CN101009527B - 一种上行导频插入与数据复用的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上行导频插入与数据复用的实现方法，适用于单载波频分多址的上行导频结构，在所述导频结构的一个子帧中包括第一上行导频和第二上行导频，该方法以集中式设置数据，以时域码分或频域码分方式设置第一上行导频，以频分方式设置第二上行导频；或以集中式设置数据，以频分方式设置第一上行导频，以时域码分或频域码分方式设置第二上行导频；或以子载波族分布式设置数据，以时域码分或频域码分方式设置第一上行导频，以频分方式设置第二上行导频；或以子载波族分布式设置数据，以频分方式设置第一上行导频，以时域码分或频域码分方式设置第二上行导频。本发明通过合适的导频插入和数据复用技术，使得系统可以实现信道补偿和灵活调度。

Description

一种上行导频插入与数据复用的实现方法

技术领域

本发明涉及数字通信领域，特别是涉及一种基于SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access，单载波频分多址)技术的上行导频插入与数据复用的实现方法。

背景技术

3GPP(3^th Generation Partnership Protect，第三代合作伙伴计划)为了使其无线通讯技术在未来的十年或者更长时间内保持竞争力，提出了长期演进(LongTerm Evolution，LTE)策略，旨在提供更高的用户数据速率、更高的频谱利用效率、更低的传输延迟同时具有灵活的移动性和理想的覆盖范围。随着未来数据业务的需求量越来越大，业务也会越来越丰富，提供更高的数据速率会显得越来越重要，这也是未来移动通信系统的首要目标。

LTE演进策略下行采用了正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技术来实现高速率数据传输，通过将高速传输的数据流转换为一组低速并行传输的数据流，使系统对多径衰落信道频率选择性的敏感度大大降低，而循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的引入，又进一步增强了系统抗符号间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)的能力。除此之外，带宽利用率高、实现简单等特点使OFDM在无线通信领域的应用越来越广，比如，WLAN系统以及基于正交频分复用多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)的WiMax系统等都是基于OFDM技术的系统。

但是，OFDM系统由于采用了多载波技术，不可避免会存在峰均比较高的问题。这是因为OFDM发送端输出信号是多个子载波相叠加的结果，而目前应用的子载波数量从几十个到上千个，如果各个子载波同相位，相加后就会出现很大的幅值，即调制信号的动态范围很大，这对后级RF(Radio Frequency，射频)功率放大器提出了很高的要求。考虑到手持终端的实现复杂度受到体积、价格等多方面因素的限制，上行不适合直接采用OFDM调制，而是普遍采用了一种单载波的频分多址技术——SC-FDMA。在这种技术中，设计了一种数据和导频在时域上时分复用，而频域上共用频率资源的帧结构，如图1所示。图1中，LB1～LB6为6个数据符号，而第一导频符号SB1和第二导频符号，SB2为承载导频的导频符号(SB1、SB2符号还可能含有其他控制信息，但主要是导频，统称导频符号)在一帧中时分复用。在频率域上，它们可能占用相同的频率资源，即子载波，也可能采用其他的复用方式，这取决于导频的插入方式与数据复用方式的组合。通过上述帧结构，在合适的位置上插入导频，不仅为信道估计补偿提供了方便，而且还方便地实现了对频域的测量，从而为实现灵活的调度提供了可能，如高层通过在导频上测量频域信息，将信道环境好的子载波分配给优先级比较高的用户，或者，对某个特定的用户来说，在资源足够的前提下，尽可能地使用信道条件好的子载波，从而提高传输数据速率，降低误码率。目前3GPP标准组织提出了三种导频插入方式：时分正交插入、频分正交插入和码分正交插入。而导频和数据的复用方式都是既可以采用集中式放置(Localized)，又可以采用分布式放置(Distributed)，如附图2a、2b所示。图2b中，201为频分正交(Frequency Division Multiplexing，FDM)或者时分正交(Time Division Multiplexing，TDM)插入方式，202为码分正交插入方式。但是，给出的码分正交是在时域中进行，并没有给出码分在频域进行的方法，且没有给出导频插入和数据复用方式比较合适的组合方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种上行导频插入与数据复用实现方法，用于实现导频的插入方式与数据复用方式性能优异的组合。

为了实现上述目的，本发明提供了一种上行导频插入与数据复用实现方法，用于实现导频的插入方式与数据复用方式性能优异的组合，适用于单载波频分多址的上行导频结构，在所述导频结构的一个子帧中包括第一上行导频和第二上行导频，其特征在于，该方法是

以集中式设置数据，以时域码分方式设置所述第一上行导频，以频分方式设置所述第二上行导频；或

以集中式设置数据，以频分方式设置所述第一上行导频，以时域码分方式设置所述第二上行导频；或

以子载波族分布式设置数据，以时域码分方式设置所述第一上行导频，以频分方式设置所述第二上行导频；或

以子载波族分布式设置数据，以频分方式设置所述第一上行导频，以时域码分方式设置所述第二上行导频；或

以子载波族分布式设置数据，以时域码分方式设置所述第一上行导频，以子载波族分布式设置所述第二上行导频；或

以子载波族分布式设置数据，以频域码分方式设置所述第一上行导频，以频域码分方式设置所述第二上行导频；或

以子载波集中式设置数据，以频域码分方式设置所述第一上行导频，以时域码分方式设置所述第二上行导频；或

以子载波分布式设置数据，以频域码分方式设置所述第一上行导频，以频分方式设置所述第二上行导频。

所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其中，进一步包括：

多个用户的所述第一上行导频/第二上行导频以正交码分方式共享同一无线带宽，划分无线带宽为宽度相等或不等的子带；

同一用户在每个所述子带中以不同的正交码对所述第一上行导频/第二上行导频进行加扰；

每个所述子带中不同用户的所述第一上行导频/第二上行导频也以不同的正交码进行加扰。

所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其中，所述正交码为CAZAC码、PN码或OVSF码。

所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其中，当所述正交码为CAZAC码时，还包括：为每个子带分配一主CAZAC码，所述主CAZAC码码长与所述子带宽度相等；所述子带之间的主CAZAC互相正交；所述子带内的多个用户分配的辅助CAZAC码由所述子带的主CAZAC循环移位所得。

所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其中，主CAZAC循环移位采用的间隔为小于子带宽度的整数。

所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其中，在频域插入导频时所述间隔值为1，在时域插入导频时所述间隔值不小于循环前缀的长度。

所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其中，还包括一进行信道估计补偿的步骤，具体为：

步骤701，各用户在所述第一个导频符号和/或所述第二个导频符号进行码分放置导频；

步骤702，接收端解调导频处理；

步骤703，利用码分导频对整个带宽进行测量和信道估计；及

步骤704，利用量测信息和信道估计进行调度和信道补偿。

所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其中，还包括一将频带划分为子带的频分导频插入的步骤，具体为：

步骤801，将频带划分为若干个子带；及

步骤802，在频域上对所述每个子带内的导频进行正交码加扰。

本发明提供的基于SC-FDMA的上行导频插入与数据复用实现方法技术，能通过合适的导频插入和数据复用技术，使得系统可以实现信道补偿和灵活调度，从而提高带宽利用效率、用户数据传输速率。本发明提出了几种导频插入和数据复用的组合方式，可以实现优异的性能。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术中SC-FDMA方式的帧结构示意图；

图2a为现有技术中数据离散式和集中式的分布图；

图2b为现有技术中导频插入方式示意图；

图3为本发明SB1为时域码分插入导频，SB2为频分插入导频，LB为Localized的组合示意图；

图4为本发明SB2为时域码分插入导频，SB1为频分插入导频，LB为Localized的组合示意图；

图5为本发明SB1为时域码分插入导频，SB2为子载波族Distributed插入导频，LB为也为子载波族Distributed插入方式示意图；

图6a为本发明使用频域CAZAC码分导频示意图；

图6b为本发明使用频域CAZAC码分的时域示意图；

图7为本发明使用分频段CAZAC码分导频示意图；

图8为进行信道量测和估计补偿的方法流程示意图。

具体实施方式

为了更详细地阐述本发明所描述的方法，下面将以具体的实施例来说明。

请参阅图3所示，本发明SB1为时域码分插入导频，SB2为频分插入导频，LB中用户数据采用Localized的映射方式。

假设一个子帧中有两个导频符号SB1和SB2，这两个导频符号中导频的插入方式可以采用6种方式。

第一种方式，子帧中的SB1采用时域码分方式，SB2采用频分方式，用户数据则采用Localized方式，如图3所示。导频时域码分方式是通过采用一组相互正交的码序列，将同一小区的不同用户的导频与这些相互正交的码序列相乘(简称导频加扰)，码序列的正交性不仅使得不同用户的导频相互区分开了，而且使其呈现出白噪化的趋势，降低了相互之间的干扰。同样，对不同小区的用户也采用不同的码序列来区分。这对节省功率开销和提高系统容量都是非常有益的。在码长度足够满足同一子帧同时调度的用户数的需求的前提下，码序列可以采用任何正交码，如CAZAC码、PN码、OVSF码等正交码。SB1采用时域码分插入导频方式，目的是通过在整个带宽内放置导频，从而实现全部带宽的信道信息的测量，进而实现频域的调度，例如，可以使信道质量好的子载波优先使用等。SB2采用频分插入导频方式，目的是为了提供好的信道估计补偿(当然也可以使用SB1和SB2联合信道估计进行信道补偿)。由于SB1的位置靠近帧头，对SB1采用时域码分插入导频，还有利于有充足的时间用于调度计算。

第二种方式，子帧中的SB1采用频分方式，SB2采用时域码分方式，用户数据则采用Localized方式。

请参阅图4所示，本发明SB2为时域码分插入导频，SB1为频分插入导频，LB中用户数据采用Localized的映射方式。

第三、四种方式，数据采用以子载波族(Chunk)为单位进行分布式放置，该方式中的SB1和SB2按照图3或图4所述放置方式相同。具体地，第三种方式，子帧中的SB1采用时域码分方式，SB2采用频分方式，数据采用子载波族(即以多个相邻子载波集合为单位)的Distributed方式设置；第四种方式，子帧中的SB1采用频分方式，SB2采用时域码分方式，数据采用子载波族Distributed方式设置。

传统的Distributed方式，数据是以载波为单位等间隔分布，这样做可以获得比较好的频率分集效果，但同时也失去了调度的可能，不能获得比较好的效果。本发明将数据按照子载波族(Chunk)的方式进行Distributed放置，则既可以获得一定的频率分集效果，同时又比纯粹的Localized方式灵活。

第五种方式，子帧中SB1采用时域码分方式，SB2为子载波族Distributed插入导频，数据也为子载波族Distributed插入。

请参阅图5所示，本发明SB1为时域码分插入导频，SB2为子载波族Distributed插入导频，数据也为子载波族Distributed插入。

第六种方式，子帧中的一个或者两个导频符号采用频域码分，另一个导频符号(如果有的话)采用时域码分或频分。数据则可以采用以子载波族Distributed设置，或者子载波Localized设置或者子载波Distributed设置。具体地，以子载波族Distributed设置数据，SB1以频域码分方式设置，SB2以频域码分方式设置；以子载波Localized设置数据，SB1以频域码分方式设置，SB2以时域码分方式设置；以子载波Distributed设置数据，SB1以频域码分方式设置，SB2以频分方式设置。

多个用户的SB1/SB2以正交码分方式共享同一无线带宽，划分无线带宽为宽度相等或不等的子带；同一用户在每个所述子带中以不同的正交码对SB1/SB2进行加扰；每个所述子带中不同用户SB1/SB2也以不同的正交码进行加扰。

关于时域码分和频分上面已有叙述，这里主要描述一下频域码分。

本发明还提出了一种将整个频带划分为若干个子带，然后在各个子带上各用户再码分的导频插入方法，包括：将整个频带BW划分为宽度为Li的若干个子带，在频域上对每个子带内的导频采用长度为Li的正交码加扰。

对每一个用户而言，其导频占据全部带宽，然而在不同的子带内是采用不同的正交码进行导频加扰的。而对同一个子带i内的不同用户而言，也是采用长度为Li的不同的正交码进行加扰，从而达到区分用户的目的。这样做的好处是对正交码的选择要求低，同时也能相对提高信道估计补偿的精度。全部带宽也可以划分为宽度不等的若干子带。

请参阅图7所示，为本发明分频段CAZAC码分导频示意图。具体地，图7表示对同一子带内的不同用户采用同一CAZAC主序列产生的循环移位辅助CAZAC序列来加扰。使用CAZAC码时，为每个子带分配一个主CAZAC码，码长与子带宽度相等，子带之间的主CAZAC互相正交；子带内的多个用户分配的辅助CAZAC码由本子带的主CAZAC循环移位所得。

假设系统带宽为5M，采用第一种方式中的方法，对SB1采用时域码分导频插入，SB2采用频分正交导频插入。正交码采用CAZAC序列，CAZAC序列如下：

设L为任意正整数，k为与L互质的任意整数，那么第k个Zadoff-ChuCAZAC序列的第n个元素表达为：

$c_k\left(n\right)=\exp \left[\frac{j2\mathrm{\πk}}{L}(n+n\frac{n+1}{2})\right]\mathrm{ifLisodd}$

$c_k\left(n\right)=\exp \left[\frac{j2\mathrm{\πk}}{L}(n+\frac{n^2}{2})\right]\mathrm{ifLiseven}---\left(1\right)$

式(1)中，k为与L互质的任意整数。

CAZAC序列具有以下性质：

1)、恒幅特性，在时域和频域都具有恒定的幅度；

2)、平坦的频率响应；

3)、零自相关性，即同一个序列(同一个k)，该序列的循环移位序列严格正交；

4)、在L为质数时，不同序列的循环互相关性也非常低。

通过改变CAZAC码公式(1)中的参数k构造正交的主CAZAC码组。

请参阅图8所示，为进行信道估计补偿的方法流程示意图。结合图6a、图6b，该方法包括如下步骤：

步骤801、各用户在SB1(和/或SB2)码分放置导频。利用CAZAC序列的上述性质，对5M带宽划分成若干个子带。假设5M带宽内SB1共有150个可用子载波，满足L和k都为质数的条件，可以取CAZAC序列的长度L＝13，因此，可以将5M带宽划分为11段长度为13的子带和最后一段长度为7的子带。对长度为13的11段子带，取不同的k，按照上述CAZAC的表达式(1)产生11个主CAZAC序列，这11个主CAZAC序列具有非常低的互相关性，对处于相应子带内的不同用户的导频，则用相应的主CAZAC序列的循环移位序列进行加扰，也就是说，第i个子带，用k＝ki来产生主CAZAC序列的母序列，对处于子带i内的不同用户，则用该母序列来产生循环移位序列来对不同用户的导频加扰。最后一段的处理类似，任意产生一个长度L＝7的CAZAC母序列，用其循环移位序列来对该子带内的不同用户的导频加扰。主CAZAC序列的移位序列区分导频见附图6a、6b，图6a中的SB1的全部带宽被分割成了12段，其中的11段被分配了不同k值产生的主CAZAC序列，图6b不中每一个主CAZAC序列依次经过0、Q、2Q、...MQ的移位生成M+1个辅助序列；主CAZAC循环移位采用的间隔Q是小于子带宽度的整数，在频域插入导频时典型值为1，而在时域插入导频时应不小于CP的长度；

步骤802、接收端解调导频处理。对要解调的用户，根据上行信令，可以获得该用户发射时使用的加扰CAZAC码信息，接收端根据此CAZAC码信息产生本地CAZAC码序列，对接收信号进行相干解调，利用相干积分的结果对SB1自己进行补偿，就可以得到接收端收到的导频信息；

步骤803、利用码分导频对整个带宽进行测量和信道估计。对各个子带信噪比的测量是在步骤802解出的导频上进行。方法如下：

$\mathrm{SNR}\left[k\right]=\frac{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|s\right[k,n\left]\right|}^2}{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\right[k,n]-s[k,n\left]\right|}^2}---\left(2\right)$

式(2)中，k表示测量时间，n表示导频采样点，s[k，n]表示发射端的导频符号，r[k，n]表示接收端经过信道衰落并且带有噪声的导频信号。通过上式(2)，对12个子带分别进行信噪比测量，并且通过测量报告将测量结果上报到基站控制器，基站控制器就可以根据测量结果进行决定调度策略，将数据安排到信道质量好的子载波上去。

步骤804、利用量测信息和信道估计进行调度和信道补偿。利用SB2，并结合SB1进行信道估计补偿。由于SB2采用了频分插入方式，因此，可以直接利用SB2来进行信道估计，也可以结合SB1来进行补偿。

本发明提供了一种基于SC-FDMA技术的导频插入和数据复用技术，数据可以采用集中式处理也可以采用分布式的处理方式，导频信号可以采用频分方式和正交码分方式的组合；本发明能够有效获得信道质量信息，增加信道估计精度，使得系统可以高性能地实现信道补偿和灵活调度，从而提高带宽利用效率，进而提高用户数据传输速率。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种上行导频插入与数据复用实现方法，适用于单载波频分多址的上行导频结构，在所述导频结构的一个子帧中包括第一上行导频和第二上行导频，其特征在于，该方法是

以集中式设置数据，以时域码分方式设置所述第一上行导频，以频分方式设置所述第二上行导频；或

以集中式设置数据，以频分方式设置所述第一上行导频，以时域码分方式设置所述第二上行导频；或

以子载波族分布式设置数据，以时域码分方式设置所述第一上行导频，以频分方式设置所述第二上行导频；或

以子载波族分布式设置数据，以频分方式设置所述第一上行导频，以时域码分方式设置所述第二上行导频；或

以子载波族分布式设置数据，以时域码分方式设置所述第一上行导频，以子载波族分布式设置所述第二上行导频；或

以子载波族分布式设置数据，以频域码分方式设置所述第一上行导频，以频域码分方式设置所述第二上行导频；或

以子载波集中式设置数据，以频域码分方式设置所述第一上行导频，以时域码分方式设置所述第二上行导频；或

以子载波分布式设置数据，以频域码分方式设置所述第一上行导频，以频分方式设置所述第二上行导频。

2.根据权利要求1所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其特征在于，时域码分进一步包括：

多个用户的所述第一上行导频/第二上行导频以正交码分方式共享同一无线带宽，划分无线带宽为宽度相等或不等的子带；

同一用户在每个所述子带中以不同的正交码对所述第一上行导频/第二上行导频进行加扰；

每个所述子带中不同用户的所述第一上行导频/第二上行导频也以不同的正交码进行加扰。

3.根据权利要求2所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其特征在于，所述正交码为CAZAC码、PN码或OVSF码。

4.根据权利要求3所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其特征在于，当所述正交码为CAZAC码时，还包括：为每个子带分配一主CAZAC码，所述主CAZAC码码长与所述子带宽度相等；所述子带之间的主CAZAC互相正交；所述子带内的多个用户分配的辅助CAZAC码由所述子带的主CAZAC循环移位所得。

5.根据权利要求4所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其特征在于，主CAZAC循环移位采用的间隔为小于子带宽度的整数。

6.根据权利要求5所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其特征在于，在频域插入导频时所述间隔值为1，在时域插入导频时所述间隔值不小于循环前缀的长度。

7.根据权利要求1-6任意所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其特征在于，还包括一进行信道估计补偿的步骤，具体为：

步骤701，各用户在所述第一个导频符号和/或所述第二个导频符号进行码分放置导频；

步骤702，接收端解调导频处理；

步骤703，利用码分导频对整个带宽进行测量和信道估计；及

步骤704，利用量测信息和信道估计进行调度和信道补偿。

8.根据权利要求1所述的上行导频插入与数据复用实现方法，其特征在于，还包括一将频带划分为子带的频分导频插入的步骤，具体为：

步骤801，将频带划分为若干个子带；及

步骤802，在频域上对所述每个子带内的导频进行正交码加扰。

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