用于针对OFDMA调制实现峰均功率比降低的系统和方法.pdf

提供了用于针对正交频分多址接入(OFDMA)调制实现峰均功率比(PAPR)降低方案的系统和方法。针对根据DOCSIS标准进行操作的系统的OFDMA调制的独特的PAPR降低方案以对可用数据信号容量的数目不产生负面影响的方式获得类似于可归属于音调预留方案的结果的结果，尤其在具有有限的子载波数目的实现方式中。所公开的系统和方法尤其可适用于下一代电缆网关和/或下一代电缆调制解调器。这些下一代电缆网关和/或下一代电缆调制解调器可以在先进的混合光纤/同轴电缆系统中找到特定的效用。适用的电缆网关/调制解调器可以包括电缆网关片上系统(SOC)配置。所公开的方案也可适用于OFDM调制。然而，对于OFDM，也可以采用已知的音调预留算法。

1.  一种通信系统，包括：
第一通信设备；以及
处理设备，所述处理设备与所述第一通信设备相关联，所述处理设备 被安排为
对数据信号的多个子载波中针对峰均功率比(PAPR)降低所设置的 比特进行识别；
确定针对所述多个子载波中的每个子载波中的PAPR降低比特的哪些 值对于所述多个子载波中的所述每个子载波产生最小的峰值幅度；并且
将所述PAPR降低比特设置为所确定的值。

2.  如权利要求1所述的通信系统，所述多个子载波是预定义的。

3.  如权利要求2所述的通信系统，所述多个子载波中的所述PAPR降 低比特是多个预定义的子载波中的至少一个预定义的子载波中的预定义的 比特对。

4.  如权利要求1所述的通信系统，所述第一通信设备发送数据信号， 所述数据信号包括所述多个子载波，所述多个子载波具有在所述多个子载 波中的每个子载波中被设置为所确定的值的PAPR降低比特。

5.  如权利要求1所述的通信系统，所述处理设备还被安排为
对包括PAPR降低比特的数量为M的多个子载波进行确定；
针对所述多个子载波中的第一子载波和后续子载波的PAPR降低比特 顺序地进行识别、评估以及设置，直到M个子载波中的所有子载波中的 PAPR降低比特被设置为止。

6.  如权利要求1所述的通信系统，所述多个子载波中的每个子载波中 的PAPR降低比特是所述多个子载波中的每个子载波中的最高有效位。

7.  如权利要求1所述的通信系统，所述多个子载波随机地位于数据符 号内。

8.  如权利要求1所述的通信系统，所述处理设备通过将快速傅里叶逆 变换应用到针对所述PAPR降低比特的值的每个组合来对针对所述多个子 载波中的每个子载波中的所述PAPR降低比特的哪些值对于所述多个子载 波中的每个子载波产生最小峰值幅度进行确定。

9.  如权利要求1所述的通信系统，所述第一通信设备采用正交频分多 址接入调制。

10.  如权利要求1所述的通信系统，所述第一通信设备是电缆调制解 调器和电缆网关之一。

11.  如权利要求10所述的通信系统，所述电缆调制解调器和电缆网关 之一根据电缆数据服务接口规范标准进行操作。

12.  一种用来降低峰均功率比(PAPR)的方法，包括：
对数据信号的多个子载波中针对峰均功率比(PAPR)降低所设置的 比特进行识别；
利用处理器确定针对所述多个子载波中的每个子载波中的PAPR降低 比特的哪些值对于所述多个子载波中的所述每个子载波产生最小的峰值幅 度；
将所述PAPR降低比特设置为所确定的值；以及
利用第一通信设备发送所述数据信号，所述数据信号包括所述多个子 载波，所述多个子载波具有在所述多个子载波中的每个子载波中被设置为 所确定的值的PAPR降低比特。

13.  如权利要求12所述的方法，所述多个子载波是预定义的。

14.  如权利要求13所述的方法，所述多个子载波中的所述PAPR降低 比特是多个预定义的子载波中的至少一个预定义的子载波中的预定义的比 特对。

15.  如权利要求12所述的方法，所述数据信号由第二通信设备来接 收，所述数据信号由所述第二通信设备通过丢弃所述多个子载波中的所述 PAPR降低比特来进行处理。

16.  如权利要求12所述的方法，还包括：
对包括PAPR降低比特的数量为M的多个子载波进行确定；以及
针对所述多个子载波中的第一子载波和后续子载波的PAPR降低比特 顺序地执行识别、评估以及设置，直到M个子载波中的所有子载波中的 PAPR降低比特被设置为止。

17.  如权利要求12所述的方法，所述多个子载波中的每个子载波中的 PAPR降低比特是所述多个子载波中的每个子载波中的最高有效位。

18.  如权利要求12所述的方法，所述多个子载波随机地位于数据符号 内。

19.  如权利要求12所述的方法，确定针对所述多个子载波中的每个子 载波中的PAPR降低比特的哪些值对于所述多个子载波中的所述每个子载 波产生最小的峰值幅度包括：将快速傅里叶逆变换应用到针对所述PAPR 降低比特的值的每个组合。

20.  如权利要求12所述的方法，所述数据信号采用正交频分多址接入 调制。

21.  如权利要求12所述的方法，所述第一通信设备是电缆调制解调器 和电缆网关之一。

22.  如权利要求21所述的方法，所述电缆调制解调器和电缆网关之一 根据电缆数据服务接口规范标准进行操作。

23.  一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质存储计 算机可读指令，当所述计算机可读指令被处理器运行时，使得所述处理器 运行用来降低峰均功率比(PAPR)的方法，包括：
对数据信号的多个子载波中针对PAPR降低所设置的比特进行识别；
确定针对所述多个子载波中的每个子载波中的PAPR降低比特的哪些 值对于所述多个子载波中的所述每个子载波产生最小的峰值幅度；
将所述PAPR降低比特设置为所确定的值；以及
利用第一通信设备指引对所述数据信号进行发送，所述数据信号包括 所述多个子载波，所述多个子载波具有在所述多个子载波中的每个子载波 中被设置为所确定的值的PAPR降低比特。

24.  如权利要求23所述的非暂态计算机可读介质，所述多个子载波是 预定义的。

25.  如权利要求24所述的非暂态计算机可读介质，所述多个子载波中 的所述PAPR降低比特是所述多个预定义的子载波中的至少一个预定义的 子载波中的预定义的比特对。

26.  如权利要求23所述的非暂态计算机可读介质，所述数据信号由第 二通信设备来接收，所述数据信号由所述第二通信设备通过丢弃所述多个 子载波中的所述PAPR降低比特来进行处理。

27.  如权利要求23所述的非暂态计算机可读介质，所述方法还包括：
对包括PAPR降低比特的数量为M的多个子载波进行确定；以及
针对所述多个子载波中的第一子载波和后续子载波的PAPR降低比特 顺序地执行识别、评估以及设置，直到所述M个子载波中的所有子载波中 的PAPR降低比特被设置为止。

28.  如权利要求23所述的非暂态计算机可读介质，所述多个子载波中 的每个子载波中的PAPR降低比特是所述多个子载波中的每个子载波中的 最高有效位。

29.  如权利要求23所述的非暂态计算机可读介质，所述多个子载波随 机地位于数据符号内。

30.  如权利要求23所述的非暂态计算机可读介质，确定针对所述多个 子载波中的每个子载波中的PAPR降低比特的哪些值对于所述多个子载波 中的所述每个子载波产生最小的峰值幅度包括：将快速傅里叶逆变换应用 到针对所述PAPR降低比特的值的每个组合。

31.  如权利要求23所述的非暂态计算机可读介质，所述数据信号采用 正交频分多址接入调制。

32.  如权利要求23所述的非暂态计算机可读介质，所述第一通信设备 是电缆调制解调器和电缆网关之一。

33.  如权利要求32所述的非暂态计算机可读介质，所述电缆调制解调 器和电缆网关之一根据电缆数据服务接口规范标准进行操作。

用于针对OFDMA调制实现峰均功率比降低的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于实现峰均功率比(PAPR)降低技术或方案的系统和 方法，该技术或方案尤其可以适用于基于DOCSIS标准操作正交频分多址 接入(OFDMA)调制技术的设备，包括下一代电缆网关和/或下一代电缆 调制解调器、和/或电缆网关片上系统(SOC)。
背景技术
近几年，先进的通信技术方面的许多工作(尤其强调更高的数据速率 和传输速度)已经聚焦于无线技术发送和接收方面的进步。针对电缆网关 和电缆调制解调器的通信能力和容量方面的相应进步、以及覆盖于这些部 件内的技术仍然十分重要。考虑，对于诸如独立住宅之类的独立结构，其 中，该独立结构包括该结构内部和贯穿该结构的分散的无线网络，贯穿该 结构所部署的一个或多个无线调制解调器很可能作为用于到达该结构的数 据的数据传输介质被连接到同轴电缆，其然后贯穿该结构进行无线地传 播。在该方面，电缆骨干形成了整个宽带网络系统中相当重要的部分，其 中，电缆骨干通常包括光纤和同轴电缆的一些组合(混合光纤/同轴电缆系 统)。在混合光纤/同轴电缆系统中，光纤传输电缆形成电缆骨干的重要部 分，但通常使用同轴电缆来完成到独立结构的连接和到部署于这些结构内 的无线调制解调器的连接。
对由电缆进行的数据传输进行定义的标准是电缆数据服务接口规范或 DOCSIS。DOCSIS是国际电信标准，该标准允许(除了其他技术)对现有 有线电视(CATV)系统增加高速数据传送。例如，许多有线电视运营商 通过现有的混合光纤/同轴电缆系统以及网络基础设施使用DOCSIS来提供 互联网接入。从而，DOCSIS定义一种机制，通过该机制，通过电缆传输 线路来向独立的结构以及可能覆盖于那些结构内的设备和接入点传输数 据。
于2011年11月17日在其最新的修正中发布了关于物理层规范的 DOCSIS 3.0标准(于2006年8月4日发布了第一次修正)。DOCSIS 3.0 一般是这样的规范修正，该规范修正实现显著增加的传输速度并且引入对 互联网协议版本6(IPv6)的支持。当前基于DOCSIS标准的电缆系统使 用国际电信联盟(ITU)建议J.83Annexes A、B或C中所定义的物理层。 该标准基于单载波正交幅度调制(QAM)以及6MHz、7MHz或8MHz的 物理层信道带宽。当前的DOCSIS版本规定，使用64阶QAM或256阶 QAM(64-QAM或256-QAM)来对下游数据传输进行调制，针对6MHz 信道操作使用ITU-T J.83-AnnexB标准，并且针对8MHz信道 (EuroDOCSIS)操作使用DVB-C调制标准。QAM代表了一种格式，通 过该格式经由同轴电缆来传输数字数据。当前的标准化活动正在探索通过 利用1024阶QAM或4096阶QAM进行调制的独立的OFDM载波，针对 下游载波模块使用正交频分复用(OFDM)，并且针对上游使用 OFDMA。
DOCSIS架构包括两个主要部件：电缆调制解调器(CM)和电缆调制 解调器终端系统(CMTS)，其中，CM位于端用户结构处，CMTS例如 位于CATV头端。支持点播节目的电缆系统使用混合光纤/同轴电缆系 统。光纤光路将数字信号带到系统中的节点，这些数字信号在此被转换到 RF信道和同轴主干线上的调制解调器信号。DOCSIS正在探索用来进一步 增加由同轴电缆主干线所承载的比特速率的机制。
OFDMA是流行的OFDM数字调制方案的多用户版本。在OFDMA 中，通过将载波子集(子载波)分配给各个用户，从而允许来自若干用户 同时进行的低数据速率传输以实现多址接入。因而，OFDMA提供了避免 多路径干扰的简单并且稳健的方案。OFDMA由于提供了比例如包含码分 多址接入(CDMA)的系统更加平坦的频率信道，因此可以实现更高的多 输入/多输出(MIMO)频谱效率。OFDMA允许来自若干用户利用针对低 数据速率用户的较低的最大传输功率同时进行低数据速率传输。
OFDMA粗略地进行如下操作。基于关于信道状况的反馈信息，实现 自适应用户到子载波的分配。如果该分配很快就完成，则这进一步改善了 OFDM快衰落和窄带同信道干扰的鲁棒性，并且使得实现更好的系统频谱 效率成为可能。可以将不同数目的子载波分配给不同的用户，从而支持不 同的服务质量(QoS)等级。
OFDMA由于某些优点(包括可扩展性、MIMO适应性、以及频率选 择性的有利使用)非常适用于宽带无线网络。
附图说明
将参照附图对所公开的系统和方法的各个示例性实施例进行详细的描 述，所公开的系统和方法用于根据本公开基于DOCSIS标准在下一代电缆 网关和/或下一代电缆调制解调器中针对OFDMA调制实现PAPR降低技术 或方案，其中：
图1示出了使用OFDMA上行链路的示例性电缆系统的简单示意图， 其中，OFDMA上行链路可以根据本公开有利地采用PAPR降低技术或方 案；
图2示出了根据本公开用于实现PAPR降低技术或方案的示例性系统 的框图；以及
图3示出了根据本公开用于实现PAPR降低技术或方案的示例性方法 的流程图。
具体实施方式
基于上述优点和适用性，当前OFDMA调制在数字通信系统中获得了 普遍使用，并且被提出以用于针对下一代混合光纤/同轴电缆系统的 DOCSIS标准化的上行链路。
在所提出的OFDMA实现方式中出现的一个困难涉及发送信号的 PAPR。这一问题可能代表了任何多址接入基于OFDM的协议的实现方式 中最显著的缺点。此处应当澄清，尽管缩写“PAPR”可以被用来描述不 同的相关现象或者表示不同的相关术语，但贯穿本公开将始终使用该缩写 来表示“峰均功率比”，而非其有时在本领域的文献中所使用的“峰均功 率降低”或者“峰均比降低”。下面将进行详细的描述，本文所描述和所 公开的示例性系统和方法针对“峰均功率比”降低或PAPR降低。
本领域技术人员认识到，大量的策略尝试提供发送机侧预处理以降低 与发送信号相关联的峰值功率。在OFDM下行链路中实现PAPR降低的一 种普遍的策略是通过以类似于数字视频广播——第二代陆地(DVB-T2) 和数字视频广播——第二代电缆(DVB-C2)中所完成的方式的方式来使 用音调(tone)预留。在这些实现方案中，若干个OFDM子载波未使用， 以使得可以在方案中对这些子载波设置值，从而降低总体OFDM信号的峰 值幅度。使用若干个子载波(或者音调)来产生较低幅度的发送信号，从 而在发送机侧降低总体的峰值功率。数据信号是通过活动的(非预留的) 子载波来承载的，而针对预留子载波中的任意信号来选择信号等级，以达 到发送机侧功率降低的效果，从而达到PAPR降低的效果。基于音调预留 方案，在接收机侧不需要附加的信号处理或处理开销，因为该方案利用一 系列“已知的”预留子载波进行操作。接收机知道或者使接收机知道预留 子载波的位置，并且本质上忽略那些预留子载波中的信号。
在DVB-T2和DVB-C2中，存在大量子载波，大概多于10,000。在这 样的实现方式中，根据音调预留方案所预留的子载波的数目代表了可用的 子载波的总体数目中非常小的百分比。
在OFDMA上行链路系统中，每个电缆调制解调器只接入相对很少的 OFDMA符号的子载波(例如，32个子载波)，这使得音调预留在容量方 面十分浪费。在这样的实现方式中，甚至预留两个子载波代表了在专用于 音调预留方案的可用子载波的百分比方面的显著增加，这基于容量损失量 可能是非常不可接受的。在这方面，一些其他的PAPR降低实现方式可能 更加合适。
出现的困难在于，实现其他常规的PAPR降低方案(例如，OFDM中 所采用的那些技术中的其他技术)通常需要随着OFDM信号包括要发送的 边(side)信息。本领域技术人员认识到，该OFDM PAPR降低技术不适 于OFDMA实现方式，因为简单地发送边信息的合理能力不存在。
长期演进或LTE标准在上游中使用单载波FDMA(SC-FDMA)。该 技术实现了相对较低的PAPR。然而，发明人所进行的容量研究指明SC- FDMA对于混合光纤/同轴电缆系统可能不是优选的技术。这是因为， OFDMA实现起来更加简单，在数据载波和导频载波的布置方面提供更高 的灵活性等级，并且产生比SC-FDMA更高的频谱效率，以及其他优点。 然而，SC-FDMA实际上是单载波传输，并且具有非常低的PAPR，这对 于降低手机的功率消耗十分有益。
基于前述，如果在总体数据信号容量方面没有较大损失的情况下，可 以实现用于达到PAPR方面的一些降低的简化方案，则在混合光纤/同轴电 缆系统中继续采用OFDMA调制将是有利的。
根据本公开的系统和方法的示例性实施例可以针对根据DOCSIS标准 进行操作的系统在OFDMA调制中实现独特的PAPR降低技术或方案(或 算法)。
示例性实施例可以以对可用数据信号容量的数目不产生那么负面影响 的方式实现类似于可归属于音调预留方案的结果的结果。
示例性实施例可以尤其适用于下一代电缆网关和/或下一代电缆调制解 调器。这些下一代电缆网关和/或下一代电缆调制解调器可以在先进的混合 光纤/同轴电缆系统中找到特定的效用。适用的电缆网关/调制解调器可以 包括电缆网关片上系统(SOC)配置。
示例性实施例可以提供用于在OFDMA调制系统中实现PAPR降低的 新的技术或方案。所公开的技术或方案也可以在OFDM调制系统中找到适 用性。然而，对于OFDM，也可以替代地采用已知的音调预留技术或方 案。所公开的技术或方案对于下行链路也可以是有用的。
尽管将示例性实施例开发为具体适用于混合光纤/同轴电缆系统，但这 些示例性实施例可以提供在其他形式的数字通信(包括在未来的无线协 议)中找到同样有利的应用。
示例性实施例可以在不消耗大量数据信号容量或者显著增加针对实现 方式所需的处理功率的同时，以与常规的音调预留技术相比较的水平完成 PAPR降低。示例性实施例可以相应地实现相对较低的实现成本。
在下面示例性实施例的详细描述中，对所公开的系统和方法的这些特 征和其他特征、以及优点进行描述，或者从下面示例性实施例的详细描述 中显而易见地得出所公开的系统和方法的这些特征和其他特征、以及优 点。
所公开的系统和方法可以在下一代电缆网关和/或下一代电缆调制解调 器中针对OFDMA调制实现独特的PAPR降低技术或方案。这些电缆网关 和电缆调制解调器可以包括电缆网关片上系统(SOC)。可以在基于 DOCSIS标准的系统中实现所公开的技术或方案，并且所公开的技术或方 案针对根据所公开的系统和方法的示例性实施例的那些技术或方案一般指 代该特定效用。然而，本公开中所描述和所描绘的示例性实施例不应该被 解释为具体限于适用于任何特定通信标准或者经由任何特定网关、调制解 调器、带宽或设备的通信。如上面简略指出的，所公开的系统和方法可以 在其他通信方案(包括无线通信方案等)中找到大量适用性。
对例如任何特定网关中央或调制解调器中央系统或设备的具体引用应 该被理解为仅仅是示例性，而非以任何方式限制为任何特定的设备类别 (包括电缆网关或电缆调制解调器设备)。将根据本公开的系统和方法描 述为尤其适用于被托管(host)于电缆骨干(包括混合光纤/同轴电缆骨 干)上，而不应该将其考虑为仅限于这样的实现方式、系统或设备，其 中，混合光纤/同轴电缆骨干例如在结构中可以提供到调制解调器的同轴连 接。
在随后的描述中将对所公开的系统和方法的各个特征和优点进行陈 述，并且这些特征和优点至少部分地将从描述中变得显而易见，或者可以 通过实施本公开中所描述的特征来学习这些特征和优点。如所附权利要求 中所具体指出的，可以通过各个元件以及那些元件的组合的方式来实现并 且获得根据本公开的系统和方法的特征和优点。尽管对具体的实现方式进 行了讨论，但应当理解，这只是出于说明的目的而完成。相关领域的技术 人员将认识到，可以在不背离本公开的主题的精神和范围的情况下，使用 其他部件和配置。
按照惯例应当理解，OFDM的幅度概率密度函数是具有与平均功率相 比相对较大的峰值功率的高斯函数(Gaussian)。在DVB-T2和DVB-C2 中，用于PAPR降低的音调预留算法预留OFDM信号中大约1-2％的子载 波，以用于PAPR降低。
图1示出了使用OFDMA上行链路的电缆系统100的简单示意图，其 中，电缆系统100可以根据本公开有利地采用PAPR降低技术或方案。如 图1所示，多个电缆调制解调器(CM 1、CM 2、CM 3、CM(N))110- 140可以被连接到共同的电缆调制解调器基站或者电缆调制解调器终端系 统或CMTS 150。本领域技术人员认识到，术语“CMTS”一般指代例如 位于电缆服务提供商的集线器站点设施处的通信设备。可以使用CMTS 150来在CMTS 150之间作为电缆调制解调器基站向各个电缆消费者或用 户的多个CM 110-140提供高速数据服务(包括电缆互联网服务)，其 中，电缆服务提供商向各个电缆消费者或用户提供服务。CMTS 150和多 个CM 110-140通常全部共享单个OFDM符号。所共享的单个OFDM符号 例如可以包括4096个子载波，并且子载波可以是1024阶QAM或4096阶 QAM。由此，多个CM 110-140中的每个CM例如可以被分配以16个子载 波或32个子载波。
该子载波分配是所公开的主题的一个目标要解决的困难的根本原因。 由于多个CM 110-140中的每个CM只能接入相对较少的OFDM符号子载 波，因此，将用于PAPR降低的音调预留用于OFDMA是较为困难的。将 甚至多个CM 110-140中的每个CM的少量的子载波分配给音调预留的负 担对于多个CM 110-140中的每个CM的数据吞吐量而言具有显著不利的 影响。例如，如果多个CM中的每个CM具有32个子载波，则实现合理 的PAPR降低将需要预留32个子载波中的两个子载波。该预留将会导致 容量方面的显著降低(大于6％)。关于容量方面降低的该场景比向多个 CM 110-140中的一个或多个CM仅提供对OFDMA符号中的16个子载波 的接入的情形更加糟糕。
为了解决OFDMA调制该方面的独特性质，提出了新的信号处理技术 或方案。为了进行清楚和轻松的描述，假设利用4096-QAM来对可用于多 个CM 110-140之一的32个子载波进行调制，以使得根据标准，每个子载 波包括12比特信息。因此，在32个子载波中存在384个比特。所公开的 方案在32个子载波之间针对四个预定义的子载波中的每个分配两个预定 义的比特，或者一共8比特，以用于PAPR降低。这四个预定义的子载波 可以以任意的索引组合(例如，索引5、7、22和29)来随机间隔。在所 公开的PAPR降低技术或方案中存在这样的优点，即四个预定义的子载波 不是均匀间隔，或者对于间隔具有周期性的组分。在所提出的方案下，总 的容量损失是8/384，这近似于2％，因为八个预定义比特专用于PAPR降 低，并且不能用于数据传输。应当认识到，这只是一种示例性实现方式。
可以向针对32个子载波之中的四个预定义子载波中的每个子载波的 两个预定义比特指定根据标准所定义的比特位置。以这种方式，接收机将 被配置为“知道”这些位置。这些子载波中的每个子载波中的十个比特专 用于数据，而其他两个比特用于PAPR降低。可以将不同的比特组合 (0/0、0/1、1/0和1/1)用于预留位置，而无需对所接收的数据进行任何 区分，因为接收机简单地丢弃这八个预定义的预留比特。(OFDM快速傅 里叶逆变换(IFFT)之后的)每个组合将产生用于传输的不同信号，即， 从针对PAPR降低所预留的两个比特的可能的组合得出的用于IFFT的四 个可能的值。可以针对四个IFFT中的哪个具有最小峰值以及哪个比特组 合出现该结果做出确定。然后可以根据以上述方式(即，针对四个预定义 的子载波中的每个选择最小的IFFT，以使得根据所确定的最低的峰值幅度 来发送数据信号)实施的各个确定来顺序地对四个预定义子载波中的每个 中的两个预定义比特的比特组合进行设置。该顺序的搜索、确定以及设置 方案可以在包括数据信号的32个子载波之间针对PAPR降低达到最优 值。
尽管所公开的技术或方案被开发为利用少量的子载波来完成实现方 式，但所公开的技术或方案不限于这些实现方式，并且对于根据具有大量 子载波的标准和调制技术进行操作的系统可以找到适用性，认识到这一点 是十分重要的。那些实现方式在将所公开的方案应用到其调制技术方面也 可以找到优点。
所发送的具有较低峰值功率的信号对于功率放大器是友好的。所公开 的技术或方案的该特点使得其与电缆调制解调器应用中的实现方式更加兼 容。然而，当无线手机和便携式无线设备可以在不牺牲范围的情况下以降 低的功率进行操作时，该特点还将证明用在这些手机或设备中是有利的。
根据所公开的技术或方案，接收机根据已知的技术对信号进行解调。 接收机从四个预定义的子载波中的每个丢弃两个预定义比特，在发送机中 对这些预定义比特的值进行过设置以最小化峰值幅度。根据已知的方法对 其余的比特进行解码，从而从所发送的信号恢复所发送的数据。根据上面 所讨论的技术或方案的所有的信号处理无需例如任何边信息来进行。
上面具体描述的技术或方案仅呈现为示例。从上述技术或方案的偏离 例如可以包括进一步降低用于这些技术或方案的信号开销。在以上示例 中，将两个比特指定为被分配于四个子载波中的每个子载波中。在例如对 仅仅两个子载波分配两个比特方面修改该方案是可能的。仍然可以获得 PAPR降低，但比上述情形稍微小的值。优点在于伴随的容量损失降低到 大约只为1％。
回到上述示例，在该实例中，在四个预定义子载波中的每个子载波中 预定义两个比特，根据穷举方法，将产生要搜索的4×4×4×4或256个 组合。
应当注意，本公开包括用来降低PAPR降低方面的复杂性的方案。所 公开的主题值得注意的是在多个子载波中预留独立的比特。穷举方法将针 对256个组合中的每个组合应用IFFT，以形成OFDMA信号。当然，这将 总共需要256次IFFT，这是通过极端计算密集型的最多测量。而且，复杂 性随着预留比特的数目而指数型增长。例如，如果针对PAPR降低预留了 16比特(即，在八个子载波中的每个子载波中预留两个比特)，则穷举方 法将需要65536次IFFT。
根据本公开的PAPR降低技术或方案，避免了将IFFT应用到比特的 可能/潜在的组合中的每个组合的穷举、复杂并且极端计算密集型方法。根 据所公开的技术或方案，可能存在大幅降低复杂性的两种方法。一般地， 这两种方法涉及对预定义子载波进行独立搜索和隔离、查找用于区分 PAPR降低比特的组合的最小峰值、以及根据查找来设置PAPR降低比 特。
降低复杂性的第一种方法可以包括对预定义的四个子载波中预定义的 两个比特进行格雷(Gray)编码，即，对预定义的八个比特进行Gray编 码。然后只有预定义的比特之一将根据组合而改变值。所公开的方案通过 减法和加法将该更改考虑到IFFT输出中。可以通过下面的等式和伪代码 来说明该方案的示例：

此处，和X_k1是来自组合(n)和组合(n+1)的不同的子载波。由 于Gray编码，因此在一个组合与下一组合之间将总存在仅仅一个差别。 由于每子载波可以存在多达四个组合，因此，索引k₁和k₂可能是相同的。
上面的方法相对于穷举方法提供了某些益处。下面对用于实现上面所 讨论的益处(例如，减少计算)的替代方法进行详述。所提出的PAPR降 低技术或方案可以在效率方面产生更大的增加。再次注意，先前的状况保 持相同，即，针对四个预定义的子载波中的每个子载波存在两个预定义的 比特。以这种方式，针对每个预定义的子载波，如上面详细描述的，存在 四个比特组合。该替代方法对预定义的子载波之一进行独立搜索和隔离。 所提出的方案然后通过如下操作针对那一个所隔离的子载波查找最小峰 值：将IFFT应用到四个比特组合中的每个比特组合、以及在移到对四个 预定义的子载波中的下一子载波进行搜索之前针对这一个所隔离的子载波 设置比特组合。以这种方式，针对预定义的子载波中的第一个子载波进行 四次搜索，然而，对预定义的子载波中的第二个子载波进行四次搜索，以 此类推。结果，在所提出的PAPR降低技术或方案下，进行4×4或16次 搜索。该技术或方案利用显著的处理减少实现了可比的结果。
换言之，该方法可以使得独立针对预定义的四个子载波中的每个子载 波来最小化OFDMA信号的峰值成为可能。换句话说，优化问题对预定义 的四个子载波中的每个子载波可以是可分离的。可以将四维(4-D)优化 问题转换为四个一维(1-D)优化问题。更一般地，可以将M维优化转换 为M个一维优化。这当M的值很大时是十分有效的(甚至如在上面所讨 论的示例性公开的方案的情形中M为4时)。下面将对此进行更加详细的 解释。
所公开的系统和方法通过如下操作来实现PAPR降低技术或方案：首 先对第一个预定义子载波的两个预定义的星座比特的四个可能/潜在的比特 组合进行评估，以及对四个可能/潜在的比特组合中的哪个组合在IFFT之 后给出最小峰值幅度进行确定。可以将该组合表示为C1。该方案然后保 存组合C1以用于四个预定义子载波中的第一个子载波，并且转到四个预 定义子载波中的第二个子载波。由此，所公开的方案类似地对第二个预定 义子载波的两个预定义比特的组合C2进行确定，该组合C2在IFFT之后 给出最小峰值幅度。然后保存C1和C2以用于前两个预定义子载波，该方 案前进到第三个预定义子载波，并且查找针对该子载波的两个预定义比特 的组合C3，组合C3在IFFT之后给出最小峰值幅度。该方法对针对前三 个预定义子载波所确定的C1、C2和C3进行保存，并且对第四个预定义 子载波的两个预定义比特进行优化，作为C4。所发送的预定义比特的最 终组合是对四个预定义子载波的两个预定义比特(被设置为C1、C2、C3 和C4)的IFFT。
该技术或方案在通过将指数型复杂度问题降低为线性复杂度问题来实 现显著的效率方面是很有力的。在所公开的示例中，搜索空间为256次。 当一个子载波被优化时(每个具有四个组合)，针对四个子载波的搜索空 间被减小为16次。考虑M个子载波的情形，上面的技术或方案将搜索空 间从2^2M减小到仅为4M。另一有用的组合将是选择M＝8。然后将65536个 组合的搜索空间减小到仅为32。因此，所公开的方法在将概念潜在地扩展 到更大的OFDMA分段或具有相对较大的IFFT大小的OFDM方面是有用 的。
在实施例中，尤其针对OFDMA可以实现附加的计算简化。如果系统 中的每个电缆调制解调器只对4096点OFDMA符号中的32个子载波进行 调制，则所公开的方案在优化处理的过程中可以利用更小的IFFT(例如， 大小128)来工作。在获得最优集{Ck}之后，可以采取完整的IFFT。这些 是可以考虑来对实现算法的实际实现方式、硬件或软件进行优化的因素。
应当认识到，将四个预定义子载波中的每个子载波的两个预定义比特 设置为这些子载波中最高有效位(MSB)，这是优选的。例如，在4096 QAM的情形中，比特b11和b10可以是针对PAPR降低所预留的两个预定 义比特。在这样的实现方式中，双态(toggling)比特b11对星座点的Y 组分的符号进行更改，并且双态b10对星座点的X组分的符号进行更改。 因此，对比特{b11，b10}的四个组合进行分析使得子载波经历其四个“最 大”值变化或者最显著的值变化。通过将MSB分配为针对PAPR降低的 预定义比特，可以预计性能损失。这已通过仿真进行了研究，并且性能损 失已被量化为0.1dB，这小到足以被认为可以忽略。
在仿真中已经示出了通过所公开的方案所实现的PAPR降低优于例如 通过针对OFDMA的音调预留技术在DVB-T2中所实现的相应降低。在仿 真中，已经确定，通过分配四个子载波和八个子载波以用于PAPR降低所 获得的PAPR降低增益大体等于或者优于可以根据常规方法实现的那些 PAPR降低增益。另外，该方案可以以容量换取PAPR降低。应当注意， 在每个子载波中，只分配两个比特来用于PAPR降低。子载波的其余比特 包含正常数据。
实现所公开的用于PAPR降低的技术或方案的目标和/或优点可以包括 如下方面。所公开的技术或方案可以甚至在被分配给电缆调制解调器或者 手机的子载波数目相对较小时仍对OFDMA实现较好的PAPR降低。实现 所公开的技术或方案并且实现较好的PAPR降低的容量开销是最小的。通 过将M维优化转换为M个一维优化(即，将指数型复杂度问题映射为线 性复杂度问题)来实现在实现所公开的用于获得较好的PAPR降低的技术 或方案中的计算复杂度。所公开的技术或方案在音调预留方法上进行了改 进，当被分配给电缆调制解调器或手机的子载波数目较小时，音调预留方 法对于OFDMA不能有效地工作。甚至当子载波数目可能显著增长时，可 以针对OFDM将所公开的技术或方案扩展为对音调预留算法的替代。
应当注意，已经通过示例而非限制，对所公开的技术或方案进行了解 释。
图2示出了根据本公开用于实现PAPR降低技术或方案的示例性系统 200的框图。
示例性系统200可以包括用户接口210，通过用户接口210，用户可 以与示例性系统200进行通信，并且发起示例性系统200的用于实现所公 开的PAPR降低技术或方案的操作。应当认识到，可以通过示例性系统 200在从发送机设备260发送数据信号之前自动地将PAPR降低技术或方 案应用到数据信号。另外或附加地，可以根据经由用户接口210的用户输 入由示例性系统200的用户来操纵PAPR降低技术或方案。用户接口210 可以被配置为一个或多个常规机制，这一个或多个常规机制准许用户向示 例性系统200输入信息。用户接口210例如可以包括整体键盘、或具有用 于向示例性系统200传输命令和信息的“软”按钮的触摸屏。用户接口 210替代地可以包括麦克风，通过麦克风，用户可以向示例性系统200提 供由语音识别程序或其他进行“翻译”的口头命令。用户接口210另外可 以包括用于示例性系统200的用户操作并且与示例性系统200进行数据交 换的任意其他类似的设备。用户可以经由用户接口210进行输入来简单地 开启示例性系统200，从而针对示例性系统200发起PAPR降低技术或方 案。
示例性系统200可以包括一个或多个本地处理器，以用于单独进行由 示例性系统200实施的处理和控制功能。(一个或多个)处理器220可以 包括至少一个常规的处理器或者微处理器，该至少一个常规的处理器或微 处理器根据所公开的PAPR降低技术或方案对用于预处理数据传输信号的 指令和处理进行解释和运行。
示例性系统200可以包括一个或多个数据存储设备230。这样的(一 个或多个)数据存储设备230可以被用来存储数据、以及要被示例性系统 200(尤其是(一个或多个)处理器220)使用的操作程序或应用。(一个 或多个)数据存储设备230可以包括随机存取存储器(RAM)或对由(一 个或多个)处理器220运行的指令和信息进行存储的另一种动态存储设 备。(一个或多个)数据存储设备230还可以包括只读存储器(ROM)， ROM可以包括常规的ROM设备或对由(一个或多个)处理器220运行的 指令和静态信息进行存储的另一种静态存储设备。(一个或多个)数据存 储设备230一般是集成于示例性系统200的那些数据存储设备。另外， (一个或多个)数据存储设备230可以包括示例性系统200外部的远程数 据存储设备，该远程数据存储设备与示例性系统200进行数据通信。至少 一个数据存储设备可用于对实现指令进行存储，这些实现指令用于由示例 性系统200或另一通信设备(例如，电缆调制解调器)以上面所讨论的方 式所实施的PAPR降低技术或方案，该另一通信设备可以与示例性系统 200相关联。
示例性系统200可以包括至少一个数据显示设备240，该至少一个数 据显示设备240可以被配置为一个或多个常规的机制，该一个或多个常规 的机制以示例性系统200的各种操作模式向示例性系统200的用户显示用 于示例性系统200的操作的信息，或者用于显示例如在由示例性系统200 进行的PAPR降低技术或方案的操作的状态方面的可用信息。
示例性系统200可以包括PAPR降低实现设备250。PAPR降低实现设 备250可以是具体部件，该具体部件可以与(一个或多个)处理器220相 结合进行操作和/或可以使用存储于(一个或多个)数据存储设备230内的 信息(例如，数据)，或者可以根据PAPR降低实现设备250其自己内的 内部程序和/或所存储的信息自主地进行操作。PAPR降低实现设备250可 以替代地是(一个或多个)处理器220中的至少一个的功能。PAPR降低 实现设备250可以根据所公开的技术或方案被具体编程、或使用来对例如 由发送机设备260所发送的信号进行格式化。
示例性系统200可以包括发送机设备260，发送机设备260可以是电 缆调制解调器，或者可以是被配置为根据DOCSIS标准或实现OFDMA调 制或者二者进行操作的另一设备。发送机设备260可以将具有多个PAPR 降低比特的子载波集发送至接收机设备280。发送机设备260可以在示例 性系统200内或者与示例性系统200相关联。相反，示例性系统可以在发 送机设备260(例如，电缆调制解调器)内或者与发送机设备260相关 联。
可以通过一个或多个数据/控制总线270来连接如图2所描绘的示例性 系统200的各种部件中的全部部件。(一个或多个)数据/控制总线270可 以在示例性系统200的各个部件之间提供内部有线或无线通信，因为所有 这些部件被整体地容纳在示例性系统200内，或者被分离地容纳并且与示 例性系统200进行有线或无线通信。
应当预期，可以将示例性系统200的各个所公开的元件作为单个部件 或者部件的组合来安排在子系统的组合中。可以将所有所描绘的部件集成 于单个单元，该单个单元为是示例性系统200，并且包括一个或多个发送 机设备260。另外，单个部件、或者部件的组合可以单独呈现，并且与示 例性系统200的单个部件中的其他部件或者与一个或多个发送机设备260 进行有线通信或无线通信。换言之，没有将特定配置作为包括一个或多个 发送机设备260的集成单元，或者作为与一个或多个发送机设备260相关 联的独立的支持单元，因为示例性系统200由图2中的描绘进行暗示。
所公开的实施例可以包括根据本公开用于实现PAPR降低技术或方案 的示例性方法。图3示出了这样的示例性方法的流程图。如图3所示，该 方法的操作开始于步骤S3000，并且前进到步骤S3100。
在步骤S3100中，可以对“M”个预定义子载波进行识别，在这 “M”个预定义的子载波中，包括预定义的PAPR降低比特对。该方法的 操作前进到步骤S3200。
在步骤S3200中，可以对“M”个预定义子载波中的第一个预定义子 载波中的预定义的PAPR降低比特对进行识别。该方法的操作前进到步骤 S3300。
在步骤S3300中，可以例如通过应用IFFT来对针对所识别的预定义 PAPR降低比特对的值的四个可能的组合进行单独评估，从而针对“M” 个预定义子载波中的第一个预定义子载波确定产生最小峰值幅度的比特组 合。该方法的操作前进到步骤S3400。
在步骤S3400中，可以将“M”个子载波中的第一个子载波中的每个 预定义的PAPR降低比特对设置为被评估为针对“M”个预定义子载波中 的第一个预定义子载波产生最小峰值幅度的值。该方法的操作前进到步骤 S3500。
在步骤S3500中，可以对“M”个预定义子载波中的另一个预定义子 载波中的预定义的PAPR降低比特对进行识别。该方法的操作前进到步骤 S3600。
在步骤S3600中，可以例如通过应用IFFT来对针对所识别的预定义 PAPR降低比特对的值的四个可能的组合进行单独评估，从而针对“M” 个预定义子载波中的该另一个预定义子载波确定产生最小峰值幅度的比特 组合。该方法的操作前进到步骤S3700。
在步骤S3700中，可以将“M”个子载波中的该另一个子载波中的每 个预定义的PAPR降低比特对设置为被评估为针对“M”个预定义子载波 中的该另一个预定义子载波产生最小峰值幅度的值。该方法的操作前进到 步骤S3800。
步骤S3800是确定步骤。在步骤S3800中，确定“M”个预定义子载 波中的所有预定义子载波是否已被评估。
如果在步骤S3800中，确定“M”个预定义子载波中不是所有预定义 子载波被评估，则该方法的操作返回至步骤S3500。
如果在步骤S3800中，确定“M”个预定义子载波中的所有预定义子 载波已被评估，则该方法的操作前进至步骤S3900。
在步骤S3900中，可以从发送机侧设备发送数据信号，所有的预定义 PAPR比特对被设置为针对“M”个预定义子载波中的每个预定义子载波 产生最小峰值幅度的评估的值。该方法的操作前进至步骤S4000，至此， 该方法的步骤结束。
所公开的实施例可以包括存储指令的非暂态计算机可读介质，当这些 指令由处理器运行时，可以使得处理器运行上面所概述的方法的步骤。
上述示例性系统和方法参照某些常规的“已知”方法或部件，以提供 对合适的通信和处理环境的简洁的一般描述，在这些通信和处理环境中， 可以出于熟悉性和便于理解的目的来实现本公开的主题。尽管不需要，但 可以至少部分地以硬件电路、固件或软件计算机可运行指令的形式来提供 本公开的实施例，从而实施上述具体功能，包括要由处理器运行的程序模 块，该处理器可以运行所公开的用于实现PAPR降低技术或方案的方案。 一般地，程序模块被理解为包括例程、对象、组件、数据结构，等等，这 些例程、对象、组件、数据结构等执行特定任务或者实现支持诸如所公开 的实现功能之类的具体功能的特定数据类型。
本领域技术人员应当理解，可以根据所建立的电缆网络在通信环境中 实施所公开的主题的其他实施例。可以利用许多类型的通信设备(可以包 括，但不限于，电缆网关、电缆调制解调器)并且利用通信设备和/或计算 系统的许多不同的固定、半固定、或移动类别和配置来运行所公开的通信 方案。
可以在分布式网络通信环境中实施实施例，在分布式网络通信环境 中，由上面大体概述的本地处理系统和设备来执行任务，可以经由协作通 信网络通过硬线链路、无线链路或两者的组合来将这些本地处理系统和设 备中的一些部件相互链接。在分布式网络环境中，程序模块以及任何所存 储的数据或程序可以位于本地数据存储设备和远程数据存储设备二者中。
如上面所简洁指出的，根据本公开的实施例还可以包括计算机可读介 质，该计算机可读介质具有存储的计算机可运行指令或者记录在其上的数 据结构，可以由例如移动通信设备或固定通信设备中的特定模块或设备或 者系统来对存储的计算机可运行指令或者记录在其上的数据结构进行访 问、读取以及运行。这样的计算机可读介质可以是能够由运行PAPR降低 技术或方案的这样的设备中的处理器或者与这样的设备进行通信的处理器 来访问的任意可用介质。通过示例而非限制的方式，这样的计算机可读介 质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM、DVD-ROM、闪存驱动 器、指状驱动器、数据存储器卡或者能够被用来以可访问的计算机可运行 指令和/或数据结构的形式承载或存储所期望的程序要素或步骤的其他模拟 或数字数据存储设备。当通过网络或另一通信连接来传送或提供信息时， 接收处理器适当地将连接视为计算机可读介质。因此，将任何这样的连接 适当地称为计算机可读介质。出于本公开的目的，上面的组合也应该被包 括在计算机可读介质的范围内。
例如，计算机可运行指令包括非暂态指令和数据，可以分别运行并且 访问非暂态指令和数据，以使得通信部件(包括无线通信部件)或与这样 的部件相关联的处理器单独或者组合地执行上述功能中的某些功能。计算 机可运行指令还可以包括远程存储以由通信设备或系统进行访问的程序模 块，当使得该通信设备或系统跨任意可用的通信链路(尤其上面的示例性 方式中所描述的那些)进行通信时，这些程序模块由该通信设备或系统中 的处理器运行。
示例性描绘的可运行指令序列、或者用于运行那些指令的相关联的数 据结构表示用于实现步骤中所描述的功能的相应动作序列的一个示例。如 图3所示，该方法的步骤不意欲隐含所有所描绘和所描述的步骤必须作为 完整方法的一部分来运行，或者必须以任何特定的顺序来运行这些步骤， 除了可以必要地推断出所描绘和所描述的步骤之一是完成所描绘和所描述 的步骤中的另一步骤的必要在先条件之外。适当时，可以顺序地或者并列 地运行所描绘和所描述的步骤。
尽管上面的描述可以包含具体的细节，但这些细节不应该被解释为以 任何方式对权利要求进行限制。所公开的系统和方法的所描述的实施例的 其他配置是本公开的范围的一部分。例如，可以将本公开的原理应用到每 个单独的通信设备中，其中，每个单独的通信设备可以根据所公开的系统 约束或者方法步骤独立地进行操作。这使得每个独立的通信设备的用户能 够使用本公开的益处，即使大量可能的应用中的任何一个应用不需要本公 开所描绘和所描述的功能的具体方面。换言之，可以存在独立的通信设备 的多个实例(包括电缆调制解调器)，各种可能的方式中的每个处理信号 内容会影响所公开的PAPR降低技术、方案、处理、方法或算法。所公开 的系统不一定为一个单一系统、网络或其他，这一个单一系统、网络或其 他由所有端用户使用或者由每个通信设备或系统、电缆网关、电缆调制解 调器等共同承担。因此，所附权利要求及其合法等同对本公开进行了唯一 限定，而非任何给出的具体示例。