CN1509445A - 具有简约化的dft(离散傅里叶变换)的ofdm调制 - Google Patents

Abstract

一种技术，包含把一个离散频率变换基于在一个预定副载波集合中的副载波数目。该集合中的一个或多个副载波被分配来调制数据，以及该集合中的剩余副载波没有被分配来调制该数据。仅仅在被分配来调制数据的副载波上执行离散频率变换，以及与没有被分配以调制该数据的副载波相关联的数学运算被排除在该变换之外。能够通过把DFT的临时操作扩展到超过建立的信号周期、实现一个连续的ODFM调制来获得周期前缀或者周期扩展。

Description

具有简约化的DFT(离散傅里叶变换)的OFDM调制

背景技术

本发明通常涉及一种用于正交频分多路复用(OFDM)信号的连续调制的技术。

许多最近的数字无线通信系统(例如，无线或者基于电缆的系统)的实现使用正交频分多路复用(OFDM)用于其中有强干扰或者多路反射的环境中。  然而，使用OFDM的一个缺点是分别在解调器(用于一个OFDM发送器)和调制器(用于一个OFDM接收器)中的快速傅里叶变换(FFT)和逆快速傅里叶变换(IFFT)的使用。用这样的方式，如下所述，由于在通信链路每个端点上都要求的大的处理块，FFT和逆FFT的计算可能向OFDM发送器/接收器添加了大量的复杂度。

为了最大化统计多路复用增益，许多通信系统把OFDM副载波的子集分配给在上行和下行方向中的独立用户、终端或者电气设备。用这样的方式，与一个特定用户、终端或者电气设备相关联的数据经由OFDM副载波的相关子集进行调制。产生的OFDM调制信号然后经由一个RF载波信号进行调制，而且产生的信号经由一个无线链路进行传输。这个OFDMA调制技术通常被称为用于正交频分多址的OFDMA。

IFFT是一个N点运算，即该IFFT基于一组N个副载波。用这样的方式，对于OFDM发送器，被分配给这些副载波的一个特定子集的数据形成一个经由IFFT处理以产生一个数字信号的IFFT输入数据向量。这个信号表示利用副载波子集的数据调制。IFFT涉及许多数学运算(例如累积和乘法操作)并且要求一个N系数的输入数据向量。

有可能一些OFDM副载波未必被分配给一个特定的发送器。因此，用于OFDM调制的IFFT的块计算可能涉及使用用于与未分配的副载波相关联的(IFFT输入数据向量的)N系数的零。作为这个零值系数使用的结果，执行了在IFFT中许多零结果的数学运算，由此导致IFFT的低效率计算。

因此，有一个对解决上述一个或多个问题的方案或者技术的持续需要。

附图简要说明

图1是依据本发明一个实施例的一个OFDMA发送器的示意图。

图2是依据现有技术的OFDM符号产生的一个说明。

图3是一个依据现有技术、用于一个反相二基数IFFT的计算的信号流图。

图4是一个依据本发明的一个实施例、用于一个IDFT的计算的信号流图。

图5是一个流程图，描述了依据本发明的一个实施例的调制技术。

图6是一个表格，描述了本发明中的调制技术和现有技术中的调制技术的一个比较。

图7和9是波形图，描述了依据本发明的一个实施例的OFDM副载波的实部和虚部。

图8是一个流程图，描述了一种依据本发明的一个实施例产生一个OFDM保护间隔的技术。

图10是一个流程图，描述了一种依据本发明的一个实施例产生一个周期前缀的技术。

图11是依据本发明一个实施例的一个无线通信系统的示意图。

详细说明

参见图1，一个依据本发明的OFDMA发送器的实施例10接收要经由一个通信链路，诸如作为示例一个基于电缆或者无线链路传输的数据。举例来说，同样参见图11，发送器10可能被用作在一个例如诸如无线局域网(LAN)的无线通信系统200中的一个接收器204/发送器10对209的一部分(作为一个例子，两个显示在图11中)。

作为无线通信系统200的一部分，发送器10被分配了一个OFDM副载波子集用于在经由一个无线链路203传输数据到其他无线设备205中使用。用这样的方式，分配的OFDM副载波子集可以用来传递与一个特定用户、终端或者电气设备210相关联的数据，这些特定用户、终端或者电气设备210为了经由无线链路203的通信而与对209相连。

参见图1，在它的操作过程期间，发送器10的编码器12(经由通信线路11)接收要经由无线链路203(图11)传输的数据，并且以一个预定的采样速率更新这个数据。编码器12可以，例如，把一个纠错方案引入到该数据中。编码器12还可以在接收的数据上执行其他操作，例如诸如一个映射操作。更具体地说，编码器12可以使用正交调幅(QAM)把由编码器12接收的数据映射到一个复值空间中。由编码器12执行其他和不同的操作是可能的。

编码器12(经由通信线路13)把编码的数据提供给发送器10的一个逆离散傅里叶变换(IDFT)引擎14。IDFT引擎14包含一个执行指令33的处理器31，该指令33依次被保存在IDFT引擎14的一个存储器35中。编码的数据可以被看成被分成多个段，每个段都表示一个与一个分配的副载波相关联的系数。

如下所述，IDFT引擎14用分配的副载波调制这些系数以产生一个随时间变化的数字信号。这个数字信号，接着(经由通信线路19)被传递到数模转换器(DAC)20，其把该数字信号转换成为一个模拟信号。模拟传输电路23随后用至少一个射频(RF)载波信号调制这个模拟信号并且通过响应于该RF信号驱动器天线44以传输产生的RF信号。

由IDFT引擎14产生的数字信号形成用于OFDM符号的信息，该OFDM符号由通过天线44传输的信号指示。用这样的方式，每个基本OFDM符号从一个N点IDFT中形成并且具有一个等于这样一个周期速率的期限，其中会以该周期速率产生OFDM符号。当在频域中来看时，每个基本的OFDM符号都包含位于OFDM副载波的频率处的sinc函数。

因为传输的OFDM符号可以沿着不同的路径传播，可能在不同时间传输的符号之间出现干扰。这个干扰，接着又，可以降低OFDM调制的正交性并且因此可以阻止传输的数据的全部还原。为了阻止这个干扰，IDFT引擎14用一个防护间隔来扩展基本OFDM符号长度，这是一个把当前OFDM符号的传输扩展到超过当一个反射的先前传输OFDM的信号将会干扰时的时间的扩展。防护间隔的产生在下面进行讨论。

IDFT引擎14不同于在一个传统OFDMA发送器中发现的、它的逆快速傅里叶变换(IFFT)对应物。用这样的方式，一个传统的OFDM发送器使用该IFFT来计算IDFT，因为对于某些情况，IFFT使用对称性来减少计算IDFT所要求的数学运算的数目。然而，IFFT要求一个包含用于所有OFDM副载波的系数的IFFT输入数据向量，而不管是否为了由发送器10进行的调制而分配了比全部副载波更少的副载波。传统的OFDM发送器通过在IFFT输入数据向量中，为与未分配的副载波相关联的系数使用零值来适应这个情况。然而，这种传统的技术仍然要求必需结合这些未分配的副载波执行数学运算(例如相乘和累加操作)，这导致许多零结果计算和低效率的调制。

与一个传统的OFDMA发送器相反，发送器10使用IDFT引擎14，该IDFT引擎14在它的IDFT计算中，仅仅执行与分配的副载波相关联的数学运算并且没有执行这样的、与未分配的副载波相关联的数学运算。因此，IDFT引擎14执行连续的OFDM调制。

为了进一步说明这个差别，图2描述了使用传统IFFT技术的一个OFDM符号50的产生。如图所示，在现有技术中，用于分配的副载波的数据62被传递到一个IFFT引擎56中，该IFFT引擎56产生一个周期前缀52以及基本的OFDM符号54。基本OFDM符号54的期限定义了OFDM信号产生的周期。用于未分配副载波的零值数据60完成用于IFFT引擎56的IFFT输入向量。

当检查IFFT的一个信号流图时，因为用于未分配副载波的零值系数的处理而在传统OFDMA发送器中执行的数学运算事件变得明显。例如，图3描述了一个用于一个反相二基数IFFT的计算的信号流图。如图所示，对于一个八点IFFT，，需要有三个阶段82、84和86来计算IFFT。必须添加额外的阶段来计算一个大的IFFT。如在图3中描述的那样，每个来自最后阶段86的离散输出值取决于每个输入系数。因此，为一个输入系数引入零值产生很多个产生零值的数学运算。

与传统的OFDMA发送器相反，发送器10包含依据以下表达式计算离散时间值(称作x_n)的IDFT引擎14，该表达式为：

$x_n=\underset{f=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_f\·e^{-j2\mathrm{\πfn}/N},$    方程1

其中“f”是一个表示离散副载波频率索引的整数(并且因此，每个不同的“f”值引用一个不同的副载波)；“N”表示IDFT的长度和副载波的数目；以及“X_f”表示要被调制的(IDFT输入向量)系数。表达式“e^-j2nfn/N”表示一个与由“f”索引选定的一个特定副载波相关联的复指数值。因此，例如系数“X₁”，与由用于“f”索引的“1”引用的一个副载波有关。

使用等式1，IDFT引擎14通过仅仅用与分配的副载波相关联的Xf系数分量执行数学运算(例如，乘法和累加操作)来计算每个x_n离散值。参见图4，用这样的方式，为了为一个特定x_n值计算IDFT，需要N个乘法操作92的一个最大值，而且操作92的结果如由引用数字94指示的那样被累积起来。然而，IDFT引擎14有选择地执行这些乘法操作92，因为跳过了与未分配的副载波相关联的操作92。

例如，如果与一个“f”索引“1”相关联的副载波没有被分配，则IDFT引擎14在任何x_n值的计算中不执行乘法操作92a。不仅不用为这个示例执行“n”乘法操作，还不执行累积零值相乘结果的累积操作，由此导致更有效的调制。

因此，IDFT引擎14在本发明的某些实施例中可以使用在图5中描述的技术100用于每个x_n值的计算。为了执行技术100，以及在此描述的其他技术，IDFT引擎14的处理器31可以执行被保存在存储器35中的指令33(参见图1)。在技术100中，IDFT引擎14初始化(块101)“f”索引为零并且确定(块102)为了调制由发送器10接收的数据而已经分配给发送器10的副载波。用这样的方式，发送器10分配可用于经由无线链路203(参见图11)的通信的OFDM副载波的一个子集，并且这个子集可以被动态地再分配。IDFT引擎14可以经由与OFDM接收器204(OFDM收发信机对209的一部分)相连的通信线路243(参见图1)接收当前分配的子集的一个指示，该OFDM接收器204解码接收的、指示副载波的重新分配信息。

随后，在技术100中，IDFT引擎14确定(菱形104)与“f”索引的当前值相关联的副载波是否被分配了。如果不是的话，控制转移到块110，在那儿“f”频率索引被增1。如果与“f”索引的当前值相关联副载波被分配了，则IDFT引擎14通过把由“f”索引指向的复指数(参见等式1)和适当的系数相乘来计算(决106)x_n值的下一个分量。接着，IDFT引擎14把x_n值的这个分量添加(块108)到另一个计算的分量中，并且控制返回到块110，在那儿把“f”频率检索增1。

接下来，IDFT引擎14通过检查“f”频率检索的值来确定(菱形111)是否IDFT的所有分量都已经被计算了。如果不是的话，控制返回到菱形104。否则，IDFT引擎14终止例程100，因为已经计算了一个特定x_n值的值。因此，IDFT引擎14使用技术100来计算每个x_n值。

作为一个例子，在图6中的表格112描述了由IDFT引擎14使用的技术100和2基数IFFT计算的一个比较。特别地，在列113中的项是可用OFDM副载波的不同数量(分配和未分配的)；在列114中的项是由基数2IFFT计算所需要的、用于不同的可用OFDM副载波的计算数目；以及列116中的项定义了在那儿IDFT引擎14的计算比基数2IFFT的计算更有效的点。用这样的方式，对于其中分配的副载波的数目(列113)不超过在列116中指示的值的情况，由IDFT引擎14提供的技术提供了一个在传统的、基于IFFT调制之上的计算好处。

例如，如果可用副载波的总数是六十四(表格112中的行3)，则只要分配六个或者更少的副载波，IDFT引擎14比一个使用基数2IFFT计算的引擎在计算上更有效。

OFDM符号的周期扩展通常使用提供和通道多路径效应相抗击的防护间隔。用于一个特定OFDM符号的防护间隔可以插入在基本OFDM符号的前面(称作一个周期前缀)或者后面(称作一个周期扩展)。然而，不管是否添加了一个周期前缀或者扩展，如下所述，这些方案都可以使用由IDFT引擎14使用的技术进行简化。

例如，在本发明的某些实施例中，IDFT引擎14通过对超过“N”的“n”值产生x_n离散值来创建一个周期扩展。换句话说，该符号产生扩展超过了由以该速率产生基本OFDM符号(没有防护间隔)的速率所定义的周期。

例如，图7描述了一个副载波的实部120和虚部122以及另一个副载波的实部124和虚部126。最初，调整这些副载波的相位，而且当“n”等于“N”(例如，两百七十五)时，如垂线125所示，则其中产生基本OFDM符号的时间间隔已经过去了。然而，如图所示，IDFT引擎14超过那个时间间隔继续IDFT以产生周期扩展。

因此，在本发明的某些实施例中，IDFT引擎14可以使用技术130(参见图8)以产生x_n值以及产生该周期扩展。用这样的方式，在技术130中，IDFT引擎14确定(菱形132)“n”是否等于“N”。如果是这样的话，则IDFT引擎14确定(菱形134)是否要产生一个周期扩展，以及如果是这样的话，IDFT引擎14确定(菱形135)“n”是否等于“M”，一个用于指示周期扩展的结束的检索。

如果对于其中不要产生周期扩展的情况“n”小于“N”，或者对于其中将产生一个周期扩展的情况“n”小于“M”，则IDFT引擎14继续到块136。否则，所有用于当前OFDM符号的x_n值都已经产生了，并且结束技术130。在决136中，IDFT引擎14依据如上所述的技术100计算x_n值。接下来，IDFT引擎14把“n”递增1(块138)而且控制返回到菱形132。

图9描述了一种其中IDFT引擎14把一个周期前缀附加到基本OFDM符号的情况。用这样的方式，图9描述了一个副载波的实部151和虚部152以及另一个副载波的实部154和虚部156。如垂线150所指示的那样，该副载波的相位从“n”等于大约二十五(对于这个示例)的地方开始调整。因此，从在“n＝0”的时候到在“n＝25”的时候的时间中，IDFT引擎14产生一个周期前缀。

在本发明某些实施例中，IDFT引擎14通过转动副载波的频率来产生周期前缀。例如，如果周期前缀是OFDM产生时间间隔长度的百分之十，则IDFT引擎14有选择地预先转动每个副载波的相位-2π·0.1·n·f弧度，其中“f”是上面定义的频率索引以及“n”是一个整数。

因此，为了产生该周期前缀，在本发明的某些实施例中，IDFT引擎14执行一种在图10中描述的技术170。在技术170中，IDFT引擎14确定(菱形172)是否要产生一个周期前缀。如果是这样的话，则IDFT引擎14确定(菱形174)需要的副载波频率转动，并且然后接着以确定的量转动(块175)副载波频率。

在本发明的某些实施例中，IDFT引擎14还可以执行符号造型以减少在频域中的旁瓣。传统的发送器可以通过在时域中应用一个加权函数(一个升余弦函数)来执行这样的符号造型。然而，代之以在时域中应用一个加权函数，在本发明的某些实施例中，由于由IDFT引擎14使用的相乘操作的可换性，IDFT引擎14可以在频域中应用加权函数。用这样的方式，如上所述，对于每个x_n值，如上所述的IDFT把与一个特定副载波频率相关联的系数和一个与该副载波频率相关联的复指数函数相乘。因此，为了应用一个加权函数，可以依据该加权函数缩放每个系数以在频域中应用该加权函数。

做为选择，可以在IDFT之前在时域中应用该加权函数，由此向在此描述的技术提供了另一个优点。

其它实施例在以下权利要求范围之内。例如，虽然为了调制的目的描述了一个IDFT，一个使用如上所述的零数据跳过技术的DFT而不是IDFT也可以用于调制。用这样的方式，对于这些实施例，接收OFDM符号的接收器为了解调制的目的使用一个IDFT引擎。因此，如在这个申请上下文中使用的术语“离散频率转换”可以意指一个离散频率转换(DFT)或者一个逆离散频率转换(IDFT)。

虽然已经根据有限的实施例公开了本发明，在本领域的那些技术人员，具有这个公开的益处，将理解来自其中的许多修改和变化。附加的权利要求书将覆盖属于本发明真正精神和范围之内的所有这样的修改和变化。

Claims (30)

1.一种方法，包含：

把一个离散频率变换基于在一个预定副载波集合中的副载波数目，该集合中的一个或多个副载波被分配来调制数据以及该集合中的剩余副载波不被分配来调制该数据；

在该数据上执行离散频率变换以调制该数据；以及

从变换中把与没有被分配来调制数据的副载波相关联的数学运算排除在外。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该排除包含：

排除没有被分配来调制该数据的所有副载波。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：离散频率变换的执行包含：

在该数据上执行正交频分多路复用调制。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该执行包含：

在离散频率变换期间应用一个加权函数以执行符号造型。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述一个或多个副载波被分配给用户、电气设备和终端中的至少一个。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包含：

使用调制的数据以形成一个正交频分多路复用符号。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包含：

使用该变换以一个由符号产生间隔定义的速率产生符号；

把该离散频率变换基于该符号产生间隔；以及

使用该离散频率变换来为一个超过符号产生间隔的间隔产生离散的调制值以产生一个周期扩展。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包含：

在一个超过该符号产生间隔的间隔期间传输每一个符号。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包含：

有选择地预先转动所述一个或多个副载波的相位以产生一个周期前缀。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该数学运算包含积累操作和相乘操作中的至少一个。

11.一个系统，包含：

一个产生要被调制的数据的设备；以及

一个发送器，来：

把一个离散频率变换基于在一个预定副载波集合中的副载波数目，该副载波集合中的一个或多个副载波被分配来调制数据以及该集合中的剩余副载波不被分配来调制该数据；

在该数据上执行离散频率变换以调制该数据；以及

从变换中把与没有被分配来调制该数据的副载波相关联的数学运算排除在外。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于：该发送器排除没有被分配来调制该数据的所有副载波。

13.如权利要求11所述的系统，其特征在于：该发送器在该数据上执行正交频分多路复用调制。

14.如权利要求11所述的系统，其特征在于：该发送器确定相互独立的离散频率变换的分量。

15.如权利要求11所述的系统，其特征在于：所述一个或多个副载波被分配给用户、电气设备和终端中的一个。

16.如权利要求11所述的系统，其特征在于：该发送器使用调制的数据以形成一个正交频分多路复用符号。

17.如权利要求11所述的系统，其特征在于该发送器：

使用该变换以一个由符号产生间隔定义的速率产生符号；

把该离散频率变换基于该符号产生间隔；以及

使用该离散频率变换来为一个超过符号产生间隔的间隔产生离散的调制值以产生一个周期扩展。

18.如权利要求11所述的系统，其特征在于：该发送器在一个超过该符号产生间隔的一个间隔期间传输每一个符号。

19.如权利要求11所述的系统，其特征在于：该发送器有选择地预先转动所述一个或多个副载波的相位以产生一个周期前缀。

20.如权利要求11所述的系统，其特征在于：该数学运算包含积累操作和相乘操作中的至少一个。

21.一个包含可由一个基于处理器的系统读取的存储介质的物品，该存储介质存储指令以导致一个处理器：

把一个离散频率变换基于在一个预定副载波集合中的副载波数目，该集合中的一个或多个副载波被分配来调制数据以及该剩余副载波不被分配来调制该数据；

在该数据上执行离散频率变换以调制该数据；以及

把与没有被分配来调制该数据的副载波相关联的数学运算从变换中排除在外。

22.如权利要求21所述的物品，该存储介质存储指令以导致该处理器从变换中把与没有被分配来调制该数据的副载波相关联的所有数学运算排除在外。

23.如权利要求21所述的物品，该存储介质存储指令以导致该处理器在该数据上执行正交频分多路复用调制。

24.如权利要求21所述的物品，该存储介质存储指令以导致该处理器确定相互独立的逆离散频率变换中的分量。

25.如权利要求21所述的物品，其特征在于：所述一个或多个副载波被分配给用户、电气设备和终端中的一个。

26.如权利要求21所述的物品，该存储介质存储指令以导致该处理器使用调制的数据以形成一个正交频分多路复用符号。

27.如权利要求21所述的物品，该存储介质存储指令以导致该处理器：

使用该变换以一个由符号产生间隔定义的速率产生符号；

把该离散频率变换基于该符号产生间隔；以及

使用该离散频率变换来为一个超过符号产生间隔的间隔产生离散的调制值以产生一个周期扩展。

28.如权利要求27所述的物品，该存储介质存储指令以导致该处理器：

在一个超过该符号产生间隔的间隔期间传输每一个符号。

29.如权利要求21所述的物品，该存储介质存储指令以导致该处理器：

有选择地预先转动所述一个或多个副载波的相位以产生一个周期前缀。

30.如权利要求21所述的物品，其特征在于：该数学运算包含积累操作和相乘操作中的至少一个。

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