CN101001137A - 支持多用户复用的设备和方法 - Google Patents

Abstract

按照本发明的一方面，一种基站支持多用户复用的方法，包括如下步骤：基站对用户设备的数据执行PAM调制；基站把用户设备的PAM符号映射到子载波的I支路或者Q支路；基站综合多个用户设备的PAM符号合成子载波上传送的调制符号。采用本发明的方法，用户设备的信号将在两倍于现有方法或者更多的子载波上传输，尤其是当用户的信息块比较小时，用户信息在更多的子载波上传输将获得更有效的频率分集增益。基站在传输ACK/NACK等信号时，考虑到占用资源的限制，基站分配给一个用户设备的ACK/NACK资源很有限，利用本发明的方法，ACK/NACK将在两倍于现有方法的子载波上传送，频率分集效果好，从而性能得到提高。

Description

支持多用户复用的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种多用户复用的设备和方法，更具体的说涉及在一种在多载波系统中支持多用户复用的设备和方法。

背景技术

现在，3GPP标准化组织已经着手开始对其现有系统规范进行长期的演进(LTE)。在众多的物理层传输技术当中，正交频分复用(OFDM)技术以其较高的频谱利用率，较低的处理复杂度，成为所有下行方案中比较有前途的一种。

OFDM技术本质上是一种多载波调制通信技术，其基本原理是把一个高速率的数据流分解为若干个低速率数据流在一组相互正交的子载波上同时传送。OFDM技术由于其多载波性质，在很多方面具有性能优势。(1)OFDM技术一个显著的优势是由于数据分别在多个子载波上并行传输，每个子载波上的符号的长度相应的增长，对信道时延不敏感；通过进一步给每个符号上加入保护间隔，即引入循环前缀(CP，Cyclic Prefix)，在信道时延小于循环前缀长度的情况下，可以完全消除符号间干扰(ISI)。这样，每个子载波都经历了平坦衰落信道。(2)OFDM技术的频谱利用率高，OFDM信号在频域上实际是有交叠的，这种交叠在很大程度上提高了频谱利用率。(3)OFDM技术的抗窄带干扰和频率选择性衰落的能力较强。通过信道编码和交织可以使OFDM具有频率分集和时间分集作用，从而有效地对抗窄带干扰和频率选择性衰落。(4)OFDM技术调制可通过基带IFFT变换实现，而IFFT/FFT有成熟的快速计算方法，可以方便的在DSP芯片和硬件结构中实现。

根据现有的关于LTE的讨论结果，如图1所示，在LTE系统中的无线资源以帧为结构(101-103)，帧长与WCDMA相同，为10ms；每个无线帧细分为多个子帧(104-107)(目前的假设是每帧包含20个子帧，子帧长为0.5ms)；每个子帧根据承载的业务等的不同包含多个OFDM符号，短CP子帧包含7个符号(108)，长CP子帧包含6个符号(109)。

在传统OFDM系统中，有两种基本的信道划分的方式。第一种是局部式传输信道，即把相邻的一些子载波作为资源块划分为一个信道，这种方法有利于利用多用户分集，从而提供更高的系统吞吐量。另一种是分布式传输信道，即分配给某一个用户的资源以一定的规律分散到整个或者部分频带中，从而频率分集的增益比较大。这两种信道划分方式各有优势并相互补充，可以同时应用于同一子帧中，从而在一个子帧内对一些用户获得多用户分集增益，对另外一些用户得到频率分集增益。在上述两种资源分配方式中，子载波都是频率资源分配的最小粒度，即一个子载波将被唯一的分配给一个用户。

在通信系统中，基站首先对用户设备的数据进行调制然后发射信号。调制信号的方式有多种，比如脉冲幅度调制(PAM)、正交幅度调制(QAM)。图2是2PAM调制的一个星座图的示意图，2PAM调制也就是BPSK调制。图3是4PAM调制的一个星座图的示意图。图4是4QAM调制的一个星座图的示意图，4QAM调制也就是QPSK调制。图5是16QAM调制的一个星座图的示意图。

在通信系统中，为了实现对数据的准确传输引入了自动重传的机制(ARQ)。在高速下行数据接入(HSDPA)系统和LTE系统中将要采用的混和ARQ(Hybrid ARQ)是一种更加先进的在物理层支持ARQ技术。在物理层支持HARQ技术时要求接收方发送信号指示某个数据包是否正确接收。当数据包接收正确时发送确认信号(ACK)，当数据包接收错误时发送否认信号(NACK)。发送ACK/NACK的技术有很多种，多个用户的ACK/NACK可以通过时分复用、频分复用或者码分复用在一起传输。

在上面提到资源分配方式，基站把某个子载波唯一的分配给某一个用户设备。这样当用户设备信息的比特数比较少时，用户设备的信息只在很少数目的子载波上传送，这在一定程度上限制了频域分集的效果。这个问题在下行传送ACK/NACK时更加明显，假设各个用户设备的ACK/NACK采用频分复用的方式传送，考虑到分配给每个用户设备的ACK/NACK的子载波数目会比较小，频率分集效果更加有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种支持多用户复用的设备和方法，进一步发掘频率分集作用，提高信息传输的性能。

按照本发明的一方面，一种基站支持多用户复用的方法，包括如下步骤：

a)基站对用户设备的数据执行PAM调制；

b)基站把用户设备的PAM符号映射到子载波的I支路或者Q支路，同时基站综合多个用户设备的PAM符号合成子载波上传送的调制符号。

按照本发明的另一方面，一种用户设备解多用户复用的方法，包括如下步骤：

a)用户设备接收基站发送的由多个用户设备数据合成的子载波符号；

b)用户设备对这些子载波符号携带其信息的I支路或者Q支路进行解调。

按照本发明的另一方面，一种基站支持多用户复用的设备，包括：

a)PAM调制模块，用于基站对用户设备的数据进行PAM调制；

b)映射和合成模块，用于基站把用户设备的PAM符号映射到子载波的I支路或者Q支路，同时综合多个用户设备加权后的PAM符号合成子载波上传送的调制符号，这个模块根据用户设备的功率需求对信号进行加权。

按照本发明的另一方面，一种用户设备解多用户复用的设备，包括：

a)OFDM解调模块，用于解调从基站接收的信号；

b)解调模块，根据数据是在I值路还是在Q值路传送，结合信道估计值对子载波上携带其信息的I支路或者Q支路进行解调。

采用本发明的方法，用户设备的信号将在两倍于现有方法或者更多的子载波上传输，尤其是当用户的信息块比较小时，用户信息在更多的子载波上传输将获得更有效的频率分集增益。基站在传输ACK/NACK等信号时，考虑到占用资源的限制，基站分配给一个用户设备的ACK/NACK资源很有限，利用本发明的方法，ACK/NACK将在两倍于现有方法的子载波上传送，频率分集效果好，从而性能得到提高。

附图说明

图1是LTE系统的帧结构；

图2是2PAM的一个星座图的示意图；

图3是4PAM的一个星座图的示意图；

图4是4QAM的一个星座图的示意图；

图5是16QAM的一个星座图的示意图；

图6是基站实现多用户复用的设备图；

图7是用户设备解多用户复用的设备图；

图8是基站处理ACK/NACK等映射为比特序列传输的数据时的流程图；

图9是基站处理需要进行信道编码的数据块时的流程图；

图10是基站把用户设备的数据全部映射到子载波的I支路的硬件示意图；

图11是基站把用户设备的数据映射到子载波的I支路或者Q支路的硬件示意图；

图12是基站把用户设备的数据全部映射到分布式传输信道的I支路的示意图；

图13是基站把用户设备的数据交替映射到分布式传输信道的子载波I支路和Q支路的示意图；

图14是基站把用户设备的数据全部映射到局部式传输信道的I支路的示意图；

图15是基站把用户设备的数据交替映射到局部式传输信道的子载波I支路和Q支路的示意图；

图16是基站发射机硬件框图的一个示例；

图17是用户设备接收机硬件框图的一个示例。

具体实施方式

本发明提出一种多用户复用的方法，即两个或者多个用户设备复用在同一个子载波，也就是说两个用户分别占用子载波的I支路或者Q支路之一，或者对子载波的I支路和Q支路做进一步分解从而复用多个用户。包括如下步骤：

基站的操作：

1)基站对用户设备的数据执行PAM调制；

2)基站把用户设备的PAM符号映射到子载波的I支路或者Q支路，同时基站综合多个用户设备的PAM符号合成子载波上传送的调制符号；

本发明在步骤1)中用到的PAM调制的星座图对应于系统采用QAM调制的星座图的I支路。本发明步骤2)的一种映射方法是基站把用户设备的数据全部映射到子载波的I支路，或者全部映射到子载波的Q支路。本发明步骤2)的另一种映射方法基站把用户设备的数据交替映射到子载波的I支路和Q支路。本发明在步骤2)中把用户设备数据映射到子载波I支路或者Q支路的过程可以和把用户设备数据映射到局部式传输信道或者分布式传输信道的过程同时进行。

本发明在步骤2)中，基站完成对符号的加权，加权因子根据用户设备信号功率与公共导频功率的比值确定。可能的加权方法包括：

1)基站首先用适当的加权因子对用户设备的PAM符号加权，然后基站把加权后的PAM符号映射到子载波的I支路或者Q支路。

2)当复用在同一个子载波的两个用户设备的功率需求相等时，基站可以首先把用户设备的PAM符号直接映射到子载波的I支路或者Q支路，然后对子载波符号进行加权；

本发明对基站采用的具体的加权方法不做限制。

用户设备的操作：

1)用户设备接收基站发送的由多个用户设备数据合成的子载波符号；

2)用户设备对这些子载波符号携带其信息的I支路或者Q支路进行解调；

图6是本发明基站实现多用户复用的设备图。如图所示，用户设备1的数据(601)经过处理(编码或者映射为比特序列)后，基站对用户设备数据进行PAM调制(602)；同时基站对其他用户设备的数据(603)做相应的PAM调制(604)；接下来基站对综合处理多个用户设备的信号，把用户设备1和其他用户设备的PAM调制符号映射到子载波的I支路或者Q支路，基站在映射过程中同时实现用户设备数据到局部式传输信道或者分布式传输信道的映射(605)，模块(605)完成对符号的加权；最后基站对映射后的多用户信号进行OFDM调制等后续处理(606)。

图7是本发明用户设备解多用户复用的设备图。如图所示，用户设备首先对基站的信号进行OFDM解调等操作得到携带其信息的子载波符号(701)；然后用户设备依次对每个子载波，根据其数据是在I支路还是Q支路传送，结合信道估计值(702)在这个子载波对应的支路上执行解调(703)；最后用户设备对解调后的符号进行后续处理(704)。

实施例

图8是本发明基站处理ACK/NACK等映射为比特序列传输的数据时的流程图。对用户设备数据执行重复编码可以看作是把其数据映射为比特序列的一个特例。如图所示，基站把用户设备1的数据(801)映射为比特序列(802)后，基站对用户设备数据进行PAM调制(803)，然后基站用因子p1(804)对PAM调制之后的符号(803)进行加权(805)；同时基站对其他用户设备的数据(806)映射为比特序列(807)后做相应的PAM调制(808)，然后基站用相应的因子p(809)对PAM调制之后的符号(808)进行加权(810)；接下来基站对综合处理多个用户设备的信号，把用户设备1和其他用户设备的加权后的PAM调制符号(805，810)映射到子载波的I支路或者Q支路，基站在映射过程中同时实现用户设备数据到局部式传输信道或者分布式传输信道的映射(811)；最后基站对映射后的多用户信号进行OFDM调制等后续处理(812)。

图9是本发明基站处理需要进行信道编码的数据块时的流程图。如图所示，基站首先为用户设备1的数据(901)计算并添加CRC(902)；然后基站对用户设备1的数据进行信道编码和交织等操作(903)；接着基站对用户设备数据进行PAM调制(904)，然后基站用因子p1(905)对PAM调制之后的符号(904)进行加权(906)；同时基站对其他用户设备的数据(907)计算并添加CRC(908)后进行信道编码和交织(909)，然后对用户做相应的PAM调制(910)，接着基站用相应的因子p(911)对PAM调制之后的符号(910)进行加权(912)；接下来基站对综合处理多个用户设备的信号，把用户设备1和其他用户设备的加权后的PAM调制符号(906，911)映射到子载波的I支路或者Q支路，基站在映射过程中同时实现用户设备数据到局部式传输信道或者分布式传输信道的映射(9131)；最后基站对映射后的多用户信号进行OFDM调制等后续处理(914)。

图10是本发明基站用户设备的数据全部映射到子载波的I支路的硬件示意图。如图所示，用户设备1的数据(1001)经过处理(编码或者映射为比特序列)后，基站对用户设备数据进行PAM调制(1002)，然后基站用因子p1(1003)对PAM调制之后的符号(1002)进行加权(1004)；同时基站对其他用户设备的数据(1005)处理后做相应的PAM调制(1006)，然后基站用相应的因子p(1007)对PAM调制之后的符号(1006)进行加权(1008)，接着基站对加权后的信号(1009)乘以j(1009)；接下来基站把用户设备1的信号(1004)和其他用户设备的信号(1009)相加得到对应一个子载波传送的调制符号(1010)；最后基站对映射后的多用户信号进行OFDM调制等后续处理(1011)。

图11是本发明当基站用户设备的数据映射到子载波的I支路或者Q支路的硬件示意图。如图所示，用户设备1的数据(1101)经过处理(编码或者映射为一个序列)后，基站对用户设备数据进行PAM调制(1102)，然后基站用因子p1(1103)对PAM调制之后的符号(1102)进行加权(1104)；同时基站对其他用户设备的数据(1105)处理后做相应的PAM调制(1106)，然后基站用相应的因子p(1107)对PAM调制之后的符号(1106)进行加权(1108)；然后基站根据用户设备1需要在当前子载波的那个支路上传送信号判断，如果用户设备1的数据需要在I支路上传送，基站把其他用户设备加权后的调制信号(1108)乘以j(1110)，然后基站把用户设备1的信号(1104)和其他用户设备的信号(1109)相加得到对应这个子载波传送的调制符号(1111)；如果用户设备1的数据需要在Q支路上传送，基站把用户设备1加权后的调制信号(1104)乘以j(1109)，然后基站把用户设备1的信号(1109)和其他用户设备的信号(1108)相加得到对应这个子载波传送的调制符号(1112)；最后基站对映射后的多用户信号进行OFDM调制等后续处理(1113)。

图12是本发明基站把用户设备的数据全部映射到分布式传输信道的I支路的示意图。如图所示，子载波(1201-1206)组成分布式传输信道，基站把用户数据(1200)全部映射到子载波(1201-1206)的I支路。与图12类似，基站可以把用户设备的数据全部映射到分布式传输信道的Q支路。

图13是本发明基站把用户设备的数据交替映射到分布式传输信道的子载波I支路和Q支路的示意图。如图所示，子载波(1301-1306)组成分布式传输信道，基站把用户数据(1300)映射到子载波(1301，1303，1305)的I支路和子载波(1302，1304，1306)的Q支路。

图14是本发明基站把用户设备的数据全部映射到局部式传输信道的I支路的示意图。如图所示，子载波(1401-1406)组成局部式传输信道，基站把用户数据(1400)全部映射到子载波(1401-1406)的I支路。与图14类似，基站可以把用户设备的数据全部映射到局部式传输信道的Q支路。

图15是本发明基站把用户设备的数据交替映射到局部式传输信道的子载波I支路和Q支路的示意图。如图所示，子载波(1501-1506)组成局部式传输信道，基站把用户数据(1500)映射到子载波(1501，1503，1505)的1支路和子载波(1502，1504，1506)的Q支路。

图16给出了采用本发明方法时基站发射机硬件框图的一个示例。如图所示，基站把多个用户设备的信息(1601，1602)进行信道编码和交织，或者映射为比特序列(1603，1604)；然后基站对多个用户设备的数据进行PAM调制并映射到子载波的I支路或者Q支路(1605)；接下来对其执行OFDM调制(IFFT)(1606)，添加循环前缀(1607)，数/模变换(1608)，最后通过射频发射机(1609)和天线(1610)发射。

图17给出了采用本发明方法时用户设备接收机硬件框图的一个示例。用户设备通过天线(1701)和射频接收机(1702)接收来自基站的信号，经模/数变换(1703)，去除循环前缀(1704)，执行OFDM解调(FFT)(1705)，用户设备对子载波携带信息的I支路或者Q支路进行解调(1706)，然后用户设备处理得到基站发送的数据(1707)。

Claims (13)

1.一种基站支持多用户复用的方法，包括如下步骤：

a)基站对用户设备的数据执行PAM调制；

b)基站把用户设备的PAM符号映射到子载波的I支路或者Q支路，同时基站综合多个用户设备的PAM符号合成子载波上传送的调制符号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤a)中，所述PAM调制的星座图对应于系统采用QAM调制的星座图的I支路。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤b)中，基站把用户设备数据全部映射到分布式传输信道的子载波的I支路。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤b)中，基站把用户设备数据全部映射到分布式传输信道的子载波的Q支路。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤b)中，基站把用户设备数据交替映射到分布式传输信道的子载波的I支路或者Q支路。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤b)中，基站把用户设备数据全部映射到局部式传输信道的子载波的I支路。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤b)中，基站把用户设备数据全部映射到局部式传输信道的子载波的Q支路。

8.根据权利要求1)中的步骤b)，其特征在于基站把用户设备数据交替映射到局部式传输信道的子载波的I支路或者Q支路。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤b)中，基站对符号进行加权。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于加权因子根据用户设备功率需求与公共导频功率的比值确定。

11.一种用户设备解多用户复用的方法，包括如下步骤：

a)用户设备接收基站发送的由多个用户设备数据合成的子载波符号；

b)用户设备对这些子载波符号携带其信息的I支路或者Q支路进行解调。

12.一种基站支持多用户复用的设备，包括：

a)PAM调制模块，用于基站对用户设备的数据进行PAM调制；

b)映射和合成模块，用于基站把用户设备的PAM符号映射到子载波的I支路或者Q支路，同时综合多个用户设备加权后的PAM符号合成子载波上传送的调制符号，这个模块根据用户设备的功率需求对信号进行加权。

13.一种用户设备解多用户复用的设备，包括：

a)OFDM解调模块，用于解调从基站接收的信号；

b)解调模块，根据数据是在I值路还是在Q值路传送，结合信道估计值对子载波上携带其信息的I支路或者Q支路进行解调。

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