專利名稱：用于多載波系統(tǒng)的時(shí)間頻率差分編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在通信系統(tǒng)的至少兩個(gè)裝置之間經(jīng)傳輸載波傳送與至少一個(gè)通信信道相關(guān)的數(shù)據(jù)符號(hào)的方法，該傳輸載波分成多個(gè)并行的在頻率方向間隔的子載波。在當(dāng)今的通信網(wǎng)特別是無線通信網(wǎng)中，需要用有限的傳輸容量來服務(wù)大量的用戶，即有限的帶寬可用于為多個(gè)用戶提供業(yè)務(wù)。另外，傳輸媒介的特性或外部影響可能損害傳輸質(zhì)量。
已經(jīng)知道許多用于將大量通信信道放入傳輸媒介的接入方案。其中一個(gè)接入方案是FDMA(頻分多址)。
在FDMA中，為來自多個(gè)用戶的信號(hào)分配傳輸媒介頻帶的不同頻率。因?yàn)槊總€(gè)信道占用其自己的頻帶或子載波，所以可以同時(shí)和互相獨(dú)立地傳送通信信號(hào)。維持相鄰子載波信號(hào)頻譜之間的保護(hù)頻帶以便最小化不同通信信道間的串音。
在OFDM(正交頻分復(fù)用)中，對(duì)于CRC Press公司Jerry D.Gibson1996年ISBN 0-8493-8573-3的“移動(dòng)通信手冊(cè)”描述的例子，利用大量的正交子載波并行傳送數(shù)據(jù)符號(hào)塊。因此OFDM將選頻傳輸信道分成并行和理想獨(dú)立的傳輸信道。數(shù)據(jù)符號(hào)通常與一個(gè)單個(gè)用戶相關(guān)。在調(diào)制器中利用數(shù)據(jù)矢量的反離散傅里葉變換(IDFT)可以實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用。許多子載波所謂的虛擬載波可以設(shè)置為零，以便適當(dāng)?shù)卣喂β拭芏茸V。
在OFDM中，數(shù)據(jù)符號(hào)首先映射到子載波。沿頻率軸表示數(shù)據(jù)塊。該塊可以稱作幀。在連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸中一幀接一幀地傳送，因此生成運(yùn)送要傳送信息的子載波符號(hào)兩維時(shí)間頻率平面。然后用根據(jù)信號(hào)星座選擇的復(fù)數(shù)系數(shù)調(diào)制每個(gè)子載波。該子載波可以具有不同的復(fù)數(shù)系數(shù)。此后，例如利用反離散傅里葉變換將包括特定時(shí)刻所有載波幅度的頻率方向的每個(gè)子載波矢量變換為時(shí)域，導(dǎo)致該通信信號(hào)的離散時(shí)間表示。然后利用普通的脈沖調(diào)幅(PAM)技術(shù)經(jīng)例如頻帶的傳輸媒介傳送該通信信號(hào)的離散時(shí)間表示。因此OFDM允許將線性分散系統(tǒng)(傳輸信號(hào)與傳輸信道脈沖響應(yīng)的卷積)引起的信號(hào)失真變換成子載波與傳輸信道相應(yīng)傳遞函數(shù)的乘積。
在OFDM中，可以復(fù)制該變換輸出的某些樣值以形成所謂的保護(hù)間隔，其中所復(fù)制的樣值可以放在原始樣值的前面(循環(huán)前綴)或后面(循環(huán)后綴)。保護(hù)間隔允許引入信號(hào)必要的循環(huán)特性。
但是，時(shí)間分散因此選頻信道使傳輸信號(hào)失真，而且接收機(jī)在重新將所傳輸信號(hào)變換為頻域之后將得到原始子載波，即時(shí)間方向的子載波矢量(由于塊傳輸該子載波矢量具有一定的長(zhǎng)度)的噪聲和失真表示。
為了改進(jìn)已接收和解調(diào)的信號(hào)質(zhì)量，可以有利地使用差分編碼調(diào)制方案以及不相干解調(diào)，即使數(shù)字傳輸?shù)墓β市蕮p失與非相干性相關(guān)。在“1987年EBU Review-Technical,No.224第168-190頁”M.Alard和R.Lassalle的用于移動(dòng)用戶數(shù)字廣播的調(diào)制和信道編碼原理中研究了OFDM中差分編碼的使用。對(duì)于差分編碼，可以使用可差分編碼的符號(hào)字母(例如，M序列微分相移鍵控M-DPSK或M序列差分幅度和相移鍵控M-DAPSK)。
相應(yīng)地，所傳輸信息可以表示成從一個(gè)子載波符號(hào)到另一個(gè)子載波符號(hào)的相位(和幅度)變化，因?yàn)樗梢员硎境汕耙粋€(gè)子載波符號(hào)與信息承載符號(hào)的乘積以得到下一個(gè)子載波符號(hào)。因此信息承載符號(hào)的相位和幅度表示后續(xù)數(shù)據(jù)符號(hào)之間的相位差和幅度比。
在OFDM中，如圖5和6所示差分編碼時(shí)間方向和頻率方向的兩個(gè)方向都是可行的。
在圖5中，說明了時(shí)間方向的差分編碼。圖5表示具有描繪多個(gè)子載波S1、S2、…Sn的兩維時(shí)間頻率平面。子載波沿頻率參數(shù)ν的頻率軸101在頻率方向上間隔。沿離散時(shí)間參數(shù)μ的時(shí)間軸100說明特定子載波的后續(xù)子載波符號(hào)，用實(shí)心圓表示。
如圖5的箭頭102所示，通過用要傳送信號(hào)的數(shù)據(jù)符號(hào)處理前一個(gè)子載波符號(hào)來得到每個(gè)子載波符號(hào)，即差分編碼該數(shù)據(jù)符號(hào)。因此，傳輸信息包含在后續(xù)子載波符號(hào)之間的轉(zhuǎn)變中。用箭頭102的方向很明顯，在時(shí)間方向?qū)崿F(xiàn)差分編碼，即從時(shí)間方向上同一子載波矢量的前一個(gè)子載波符號(hào)得到時(shí)間方向的特定子載波矢量的后續(xù)符號(hào)。
圖6表示頻率方向的差分編碼例子。在兩維時(shí)間頻率平面再次說明多個(gè)S1、S2-Sn子載波，子載波沿參數(shù)ν的頻率軸101在頻率方向上間隔。在圖6的例子中，現(xiàn)在通過從與同一時(shí)刻相關(guān)的相近子載波處理子載波符號(hào)來得到特定子載波的子載波符號(hào)，正如圖6的箭頭103所示。因此，現(xiàn)在要傳輸?shù)男畔谙噜徸虞d波符號(hào)之間的轉(zhuǎn)變中。以箭頭103的方向很明顯，在頻率方向?qū)崿F(xiàn)了差分編碼。
兩種技術(shù)都允許改進(jìn)傳輸特性，然而，時(shí)間方向的差分編碼仍然容易受到載頻偏移的影響，頻率方向的差分編碼仍然容易受到頻率方向上幀同步誤差和信道變化的影響，這在選頻信道中不可避免地要出現(xiàn)。
另外，兩種差分編碼方案都需要相當(dāng)大的開銷，因?yàn)閷?duì)于頻率方向的編碼每個(gè)載波的第一個(gè)符號(hào)必須用作基準(zhǔn)信息而不包含任何有用信息，對(duì)于時(shí)間方向的差分編碼，時(shí)間方向的整個(gè)子載波矢量必須用作基準(zhǔn)信息而通常不包含有用的數(shù)據(jù)承載信息。因此本發(fā)明的目的在于提供具有改進(jìn)的傳輸特性和減少的開銷的傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)的方法。
由具有權(quán)利要求1特征的方法解決本發(fā)明的這個(gè)目的。一種在通信系統(tǒng)的至少兩個(gè)裝置之間經(jīng)傳輸載波傳送與至少一個(gè)通信信道相關(guān)的數(shù)據(jù)符號(hào)的方法，該傳輸載波分成多個(gè)并行的在頻率方向間隔的子載波，包括用頻率方向數(shù)據(jù)符號(hào)的第一子集差分編碼至少一個(gè)子載波的至少一個(gè)預(yù)定主子載波符號(hào)，用于生成剩余子載波的主子載波符號(hào)；用時(shí)間方向數(shù)據(jù)符號(hào)的第二子集差分編碼主子載波符號(hào)，用于生成次子載波符號(hào)；將多個(gè)子載波矢量的每一個(gè)變換到時(shí)域，由預(yù)定時(shí)刻的主和次子載波符號(hào)構(gòu)成子載波矢量；和經(jīng)傳輸載波傳輸變換后的子載波矢量，即時(shí)域樣值。即，時(shí)域樣值可以調(diào)制在傳輸載波上。
還可以由具有權(quán)利要求13特征的通信裝置和具有權(quán)利要求14特征的廣播系統(tǒng)解決本發(fā)明的目的。
在多載波傳輸中結(jié)合頻率方向的差分編碼和時(shí)間方向的差分編碼，本發(fā)明允許降低傳輸對(duì)時(shí)間和頻率變化的敏感度。
本發(fā)明進(jìn)一步允許較大地減少脈沖串?dāng)?shù)據(jù)傳輸所需的開銷，因?yàn)楸景l(fā)明只要求提供單個(gè)不包含任何有用信息的主或基準(zhǔn)子載波符號(hào)。所有的其它子載波的所有的其它主或基準(zhǔn)符號(hào)可以從該第一子載波符號(hào)得到并因此可早已包含有用信息。
根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，主子載波符號(hào)可以構(gòu)成至少一個(gè)子載波矢量和因此提供編碼各個(gè)子載波的基準(zhǔn)信息。另外，次子載波符號(hào)可以構(gòu)成剩余的子載波矢量。因此，可以有利的提供至少一個(gè)頻率編碼子載波矢量以進(jìn)一步降低對(duì)頻率變化的敏感度。頻率編碼子載波矢量的數(shù)目越多，傳輸關(guān)于時(shí)間變化的強(qiáng)度更高。
有利的是，時(shí)間方向和頻率方向的差分編碼步驟可以包括使特定子載波符號(hào)乘以信息承載數(shù)據(jù)符號(hào)。該數(shù)據(jù)符號(hào)可以是復(fù)數(shù)。
在本發(fā)明另一個(gè)有利的實(shí)施例中，要傳送的數(shù)據(jù)符號(hào)塊可以包括前同步信息，第一個(gè)子集數(shù)據(jù)符號(hào)可以包括此前同步信息。相應(yīng)地，前同步信息可以有利的用作各個(gè)子載波的基準(zhǔn)。
在例如前同步符號(hào)數(shù)目的主符號(hào)數(shù)目小于子載波數(shù)目的情況下，時(shí)間方向差分編碼步驟可以包括利用位于頻率方向關(guān)于目標(biāo)子載波最短距離的主子載波符號(hào)。因此，仍然可以利用相鄰的主子載波符號(hào)或頻率方向最近的主子載波符號(hào)編碼時(shí)間方向的子載波矢量，其與主符號(hào)不直接相關(guān)。
另外，如果主符號(hào)的數(shù)目小于多個(gè)子載波，則在執(zhí)行時(shí)間方向的差分編碼步驟之前使用現(xiàn)有主子載波符號(hào)的內(nèi)插法。在這種情況下，本發(fā)明有利的允許提供時(shí)間方向子載波矢量的主符號(hào)估計(jì)值，因此只要有限的一組主符號(hào)可用則就允許時(shí)間方向的編碼。
另外，可以經(jīng)返回信道周期性地接收描述傳輸信道傳輸質(zhì)量的數(shù)據(jù)值。并且可以根據(jù)這些信道狀態(tài)選擇用于頻率方向編碼的第一子集數(shù)據(jù)符號(hào)。該信道狀態(tài)可以包括關(guān)于傳輸信道時(shí)間偏差程度的信息。
可以有利的使用利用OFDM(正交頻分復(fù)用)的傳輸。
數(shù)據(jù)符號(hào)可以包括蜂窩通信系統(tǒng)的數(shù)字話音數(shù)據(jù)、數(shù)字音頻廣播數(shù)據(jù)或數(shù)字視頻數(shù)據(jù)、或其組合。
在進(jìn)一步所附的權(quán)利要求書中描述了本發(fā)明進(jìn)一步有利的實(shí)施例。如果結(jié)合附圖閱讀可以最好的理解本發(fā)明，其中

圖1表示使用根據(jù)本發(fā)明方法的通信系統(tǒng)；圖2表示在沒有虛擬子載波的兩維時(shí)間頻率平面中多個(gè)并行子載波的例子，根據(jù)本發(fā)明在時(shí)間方向和頻率方向差分編碼子載波符號(hào)；圖3表示在兩維時(shí)間頻率平面中，包括虛子載波，多個(gè)并行子載波的另一個(gè)例子，根據(jù)本發(fā)明在時(shí)間方向和頻率方向差分編碼子載波符號(hào)；圖4表示在兩維時(shí)間頻率平面中包括前同步信息的多個(gè)并行子載波的例子，根據(jù)本發(fā)明在時(shí)間方向和頻率方向差分編碼子載波符號(hào)；圖5表示時(shí)間方向差分編碼的已知例子；和圖6表示時(shí)間方向差分編碼的已知例子。下面，將參照附圖詳細(xì)描寫本發(fā)明。
圖1表示使用根據(jù)本發(fā)明方法的通信系統(tǒng)。
該通信系統(tǒng)包括用于在用戶之間通信的兩個(gè)通信裝置151、156，例如話音、數(shù)據(jù)、音頻或視頻傳輸?？梢杂蓮V播系統(tǒng)構(gòu)成該通信系統(tǒng)。
在圖1的例子中，通信裝置151傳送數(shù)據(jù)信號(hào)，例如一系列數(shù)據(jù)符號(hào)到編碼器152。在編碼器，安排來自通信裝置151的數(shù)據(jù)符號(hào)用于經(jīng)傳輸載波傳輸，該傳輸載波分成多個(gè)并行的頻率方向間隔的子載波。
特別是，該編碼器用從通信裝置151在頻率方向收到的第一子集數(shù)據(jù)符號(hào)差分編碼至少一個(gè)子載波的(和特定時(shí)刻)至少一個(gè)預(yù)定主子載波符號(hào)，用于為剩余的子載波生成主子載波符號(hào)。另外，編碼器152用來自通信裝置151時(shí)間方向的第二子集數(shù)據(jù)符號(hào)差分編碼主子載波基準(zhǔn)符號(hào)，用于生成次子載波符號(hào)。從頻率方向上看，因此生成的子載波符號(hào)網(wǎng)格組成多個(gè)子載波矢量。
通?？梢匀我獾卦O(shè)置主子載波符號(hào)，因?yàn)橹挥信c下一個(gè)符號(hào)的相位(或幅度)差別是重要的。但是，為了簡(jiǎn)單可以選擇和預(yù)置適當(dāng)?shù)闹?，例如?或1+j。沒有必要知道接收機(jī)中的此值。因此，不是主子載波符號(hào)的數(shù)值而是位置，例如子載波的數(shù)目ν和時(shí)刻μ重要。因此，此上下文預(yù)定的主子載波符號(hào)主要的不是指主子載波符號(hào)的值而是主子載波符號(hào)的位置。
因此，編碼器在時(shí)間頻率平面生成頻率方向間隔的構(gòu)成頻率方向子載波矢量和時(shí)間方向間隔的構(gòu)成時(shí)間方向子載波矢量的子載波符號(hào)的二維網(wǎng)格。根據(jù)本發(fā)明在頻率方向差分編碼二維平面的一子載波符號(hào)子集，在時(shí)間方向差分編碼另一子集子載波符號(hào)。通常，可能使用時(shí)間方向差分編碼和頻率方向差分編碼與通常任意的一序列子載波符號(hào)的任何組合。當(dāng)然，在接收機(jī)已知該子載波符號(hào)序列。
然后編碼器將頻率方向的每個(gè)子載波矢量(即，頻率方向的子載波符號(hào)矢量)變換到時(shí)域，由預(yù)定時(shí)刻的主和/或次子載波符號(hào)構(gòu)成每個(gè)頻率方向的子載波矢量。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，可以由反離散傅里葉變換實(shí)現(xiàn)到時(shí)域的變換。
變換到時(shí)域的子載波矢量隨后傳送到發(fā)射機(jī)153，用于例如經(jīng)空中接口傳輸。傳送到該發(fā)射機(jī)的信號(hào)可以包括在實(shí)際符號(hào)前面(循環(huán)前綴)或在實(shí)際符號(hào)之后(循環(huán)后綴)的復(fù)制符號(hào)，構(gòu)成保護(hù)間隔。發(fā)射機(jī)153例如可以利用普通的脈沖調(diào)幅(PAM)技術(shù)以經(jīng)傳輸載波傳送變換的子載波矢量序列。
在接收機(jī)154接收傳輸?shù)男盘?hào)，在接收機(jī)154解調(diào)變換后的子載波矢量。也可以在此時(shí)在該處從時(shí)域信號(hào)中刪除保護(hù)間隔部分，如果存在的話。然后恢復(fù)的時(shí)域矢量傳送到解碼器155，在解碼器155例如利用離散傅里葉變換將時(shí)域矢量重新變換到頻域。但是，該子載波矢量是有噪聲和失真的(例如，由乘數(shù))。隨后，解碼器通過編碼器時(shí)間和頻率方向差分編碼的逆處理恢復(fù)數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)然，此步驟接收機(jī)應(yīng)當(dāng)知道主子載波符號(hào)的預(yù)定位置。
恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)隨后傳送到接收裝置156。
圖1的系統(tǒng)可用于在兩個(gè)用戶之間傳送單個(gè)信號(hào)或可用于在多個(gè)用戶之間傳送通信信號(hào)。在這種情況下，如上所述在編碼器組合數(shù)據(jù)符號(hào)的各個(gè)序列，因此多個(gè)通信信號(hào)可以同時(shí)在一個(gè)單元，即一個(gè)幀內(nèi)傳輸。要傳送的數(shù)據(jù)符號(hào)可以任意安排，即分布在時(shí)間頻率平面。例如，一個(gè)單獨(dú)的通信信號(hào)可以放在一子載波上(即，構(gòu)成時(shí)間方向的子載波矢量)，多個(gè)通信信號(hào)可以放在單個(gè)子載波上，或單個(gè)通信信號(hào)可以放多個(gè)子載波上。
如引言部分所述，例如利用OFDM傳送所傳輸信號(hào)的接收質(zhì)量可以由于時(shí)移和頻移而惡化。在除了接收機(jī)輸入上的信道失真和加性噪聲外，在傳輸期間和/或接收機(jī)中還有若干其它的破壞。
可能發(fā)生抽樣頻率誤差，因此發(fā)射機(jī)和接收機(jī)對(duì)于信道抽樣周期有不同的頻率基準(zhǔn)。因此，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中的調(diào)制間隔不同。可以歸一化方式由ξs量化此破壞，即可以定義為抽樣頻率誤差與絕對(duì)抽樣頻率的比并典型是ξs≈10-5…10-4數(shù)量級(jí)。
另外，由于接收機(jī)絕對(duì)時(shí)刻的非理想確認(rèn)可能發(fā)生幀同步誤差。因此，接收機(jī)假定一信號(hào)開始，該信號(hào)開始是由某未知時(shí)移動(dòng)的時(shí)間。由給出調(diào)制間隔歸一化的時(shí)移ξt來量化該幀同步誤差。
另外，例如在射頻振蕩器中可能出現(xiàn)載頻誤差，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在絕對(duì)頻率上不可能匹配?？梢杂蓺w一化載波頻偏ξf量化該影響，該歸一化載波頻偏ξf定義為一個(gè)子載波和下一個(gè)子載波頻率間隔的絕對(duì)頻偏比。
每單個(gè)同步參數(shù)偏差的影響通常導(dǎo)致另外的子載波干擾，因?yàn)椴⑿械淖虞d波可能放松相互的正交性。此干擾可以解釋為寄生噪聲而且可以容忍到一定程度。幀同步誤差、抽樣頻率誤差和載頻偏移的第二個(gè)影響可以是接收機(jī)中有用子載波成分的相位旋轉(zhuǎn)(時(shí)間變量)。
在相干傳輸方案中，上面所有的參數(shù)都可以影響所接收信號(hào)的質(zhì)量。
舉個(gè)例子，在OFDM中，可以使用具有可用帶寬統(tǒng)一頻率間隔的Du個(gè)單獨(dú)的子載波。因此，OFDM將選頻傳輸信道分成Du并行和理想獨(dú)立的子載波。如上所述，可以利用反離散傅里葉變換(IDFT)編碼器中的D序列(D≥Du)矢量實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用。多個(gè)D-Du子載波-所謂的虛擬載波-設(shè)置為零，以適當(dāng)?shù)卣喂β拭芏茸V。下標(biāo)ν再次表示離散頻率標(biāo)志，相當(dāng)?shù)乇硎咀虞d波數(shù)。μ表示離散時(shí)間標(biāo)志。
在OFDM中，一開始，二進(jìn)制數(shù)據(jù)映射到Du個(gè)子載波。從而，用根據(jù)信號(hào)星座選擇的復(fù)數(shù)系數(shù)Aμ,ν調(diào)制子載波符號(hào)μ,ν。但是，不是所有Du個(gè)工作的子載波需要使用相同復(fù)數(shù)值的信號(hào)設(shè)置。
包括時(shí)刻μ所有的子載波符號(hào)的子載波矢量[Aμ,0,…,Aμ,D-1]利用D點(diǎn)IDFT變換到時(shí)域。這導(dǎo)致所傳送信號(hào)的離散時(shí)間表示在精確包含D個(gè)樣值的第μ個(gè)塊中。
從變換輸出復(fù)制總數(shù)為Ds-D個(gè)樣值以形成保護(hù)間隔，其中Ds≥D是與一個(gè)子載波矢量相關(guān)的總樣值數(shù)。
可以安排所復(fù)制的樣值以使所有的樣值處于原始D個(gè)樣值的前面(循環(huán)前綴)或后面(循環(huán)后綴)。兩者的混合也是可能的。
最后，可以利用普通的PAM(脈沖幅度調(diào)制)傳輸在時(shí)刻μ的Ds個(gè)樣值。
假設(shè)選頻而時(shí)間恒定的信道，并假設(shè)相當(dāng)小的參數(shù)值ξs、ξf和ξt,則在時(shí)刻μ子載波ν中收到的子載波振幅Yμ,ν可以寫成 其中依賴于子載波的因素H[ν]表示在子載波頻率ν的離散信道傳遞函數(shù)。H[ν]是復(fù)數(shù)變量，在大多數(shù)情況下H[ν+1]大致等于H[ν]，因此在相鄰子載波的信道影響之間存在足夠的相干性。另外，等式(1)表現(xiàn)出相位旋轉(zhuǎn)(等式(1)中最左邊的因子)，其包含靜態(tài)和時(shí)間變量成分。對(duì)于后者，遇到相位項(xiàng)，其是隨子載波數(shù)ν(頻率)線性增加，一些隨時(shí)間μ上升和一些就μν而論為線性。
等式(1)表示接收機(jī)154在重新變換到頻域之后的輸出信號(hào)(例如，利用離散傅里葉變換)，解調(diào)器155必須將其判決基于頻域。在所謂的相干傳輸方案中，如上所述，信息包含在所傳送的絕對(duì)子載波振幅Aμ,ν中，在接收機(jī)中需要知道或估計(jì)大量的參數(shù)以允許正確的相干解調(diào)。
尤其必須抑制或跟蹤相位旋轉(zhuǎn)影響，需要估計(jì)信道傳遞函數(shù)以恢復(fù)相位和如果需要的話恢復(fù)Aμ,ν幅度。通過利用具有不相干接收的差分編碼調(diào)制，可以實(shí)現(xiàn)某些相位旋轉(zhuǎn)與判定變量抵消，因此得到對(duì)某些同步誤差增加容差。
但是，如本申請(qǐng)引言部分所述，時(shí)間方向的差分編碼主要目的在于減低選頻引起的影響，而頻率方向的差分編碼主要目的在于減低時(shí)間引起的影響。
為了結(jié)合時(shí)間方向和頻率方向差分編碼的優(yōu)點(diǎn)，關(guān)于對(duì)載頻同步偏差、符號(hào)定時(shí)和幀定時(shí)的靈敏度，為同一數(shù)據(jù)符號(hào)塊結(jié)合時(shí)間方向和頻率方向的差分編碼。參見圖2將詳細(xì)描寫同一數(shù)據(jù)塊內(nèi)時(shí)間方向和頻率方向差分編碼的組合。
圖2表示在兩維時(shí)間頻率平面中多個(gè)并行子載波S1-Sn的例子，相應(yīng)于幅度Aμ,0,…,Aμ,D-1，根據(jù)本發(fā)明在時(shí)間方向和頻率方向差分編碼子載波符號(hào)。各個(gè)子載波沿著具有頻率參數(shù)ν的頻率軸101在頻率方向上間隔并沿著具有時(shí)間參數(shù)μ的時(shí)間軸100延伸。
如圖2的箭頭102和箭頭103所示，用要傳送的第一子集數(shù)據(jù)符號(hào)在頻率方向差分編碼指定給第一子載波S1的預(yù)定主子載波符號(hào)位置111，用于為在頻率方向間隔的剩余子載波S2,…,Sn生成主子載波符號(hào)。相應(yīng)地，利用第一數(shù)據(jù)符號(hào)，將位置ν=0；μ=0的預(yù)定主子載波符號(hào)差分編碼(在頻率方向)為位置ν=1；μ=0的主子載波符號(hào)，利用第二數(shù)據(jù)符號(hào)將此符號(hào)差分編碼為位置ν=2；μ=0的主子載波符號(hào)等。
在時(shí)間方向用第二子集數(shù)據(jù)差分編碼因此生成的主子載波符號(hào)，由此生成次子載波符號(hào)。因此，位置ν=0；μ=0的預(yù)定主子載波符號(hào)差分編碼為位置ν=0；μ=1的子載波符號(hào)，利用第二數(shù)據(jù)符號(hào)將此符號(hào)差分編碼(在時(shí)間方向)為位置ν=0；μ=2子載波符號(hào)等等。另外，位置ν=1；μ=0的主子載波符號(hào)編碼為位置ν=1；μ=1的子載波符號(hào)等。
當(dāng)然，上面兩種編碼方向的任何其它符號(hào)序列也是可以的。
然后因此生成的子載波矢量和頻率方向的子載波符號(hào)矢量可以變換為時(shí)域并被傳送。
在圖2的例子中，在頻率方向和時(shí)間方向差分編碼的步驟從單個(gè)預(yù)定主子載波符號(hào)位置111開始。這里，從主子載波符號(hào)111開始在頻率方向編碼第一子集數(shù)據(jù)符號(hào)。此步驟為所有的子載波提供主子載波符號(hào)。如箭頭102所示，從目前得到的主子載波符號(hào)開始，在時(shí)間方向編碼第二組數(shù)據(jù)符號(hào)。此步驟生成次子載波符號(hào)112。當(dāng)然，不一定必須按照上面的順序編碼子載波符號(hào)。
在圖2的例子中，通過頻率方向的編碼生成時(shí)刻μ=0的頻率方向的第一子載波矢量。通過時(shí)間方向編碼生成所有的其它的子載波矢量。但是，本發(fā)明并不限制為在頻率方向編碼第一子載波矢量以提供基準(zhǔn)符號(hào)，原則上可以在頻率方向編碼任何另外的子載波矢量。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用時(shí)間方向和頻率方向的差分編碼數(shù)據(jù)符號(hào)的組合，可以結(jié)合兩種差分編碼調(diào)制方案的優(yōu)點(diǎn)。執(zhí)行部分頻率方向的編碼允許減少時(shí)間變化的影響，另外，如下所述，在時(shí)間方向編碼另一子集的數(shù)據(jù)符號(hào)允許減少頻率變化的影響。
沿參數(shù)μ表示的時(shí)間軸執(zhí)行時(shí)間方向的差分編碼，例如根據(jù)Aμ+1,ν=Aμ,ν·Iμ,ν∀ν∈[0,D-1],∀μ---(2)]]>根據(jù)等式(2)，用復(fù)數(shù)信息幅度Iμ,ν在時(shí)間方向差分編碼從子載波振幅Aμ,ν到Aμ+1,ν的子載波轉(zhuǎn)變。復(fù)數(shù)信息幅度Iμ,ν可以是要傳送信號(hào)的數(shù)據(jù)符號(hào)，或者可以從一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)得出。參見圖2，實(shí)心圓表示時(shí)間頻率平面中幅度絕對(duì)值A(chǔ)μ,ν的網(wǎng)格，箭頭103表示與各個(gè)Iμ,ν的乘積。
例如解碼器155所執(zhí)行的，時(shí)間方向上差分解調(diào)的判定變量可以寫成 其中*表示復(fù)數(shù)共軛。通過并入等式(1)和利用恒等式A*μ,νAμ+1,ν=|Aμ,ν|2·Iμ,ν得出等式(3)。這里，因數(shù)Iμ,ν可以表示根據(jù)差分編碼調(diào)制的有用(相位)信息。注意關(guān)于幅度的差分編碼也是可能的。
從等式(3)可以看出，因?yàn)棣蝨的消失，時(shí)間方向差分編碼的信號(hào)對(duì)時(shí)偏是增強(qiáng)的。但是，它仍然容易受到載頻偏移ξf的影響。
如圖6所示，在頻率方向差分編碼一子集數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)于隨時(shí)間迅速變化的信道是適當(dāng)?shù)摹?br> 沿表示為μ的頻率軸執(zhí)行頻率方向的差分編碼，根據(jù)Aμ,ν+1=Aμ,ν·Iμ,ν∀ν∈[0,D-2],∀μ---(4)]]>因此，用最好為復(fù)數(shù)信息幅度Iμ,ν在頻率方向差分編碼從子載波振幅Aμ,ν到Aμ,ν+1的子載波轉(zhuǎn)變。當(dāng)然，從數(shù)據(jù)符號(hào)得出的信息幅度也可以是實(shí)數(shù)。
即由解碼器155執(zhí)行的頻率方向差分解調(diào)的判定變量可以寫為 等式(5)并入等式(1)并利用恒等式A*μ,νAμ,ν+1=|Aμ,ν|2·Iμ,ν。
存在為解調(diào)變量引入相位偏差的兩個(gè)相乘的失真。時(shí)偏具有恒定相角ξt2π/D的影響。如果子載波數(shù)N足夠大而且抽樣偏移ξt并不明顯比N大一些百分點(diǎn)，則由于時(shí)偏的此相位偏差很小可以忽略。第二，離散信道傳遞函數(shù)H*[ν]H[ν+1]的乘積本身將產(chǎn)生相位偏移，其依賴頻率方向的信道變化。
由于抵消掉ξf因此頻率方向差分編碼的數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)作為相位旋轉(zhuǎn)的載頻偏移相對(duì)增強(qiáng)。但是差分編碼易于受到幀同步誤差和頻率方向的信道變化的影響，如同它們?cè)谶x頻信道中將不可避免地發(fā)生的那樣。
但是，如上所述，在頻率方向編碼一子集數(shù)據(jù)符號(hào)，例如預(yù)定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊和在時(shí)間方向編碼第二子集的數(shù)據(jù)符號(hào)，通過適應(yīng)根據(jù)信道行為編碼主要方向可以降低共同調(diào)制的數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)頻率和時(shí)間參數(shù)的敏感度。
另外，不再需要將全部子載波矢量用作編碼的基準(zhǔn)，只是必需提供單個(gè)主子載波符號(hào)作為第一子載波的基準(zhǔn)。
因此，本發(fā)明允許顯著降低傳輸開銷，尤其是對(duì)于傳輸較小的數(shù)據(jù)塊，因?yàn)橹恍枰粋€(gè)不運(yùn)送任何信息的主子載波符號(hào)的最小量。
可以從此主子載波符號(hào)得出所有其它的子載波符號(hào)。在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于頻率方向的差分編碼和時(shí)間方向的差分編碼，一完整的子載波矢量和子載波分別不運(yùn)送信息。
圖3表示在兩維時(shí)間頻率平面中(μ,ν)Du的并行子載波S1-Sn的例子，根據(jù)本發(fā)明在時(shí)間方向和頻率方向差分編碼子載波符號(hào)。同樣，子載波在頻率方向間隔。如圖3的空心圓所示，多個(gè)D-Du個(gè)子載波矢量設(shè)置為零，為了適當(dāng)?shù)卣喂β首V。
圖3中，現(xiàn)在將兩個(gè)主子載波符號(hào)111、113定義為對(duì)于時(shí)間和頻率方向差分編碼的初始“種子”。按照前面例如對(duì)于圖2所示，執(zhí)行時(shí)間和頻率方向的編碼。從與子載波S1相關(guān)的預(yù)定主子載波符號(hào)111開始，在頻率方向編碼一子集數(shù)據(jù)符號(hào)，用于生成剩余子載波的主子載波符號(hào)。類似地，從第一子載波S1的預(yù)定主子載波符號(hào)113開始，在頻率方向編碼數(shù)據(jù)符號(hào)以為剩余的子載波提供另外的主符號(hào)。
隨后，從兩組主子載波符號(hào)開始，按照前面在時(shí)間方向編碼另一子集數(shù)據(jù)符號(hào)。
當(dāng)然，除了提供圖1實(shí)施例的單個(gè)主子載波矢量和根據(jù)圖2實(shí)施例提供兩個(gè)主子載波矢量以外，還可以提供主子載波符號(hào)的更大數(shù)目或其它組合。例如，在頻率方向只編碼部分子載波矢量以提供主子載波符號(hào)。
還可以動(dòng)態(tài)調(diào)整通過在頻率方向編碼數(shù)據(jù)符號(hào)生成的主子載波符號(hào)，以使該編碼方案適應(yīng)傳輸載波的傳輸情況。關(guān)于傳輸載波傳輸狀況的信息經(jīng)返回信道可以送回到編碼器152，因此在編碼器可以使用頻率方向和時(shí)間方向編碼的適當(dāng)組合。例如，經(jīng)返回信道傳送的數(shù)據(jù)值可以描述傳輸載波的時(shí)偏程度。相應(yīng)地，在大時(shí)間偏差的情況下，編碼器例如可以增加頻率編碼數(shù)據(jù)符號(hào)的數(shù)目，由此減少時(shí)間變化的傳輸載波的復(fù)面影響。
在前一個(gè)例子中，假設(shè)要傳送的數(shù)據(jù)符號(hào)不具備用于同步或任何其它目的的前同步序列。
現(xiàn)在圖4表示數(shù)據(jù)符號(hào)包含前同步信息的情況下結(jié)合時(shí)間方向和頻率方向差分編碼的例子。例如在OFDM中，前同步可用于同步目的(例如，幀和頻率同步)，也可部分運(yùn)送信息。
根據(jù)本發(fā)明，有可能將前同步信息用作頻率方向差分編碼的第一子集數(shù)據(jù)符號(hào)。但是，在有效規(guī)定大小的前同步中，前同步的符號(hào)數(shù)不可能等于子載波數(shù)，并且在大多數(shù)情況下前同步的符號(hào)數(shù)小于子載波數(shù)。相應(yīng)地，當(dāng)在頻率方向編碼前同步數(shù)據(jù)符號(hào)時(shí)，為了為所有的子載波生成主子載波符號(hào)，生成的子載波符號(hào)數(shù)將小于后續(xù)OFDM符號(hào)的子載波數(shù)。因此，在時(shí)間方向差分編碼第二子集數(shù)據(jù)符號(hào)的步驟可以包括利用位于關(guān)于目標(biāo)子載波在頻率方向最短距離的主子載波符號(hào)，以解決明顯缺少主子載波符號(hào)，即缺少理想基準(zhǔn)的問題。
另外，在主符號(hào)數(shù)小于子載波數(shù)的情況下，頻率和時(shí)間方向差分編碼第二子集數(shù)據(jù)符號(hào)的步驟可以包括插入主子載波符號(hào)，以克服與缺少主子載波符號(hào)相關(guān)的問題。此步驟可以在發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)中執(zhí)行。
圖3說明一例子，其中例如通過頻率方向上編碼前同步信息生成的主子載波符號(hào)數(shù)只是子載波數(shù)的一半。在這種情況下，通過選擇頻率方向上離目標(biāo)子載波最近的主子載波符號(hào)，每個(gè)主子載波符號(hào)用作兩個(gè)子載波的基準(zhǔn)。例如，第三子載波S3的主子載波符號(hào)不僅用作第三子載波S3的基準(zhǔn)而且用作第四子載波S4的基準(zhǔn)。
從上面的描述很明顯，本發(fā)明允許最小化用于基準(zhǔn)符號(hào)信令的開銷，因?yàn)榫幋a處理只需要少量在最好情況下僅一個(gè)主子載波符號(hào)。另外，本發(fā)明提供對(duì)時(shí)間和頻率方向差分編碼方案的有效和有利使用以減少時(shí)間和頻率變化的影響。
本發(fā)明可用于任何多載波系統(tǒng)，諸如所謂的X-DSL技術(shù)的離散多音和OFDM(正交頻分復(fù)用)。
利用本發(fā)明方法的數(shù)據(jù)傳輸可以合并多個(gè)通信信道信號(hào)，該信號(hào)可以包括蜂窩通信系統(tǒng)的數(shù)字話音數(shù)據(jù)、數(shù)字音頻廣播數(shù)據(jù)、數(shù)字視頻數(shù)據(jù)或其組合。本發(fā)明可用于通信系統(tǒng)，特別是蜂窩通信系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1．一種在通信系統(tǒng)的至少兩個(gè)裝置之間經(jīng)傳輸載波傳送與至少一個(gè)通信信道相關(guān)的數(shù)據(jù)符號(hào)的方法，該傳輸載波分成多個(gè)并行的在頻率方向間隔的子載波，包括用頻率方向的第一子集數(shù)據(jù)符號(hào)差分編碼至少一個(gè)子載波的至少一個(gè)預(yù)定主子載波符號(hào)，用于生成剩余子載波的主子載波符號(hào)；用時(shí)間方向的第二子集數(shù)據(jù)符號(hào)差分編碼主子載波符號(hào)，用于生成次子載波符號(hào)；將多個(gè)子載波矢量的每一個(gè)變換到時(shí)域，由預(yù)定時(shí)刻的主和次子載波符號(hào)構(gòu)成子載波矢量；和經(jīng)傳輸載波傳輸變換后的子載波矢量。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于數(shù)據(jù)符號(hào)在預(yù)定長(zhǎng)度的塊中傳送。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于主子載波符號(hào)構(gòu)成至少一個(gè)子載波矢量；和次子載波符號(hào)構(gòu)成剩余的子載波矢量。
4．根據(jù)前面任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于時(shí)間和頻率方向差分編碼的步驟包括子載波符號(hào)和數(shù)據(jù)符號(hào)相乘。
5．根據(jù)前面任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于數(shù)據(jù)符號(hào)是復(fù)數(shù)。
6．根據(jù)前面任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于數(shù)據(jù)符號(hào)包括前同步信息和第一子集數(shù)據(jù)符號(hào)包括該前同步信息。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于如果主符號(hào)數(shù)小于子載波數(shù)，則在時(shí)間方向差分編碼第二子集數(shù)據(jù)符號(hào)的步驟包括利用頻率方向上位于關(guān)于目標(biāo)子載波最短距離的主子載波符號(hào)。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于如果主符號(hào)數(shù)小于子載波數(shù)，則在時(shí)間方向差分編碼第二子集數(shù)據(jù)符號(hào)的步驟包括插入主子載波符號(hào)。
9．根據(jù)前面任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于經(jīng)描述傳輸信道傳輸質(zhì)量的返回信道周期性地接收數(shù)據(jù)值；和根據(jù)傳輸質(zhì)量選擇用于頻率方向編碼的第一子集數(shù)據(jù)符號(hào)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于數(shù)據(jù)值包括關(guān)于傳輸信道時(shí)間偏差程度的信息。
11．根據(jù)前面任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于傳輸包括OFDM(正交頻分多路復(fù)用)。
12．根據(jù)前面任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于數(shù)據(jù)序列包括至少一組包含蜂窩通信系統(tǒng)的數(shù)字話音數(shù)據(jù)；數(shù)字音頻廣播數(shù)據(jù)；和數(shù)字視頻數(shù)據(jù)；
13．利用根據(jù)權(quán)利要求1到12任何一個(gè)方法的通信裝置。
14．利用根據(jù)權(quán)利要求1到12任何一個(gè)方法的廣播系統(tǒng)。
全文摘要
用于經(jīng)傳輸載波傳送數(shù)據(jù)符號(hào)塊的方法,該傳輸載波分成多個(gè)并行的頻率方向間隔的子載波。該發(fā)明的方法結(jié)合頻率方向的差分編碼和時(shí)間方向的差分編碼以結(jié)合兩種調(diào)制方案的優(yōu)點(diǎn)。在頻率方向差別編碼從預(yù)定主子載波符號(hào)位置開始的第一子集數(shù)據(jù)符號(hào),以便此后為所有的子載波提供主子載波符號(hào),主子載波符號(hào)在時(shí)間方向與第二子集數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行差分編碼,從而提供次數(shù)據(jù)符號(hào)。子載波符號(hào)的子載波矢量變換為時(shí)域并經(jīng)傳輸載波傳送。另外,可以經(jīng)返回信道周期性地接收描述傳輸信道傳輸質(zhì)量的數(shù)據(jù)值。并且可以根據(jù)這些信道狀態(tài)選擇用于頻率方向編碼的第一子集數(shù)據(jù)符號(hào)。該信道狀態(tài)可以包括關(guān)于傳輸信道時(shí)間偏差程度的信息。
文檔編號(hào)H04J11/00GK1320317SQ99811578
公開日2001年10月31日 申請(qǐng)日期1999年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月30日
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