CN1468486A - 非连续宽带频谱中的多载波通信 - Google Patents

Abstract

本发明公开提供了一种进行正交频分复用(OFDM)通信的方法。该方法确定用于每一个子信道(30)的SNR。该方法然后将具有大于第一阈值(70)的SNR的子信道(30)指定为干净的子信道(93)，将具有小于第一阈值且大于第二阈值的SNR的子信道指定为阻止子信道(95)，将具有都小于两个阈值的子信道指定为有障碍的子信道(111)。该方法然后发射OFDM数据(34)，使得每一个干净的子信道接收在最大子信道信号电平(40)处的OFDM数据(34)，每一个阻止子信道接收在中间信道信号电平(42)处的OFDM数据，且每一个有障碍的子信道接收在零子信道信号电平(44)处的OFDM数据(34)。

Description

非连续宽带频谱中的多载波通信

技术领域

本发明涉及射频通信领域。具体地说，本发明涉及通过宽带射频信道的频谱中可用的子信道部分进行的多载波通信领域。

背景技术

通常，利用宽带通信技术的通信系统经过宽带信道上的单个信道链路来传送大量的数据。单载波宽带通信技术通常出现显著的信号恶化，这种恶化接近相对中心(载波)频率的宽带信道的限制。这是因为产生在整个宽带信道波段上的基本上是平坦响应曲线的大量困难造成的。

多载波(multi-carrier)宽带通信技术将宽带信道划分成多个子信道。每一个子信道具有含相对窄的带宽的信号(例如，调制的载波)。这种相对窄的带宽允许每一个子信道获得基本上平坦的频率响应曲线。利用归一化和其它技术，将这些基本上平坦的频率响应曲线连接起来以产生在宽带信道上基本上平坦的频率响应。这种技术也称为多频音(multitone)通信。

多载波通信系统的有效实现(例如，被以奈奎斯特速率进行采样)允许子载波频率响应重叠。通常，要求重叠的子载波频率是正交的。通常，将这种利用正交子载波技术的系统称为正交频分复用(OFDM)系统。

与其它的宽带通信技术相比，OFDM通信技术提供了改善的性能。利用OFDM通信技术，宽带通信系统利用将频率复用成多个窄带子信道的宽带信道。由于每一个子信道本身不是宽带，可以容地实现产生在整个子信道频带上基本上是平坦响应曲线的电路。

OFDM通信技术是离散多频音(DMT)调制技术，通过该技术，可以利用优化算法来适当地将能量和比特分配到多个子信道中的每一个子信道。这允许以高速率进行可靠的数据传输。

希望ODFM技术利用一组连续的子信道，从而提供容易实现的子信道。这通常是有线(也就是硬连线)通信系统。已经将DMT调制成功地用于异步数字用户环线(ADSL)通信，提供了在普通的双绞线上的改进的高速数据传输。

当宽带信道的频谱中有间断时，也就是正如无线通信系统中常见的情形一样的当所有可用的子信道不是连续时，带来了问题。当一些子信道包含过多的噪声或者其它干扰，或者由于其它原因被禁止时，发生这种情况。已经开发了几种技术来补偿这种非连续的频谱。常规地，此类技术倾相于利用每一个子信道的统计分配或非分配。也就是，OFDM信号不使用竞争的子信道。统计子信道假定统计的宽带信道，因此其表示很没有效率。

无线OFDM通信中，通常，宽带信道的RF频谱是动态的。例如，在与一个或多个“异地”系统(例如，不是OFDM系统本身的任何RF系统)共享部分频谱的OFDM通信系统中，可以发现动态频谱。在这种情况下，需要根据非连续的干扰来动态地分配子信道。这可以在OFDM系统中，在异地系统中进行，或者在两方系统中进行。

动态频谱通常与移动通信系统结合。系统器件的运动产生了变化的传输路径。因此，此类动态传输路径受到阴影、噪声和干扰的影响。即使通信系统是点对点系统，大气条件、外部移动物体(飞行器、机动车辆等等)、和其它本地噪声源(结构设备，工厂，其它通信系统等)可以导致产生动态频谱。

在利用具有动态频谱的宽带信道(也就是动态宽带信道)的OFDM通信系统中，所有的或部分子信道是动态的。也就是说，各个子信道可能受到噪声变化、干扰、和时间和频率上的传输的影响。在任何时候，任何此类动态子信道可以是理论上可用的，可以是部分可用的，或者不可用的。

已经开发了几种技术来补偿动态频谱。一种此类技术通常包括：扫描宽带信道，并且提供在那些干净的(也就是完全可用的)子信道上进行传输。也就是说，此种技术使用一种方案来提供每一个子信道的选择性分配或非分配，丢弃具有大于噪声、干扰和/或传输性的最小阈值的任何子信道。这也表示相当地没有效率。

这种选择性分配技术本身是动态的。也就是，利用扫描宽带信道并且选择性地为每一个分组重分配子信道，可以在分组中传输数据。这种动态选择性分配技术提供了相对于静态选择分配技术的显著改进，但是仍然存在显著的无效率。

因此，需要一种OFDM通信技术，其在动态宽带信道上提供足够的服务质量(QoS)和大的数据吞吐量。这种技术应当通过充分利用宽带信道中的每一个子信道来优化效率。

附图说明

通过参考详细的说明和权利要求书，并且结合附图，可以获得对本发明的完整了解，在所有的附图中，相同的附图标记代表相同的器件，且：

图1A是说明根据本发明优选实施例的正交频分复用(OFDM)的方框图；

图2示出根据本发明优选实施例的、由图1的OFDM通信系统使用宽带信道的流程图；

图3示出根据本发明优选实施例的图1的系统的OFDM通信处理的方框图；

图4示出根据本发明优选实施例工作的、图2的OFDM通信处理的功率分配算法子过程的方框图；

图5示出一方框图，说明根据本发明优选实施例的、优选用于服务质量的图2的OFDM通信处理的最佳的比特加载子过程；和

图6示出了一方框图，其说明根据本发明优选实施例的、优化吞吐量的图2的OFDM通信系统的最佳的比特加载子过程。

具体实施方式

图1示出了说明OFDM通信系统22的方框图，图2示出了说明由根据本发明优选实施例的OFDM通信系统22使用宽带信道24的流程图。下面的讨论参考图1和2。

OFDM通信系统22由OFDM接收器26和OFDM发射器28组成，它们通过宽带信道24内的多个子信道30相互通信。OFDM接收器26生成子信道30的调制模式(modulation profile)，并且通过反馈信道32将调制模式传输到OFDM发射器28。然后，响应调制模式，OFDM发射器28将OFDM数据34传输到OFDM接收器26。OFDM接收器26接收和解码OFDM数据接收器部分36中的OFDM数据34。以多个信号电平中的一个电平接收每一个子信道30中的OFDM数据34，多个信号电平是最大的子信道信号电平40、至少一个中间子信道信号电平42、和零子信道信号电平44。在图2的优选实施例中，采用了8电平方案。对于8电平方案，有多种可能的比特对码元映射组合。例如，如果每个码元的1至8比特希望增加1比特，则要求调制顺序为{2，4，8，16，32，64，128，256}的集的调制星座图。如果我们只使用从2到16比特中的偶数比特对码元映像，则要求调制顺序为{4，16，64，1024，4096，16384，65536}的集的调制星座图。

图3示出了说明根据本发明优选实施例的OFDM通信过程20的方框图。下面的讨论参考图1，2和3。

OFDM通信系统22(图1)利用过程20(图3)来完成它的功能。在OFDM接收器26中执行子过程46以生成调制(MOD)模式。响应获得作为子过程46一部分的每一个子信道30的信噪比(SNR)，产生调制模式。然后，响应这个调制模式(也就是，响应每一个子信道30的SNR)，在OFDM发射器28中执行子过程48以传输用于每一个子信道30的OFDM数据34。OFDM数据被传输，使得在OFDM接收器26处，以最大子信道信号电平40、中间子信道信号电平42或零子信道信号电平44中的一个信号电平来接收OFDM数据34。

OFDM接收器26(图1)包含由扫描部分52和连接到扫描部分52的检测部分54组成的频谱扫描器50。OFDM接收器26还包括连接到检测部分54、并且包括功率分配算法(PDA)子单元58和最佳的比特加载算法(OBA)子单元60的评估部分56。

在扫描部分52中，子过程46的任务62扫描宽带信道24以确定噪声电平64(图2)，为此，也就是为位于宽带信道24中的多个子信道30中的每一个子信道。任意给定的子信道30的噪声电平64基本上是表示所有噪声的该子信道30中的能量。本领域普通技术人员将认识到，本文中的“噪声”指的是任何干扰，随机噪声，外部信号，反射信号，多路径信号，或者在OFDM接收26接收或产生的、并且不是由OFDM发射器28传输的最强的信号。因此，噪声电平64是在子信道30中、不是由OFDM发射器28提供的能量电平。

OFDM发射器28包含一个参考发射器66(图1)。在任务68中，参考发射器66将参考信号70传输到频谱扫描器50，并且扫描其中的检测部分52和54。在频谱扫描器50中，任务72(图3)接收参考信号70，并且任务74响应噪声电平64和参考信号70，确定用于在宽带信道24内的多个子信道30中的每一个子信道30的SNR。

可以利用本领域普通技术人员公知的任何适当的技术来确定每一个子信道30的SNR。例如，在OFDM发射器包括参考发射器66的优选实施例中，通过按照在子信道30的子载波频率中的等价噪声功率来划分子信道30的信号功率，任务74确定每一个子信道30的SNR。噪声功率在子信道30中和时间上是变化的。因此，在传输OFDM数据34之前，优选实施例测量每一个子信道30的噪声功率。

通过提供在已知频率上的已知的幅度和相位信息，参考信号70被用来帮助进行最佳接收。参考信号70有助于改善OFDM发射器28和OFDM接收器26之间的时间和频率偏移的精度。

在另一个实施例中，OFDM发射器28不生成参考信号70，OFDM接收器26可以累加其输入端处的噪声数据。然后，OFDM接收器26对累加的噪声数据进行快速付立叶变换(FFT)，以确定每一个子信道30中(也就是，在每一个子载波频率中)的估计的噪声电平。可以平均多个噪声数据的FFT块以改善估计的噪声电平。

当OFDM发射器28传输OFDM数据34时，也可以进行类似的处理。通过在每一个子载波频率处，将噪声估计减去信号加噪声估计以找到信号电平估计，OFDM接收器26可估计每一个子信道30的SNR。然后，通过按照估计的噪声功率来划分估计的信号功率，可确定每一个子信道的SNR。每一个独立的子信道30等价于一个加性白高斯(AWGN)子信道，其中SNR实质上是接收到的信号功率E乘以子信道增益-噪声比率G∶SNR＝E·G。增益-噪声比率G包括任意的随机噪声，外部信号，反射信号，或者由OFDM接收器26接收或者生成的给定子信道的其它信号，所述其它信号不是被OFDM发射器28通过子信道30传输到OFDM接收器26的部分OFDM数据34。

速率b(比特/子信道)是对子信道吞吐量的度量。从b＝log₂[(1+SNR)/G]中计算出速率b。可以从SNR和b中导出SNR段(gap)Γ，Γ＝SNR/(2^b-1)。SNR段Γ度量从容量C中的SNR距离，其中C＝log₂(1+SNR)。

对于未编码的调制(即，没有纠错码)，SNR段Γ直接与调制的比特错误性能相关。例如，对于误码率基本上是10^-6的未编码QAM信号，SNR段Γ大约为9.0dB。这可以容易地从本领域普通技术人员公知的通用BER曲线(Eyuboglu/Forney)曲线中来估计。对于未编码的MxM正方QAM信号集，码元误率(SER)基本上是SER≈4Q·(3Γ)^1/2，其中，M是每调制码元的比特数。SER实质上是从BER中导出的。例如，在可接收的条件下，对于给定的格雷编码的比特-码元映射，对于每一个码元错误，只有大约一个比特错误，SER实质上是SER≈BER·LOG₂(M²)。可以使用SER或BER(或者两者)来要求用于系统的服务质量(QoS)阈值。

本领域普通技术人员将认识到，由于本文中“噪声”指的是任何干扰，随机噪声，外部信号，反射信号，多路径信号，或者在OFDM接收器26接收或产生的、并且不是由OFDM发射器28通过该子信道30传输到OFDM接收器26的最强的信号，为了方便讨论，信噪比(SNR)可以视为信号-噪声加干扰比(SNIR)。

图4示出根据本发明优选实施例工作的、OFDM通信处理的PDA子过程76的方框图。下面的讨论参考图1至图4。

在图4示出的优选实施例中，子过程75(图4)是在PDA子单元58(图1)中执行的过程20部分(图3)。在子过程76中，任务78建立用于功率分配算法(PDA)的初始参数。这些初始参数包括：宽带信道24中的子信道30的总数N；从1到N的任何给定子信道30，i；子信道增益，g_i；子信道噪声功率，pn_i；Γ_i子信道SNR段；ng，传输组中的子信道30的数目；pt，由OFDM发射器28传输的、在OFDM接收器26处接收到的总功率；μ，算法收敛因子；和ζ_i，子信道最小的SNR要求。本领域普通技术人员将认识到，由于“噪声”在此是“干扰加噪声”，应当将pn_i作为子信道的“干扰加噪声功率”。

任务80为每一个子信道(SC)30确定有效的(EFF)噪声功率epn。有效噪声功率实质上是SNR段Γ乘以子信道噪声功率pn并且除以子信道数目ng，也就是，epn_i＝Γ_i·pn_i/g_i。

然后，任务82为每一个子信道30确定初始功率P。初始功率P是总的接收功率pt除以子信道数目ng，也就是，P_i＝pt/ng。

随后，子过程76进入PDA处理循环。任务84为每一个非有效的子信道30确定“水平面”W。开始时，所有的子信道30都是非有效的，也就是剩下的子信道ncl的数目等于子信道ng的数目。然而，利用PDA循环的每一个迭代，可以将一个或多个子信道分为有效的，减少了留下的子信道数目ncl。水平面W实质上是所有子信道30的子信道功率P之和加上所有有效的子信道30的所有有效的噪声功率epn，并将和除以余下的子信道ncl，也就是，W＝(∑P_1∶N+∑epn_1∶ng)/ncl。因此，水平面W表示均衡的功率电平。

然后，任务86确定用于每一个有效子信道30的子信道功率P。子信道功率P实质上是水平面W和有效的噪声功率epn之差，即P_{1∶ ng}＝W-epn_1∶ng。

然后，任务88将子信道功率P归一化。这受到确定每一个“好”子信道的子信道功率P(即，有效噪声功率epn小于水平面W的子信道)实质上等于总接收到的功率pt除以“好”子信道数目的影响，也就是，P_good＝pt/_good。

相反，任务88将每一个“坏”子信道30(即，其中的噪声功率epn大于或等于水平面W的子信道)的子信道功率P建立为零，即P_bad＝0。

本领域普通技术人员将认识到，在一些条件下，可将归一化任务88作为选择性的。不使用任务88没有背离本发明的主旨。

然后，由任务90估计每一个子信道30的SNR，子信道功率P除以有效噪声功率，即，SNR_i＝P_i/epn_i。本领域普通技术人员将理解，如果对于给定子信道P＝0，用于该子信道30的SNR被设为接近零值(例如，10^-5)。

然后，任务92确定在哪一个子信道30中SNR小于最小的SNR(LSNR)要求ζ，即SNR_i＜ζ_i。任务92确定每一个子信道30作为PDA循环的第一迭代上的干净的子信道93，并且作为在PDA循环的随后迭代上的阻止子信道(impeded subchannel)95。

随后，查询任务94确定是否有要处理的任何子信道。如果每个子信道30的SNR大于或等于最小的SNR要求ζ，即SNR_i≥ζ_i，则没有有效的子信道30。在这种情况下，完成PDA子过程。

如果找到SNR小于它的最小SNR要求ζ的至少一个子信道30，任务96按照它们的SNR值的顺序来排序子信道30。

然后，任务98确定将那一个子信道30排除在由OFDM发射器传输OFDM数据34之外。这是首先通过确定无效子信道30的数目，然后确定要重新分配的子信道数目即_reallocate＝fix(_invalid/μ)来实现的。被排除在传输之外的子信道30的数目就是无效子信道和重新分配子信道数目之间的差即exclude＝invalid-reallocate。

根据系统22的特性，以经验导出算法转换因子μ。在优选实施例中，已经证明有两个用于因子μ的值是有效的。使用其它的因子μ的值没有背离本发明的精神。

查询任务100确定是否有有效的子信道剩余。如果没有有效的子信道30剩余，宽带信道24是坏的。结束PDA子过程76，并且要求另一个宽带信道24。

如果有至少一个有效的子信道30剩余，任务102调整所有子信道30的子信道功率P。这是通过将有效子信道的子信道功率P和所有无效的(去除的)子信道30中的零子信道功率P归一化来实现的。

任务104然后确定哪一个子信道30剩余，也就是有效的。在一些情况下，可以在否定方向完成任务104。也就是，任务104可以确定哪一个子信道30被去除，也就是无效。

然后查询任务106确定是否已经最佳地处理了所有的子信道30。这可以通过在PDA循环的最后迭代期间确定是否已经改变剩余(有效的)子信道30的数目来确认。如果查询任务106确定在最后迭代期间已经改变了有效子信道30的数目，PDA子过程76回到任务84。

如果查询任务106确定在最后迭代期间没有改变有效子信道30的数目，则任务108对子信道功率P进行归一化，使得功率基本上是平坦的。如前所述，这是通过确定每一个子信道30的子信道功率P为基本上等于总的接收功率pt除以有效子信道30的数目即P_valid＝pt/valid来完成的，每一个子信道30的子信道功率P为零，即P_invalid＝0。

任务110随后以常规方式确定每一个有效子信道30的SNR，即SNR_valid＝P_valid/epn_valid。对于无效子信道30，SNR被设为接近零，例如10^-5。现在完成了PDA子过程30，没有被指定为干净子信道93或者阻止子信道95的任何子信道30被指定为有障碍的信道111。

在优选实施例中，PDA子过程76是基于具有快速收敛特性的水平填充算法(water filling algorithms)。换言之，根据携带潜在(carryingpotential)的信息的可能性来确定每一个子信道的使用。根据最大可能对最小可能性的SNR值的比率低于最小的SNR要求ζ，可以将功率P重新分配到最大可能性的子信道30中。此外，根据总的坏的临时子信道30(即，低于最小的SNR要求ζ)对能够携带信息的最大可能性的子信道30的比率，可以将功率P重新分配到最大可能性的子信道30。分配给每一个子信道的功率P正比于SNR段Γ乘以频谱扫描器50测量到的噪声。同样地，根据SNR段Γ除以子信道增益-噪声比率G来将功率分配给每一个子信道。根据系统的最小的QoS和/或吞吐量要求、利用OBA子单元60来计算相应的速率b。

本领域普通技术人员将理解，上面的对PDA子过程76的描述用于本发明的优选实施例。利用确定有效和无效的子信道并且确定有效子信道30的方法没有背离本发明的精神。

一旦执行了PDA子过程，利用最佳-比特-加载(OBA)子过程来继续过程20。可以配置这样的OBA子过程和OFDM通信系统22，以优化服务质量(QoS)，例如误码率(BER)，或吞吐量，例如比特/OFDM波特。图5示出了根据本发明优选实施例的OFDM通信过程20的优化QoS的OBA子过程113的方框图。后面介绍的图6示出了描述最优吞吐量OBA子过程114的相似方框图。下面的讨论参见图1，2，3和5。

在图5描述的优选实施例中，子过程112是当系统22被优化用于QoS时在OBA子单元60(图1)中执行的过程20(图3)的部分。在子过程112中，任务116为优化的比特-加载算法建立初始参数。这些初始参数可包括：SNR_i，由PDA子例程76确定的(图4)每一个子信道30的SNR；loop_max，所希望的OBA循环的最大迭代数目；γ_margin，满足希望的QoS的界限；和b_tar，对宽带信道24的总功率限制。然后，子过程112进入OBA循环。

在任务118中，子过程112确定量化成比特/子信道bq的比特/子信道b119，和用于每一个子信道30的部分每个子信道的比特差d。这是通过以常规方式从SNR和γ_margin中确定比特/子信道30b119来完成的，例如，b_i＝log₂(1+[SNR_i/γ_margin])。这通常得到用于比特/子信道b119的非整数值，然后对其进行量化以产生量化的比特/子信道qb，例如qb_i＝round_mod2(b_i)。然后确定差d，即d_i＝b_i-qb_i。

子过程112然后继续查询任务120和任务122，它们一起确定要使用的子信道数目SC_used。开始，将SC_used设为等于子信道的数目N。查询任务120确定哪一个子信道30包含零比特，即b_i＝0。任务122然后将所有的零比特子信道30从SCused中除去，也就是对每一个零比特子信道，SC_used＝SC_used-1。

任务124随后确定在宽带信道24中可发射的总比特数目，即 $b_{\mathrm{total}}=\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{SC}}_{\mathrm{used}}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{bqi}.$

在查询任务126中，子过程112随后确定宽带信道24是否可用，即是否b_total＞0。如果b_total＝0，则没有比特被通过宽带信道24发射。因此，宽带信道24是坏的，结束OBA子过程112，并且要求另一个宽带信道24。

如果查询任务126确定宽带信道24是可用的，即b_total＞0，则任务128建立在其上满足希望的QoS的临时界限，例如， ${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{temp}}={\mathrm{\γ}}_{m\arg \mathrm{in}}+10{\log }_{10}\left(2^{\frac{b_{\mathrm{total}}-b_{\mathrm{tar}}}{{\mathrm{SC}}_{\mathrm{ued}}}}\right).$

然后，查询任务130确定临时界限γ_temp是否有效，即γ_temp≥0。如果任务130确定γ_temp有效，则任务132确定总的比特b_total是否至少是的总功率限制(目标比特)b_tar，即b_total≥b_tar。

如果任务132确定总比特b_total至少是目标比特b_tar，则子过程112已经完成。

如果任务130确定临时界限γ_temp无效，即γ_temp＜0，或者如果查询任务132确定总比特b_total小于目标比特b_tar，即b_total＜b_tar，则查询任务134确定OBA循环是否已经完成希望的次数，即当前循环迭代loop_count是否是希望的最大循环迭代loop_max。如果查询任务134确定当前迭代loop_max是最大的迭代loop_max，则子过程112已经完成。

如果查询任务134确定当前的迭代loop_max还没有达到最大的迭代loop_max则任务136通过减去临时界限γ_temp建立希望的QoS界限γ_temp，即γ_margin＝γ_margin-γ_temp，并且任务138将未使用的子信道数目SC_used设为剩余子信道30的数目。然后，子过程112返回到任务118以执行另一个OBA循环迭代。

应当理解，OBA子过程112的元件对于本领域普通技术人员来说是公知的，例如为了简化，已经省略了当前循环迭代计数器loop_count的增加。本领域普通技术人员也将理解，上面对OBA子过程112的介绍用于本发明的优选实施例。使用执行优化的比特-加载算法的不同方法没有背离本发明的精神。

图6示出描述根据本发明优选实施例的OFDM通信过程20的优化的OBA子过程114的方框图。下面的说明参考图1，2，3和6。

在图6示出的优选实施例中，子过程114是当系统优化用于吞吐量时在OBA子单元60(图1)中执行的过程20(图3)的部分。与上面介绍的QoS优化子过程112(图5)一样，任务140建立基本上相同的初始参数。子过程114然后进入OBA循环。

与上面介绍的任务118，120，122和124一样，任务142，144，146和148确定比特/子信道b 119，量化的比特/子信道bq，部分的每个子信道差d，要使用的子信道数目SC_used，和可发射的比特总数目b_total。

与任务126一样，查询任务150确定宽带信道24是否可用。如果宽带信道24不可使用，结束OBA子过程114，并且要求另一个宽带信道24。

如果查询任务150确定宽带信道24可用，则任务152确定用于希望的QoS界限值γ_margin，例如， ${\mathrm{\γ}}_{m\arg \mathrm{in}}={\mathrm{\γ}}_{m\arg \mathrm{in}}+10{\log }_{10}\left(2^{\frac{b_{\mathrm{total}}-b_{\mathrm{tar}}}{\mathrm{SCused}}}\right).$

查询任务154确定总比特b_total是否至少是目标比特b_tar。如果查询任务154确定总比特b_total至少是目标比特b_tar，则查询任务156确定界限γ_margin是否有效。如果查询任务156确定γ_margin有效，则完成OBA子过程。

如果查询任务154确定总比特b_total小于目标比特b_tar，则查询任务158确定当前循环迭代loop_count是否已经达到希望的最大循环迭代loop_max。

类似地，如果查询任务154确定临时界限γ_margin无效，则任务160确定OBA循环是否已经完成希望的次数。

如果查询任务158和查询任务160都确定当前迭代loop_count还没有达到最大的迭代loop_max，则任务162调整已使用的子信道数目SC_used到剩余的子信道30数目。子过程114随后返回到任务142以执行另一个OBA循环迭代。

如果任务158确定当前迭代loop_count是最大的跌代loop_max，则查询任务164确定界限γ_margin是否有效。如果查询任务164确定界限γ_margin无效，则子过程114已经完成。

如果查询任务164确定界限γ_margin有效，则任务166根据最大的比特差d_i来将比特加到子信道30上的量化的比特/子信道bq_i上，调整差d_i，并且进行重复直到总的比特b_total等于目标比特b_tar。

类似地，如果查询任务160确定当前迭代loop_count已经到达最大的跌代loop_max，则任务168根据最小的比特差d_i来将比特从在子信道30上的量化的比特/子信道bq_i中减去，调整差d_i，并且进行重复直到总比特b_total等于目标比特b_tar。

在任务166和168之后，结束吞吐量优化子过程114。应当理解，OBA子过程114的元件对本领域普通技术人员是公知的，例如，为了简化，已经省略了当前循环迭代计数器loop_count的增加。本领域普通技术人员将理解，上面介绍的OAB子过程114用于本发明的优选实施例。使用执行优化的比特-加载算法的不同方法没有背离本发明的精神。

本领域普通技术人员将容易地理解，在此使用的“最佳的”和“优化”是相对的。所有的“最佳的”和所有“优化”技术受到舍如误差、量化等的影响。而且，采用的算法和技术本身可能给出理论上次优的方案。注意，利用例它的算法和/或技术可能得到“更加最佳的”方案(即，“更好的”优化)。使用这种其它的技术和/或改进技术没有背离本发明的精神。

下面的讨论参考图1，2和3。

OFDM接收器26包括连接到位于估计部分170内的OBA子单元60的量化部分170，和连接到量化部分的反馈发射部分172。OBA子单元60的输出被反馈到量化部分170中。OBA子单元60的输出是用于所有子信道30的处理参数，例如子信道指定、SNR、能量电平等等。过程20进行任务174以将参数转换成调制模式。

从量化部分将调制模式传输给反馈发射部分172。在任务176中，反馈发射部分172经反馈(反向)信道32将调制模式发射到OFDM发射器28。

OFDM发射器28包括一个反馈接收器部分，连接到反馈接收器部分178的解量化部分180，和连接到解量化部分180的OFDM数据发射器部分182。

在发射子过程48的子过程48的任务184中，反馈接收器部分178从OFDM接收器26接收调制模式。反馈接收器部分178然后将调制模式传送到解量化部分180。

在接量化部分180内，任务186将调制模式转变成OFDM数据-信号参数。用于子信道30的OFDM数据-信号参数，例如干净子信道参数(未示出)、阻止-子信道参数(未示出)和有障碍的子信道参数(未示出)被传送到OFDM数据发射器部分182。可以将OFDM数据发射器部分182视为N个平行的发射器，即干净子信道93加上阻止子信道95再加上有障碍的子信道111，每一个发射器被配置以发射用于每一个子信道30的OFDM数据(N是子信道30的数目)。

在OFDM数据发射器部分182中，任务194将OFDM数据34路由到宽带信道24的多个子信道30中的每一个子信道30。

然后，任务196响应该子信道30的SNR和其它参数，调制每一个子信道30中的OFDM数据34。任务198随后将调制的OFDM数据发射到OFDM接收26。响应每一个可用子信道(即干净子信道93和阻止子信道95)的QoS(例如，误码率)或者吞吐量(例如，比特/OFDM波特)，OFDM发射器28已经发射OFDM数据。

本领域普通技术人员将理解，由于有障碍的子信道11要求传输零能量，OFDM发射器28实际上不在有障碍的子信道111上发射。

OFDM接收器26将接收到的OFDM数据34路由到OFDM数据接收器部分36。OFDM接收器部分36被连接到量化部分170。在OFDM数据接收器部分36中，任务200接收来自OFDM发射器28的OFDM数据34和来自量化部分170的调制模式。由于在确定OFDM数据-信号电平中使用了water-pouring例程，每一个干净子信道93接收在最大子信道信号电平40处的OFDM数据34，每一个阻止子信道95接收在中间子信道信号电平42的OFDM数据34，并且每一个有障碍子信道111接收在零子信道信号电平44处的OFDM数据34(也就是，不接收OFDM数据34)。

然后，任务202响应调制模式，解调OFDM数据34。然后，由任务204解码由任务202解调的OFDM数据34以产生希望的结果。

本领域普通技术人员将理解，在一些实施例中，可以将任务202解调的OFDM数据34部分反馈到发射OFDM数据子过程48以更好地控制调制和发射。利用常规技术，这被执行作为反馈信号206。也可以理解，SNR数据208可以在OFDM接收器26中从确定SNR过程74反馈到解码OFDM数据过程204。然后，这样的数据208可被用来更加巧妙地解码OFDM数据34。使用这些和/或其它增加的和精巧的技术没有背离本发明的精神。

本领域普通技术人员将理解，由于宽带信道24是动态的，可以迭代子过程46和48以跟踪宽带信道24中的多个子信道30的每一个子信道30的SNR中的变化。

在图1和2的优选实施例中，宽带信道24支持18个用户信道210，每一个子信道是100比特宽度。由于在子信道30中，比特/子信道119是变化的，每一个100比特用户信道210的子信道数目也是变化的。即，OFDM发射器28在至少一个用户信道210上发射OFDM数据34，其中用户信道210由至少一个子信道30形成。本领域普通技术人员将理解，这样的讨论仅仅是示例性的，通常使用多个用户信道210，且每个用户信道210通常由多个子信道30形成。如图2所示，OFDM系统22的用户信道210与子信道30不冲突。在不背离本发明的精神的条件下，可以使用用户信道210的任何希望的配置。

总之，本发明给出了一种在具有非连续的频谱的宽带信道24中进行OFDM通信的方法和系统22。提供的所述方法和系统22产生了在动态宽带信道24上的有效的OFDM通信。所述方法和系统通过充分地利用在宽带信道24中的每一个子信道30，令人满意地优化了效率。完全使用那些被发现基本上没有噪声和/或干扰(干净的子信道93)的子信道30。排除那些被发现具有过多噪声和/或干扰(有障碍的子信道111)的子信道30。那些被发现具有一些但不是过多的噪声和/或干扰的子信道30被最大可能地部分利用。提供的所述方法通过优化信号质量和/或OFDM数据34的吞吐量，增加了系统22的效率。

在这样的介绍中，假设了正交频分复用(OFDM)通信过程20(见图3)。过程20的优选实施例被示例为与利用具有动态频谱的宽带信道24(见图2)的无线OFDM通信系统22(见图1)一起使用。本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明的精神条件下，可以改变过程20以应用到其它在宽带RF通信信道上没有平坦的和/或连续的频率响应的无线和/或有线多载波通信系统中，例如将离散多频音(DMT)调制技术用于异步数字用户环线(ADSL)通信的有线系统。

尽管已经详细地说明和介绍了本发明的优选实施例，本发本领域普通技术人员将容易地理解，在不背离本发明的精神或者权利要求书的范围的情况下，可以进行各种修改。

Claims (30)

1.一种通过非连续宽带信道中的多个子信道来进行正交频分复用(OFDM)通信的方法，该方法包括：

产生所述宽带信道的调制模式，其中所述调制模式响应位于所述宽带信道的多个子信道的每一个子信道的信噪比(SNR)；和

响应所述调制模式，发射OFDM数据。

2.如权利要求1所述的OFDM通信方法，其中，所述产生步骤包括：

建立最小的SNR要求；

确定用于在所述宽带信道的所述多个子信道中的每一个所述子信道的SNR；和

指定具有大于所述最小的SNR要求的每一个所述子信道作为干净的子信道。

3.如权利要求2所述的OFDM通信方法，其中，所述产生步骤还包括：

建立最小的服务质量要求；和

优化每一个所述干净子信道的吞吐量，在所述干净的子信道中，服务质量大于所述最小的服务质量要求。

4.如权利要求2所述的OFDM通信方法，其中，所述产生步骤还包括：

建立最小的吞吐量要求；和

优化每一个所述干净子信道的服务质量，在所述干净的子信道中，吞吐量大于所述最小的吞吐量要求。

5.如权利要求2所述的OFDM通信方法，其中，所述产生步骤包括：

按照其中的所述SNR来排序所述子信道；

调整所述最小的SNR要求；

确定用于在所述宽带信道内的所述多个子信道的所述子信道的所述SNR；和

指定具有大于所述调整的最小的SNR要求的每一个所述子信道作为阻止子信道。

6.如权利要求5所述的OFDM通信方法，其中，所述产生步骤还包括：

确定用于所述干净的和阻止子信道的噪声电平；和

确定用于所述干净的和阻止子信道的OFDM数据-信号电平，其中，子信道能量电平基本上等于用于每一个所述子信道的所述OFDM数据-信号电平，且所述子信道能量电平基本上等于所述OFDM数据-信号电平加上用于每一个所述阻止子信道的所述噪声电平的和。

7.如权利要求1所述的OFDM通信方法，还包括：迭代所述产生和发射步骤以跟踪在所述宽带信道内的所述多个子信道的每一个中的所述SNR的变化。

8.如权利要求1所述的OFDM通信方法，其中，所述产生步骤包括：

扫描所述宽带信道；和

响应所述扫描步骤，确定用于在所述宽带信道内的所述多个子信道的每一个所述子信道的所述SNR。

9.如权利要求8所述的OFDM通信方法，其中，所述确定步骤包括：

响应每一个所述子信道的所述SNR，确定所述子信道中的可用的一个；和

估计用于每一个所述可用子信道的误码率。

10.如权利要求9所述的OFDM通信方法，其中，所述发射步骤响应每一个所述可用子信道的误码率，发射所述OFDM数据信号。

11.如权利要求8所述的OFDM通信方法，其中，所述确定步骤包括：

响应每一个所述子信道的所述SNR，确定所述子信道中的可用的一个；和

估计用于每一个所述可用子信道的吞吐量。

12.如权利要求1所述的OFDM通信方法，其中，所述发射步骤在至少一个用户信道上发射所述OFDM数据。

13.如权利要求12所述的OFDM通信方法，其中，所述用户信道包括至少一个所述子信道。

14.如权利要求13所述的OFDM通信方法，其中：

所述产生步骤还包括将具有小于所述最小的SNR阈值并且大于SNR估计阈值的每一个所述子信道指定为阻止子信道；和

所述发射步骤发射所述OFDM数据，使得每一个所述阻止子信道接收到在中间子信道信号电平的所述OFDM数据。

15.如权利要求14所述的OFDM通信方法，其中：

所述产生步骤包括确定用于在所述宽带信道内的所述多个子信道的每一个所述子信道的信噪比(SNR)；

所述产生步骤还包括指定具有大于最小的SNR要求的所述SNR的每一个所述子信道作为干净的子信道；和

所述发射步骤发射所述OFDM数据，使得每一个所述干净的子信道接收在所述最大的子信道信号电平上的所述OFDM数据。

16.如权利要求15所述的OFDM通信方法，其中，所述最小的SNR要求是第一最小的SNR要求，且其中：

所述产生步骤还包括调整所述最小的SNR要求以产生第二最小的SNR要求；

所述产生步骤还包括指定具有小于所述第一最小的SNR要求且大于所述第二最小的SNR要求的所述SNR的每一个所述子信道作为干净的子信道；和

所述发射步骤发射所述OFDM数据，使得每一个所述阻止子信道接收在所述中间的子信道信号电平上的所述OFDM数据。

17.如权利要求16所述的OFDM通信方法，其中：

所述产生步骤还包括指定没有被指定为所述干净的子信道和所述阻止子信道中的一个的每一个所述子信道作为有障碍的子信道；和

所述发射步骤发射所述OFDM数据，使得每一个所述有障碍子信道接收在所述零子信道信号电平上的所述OFDM数据。

18.如权利要求14所述的OFDM通信方法，其中，所述产生步骤包括：

确定用于在所述宽带信道内的所述多个子信道的每一个所述子信道的信噪比(SNR)；

指定具有大于第一最小的SNR要求的所述SNR的每一个所述子信道作为干净的子信道；

指定具有小于第一最小的SNR要求并且大于第二最小的SNR要求的所述SNR的每一个所述子信道作为阻止子信道；

响应用于每一个所述干净的阻止子信道的SNR，确定噪声电平；和

减少用于每一个所述的干净的和阻止子信道的OFDM数据信号电平，其中子信道信号电平是所述OFDM数据信号电平加上用于每一个所述干净的阻止子信道的所述噪声电平的和，且用于每一个所述干净的和阻止子信道的所述子信道信号电平基本上是相等的。

19.如权利要求18所述的OFDM通信方法，其中，所述产生步骤还包括：

建立用于每一个所述干净的和阻止子信道的最小的服务质量要求；和

优化每一个所述干净的和阻止子信道的吞吐量，在干净的和阻止子信道中，服务质量大于所述最小的服务质量要求。

20.如权利要求18所述的OFDM通信方法，其中，所述产生步骤还包括：

建立用于每一个所述干净的和阻止子信道的最小的吞吐量要求；和

优化每一个所述干净的和阻止子信道的吞吐量，在干净的和阻止子信道中，吞吐量大于所述最小的吞吐量要求。

21.如权利要求14所述的OFDM通信方法，还包括迭代所述产生和发射步骤。

22.一种利用在非连续宽带信道中的多个子信道的正交频分复用(OFDM)通信系统，该系统包括：

OFDM接收器，其被配置以获得用于在所述宽带信道内的所述多个子信道中的每一个子信道的信噪比(SNR)；和

与所述OFDM接收器通信的OFDM发射器，其被配置以发射OFDM数据，使得所述OFDM接收器响应所述SNR，接收在零子信道信号电平、中间信道信号电平和最大子信道信号电平处、在所述宽带信道内的所述多个子信道中的每一个子信道的所述OFDM数据。

23.如权利要求22的OFDM通信系统，其中所述OFDM接收器包括：

扫描部分，其被配置以扫描在所述宽带信道内的所述多个子信道的每一个所述子信道；

检测部分，其连接到所述扫描部分，且被配置以获得每一个所述子信道的所述SNR；和

连接到所述检测部分的估计部分，其被配置以指定具有大于最小的SNR要求的SNR的每一个所述子信道作为干净的子信道。

24.如权利要求23所述的OFDM通信系统，其中，配置所述OFDM发射器以发射所述OFDM数据，使得所述OFDM接收器接收在所述最大的子信道信号电平处、在每一个所述干净的子信道中的所述OFDM数据。

25.如权利要求23所述的OFDM通信系统，其中：

所述最小的SNR要求是第一最小的SNR要求；

所述估计部分还被配置以指定具有小于所述第一最小的SNR阈值且大于第二最小的SNR要求的SNR的每一个所述子信道作为阻止子信道。

26.如权利要求22所述的OFDM通信系统，其中，所述OFDM发射器被配置以发射所述OFDM数据，使得所述OFDM接收器接收在所述中间子信道信号电平处、在每一个所述阻止子信道中的所述OFDM数据。

27.如权利要求26所述的OFDM通信系统，其中：

所述中间子信道信号电平是多个中间子信道信号电平中的一个；和

所述OFDM发射器被配置以发射所述OFDM数据，使得所述OFDM接收器响应所述SNR，接收在所述多个中间子信道信号电平中的一个处、在每一个所述阻止子信道中的所述OFDM数据。

28.如权利要求25所述的OFDM通信系统，其中，所述估计部分还被配置以指定没有被指定为所述干净的子信道和所述所述阻止子信道之一的每一个所述子信道作为有障碍的子信道。

29.如权利要求28所述的OFDM通信系统，其中所述OFDM发射器被配置以发射所述OFDM数据，使得所述OFDM接收器接收在所述零子信道信号电平处、在每一个所述有障碍的子信道中的所述OFDM数据。

30.一种通过非连续宽带信道中的多个子信道来进行正交频分复用(OFDM)通信的方法，该方法包括：

确定用于在所述宽带信道内的所述多个子信道的每一个所述子信道的信噪比(SNR)；

指定具有大于或等于第一最小的SNR要求的所述SNR的每一个所述子信道作为干净的子信道；

指定具有小于第一最小的SNR阈值并且大于或等于第二最小的SNR要求的所述SNR的每一个所述子信道作为阻止子信道；

指定没有被指定为所述干净的子信道和所述所述阻止子信道之一的每一个所述子信道作为有障碍的子信道；和

发射OFDM数据，使得每一个所述干净的子信道接收在最大子信道信号电平处的所述OFDM数据，每一个所述阻止子信道接收在中间信道信号电平处的所述OFDM数据，且每一个所述有障碍的子信道接收在零子信道信号电平处的所述OFDM数据。

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