CN101034912B - 一种多颗粒度资源跳频方法及其传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多颗粒度资源跳频方法及其传输方法，其中，所述跳频方法包括：步骤1，将不同颗粒度的用户放入一个或多个虚拟群中；步骤2，对形成同样频率资源宽度的多个虚拟群采用单颗粒度跳频方法进行跳频，确定群的起始位置，再由群内用户相对位置偏移进一步确定群内用户的起始频点位置。采用本发明的方法，在3GPP LTE上行链路传输中，可以取得较大的频率分集增益，同时保证上行链路的子载波连续发射的单载波特性。

Description

一种多颗粒度资源跳频方法及其传输方法

技术领域

本发明涉及一种移动通信系统，特别是3GPP LTE中单载波频分多址系统上行多用户的保持单载波特性条件下的跳频方法。

背景技术

为了满足人们对移动通信不断发展的需求，在上行链路无线传输技术的选择方面有一些基本的要求：如支持可升级带宽，适中的PAPR/CM，保证上行传输的正交性等。单载波传输方案SC-FDMA由于具有较低的PAPR(峰均比)/CM(cubic metric)，能够提高功率的有效性并扩大覆盖范围，成为目前LTE上行传输的基本候选方案。

基于子载波映射方式的数据传输方案有两种：分布式频分多址(DFDMA)和集中式频分多址(LFDMA)。在上行链路中基于分布式子载波分配的方案由于存在对频率差错有较高的敏感度，对上行功率控制要求较高，信道估计性能较差等诸多问题，目前已经被LTE的研究放弃，但分布式子载波所固有频率分集的好处，仍然可以被基于集中式子载波分配的方案以跳频的方式获得。被大多数公司推荐的单载波传输方案LFDMA-FH中使用了跳频技术(Frequency Hopping)，因此既可以保证良好的信道估计性能，还可以获得频率分集增益，并且可以获得干扰分集增益。

通用的跳频方案都是在单用户或者多用户单颗粒度传输环境下的进行的。在随机跳频的情况下，如果没有合理地设计跳频图样，用户间则不能保证相互正交而可能发生碰撞，这会导致严重失真从而造成接收失败。

当上行用户发射所占带宽的颗粒度需求不同时，通常方式的跳频会造成多颗粒度用户占用不连续的子载波，这会使系统的PAPR/CM增大，从而违反了单载波系统的设计初衷。所谓的上行用户占用带宽的颗粒度不同，是指由于多个上行用户资源需求的多样性，所需占据的带宽不同，从而造成了一个移动网络系统需解决多种用户带宽需求的跳频方式。本发明由解决多颗粒度用户跳频发射时必须占用连续子载波的目的出发，设计出一种将不同颗粒度的用户群组，以模拟成单颗粒度用户，然后根据预定义的跳频图样作为上行多用户跳频的方法，每个用户根据自己的带宽需求占用连续的频谱，既能保持单载波特性，又能取得理想的频率分集增益。

发明内容

本发明目的是针对3GPP LTE上行链路传输方案，在基于跳频的集中式FDMA传输方案的基础上，提出一种新的群跳频模式，以取得较大的频率分集增益，同时保证上行链路的子载波连续发射的单载波特性。

为解决以上的技术问题，本发明提供一种群跳频的方法，其特征在于：

步骤1：将不同颗粒度的用户放入一个或多个虚拟群中；

步骤2：对形成同样频率资源宽度的多个虚拟群采用单颗粒度跳频方法进行跳频，确定群的起始位置，再由群内用户相对位置偏移进一步确定群内用户的起始频点位置。

所述步骤1中，进一步包括：

步骤1.1：将频率资源宽度超过M/2的用户归入不同的群，并填充到所述群中，其中，M为群的频率资源宽度；

步骤1.2：若步骤1.1建立的群不能完全容纳所有用户，则在剩余用户中将频率资源宽度超过N/2的用户建立并归入新群，并填充到所述新群中，直到完成所有的用户分群，其中，N是剩余用户中的最大资源宽度。

在进行所述步骤1.1之前，先根据面向不同QoS要求的用户进行分群，即将基于同一QoS等级的用户分入同一个群中。

在进行所述步骤1.1之前，先根据面向具备不同占用频率宽度的用户进行分群，即建立不同频率宽度的群，不同频率宽度的群在不重叠的频率和时间资源上复用，分别进行跳频。

在所述步骤2中，采用基于Latin方确定单颗粒度连续频分多址系统跳频起始频点，所述方法包括：

在时刻j，用户k以起始位置为f(k，j)的频点发射，其中，

f(k，j)＝{[(G-j)α^-1]mod M}R+β，

其中，系统的跳频范围为N个无线资源块，根据用户最大带宽需求R将总的带宽划分为M个群G，

表示不大于N/R的最大正整数，G＝0，1，...，M-1为用户k所在的跳频群；分到同一群G中的用户根据用户相位偏移β区别，β＝0，1，...，R-1；每个用户的带宽需求为X(k)，k＝0，1，…，K-1，满足α为跳频间隔，α＝1，2，…，M-1。

在所述步骤2中，采用基于Costas序列方法确定单颗粒度连续频分多址系统跳频起始频点，所述方法包括：

在时刻j，用户k以起始位置为f(k，j)的频点发射，其中，

f(k，j)＝{[(log_α(G-j-1)mod(p-1))mod p-1]mod M}T+β

其中，系统的跳频范围为N个无线资源块，根据用户最大带宽需求R将总的带宽划分为M个群G，

表示不大于N/R的最大正整数，带宽T是群的带宽，T大于等于R，G＝0，1，...，M-1为用户k所在的跳频群；分到同一群G中的用户根据用户相位偏移β区别，β＝0，1，...，T-1为该用户在跳频群内的相位偏移，每个用户的带宽需求为X(k)，k＝0，1，…，K-1，满足

p＝M+1；p为素数，α为跳频间隔，α是p的本原根。

在所述步骤2中，采用基于固定偏移的方法确定单颗粒度连续频分多址系统跳频起始频点，所述方法包括：

在时刻j，用户k以起始位置为f(k，j)的频点发射，其中，

f(k，j)＝(f(k，j-1)+γ)mod N

其中，γ是跳频间距，N为系统的跳频范围。

本发明还提供一种完成上述跳频方法的信令传输方法，其特征在于：系统将跳频信息通知用户，所述信息包括：用户群编号、群内相对位置偏移、群的总数量、群的带宽需求和跳频间隔中的一个或多个。

本发明提供了一种利用上述跳频方法的跳频用户和调度用户的复用方法，所述方法包括：跳频用户和调度用户采用时间复用的方式发射；或者采用频率复用的方式发射，频域调度与跳频分别根据需要占用连续的带宽。

本发明提供的跳频方法与现有技术相比，具有以下优点：

通用的跳频方案都是在单用户或者多用户单颗粒度传输环境下的进行的。在随机跳频的情况下，如果没有合理地设计跳频图样，用户间则不能保证相互正交而可能发生碰撞，这会导致严重失真从而造成接收失败。根据本发明的方法，预先设计好的跳频图样(例如RS序列，Latin方，Costas序列等)跳频，则可以始终保持小区内的正交性。在多小区环境下，1个跳频周期内用户相互之间只发生1次碰撞，用户受到的干扰被随机化。

另一方面，当各用户对颗粒度需求不同时，如果没有合理设计的跳频模式，跳频可能会导致多颗粒度用户占用不连续的子载波，破坏了上行链路的单载波特性，造成系统PAPR/CM增大。根据本发明的方法，所有用户根据自己的带宽需求，决定占用连续带宽的大小，则单颗粒度、多颗粒度始终保持占用子载波的连续性，也就不存在PAPR恶化的问题。并且，固定模式跳频，信令需求量极少。

此外，本发明可以适用于1.25M、5M、2.5M、10M、15M、20M等可变带宽的单载波频分多址系统，例如DFT-S OFDM或IFDMA系统。本发明支持高速移动特性，可以适用于3km/h、30km/h、120km/h或更高移动速率的应用场景。

附图说明

图1是群跳频分群及跳频示意图。

图2是群跳频流程图。

图3是一种分群方法流程图。

图4是跳频用户和调度用户时分复用方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，跳频颗粒度分别为1、2、3RBs(无线资源块)的1、2、3号用户跳频方案示意，在此实施例中，共有3个用户，用户中最大占用频率带宽为3个RB，则用户3单独组成一个群，用户1和2的占用频率带宽和为3个RB，组成另外一个群，两个群根据单颗粒度的跳频模式，如固定偏移、Latin方序列、Costas序列的方案进行跳频。

由图2，为本发明提供的一种群跳频的方法，其特征在于

步骤1：将不同颗粒度的用户放入一个或多个虚拟群中；

步骤2：对形成同样频率资源宽度的多个虚拟群采用单颗粒度跳频方法进行跳频，确定群的起始位置，再由群内用户相对位置偏移进一步确定群内用户的起始频点位置。

由图3，基于图2的群跳频方法，本发明还提供了一种面向所有用户的优化的分群方法：

步骤1.1：将频率资源宽度超过M/2的用户归入不同的群，并填充到所述群中，其中，M为群的频率资源宽度；

步骤1.2：若步骤1.1建立的群不能完全容纳所有用户，则在剩余用户中将频率资源宽度超过N/2的用户建立并归入新群，并填充到所述新群中，直到完成所有的用户分群，其中，N是剩余用户中的最大资源宽度。

本分群不仅可以用在初始分群，也可以用在分群完成后，新用户的加入。

利用本分群方法可以有效减少群的开销，提高群的填充率。

如本发明方法所述，本发明还提供了一种面向不同QoS要求的用户的分群方法，其特征在于：

将基于同一QoS等级的用户分入同群。

其优点在于同一QoS等级的用户分入同群，可以保证用户在QoS上保持一致。该方法在上述步骤1.1之前完成。

本发明提供了一种面向具备不同占用频率宽度的群的用户分群方法，其特征在：建立不同频率宽度的群，不同频率宽度的群在不重叠的频率和时间资源上复用，分别进行跳频。这样若有特殊要求或者特别大的资源需求的用户，其跳频方案不会降低系统效率或频率分集增益。该方法在上述步骤1.1之前完成。

几种单颗粒度跳频方法，如Latin方序列、Costas序列、固定偏移跳频方法都可以解决虚拟群的跳频问题。

如下提供了一种单颗粒度基于Latin方的连续频分多址系统跳频确定起始频点的方法：

设系统的跳频范围为N个RB(无线资源块)，根据用户最大带宽需求R将总的带宽划分为M个群(Group)，

表示不大于N/R的最大正整数，其含义为Latin方的阶数，因此，有N≥RM。

由于群的带宽要大于等于每个用户的实际带宽需求R，考虑每个群还可以做进一步分割，分配给多个用户，实现群跳频。分到同一群G中的用户根据用户相位偏移β(指定范围)区别。

设共有K个用户，每个用户的带宽需求为X(k)，k＝0，1，…，K-1，满足

则在时刻j，用户k占用的频点的起始位置为：

f(k，j)＝{[(G-j)α^-1]mod M}R+β    (1)

公式(1)中，α＝1，2，…，M-1，不同的α对应着不同的跳频间隔；G＝0，1，..，M-1为用户k所在的跳频群(用户本身的群编号)；β＝0，1，..，R-1为该用户在跳频群内的相位偏移。

公式(1)中(G-j)如果有负数产生，则取模时会自动用G+M×i-j的规则代替(G-j)计算，i是正整数。α^-1的运算后如果出来小数，也要做同样的预处理。

通过在相邻小区设置不同的α，可以保证相邻小区之间的跳频图样的正交性，即一个周期内只和相同的用户碰撞一次。此外，本方案要求系统的跳频范围N必须为用户最大带宽需求R的整数倍。如不能整除时，可考虑放弃个别子载波或者无线资源块。基于Latin方的方法中，对Latin阶数M没有特定要求，当Latin阶数不是素数时，仅对α的取值有要求，即α不能是Latin阶数的因子。

还提供了一种基于Costas序列的单颗粒度连续频分多址系统跳频确定起始频点的方法：

设系统的跳频范围为N个RB(无线资源块)，根据用户最大带宽需求R将总的带宽划分为M个群(Group)，表示不大于N/R的最大正整数，因此，有N≥TM。T的选取满足如下规则，首先要大于等于R，其次满足M+1为一个素数，同时应尽可能使MT接近N。

由于群的带宽要大于等于每个用户的带宽需求R，考虑每个群还可以做进一步分割，分配给多个用户，实现群跳频。分到同一群G中的用户根据用户相位偏移β区别。

设共有K个用户，每个用户的带宽需求为X(k)，k＝0，1，…，K-1，满足

则在时刻j，用户k占用的频点的起始位置为：

f(k，j)＝{[(log_α(G-j-1)mod(p-1))mod p-1]modM}T+β    (2)

公式(2)中，G＝0，1，...，M-1为用户k所在的跳频群；β＝0，1，...，T-1为该用户在跳频群内的相位偏移。p＝M+1，p必须为素数；α是p的本原根。

还提供了一种基于固定偏移的单颗粒度连续频分多址系统跳频确定下一个跳频时间频点的方法：

在时刻j，用户k以位置为f(k，j)的频点发射，

f(k，j)＝(f(k，j-1)+γ)mod N    (3)

公式(3)中，γ是跳频间距，系统的跳频范围为N。

本发明还提供了一种完成跳频信息的信令传输方法，所述方法包括：系统将跳频信息通知用户，所述信息包括：用户群编号、群内相对位置偏移、群的总数量、群的带宽需求和跳频间隔中的一个或多个。

其中属于小区级的信息是群的总数量、群的带宽需求和跳频间隔；

属于用户级的用户信息是群编号、群内相对位置偏移。

由于3GPP LTE上行链路同时支持频域调度和跳频两种方案，如何实现这两种方案的复用也是需要考虑的问题。从容易实现的角度考虑，可以简单的采用频分方式。频域调度与跳频各自根据需要占用固定的带宽，这样两种方式各自在自己带宽内部执行，互不干扰。

更复杂的情况，可以从时分复用的角度出发。即把所有系统资源在时域上划分为跳频时隙与调度时隙。跳频用户与调度用户各自占用不同的时隙进行数据传输。这样各用户可以共享所有频域资源，与频分复用相比这种方式可以大大提高调度和跳频取得的分集增益。

如图4所示，本发明提供了一种利用本发明跳频方法的跳频用户和调度用户的复用方法，所述方法包括：跳频用户和调度用户采用时间复用的方式发射；或者采用频率复用的方式发射，频域调度与跳频分别根据需要占用连续的带宽。

这样跳频用户和调度用户在时间资源上正交，并可以灵活调整跳频用户和调度用户的相对比例，如图4所示，20ms内有一个TTI可以用做跳频用户的资源。

群跳频方案可以和跳频用户和调度用户的时间、频率复用方法结合使用。

为了更好地描述本发明的方法，这里以基于Latin方和Costas序列的跳频为例详细说明上述单颗粒度跳频起始频点确定方法，其它跳频图样例如基于RS序列、固定偏移序列等可依此类推。

示例1

设跳频范围共有N＝15个RB，系统中用户的最大带宽需求为R＝3RB，则构造一个

阶的Latin方，对应5个带宽为3RB的跳频组，如下所示：

0  1  2  3  4

2  3  4  0  1

4  0  1  2  3

1  2  3  4  0

3  4  0  1  2

设用户1带宽需求为2个RB，用户2为3个RB，用户3为1个RB(这里的设置是任意的，可以根据实际需要任意改变)，则用户1、3可以分到组0中，，用户2可分到组1中。则各用户的参数设置为：

用户1：占用2个RB，则基本参数(G＝0，β＝0，r＝2)

用户2：占用3个RB，则基本参数(G＝1，β＝0，r＝3)

用户3：占用1个RB，则基本参数(G＝0，β＝2，r＝1)

根据公式(1)计算可得：

时刻1，用户占用频谱如下：1(0～1)，2(9～11)，3(2)

时刻2，用户占用频谱如下：1(6～7)，2(0～2)，3(8)

时刻3，用户占用频谱如下：1(12～13)，2(6～8)，3(14)

以后时刻以此类推。

示例2

上面的示例1中，由于为了说明方便，选了M＝K(因为K＝5恰好为素数)。在一般情况下，应该选M＞K，比如在上面的例子中，可选M＝7，相当于增加了两个虚拟用户群，考虑了虚拟用户群后，则有如下Latin方

0  1  2  3  4  5  6

2  3  4  5  6  0  1

4  5  6  0  1  2  3

6  0  1  2  3  4  5

1  2  3  4  5  6  0

3  4  5  6  0  1  2

5  6  0  1  2  3  4

其中，用户5、6是虚拟用户群。

当虚拟群的起始位置确定后，可以进一步确定群内用户的起始频点位置。

上述的示例1是示例2的一个特例，针对频点被完全占用的情况，而示例2可以针对所有情况。比如预先分配一个较大带宽给少量终端跳频，当有新跳频用户加入时，只需确定新用户的起始频点即可，不需要再去干涉已经存在的用户。

以上是以Latin方为例，对于其他的跳频图样如Costas、RS也同样可以实现。

示例3：

基于Costas序列的跳频图样与基于Latin方的跳频图样的区别在于：基于Costas序列的跳频图样在时间上是不等间距的，而基于Latin方的图样是等间距的。

以下例子是基于Costas序列的跳频图样：现有5个用户群，则对应如下的跳频图样：

4    5    0    1    2    3

3    4    5    0    1    2

1    2    3    4    5    0

5    0    1    2    3    4

0    1    2    3    4    5

2    3    4    5    0    1

其中，用户5为虚拟用户群，则，

时刻0，用户群按下列次序占用频谱：4    3    1    5    0    2

时刻1，用户群按下列次序占用频谱：5    4    2    0    1    3

当虚拟群的起始位置确定后，可以进一步确定群内用户的起始频点位置。

这里已经通过具体的实施例子对本发明进行了详细描述，提供上述实施例的描述为了使本领域的技术人员制造或适用本发明，这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是容易理解的。本发明并不限于这些例子，或其中的某些方面。本发明的范围通过附加的权利要求进行详细说明。

Claims (10)

1.一种群跳频的方法，其特征在于：

步骤1：将不同颗粒度的用户放入一个或多个虚拟群中；

步骤2：对形成同样频率资源宽度的多个虚拟群采用单颗粒度跳频方法进行跳频，确定群的起始位置，再由群内用户相对位置偏移进一步确定群内用户的起始频点位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中，进一步包括：

步骤1.1：将频率资源宽度超过M/2的用户归入不同的群，并填充到所述群中，其中，M为群的频率资源宽度；

步骤1.2：若步骤1.1建立的群不能完全容纳所有用户，则在剩余用户中将频率资源宽度超过N/2的用户建立并归入新群，并填充到所述新群中，直到完成所有的用户分群，其中，N是剩余用户中的最大资源宽度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在进行所述步骤1.1之前，先根据面向不同QoS要求的用户进行分群，即将基于同一QoS等级的用户分入同一个群中。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在进行所述步骤1.1之前，先面向具备不同占用频率宽度的用户进行分群，即建立不同频率宽度的群，不同频率宽度的群在不重叠的频率和时间资源上复用，分别进行跳频。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述步骤2中，采用基于Latin方确定单颗粒度连续频分多址系统跳频起始频点，所述方法包括：

在时刻j，用户k以起始位置为f(k，j)的频点发射，其中，

f(k，j)＝{[(G-j)α^-1]modM}R+β，

其中，系统的跳频范围为N个无线资源块，根据用户最大带宽需求R将总的带宽划分为M个群G，表示不大于N/R的最大正整数，G＝0，1，...，M-1为用户k所在的跳频群；分到同一群G中的用户根据用户相位偏移β区别，β＝0，1，...，R-1；设共有K个用户，每个用户的带宽需求为X(k)，k＝0，1，…，K-1，满足

α为跳频间隔，α＝1，2，…，M-1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述步骤2中，采用基于Costas序列确定单颗粒度连续频分多址系统跳频起始频点，所述方法包括：

在时刻j，用户k以起始位置为f(k，j)的频点发射，其中，

f(k，j)＝{[(log_α(G-j-1)mod(p-1))modp-1]modM}T+β

其中，系统的跳频范围为N个无线资源块，根据用户最大带宽需求R将总的带宽划分为M个群G，

表示不大于N/R的最大正整数，带宽T是群的带宽，T大于等于R，G＝0，1，...，M-1为用户k所在的跳频群；分到同一群G中的用户根据用户相位偏移β区别，β＝0，1，...，T-1为该用户在跳频群内的相位偏移，每个用户的带宽需求为X(k)，k＝0，1，…，K-1，满足

p＝M+1；p为素数，α为跳频间隔，α是p的本原根。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述步骤2中，采用基于固定偏移确定单颗粒度连续频分多址系统跳频起始频点，所述方法包括：

在时刻j，用户k以起始位置为f(k，j)的频点发射，其中，

f(k，j)＝(f(k，j-1)+γ)modN

其中，γ是跳频间距，N为系统的跳频范围。

8.一种完成权利要求1所述的跳频方法的信令传输方法，其特征在于：系统将跳频信息通知用户，所述信息包括：用户群编号、群内相对位置偏移、群的总数量、群的带宽需求和跳频间隔中的一个或多个。

9.一种利用权利要求1所述的群跳频方法的跳频用户和调度用户的复用方法，其特征在于：所述跳频用户和调度用户采用时间复用的方式发射。

10.一种利用权利要求1所述的群跳频方法的跳频用户和调度用户的复用方法，其特征在于：所述跳频用户和调度用户采用频率复用的方式发射，频域调度与跳频分别根据需要占用连续的带宽。

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