CN101039169A - 第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法，涉及信道复用技术，为解决LTE系统信道控制不明确而提出，所采用的技术方案是：将控制信道配置在子帧靠前的符号中，剩余子帧符号中配置业务信道；采用分集方式在控制信道发送系统控制信息，并采用复用方式在业务信道发送业务数据。本发明还同时公开了一种实现上述方法的装置。本发明不但能保证系统控制信息发送的可靠性，而且业务数据的发送速率较高。控制信道配置在子帧靠前的符号中，有利于减少UE接收的时延。

Description

第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法与装置

技术领域

本发明涉及第三代移动通信(3G)长期演进(LTE，Long Term Evolution)系统信道复用技术，尤其涉及一种3G LTE系统中控制信道及业务信道的复用方法与装置。

背景技术

为了面向未来、打造持续的竞争力，第三代移动通信全球标准化组织(3GPP)于2004年12月正式成立了LTE研究项目。LTE的制定出发点是保证3GPP未来十年的竞争力，从性能、功能、成本上得到全面提升。相对于3GPPRelease6，LTE下行频谱效率将提高3至4倍，上行将提高2至3倍。为达到高速传输数据的目的，3GPP组织决定LTE系统物理层下行传输采用先进成熟的正交频分复用多址(OFDMA，Orthogonal Frequency Division MultiplexingAccess)方案，上行传输采用峰均比较低的单载波频分多址(SC-FDMA，SingleCarrier Frequency Division Multiplexing Access)方案。

为了满足高速传输要求，3GPP组织决定LTE系统中采用多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)技术。MIMO技术最早由Marconi于1908年提出，它利用多天线来抑制信道衰落。根据天线的数量，MIMO还可以包括单进多出(SIMO，Single Input Multiple Output)和多进单出(MISO，MultipleInput Single Output)技术。利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。虽然确定采用MIMO方式发送数据，但目前的LTE系统中并没有确定数据传输的具体细节，3GPP TR25.814协议也未涉及信道控制的具体制定方式。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法与装置，能同时保证系统控制信息发送的可靠和业务数据发送的高速率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法，包括：

将控制信道配置在正交频分复用子帧靠前的符号中，剩余子帧符号中配置业务信道；采用分集方式在控制信道发送系统控制信息，并采用复用方式在业务信道发送业务数据。

该方法进一步包括：对所述控制信道和业务信道承载的数据在发送前进行预编码。

其中，所述将控制信道配置在子帧靠前的符号具体为：

将所述控制信道配置在子帧的第一个符号中。

其中，所述将控制信道配置在子帧靠前的符号具体为：

将所述控制信道配置在子帧的前两个符号中。

其中，所述分集方式包括但不限于：循环延迟分集、块状编码传送分集和转换发射分集。

其中，所述复用方式为：空时分层结构。

一种第三代移动通信长期演进系统中信道复用装置，包括：

控制信道配置单元，用于将控制信道配置在子帧靠前的符号中；

业务信道配置单元，用于将业务信道配置在剩余的子帧符号中；

控制信道数据发送单元，用于采用分集方式在所述控制信道配置单元配置的控制信道发送系统控制信息；

业务信道数据发送单元，用于采用复用方式在所述业务信道配置单元配置的业务信道发送业务数据。

其中，该装置还包括：

预编码单元，用于在发送前对控制信道和业务信道承载的数据进行预编码。

其中，所述控制信道数据发送单元采用的分集方式包括但不限于：循环延迟分集、块状编码传送分集和转换发射分集。

其中，所述复用方式为：空时分层结构。

本发明对控制信道和业务信道分别采用分集技术和空间复用技术而进行发送，并将控制信道配置在子帧靠前的符号中。对于地位较重要的系统控制信息，采用分集方式多天线重复发送，而对于纯业务数据，则采用复用方式多天线分散发送，如此，不但能保证系统控制信息发送的可靠性，而且业务数据的发送速率较高。控制信道配置在子帧靠前的符号中，有利于减少UE接收的时延。

附图说明

图1为本发明LTE系统中信道复用装置的组成结构示意图；

图2为LTE系统中信道配置方式的示意图；

图3为本发明LTE系统中信道复用方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。

本发明的核心思想是：对于控制信道，采用预编码和分集技术，利用多天线重复发送系统控制信息，以保证控制信道的可靠性发送；业务信道采用多层复用的预编码技术，将业务数据分散到多天线同时发送。本发明利用时分复用将控制信道与业务信道相结合，保证信道的可靠性的前提下提高系统的吞吐率，提高系统性能。

图1为本发明LTE系统中信道复用装置的组成结构示意图，如图1所示，本发明的信道复用传输装置包括预编码单元10、控制信道配置单元11、业务信道配置单元12、控制信道数据发送单元13和业务信道数据发送单元14。其中，预编码单元10用于对控制信道和业务信道承载的数据进行预编码。

以下结合LTE系统确定的MIMO技术，来说明本发明预编码方式是如何实现的。

MIMO技术使用多个(如N_T个)发射天线和多个(如N_R个)接收天线用于数据传输，N_T个发射天线和N_R个接收天线形成的MIMO信道被分解成N_S个独立子信道，其中N_S小于等于N_T和N_R中的最小者，即N_S≤min{N_T，N_R}。每个独立信道的也被称为MIMO信道的空间子信道。空间子信道的数目由MIMO信道的本征模式数即H阵的秩确定。每一个数据流在空间使用独立的空间子信道，从而提高了系统容量。在发射端，两个独立的数据流首先被独立编码调制，得到两个独立的符号流，这两个独立的符号流经过预编码即加权处理，然后映射到两根天线上去，将MIMO的天线域变换为波束域。本领域普通技术人员应当理解，预编码技术为公知技术，这里不再赘述。

控制信道配置单元11用于将控制信道配置在正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)子帧靠前的符号中。图2为LTE系统中信道配置方式的示意图。如图2所示，LTE系统采用的是正交频分复用技术，其信道由多个子载波构成，图2中每个信道的一竖列代表一个符号。控制信道被插入到子帧的前两个符号中，其余的子帧符号中全部配置业务信道，其中，控制信道用来承载系统控制信息，业务信道承载业务数据。控制信道配置在子帧靠前的符号中，有利于减少UE接收的时延。图2中沙点覆盖的区域即为控制信道的配置位置，空白区域为业务信道配置区域。本领域普通技术人员应当理解，控制信道也可以配置在第一个子帧符号中。

业务信道配置单元12用于将业务信道配置在剩余子帧符号中。图2中空白区域即为业务信道配置区域。控制信道数据发送单元13用于采用分集方式在控制信道发送系统控制信息。业务信道数据发送单元14用于采用复用方式在业务信道发送业务数据。

本发明的分集方式包括：循环延迟分集(CDD，Cyclic Delay Diversity)、块状编码传送分集和转换发射分集等。CDD时延在频域体现为在第i个天线、k个子载波的相移e^jik，j是复数的虚部标识，相角

D_i是第i个天线采样时延，N为每个OFDM符号子信道的个数。待传输的控制信息S包含同样的符号，乘编码矩阵C复用到列向量T，若通过4个天线发射(在预编码之前，信号是延时或相移过的)，则：

$\left[\begin{array}{c}{T}_1\\ T_2\\ T_3\\ T_4\end{array}\right]=C^T\×S=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& e^{j{\mathrm{\φ}}_{1}k}& e^{j{\mathrm{\φ}}_{2}k}& e^{j{\mathrm{\φ}}_{3}k}\\ 1& e^{j(\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{1}k)}& e^{j(\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}& e^{j(3\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{3}k)}\\ 1& e^{j(\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{1}k)}& e^{j(2\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}& e^{j(3\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{3}k)}\\ 1& e^{j(3\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{1}k)}& e^{j(3\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}& e^{j(9\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{3}k)}\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_1\\ S_1\\ S_1\end{array}\right]$

$=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{c}{S}_1(1+e^{j{\mathrm{\φ}}_{1}k}+e^{j{\mathrm{\φ}}_{2}k}+e^{j{\mathrm{\φ}}_{3}k})\\ S_1(1+e^{j(\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{1}k)}+e^{j(\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}+e^{j(3\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{3}k)})\\ S_1(1+e^{j(\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{1}k)}+e^{j(2\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}+e^{j(3\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{3}k)})\\ S_1(1+e^{j(3\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{1}k)}+e^{j(3\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}+e^{j(9\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{3}k)})\end{array}\right]$

若通过块状编码中的空频分组码(SFBC，Space Frequency Block Code)传送分集进行处理，以两发射天线为例，两个相邻的子载波编码为 $\left[\begin{array}{cc}{S}_1& -S_2^{*}\\ S_2& S_1^{*}\end{array}\right],$ S^*表示S的共轭，则加权预编码：

$\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}& T_{12}\\ T_{21}& T_{22}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{cc}{S}_1& -S_2^{*}\\ S_2& S_1^{*}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}{S}_1+S_2& -S_2^{*}+S_1^{*}\\ S_1-S_2& -S_2^{*}-S_1^{*}\end{array}\right]$

本发明复用方式可采用空时分层结构(BLAST，Bell Layered Space Time)。

对于4×4MIMO系统，可进行空间四个码流复用，即4个码流复乘预编码矩阵，如下：

$\left[\begin{array}{c}{T}_1\\ T_2\\ T_3\\ T_4\end{array}\right]=C\×S=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ e^{j{\mathrm{\φ}}_{1}k}& e^{j(\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{1}k)}& e^{j(\mathrm{\π}+\mathrm{\φ}1k)}& e^{j(3\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{1}k)}\\ e^{j{\mathrm{\φ}}_{2}k}& e^{j(\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}& e^{j(2\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}& e^{j(3\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}\\ e^{j{\mathrm{\φ}}_{3}k}& e^{j(3\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{3}k)}& e^{j(3\mathrm{\π}+\mathrm{\φ}3k)}& e^{j(9\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{3}k)}\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\\ S_3\\ S_4\end{array}\right]$

$=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{c}{S}_1+S_2+S_3+S_4\\ S_1\·e^{j{\mathrm{\φ}}_{1}k}+S_2\·e^{j(\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{1}k)}+S_3\·e^{j(\mathrm{\π}+\mathrm{\φ}1k)}+S_4\·e^{j(3\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{1}k)}\\ S_1{\·e}^{j{\mathrm{\φ}}_{2}k}+S_2{\·e}^{j(\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}+S_3\·e^{j(2\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}+S_4\·e^{j(3\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_{2}k)}\\ S_1{\·e}^{j{\mathrm{\φ}}_{3}k}+S_2\·e^{j(3\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{3}k)}+S_3\·e^{j(3\mathrm{\π}+\mathrm{\φ}3k)}+S_4\·e^{j(9\mathrm{\π}/2+{\mathrm{\φ}}_{3}k)}\end{array}\right]$

如果上述4×4MIMO系统若只发两个流的业务信道，则可以根据信道质量选择发送，如在虚拟天线一、三上发送可以将符号向量写为：

S^T＝[S₁ 0 S₂ 0]

本领域普通技术人员应当理解，上述分集和复用方式均为成熟的算法。

本发明的控制信道与业务信道采用时分复用方式，控制信道在第一个或前两个OFDM符号发射，并采用分集发射方式，有效提高了控制信道中控制信息的发送可靠性，而业务信道在剩余的符号发送，可根据控制信道的信道质量标识，调整发射预编码矩阵用于业务信道。使控制信道与业务信道功率平衡，使多天线技术有更多的可实现性，通过添加天线数目可提高吞吐率。

以下对本发明的信道复用方法进行说明。

图3为本发明LTE系统中信道复用方法流程图，如图3所示，本发明的信道复用方法包括：

步骤301：将控制信道配置在子帧靠前的符号中，剩余子帧符号中配置业务信道。

其中，控制信道可以配置在子帧的第一个符号中，也可以配置在子帧的前两个符号中。

步骤302：配置完成后，采用分集方式在控制信道发送系统控制信息，采用复用方式在业务信道发送业务数据。在发送系统控制信息和业务数据之前，采用前述的方式对其进行预编码处理。至于如何配置以及如何发送，均属于现有技术，这里不再赘述。

本发明的分集方式包括：CDD、块状编码传送分集和转换发射分集等。本发明的复用方式可采用空时分层结构BLAST。分集方式和复用方式的说明可参见本发明信道复用装置部分的描述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法，其特征在于，该方法包括：

将控制信道配置在正交频分复用子帧靠前的符号中，剩余子帧符号中配置业务信道；采用分集方式在控制信道发送系统控制信息，并采用复用方式在业务信道发送业务数据。

2、根据权利要求1所述的第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法，其特征在于，该方法进一步包括：对所述控制信道和业务信道承载的数据在发送前进行预编码。

3、根据权利要求1所述的第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法，其特征在于，所述将控制信道配置在子帧靠前的符号具体为：

将所述控制信道配置在子帧的第一个符号中。

4、根据权利要求1所述的第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法，其特征在于，所述将控制信道配置在子帧靠前的符号具体为：

将所述控制信道配置在子帧的前两个符号中。

5、根据权利要求1至4中任一项所述的第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法，其特征在于，所述分集方式包括但不限于：循环延迟分集、块状编码传送分集和转换发射分集。

6、根据权利要求1至4中任一项所述的第三代移动通信长期演进系统中信道复用方法，其特征在于，所述复用方式为：空时分层结构。

7、一种第三代移动通信长期演进系统中信道复用装置，其特征在于，该装置包括：

控制信道配置单元，用于将控制信道配置在子帧靠前的符号中；

业务信道配置单元，用于将业务信道配置在剩余的子帧符号中；

控制信道数据发送单元，用于采用分集方式在所述控制信道配置单元配置的控制信道发送系统控制信息；

业务信道数据发送单元，用于采用复用方式在所述业务信道配置单元配置的业务信道发送业务数据。

8、根据权利要求7所述的第三代移动通信长期演进系统中信道复用装置，其特征在于，该装置还包括：

预编码单元，用于在发送前对控制信道和业务信道承载的数据进行预编码。

9、根据权利要求7所述的第三代移动通信长期演进系统中信道复用装置，其特征在于，所述控制信道数据发送单元采用的分集方式包括但不限于：循环延迟分集、块状编码传送分集和转换发射分集。

10、根据权利要求7所述的第三代移动通信长期演进系统中信道复用装置，其特征在于，所述复用方式为：空时分层结构。

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