發(fā)送多載波信號的調(diào)制方法和設(shè)備、對應(yīng)解調(diào)制方法和設(shè)備及計算機(jī)程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的領(lǐng)域是實施多載波調(diào)制的通信的領(lǐng)域。
[0002] 更確切地，本發(fā)明提出用于多載波系統(tǒng)的允許超奈奎斯特頻率（FTN，fasterthan Nyquist)來傳送數(shù)據(jù)的調(diào)制技術(shù)。
[0003] 本發(fā)明尤其用于無線通信（048、0￥8-1\11^^、非引導(dǎo)型光學(xué)等）或有線通信 (SDSL、PLC、光學(xué)等）領(lǐng)域。例如，本發(fā)明用于蜂窩通信領(lǐng)域（上行或下行信道）、設(shè)備間通 信（設(shè)備到設(shè)備）、基于回程（backhauling)網(wǎng)絡(luò)的通信等領(lǐng)域。 2.
【背景技術(shù)】
[0004] 1975 年E.Mazo在文檔 "Faster-than-Nyquistsignaling"（Bell.Syst.Tech. Journal, 54:1451-1462)中提出了超奈奎斯特頻率傳送原理。
[0005] 根據(jù)該文檔，可以通過考慮一組獨立二進(jìn)制信息{an}例如an= ± 1的傳送來示出 奈奎斯特頻率傳送。
[0007] 在寬度W的傳送信道（其中符號持續(xù)時間T為T= 1/2W)中，該傳送可以無干擾 地進(jìn)行，因此沒有錯誤。在被加性高斯白噪聲（AWGN)干擾的傳送的情況下，通過在接收時 使用適于奈奎斯特脈沖的濾波器（即，g(_t))來實現(xiàn)使比特錯誤概率最低的最佳檢測器。
[0008] 該傳送系統(tǒng)是正交的，也就是說滿足以下條件：
[0009] /g(t-nT)g(t-nrT)dt=δηη,
[0010] 其中δ表示克羅內(nèi)克符號。
[0011] 為了實現(xiàn)超奈奎斯特頻率（FTN)，而無需修改傳送功率，可以通過在間隔Τ' <Τ的 情況下傳送脈沖來使脈沖接近，換句話說，通過用系數(shù)壓縮它使得Τ'= ΡΤ，其中0< Ρ < 1。然后證實獲得FT< 1/2,代替WT= 1/2。
[0012] 這樣的FTN傳送因此允許減少對于給定信息量的傳送時間，換句話說，提高給定 傳送時間的信息量。
[0013]FTN傳送總是產(chǎn)生強(qiáng)的干擾，去除這種干擾意味著特定信號處理過程。
[0014] 此外，其主要針對單載波調(diào)制被開發(fā)。
[0015] 在 文檔''MulticarrierfasterthanNyquisttransceivers:Hardware architectureandperformanceanalysis'，（IEEETransactionsonCircuitsand SystemsI:RegularPapers, 58, 2011)中，D.Dasalukunte等人提出適于多載波系統(tǒng)的FTN 傳送的技術(shù)。
[0016] 在該文檔中描述的技術(shù)涉及0FDM/0QAM調(diào)制，并且提出分別在時間和頻率方面的 壓縮系數(shù)使得TAFA< 1。換句話說，用于具有實數(shù)值的數(shù)據(jù)符號的傳送的時間頻率網(wǎng)絡(luò)就 成為（TAT/2，F(xiàn)A/T)，即兩個多載波符號之間的持續(xù)時間為1\172并且兩個載波之間的間隔 為FA/T，其中T為多載波符號的持續(xù)時間。
[0017] 為了實現(xiàn)FTN類型的多載波傳送，根據(jù)該文檔引入特定處理塊，稱為"FTN映射 器"（使用高斯函數(shù)的投影形式）。
[0018] 該技術(shù)的缺點是相對于奈奎斯特頻率的有效增益比理論增益小太多。事實上，在 上面引述的文檔中，特定處理塊對于每個副載波來處理每個時間頻率數(shù)據(jù)塊。優(yōu)先選擇尺 寸為NtXNf的這些塊，用于復(fù)雜度/性能折衷的目的，使得Nt=Nf= 3。為了能夠從用壓 縮系數(shù)!\在時間上壓縮的多載波FTN類型的時間頻率網(wǎng)絡(luò)過渡到常規(guī)0FDM/0QAM網(wǎng)絡(luò)，邊 際效應(yīng)使得既不考慮所有Μ個載波也不考慮所有K個時間間隔符號。邊緣管理問題針對太 大的Μ值減小但是對于慣用的實際值則損失太大。
[0019] 因此，對于參數(shù)值Nt=Nf= 3、Μ= 128和Κ= 16,如果壓縮系數(shù)ΤΛ等于0.9,則 理論上獲得約11 %的流量的提升，并且實際上是8 %的流量的損失。如果Κ= 10,則這改進(jìn) 了系統(tǒng)靈活性但是更大地降低了有效壓縮系數(shù)，不是1. 11，而是變?yōu)榈扔讴? 78。
[0020] 該技術(shù)的另一缺點是特定處理塊引入與載波數(shù)量Μ及塊的尺寸（Nt，Nf)成比例的 操作復(fù)雜度。因此，與用于塊"FTN映射器"的高斯函數(shù)相乘的數(shù)約為M)。
[0021] 在 文檔''MulticarrierfasterthanNyquisttransceivers:Hardware architectureandperformanceanalysis"中描述的技術(shù)因此是復(fù)雜的，在系統(tǒng)實現(xiàn)時不 太現(xiàn)實，并且引入傳送時的延遲，因為需要在能夠傳送數(shù)據(jù)符號前投影或"映射"數(shù)據(jù)符號。
[0022] 因此需要適于多載波系統(tǒng)的新的FTN傳送技術(shù)，其沒有現(xiàn)有技術(shù)的所有缺點。 3.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 本發(fā)明提出以下新的方案：不具有現(xiàn)有技術(shù)的所有這些缺點，其以數(shù)據(jù)符號的調(diào) 制方法的形式，給出多載波信號，該方法實施：
[0024] -對數(shù)據(jù)符號從頻域向時域進(jìn)行數(shù)學(xué)變換的數(shù)學(xué)變換步驟該數(shù)學(xué)變換步驟給出 經(jīng)變換符號；
[0025] -對所述經(jīng)變換符號進(jìn)行多相濾波的多相濾波步驟，該多相濾波步驟給出所述多 載波信號。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，所述多相濾波步驟使用考慮壓縮系數(shù)τ的擴(kuò)展系數(shù)，所述壓縮系數(shù) τ是包括于0和1之間的數(shù)，從而允許以大于奈奎斯特頻率的頻率發(fā)送多載波信號。
[0027] 本發(fā)明因此提出用于以超奈奎斯特頻率（FTN)發(fā)送多載波信號的新方案。因此可 以減小用于給定信息量的發(fā)送時間。
[0028] 此外，以頻率復(fù)用形式的FTN發(fā)送允許受益于多載波系統(tǒng)的優(yōu)點，如調(diào)制器的靈 活性（例如使某些載波截止的可能）或使用對于實施調(diào)制器有效的算法（例如基于快速傅 里葉變換：IFFT，或FFT)。
[0029] 所提出的方案因此提供允許提高在給定頻帶中的發(fā)送吞吐量的新調(diào)制技術(shù)。其尤 其用于蜂窩通信中，主要用于上行信道（對于上行信道可以想到在基站處的相對復(fù)雜的均 衡技術(shù)）；還可用于下行信道（如果接收機(jī)例如是平板類型的話）。其更一般地用于需要高 數(shù)據(jù)吞吐量傳送的領(lǐng)域。
[0030] 特別地，本發(fā)明可以應(yīng)用于初始地滿足復(fù)數(shù)正交條件（如OFDM)或?qū)崝?shù)正交條件 (如0FDM/0QAM)的多載波調(diào)制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)符號可以因此是實數(shù)類型或復(fù)數(shù)類型。
[0031] 此外，本發(fā)明允許非常接近目標(biāo)壓縮系數(shù)。換句話說，在理論壓縮系數(shù)和真實壓縮 系數(shù)之間幾乎沒有偏差。
[0032] 相對于在文檔"MulticarrierfasterthanNyquisttransceivers:Hardware architectureandperformanceanalysis"中描述的技術(shù)，所提出的方案提供更大的靈活 性，并且不限于塊的尺寸（例如每時間間隔K個符號）。此外，在該文檔中描述的技術(shù)需要 使用兩個運作系統(tǒng)，一個用于具體處理（"FTN映射"）而另一個用于調(diào)制，而在所提出的方 案中需要單個運作系統(tǒng)，如在0FDM/0QAM方案中那樣，這允許減小使用復(fù)雜度。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的具體特征，如果所述數(shù)據(jù)符號具有實數(shù)值，則所述擴(kuò)展系數(shù)等于 的四舍五入的整數(shù)，如對于0FDM/0QAM類型調(diào)制；并且如果所述數(shù)據(jù)符號具有復(fù)數(shù) 值，則所述擴(kuò)展系數(shù)等于[τ.M]的四舍五入的整數(shù)，如對于0FDM/QAM或過采樣0FDM類型 調(diào)制，其中Μ是與所述數(shù)學(xué)變換的尺寸相等的整數(shù)。
[0034] 這樣的擴(kuò)展系數(shù)（標(biāo)記為Nf，還稱為FTN系數(shù)）允許在多相濾波階段考慮壓縮系 數(shù)τ，其允許采用多載波形式（用于獲得載波的實數(shù)或復(fù)數(shù)正交性，如果τ= 1的話）并 且因此貢獻(xiàn)于以大于現(xiàn)有技術(shù)的吞吐量來發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的具體特征，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制方法包括在數(shù)學(xué)變換步驟之前預(yù)先實 施的對數(shù)據(jù)符號進(jìn)行預(yù)處理的預(yù)處理步驟。對數(shù)據(jù)符號進(jìn)行預(yù)處理的這樣的預(yù)處理步驟實 施所述數(shù)據(jù)符號與考慮壓縮系數(shù)τ的項的乘法。
[0036] 如果原型濾波器具有偶數(shù)長度則尤其實施該預(yù)處理步驟。相反，如果原型濾波器 具有奇數(shù)長度則該預(yù)處理步驟是可選的。
[0037] 該預(yù)處理步驟允許在預(yù)處理階段時考慮壓縮系數(shù)τ，并因此貢獻(xiàn)于高吞吐量的數(shù) 據(jù)發(fā)送。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的具體方面，該調(diào)制方法包括在所述濾波步驟之前預(yù)先實施的對所述 經(jīng)變換符號進(jìn)行后處理的后處理步驟。該后處理步驟尤其允許重復(fù)經(jīng)變換符號。
[0039] 特別地，在所述數(shù)學(xué)變換步驟給出Μ個經(jīng)變換符號的情況下，其中Μ是整數(shù)，所述 后處理步驟實施以所述Μ個經(jīng)變換符號為塊的重復(fù)，從而給出Μ個經(jīng)變換符號的h個塊和 b2個經(jīng)變換符號的子塊，其中bi是使得b0的整數(shù)，b2是使得0 <b2<Μ的整數(shù)；以及 所述多相濾波步驟實施以Μ個經(jīng)變換符號的所述h個塊和b2個經(jīng)變換符號的所述子塊為 輸入的尺寸為L= 13^+132的原型濾波器。
[0040] 這樣的后處理步驟因此允許使用任何原型濾波器，同時使經(jīng)變換符號的數(shù)量等于 原型濾波器的尺寸。
[0041] 因此其給出在調(diào)制方案方面的較大靈活性。
[0042] 例如，h等于4并且b2等于0。因此"復(fù)制"四次來自數(shù)學(xué)變換步驟的輸出的Μ個 經(jīng)變換符號的塊。
[0043] 根據(jù)別的【具體實施方式】，對于0FDM/0QAM類型的調(diào)制并且對于具有實數(shù)值的數(shù)據(jù) 符號，所述數(shù)學(xué)變換步驟實施包括以下子步驟的從頻域向時域的變換：
[0044] -向所述數(shù)據(jù)符號施加局部傅立葉逆變換，從而給出C個經(jīng)變換符號的第一子集；
[0045] -基于所述第一子集，獲得（M-C)個經(jīng)變換符號的第二子集用于形成Μ個經(jīng)變換符 號的集合，經(jīng)變換符號的所述第二子集是經(jīng)變換