除外。还将理解，术语“包括了”“包括”、“包含了”和/或“包含”当在此使用时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在；但是它们不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或添加。
参照附图详细地描述本发明的示范性实施例。可以省略合并于此的公知功能和结构的详细描述以避免模糊本发明的主题内容。此外，以下术语是考虑到本发明中的功能来定义的，并且根据用户或者操作者的意图、使用等而可能变化。因此，应该基于本说明书的全部内容来进行定义。
图5是示出根据本发明的发送装置的配置的框图。
参照图5，根据本发明的发送装置300包括多个S/P转换器311和312，多个IFFT 321和322，以及多个加权求和块331和332。S/P转换器311和312、IFFT 321和322以及加权求和块331和332可能涉及滤波QAM信号的操作。因而，S/P转换器311和312、IFFT 321和322以及加权求和块331和332可以被单独地或整体地称为滤波单元。
如图5和6中所示，根据本发明的发送装置将M个QAM信号分离成第一组和第二组，来按组执行滤波。此时，发送装置可以将相邻的QAM信号分类成不同的组。例如，发送装置300可以将M个QAM信号分类成偶数索引的信号组和奇数索引的信号组。用这种方式，根据本发明的发送装置300防止相邻信号之间的内在干扰，如图6中所示。
在本发明的各种实施例中，可以使用彼此间具有复杂关系的组特定的滤波器来执行滤波操作。在第一组和第二组被分开滤波的示范性情况中，第一和第二组可以被各自的具有复杂关系的第一和第二滤波器来滤波。即，施加到第二组的滤波器的滤波系数可以是施加到第一组的滤波器的滤波器系数的复数值。在实施例中，如果施加到第一组的滤波器的系数在实域表示，则施加到第二组的滤波器的系数在复域中表示。即，如果施加到第一组的第一滤波器具有实域滤波器系数H＝[H2 H1 H0 H1 H2]，则施加到第二组的第二滤波器可以具有复域滤波器系数G＝[G2 G1 G0 G1 G2]＝[jH2 jH1 jH0 gH1 jH2]。
此外，根据本发明，发送装置300可以在IFFT之前用扩频方案执行分开的滤波，或者，代替卷积，在IFFT之后用时间轴上的乘法的方式以便避免增加复杂度。下文中进行其详细描述。
如图6中所示，基于频域中的扩频之后的乘法的传统滤波过程可以被解释为以在QAM信号之间***零并且将滤波器系数***到QAM信号中为特征的信号的卷积。此时，如果因为零被***在信号之间而使得要被滤波的原始QAM信号被变换为时域信号，则IFFT输出信号以重复K-1次的信号的形式出现。因此，滤波过程可以被重新解释为与M个信号对应的IFFT输出数据与以块为单位的KM个时域滤波器系数之间的加权求和操作，如图7中所示。图7示出K为4的示范性情况。
参照图8，在将M个QAM信号分类成M/2个偶数索引的QAM信号和M/2个奇数索引的QAM信号的两组的情况中，2K-1个零被***在信号之间，这不同于K-1个零被***的图7的情况。因此，用卷积规则来重新解释IFFT操作，IFFT输出信号以按照M/2的大小重复信号的IFFT输出块2K-1次的形式出现。发送装置300可以通过用KM个时域滤波器系数乘IFFT输出信号来执行滤波。此时，执行乘法操作的块被称为“乘法器”。
在本发明中，发送装置300在时域中利用叠加/求和块340和P/S转换器350以2K个块为单位执行叠加/求和操作。发送装置发送如图6中所示形成的用于第一和第二组的IFFT输出块，即，在如图9中所示的被叠加的状态中的与偶数索引和奇数索引的信号对应的IFFT输出块。特别是在本发明的实施例中，发送装置300叠加IFFT输出信号，使得第一组和第二组之一的IFFT输出信号之一以逆序排列。在本发明的实施例中，叠加/求和块340可以被称为“叠加单元”。在FBMC发送/接收结构中使用滤波器之间的正交性来发送如图9中所示叠加的信号的情况中，偶数索引的信号和奇数索引的信号不相互影响；因而，发送QAM信号是可能的。
可以利用发送装置的通信单元向接收装置发送叠加的信号。
图10是示出根据本发明的接收装置的配置的框图。
参照图10，根据本发明的接收装置400利用通信单元来接收信号。接收信号经过S/P转换器410、加权求和块421和422以及FFT转换器431和432，然后单抽头均衡器441和442在频域对信号执行单抽头均衡过程。最后，P/S转换器451和452对接收信号执行P/S转换来恢复原始信号。
下文对本发明的发送装置和接收装置中的信号转换过程进行详细描述。
图11是示出根据本发明的发送装置中的信号流的示图。
参照图11，发送信号d(n)包括M个信号。根据本发明，信号被分类成第一和第二组。因此，组特定的信号d1(n)和d2(n)具有M/2的大小。在本发明的实施例中，信号被分类成两组。例如，信号被分类成由偶数索引的信号组成的第一组和由奇数索引的信号组成的第二组。
包括在第一和第二组中的信号经过组特定的SP转换和组特定的IFFT操作，以便被转换成如图6中所示的时域数据。图6例示了分开的滤波偶数索引的信号(上部)和奇数索引的信号(下部)的操作。参照图6，如果相邻信号被分类成不同的组，则分开的信号穿过各自的SP转换和IFFT转换操作以便避免内在的干扰，如图3中所示。
图11的IFFT块的输出信号被顺序地存储在第1至第(2K-2)存储器中。之后，存储在存储器中的信号通过加法操作与以M/2个块为单位的KM个时域滤波器系数叠加，然后通过P/S块被发送到外面。在本发明的实施例中，取决于K值，时域滤波器系数可以具有不同的值。
图12是示出连续的FBMC符号的叠加/求和的示例的示图。
在图12中，水平轴表示时间，并且一个子块表示作为对M/2个QAM信号施加M/2-IFFT的结果的信号。M/2-IFFT所施加到的M/2个QAM信号被延长2K-1倍，并且被乘以KM个时域滤波器系数。在奇数索引的信号的情况中，在乘法之后获取的2K个块在符号上被改变(-+-+...)，并且以逆序重新排列。因此，在相同垂直列上对齐的K个FBMC符号被叠加，然后最终被求和以便被发送到接收装置。
图13是示出根据本发明的接收装置中的信号流的示图。
参照图13，在经过均衡器之前，接收装置中的信号按照发送装置中的信号流的逆序流动。详细地，接收装置顺序地在存储器中存储接收大小为M的信号。接着，接收装置用KM个时域滤波器系数乘存储在各自的存储器中的信号，并且以块为单位来执行加法操作以生成大小为M的FFT输入信号。之后，接收装置执行大小为M/2的FFT操作，并且在频域中使用单抽头均衡器来恢复原始信号。
图14是示出根据本发明的发送方法的流程图。
参照图14，在步骤1401，发送装置将至少两个调制信号分类成多个组。发送装置可以将M个调制信号分类成多个组，例如第一和第二组。此时，发送装置可以分类调制信号使得相邻信号属于不同的组。在实施例中，发送装置可以将调制信号分类成两组，即偶数索引的调制信号组和奇数索引的调制信号组。
接着，在步骤1403，发送装置为各个组执行滤波。发送装置在步骤1405对包括在各个组中的调制信号执行IFFT，在步骤1407将IFFT后的输出信号延长为MK个信号，并且在步骤1409用时域滤波器系数乘MK个输出信号。
之后，发送装置在步骤1411叠加滤波的组特定的调制信号。在实施例中，发送装置在步骤1413重新排列包括在至少一个组中的调制信号，并且在步骤1415叠加滤波的组特定的调制信号。
最后，发送装置在步骤1417发送叠加的信号到装置的外面。
图15是示出根据本发明的接收方法的流程图。
参照图15，接收装置在步骤1501接收信号。
接着，接收装置在步骤1503将接收信号***成多个组。接收装置在步骤1505对***的组执行反向滤波。即，接收装置在步骤1507用时域滤波器系数乘所接收的组特定的信号，并且在步骤1509对通过乘以滤波器系数而输出的信号执行傅立叶变换。
如上所述，接收装置将傅立叶变换的输出信号处理为恢复的信号。
如上所述，本发明的发送装置将QAM信号分类成多个组来分开用于各个组的滤波过程，并且使用滤波器的正交性发送处于被叠加的状态下的QAM信号。发送装置使用IFFT和FFT的重复特性在时域中通过加权和来执行滤波，以便降低复杂度。
虽然已经使用特定术语来描述本公开的各种实施例，但是为了帮助理解本发明，说明书和附图要被认为是说明性的而不是限制性的意义。因此，应该解释，本发明的范围涵盖了对其进行的各种修改和改变而不脱离本发明的更宽的精神和范围。
Claims (16)
1.一种用于在滤波器组-多载波FBMC通信***中发送信号的方法，该方法包括：
将调制信号分类成至少两个组，偶数索引的子载波信号被分类成第一组，并且奇数索引的子载波信号被分类成第二组，其中调制信号中的每一个与不同的子载波对应；
通过执行傅里叶逆变换并将时域滤波器系数与第一组的偶数索引的子载波信号以及第二组的奇数索引的子载波信号相乘，对第一组和第二组滤波；
通过以第二滤波的调制信号的逆序排列第一滤波的调制信号并将排列后的第一滤波的调制信号和第二滤波的调制信号进行叠加，将第一组的第一滤波的调制信号和第二组的第二滤波的调制信号在时域中进行叠加；以及
发送被叠加的滤波的调制信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中相乘包括：
对于第一组和第二组中的每一个，将M/2个傅立叶逆变换输出信号延长为M/2*2K个信号；以及
用M/2*2K个时域滤波器系数乘以M/2*2K个信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述延长包括将第一组和第二组中的每一个的M/2个傅立叶逆变换输出信号重复2K次。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述延长还包括在所述M/2个傅立叶逆变换输出信号之间***2K-1个零符号。
5.如权利要求1所述的方法，其中调制信号是正交幅度调制QAM信号，并且
其中第一组和第二组包括相同数量的调制信号。
6.一种用于在滤波器组-多载波FBMC通信***中接收信号的方法，该方法包括：
将接收信号分类成至少两个组，偶数索引的子载波信号被分类成第一组，并且奇数索引的子载波信号被分类成第二组，其中接收信号中的每一个与不同的子载波对应；
通过将时域滤波器系数与第一组的偶数索引的子载波信号以及第二组的奇数索引的子载波信号相乘并执行傅里叶变换，对第一组和第二组滤波；以及
通过在频域均衡所述滤波的结果来恢复调制信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中调制信号是正交幅度调制QAM信号。
8.如权利要求7所述的方法，其中第一组和第二组包括相同数量的调制信号。
9.一种用在滤波器组-多载波(FBMC)通信***中的发送装置，该装置包括：
通信单元，被配置为发送和接收信号；以及
至少一个处理器，被配置为：
将调制信号分类成至少两个组，偶数索引的子载波信号被分类成第一组，并且奇数索引的子载波信号被分类成第二组，其中调制信号中的每一个与不同的子载波对应；
通过执行傅里叶逆变换并将时域滤波器系数与第一组的偶数索引的子载波信号以及第二组的奇数索引的子载波信号相乘，对第一组和第二组滤波；
通过以第二滤波的调制信号的逆序排列第一滤波的调制信号并将排列后的第一滤波的调制信号和第二滤波的调制信号进行叠加，将第一组的第一滤波的调制信号和第二组的第二滤波的调制信号在时域中进行叠加；以及
发送被叠加的滤波的调制信号。
10.如权利要求9所述的发送装置，其中所述至少一个处理器被配置为：
对于第一组和第二组中的每一个，将M/2个傅立叶逆变换输出信号延长为M/2*2K个信号，并且
用M/2*2K个时域滤波器系数乘以M/2*2K个信号。
11.如权利要求10所述的发送装置，其中所述至少一个处理器被配置为：
将第一组和第二组中的每一个的M/2个傅立叶逆变换输出信号重复2K次。
12.如权利要求11所述的发送装置，其中所述至少一个处理器被配置为：
在所述M/2个傅立叶逆变换输出信号之间***2K-1个零符号。
13.如权利要求9所述的发送装置，其中调制信号是正交幅度调制QAM信号，并且
其中第一组和第二组包括相同数量的调制信号。
14.一种用在滤波器组-多载波FBMC通信***中的接收装置，该装置包括：
通信单元，被配置为接收信号；以及
至少一个处理器，被配置为：
将接收信号分类成至少两个组，偶数索引的子载波信号被分类成第一组，并且奇数索引的子载波信号被分类成第二组，其中接收信号中的每一个与不同的子载波对应；
通过将时域滤波器系数与第一组的偶数索引的子载波信号以及第二组的奇数索引的子载波信号相乘并执行傅里叶变换，对第一组和第二组滤波；以及
通过在频域均衡所述滤波的结果来恢复调制信号。
15.如权利要求14所述的接收装置，其中调制信号是正交幅度调制QAM信号。
16.如权利要求15所述的接收装置，其中第一组和第二组包括相同数量的调制信号。
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