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CN101044734B - 用于多载波和单载波波形的统一脉冲整形的方法和设备 - Google Patents

用于多载波和单载波波形的统一脉冲整形的方法和设备 Download PDF

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CN101044734B CN200580035831.1A CN200580035831A CN101044734B CN 101044734 B CN101044734 B CN 101044734B CN 200580035831 A CN200580035831 A CN 200580035831A CN 101044734 B CN101044734 B CN 101044734B
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Abstract

为了发送多载波信号，发射机为保护子带提供零符号、执行OFDM调制、并用脉冲整形滤波器对所得到的时域样本滤波。为了发送单载波信号，发射机将单载波信号分割为多个段。每个段都包含多达K个样本，并且如果需要的话，将每个段填充到OFDM符号的长度。将每个填充段从时域变换到频域，以产生相应的具有K个符号的频域段。对于每个频域段，将与保护子带相对应的符号设置为零。随后将每个频域段从频域变换到时域，以产生相应的时域段。循环前缀可以添加或不添加到各个时域段。用相同的脉冲整形滤波器对每个时域段滤波，以便为单载波信号产生输出波形。

Description

用于多载波和单载波波形的统一脉冲整形的方法和设备
本申请要求于2004年8月20日提交的标题为“UnifiedPulse-Shaping for Multi-Carrier and Single-Carrier Waveform(用于多载波和单载波波形的统一脉冲整形)”的临时美国申请No.60/603,346的优先权。 
技术领域
本发明总体上涉及通信，更具体的，涉及用于为经由通信信道的传输进行信号处理的技术。 
背景技术
多载波通信系统使用多个载波用于数据传输。这些多载波可以用正交频分多路复用(OFDM)、离散多音频(DMT)、一些其它多载波调制方案或一些其它结构来获得。OFDM有效地将整个系统带宽分割为多个(K个)正交子带，其通常也被称为音调(tone)、副载波、区间(bin)、和频道。采用OFDM，每个子带都可以与以数据调制的相应副载波相关。因而这些数据经常被认为是在多载波信号上的频域中传输。在以下的说明中，术语“信号”和“波形”是同义的，并可互换使用。 
在多载波系统中的发射机通常在经由通信信道传输之前，对多载波信号执行脉冲整形或开窗。该脉冲整形对多载波信号进行滤波，以使其频率分量符合为系统指定的频谱屏蔽。脉冲整形确保多载波信号对在相邻频带或射频(RF)信道中传输的其它信号所造成的干扰是可以忽略不计的。 
有时在多载波系统中传输单载波信号是有用的。单载波信号可以具有某种所希望的特性，并且单载波信号可以用各种技术来产生，例如，展频技术。发射机通常在经由通信信道传输之前，也对单载波信 号执行脉冲整形。不幸的是，如下所述，用于单载波信号的脉冲整形与用于多载波信号的脉冲整形大不相同。该差别会使发射机的设计变得复杂，并可能造成问题，例如，在要求系统满足不同的频谱屏蔽时。 
因此本领域中就需要一种技术，来为经由通信信道的传输有效处理单载波和多载波信号。 
发明内容
在此说明了用于以有效的方式用“统一”脉冲整形来处理单载波和多载波信号的技术。发射站以普通方式为多载波系统处理多载波信号。这个多载波处理可以包括将某个指定的子带(其被称为保护子带)设定为零，执行多载波(例如，OFDM)调制，并用脉冲整形滤波器对由多载波调制所产生的时域样本进行滤波。选择保护子带和脉冲整形滤波器响应以满足对系统所要求的频谱屏蔽。 
为了发送单载波信号，发射站首先将单载波信号转换为多载波形式，然后在转换的单载波信号上执行多载波调制，以产生输出信号。对于OFDM系统，发射站将单载波信号分割为输入段。每个输入段都包含多达K个样本，且如果需要，还对其进行填充，以获得长度为K的填充段。随后将每个填充段从时域变换到频域(例如，用K点FFT)，以产生相应的具有K个符号的频域段。对于每个频域段，与保护子带相对应的符号被设定为零。随后将保护子带为零的各个频域段从频域变换到时域(例如，用K点IFFT)，以产生相应的时域段。根据系统的设计，循环前缀可以添加或不添加到每个时域段。采用与用于多载波信号相同的脉冲整形滤波器对时域段滤波，来为单载波信号产生输出信号。 
如下所述，接收站执行相反的处理，以接收由发射站发送的单载波和多载波信号。本发明的多个方面和实施例也在下面被更详细的说明。 
附图说明
由下面结合附图阐述的详细说明，本发明的特点和本质会变得更 明显，全部附图中以相同的参考字符进行相应的确认。 
图1A示出了发射站的框图； 
图1B示出了接收站的框图； 
图2A和2B分别示出了不具有和具有保护子带的OFDM子带结构； 
图3示出了在发射站的多载波发送(TX)数据处理器和多载波调制器的框图； 
图4示出了在发射站的单载波到多载波(SC-to-MC)转换器的框图； 
图5示出了在接收站的多载波解调器和多载波接收(RX)数据处理器的框图； 
图6示出了在接收站的多载波到单载波(MC-to-SC)转换器的框图； 
图7示出了用于导频的单载波RX数据处理器的框图； 
图8示出了发送单载波信号的过程；以及 
图9示出了接收单载波信号的过程。 
具体实施方式
在此使用了词语“示例性的”以表示“充当实例，例子，或例示”的意思。在此描述为“示例性的”任何实施例或设计不必解释为比起其它实施例或设计是优选的或具有优势。 
在此说明的统一脉冲整形技术可以与各种多载波调制方案结合使用。为了清楚起见，针对一个使用OFDM的系统来说明这些技术。H被认为是这些技术可以用于其它无线通信系统。这样的多接入系统的实例包括码分多址(CDMA)系统，多载波CDMA(MC-CDAM)，宽带CDMA(W-CDMA)，高速下行分组接入(HSDPA)，时分多址(TDMA)系统，频分多址(FDMA)系统，和正交频分多址(OFDMA)系统。 
在随后的说明中，“k”通常用作频率子带的索引，“n”通常用于样本周期的索引。 
图1A示出了在无线通信系统中的发射站110的框图。在发射站110，多载波TX数据处理器120根据第一处理方案接收及处理数据，并提供所述数据符号。第一处理方案可以包括编码、交错、符号映射等等。如在此所用的，数据符号是数据的调制符号，导频符号是导频的调制(其对于发射站和接收站而言是事先已知的)，调制符号是在调制方案(例如，M-PSK，M-QAM等等)的信号群集中一个点的复数值。对于OFDM，可以在每一个OFDM符号周期中，在每个用于数据传输的子带上发送一个数据符号。TX数据处理器120还对数据符号执行如下所述的附加处理，并提供发送符号，其表示为x(k)。每个发送符号是要在一个OFDM符号周期中在一个子带上发送的复数值。TX处理器120的输出是多载波信号，其可以被认为是频域信号。 
单载波TX数据处理器122根据第二处理方案接收及处理数据，并提供数据样本，其表示为d(n)。第二处理方案可以包括编码、交错、符号映射等等，或者根本没有处理。数据样本是将要在一个样本周期中发送的实数或复数值。如下所述，样本周期与OFDM符号周期是相关的。TX数据处理器122的输出是单载波信号，其可以被认为是时域信号。单载波到多载波(SC-to-MC)转换器124从TX数据处理器122接收数据样本d(n)，将数据样本从时域转换到频域，执行如下所述的其它相关处理，并提供所述经过频域转换的符号，其表示为c(k)。多路复用器(Mux)126从处理器120接收发送符号x(k)，并从SC-to-MC转换器124接收转换符号c(k)，并基于由控制器140提供的MC/SC控制来对这些符号进行多路复用。例如，多路复用器126可以在一些指定的OFDM符号周期向多载波调制器128提供转换符号c(k)，在剩余的OFDM符号周期向多载波调制器128提供发送符号x(k)。可替换的，对于在符号周期中的每个子带，多路复用器126可以将转换符号c(k)与发送符号x(k)相加，并向多载波调制器128提供该合并符号。 
如下所述，多载波调制器128对经过多路复用的发送符号x(k)和转换符号c(k)执行OFDM调制，以产生OFDM符号，并且进一步对该OFDM符号执行脉冲整型。通常，多载波调制器128根据该系 统所用的多载波调制方案执行调制。发射机单元(TMTR)132从调制器128接收OFDM符号，将OFDM符号转换为一个或多个模拟信号，并调节(例如，放大、滤波、及频率上变换)该模拟信号，以产生经过调制的信号。发射站110随后通过天线134发送所述经过调制的信号。 
控制器140管理在发射站110的操作。存储单元142存储控制器140所用的程序代码和数据。 
图1B示出了在无线通信系统中的接收站150的框图。在接收站150，由发射站110发送的经过调制的信号被天线152接收，并提供给接收机单元(RCVR)154。接收机单元154调节(例如，滤波、放大、及频率下变换)所接收的信号，并将经过调节的信号数字化以产生接收样本，其表示为r(n)。多载波解调器(Demod)160对接收样本r(n)执行OFDM解调，并将接收符号提供给去复用器(Demux)162。去复用器162向多载波RX数据处理器170提供与由多载波TX处理器120所产生的发送符号x(k)相对应的接收符号去复用器162还向多载波到单载波(MC-to-SC)转换器172提供与由SC-to-MC转换器124产生的经过转换的符号c(k)相对应的接收符号
多载波RX数据处理器170采用与多载波TX数据处理器120执行的处理相反的方式处理该接收符号并提供解码的数据。如下所述，多载波RX数据处理器170可以执行数据检测、符号去映射、去交错、解码等等。 
MC-to-SC转换器172采用与在发射站110的SC-to-MC转换器124执行的处理相反的方式处理该接收符号并提供转换样本 其是对在发射站110的单载波TX数据处理器122产生的数据样本d(n)的估计。单载波RX数据处理器174采用与单载波TX数据处理器122执行的处理相反的方式处理转换样本由RX数据处理器174进行的处理通常取决于在单载波信号中发送的数据类型(例如，通信量数据，信令，导频等等)。可替换的或附加的，RX数据处理器174可以从接收机单元154获得接收样本r(n)，如图1B中虚线所示，并可以对这些接收样本执行时域处理，以获得希望的输出。 
控制器180管理在接收站150的操作。存储单元182存储控制器180所用的程序代码和数据。 
为了清楚起见，图1A和1B示出了由在发射站110的两个TX数据处理器120与122和在接收站150的两个RX数据处理器170与174所执行的、用于单载波信号和多载波信号的数据处理。用于单载波信号和多载波信号的数据处理也可以由在发射站110和接收站150中每一个的单个数据处理器来执行。 
图2A示出了可以用于该系统的OFDM子带结构。该系统具有WMHz的总系统带宽，用OFDM将其分割为K个正交的子带。在相邻子带之间的间距是W/K MHz。在频谱成形OFDM系统中，在全部K个子带中只有U个可以用于数据和导频传输，这U个子带称为可用子带，在此U＜K。剩余的G个子带不用于数据或导频传输并充当保护子带，在此K＝U+G。 
图2B示出了具有以虚线表示的保护子带的OFDM子带结构。U个可用子带通常集中在系统工作频带的中间。G个保护子带通常包括在DC上的一个或多个子带，并且在两个频带边缘具有大致相等的子带数量。在频带边缘处的保护子带允许系统满足其频谱屏蔽要求。 
图3示出了在发射站110的多载波TX数据处理器120和多载波调制器128的实施例的框图。在TX数据处理器120中，编码器/交错器310基于所选择的编码方案对数据编码，并产生代码位。编码器/交错器310进一步基于交错方案对代码位进行交错，以实现时间和/或频率分集。符号映射单元312基于所选择的调制方案映射交错位，并提供数据符号，其表示为s(k)。串并行转换器314接收所述数据符号，并将这些数据符号映射到可用于数据传输的U个子带上。零插入单元318为G个保护子带中的每一个插入零符号(其信号值为零)，并为每个OFDM符号周期提供K个发送符号x(k)。每个发送符号都可以是数据符号、导频符号、或零符号。如果发送多载波信号，多路复用器126就将从TX数据处理器120而来的发送符号传递到多载波调制器128。 
在多载波调制器128中，快速傅立叶反变换(IFFT)单元320 接收在每个OFDM符号周期中的全部K个子带的K个发送符号，采用K点IFFT将这K个发送符号变换到时域，并提供变换的符号，其包含K个时域样本。每个时域样本都是要在一个样本周期中发送的复数值。并串行转换器322将每个变换的符号的K个样本串行化。循环前缀产生器324重复每个变换的符号的一部分(或C个样本)，以构成包含K+C个样本的OFDM符号。循环前缀用于防止由频率选择性衰落引起的码间干扰(ISI)，其是在整个系统带宽上变化的频率响应。OFDM符号周期是一个OFDM符号的持续时间，并等于K+C个样本周期。IFFT单元320、并串行转换器322和循环前缀产生器324经常被称为OFDM调制器。 
脉冲整形滤波器326从循环前缀产生器324接收OFDM符号，根据脉冲响应g(n)对该OFDM符号进行滤波，并提供输出样本，其表示为y(n)。滤波器326执行脉冲整形或开窗，以便输出样本符合由该系统实施的频谱屏蔽。滤波器326可以用有限脉冲响应(FIR)滤波器、无限脉冲响应(IIR)滤波器、或一些其它类型的滤波器来实现。 
图4示出了SC-to-MC转换器124和多载波调制器128的实施例的框图，其表示用于以多载波调制来发送单载波信号的一个实施例。对于该实施例，在SC-to-MC转换器124中的分割单元410接收单载波信号的时域数据样本d(n)，并将这些数据样本分段。每一个段都包含要在一个OFDM符号周期中发送的多达K个数据样本。对于具有少于K个数据样本的每个段，分割单元410插入足够数量的零样本(其样本值为0)，以便获得该段的全部K个样本。单载波信号由此被截断为段，每个段都具有与OFDM符号相一致的长度。每一个段都在一个OFDM符号中发送。段也可以被称为块、子块、或一些其它的术语。 
串并行转换器414接收将要在每个OFDM符号周期中发送的K个时域样本，并以并行形式提供这些样本。快速傅立叶变换(FFT)单元416接收每个OFDM符号周期的K个样本，用K点FFT将这K个数据样本变换到频域，并为全部K个子带提供K个频域符号。所 述K个频域符号和K个时域样本是在单载波信号中发送的相同信息的不同表示。然而，该频域表示使得单载波信号处于适合于多载波调制的形式。 
每个段的时域数据样本d(n)在两个频带边缘处的保护子带上很可能会具有一些能量。为了符合OFDM传输，在保护子带上的时域数据样本的频率成分可以通过将这些保护子带设定为零而移除。零插入单元418为全部K个子带接收这K个频域符号，为U个可用子带传递U个频域符号，用零符号替换G个保护子带的G个频域符号。并为每个OFDM符号周期提供K个转换的符号c(k)。每个转换的符号可以是频域符号或零符号。可以对单载波信号和多载波信号采用相同的方式来执行对G个保护子带的零插入。由此，由SC-to-MC转换器124为单载波信号产生的转换波形与由TX数据处理器120为多载波信号产生的OFDM波形相一致，即，这两个波形具有相同的频谱特性。随后，转换波形可以采用与OFDM波形相同的方式处理。如果发送单载波信号，多路复用器126就从SC-to-MC转换器124将转换的符号c(k)传递到多载波调制器128。 
在第一实施例中，多载波调制器128采用上述用于多载波信号的发送符号x(k)的方式来处理单载波信号的转换的符号c(k)。每个OFDM符号周期的K个转换的符号由IFFT单元320用K点IFFT变换到时域，由并串行转换器322串行化，由循环前缀产生器324添加C个样本的循环前缀，并由脉冲整形滤波器326滤波，以产生该单载波信号的输出样本。在第二实施例中，单元320、322和326按照在第一实施例中的方式处理所述转换的符号c(k)，但循环前缀产生器324对单载波信号不添加任何循环前缀。在第三实施例中，单元320、322和326按照在第一实施例中的方式处理所述转换的符号c(k)，但循环前缀产生器324为单载波信号添加不同长度的(例如，缩短的或延长的)循环前缀。通常，单载波信号可以不添加循环前缀、添加具有少于C个样本的缩短的循环前缀、具有C个样本的常规的循环前缀、或具有多于C个样本的延长的循环前缀。如果单载波信号是在时域中的连续信号，那么就可以用适当的方式对单载波信号采样，来 计算可以为每个OFDM符号插入的任何循环前缀。 
对于多载波信号，通过以下两者的组合来满足系统的频谱屏蔽：(1)在两个频带边缘处的保护子带的零插入，和(2)脉冲整形滤波器326的频率响应。如果数据样本d(n)直接施加到能够满足相同频谱屏蔽的单载波脉冲整形滤波器，那么该单载波脉冲整形滤波器就需要具有在没有保护子带零插入的有益效果的情况下就能够单独满足频谱屏蔽的频率响应。从而该单载波脉冲整形滤波器就会比受益于保护子带零插入的脉冲整形滤波器326复杂得多。而且，在不同地理区域(例如，不同城市或国家)中的系统的不同配置可能会具有不同的频谱屏蔽要求。这些不同的频谱屏蔽会需要用于单载波脉冲整形滤波器的不同系数，这会使发射机设计方案进一步复杂。 
使用统一脉冲整形技术，由IFFT单元320、并串行转换器322、循环前缀产生器324和脉冲整形滤波器326进行的处理可以对于用于多载波信号的发送符号x(k)和用于单载波信号的转换的符号c(k)都是相同的。于是，对于单载波和多载波波形就可以用统一的方式来执行脉冲整形。这极大的简化了用于两种类型信号的脉冲整形，并实现了具有多载波波形的任何波形的容易的多路复用。统一脉冲整形减小了发射机的复杂性，并简化了发射机设计方案，尤其在必须满足多个频谱屏蔽时。例如，通过以下方式可以轻易的满足不同的频谱屏蔽：(1)改变保护子带的数量并使用相同的脉冲整形滤波器或(2)将保护子带的数量保持相同并改变脉冲整形滤波器。在任一情况下，单一脉冲整形滤波器都可以用于单载波和多载波信号。 
单载波信号可以携带任何类型的数据，例如通信量数据、信令、导频等。例如，单载波信号可以是导频，导频可以用于多种功能，诸如时间同步、频率错误估计、发射机识别、信道估计等，或其任何组合。单载波信号可以具有特定的期望的时间特性，所述特性可以使该信号可以用于捕获，系统接入等。单载波信号还可以用于开销信道(overhead channel)，其用来携带信令，例如确认(ACK)、功率控制命令、速率或信噪比(SNR)信息、资源需求等。 
图3和4示出了一个实施例，其中单载波信号与多载波信号时分 多路复用(TDM)，这两种信号在不同的OFDM符号周期中发送。单载波和多载波信号还可以用其它方式来多路复用或组合。例如，单载波信号可以与多载波信号频分多路复用(FDM)，以便在相同OFDM符号周期中的不同子带上发送这两种信号。单载波信号还可以与多载波信号码分多路复用(CDM)，以便在相同OFDM符号周期中同时发送这两种信号。在此情况下，单载波信号的数据可以乘以正交码(或伪随机数(PN)码)，以增益来进行缩放，并与多载波信号相加，所述增益确定用于单载波信号的功率量。通常，单载波和多载波信号可以用各种方案来多路复用或组合。不同多路复用方案会更适合于在单载波信号中发送的不同类型的数据。导频可以用TDM、FDM和/或CDM在单载波信号上发送。 
图5示出了在接收站150的多载波解调器160和多载波RX数据处理器170的实施例的框图。在多载波解调器160中，循环前缀移除单元510获得每个OFDM符号周期的K+C个接收样本，移除循环前缀，并提供每个接收的变换的符号的K个接收样本。串并行转换器512以并行形式提供这K个接收样本。FFT单元514用K点FFT将这K个接收样本变换到频域，并提供全部K个子带的K个接收符号 如果接收到多载波信号，去复用器162就将接收的符号从多载波解调器160传递到多载波RX数据处理器170。 
在RX处理器1170中，零移除单元520去除保护子带的接收符号，并提供可用子带的接收符号。并串行转换器524将从单元520而来的接收符号串行化。符号去映射/检测器526用信道估计对接收符号执行数据检测(例如，匹配滤波，均衡化等)，并提供检测符号(k)，其是由发射站110产生的数据符号s(k)的估计。去交错/解码器528随后将检测符号(k)去交错和解码，并提供多载波信号的解码的数据。 
图6示出了在接收站150的MC-to-SC转换器172的实施例的框图。多载波解调器160如上面对图5所述的处理接收样本，并提供全部K个子带的接收符号然而，单元510的循环前缀移除取决于由发射站110为单载波信号插入的循环前缀(如果有的话)。例如， 如果没有为单载波信号添加循环前缀，单元510就可以省略循环前缀移除。单元510还可以根据由发射站110添加的循环前缀的长度，为每个接收的OFDM符号移除缩短的循环前缀、常规循环前缀、或延长的循环前缀。通常，根据接收机对单载波信号的处理，单元510可以为单载波信号移除或不移除循环前缀。如果接收到单载波信号，去复用器162就将接收符号从多载波解调器160传递到MC-to-SC转换器172。 
在MC-to-SC转换器172中，零替换单元620用零符号替代G个保护子带的接收符号，并提供全部K个子带的接收符号和零符号。IFFT单元622获得每个OFDM符号周期的K个符号，用K点IFFT将这些K个符号变换到时域，并提供K个时域转换样本。并串行转换器624将从IFFT单元622而来的K个转换样本串行化，并提供一个转换样本段。组合单元626获得在发送单载波信号的每个OFDM符号周期的转换样本段，并移除在段中与由发射站110插入的填充相对应的转换样本。如果适当的话，组合单元626还将对于不同OFDM符号周期而获得的转换样本段连接起来，并提供单载波信号的转换样本转换样本是对由发射站110发送的数据样本d(n)的估计。 
单载波RX数据处理器174采用与由在发射站110的单载波TX数据处理器122所执行的处理相反的方式，处理单载波信号的转换样本例如，如果单载波信号带有信令或通信量数据，RX数据处理器174可以执行数据检测、去交错和解码。如果单载波信号带有导频，RX数据处理器174还可以执行时间同步、频率估计、信道估计等。 
图7示出了单载波RX数据处理器74的实施例的框图，其处理在单载波信号中发送的导频。处理器174用于一个示例性的导频传输方案，根据该方案，导频由L个数据样本的多个相同序列组成。这些样本序列的获得可以通过以下方式获得：(1)在一个OFDM符号周期中所有第m个子带上发送L个导频符号，在此m＞1且L＝K/m，或者，(2)在多个OFDM符号周期中发送相同的导频符号组，在此L＝K。在该实例中，单载波信号与多载波信号时分多路复用。 
如图7中所示，RX处理器174直接从接收机单元154获得接收样本r(n)。在RX处理器174中，延迟相关器712对于每个样本周期执行在接收样本r(n)与延迟接收样本r(n-L)之间的相关，并产生一个相关结果，其表示该样本周期的接收导频的能量。帧检测器714接收不同样本周期的相关结果，并检测导频在单载波信号中的存在。如果导频是周期性地发送的(例如，在每个帧的开始)，那么帧检测器174就基于检测到的导频提供帧定时。 
信道估计器716也可以直接从接收机单元154获得接收样本r(n)，并从检测器714获得帧定时。按照帧定时的指示，信道估计器716基于导频的接收样本得到信道响应的估计。如在本领域公知的，信道估计可以用多种方式来执行。信道估计器716提供信道估计，用于在图5的RX数据处理器170中的符号去映射器/检测器526的数据检测。 
还如图7所示，延迟相关器712和信道估计器716也可以从MC-to-SC转换器172接收转换样本并对其进行处理，而不是从接收机单元154获得接收样本r(n)。延迟相关器712和信道估计器716也可以处理从图6中的去复用器162而来的接收符号或从零替换单元622而来的接收符号。 
通常，对于单载波信号，接收站150可以处理从接收机单元154而来的接收样本r(n)，从去复用器162而来的接收符号或从MC-to-SC转换器172而来的转换样本接收站150对单载波信号执行的处理取决于在该信号上发送的数据类型(例如，通信量数据、信令、或导频)。如果接收站150处理接收符号或转换样本 那么在多载波解调器160中的循环前缀移除单元510就移除循环前缀(如果有的话)，循环前缀是在发射站110的多载波调制器128添加到单载波信号的每个OFDM符号上的。 
图8示出了使用多载波调制和统一脉冲整形技术发送单载波信号/波形的过程800。单载波/输入波形被分割为至少一个输入段，每个输入段包含多达K个样本(块812)。如果需要的话，用足够数量的零样本填充每个输入段，以构成包含K个样本的相应的填充段(块814)。将每个填充段从时域变换到频域(例如，用K点FFT)，以产 生具有K个符号的相应的频域段(块816)。对于每个频域段，将与保护子带相对应的符号设置为零(块818)。将保护子带为零的各个频域段从频域变换到时域(例如，用K点IFFT)，以产生相应的时域段，其也称为变换的符号(块820)。根据系统设计，可以对每个时域段添加或不添加循环前缀(块822)。随后以脉冲整形响应对每个时域段进行滤波，以产生输出信号/波形(块824)。选择脉冲整形响应以满足系统的频谱屏蔽。 
图9示出了用于接收采用多载波调制和统一脉冲整形技术发送的单载波信号/波形的过程900。已经至少获得了一个接收的OFDM符号。如果对每个接收的OFDM符号添加了循环前缀，那么该循环前缀就被移除，以获得相应的接收的变换的符号(块912)。将每个接收的变换的符号从时域变换到频域(例如，用K点FFT)，以产生具有K个符号的相应的频域段(块914)。对于每个频域段，将与保护子带相对应的符号设置为零(块916)。将保护子带为零的各个频域段从频域变换到时域(例如，用K点IFFT)，以产生相应的时域段(块918)。如果发射站填充了任何段，那么在每个时域段中与该填充相对应的样本就被移除(块920)。组合一个(或多个)接收的OFDM符号的时域段，以产生所发送的单载波信号/波形的接收信号/波形(块922)。 
图9示出了一种用于处理用多载波调制发送的单载波信号的方法。该单载波信号也可以用其它方式来处理。接收机可以在频域和时域中处理单载波信号(如图9所示)。接收机也可以完全在时域中处理单载波信号，且根据接收机的处理技术，可以移除或不移除循环前缀。 
在此所述的统一脉冲整形技术可以用于配备了单一天线的发射站，如图1A所示。这些技术也可以用于配备了多个天线的发射站。在此情况下，一个多载波调制器128可以用于多天线站的每个天线。 
在此所述的统一脉冲整形技术可以用多种装置来实施。例如，这些技术可以用硬件、软件、或其组合来实施。对于硬件实施而言，在发射站端，用于处理单载波信号及执行统一脉冲整形的处理单元可以 用一个或多个特定用途集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计为执行在此所述功能的其它电子单元、或其组合来实现。在接收站端，用于处理用统一脉冲整形发送的信号的处理单元也可以用一个或多个ASIC、DSP、处理器等实现。 
对于软件实施，统一脉冲整形技术可以采用执行在此所述功能的模块(例如，程序，函数等)来实施。软件代码可以存储在存储单元中(例如，图1A中所示的存储单元142或图1B中所示的存储单元182)，并通过处理器(例如，控制器140或180)执行。存储单元可以在处理器内或处理器外实现。 
提供了对前面公开的实施例的说明，以使得任何本领域技术人员能够实现或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域技术人员是显而易见的，在此定义的一般原理可以用于其它实施例，而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明不是意欲限于在此所示的实施例，而是与符合在此公开的原理和发明特点的最广泛的范围相一致。 

Claims (33)

1.一种用于在通信系统中的发射机处处理单载波输入波形以实现单载波至多载波转换的方法，包括：
将所述输入波形分割为至少一个输入段，每个输入段都包括多达K个样本，其中，K是子带的总数；
通过对每个输入段执行K点快速傅立叶变换FFT，以产生相应的频域段，来将所述至少一个输入段从时域变换到频域，以产生至少一个频域段；
将在每个频域段中对于至少一个保护子带的至少一个符号设置为零；
利用K点快速傅立叶反变换IFFT，将所述至少一个频域段从频域变换到时域，以产生至少一个时域段；以及
对所述至少一个时域段滤波，以产生输出波形。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
将循环前缀添加到每个时域段。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
如果需要，则填充每个输入段，以构成长度为K的相应的填充段。
4.如权利要求1所述的方法，其中，将所述至少一个频域段从频域变换到时域的步骤包括：
对每个频域段执行所述K点快速傅立叶反变换IFFT，以产生相应的时域段。
5.如权利要求1所述的方法，其中，对所述至少一个时域段滤波的步骤包括：
用所选择的满足系统的频谱屏蔽的脉冲整形响应对所述至少一个时域段滤波。
6.一种通信系统中的发射机处的设备，包括：
单载波至多载波转换器，用于将单载波输入波形分割为至少一个输入段，每个输入段都包括多达K个样本，其中，K是子带的总数，通过对每个输入段执行K点快速傅立叶变换FFT，以产生相应的频域段，来将所述至少一个输入段从时域变换到频域，以产生至少一个频域段，并且将在每个频域段中对于至少一个保护子带的至少一个符号设置为零；
调制器，用于利用K点快速傅立叶反变换IFFT，将所述至少一个频域段从频域变换到时域，以产生至少一个时域段；以及
滤波器，用于对所述至少一个时域段滤波，以产生输出波形。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述调制器还将循环前缀添加到每个时域段。
8.一种通信系统中的发射机处处理单载波输入波形以实现单载波至多载波转换的设备，包括：
用于将单载波输入波形分割为至少一个输入段的装置，其中每个输入段都包括多达K个样本，其中，K是子带的总数；
用于通过对每个输入段执行K点快速傅立叶变换FFT，以产生相应的频域段，来将所述至少一个输入段从时域变换到频域，以产生至少一个频域段的装置；
用于将在每个频域段中对于至少一个保护子带的至少一个符号设置为零的装置；
用于利用K点快速傅立叶反变换IFFT，将所述至少一个频域段从频域变换到时域，以产生至少一个时域段的装置；以及
用于对所述至少一个时域段滤波，以产生输出波形的装置。
9.如权利要求8所述的设备，还包括：
用于将循环前缀添加到每个时域段的装置。
10.一种用于在通信系统中的发射机处处理波形的方法，包括：
将单载波波形转换为多载波形式；以及
利用K点快速傅立叶反变换IFFT，对所述转换的单载波波形执行多载波调制，以产生第一输出波形，其中，K是子带的总数，
其中，将单载波波形转换为多载波形式包括：
将所述单载波波形分割为至少一个输入段，每个输入段都包括多达K个样本；
通过对每个输入段执行K点快速傅立叶变换FFT，以产生相应的频域段，来将所述至少一个输入段从时域变换到频域，以产生至少一个频域段；
将在与所述单载波波形的至少一个输入段相对应的每个频域段中对于至少一个保护子带的至少一个符号设置为零。
11.如权利要求10所述的方法，其中，对所述转换的单载波波形执行多载波调制的步骤包括：
利用所述K点快速傅立叶反变换IFFT，将所述转换的单载波波形的至少一个频域段从频域变换到时域，以产生至少一个时域段；以及
对所述至少一个时域段滤波，以产生所述第一输出波形。
12.如权利要求10所述的方法，还包括：
对多载波波形执行多载波调制，以产生第二输出波形。
13.如权利要求12所述的方法，还包括：
对所述第一输出波形和所述第二输出波形进行多路复用。
14.一种在通信系统中的发射机处的设备，包括：
单载波至多载波转换器，用于将单载波波形转换为多载波形式；以及
调制器，用于利用K点快速傅立叶反变换IFFT，对所述转换的单载波波形执行多载波调制，以产生第一输出波形，其中，K是子带的总数，
其中，所述单载波至多载波转换器进一步用于：
将所述单载波波形分割为至少一个输入段，每个输入段都包括多达K个样本；
通过对每个输入段执行K点快速傅立叶变换FFT，以产生相应的频域段，来将所述至少一个输入段从时域变换到频域，以产生至少一个频域段；
将在与所述单载波波形的至少一个输入段相对应的每个频域段中对于至少一个保护子带的至少一个符号设置为零。
15.如权利要求14所述的设备，其中，所述调制器还用于对多载波波形执行多载波调制，以产生第二输出波形。
16.如权利要求15所述的设备，还包括：
多路复用器，用于对所述第一输出波形和所述第二输出波形进行多路复用。
17.如权利要求14所述的设备，还包括：
脉冲整形滤波器，用于根据由频谱屏蔽确定的脉冲整形响应，对所述调制器的输出执行滤波。
18.如权利要求14所述的设备，其中，所述单载波波形是用于导频的。
19.如权利要求14所述的设备，其中，所述系统使用正交频分多路复用OFDM，并且其中每个输入段都具有与OFDM符号相一致的长度。
20.一种在通信系统中的发射机处的设备，包括：
用于将单载波波形转换为多载波形式的装置；以及
用于利用K点快速傅立叶反变换IFFT，对所述转换的单载波波形执行多载波调制，以产生第一输出波形的装置，其中，K是子带的总数，
其中，所述用于将单载波波形转换为多载波形式的装置进一步包括：
用于将所述单载波波形分割为至少一个输入段的装置，其中，每个输入段都包括多达K个样本；
用于通过对每个输入段执行K点快速傅立叶变换FFT，以产生相应的频域段，来将所述至少一个输入段从时域变换到频域，以产生至少一个频域段的装置；以及
用于将在与所述单载波波形的至少一个输入段相对应的每个频域段中对于至少一个保护子带的至少一个符号设置为零的装置。
21.如权利要求20的设备，还包括：
用于对多载波波形执行多载波调制，以产生第二输出波形的装置。
22.如权利要求20的设备，还包括：
用于对所述第一输出波形和所述第二输出波形进行多路复用的装置。
23.一种用于在通信系统中的接收机处接收波形以实现多载波至单载波转换的方法，包括：
利用K点快速傅立叶变换FFT，将至少一个所接收的变换的符号从时域变换到频域，以产生至少一个频域段，其中，K是子带的总数；
将在每个频域段中对于至少一个保护子带的至少一个符号设置为零；
通过对每个频域段执行K点快速傅立叶反变换IFFT，以产生相应的时域段，来将所述至少一个频域段从频域变换到时域，以产生至少一个时域段，其中，每个时域段都包括多达K个样本；以及
组合所述至少一个时域段，以产生单载波接收波形。
24.如权利要求23所述的方法，还包括：
移除在至少一个所接收的OFDM符号的每一个中的循环前缀，以获得相应的所接收的变换的符号。
25.如权利要求23所述的方法，其中，组合所述至少一个时域段的步骤包括：
对于每个时域段，移除与填充相对应的样本。
26.一种在通信系统中的接收机处的设备，包括：
解调器，用于利用K点快速傅立叶变换FFT，将至少一个所接收的变换的符号从时域变换到频域，以产生至少一个频域段，其中，K是子带的总数；以及
多载波至单载波转换器，用于将在所述至少一个频域段中对于至少一个保护子带的至少一个符号设置为零，通过对每个频域段执行K点快速傅立叶反变换IFFT，以产生相应的时域段，来将所述至少一个频域段从频域变换到时域，以产生至少一个时域段，其中，每个时域段都包括多达K个样本，并且组合所述至少一个时域段，以产生单载波接收波形。
27.如权利要求26所述的设备，其中，所述解调器还用于移除在至少一个所接收的OFDM符号的每一个中的循环前缀，以获得相应的所接收的变换的符号。
28.一种在通信系统中的接收机处接收波形以实现多载波至单载波转换的设备，包括：
用于利用K点快速傅立叶变换FFT，将至少一个所接收的变换的符号从时域变换到频域，以产生至少一个频域段的装置，其中，K是子带的总数；
用于将在每个频域段中对于至少一个保护子带的至少一个符号设置为零的装置；
用于通过对每个频域段执行K点快速傅立叶反变换IFFT，以产生相应的时域段，来将所述至少一个频域段从频域变换到时域，以产生至少一个时域段的装置，其中，每个时域段都包括多达K个样本，其中，K是子带的总数；以及
用于组合所述至少一个时域段，以产生单载波接收波形的装置。
29.如权利要求28所述的设备，还包括：
用于移除在至少一个所接收的OFDM符号的每一个中的循环前缀，以获得相应的所接收的变换的符号的装置。
30.一种用于在通信系统中的接收机处接收波形的方法，包括：
接收包含单载波波形的输入波形，所述单载波波形已经被转换为多载波形式，并用多载波调制进行了处理；以及
处理所述输入波形，以恢复所述单载波波形，
其中，处理所述输入波形包括：
对所述输入波形执行多载波解调，以产生多载波波形，以及
处理所述多载波波形，以获得所述单载波波形，
其中，对所述输入波形执行多载波解调，以产生多载波波形进一步包括：
利用K点快速傅立叶变换FFT，将至少一个所接收的变换的符号从时域变换到频域，以产生至少一个频域段，其中，K是子带的总数，并且
其中，处理所述多载波波形，以获得所述单载波波形进一步包括：
将在每个频域段中对于至少一个保护子带的至少一个符号设置为零；
通过对每个频域段执行K点快速傅立叶反变换IFFT，以产生相应的时域段，来将所述至少一个频域段从频域变换到时域，以产生至少一个时域段，其中，每个时域段都包括多达K个样本；以及
组合所述至少一个时域段，以产生接收波形。
31.如权利要求30所述的方法，其中，执行多载波解调的步骤包括：
移除在至少一个所接收的正交频分多路复用OFDM符号的每一个中的循环前缀，以获得相应的所接收的变换的符号，
将至少一个所接收的变换的符号从时域变换到频域，以产生至少一个频域段，以及
将在每个频域段中的至少一个符号设置为零。
32.如权利要求31所述的方法，其中，处理所述多载波波形的步骤包括：
将其中每个频域段具有至少一个零的所述至少一个频域段从频域变换到时域，以产生至少一个时域段，以及
组合所述至少一个时域段，以恢复所述单载波波形。
33.如权利要求30所述的方法，其中，处理所述输入波形的步骤包括完全在时域内处理所述输入波形，以恢复所述单载波波形。
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