CN101039294A - 一种改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用具有低/零相关区的扩频序列进行导频，从而有效改善广义多载波系统中上行链路多用户的信道估计特性和同步特性的方法，属于移动通信技术领域。本方法包括以下步骤：发送端对各用户的导频符号利用零干扰窗或低干扰窗码字进行时域或频域调制；发送端将所述调制后的导频符号发送到接收端；接收端利用所述零干扰窗或低干扰窗码字对导频符号进行解调。本发明利用零干扰窗或低干扰窗码字的正交或低相关特性，可以获得比OVSF等码字的更好的多用户信号估计和分离效果。

Description

一种改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法

技术领域

本发明涉及一种用于改善广义多载波(GMC)系统信道估计特性和同步特性的方法，尤其涉及一种利用具有低/零相关区的扩频序列(ZCZ/LCZ)进行导频，从而有效改善广义多载波系统中上行链路多用户的信道估计特性和同步特性的方法，属于移动通信技术领域。

背景技术

当前，在推动第三代移动通信系统(3G)商用化的同时，有关的研究机构已经把研究重点转入下一代移动通信(4G)的先期研究。

第四代(4G)移动通信系统必须能够支持全IP高速分组数据传输、高的终端移动性和高的传输质量，提供高的频谱利用率和功率效率，有效地支持在用户数据速率、用户容量、服务质量和移动速度等方面大动态范围的变化。为满足这些技术需求，4G移动通信系统在网络结构、空中接口、传输体制等各个方面必将具有全新的面貌，具体地说，在网络结构方面，将采用全IP、分布式、自组织和多层的无线广带个人通信新体制和新模式；在空中接口方面，将采用分布式的接入方式，多天线技术具有至关重要的作用；在传输体制方面，多载波并行传输是必须的。

在多天线环境下，为有效可靠地支持全IP高速分组数据传输，4G移动通信系统需要很高的带宽，必须采用多载波并行传输技术。OFDM(正交频分复用)技术由于其很强的抗多径能力、简单易行的DFT实现，得到广泛的重视。人们普遍认为：保持OFDM技术的优点，克服其峰均比高和频偏敏感等缺点，构造新的广义多载波(GMC)系统传输技术方案，是解决4G系统传输体制问题的一个重要途径。

广义多载波并行传输的基本原理是把宽带传输信道分解为多个子信道，不同的用户或同一用户的并行数据流通过各子载波并行地传输。由于要使用多载波和多天线技术，待估计的信道参数个数随着发送天线个数的增加而线性增加，导频设计与信道估计成为构建实用系统的难点所在。

导频信号用来给基站提供对各个用户的信道响应特性，或信道到达时间，或信号收发频差进行估计。然后基于该估计，基站可以对各个用户的发送的业务信号进行响应的补偿，比如信道补偿，达到时间的调制或收发频差或相位的补偿。同时，基站需要这些信息作为对各个用户的资源分配进行调度的依据。导频信号需要各个上行用户同时或尽量同时发送，才能作为基站进行资源调度的合理依据。这个条件在高速运动场景下尤为重要，因为高速运动条件下，信道变化很快，即信道相干时间很短。如果各个用户的导频发送的时间差超过了信道相干时间，那么基站得到各个用户的信道响应特性就根本没有可比性，因此无法提供准确的资源分配。

在现有的技术方案中，一般可以采用CDMA的方式使多个用户的导频码分复用，比如OVSF(正交可变扩频因子)码字，在时间上同时发送，或者采用MC-CDMA方式，多个用户在频域子载波上进行码分复用。这个在时域相干性或频域相干性方面有较好的性能。但是如果时域或频域扩散导致OVSF等本来正交的码字不再正交，那么这个原因引起的码间干扰将大大降低用户的信号估计质量，同时也使得后续的补偿或资源分配的准确性大大降低。

LAS码是在在一定窗口范围内具备正交或低相关特性的码字，即零干扰窗口内，码字的自相关和互相关都呈现理想特性。这就是所谓的零干扰窗内的正交码。另外，还存在一定的范围，即低干扰窗内，码字的自相关和互相关都呈现近似理想特性，即自相关付峰相对主峰的比值很小，或互相关峰值和自相关主峰比值比值很小的特性的码字。对于此具有低/零相关区的扩频序列(ZCZ/LCZ)的进一步说明，可以参考唐小虎先生2001年6月发表的博士论文《低/零相关区理论与扩频通信系统序列设计》。

本发明人经过研究，认为利用LAS码字或其它具有在一定窗口范围内正交或低相关特性的码字来替代一般的OVSF等相关特性不是很理想的码字，将其作为上行各个用户发送的已知导频信息，可以取得很好的多个用户的信号估计和分离作用。但是，就本申请人所知，目前尚没有在广义多载波系统中应用上述具有低/零相关区的扩频序列的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用具有低/零相关区的扩频序列(ZCZ/LCZ)进行导频，从而有效改善广义多载波系统中上行链路多用户的信道估计特性和同步特性的方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，利用零干扰窗或低干扰窗码字进行导频发送来实现，其特征在于包括以下步骤：

(1)发送端对各用户的导频符号利用零干扰窗或低干扰窗码字进行时域或频域调制；

(2)发送端将所述调制后的导频符号发送到接收端；

(3)接收端利用所述零干扰窗或低干扰窗码字对导频符号进行解调。

其中，所述零干扰窗或低干扰窗码字是指LAS码。

所述时域或频域调制分别是指按照直接序列码分多址系统中的直接序列扩频操作和多载波码分多址系统中的扩频操作进行的。

所述的时域调制是指在时域上，用不同的所述零干扰窗或低干扰窗码字对不同的用户的导频符号进行调制。

所述的频域调制是指在频域上，将每一子载波上的所述各用户的导频符号利用不同的所述零干扰窗或低干扰窗码字进行复用。

所述的频域调制是指在频域上，将连续子载波上的所述各用户的导频符号利用相同的所述零干扰窗或低干扰窗码字进行复用。

上述方法中，接收端利用所述解调后的导频符号进行信道估计或者估计信号到达时间或收发信号的频差，并对所述导频符号后面的业务符号进行补偿。

所述导频符号是上行业务的导频符号。

所述导频符号是指DFT-S-GMC系统、DFT-S-OFDM系统、OFDM系统、OFDMA系统中的导频符号。

所述零干扰窗或低干扰窗码字在每一子帧中的位置是在每个子帧中的SB部分。

本发明所提供的改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法可以取得很好的多个用户的信号估计和分离效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1是表示本发明利用零干扰窗或低干扰窗码字对导频符号进行调制的原理图。

图2是表示本发明应用于DFT-S-GMC系统的示意图。

图3是表示本发明中零干扰窗或低干扰窗码字在GMC子帧中的位置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体讲解本发明的利用零干扰窗或低干扰窗码字进行导频发送的方法。

图1～图3介绍了系统帧结构中业务数据和导频的正交复用。具体的复用方式可以是时分复用，也可以是频分复用。而不管导频如何和业务数据复用，都需要解决上行多用户在这些有限的导频分配中发送自己的导频符号，以提供基站对自己的信号参数进行估计和补偿的问题。本发明是指在导频的时分复用或者频分复用中利用LAS码字来分别传送多个不同用户的导频符号。具体多个用户的用LAS码字调制的导频符号可以在时域进行区分，类似一般的CDMA系统，不同的用户发送不同的LAS码字，在同一时间或相邻时间发送，利用码字的正交性，特别是码字的零干扰窗特性在基站分离各个用户的接收信号，再对各个用户的信号进行估计和补偿。此外，也可以采用类似MC-CDMA方式，各个用户的导频在频域上用不同的码字承载在相同或不同的子载波中，基站接收端经FFT变化将接收信号变换到频域后，再利用LAS码字的零干扰窗的正交特性来对各个用户发送的自己的导频符号进行分离，以取得对各个用户的信号进行估计和补偿的目的。

如图1所示，在通信系统中的数据帧包括导频符号和业务符号两部分。其中，导频符号是用于信道估计的。利用通过导频符号估计出来的信号参数可以补偿后面的业务符号；业务符号用于传送业务数据。在图1中，用LAS码为例，来说明零干扰窗和低干扰窗码字(ZCZ/LCZ)如何对导频信道进行调制。可以理解，本发明所述的ZCZ/LCZ码可以是LAS码，也可以是改进后的LAS码，或者其他具有零干扰窗和低干扰窗的码字。

本发明利用ZCZ/LCZ码来调制导频符号可以有两种方式：一种是在时域进行调制；另一种是在频域进行调制。图1左下侧部分显示了在时域进行调制的原理。设有N个用户user 1，user 2…user N，以及N个LAS码，LAS1，LAS 2…LAS N。在图1左下侧，可以看到，利用N个LAS码分别对N个用户的导频符号进行调制，每个用户所使用的LAS码不同，所以多个用户的调制后的导频符号之间呈现自相关和互相关比较理想的特性。这种在时域调制的方式，具体而言，可以采用DS-CDMA(直接序列码分多址)系统的直接序列扩频方式。这就可以充分利用LAS码在一定窗口范围内正交或者具有低相关特性的优势，实现在时域扩散后，多个用户的导频符号之间还是具有良好的时域相干性，码间干扰小。发送端，在时域上将导频符号采用LAS码进行码分复用；接收端利用所述零干扰窗或低干扰窗码字对导频符号进行解调，利用LAS码字间的正交性或低干扰特性来区分各个用户发送的信号，并进行信道估计或者其他信道到达时间或收发频差的估计。

图1右下侧部分显示了在频域进行调制的情况。具体而言，导频在频域的调制可以采用MC-CDMA(多载波码分多址)方式，使多个用户利用码分方式在频域实现复用。参考图1中右下侧部分，设有N个LAS码，LAS 1，LAS 2…LAS N。设有Nm个用户user 1，user 2…user m…user 2m…user Nm，其中m是小于等于N的正整数。用一个LAS码，例如LAS 1对m个连续载波上的用户的导频符号进行扩频调制，这样在用N个LAS码分别对m个连续载波上的不同用户user 1，user 2…user m，user m+1，user m+2…user2m…user Nm的导频符号进行调制。因此，每个LAS码片被映射到连续的子载波中的一个，就利用LAS码字对干扰的抑制特性，实现抑制连续子载波的导频符号的码间干扰。在发送端，先利用LAS码扩频调制，然后利用IFFT进行OFDM调制；接收端，首先用FFT完成时域到频域的变换，然后在频域利用所述零干扰窗或低干扰窗码字对导频符号进行解扩，利用LAS码字之间的正交性或低干扰特性来区分不同用户发送的信号，并进行信道估计或者其他信道到达时间或收发频差的估计。

总而言之，无论时域调制还是频域调制，本发明都是发送端利用在一定窗口范围内正交或者低相关特性的码字来调制并发送多个用户的已知的导频符号，接收端利用码字间的正交性或者低相关特性来区分各个用户的信号，并对各个用户的各自的信道进行估计；或者对各个用户的信号到达时间或收发信号的频差进行估计，然后对业务符号进行适当补偿。

下面，结合图2，具体说明本发明应用于DFT-S-GMC系统的情况。需要指出的是，图2仅是举例，本发明不限于DFT-S-GMC系统(请补充中文或者英文全称)，也可以应用于DFT-S-OFDM系统(请补充中文或者英文全称)或者OFDM(正交频分复用)、OFDMA系统(正交频分复用多址访问系统)等多种扩频通信系统中。

图2中，一个GMC子帧中有6个业务符号块和2个导频符号块，以时分方式进行复用。而且，业务符号块是长数据块，导频符号块是短数据块。每个子带有4个子载波。图中，S表示信令符号块，D表示数据符号块，P表示导频符号块。在DFT-S-GMC系统中，子帧中的多个上行业务的导频符号应同时发送，因此可以考虑用ZCZ/LCZ码，例如LAS码字，对多个上行用户的导频符号进行复用。应用ZCZ/LCZ码进行调制，可以获得比OVSF更好的效果，保证导频符号同时发送。

复用的方式，可以按照图1中所述的时域调制或者频域调制技术进行。将各个子载波中导频符号在时域进行码分复用，也可以在频域进行频分和码分复用的结合。

参考图3，LAS码字在每一子帧中的位置是在每个子帧中的SB部分。发送端通过LAS码对SB部分进行调制，同时发送各个上行用户的导频符号。接收端通过已知的相同的LAS对SB部分进行解扩解调，区分得到各用户的导频符号。

上面虽然通过具体实施方式描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，所附的权利要求将包括这些变形和变化。

Claims (10)

1.一种改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，利用零干扰窗或低干扰窗码字进行导频发送来实现，其特征在于包括以下步骤：

(1)发送端对各用户的导频符号利用零干扰窗或低干扰窗码字进行时域或频域调制；

(2)发送端将所述调制后的导频符号发送到接收端；

(3)接收端利用所述零干扰窗或低干扰窗码字对导频符号进行解调。

2.如权利要求1所述的改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，其特征在于：

所述零干扰窗或低干扰窗码字是指LAS码。

3.如权利要求1所述的改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，其特征在于：

所述时域或频域调制分别是指按照直接序列码分多址系统中的直接序列扩频操作和多载波码分多址系统中的扩频操作进行的。

4.如权利要求3所述的改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，其特征在于：

所述的时域调制是指在时域上，用不同的所述零干扰窗或低干扰窗码字对不同的用户的导频符号进行调制。

5.如权利要求3所述的改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，其特征在于：

所述的频域调制是指在频域上，将每一子载波上的所述各用户的导频符号利用不同的所述零干扰窗或低干扰窗码字进行复用。

6.如权利要求3所述的改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，其特征在于：

所述的频域调制是指在频域上，将连续子载波上的所述各用户的导频符号利用相同的所述零干扰窗或低干扰窗码字进行复用。

7.如权利要求1所述的改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，其特征在于进一步包括以下步骤：

接收端利用所述解调后的导频符号进行信道估计或者估计信号到达时间或收发信号的频差，并对所述导频符号后面的业务符号进行补偿。

8.如权利要求1所述的改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，其特征在于：

所述导频符号是上行业务的导频符号。

9.如权利要求1所述的改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，其特征在于：

所述导频符号是指DFT-S-GMC系统、DFT-S-OFDM系统、OFDM系统、OFDMA系统中的导频符号。

10.如权利要求9所述的改善广义多载波系统信道估计特性和同步特性的方法，其特征在于：

所述零干扰窗或低干扰窗码字在每一子帧中的位置是在每个子帧中的SB部分。

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