大規模MIMO系統中公共廣播信道的低PAPR信令的製作方法
2023-06-09 08:31:11
本申請要求於2014年9月18日遞交發明名稱為「大規模MIMO系統中公共廣播信道的低PAPR信令」的第14/490,483號美國專利申請案的在先申請優先權，該在先申請的內容以引入的方式併入本文。
技術領域
本發明大體涉及無線通信，更特別地，涉及大規模多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)系統中公共廣播信道的低峰均功率比(peak-to-average power ratio，簡稱PAPR)信令。
背景技術：
多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)系統在無線網絡的發射器處和接收器處均採用多根天線，以通過利用空間分集提高信號性能(例如，頻譜效率和鏈路可靠性等)。更具體地，MIMO無需額外帶寬或增加傳輸功率便極大地提高了數據吞吐量並擴大鏈路範圍。相對於所服務的用戶設備的數量(例如，幾十個或幾百個)，被稱為大規模MIMO(也被稱為非常大MIMO或超級MIMO)的大型天線系統在基站處採用大量的服務天線(例如，幾百根或幾千根)，以將信號能量發送和接收集中到越來越小的空間區域，從而提高了吞吐量和能效。M-MIMO的其他效益包括：M-MIMO設計允許廣泛應用廉價低功率組件、低時延、媒體接入控制(Media Access Control，簡稱MAC)層簡化以及對有意幹擾(intentional jamming)具有魯棒性。相應地，需要將M-MIMO系統集成到下一代無線網絡的技術。
功率密度是一個用於描述通信信號的發射功率是如何在頻率上進行分配的值。功率密度通過功率除以帶寬的較小單位進行表示(例如，dBW/kHz)，且通常參考天線的輸入。單位dBW或dB-Watts是一種表達以10為底取對數的次方(dBW＝10log10[PWatts])的公認方式。數字信息的流動速度即為信號的數據速率。通常，隨著信號數據速率的上升，該信號所佔用的頻率範圍也會擴大。假設信號的總功率為常數，則增加該數據速率將會使功率擴展到更大的頻率範圍，並降低功率密度。反之亦然。
根據第三代合作夥伴計劃(3rd Generation Partnership Project，簡稱3GPP)技術規範組無線接入網的版本10(3GPP TR 36.913V8.0.0(2008-06))——E-UTRA未來改進的要求(LTE-Advanced或LTE-A)，LTE-Advanced技術網絡應當將1Gbps的下行(downlink，簡稱DL)峰值數據速率作為目標。為了提供更高的數據速率，LTE-Advanced引入了「多載波」，其中，多載波是指多個載波聚合以提升數據速率。然而，多載波信號表現出高峰均功率比(peak-to-average power ratio，簡稱PAPR)，且需要昂貴的高線性功率放大器。線性功率放大器也非常浪費功率。
已知的PAPR降低技術包括峰值加窗、縮放和限幅，但這類技術會造成幹擾，導致OFDM信號失真，且需要信號經過濾波才將幹擾和失真降低至可接受水平。塊編碼是另一種降低PAPR的技術。
現在介紹LTE/LTE-Advanced中的公共廣播信號。正如第三代合作夥伴計劃(3rd Generation Partnership Project，簡稱3GPP)定義一樣，長期演進(Long Term Evolution，簡稱LTE)有兩種小區搜索流程。一種是初始同步，另一種用於檢測鄰小區以準備進行切換。在這兩種情況下，用戶設備(user equivalent，簡稱UE)採用鄰小區的兩種公共廣播信號，即主同步信號(primary synchronization signal，簡稱PSS)和輔同步信號(secondary synchronization signal，簡稱SSS)。每10毫秒無線幀傳輸兩次PSS和SSS信號，並將其固定在信道的中心62個子載波上。檢測這些信號使得UE完成時間和頻率同步，並獲取如小區標識、循環前綴長度和接入模式(FDD/TDD)等有用系統參數。
UE還解碼物理廣播控制信道(physical broadcast control channel，簡稱PBCH)公共廣播信號，其中，UE可從該信號獲得重要的系統信息。採用空頻塊編碼(space frequency block coding，簡稱SFBC)傳輸PBCH，每隔40毫秒重複該傳輸過程，且該PBCH攜帶有主信息塊(master information block，簡稱MIB)消息。將PBCH上的MIB消息映射至信道的中心72個子載波上。
物理下行控制信道(physical downlink control channel，簡稱PDCCH)公共廣播信號攜帶有下行控制信息(downlink control information，簡稱DCI)消息所包含的UE的資源分配。在PDCCH上發送系統信息無線網絡臨時標識(system information radio network temporary identifier，簡稱SI-RNTI)，並將其傳送給小區中的所有UE，其中，廣播系統信息塊(system information block，簡稱SIB)承載在下行共享物理信道(physical downlink shared channel，簡稱PDSCH)上。
下行共享物理信道(physical downlink shared channel，簡稱PDSCH)公共廣播信號是動態和隨機分配給用戶的主要的數據承載信道。PDSCH承載有傳輸塊(transport block，簡稱TB)中的數據。
降低峰均功率比(peak-to-average power ratio，簡稱PAPR)的技術應當複雜性低，並帶來最小性能退化和帶外輻射。限幅是降低PAPR的最簡單方法，但由於非線性處理會造成帶外輻射。相位旋轉技術可查找相位因子最優集合。然而，最優相位的查找複雜性會隨著子塊的數量呈指數增加，且接收器中的相位因子必須為已知。
動態星座擴展(active constellation extension，簡稱ACE)技術能夠通過向原星座外部擴展星座點而降低PAPR。與先前提及的技術相比，ACE不會導致BER下降，也不需要特殊處理。然而，因為迭代的星座擴展過程，ACE會導致功率上升和複雜性提高。
相應地，需要在放鬆功率放大器等級的同時提供MIMO系統公共廣播信道的低PAPR信令。
技術實現要素：
公開一種多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)系統中公共廣播信道的低峰均功率比(peak-to-average power ratio，簡稱PAPR)信令的系統和方法。
根據本發明第一方面，提供了一種採用多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)發射器向用戶設備(user equipment，簡稱UE)傳輸寬波束信號的方法。所述方法包括以下步驟：採用低峰均功率比PAPR序列調製寬波束信號；通過窄於可用帶寬的頻段傳輸所述調製的寬波束信號。
在第一方面的一個實施例中，所述低PAPR序列為Zadoff-Chu序列和Golay互補序列其中之一。在另一個實施例中，所述寬波束信號為主同步信號。可選地，所述可用帶寬包括多個子載波，將所述頻段定義為所述可用帶寬的中心62個子載波。在又一個實施例中，所述寬波束信號為輔同步信號。可選地，所述可用帶寬包括多個子載波，將所述頻段定義為所述可用帶寬的中心62個子載波。在再一個實施例中，所述方法還包括：通過向量跳變引入發射分集而不影響所述低PAPR序列。可選地，所述向量跳變使得兩根天線從子幀到子幀在[+1,+1]T和[+1,-1]T間交替進行加權。在本實施例的另一個選項中，根據每個新無線幀對所述向量跳變進行重置。在再又一個實施例中，所述寬波束信號為物理廣播控制信道信號。可選地，所述可用帶寬包括多個子載波，將所述頻段定義為所述可用帶寬的中心72個子載波。在本實施例的另一個選項中，所述低PAPR序列為離散傅立葉變換擴展正交頻分復用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)，其中，可選地，DFT-S-OFDM可與基於空間-時間塊編碼的發射分集(space-time block coding based transmit diversity，簡稱STTD)一起使用。在另一個實施例中，所述寬波束信號為物理下行控制信道信號。可選地，採用正交頻分復用(orthogonal frequency division multiplexing，簡稱OFDM)和空間-頻域發射分集(space-frequency transmit diversity，簡稱SFTD)對所述物理下行控制信道信號進行調製。可選地，所述低PAPR序列為具有迭代限幅的QPSK，以進一步減低PAPR。在再另一個實施例中，所述寬波束信號為下行共享物理信道信號。可選地，採用正交頻分復用(orthogonal frequency division multiplexing，簡稱OFDM)和空間-頻域發射分集(space-frequency transmit diversity，簡稱SFTD)對所述下行共享物理信道信號進行調製。可選地，所述低PAPR序列為具有迭代限幅的QPSK，以進一步減低PAPR。在另一個實施例中，所述多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)發射器的天線數量大於所述發射器所服務的用戶設備(user equipment，簡稱UE)的數量。
在本發明的第二實施例中，提供了一種用於向用戶設備(user equipment，簡稱UE)傳輸寬波束信號的多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)發射器。所述MIMO發射器包括：功率放大器集，用於放大所述寬波束信號，其中，所述功率放大器集通過窄於可用帶寬的頻段傳輸所述寬波束信號，且所述功率放大器集用於採用低峰均功率比PAPR序列調製所述寬波束信號。
在第二方面的一個實施例中，所述低PAPR序列為Zadoff-Chu序列和Golay互補序列其中之一。在另一個實施例中，所述寬波束信號為主同步信號。可選地，所述可用帶寬包括多個子載波，將所述頻段定義為所述可用帶寬的中心62個子載波。在又一個實施例中，所述寬波束信號為輔同步信號。可選地，所述可用帶寬包括多個子載波，將所述頻段定義為所述可用帶寬的中心62個子載波。在再一個實施例中，所述發射器還包括：向量跳變電路，用於引入發射分集而不影響所述低PAPR序列。可選地，所述向量跳變電路使得兩根天線從子幀到子幀在[+1,+1]T和[+1,-1]T間交替進行加權，其中，可選地，根據每個新無線幀對所述向量跳變電路進行重置。在又一個實施例中，所述寬波束信號為物理廣播控制信道信號、物理下行控制信道信號或下行共享物理信道信號之一。在另一個實施例中，採用正交頻分復用(orthogonal frequency division multiplexing，簡稱OFDM)和空間-頻域發射分集(space-frequency transmit diversity，簡稱SFTD)對所述寬波束信號進行編碼。在再另一個實施例中，所述發射器採用低PAPR序列調製所述寬波束信號通過具有迭代限幅的QPSK完成，以進一步減低PAPR。在另一個實施例中，所述發射器還包括：第二功率放大器集，用於放大單播信號。在另一個實施例中，所述多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)發射器的天線數量大於所述發射器所服務的用戶設備(user equipment，簡稱UE)的數量。
根據本發明第三方面，提供了一種由行動裝置執行的方法。所述方法包括：通過窄於可用帶寬的頻段從發射器接收寬波束信號，其中，所述寬波束信號採用低峰均功率比PAPR序列進行調製；解調所述寬波束信號以提取內容。
在第三方面的一個實施例中，所述寬波束信號的解調採用離散傅立葉變換擴展正交頻分復用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)。在另一個實施例中，所述寬波束信號為廣播信號。
根據本發明第四方面，提供了一種行動裝置。所述行動裝置包括接收器和解調器。所述接收器用於通過窄於可用帶寬的頻段從發射器接收寬波束信號，其中，所述寬波束信號採用低峰均功率比(peak-to-average power ratio，簡稱PAPR)序列進行調製。所述解調器用於解調所述寬波束信號以提取內容。
在第四方面的一個實施例中，所述解調器採用離散傅立葉變換擴展正交頻分復用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)。
以下描述、附圖以及權利要求將對其他或替代特徵進行具體描述。
附圖說明
為了更完整地理解本發明及其優點，現在參考下文結合附圖進行的描述，相同的數字表示相同的對象，其中：
圖1示出了一種實施例無線通信網絡的圖；
圖2示出了M-MIMO的一種實施例發射器架構圖；
圖3示出了M-MIMO的一種實施例射頻信道結構圖；
圖4示出了M-MIMO的另一種實施例發射器架構圖；
圖5示出了M-MIMO的另一種實施例射頻信道結構圖；
圖6示出了本實施例提供的一種可用於實現此處所述的設備和方法的平臺的物理層圖；
圖7示出了一種實踐本發明原理的行動裝置的示例性框圖；
圖8示出了一種將迭代限幅濾波(iterative clipping and filtering，簡稱ICF)用作低PAPR機制的系統的示例性框圖；
圖9示出了一種採用FFT/IFFT的迭代限幅濾波(iterative clipping and filtering，簡稱ICF)的示例流程圖。
具體實施方式
為本公開中使用的特定術語和短語進行定義是有幫助的。術語「包括」和「包含」以及它們的派生詞表示沒有限制的包括。術語「或者」是包容性的，意為和/或。短語「與……關聯」和「與其關聯」以及其派生的短語意味著包括，被包括在內、與……互連、包含、被包含在內、連接到或與……連接、耦合到或與……耦合、可與……通信、與……配合、交織、並列、接近、被綁定到或與……綁定、具有、具有……屬性，等等。
除非另有定義，否則本文所用的所有科技術語都具有與本領域普通技術人員(PHOSITA)公知的含義相同的含義。雖然類似於或等同於此處所述的方法和材料也可以用於實踐或測試本發明，以下描述的只是有限數量的示例方法和材料。
本領域普通技術人員應理解的是，本發明各方面可以體現為一種方法、系統或電腦程式產品。相應地，本發明各方面的形式可以是完全硬體實施例、完全軟體實施例(包括固件、駐留軟體和微代碼等)，或者此處通常全部可稱為「電路」、「模塊」、「機制」或「系統」的軟體和硬體方面所組合的實施例。現場可編程門列陣(field programmable gate array，簡稱FPGA)、專用集成電路(application-specific integrated circuit，簡稱ASIC)、數位訊號處理器(digital signal processor，簡稱DSP)、通用處理器可以單獨或組合起來與相關軟體、固件和膠合邏輯一起用於構建本發明。
進一步地，本發明各方面的形式可以是具有本身包含的計算機可使用程序代碼的計算機可使用存儲介質中的電腦程式產品。可以採用任何合適的計算機可使用或計算機可讀介質。計算機可使用或計算機可讀介質可以例如但不限於是隨機存取存儲器(random access memory，簡稱RAM)、只讀存儲器(read-only memory，簡稱ROM)或可擦除可編程只讀存儲器(erasable programmable read-only memory，簡稱EPROM)或快閃記憶體。
用於實施本發明操作的電腦程式代碼可以寫入例如但不限於面向對象程式語言和傳統過程化程式語言，例如，C程序設計語言或其他類似程式語言。
此處提及的所有出版物均以引入的方式併入本發明，且描述了與引用該出版物相關的方法和/或材料。此處所述出版物僅為本發明申請日之前其公開的內容而提供。
本發明所引用的「一個實施例」、「本實施例」、「具體實施例」或「特定實施例」是指結合特定實施例所描述的特定特徵、結構或特點包含在至少一個實施例中，且不一定包含在所有特定實施例中。因此，短語「在特定實施例中」、「在本實施例中」或「在具體實施例中」在本發明各處的出現不一定指同一個實施例。進一步地，任意具體實施例的特定特徵、結構或特點可通過任意合適的方式與一個或多個實施例進行結合。應理解的是，根據此處原理對此處所描述和說明的特定實施例所作出的其他變化和修改是可能的，且應在所附權利要求的範圍內。
可以描述或聲明各種單元、電路或其他組件「用於」執行一個任務或多個任務。在這種背景下，「用於」是用於通過指示單元/電路/組件包含在操作期間執行一個任務或多個任務的結構(例如，電路)來暗指結構。這樣，即使在特定單元/電路/組件當前不可操作(例如，沒有開啟)時，單元/電路/組件仍可用於執行任務。與「用於」語言一起使用的單元/電路/組件包括硬體，例如，電路以及存儲實現操作的可執行程序指令的存儲器等。
詳述單元/電路/組件「用於」執行一個或多個任務顯然不旨在為該單元/電路/組件援用35 U.S.C.112(f)。另外，「用於」可包含由軟體和/或固件(例如，FPGA或執行軟體的通用處理器)操控的通用結構(例如，通用電路)，以通過能夠執行待解決任務的方式運行。「用於」也可包含將製造過程(例如，半導體製造設施)適應為製造用於實現或執行一個或多個任務的設備(例如，集成電路)。
通常，此處使用的「模塊」、「單元」、「接口」、「處理器」、「引擎」、「檢測器」、「機制」或「接收器」包括通用、專用或共享處理器以及由處理器執行的固件或軟體模塊。取決於特定實現或其他考量，上述模塊、單元、接口、處理器、引擎、檢測器、機制或接收器可集中或分散其功能，可以包括處理器執行的計算機可讀(存儲)介質包含的通用或專用硬體、固件或軟體。此處使用的計算機可讀介質或計算機可讀存儲介質旨在包含所有法定(例如，根據美國35 U.S.C.101)介質，具體不包含所有本質上非法定的介質，以致於該排他性對於包含計算機可讀(存儲)介質的權利要求的有效性是必要的。已知的法定計算機可讀介質包括硬體(例如，寄存器、隨機存取存儲器(random access memory，簡稱RAM)、非易失性(non-volatile，簡稱NV)存儲器這些等)，但可以限於或者也可以不限於硬體。
在M-MIMO系統中，接入點(例如，基站)所使用的發射天線的數量大於同時所服務的用戶設備(user equipment，簡稱UE)的數量，以通過波束成形增益確保數據覆蓋。發射天線與同時服務的UE之間更高的比例可增加覆蓋，而發射天線與同時服務的UE之間更低的比例可提高吞吐量。因此，通過調整調度以接收同步傳輸的激活UE的數量，網絡可以用吞吐量交換覆蓋(反之亦然)。
特別地，系統信息(例如，控制和調度等)通常廣播給不同空間位置的多個用戶，因此，通常需要為廣播信道保持統一波輻射圖(即，寬波束信號)以使整個小區能夠保持可接受的信噪比(signal-to-noise ratio，簡稱SNR)。相反，通過空間選擇性，單播信號(即窄波束信號)會得到波束成形增益性能益處，例如，通過以其他位置的低SNR為代價，在預定接收器位置實現高SNR。
如果採用相同的發射驅動電路(例如，相同放大器集)發射單播和廣播信號，則可能導致廣播和單播信道之間的覆蓋缺口。該覆蓋缺口大約等於單播用戶設備(user equipment，簡稱UE)的M-MIMO波束成形增益和廣播信號的各向同性輻射圖。進一步地，為了實現近乎理想的各向同性輻射圖，天線間的功率分配必須不均勻，這進一步縮小了覆蓋。相應地，需要允許M-MIMO系統高效地同時傳遞廣播和單播信號而沒有明顯覆蓋缺口和/或不均勻天線功率分配的技術。
本發明各方面將多個功率放大器集用於通過M-MIMO天線陣列進行通信，以在同時發射單播和廣播信號時提高信號性能。在一些實施例中，一個功率放大器集用於放大寬波束信號(例如，廣播信號)，另一個功率放大器用於放大窄波束信號(例如，單播信號)。隨後，合併所述放大的窄波束和寬波束信號，例如，採用射頻(radio frequency，簡稱RF)合路器，再通過M-MIMO陣列廣播所述合併信號。在一個實施例中，寬波束信號攜帶了系統信息(例如，控制和調度等)，而窄波束信號攜帶了非系統信息(例如，數據等)。本發明實施例在沒有顯著影響窄波束信號經歷的波束成形增益情況下，為廣播信號保持發射分集。在一些實施例中，在沒有發射寬波束信號的間隔期間，將寬波束功率放大器集關閉(或斷電)。在一些實施例中，與其他系統中使用的放大器相比，寬波束功率放大器需要更少的功能(例如，可能僅需要在某種子帶進行傳輸)，這使得可以實現低複雜性和/或低功率放大器(例如，比較便宜的組件)而不是傳統M-MIMO和非M-MIMO網絡等其他系統中使用的放大器。對於廣播信號，本發明各方面可以包括天線陣列中相互間隔顯著的天線，以提高廣播信息的多樣性。
圖1示出了一種傳遞數據的網絡100。對於此處的描述，蜂窩通信網絡為長期演進(Long Term Evolution，簡稱LTE)蜂窩通信網絡。然而，本發明並不限於此。本發明適用於具有包括進行傳遞數據的多個子載波頻率的下行信道的任意類型蜂窩通信網絡或無線通信網絡。通常，網絡100包括接入點(access point，簡稱AP)110。在示例性LTE網絡背景下，AP 110也可稱為增強節點(enhanced node B，簡稱eNodeB)。網絡100也具有覆蓋區域101、多個行動裝置120以及回傳網絡130。AP 110可以包括任意組件，該組件能夠通過與基站、增強型基站(enhanced base station，簡稱eNodeB)、毫微微蜂窩基站以及其他支持無線功能的設備等行動裝置120建立上行(短劃線)和/或下行(點虛線)連接等提供無線接入。行動裝置120可以包括任意組件，該組件能夠與用戶設備(user equipment，簡稱UE)、移動臺(STA)或者其他支持無線功能的設備等行動裝置AP 110建立無線連接。所述回傳網絡130可以是允許數據在AP 110和遠端(未示出)之間進行交互的任何組件或組件組合。在一些實施例中，網絡100可能包括各種其他無線設備，例如，中繼和低功率節點等。
圖2示出了M-MIMO的一種功率放大器發射器架構616a的實施例。如圖所示，實施例發射器架構616a包括廣播(broadcast，簡稱BC)數據和單播(unicast，簡稱UC)數據的不同功率放大器集。在一些實施例中，UC功率放大器集包括M-MIMO陣列200中每根天線的一個放大器，M-MIMO陣列200的子集(例如，2根天線)才用於發射BC信號。對於該子集中的每根天線，該天線只連接一個BC PA。由於所有天線用於UC數據傳輸，則該子集中的每根天線也可具有UC PA(即M-MIMO PA)連接至該天線。當BC PA和UC PA均連接至M-MIMO陣列200中相同天線時，RF合路器202用於在將信號發送至M-MIMO陣列200中各自天線之前合併信號。
在一些實施例中，在進行廣播傳輸之間周期性地將BC功率放大器集關閉或斷電，以節省能源。可以同時發送單播和廣播信號。在一些實施例中，在不同的頻段上傳遞單播和廣播信號。可將BC功率放大器集適應窄帶廣播傳輸。可將UC功率放大器集適應寬帶單播傳輸。
圖3示出了M-MIMO的一種實施例射頻信道結構。在最上層頻道結構中，經由窄帶傳輸傳遞廣播信號，而經由寬帶傳輸傳遞單播信號，例如，在廣播信號未佔用的一部分頻譜上。在一些實施例中，可以在少於所有時間間隔中傳輸廣播信號，在不進行廣播信號傳遞的間隔期間可以將廣播PA斷電。在該間隔期間，如最低層頻道結構所示，單播信號可能在另外預留給廣播信號的一部分頻譜上進行傳遞。
本發明實施例針對系統級信息廣播具體採用兩個單獨的PA。在本實施例中，廣播信號和數據信號通過RF合路器202進行合併後再輸入至天線。在本實施例中，當不使用時，可周期性關閉廣播信號的PA。
本發明各方面為小區級信息廣播提供了類似(數據)的覆蓋，這是M-MIMO網絡中重要的技術組成部分。本實施例可在基礎設施設備中實現，例如，接入點等。
圖4示出了M-MIMO的一種發射器架構616b的替代實施例。如圖所示，發射器架構616b採用兩個單獨的功率放大器以實現系統級廣播(以及針對單播的大功率PA)。在本示例中，與M-MIMO陣列中廣播數據相比，單播數據通過不同天線進行傳輸。
圖5示出了M-MIMO的一種射頻信道結構的實施例。如圖所示，在不進行廣播信號傳輸的間隔期間，廣播PA用於進行單播傳輸。由於廣播功率放大器在同時用於單播時可佔用更大一部分帶寬，所以可特別地使該場景適應高度移動UE。
PAPR是一種定義發射器中功率放大器相對於峰值功率的平均輸出功率電平的功率特性。較高的PAPR意味著發射器中功率放大器必須在較低的平均功率電平上運行。另一方面，低PAPR意味著發射器中功率放大器相對於峰值功率可在較高的平均功率電平上運行。通常，OFDM信號x(t)的PAPR被定義為最大瞬時功率和該信號的平均功率之間的比例。
其中，PPEAK表示峰值輸出功率，PAVERAGE表示平均輸出功率。E[·]指示期望值，xn表示通過對調製的輸入符號xk進行快速傅立葉反變換(inverse fast Fourier transform，簡稱IFFT)運算所得到的傳輸的OFDM符號。xn表示如下：
其中，W表示所謂的「旋轉因子」，其中，且
低PAPR序列指具有較好自相關特性的信息集合。理想地，低PAPR序列的自相關為δ脈衝函數(也稱作狄拉克δ函數)所提供的自相關。這類低PAPR序列的一個示例即為Zadoff-Chu序列。Zadoff-Chu序列是一個複數數學序列，當應用至通過無線方式傳遞的信號時，該序列會帶來等幅電磁信號。也可採用其他低PAPR序列，包括具有低PAPR的二進位序列。低PAPR的另一個示例為Golay互補序列。Golay互補序列具有傅立葉變換的PAPR最大為2的屬性，即該PAPR等於3dB。其他低PAPR序列包括所謂的離散傅立葉變換擴展正交頻分復用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)(也稱為LTE中單載波FDMA)。
參考圖8，示出了一種將迭代限幅濾波(iterative clipping and filtering，簡稱ICF)用作低PAPR機制的系統的示例性框圖。採用串-並轉換器802將輸入數據從串流轉換為並行輸出。QPSK映射器804調製並行數據表示，IFFT模塊806對QPSK調製數據進行快速傅立葉反變換。並-串轉換器808將IFFT模塊806的並行輸出轉換回串行數據流給低PAPR結構810。低PAPR結構810(下面將詳細描述)具有耦合至並-串轉換器808的輸入端和耦合至數模轉換器812的輸出端。
參考圖9，示出了一種採用FFT/IFFT的迭代限幅濾波(iterative clipping and filtering，簡稱ICF)模塊810的步驟的示例性流程圖。應理解的是，在不脫離本發明範圍的前提下，本領域技術人員可了解其他低PAPR限幅濾波機制(例如，採用DCT/IDCT變換)。
在步驟900中，來自並-串轉換器808的調製符號耦合至迭代限幅濾波(iterative clipping and filtering，簡稱ICF)模塊810，並設置迭代次數。在步驟902中，檢測輸入符號的峰值，並計算限幅水平以生成限幅符號。在步驟904中，採用FFT將限幅符號轉換為頻域符號。在步驟906中，對步驟904中的信號進行濾波，以降低噪聲。採用IFFT將步驟906的輸出轉換至時域。如果步驟900中設置的迭代次數滿足，則在步驟912中輸出低PAPR符號；否則，對步驟902至910進行另一次迭代。
在基於OFDMA通信的背景中的術語「低」或「降低的」PAPR是指根據PAPR降低機制(例如，採用限幅和濾波或者上述任一序列)所降低的任意PAPR，以使得當與相對較高的PAPR相關的傳統的基於OFDMA通信相比，與基於OFDMA通信背景相關的PAPR更低或得到降低。在一些實現中，根據一些實施例採用技術可實現的低PAPR類似於由單載波頻分多址(single carrier frequency division multiple access，簡稱SC-FDMA)通信系統所提供的PAPR。然而，OFDMA通信中可實現的低PAPR可以無需像SC-FDMA中一樣應用數字傅立葉變換(digital Fourier transform，簡稱DFT)以將數據擴展到多個子載波得到實現。本領域技術人員能夠理解的是，所有PAPR降低算法都增加了一定程度的複雜性。然而，DFT擴展需要所有數據擴展在一個子帶。
也可以將待傳輸信息映射至所選的低PAPR序列池中的至少一個。隨後，所選的至少一個低PAPR序列經調製後在基於OFDMA無線鏈路上通過無線方式進行傳輸。
PSS和SSS
對於蜂窩通信網絡為LTE網絡的實施例，將正交頻分多址(orthogonal frequency division multiple access，簡稱OFDMA)信道用作接入點110和UE 120之間的下行信道，將單載波頻分多址(single carrier frequency division multiple access，簡稱SC-FDMA)信道用作UE 120到接入點110的上行鏈路的上行信道。本領域技術人員之一能夠理解的是，OFDMA和SC-FDMA均為數字多載波調製方案，通過這些方案，若干緊密相間的子載波頻率用於攜帶數據。因此，對於OFDMA信道和SC-FDMA信道來說，信道的帶寬(此處指滿帶寬)包括具有對應子載波頻率的若干子帶。
為了向下行至UE的鏈路提供功率增強，接入點110將下行信道的滿帶寬中子載波頻率子集識別為下行至UE 120的鏈路的低帶寬信道。
在PSS和SSS公共廣播信號的情況下，只需要傳輸中心62個子載波。相應地，PA要求(相對於M-MIMO陣列中的PA)等於：GA-10log(NSC/62)(dB)，其中，GA為波束成形增益，Nsc為系統中子載波的總數。例如，對於LTE中的10MHz系統，NSC＝600。
圖3示出了根據本發明原理在62個子載波的窄帶上傳輸的PSS和SSS公共廣播信號。通過為下行鏈路採用低帶寬信道以及採用滿發射功率或大致滿發射功率進行傳輸，將發射功率密度或信號功率密度集中在低帶寬信道的62個子載波頻率上，而不是擴展在下行信道的滿帶寬子載波頻率上。因此，為下行至UE 120的鏈路提供了功率增強。
向量跳變可用於引入發射分集。預編碼向量跳變是一種已知的發射分集方案，在該方案中，每個符號乘以一個常數，這不會影響低PAPR屬性。優選地，兩根天線的加權值從子幀到子幀在[+1,+1]T和[+1,-1]T間交替，並在每個新無線幀的開端進行重置，其中，T表示向量轉置。
優選地，PSS和SSS在任一給定子幀從相同的天線埠進行傳輸。然而，在不同子幀間，PSS和SSS優選地從不同的天線埠進行傳輸，從而受益於時間交換天線分集。值得注意的是，天線埠不必對應於物理天線，而是由天線埠的參考信號序列所區分的邏輯實體。可在單個發射天線上傳輸多個天線埠信號。對應地，單個天線埠可擴展到多根發射天線上。
PBCH
類似地，針對PBCH，由於廣播PA只需要在中心62個子載波進行傳輸，則PA要求(相對於M-MIMO陣列中的PA)等於：GA-10log(NSC/62)(dB)，其中，GA為波束成形增益，Nsc為系統中子載波的總數。例如，對於LTE中的10MHz系統，NSC＝600。
具有基於空間-時間塊編碼的發射分集(space-time block coding based transmit diversity，簡稱STTD)的DFT-S-OFDM可用於降低PBCH中的PAPR。對於正交相移鍵控(quadrature phase shift keying，簡稱QPSK)調製，DFT-S-OFDM具有非常低的PAPR，且從DFT-S-OFDM傳輸可觀察到微小的性能退化。72個子載波覆蓋了幾乎平坦的信道。PBCH優選地設計給情況最糟的UE，其中，UE移動性造成的STTD下降較小。
空間-時間發射分集(space time transmit diversity，簡稱STTD)是一種用於獲得使用空時塊編碼(space time block code，簡稱STBC)的發射分集的方法，以利用信號的多個傳輸版本的冗餘。STTD的一個目標是平滑瑞利衰落，並擺脫當在多徑傳播環境中無線鏈路的兩端均只採用單根天線時所觀察到的影響。分集為每個UE，尤其是靠近小區邊緣的UE，提高了鏈路可靠性，同時也提高了用戶集在任意特定時刻的平均性能。將STTD應用至攜帶連續數據符號對{S1,S2}的子載波符號，該數據符號對{S1,S2}通常直接發自一根天線。對於兩根發射天線，符號{S1,S2}從天線#1進行不改變的傳輸，而同時從天線#2發送序列{-S2*,S1*}。
PDCCH和PDSCH
OFDM與積極PAPR降低(由於QPSK調製)和空間-頻域發射分集(space-frequency transmit diversity，簡稱SFTD)一起用於穩固傳輸。在所謂的SFTD中，有時也稱為空頻塊編碼(space frequency block coding，簡稱SFBC)，直接將連續符號(例如，a0，a1，a2，a3，……)塊映射至第一天線的OFDM子載波以及為將相同調製符號的負復共軛版本的符號對(例如，-a*1，a*0，-a*3，a*2)映射至第二天線的相應子載波上。因為即使UE透明的PAPR降低通常會導致更大的矢量幅度誤差(error vector magnitude，簡稱EVM)，但PDCCH和PDSCH採用QPSK調製，且QPSK調製能夠包容更大的EVM，所以PAPR降低可以「更積極」。UE透明的PAPR降低是指UE不需要知道發射器採用哪一種PAPR降低技術接收數據的事實。
EVM是一種用於量化發射器(或接收器)性能的度量標準。理想發射器發送的或理想接收器接收的信號將正好在理想位置具有所有星座點，然而，實現中的各種缺陷(例如，載波洩露、鏡像抑制比以及相位噪聲等)會造成實際星座點偏離理想位置。通俗地，EVM是各個點距理想位置的距離的度量標準。
由於噪聲、失真、雜散信號以及相位噪聲都會造成星座點偏離理想位置，因此EVM提供了數字通信中使用的無線接收器或發射器的質量的全面度量標準。典型相移鍵控解調過程的階段之一會生成可用作EVM計算中理想傳輸的信號的基本可靠測度的一連串I-Q點。
對於限幅和濾波等PAPR降低機制，通過如何劇烈對信號進行限幅來定義EVM。信號限幅程度越大，則PAPR越低，但EVM越高。相比更高調製，由於QPSK能夠包容更劇烈的EVM，所以可以完成更多的限幅，或者換句話說，可以實現更低的PAPR。短語「更積極」是指對PAPR的更多降低。通常，當執行PAPR降低時，給定信號的調製順序是未知的。當該信號已知為QPSK，則以更高EVM為代價可實現更低PAPR。短語「更積極」是當信號的調製順序為未知時相對於適度PAPR降低而言的。
參考圖6，示出了一種可用於實現此處所述的根據本實施例的系統、設備和方法的平臺的的示例性但非唯一物理層圖。
傳輸塊數據經過循環冗餘校驗(cyclic redundancy check，簡稱CRC)模塊600以進行誤差檢測。在接收自MAC層的傳輸塊數據經過物理層之前，CRC模塊600將CRC碼附在該傳輸塊數據上。傳輸塊由循環生成多項式進行劃分，以生成校驗位。隨後，將這些校驗位附加到傳輸塊的末端。
物理層包括信道編碼模塊601、速率匹配模塊602、加擾器模塊604、調製映射器模塊606、層映射模塊608、預編碼模塊610、資源單元映射器612、信號發生器(OFDMA)模塊614以及功率放大器模塊616。
信道編碼模塊601採用兩兩間具有某種交織的卷積編碼器對數據進行turbo編碼。速率匹配模塊602充當預編碼和後續傳輸塊之間的速率協調器或緩衝器。加擾器模塊604由輸入比特生成加擾比特的塊。
資源單元和資源塊(resource block，簡稱RB)組成了物理信道。RB是資源單元的集合。資源單元是一個OFDM符號上的單個子載波，攜帶了具有空間復用的多個調製符號。在頻域中，RB表示可分配資源的最小單位。在LTE-A中，RB是時頻資源的單位，表示0.5毫秒時間長度上180KHz的頻譜帶寬。
調製映射器模塊606將輸入的比特值映射為具有指定調製方案的複雜調製符號。在一個實施例中，調製方案為離散傅立葉變換擴展正交頻分復用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)。在另一個實施例中，調製方案為具有積極PAPR降低的OFDM。
空間復用為有效地復用每個RB若干次的單個資源塊(resource block，簡稱RB)上的單獨UE創建了多個數據流，從而提高了頻譜效率。層映射模塊608將數據序列劃分為若干層。
預編碼模塊610基於允許複雜權重矩陣在M-MIMO系統中同時傳輸多個波束以在進行傳輸前合併各層的發射波束成形概念。優選地，矢量跳變用於發射分集。預編碼模塊610優選地採用兩根天線從子幀到子幀在[+1,+1]T和[+1,-1]T間交替的加權值進行矢量跳變。
資源單元映射器612將數據符號、參考信號符號和控制信息符號映射至資源網格中某個資源單元。
信號發生器614耦合在資源單元映射器612和PA陣列616之間。PA陣列616驅動天線陣列200，優選地，其形式基本類似於圖2和圖4分別示出的PA陣列616a或616b的形式。
PA陣列616在圖3所示的窄子帶資源上傳輸公共廣播信道(例如，PSS、SSS、PBCH、PDCCH以及PDSCH)。優選地，離散傅立葉變換擴展正交頻分復用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)或OFDM與積極PAPR降低一起用於廣播信號，以降低PA陣列616中專用PA的等級需求。
參見圖7，示出了一種實踐本發明原理的行動裝置的示例性框圖。
處理模塊700執行無線基帶功能。這些功能可採用若干包括數位訊號處理器(digital signal processor，簡稱DSP)、現場可編程門列陣(field programmable gate array，簡稱FPGA)、專用集成電路(application specific integrated circuit，簡稱ASIC)、通用處理器、軟體或其組合的不同實現完成。用於調製和解調輸入和輸出信號的方法可採用各種方法，包括但不限於中間件，例如，公共對象請求代理結構(Common Object Request Broker Architecture，簡稱CORBA)或虛擬無線機，虛擬無線機的功能與JAVA虛擬機類似。根據本發明的原理，處理模塊700執行通過窄於可用帶寬的頻段從發射器接收寬波束信號並調製該寬波束信號以提取內容的方法。優選地，解調器解調離散傅立葉變換擴展正交頻分復用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)編碼信號。
一根或多根天線702提供方向特性的增益，以最小化幹擾、多徑以及噪聲。
RF信號由天線702選出，隨後由靈活RF硬體704進行濾波、採用低噪聲放大器(low noise amplifier，LNA)進行放大、採用本地振蕩器(local oscillator，LO)向下轉換至基帶(或IF)。採用模數轉換器(analog to digital converter，ADC)706對輸入信號進行數位化。類似地，數模轉換器(digital-to-analog converter，簡稱DAC)706將輸出數位訊號轉換為模擬信號。模塊708提供數字濾波(信道化)和採樣率變換，以使ADC 706的輸出端與處理模塊700通過接口連接。同理，模塊708提供數字濾波和採樣率變換以使生成調製波形的處理模塊700與數模轉換器706通過接口連接。
雖然本發明就某些實施例和一般相關方法方面進行了描述，但是對本領域技術人員而言，對實施例和方法的各種更改和變更將是顯而易見的。因此，示例實施例的上述描述不限定或約束本發明。正如以下權利要求定義，其它修改、替代以及變更也是可能的，而不偏離本發明的範圍。