用于信道自適應波形調制的干擾對齊的制作方法
【專利摘要】實施方式提供了一種用于針對信道自適應波形調制進行干擾對齊的設備和方法。該方法包括至少獲得通信信道的脈沖響應函數的第一矩陣的一部分和第二矩陣的一部分。該方法進一步包括：基于至少所獲得的所述第一矩陣和所述第二矩陣的所述部分，設計一個或者多個線性獨立的波形的集合，以使得所述線性獨立波形與所獲得的所述第一矩陣的所述部分相乘時跨越的第一子空間至少部分和所述線性獨立波形在與所獲得的所述第二矩陣的所述部分相乘時跨越的第二子空間交疊。
【專利說明】用于信道自適應波形調制的干擾對齊
【背景技術】
[0001]符號間干擾(ISI)是其中一個符號干擾后續符號的一種信號失真形式。由于先前符號與噪聲有相似的影響因而會造成通訊可靠性下降，因此這是一種不期望的現象。ISI的成因之一是多徑傳播，其中來自發射器的無線信號經過許多不同的路徑到達接收器。這種情況的成因包括反射(例如，信號可能從建筑物反彈)，折射(比如穿過樹葉)和大氣影響比如大氣波管和電離層反射。由于所有這些路徑的長度不同，導致在不同的時間抵達信號的不同信號版本，從而造成ISI。
[0002]數據傳輸方案已經通過各種技術來處理ISI。其中一種技術被稱作正交頻分多路復用(OFDM)。OFDM使用能夠在頻率依賴性信道基本去除ISI的調制波形。例如，在OFDM中，每個傳輸的數據塊都是OFDM調制波形的加權疊加。OFDM調制波形在一個時間周期(Ts-Te)內組成一個正交基本集，其中Ts是OFDM塊的長度(也稱作持續符號間隔Ts)，Te是都被表示為采樣間隔的倍數的保護間隔或循環前綴的持續時間。由于ISI不會使被大于通信信道的延遲擴展Td分離的符號失真，保護間隔Te被挑選為大于或等于OFDM中的延遲擴展TD。在OFDM塊中，疊加的權重限定了正被傳輸的數據符號。
[0003]在接收器處，在OFDM中，通過將接收的數據塊投影到共軛OFDM調制波形的基本集，來解調每個傳輸的數據塊。由于OFDM調制波形是周期(Ts-Te)的基本集，投影可以在OFDM數據塊的最后一個周期(Ts-Te)上執行。因此投影不必使用OFDM數據塊的前綴部分。由于信道存儲受限于Td的長度，先前傳輸的OFDM塊只在下一個接收OFDM數據塊的循環前綴或者保護間隔中產生ISI。因此，通過忽略接收OFDM數據塊的循環前綴或者保護間隔，OFDM生成免于因ISI引起的干擾的解調數據。OFDM技術也可以有效地使通信信道對角化。
[0004]不幸的是，OFDM數據塊的循環前綴和保護間隔消耗原本將會用于傳輸數據的帶寬。當通信信道的延遲擴展Td接近OFDM數據塊Ts的時間長度，余下用于運載數據的帶寬Ts-Td收縮至零。例如，當信道的延遲擴展等于符號間隔時，由于冗余的循環前綴占據了全部符號間隔，OFDM效率為0%。提高符號間隔Ts將緩解該問題，但是這會導致通信延遲增加，取決于應用，這可能是不可容忍的。
[0005]為了克服其延遲擴展接近OFDM塊長度的信道帶寬不足的問題，陳等人(美國專利N0.7,653, 120)提出了一種信道自適應波形調制(CAWM)，其從信道脈沖響應本身生成調制波形。當信道延遲擴展等于符號間隔時，由于能夠創建的正交數據符號承載波形的數量可以等于符號間隔的一半，所以CAWM效率為50%。當延遲擴展等于符號間隔的二倍時，CAWM效率為1/3 (33%)。在這兩種情況下，這比擬于OFDM系統中0%效率。
【發明內容】
[0006]實施方式提供了一種用于針對信道自適應波形調制的干擾對齊的設備和方法。
[0007]該方法包括至少獲得通信信道的脈沖響應函數的第一矩陣的一部分和第二矩陣的一部分。所述第一矩陣的部分涉及在當前數據塊與先前傳輸的第一數據塊之間的信道誘發干擾，以及所述第二矩陣的部分涉及當前數據塊與先前傳輸的第二數據塊之間的信道誘發干擾，所述第二數據塊在所述第一數據塊之前傳輸。
[0008]該方法進一步包括基于至少針對所述通信信道的脈沖響應函數獲得的所述第一矩陣的部分和獲得的所述第二矩陣的部分，設計一個或者多個線性獨立的波形的集合，以使得線性獨立波形在與所獲得的第一矩陣的部分相乘時跨越的第一子空間至少部分和所述線性獨立波形在與所獲得的第二矩陣的部分相乘時跨越的第二子空間交疊。
[0009]在一個實施方式中，該設計步驟設計線性獨立波形的集合，以使得所述第一子空間和所述第二子空間占據同一個線性空間。所設計的集合進一步可以包括(I)第一矩陣的逆與(2)第二矩陣的乘積的特征向量的子集。所述子集可以包括該乘積的右特征向量。
[0010]在另一實施方式中，該設計步驟進一步包括基于(I)第一矩陣的逆與(2)第二矩陣的乘積的特征向量分解，獲得特征向量和對應的特征值，以及選擇所獲得的特征向量中的子集。
[0011]并且，該設計步驟可以進一步包括基于所選擇的子集配置第二波形集合，其中被配置的第二波形集合為所選擇的子集與第一矩陣或第二矩陣的乘積的正交補集。
[0012]在一個實施方式中，第一數據塊緊接著位于當前數據塊之前，以及第二數據塊緊接著位于所述第一數據塊之前。
[0013]該方法可以進一步包括通過位于發射器和接收器之間的通信信道傳輸一組導頻信號，其中響應于對所述導頻信號的測量而獲得所述脈沖響應函數的所述第一矩陣的部分和所述第二矩陣的部分。
[0014]該方法進一步包括，針對所述序列中的數據塊中的每個數據塊，調制所設計的集合的波形從而使得幅值響應于接收輸入數據符號且與經過調制的波形線性疊加，以形成數據塊的每個。
[0015]在一個實施方式中，當延遲擴展是符號間隔的二倍時，所設計的集合包括數目等于符號間隔的一半的波形。
[0016]該設備包括:具有調制器陣列的發射器，每個調制器被配置為響應于接收到輸入數據符號序列中的每一個輸入數據符號，在采用間隔序列上對線性獨立波形中的對應一個的振幅進行調整；加法器，被配置為形成數據塊序列，其中每個數據塊是調制器響應接收輸入數據符號其中之一而產生的調制發射器波形的線性疊加，并且該加法器被配置為通過通信信道傳輸數據塊。
[0017]該發射器以響應于通信信道的脈沖響應函數的第一矩陣的一部分和第二矩陣的一部分的方式，對經過調制的波形進行配置。所述第一矩陣的部分涉及當前數據塊與先前傳輸的第一數據塊之間的信道誘發干擾，所述第二矩陣的部分涉及當前數據塊與先前傳輸的第二數據塊之間的信道誘發干擾，所述第二數據塊在所述第一數據塊之前傳輸。該發射器配置經過調制的波形以使得經過調制的波形在與所述第一矩陣的部分相乘時所跨越的第一子空間至少部分和經過調制的波形在與獲得的第二矩陣的部分相乘時所跨越的第二子空間交疊。
[0018]在一個實施方式中，發射器設置經過調制的波形以使得第一子空間和第二子空間占據相同的線性空間。該經過調制的波形進一步可以包括(I)第一矩陣的逆與(2)第二矩陣的乘積的特征向量的子集。該子集可以包括該乘積的右特征向量。通過基于(I)第一矩陣的逆與(2)第二矩陣的乘積的特征向量分解獲得特征向量和對應的特征值，發射器對經過調制的波形進行配置，并選擇所獲得的特征向量中的子集。
[0019]通過基于所選擇的子集構建第二波形集合，該發射器可以對經過調制的波形進行配置，其中所構建的第二波形集合是所選擇的子集與所述第一矩陣或第二矩陣之積的正交補集。
[0020]該設備可以進一步包括具有解調器陣列的接收器，其中所述解調器將數據塊投影到共軛波形，從而形成對被解調數據塊所攜帶的輸入數據符號的分量的線性組合的估計。
[0021]該發射器可以通過位于發射器和接收器之間的通信信道而發射一組導頻信號，其中響應于對所述導頻信號的測量，獲得所述脈沖響應函數的所述第一矩陣的部分和所述第二矩陣的部分。
[0022]每個調制器可以調制所述線性獨立波形中的對應一個線性獨立波形的振幅，以使得振幅響應于接收的輸入數據符號并與經過調制的波形線性疊加，從而生成所述數據塊中的每個。
[0023]在一個實施方式中，當所述延遲擴展是信號間隔的二倍時，調制波形的數量等于符號間隔的一半。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]通過在下面給出的詳細說明以及附圖，示例性實施方式將得到更加充分的理解，在附圖中通過相同的標號表示相同的部件，這些標號僅以說明的方式給出，因此并非是限制性的，在所述附圖中:
[0025]圖1示出了根據一個實施方式的通信系統10 ；
[0026]圖2示出了根據一個實施方式在信道13上傳輸的數據流19 ；
[0027]圖3示出了根據一個實施方式用于針對信道自適應波形調制執行干擾對齊的方法;
[0028]圖4示出了根據一個實施方式構建波形以及共軛波形使得能夠移除符號間干擾的方法；以及
[0029]圖5示出了通過本發明實施方式(實線)、信道自適應波形調制(虛線)以及OFMD方法(點劃線)實現的作為信道延遲擴展Td的函數的多個正交輸入波形L的對照。
【具體實施方式】
[0030]現在將參考其中示出了一些示例實施方式的附圖，更加全面地描述不同示例實施方式。在整個附圖的描述中，相同的標號表不相同的部件。
[0031]需要理解的是，在本發明中盡管使用詞語第一，第二等等來描述不同的元素，然而這些元素并不受這些詞語的限制。上述詞語只是用于區分不同的元素。例如，第一元素也可被稱作第二元素，并且類似的，第二元素也可以被稱為第一元素，而并不背離所述示例實施方式的范圍。此處使用的詞語“和/或”包括所有列出的相關項其中的一個或多個的任
意組合。
[0032]此處使用的術語僅僅旨在描述特定實施方式，并不是為了限定示例實施方式。單數形式“一”、“一個”、“該”等在此處使用時意在也包括復數形式，除非上下文明確另外指出。還應理解，這里詞語“包括”、“包含”和/或“含有”在此處使用時特指所述的特征、整體、步驟、操作、元素或者部件的存在，但是不排除其他的特征、整體、步驟、操作、元素或者部件的存在或附加。
[0033]還應指出的是，在一些可替代的實現方法中，提到的功能或動作可以按照不同于圖中給出的順序進行。例如，取決于所涉及的功能/動作，兩個連續示出的圖表可以實際上同時或者以相反順序操作。
[0034]除非另外定義，此文使用的所有詞語(包括技術和科學用語)與示例實施方式所屬的本領域普通技術人員通常理解的含義相同。還應理解的是，在通用詞典中定義的那些詞語都應被解釋為具有與他們在相關領域的語境中的含義相一致的含義，而不應在理想化或者過于形式的意義上進行解釋，除非此處如此定義。
[0035]在以下描述中，將會參照相關動作以及操作的符號化表示(例如，以流程圖的方式)描述示例實施方式，這些動作和操作可以被實施為包括例程、程序、對象、組件、數據結構等的程序模塊或者功能過程，當被執行時所述程序模塊或者功能或過程執行特定的任務或者處理特定的抽象數據類型，并且可以在現有網元處使用現有硬件來實現。這些現有硬件可以包括一個或多個中央處理器(CPU)，數字信號處理器(DSP)，專用集成電路，現場可編程門陣列(FPGA)計算機或者一旦被編程就變為特定機器的類似機器。
[0036]然而需要記住的是，所有這些詞語以及類似詞語均要與合適的物理量相聯系，而這些詞語也僅僅為用于這些量的方便標簽。除非特別聲明，或者根據討論是顯而易見的，類似“獲得”“設計”“配置”等的詞語是指計算機系統或者類似電子計算機設備的動作和處理，其對在計算機系統的寄存器和儲存器內的被表示為物理電子量的數據進行操作，并將其轉換為在計算機存儲器或寄存器或其他信息存儲、傳送、顯示設備內的被類似地表示為物理量的其他數據。
[0037]在下文中，部分描述將會使用復信道和信號的基帶描述作為離散時間變量。在這個描述中，不同信號和信道量被描述為其值取決于采樣間隔的復基帶函數。采樣間隔t是指調制器或解調器將一個數據值應用于被調制或解調的信號的時間間隔。符號間隔是指一個符號塊的持續時間(依照采樣間隔的數量來表示)Ts。延遲擴展Td是指通信信道存儲器的長度(同樣依照采樣間隔的數量來表示)。此實施方式和權利要求書意在覆蓋在發射器中出現頻率上轉換和在接收器中出現頻率下轉換以及沒有這些轉換的情況。
[0038]此公開的實施方式在信道自適應波形調制(CAWM)的環境中采用干擾對齊，正如在美國專利N0.7，653，120中所討論的那樣，通過引用將其整體包括在此。CAWM環境中的干擾對齊保證同否則原本將會占據的子空間相比占據相對較小的子空間。例如，多個干擾符號被對齊落入接收器處的同一子空間。因此，符號間隔中可以使用更多數量的波形，從而提高該方案的效率。
[0039]圖1示出了根據一個實施方式的通信系統10。該通信系統10包括發射器11，接收器12以及頻率依賴性通信信道13。發射器11包括L個調制器14的并行陣列以及加法器15。在該陣列中，每個調制器14被配置為將輸入數據符號的接收分量振幅調制到一個波形上，其中每個波形為對應調制器14其中一個。例如，第一調制器14響應于在發射器11中接收到第q個輸入數據符號，利用第q輸入數據符號[alq a2q,-,aLq]中的第一分量alq調整它的波形。在該陣列中，每個調制器14與該陣列中的其他調制器14并行地將輸入數據符號調制到它的波形。因此，調制器14組成的陣列將會響應于接收到L個數據符號而產生包括L個經過調制的波形的時間同步陣列。連接加法器15以便以時間對齊的方式對該陣列中所有經過振幅調制的波形進行求和，從而形成用于在通信信道13上傳輸的輸出信號的時間序列，例如…St+ st, st+1…。每個輸出信號是相同采樣間隔內所調制的波形的疊加。
[0040]通信信道13將信號從發射器11傳送到接收器12。通信信道13可以是無線信道，光纖信道，或者電纜信道，其例如可以是單工或雙工模式操作。
[0041]圖2示出根據一個實施方式示出在信道13上傳輸的數據流19。通信系統10將數據流19在通信信道13上作為數據塊序列傳輸，例如，連續的數據塊(q_l)，q，以及(q+1)。每個數據塊跨越連續不交疊地持續采樣間隔Ts，不同的數據塊有相同的時間長度。正是由于此原因，將數據塊上任一信號變量的值表示為Ts維向量將會是方便的，該Ts維向量的單個分量表示信號變量在單個采樣間隔的值。即，此向量群中的分量匯集了信號變量在一個數據塊的采樣間隔的值。出于這個原因，此向量的每個分量由兩個整數索引來標記。第一個索引表示在數據塊內相應信號變量的位置，例如，[I, TJ中的整數，以及第二個整數索引表示數據塊在數據流中的位置。例如，該向量中的“k q”分量是第q個數據塊的第k個序列采樣間隔期間(例如，在采樣間隔q.Ts+k)的相應信號變量的值。
[0042]回到圖1，通信信道13上的傳送將每個傳輸的信號變換成接收器12處的對應信號，例如對于采樣間隔“t”的信號，st — Xto通信信道13上的傳送將輸出信號St與通信信道的脈沖響應ht進行有效卷積，并將其加上噪聲wt，從而使得在采樣間隔“t”內在接收器12處接收的對應信號Xt被表示為:
[0043]
【權利要求】
1.一種用于傳輸數據塊的序列的方法，包括: 至少獲得通信信道(13)的脈沖響應函數的第一矩陣的一部分和第二矩陣的一部分(S21)，所述第一矩陣的所述部分涉及在當前數據塊與先前傳輸的第一數據塊之間的信道誘發干擾，所述第二矩陣的所述部分涉及在所述當前數據塊與先前傳輸的第二數據塊之間的信道誘發干擾，所述第二數據塊在所述第一數據塊之前被傳輸； 基于至少所獲得的所述脈沖響應函數的所述第一矩陣的所述部分和所獲得的所述第二矩陣的所述部分，設計一個或者多個線性獨立波形的集合，以使得所述線性獨立波形在與所獲得的所述第一矩陣的所述部分相乘時所跨越的第一子空間至少部分和所述線性獨立波形在與所獲得的所述第二矩陣的所述部分相乘時所跨越的第二子空間交疊(S22);以及 通過所述信道從發射器(11)傳輸所述數據塊的序列(S23 )，所述序列中的每個數據塊是設計的所述集合中的所述一個或多個波形的加權線性疊加。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述設計步驟設計所述線性獨立波形的集合以使得所述第一子空間和所述第二子空間占據相同的線性空間。
3.根據權利要求1所述的方法，其中設計的所述集合包括(I)所述第一矩陣的逆與(2)所述第二矩陣的乘積的特征向量的子集。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述子集包括所述乘積的右特征向量。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述設計步驟還包括: 基于(I)所述第一矩陣的逆與(2)所述第二矩陣的乘積的特征向量分解，獲得特征向量和對應的特征值(S31);`以及 選擇獲得的所述特征向量的子集(S32)。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述設計步驟還包括: 基于選擇的所述子集來配置第二波形集合(S32)，其中被配置的所述第二波形集合為所選擇的所述子集與所述第一矩陣或所述第二矩陣其中任一個的乘積的正交補集。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一數據塊緊接著位于所述當前數據塊之前，以及所述第二數據塊緊接著位于所述第一數據塊之前。
8.根據權利要求1所述的方法，進一步包括: 通過位于所述發射器(11)和接收器(12)之間的通信信道來傳輸一組導頻信號，響應于對所述導頻信號的測量而獲得針對所述脈沖響應函數的所述第一矩陣的所述部分和所述第二矩陣的所述部分。
9.根據權利要求1所述的方法，進一步包括: 針對所述序列中的所述數據塊中的每個數據塊，調制設計的所述集合的所述波形，從而使幅值響應于所接收的輸入數據符號并與經過調制的所述波形線性疊加，從而形成所述每個數據塊。
10.根據權利要求1所述的方法，其中當延遲擴展是符號間隔的二倍時，設計的所述集合具有的所述波形的數目等于所述符號間隔的一半。
11.一種用于傳送數據的設備，包括: 發射器(11)包括 調制器陣列(14)，每個調制器(14)被配置為響應于接收到輸入數據符號的序列中的每一個輸入數據符號，在采樣間隔序列上對線性獨立波形中對應一個線性獨立波形的振幅進行調制；以及 加法器(15)，被配置為形成數據塊的序列，每個數據塊是通過所述調制器響應于接收到所述輸入數據符號其中之一而產生的調制發射器波形的線性疊加，所述加法器被配置為經由通信信道(13)傳送所述數據塊；以及 其中所述發射器以響應于通信信道的所述脈沖響應函數的第一矩陣的一部分和第二矩陣的一部分的方式來配置經過調制的所述波形，所述第一矩陣的所述部分涉及在當前數據塊與先前傳輸的第一數據塊之間的信道誘發干擾，所述第二矩陣的所述部分涉及在所述當前數據塊與先前傳輸的第二數據塊之間的信道誘發干擾，其中所述第二數據塊在所述第一數據塊之前被傳輸； 其中所述發射器將經過調制的所述波形配置為使得經過調制的波形在與所述第一矩陣的所述部分相乘時所跨越的第一子空間至少部分和經過調制的所述波形在與所述第二矩陣的所述部分相乘時所跨越的第二子空間交疊。
【文檔編號】H04L25/03GK103535000SQ201280023513
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年5月9日 優先權日:2011年5月17日
【發明者】U·尼森, T·L·馬澤塔 申請人:阿爾卡特朗訊