CN101005347A - 一种时频资源的分配方法 - Google Patents

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CN101005347A CN 200610006600 CN200610006600A CN101005347A CN 101005347 A CN101005347 A CN 101005347A CN 200610006600 CN200610006600 CN 200610006600 CN 200610006600 A CN200610006600 A CN 200610006600A CN 101005347 A CN101005347 A CN 101005347A
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曲秉玉
范霄安
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Abstract

本发明涉及一种时频资源的分配方法,包括:A、将时频平面从频域划分为若干个等宽度的子带;B、根据多项式生成偏置序列集合,每个子带分配一个偏置序列集合;C、由所述偏置序列生成一个子带内对应的时频位置组合,在每个子带内选取一个时频位置组合共同组成一个时频图案。对小区同频子带偏置序列集合的选取可以解决相邻同频小区信号间的干扰平均化问题。

Description

一种时频资源的分配方法
技术领域
本发明涉及通信技术,特别是涉及一种通信系统中一种时频资源的分配方法。
背景技术
利用地理区域进行区分的无线通信系统,例如蜂窝无线通信系统,通过划分地理上不同的通信区域而实现频率重用,以提高无线通信系统的容量。每一个通信区域可以被称为一个小区(cell)。采用简单的复用因子为一的频率资源分配时,不同小区采用相同的频率,因而工作于同一频率的不同小区的信号之间会相互干扰。
在第三代组织伙伴计划(3GPP,Third Generation Partnership Projects)技术报告中指出,EUTRA系统下行采用正交频分复用(OFDMA,OrthogonalFrequency Division Multiplexing Access)技术,用户数据可以有两种复用方式,即集中复用(Localized Transmission)和分散复用(Distributed Transmission)。所述Localized Transmission将一定时间单位(例如一个时隙)内一定数量的相邻子载波组合成最小时频资源单位分配给用户;所述Distributed Transmission将一定时间单位(例如一个符号周期)内一定数量不相邻的子载波组合成最小时频资源单位分配给用户,以达到频率分集的效果,每个这样的时频资源单位可以称为一个时频图案。
目前,现有技术中时频资源的分配方法有多种,下面以其中一种实现方法为例来说明。
将整个带宽划分为多个子带,每个子带包括相同数量的相邻子载波。每个子带再划分为若干个子载波单元(unit),每个子载波单元包括相同数量的相邻子载波。
在每个符号周期内,利用一个序列及其在定义域上的移位序列生成一系列互不相交的子时频图案,一个子时频图案由每个子带内选取一个子载波单元(unit)组成,所选的子载波单元在子带内的位置由对应的序列值决定,子时频图案的数量等于一个子带内所含的子载波单元个数。
在一个时隙内的每个可选符号上选取一个子时频图案组合成时隙内的一个时频图案,后一个符号上所选子时频图案对应序列是其前一个符号上所选子时频图案对应序列的定义域上的移位序列,移位位数为1。相邻同频小区采用本小区对应序列值域移位得到的序列生成子时频图案及时频图案,两小区任意两个时频图案间交点个数很少,可以减弱两小区业务信道间的相互干扰。所述交点指的是位置相同的时频格点,一个时频格点的大小是一个符号(symbol)区间内的一个子载波单元(unit),如图1中的一个方格表示。
如图1所示,如果时频平面包含300个子载波,将该时频平面划分为5个子带,每个子带划分为20个子载波单元(unit),每个子载波单元包含3个子载波。选取序列{16,0,2,10,12,3,13,18,8,11,1,17,15,14,7,5,19,4,9,6},共有20个子时频图案,其中的2个子时频图案对应的序列是:
子时频图案0的序列={16,0,2,10,12}
子时频图案1的序列={0,2,10,12,3}
子时频图案2的序列={2,10,12,3,13}
子时频图案3的序列={10,12,3,13,18}
子时频图案4的序列={12,3,13,18,8}
子时频图案5的序列={3,13,18,8,11}
子时频图案6的序列={13,18,8,11,1}
时频图案0用图中的灰色格点表示,6个符号周期依次对应子时频图案0到子时频图案5;时频图案1用图中的斜纹格点表示,6个符号周期依次对应子时频图案1到子时频图案6。
由此可见,这种方法中各小区的时频图案完全由一个序列及其在定义域和值域的循环移位序列决定。而在该方法中所选择的序列是一种特殊的序列,即假设序列的长度为Q,序列的值是从0到Q-1这Q个非负整数的一种排列。而在实际应用中,具有良好的相关性,从而使得小区信号间干扰平均化的序列并不限于这种序列,还可以是其它的序列。
另外,由该方法得到的本小区的任意一个时频图案与相邻小区的任意一个时频图案之间的交点位置也由原始的序列以及时频两域移位这种设计方法完全决定。
因此,现有技术的缺点是:各小区的时频图案完全由一个序列及其在定义域和值域的循环移位序列来决定,且本小区的任意一个时频图案与相邻小区的任意一个时频图案之间的交点位置也由原始的序列以及时频两域移位来决定。虽然所述序列具有良好的相关性,使得小区信号间干扰平均化,但是,具有良好相关性的序列并不限于这种序列,还可以是其它的序列,比如:伪随机序列序列(即PN序列)等。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种时频资源的分配方法,在一定的时间单位内,用户利用分配的资源可以获得良好的频率分集效果,同时通过偏置序列集合的选择解决干扰平均化的问题,并可通过偏置序列集合的选择以及生成时频图案的各子带时频图案组合的选择灵活设计干扰交点位置。
为解决上述问题,本发明提供一种时频资源的分配方法,所述方法包括步骤:
A、将时频平面从频域划分为若干个等宽度的子带;
B、由多项式 f ( i ) = Σ j = 0 k n j x ( i ) j , i=0,1,2,...L-1,生多个序列{f(i)},其中,k是非负整数,所述L是序列的长度,所述x(i)是一个参数方程,并且多项式中的乘法和加法运算均在伽罗华域GF(Q)中进行,其中Q=pm,p是一个素数,m是非负整数,nj是一系列参数,j=0,1,2,...k;把生成的序列分配给多个小区的同频子带,生成各小区该子带的偏置序列,其中,分配给同一小区的序列对应生成多项式的参数nq不同,其它参数nj,j≠q都相同,并且,分配给不同小区的序列对应生成多项式的k个参数nj,j≠q中只有一个参数不同;
C、由所述偏置序列生成一个子带内对应的时频位置组合,在一个或者多个子带内选取时频位置组合组成一个时频图案。
步骤B中所述参数方程x(i)由PN序列生成。
步骤B中所述参数方程x(i)由线性序列生成。
步骤B中所述参数方程x(i)由指数序列生成。
步骤B中所述参数方程x(i)由双曲序列生成。
所述由分得的序列集合生成小区的偏置序列的过程为:将分配的所有序列对时频图案的重复间隔值取模;组合一个或多个序列,或者组合一个或多个序列的片断。
所述由分得的序列集合生成小区的偏置序列的过程为:组合一个或多个序列,或者组合一个或多个序列的片断。
同一小区各子带的偏置序列集合可以相同也可以不相同。
选取k=1,不同的小区分配不同初始相位的PN序列通过有限域的加法运算生成的序列的集合。
选取k=1,参数方程x(i)通过对移位寄存器运行K次得到的寄存器状态生成。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:。本发明通过时频图案的设计,在满足用户可以获得良好频率分集效果的基础上,将干扰平均化的问题和干扰交点位置控制的问题都转化成偏置序列的选择问题。本发明利用了一种序列生成方式所得序列的良好特性,并且挖掘了该种生成方式的隐含特性,使得该方式得到的序列可以转化为时频图案的偏置序列,应用于时频资源分配的设计中。本发明还利用PN序列扩充了该种序列生成方式,为偏置序列的选择提供了更广阔的空间,同时由PN序列得到的偏置序列使得小区间干扰平均化的解决突破了原有的模式,变得更加灵活。
附图说明
图1是现有技术中采用时频资源的分配方法的一实施例的示意图;
图2是本发明所述时频资源的分配方法的流程图;
图3是本发明所述时频资源的分配方法中PN序列产生器的一实例示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
请参阅图2,为本发明所述时频资源的分配方法的流程图,所述方法包括:
步骤S11:将时频平面从频域划分为若干个等宽度的子带;;
步骤S12:由多项式 f ( i ) = Σ j = 0 k n j x ( i ) j , i=0,1,2,...L-1,生多个序列{f(i)},其中,k是非负整数,所述L是序列的长度,所述x(i)是一个参数方程,并且多项式中的乘法和加法运算均在伽罗华域GF(Q)中进行,其中Q=pm,p是一个素数,m是非负整数,nj是一系列参数,j=0,1,2,...k;把生成的序列分配给多个小区的同频子带,生成各小区该子带的偏置序列,其中,分配给同一小区的序列对应生成多项式的参数nq不同,其它参数nj,j≠q都相同,并且,分配给不同小区的序列对应生成多项式的k个参数nj,j≠q中只有一个参数不同;
步骤S13:由所述偏置序列生成一个子带内对应的时频位置组合,在一个或者多个子带内选取时频位置组合组成一个时频图案。
为了便于本领域的技术人员理解本发明,在说明本发明之前先介绍如下技术:
时频平面,可以看作有“时域”和“频域”形成的二维平面,所述“时域”即时间区间,所述时间区间可以是一个或若干个时隙(TTI),由若干个符号(Symbol)组成,将时间区间划分为M个时间单位,每个时间单位可以是一个或若干个Symbol;所述频域是由N个子载波组成。设定子带宽度,即每个时频图案在每个时间单位上占用子载波的间隔为n,在原来的N个子载波内的任意位置插入
Figure A20061000660000091
个虚子载波,得到
Figure A20061000660000092
个子载波。所述插虚入子载波的目的是保证将时频平面在频域内划分为等宽度的子带。之后,在所述
Figure A20061000660000093
个子载波上设计时频图案,所述虚子载波对应的位置将不用于存放用户的数据。这样插入虚子载波后的整个频带被划分为若干个子带,每个子带包含连续的n个子载波。其中一个子载波为一个频率单元,一般的可以定义多个子载波为一个频率单元。
定义一个长度为M的偏置序列OFFSET={O0,O1,...,OM-1},其中偏置序列的序号i为时间单位的序号,Oi为非负整数,表示一个子带内第i时间单元内占用的频率单元的标号。设每个时间单位上一个子带内的频率单元个数为n,则Oi<n。那么可以由该序列得到M个时频位置。对应于第一个子带内的M个时频位置,称为第一子带的第一个时频位置组合。在一个子带内n个正交的偏置序列对应的n个时频位置组合填满子带。
其他的子带重复上述过程,可以分别被n个时频位置组合填满,不同子带的偏置序列集合可以相同也可以不同。可以在每个子带内选择一个偏置序列所生成的时频位置组合,共同组成一个时频图案,共可以组成n个相互正交的时频图案,所述时频图案在每个符号周期内的每个子带内都有分布。
对于每个子带,不同小区按照一定的规则选择各自的偏置序列集合,且待选序列具有良好的相关性。
本发明为每个小区的每个子带选取偏置序列集合的主要步骤是:
a)多项式 f ( i ) = P [ x ( i ) ] = Σ j = 0 k n j x ( i ) j , i=0,1,2,...L-1,其中,所述L是序列的长度,所述x(i)是一个参数方程,并且多项式中的乘法和加法运算均在伽罗华域GF(Q)中进行,其中Q是一个素数p的幂,即Q=pm,m为非负整数。给定Q和k的值,和参数方程x(i),通过改变参数nj,计算得到不同的序列{f(i)},组成一个序列集合,所得集合中任意两个序列之间具有良好的相关性;
b)将所述多项式 f ( i ) = P [ x ( i ) ] = Σ j = 0 k n j x ( i ) j , i=0,1,2,...,L-1,改写成
P [ x ( i ) ] = n q x ( i ) q + Σ j = 0 q - 1 n j x ( i ) j + Σ j = q - 1 k n j x ( i ) j , q=0,1,2,...,k,选定其中q的值,所述序列集合根据产生序列的参数值划分为多个子集,每个子集内的序列只有参数nq不同,其余参数均相同;
c)将不同的子集分别分配给互相干扰的不同小区的一个同频子带;
d)在分得的子集中,组合一个或多个序列,或者组合一个或多个序列的片断生成一个偏置序列,进而生成小区该子带内所有的偏置序列,组成小区该子带的偏置序列集合。
e)重复步骤a)至d)或者步骤c)至d),得到各小区所有子带的偏置序列集合。其具体的实现过程为:
所述长度为L的序列{f(i)}由下面的k阶多项式计算得到
f ( i ) = P [ x ( i ) ] = Σ j = 0 k n j x ( i ) j , i=1,2,...L-1       (1)
在该多项式中,由参数方程x(i)可以得到一个定义于伽罗华域GF(Q)的序列,所述Q是一个素数p的幂,即Q=pm,并且所述多项式中的乘法和加法运算均在伽罗华域GF(Q)中进行,这对于本领域的技术人员来说已是公知技术,在此不再描述。在所述的多项式(1)中,先选定Q和k的值,且选定参数方程x(i)(以此选定序列{x(i)}),通过改变参数nj的值,可以得到一个序列集合,集合中任意两个序列具有良好的相关性。
其中所述参数方程x(i)对应的序列可以由以下四种方式实现,但是不限于这四种实现方式。其中由方式a)、b)和c)生成的序列集合内的序列具有良好相关性已经被证明,由方式d)生成的序列集合内的序列的相关性将在下面给出:
a)由线性序列生成
    x(i)=i,i=0,1,2,...,L-1,L=Q,          (2)
Q是素数,
nk-1是确定值,
所有其他参数nj取遍GF(Q)中的值;
b)由指数序列生成
x ( i ) = · α i , i=0,1,2,...,L-1,L=Q-1,         (3)
Q=pm
n1是确定值;
所有其他参数nj取遍GF(Q)中的值;
c)由双曲序列生成
x ( i ) = 1 / i , i = 1,2 , . . . , L - 1 0 , i = 0 L = Q , - - - ( 4 )
Q是素数;
所有参数nj取遍GF(Q)中的值;
d)由PN序列生成
下面以k=1的情况为例,具体介绍由PN序列生成序列集合的方法,并给出生成序列的性质的证明。
假设x(i)是由PN序列生成的序列。具体生成方式如下:
由于k=1,公式(1)简化为
                 f(i)=n0+n1x(i)          (5)
设PN序列产生器为一个m级带有线性反馈的移位寄存器,如图3所示。其生成多项式表示为g(X)=Xn+cn-1Xn-1+...+c1X+c0
给定移位寄存器的某个状态为 a → = ( a 0 , a 1 , . . . , a m - 1 ) , 其顺序为:a0是第一个寄存器的状态值。
定义有限域GF(pm)内的多项式
Figure A20061000660000114
(bl∈[0,1])为对该状态的作用,作用后的状态表示为
Figure A20061000660000115
其中,
Figure A20061000660000116
表示PN序列产生器从状态
Figure A20061000660000117
开始运行l次后移位寄存器中的状态。
设有限域GF(pm)内一多项式d0Xm-1+d1Xm-2+...+dm-1为对状态
Figure A20061000660000118
的一个作用,定义为x(0),将状态
Figure A20061000660000119
设置为PN序列生成器移位寄存器的初始状态,将PN序列生成器从初始状态开始运转K(K=0,1,2,...,2m-2)次,则得到的移位寄存器中的状态对应的作用为XK[x(0)]modg(X)=[XK(d0Xm-1+d1Xm-2+...+dm-1)]modg(X),定义为x(1);再运转K次,得到移位寄存器中的状态值对应的作用为X2K[x(0)]modg(X)=[X2K(d0Xm-1+d1Xm-2+...+dm-1)]modg(X),定义为x(2);依此类推,得到序列 x(i)=[XiK(d0Xm-1+d1Xm-2+...+dm-1)]modg(X),i=0,1,2,...,2m-2。
对序列x(i)在有限域GF(pm)内进行如式(6)所示的运算,生成序列f(i)。
                f(i)=n0+n1x(i)           (5)
式(6)中,参数n0,n1为有限域GF(pm)中的元。
n1·x(i),表示成多项式则为n1(X)·x(i)modg(X)。
则根据GF(pm)的运算性质,n1x(i)是将n1x(0)对应的移位寄存器状态值作为该PN序列产生器的初始状态,再按照x(i)的生成步骤,而生成的新的序列。
因此,f(i)定义了一个由PN序列生成的序列的集合,不同的n1表示不同的初始相位,不同的n0表示不同的有限域内的值域的平移。
当固定n0,改变n1时或者固定n1,改变n0时,生成的序列是相互正交的。
下面我们证明的集合中的序列具有很好的相关性。首先对于序列x(i),i=0,1,..根据伪随机序列的特性,存在l个x(i)相等的概率,随着l的增加而减少。假设两个不同的序列f(i)=n0+n1x(i)和序列f′(i)=n′0+n′1x(i)有交点,则必须满足f(i)=f′(i),即n0-n′0+(n1-n′1)x(i)=0。根据有限域中方程解的理论,非平凡的一次方程最多只有一个解,因此最多只有一个值y=x(i)满足上述方程,因此满足上述方程的i的个数依赖于x(i)=y重复的次数,根据PN序列的特性,出现l个x(i)相等的概率,随着l的增加而减少。因此所有由f(i)生成的序列具有很好的交点性质。它们之间的交点个数可以是0,1,2,3,...个,但是随者个数增加出现的概率越小。
k>1的情况生成的序列,同样具有上述性质,这里不做详述。
将所述多项式(1)改写为:
P [ x ( i ) ] = n q x ( i ) q + Σ j = 0 q - 1 n j x ( i ) j + Σ j = q - 1 k n j x ( i ) j , i=0,1,2,...L-1        (6)
在由多项式(1)所生成的序列集合中,当两个不同序列的生成只有一个参数nq不同时,这两个序列的交点个数为0。选定q的值,把这样一组只有参数nq不同的序列划分成一个子集,采用同样的方式可以将上述序列集合划分成多个子集,每个子集内部的序列都是由相同的参数ni,j≠q,和不同的参数nq得到的。每个子集内的任意两个序列之间交点个数为0,每个子集包含Q个序列。通过改变q的取值,原序列集合可以以不同的方式重新划分为多个子集,每个子集内部序列之间的交点个数为0,子集内的序列个数为Q个。子集的划分方式共有k+1种。选定一种子集划分方式,将不同的子集分配给不同小区的同频子带,生成各小区该子带的偏置序列集合,可以保证相同小区相同子带内偏置序列之间互相正交,且不同小区的两个偏置序列之间具有良好的相关性。
根据以上序列集合的生成以及其子集划分用于生成小区同频子带偏置序列集合的思想,下面给出具体的实施例。
首先选定伽罗华域GF(Q),满足n=Q,n为子带宽度。根据上述方法生成一个序列集合。选集合中的一个序列作为本小区第一个子带第一个时频位置组合的偏置序列。如果所选序列长度大于时间长度M,则取其长度为M的片断作为偏置序列,反之如果所选序列长度小于时间长度M,则对序列在时域重复得到长度为M的序列作为偏置序列,最后一个重复周期可以只重复序列的片断。其中,所述片断的截取方式灵活,可以截取L个点中的任意m0个点。特别地,可以截取点f(i),i=ip,(ip+l)modL,(ip+2l)modL,.....,ip+(m0-1)lmodL,即从位置ip开始每隔l个点截取一个点。
选定一个q值,即选定一种子集划分方式,已选的序列对应一个确定的子集,选择子集中剩余的Q-1个序列生成第一个子带中的其余偏置序列,从而生成该子带所有的时频位置组合。
采用同样的方式可以生成其他子带的所有时频位置组合,每个子带对应于一个固定的q值。再根据前面所述步骤,可以获得本小区所有子带的全部时频图案。
对于其他小区,采用同样的方法生成时频位置组合以及该小区所有子带的全部时频图案。只需要满足分配给不同小区同频子带的序列子集对应于同样的q值,即同样的子集划分方式,互相干扰的小区在同频子带内选取不同子集内的序列分别作为各自的偏置序列。
需要说明的是,当序列集合中的序列经定义域循环移位后仍在该集合中时,对该循环移位后的序列截取片断等价于对原序列的截取点的移位。
设本小区的偏置序列是序列{f(i)}的片断,记做
{f(i),i=i0,i1,i2,...,im0-1}
那么对序列{f(i)}的任一序列在定义域循环移位o后的序列{g(i)}的相同截取位置的片断可以表示为
{g(i),i=i0,i1,i2,...,im0-1}={f(i),i=(i0+o)modL,(i1+o)modL,(i2+o)modL,...,(im0-1+o)modL}
当选定伽罗华域GF(Q),Q=pm且子带宽度n=pm,其中m′≤m时,得到的序列{f(i)}可以通过模的运算,映射到有限域GF(pm′)中,例如可以取有限域GF(pm)中的高m′位映射到GF(pm′),或者取有限域GF(pm)中的低m′位映射到GF(pm′)中。对取模映射后的序列进行与前述相同的操作,可以分配不同的小区生成偏置序列,进而生成全部的时频图案。
由上述设计方法可知,不同小区时频图案间的交点性质完全由两小区偏置序列间的相关性决定。因此,当用户以时频图案为单位占用资源时,本小区的用户受到其他小区用户的干扰基本是相同的。而且,在相邻同频小区的用户占用的时频资源较少时,可以使当前小区的用户受到的相邻的同频小区用户的干扰较少。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种时频资源的分配方法,其特征在于,包括步骤:
A、将时频平面从频域划分为若干个等宽度的子带;
B、由多项式 f ( i ) = Σ j = 0 k n j x ( i ) j , i=0,1,2,...L-1,生多个序列{f(i)},其中,k是非负整数,所述L是序列的长度,所述x(i)是一个参数方程,并且多项式中的乘法和加法运算均在伽罗华域GF(Q)中进行,其中Q=pm,p是一个素数,m是非负整数,nj是一系列参数,j=0,1,2,...k;把生成的序列分配给多个小区的同频子带,生成各小区该子带的偏置序列,其中,分配给同一小区的序列对应生成多项式的参数nq不同,其它参数nj,j≠q都相同,并且,分配给不同小区的序列对应生成多项式的k个参数nj,j≠q中只有一个参数不同;
C、由所述偏置序列生成一个子带内对应的时频位置组合,在一个或者多个子带内选取时频位置组合组成一个时频图案。
2、根据权利要求1所述时频资源的分配方法,其特征在于,步骤B中所述参数方程x(i)由PN序列生成。
3、根据权利要求1所述时频资源的分配方法,其特征在于,步骤B中所述参数方程x(i)由线性序列生成。
4、根据权利要求1所述时频资源的分配方法,其特征在于,步骤B中所述参数方程x(i)由指数序列生成。
5、根据权利要求1所述时频资源的分配方法,其特征在于,步骤B中所述参数方程x(i)由双曲序列生成。
6、根据权利要求1所述的时频资源的分配方法,其特征在于,所述由分得的序列集合生成小区的偏置序列的过程为:将分配的所有序列对子带宽度值取模;组合一个或多个序列,或者组合一个或多个序列的片断。
7、根据权利要求1所述时频资源的分配方法,其特征在于,所述由分得的序列集合生成小区的偏置序列的过程为:组合一个或多个序列,或者组合一个或多个序列的片断。
8、根据权利要求1至7任一项所述时频资源的分配方法,其特征在于,同一小区各子带的偏置序列集合可以相同也可以不相同。
9、根据权利要求1或2所述时频资源的分配方法,其特征在于,选取k=1,不同的小区分配不同初始相位的PN序列通过有限域的加法运算生成的序列的集合。
10、根据权利要求1或2所述时频资源的分配方法,其特征在于,选取k=1,参数方程x(i)通过对移位寄存器运行K次得到的寄存器状态生成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024179056A1 (zh) * 2023-02-28 2024-09-06 华为技术有限公司 音频信号的处理方法及相关装置

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