用于操作带宽扩展的波形设计的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年11月4日提交的题为“用于操作带宽扩展的波形设计的系统和方法”、申请号为14/932,857的美国专利申请的优先权，其要求于2015年3月31日提交的题为“用于操作带宽扩展的波形设计的系统和方法”、申请号为62/141,051的美国临时申请的优先权，二者全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及无线通信的系统和方法，并且，在具体实施例中，涉及用于操作带宽扩展的波形设计的系统和方法。
背景技术
为了向个人移动设备提供高吞吐率并且进一步提高系统容量，下一代无线网络可能使用比常规长期演进(LTE)网络中使用的20兆赫(MHz)载波更宽的带宽分配。在一些情况中，对于中心频率低于或者高于6千兆赫(GHz)的载波，带宽分配可以超过100MHz。需要支持这种大带宽分配的技术。
一种用于增加提高吞吐量的技术是载波聚合，其使用多个载波来向单个移动设备将传送数据。然而，常规正交频分复用(OFDM)载波聚合利用可变采样频率(scalablesampling frequencies)和快速傅里叶变换(FFT)采样数(sizes)，这意味着更宽的带宽分配会采用更高的采样频率和更大的FFT采样数，这其增加了计算复杂性。另外，常规OFDM载波聚合要求对每个聚合载波都使用相同的子载波间隔。因此，常规OFDM载波聚合可能不适于超过20MHz的带宽分配。
发明内容
通过本公开的实施例总的来说实现了技术优势，其描述了用于操作带宽扩展的波形设计的系统和方法。
根据一个实施例，提供了一种用于发送信号的方法。在该示例中，所述方法包括在载波的第一频率子带上发送第一基于正交频分复用(OFDM)信号以及在载波的第二频率子带上发送第二基于OFDM信号。第一频率子带具有第一带宽和基于所述第一带宽的第一参数配置(numerology)。第二频率子带具有第二带宽和基于所述第二带宽的第二参数配置。还提供了执行该方法的装置。
根据另一个实施例，提供了一种接收信号的方法。在该示例中，所述方法包括在载波的第一频率子带上接收第一基于正交频分复用(OFDM)信号以及在载波的第二频率子带上接收第二基于OFDM信号。第一频率子带具有第一带宽和基于所述第一带宽的第一参数配置，第二频率子带具有第二带宽和基于所述第二带宽的第二参数配置。还提供了执行该方法的装置。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优点，现结合附图参考以下说明书，其中：
图1示出了实施例无线网络的图；
图2A至图2B是描述如何产生滤波OFDM(f-OFDM)信号的图；
图3A至图3B是描述如何产生f-OFDM信号的附加图；
图4是用于f-OFDM信号的通信的实施例方法的流程图；
图5是常规OFDM载波聚合格式的图；
图6是常规OFDM载波聚合格式的另一图；
图7是常规OFDM扩展载波格式的图；
图8是在连续频率子带上发送f-OFDM信号的图；
图9是在连续频率子带上发送f-OFDM信号的另一图；
图10是用于蜂窝通信系统的预定义载波类型集合的图；
图11是实施例f-OFDM载波聚合格式的图；
图12是另一个实施例f-OFDM载波聚合格式的图；
图13是另一个实施例f-OFDM载波聚合格式的图；
图14是另一个实施例f-OFDM载波聚合格式的图；
图15是用于毫米波(mmW)通信系统的预定义载波类型集合的图；
图16是用于mmW通信系统的预定义子带类型集合的图；
图17是另一个实施例f-OFDM载波聚合格式的图；
图18是另一个实施例f-OFDM载波聚合格式的图；
图19是实施例处理系统的图；以及
图20是实施例收发器的图。
除非另有说明，不同附图中对应的数字和符号通常指对应的部件。附图是为了清楚地说明实施例的相关方面，并不一定按比例绘制。
具体实施方式
以下将详细讨论实施例的结构、制造以及使用。然而，应当理解，本申请提供了可以在各种各样的具体上下文中体现的许多可应用的发明概念。所讨论的具体实施例仅是制造和使用本申请的具体方式的说明，并且不限制本申请的范围。如本文所述，频率子带可以包括整个载波或载波的一部分。因此，不同的频率子带可以是不同的载波或者相同载波的不同部分。
如上所述，常规OFDM载波聚合利用可变采样频率和FFT采样数。因此，常规OFDM载波聚合可能并不适合超过20MHz的带宽分配，因为支持这种大带宽分配所需的高采样频率和大的FFT采样数可能会显著增加常规OFDM载波聚合的应用复杂度。还有，常规OFDM载波聚合在给定的载波上OFDM信号的通信需要使用相同的物理层参数。用于信号通信的物理层参数集合统称为信号的“参数配置(numerology)”，并且可以包括以下组合或者子集：用于发送信号的传输时间间隔(TTI)、信号携带符号的符号持续时间、信号携带的符号的循环前缀(CP)长度和/或发送信号的子载波频率之间的子载波间隔。不同的物理层参数可能更适合不同的业务类型的通信。例如，短TTI可以减少延迟，因此更适合于对时延敏感的业务。较长的TTI可以减少调度信令开销，因此更适合于可容忍时延的业务。由于常规OFDM载波聚合对给定载波上所有信号的通信使用的相同参数配置，因此当常规OFDM载波聚合用于在相同的载波上传送不同的业务类型时，网络和/或用户可能会经历带宽利用效率和/或性能的降低。还有，常规OFDM载波聚合依赖于至少50倍子载波间隔的保护带以减轻载波间干扰，这增加了信号的显著开销。因此，希望可以有常规OFDM载波聚合的有效替代方案。
本公开的实施例使用不同的参数配置在给定载波的不同频率子带上通信f-OFDM信号或者单载波频分多址(SC-FDMA)信号，这允许f-OFDM或者SC-FDMA信号有效地支持多种业务。例如，可以通过具有相对较短TTI的f-OFDM信号通信对时延敏感的业务(例如，语音、手机游戏)以减少等待时间，并且通过具有相对较长TTI的f-OFDM信号通信可容忍时延的业务(例如，电子邮件、短信)以提高带宽利用效率。另外，用于产生f-OFDM信号的脉冲成形数字滤波器可以允许接收器在接收时减轻相邻f-OFDM信号之间的干扰，从而允许在不依赖于保护带情况下，在连续的载波上通信f-OFDM信号。在一些实施例中，f-OFDM或者SC-FDMA信号的参数配置取决于发送f-OFDM或者SC-FDMA信号的频率子带的带宽。例如，相较于在较窄频率子带上通信的f-OFDM/SC-FDMA信号，在较宽频率子带上通信的f-OFDM/SC-FDMA信号通常具有较宽的子载波间隔、较短符号的持续时间、较短的TTI长度以及较短的循环前缀。例如，在不同的20兆赫(MHz)子频带上通信的f-OFDM/SC-FDMA信号可能具有不同的参数配置。以下将更详细地解释这些和其他方面。虽然本公开的许多内容描述了用于f-OFDM信号通信的实施例，但应该理解，这些实施例也可应用于任何基于OFDM的信号的通信，包括SC-FDMA信号。
图1是用于数据通信的无线网络100的图。无线网络100包括具有覆盖区域101的基站110、多个移动设备120以及回程网络130。如图所示，基站110与移动设备120建立了上行链路(长划线)和/或下行链路(短划线)连接，其用作将数据从移动设备120携带至基站110，反之亦然。在上行链路/下行链路连接上携带的数据可以包括在移动设备120之间传送的数据以及通过回程网络130的方式传送至/来自远程端(未示出)的数据。如本文所使用的，术语“基站”指用于向网络提供无线接入的任何组件(或者组件集合)，诸如演进的节点B(eNB)、宏小区、毫微微小区、Wi-Fi接入点(AP)或者其他无线启动设备。基站可以根据一个或者多个无线通信协议提供无线接入，例如，长期演进(LTE)、LTE-Advanced(LTE-A)、高速分组接入(HSPA)、Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac。如本文所使用的，术语“移动设备”是指能够建立与基站的无线连接的任何组件(或组件集合)。在本公开中，术语“移动设备”、“用户设备(UE)”以及“移动站(STA)”可互换使用。在一些实施例中，网络100可以包括各种其他无线设备，如中继、低功率节点等。
通过将脉冲成形数字滤波器应用至OFDM信号来产生f-OFDM信号。本公开中用于产生f-OFDM信号的脉冲成形数字滤波器被称为f-OFDM滤波器。图2A是显示如何通过将f-OFDM滤波器201、202应用至OFDM信号210、220来产生f-OFDM信号的图。如图所示，OFDM信号210跨越N兆赫(MHz)频率子带，并且OFDM信号220跨越M兆赫(MHz)频率子带，其中，N和M是正整数，并且N大于或者等于M。图2B是显示通过将f-OFDM滤波器201、202应用至OFDM信号210、220而得到的f-OFDM信号211、221的图。在一些实施例中，f-OFDM滤波器201、202产生具有不同参数配置的f-OFDM信号，在这种情况下，f-OFDM信号211和f-OFDM信号221彼此展现出不同的参数配置。f-OFDM信号211、221的参数配置分别可以取决于N MHz频率子带和M MHz频率子带的带宽。
在一些实施例中，单个f-OFDM滤波器可以用于产生多个f-OFDM信号。图3A是显示如何通过将f-OFDM滤波器301、302应用至OFDM信号310、320、330、340、350来产生f-OFDM信号的图。图3B是显示通过将f-OFDM滤波器301、302应用至OFDM信号310、320、330、340、350，从而得到f-OFDM信号311、321、331、342、352的图。更具体地，通过将f-OFDM滤波器301(分别地)应用至OFDM信号310、320、330来产生f-OFDM信号311、321、331，并且通过将f-OFDM滤波器302(分别地)应用至OFDM信号340、350来产生f-OFDM信号342、352。相同的f-OFDM滤波器产生的f-OFDM信号可以具有相同的参数配置。因此，f-OFDM信号311、321、331具有彼此相同参数配置，同时f-OFDM信号342、352具有彼此相同的参数配置。不同的f-OFDM滤波器产生的f-OFDM信号可以具有不同的参数配置。因此，f-OFDM信号311、321、331可以具有不同于f-OFDM信号342、352的参数配置。
图4是在不同频率子带上通信具有不同参数配置的f-OFDM信号的实施例方法400的流程图，其可能由发送点执行。发送点可以是发送无线信号的任何设备，包括网络侧设备置(例如，基站)以及用户侧设备(例如，UE)。在步骤410处，发送点通过将第一f-OFDM滤波器应用至第一OFDM信号来产生第一f-OFDM信号。在步骤420处，发送点通过将第二f-OFDM滤波器应用至第二OFDM信号来产生第二f-OFDM信号。在步骤430处，发送点在第一频率子带上发送第一f-OFDM信号，并且在第二频率子带上发送第二f-OFDM信号。第一频率子带具有不同于第二频率子带的带宽。在一些实施例中，基于发送f-OFDM信号的各个频率子带的带宽，所述f-OFDM信号具有多种参数配置，在这种情况中，第一f-OFDM信号具有不同于第二f-OFDM信号的参数配置。
常规OFDM载波聚合通过多个载波将数据发送至单个UE，以增加提供给UE的总吞吐量。常规OFDM载波聚合也可以通过多个载波将数据发送至多个UE，以增强系统容量。如上所述，常规OFDM载波聚合对于在每个载波上通信的信号使用相同参数配置，并且要求连续载波被至少五十倍于相应子载波间隔的保护带间隔开，以将OFDM信号之间的干扰减轻至低于阈值。图5是根据常规OFDM载波聚合方案在连续的K MHz载波(K是整数)上发送的OFDM信号510、520的图。如图所示，K MHz载波在频域中是连续的载波，并且由保护带515间隔开。常规OFDM载波聚合需要K MHz载波的子载波间隔的至少五十倍的保护带515。保护带515减轻了OFDM信号510、520之间的干扰。保护带515的相对大小取决于K MHz载波的带宽。例如，1.25兆赫(MHz)OFDM载波必须由五十二倍于1.25MHz载波的子载波间隔的保护带间隔开，并且较大带宽的OFDM载波(例如，2.5MHz、5MHz、…20MHz)必须由相应较宽的保护带间隔开。常规OFDM载波聚合还要求使用相同参数配置来发送OFDM信号510、520。使用常规OFDM载波聚合通信的OFDM信号的参数配置如下表1所示：
表1
常规OFDM载波聚合也可以在非连续载波上通信数据。图6是根据常规OFDM载波聚合方案在非连续K MHz(K是整数)载波上发送OFDM信号610、620的图。与在连续载波上通信的OFDM信号相似，常规OFDM载波聚合要求使用相同的参数配置在非连续载波上通信OFDM信号610、620。
常规OFDM载波聚合的一种替代方案是在具有超过20MHz带宽的扩展载波上发送OFDM信号，这是第四代长期演进(LTE)网络中可用的最大载波带宽。图7是在L MHz载波(L是大于20的整数)上发送OFDM信号710的图。虽然这种方法避免与在常规OFDM载波聚合中使用的保护带相关联的开销，但是在扩展载波(例如，大于20MHz)上发送OFDM信号也具有缺点，例如，需要更高的采样频率和较大的快速傅里叶变换(FFT)采样数。另外，在扩展载波上发送的OFDM信号对于由OFDM信号携带的所有数据仍然采用单一的参数配置，并且因此在携带不同业务类型时仍将表现出降低的带宽利用效率和/或性能。
本公开的实施例在由保护带分隔开的连续频率子带上通信f-OFDM信号，所述保护带小于载波之一的子载波间隔的二十倍。图8是在由保护带815分隔开的连续频率子带上发送f-OFDM信号810、820的图，所述保护带小于频率子带之一的子载波间隔的二十倍。在一个实施例中，保护带815小于或等于f-OFDM信号810、820之一的子载波间隔的十倍。在另一个实施例中，保护带815小于或等于f-OFDM信号810、820之一的子载波间隔的五倍。在另一个实施例中，保护带815小于或等于f-OFDM信号810、820之一的子载波间隔的三倍。在另一个实施例中，保护带815小于或等于f-OFDM信号810、820之一的子载波间隔。
f-OFDM信号810、820可以发送至相同的接收器(例如，相同UE)或者不同的接收器。发送f-OFDM信号810、820的各个频率子带可以具有相同的子载波间隔或者不同的子载波间隔。当各个频率子带具有不同的子载波间隔时，保护带815小于两个子载波间隔中较宽者的二十倍。在一些实施例中，保护带815也小于两个子载波间隔中较窄者的二十倍。在其他实施例中，保护带815小于两个子载波间隔中较宽者，但是大于两个子载波间隔中较窄者二十倍。
本公开的实施例在未由保护带分隔开的连续频率子带上通信f-OFDM信号。图9是在未由保护带分隔开的连续频率子带上发送f-OFDM信号910、920的图。f-OFDM信号910、920可以被发送至相同的接收器或者不同的接收器。
在一些实施例中，f-OFDM信号在聚合载波上通信。在这样的实施例中，可以存在用于无线网络的载波带宽的预定义集合，其中，每个载波带宽都具有一个或者多个预定义的参数配置。图10是用于蜂窝通信系统的预定义载波类型1000的集合的图。在此示例中，预定义载波类型1000的集合包括具有2.5MHz带宽的第一载波类型(Type-1)、具有5MHz带宽的第二载波类型(Type-2)、具有10MHz带宽的第三载波类型(Type-3)以及具有20MHz带宽的第四载波类型(Type-4)。其他示例也是可能的。表2列出了用于预定义载波类型1000的集合的参数配置。
表2
图11至图14是从预定义载波带宽1000的集合产生的各种f-OFDM载波聚合格式的图。图11是包括在频域中连续五个20MHz载波的100MHz f-OFDM载波聚合格式的图。图12是包括在频域中连续四个20MHz载波、一个10MHz载波以及两个5MHz载波的100MHzf-OFDM载波聚合格式的图。图13是包括在频域中连续六个20MHz载波和三个10MHz载波的150MHz f-OFDM载波聚合格式的图。图14是包括在频域中连续十个20MHz载波的200MHz f-OFDM载波聚合格式的图。实施例f-OFDM载波聚合格式可以包括预定义载波的任何组合。例如，50MHz f-OFDM载波聚合格式可以聚合两个20MHz带宽与10MHz带宽。实施例也可以是具有不同带宽和/或参数配置的载波，诸如40MHz载波。在一些实施例中，通过聚合具有相同参数配置的多个载波来实现f-OFDM载波聚合。
图15是用于毫米波(mmW)通信系统的预定义载波类型1500的集合的图。在该示例中，预定义载波类型1500的集合包括具有1GHz带宽的第一mmW载波类型(Type-1)以及具有2GHz带宽的第二mmW载波类型(Type-2)。在mmW频带中，相位噪音可以是用于确定子载波间隔的因素。在600KHz和10MHz之间的子载波间隔可用于在6GHz和100GHz之间的mmW频带和/或频率子带。在一个实施例中，通过使用用于6GHz和28GHz之间频率子带的1.2MHz子载波间隔、用于28GHz和50GHz之间频率子带的4.8MHz子载波间隔以及用于50GHz和100GHz之间频率子带的9.6MHz子载波间隔来实现可变子载波间隔。其他示例也是可能的。表3列出了用于预定义载波类型1500的集合的参数配置。
表3
在一些实施例中，mmW载波类型被分段成具有比图15中描述的mmW载波类型更小带宽的频率子带。图16是用于mmW通信系统的预定义频率子带类型1600的集合的图。在此示例中，预定义载波类型1600的集合包括具有200MHz带宽的第一mmW子带类型(Type-1)、具有400MHz带宽的第二mmW子带类型(Type-2)以及具有800MHz带宽的第三mmW子带类型(Type-3)。表4列出了用于预定义频率子带类型1600的集合的参数配置。
表4
应该理解，表2至表4中列出的参数配置和子带带宽作为示例，并且本公开的实施例可以使用在这些表中未明确列出的参数配置和/或子带带宽。还应该理解，带宽可以被分段成两个子带，每个子带可以应用不同的参数配置。
图17至图18是图16中描述的预定义子带类型1600的集合产生的各种f-OFDM载波聚合格式的图。图17是包括五个400MHz子带的2GHz f-OFDM子带聚合格式的图。图18是包括四个400MHz子带和两个200MHz子带的2GHz f-OFDM子带聚合格式的图。
在一些毫米波通信系统中，参数配置可以是基于子载波间隔。表5列出了这样的参数配置的示例。
表5
图19是用于执行本文描述的方法的处理系统1900的实施例的框图，其可以安装在主机设备中。如图所示，处理系统1900包括处理器1904、存储器1906以及接口1910-1914，接口1910-1914可以(可以不)按照图19中示出的进行布置。处理器1904可以是适于执行计算和/或其他处理相关任务的任何组件或者组件集合，并且存储器1906可以是适于存储由处理器1904执行的程序和/或指令的任何组件或者组件集合。在一个实施例中，存储器1906包括非暂时性计算机可读介质。接口1910、1912、1914可以是允许处理系统1900与其他设备/组件和/或用户进行通信的的任何组件或者组件集合。例如，接口1910、1912、1914中的一个或者多个可以适于将数据、控制或管理消息从处理器1904传送至安装在主机设备和/或远程设备上的应用。关于另一示例，接口1910、1912、1914的一个或者多个可以适于允许用户或者用户设备(例如，个人电脑(PC)等)与处理系统1900进行交互/通信。处理系统1900可以包括未在图19中示出的附加组件，诸如长期存储(例如，非易失性存储器等)。
在一些实施例中，处理系统1900被包括在正在访问电信网络或其他方面的电信网络的网络设备中。在一个示例中，处理系统1900位于无线或者有线电信网络中的网络侧设备中，诸如基站、中继站、调度器、控制器、网关、路由器、应用服务器或者在电信网络中的任何其他设备。在其他实施例中，处理系统位于接入无线或者有线电信网络的用户侧设备中，诸如移动站、用户设备(UE)、个人电脑(PC)、平板电脑、可穿戴通信设备(例如，智能手表等)或者适于接入电信网络的任何其他设备。
在一些实施例中，接口1910、1912、1914中的一个或者多个将处理系统1900连接至适于在电信网络上发送或者接收信令的收发器。图20是适于在电信网络上发送和接收信令的收发器2000的框图。收发器2000可以安装在主机设备中。如图所示，收发器2000包括网络侧接口2002、耦合器2004、发送器2006、接收器2008、信号处理器2010以及设备侧接口2012。网络侧接口2002可以包括适于在无线或者有线电信网络上发送或者接收信令的任何组件或者组件集合。连接器2004可以包括适于在网络侧接口2002上促进双向通信的任何组件或者组件集合。发送器2006可以包括适于将基带信号转换至适合在网络侧接口2002上传输的调制载波信号的任何组件或者组件集合(例如，上变频器、功率放大器等)。接收器2008可以包括适于将在网络侧接口2002上接收的载波信号转换至基带信号的任何组件或者组件集合(例如，下变频器、低噪音放大器等)。信号处理器2010可以包括适于将基带信号转换至适合在设备侧接口2012上发送的数据信号的任何组件或者组件集合，反之亦然。设备侧接口2012可以包括适于在信号处理器2010和主机设备内的组件(例如，处理系统1900、局域网(LAN)端口等)之间传送数据信号的任何组件或者组件集合。
收发器2000可以在任何类型的通信介质上发送和接收信号。在一些实施例中，发送器2000可以在无线介质上发送和接收信号。例如，收发器2000可以是适于根据无线电信协议通信的无线收发器，诸如蜂窝协议(例如，长期演进(LTE)等)、无线局域网(WLAN)协议(例如，Wi-Fi等)或者任何其他类型的无线协议(例如，蓝牙、近场通信(NFC)等)。在这样的实施例中，网络侧接口2002包括一个或者多个天线/辐射元件。例如，网络侧接口2002可以包括单个天线、多个单独的天线或者用于多层通信的多天线阵列，例如，单输入多输出(SIMO)、多输入单输出(MISO)、多输入多输出(MIMO)等。在其他实施例中，收发器1900通过有线介质发送和接收信令，例如，双绞线电缆、同轴电缆、光纤等。具体的处理系统和/或收发器可以采用所示出的所有组件或者是组件的子集，并且集成水平可以因设备而异。
虽然已经参照说明性实施例描述了本公开，但是本说明书并不被解释为限制性的。参照说明书，对于本领域技术人员来说，说明性实施例以及本公开的其他实施例的各种修改和组合将是显而易见的。因此，所附权利要求包括任何这样的修改或实施例。
