[发明专利]用于控制组合无线信号的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及射频信号的无线通信的领域。更具体地说，本发明涉及控制组合信号以例如降低其峰值对平均功率比或接收机处的推断差错。

背景技术

移动无线通信的常见信号格式是正交频域复用或OFDM、以及紧密相关的格式，例如正交频域多址(OFDMA)。对于在OFDM信道上传送的信号，其在频域中特征为一束窄的相邻子信道，而在时域中特征为每个具有时间T、每个由保护间隔ΔT(参见图1)分隔开的相对缓慢的一系列OFDM码元。在每个码元之前的保护间隔内是循环前缀(CP)，其包括在时间上被循环移位的码元周期内的相同信号。该CP被设计为在存在多路径(即，从陆地上的大物体(例如高建筑物、山等)反射的射频信号)时降低接收信号对精确时间同步的敏感性。如果以微小时间延迟(小于ΔT)接收给定码元，则该给定码元仍将被无差错地接收。除了与OFDM“有效载荷”相关的数据码元外，典型地还有“前导码”信号，其建立定时和其它标准。前导码可具有其自己的CP(未在图1中示出)。

在OFDM中，选择子载波频率以使子载波彼此正交，意味着在子信道之间的串扰被消除并且不需要子载波间保护频带。这大大简化了发射机和接收机二者的设计；与传统FDM不同，不需要用于每个子信道的单独滤波器。正交性要求子载波间距是Δf＝k/(T_U)赫兹，其中T_U秒是有用码元持续时间(接收机侧窗口大小)，并且k是正整数，典型地等于1。因此，在N个子载波的情况下，总通带带宽将是B≈N·Δf(Hz)。正交性也允许高频谱效率，其中总码元速率接近奈奎斯特速率。几乎可使用整个可用频带。OFDM一般具有几乎“白色”的频谱，给予它对于其他同信道用户的良好电磁干扰性能。

当组合两个OFDM信号时，结果通常是非正交的信号。虽然被限制到单个OFDM信号的频带的接收机一般不被信道外信号所影响，当这样的信号通过普通的功率放大器时，由于模拟系统组件的固有非线性，存在着相互作用。

OFDM需要在接收机和发射机之间的非常准确的频率同步；在频率偏差的情况下，子载波将不再正交，引起载波间干扰(ICI)，即在子载波之间的串扰。频率偏移典型地由失配的发射机和接收机振荡器引起，或者由因为移动导致的多普勒移位(shift)而引起。尽管多普勒移位自己可被接收机补偿，但是当其与多路径组合时，情况将恶化，因为反射将出现在各种频率偏移处，这更难纠正。

正交性允许在接收机侧使用快速傅里叶变换(FFT)算法，在发送机侧使用逆FFT(IFFT)实现高效的调制器和解调器。尽管FFT算法比较高效，但是其具有适度的计算复杂性，这可能是限制因素。

OFDM的一个关键原则是：由于低码元速率调制方案(即，其中码元与信道时间特性相比相对较长)遭受多路径传播引起的码元间干扰较少，因此并行传送多个低速率流代替单个高速流是有利的。因为每个码元的持续时间长，因此在OFDM码元之间插入保护间隔是可行的，从而消除了码元间干扰。保护间隔还消除了对脉冲整形滤波器的需要，并且它降低了对时间同步问题的敏感性。

在保护间隔期间传送的循环前缀由被复制进保护间隔中的OFDM码元的末端组成，并且在OFDM码元之前传送保护间隔。保护间隔由OFDM码元末端的副本组成的原因是使得接收机在其使用FFT执行OFDM解调时对多路径的每一个将在整数个正弦周期上进行积分。

如果子信道足够窄带，即如果子信道的数量足够大，则频率选择性信道状态的影响，例如多路径传播引起的衰落，可被认为是在OFDM子信道上恒定(平坦)的。与传统单载波调制相比，这使得在OFDM中在接收机处均衡简单得多。均衡器只须将每个检测的子载波(每个傅里叶系数)乘以恒定的复数或不常改变的值。因此，接收机一般能够容忍信号的这种修改，而不需要传送显式信息。

总是结合信道编码(前向纠错)使用OFDM，并且OFDM几乎始终使用频率和/或时间交织。频率(子载波)交织增大了对像衰落那样的频率选择性信道状态的抵抗能力。例如，当信道带宽的一部分衰落时，频率交织保证将由于在带宽的衰落部分中的那些子载波导致的比特差错散布在比特流中而不是被集中。类似地，时间交织保证在比特流中原来靠近在一起的比特在时间上被远远分开地传送，因此减少当以高速传播时将发生的严重衰落。因此，类似于均衡本身，接收机通常容忍一定程度的这种类型的修改，而不增加作为结果的差错率。