CN101047683B - 一种无线信号发射/接收方法及发射/接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线信号发射方法，应用于正交频分多址接入OFDMA蜂窝移动通信系统，包括：对发送给接收端的数据帧进行编码调制生成调制符号包，映射到OFDM码元上；用随机偏置序列对每个数据帧关联的子载波进行重映射；将重映射后的OFDM码元进行逆快速傅立叶变换IFFT，生成时域信号通过天线发射。本发明还公开了相对应的无线信号接收方法以及无线信号发射/接收装置。采用本发明能有效减少相邻小区边缘用户之间的相互干扰，并提高系统的无线频率资源利用率。

Description

一种无线信号发射/接收方法及发射/接收装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及正交频分多址接入(Orthogonal FrequencyDivision Multi Access，OFDMA)蜂窝移动通信系统中的无线信号发射/接收方法及发射/接收装置。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multipluxing，OFDM)是一种多载波传输技术，该技术将频谱分成许多子载波，每个子载波用较低的数据速率来调制。通过向不同的用户分配不同的子载波，可以实现OFDM的多址接入，即OFDMA。每个窄带子载波采用不同的调制方式，例如QAM16、QAM8等，然后采用逆快速傅立叶变换(IFFT)来提供OFDM调制。需要传输的数据被映射到OFDM码元上，经过IFFT后，加上循环前缀，发送出去。接收端利用FFT解出OFDM码元，取出映射到该码元的数据。

在OFDMA蜂窝移动通信系统中，物理信道通常分为集中资源分配信道(Localized Resource Channel；LRCH，)和离散资源分配信道(DistributedResource Channel，DRCH，)两种类型。

LRCH由连续的子载波组成。基站根据反馈的信道质量信息(ChannelQuality Information，CQI)，选择CQI较好的LRCH分配给用户。这样能够避开深衰落的频带，有效地对抗频率选择性衰落。所以，LRCH有较高的传输效率。但是，LRCH需要反馈较多的CQI信息，负载比较大。而且对于高速运动的用户，由于信道质量变化太快，反馈回来的CQI已经不能反应当前的信道质量，所以LRCH只适合于低速用户。

DRCH相关联的子载波分散在整个时间频率面上，有时间频率上的分集增益。适用于高速运动和公共控制信道等，并且基站只要知道整个频带平均的CQI，因此负载较小。但传输的效率不如LRCH高。

两种类型各有优缺点，在一个数据帧内通常会同时包含LRCH和DRCH，即两种信道复用在同一个数据帧内，复用方式通常有频分复用(FDM)、时分复用(TDM)等等。由于FDM方式诸多的优点使得其在OFDMA系统中广泛应用，如长期演进(LTE)标准中采用此方式作为两种信道的复用方式。

FDM方式如图1所示，将整个频带资源分成LRCH和DRCH两部分，在每个OFDM码元内将子载波分配给LRCH和DRCH，并且在一个数据帧内不同的OFDM码元上与LRCH和DRCH相关联的子载波不发生变化。

在通常的系统中，不同小区采用相同的复用方式，如图2所示。这样，系统各小区用户之间存在以下问题：

当不同小区的用户使用相同的物理信道时，如A小区某一用户使用A小区中的DRCH1，B小区的另一用户同时使用B小区中的DRCH1，那么，由图2中A小区和B小区的时频资源分配示意图可知，两用户使用的时频资源将发生完全的碰撞，即如果这两个用户距离较近，他们接收到的信号会被对方的基站严重干扰，使得两用户都无法正常通信。

在传统的解决方案中，通常采用频率复用的方法来减少小区间用户的相互干扰，也就是当其中一个小区使用某段频率时，相邻的小区将避免使用这段频率，从而降低小区间的干扰。但是这种方法使得频率的利用率降低。如图3所示，小区1和小区2、4、6以及小区3、5、7在相同时刻分别使用不同的频率，也就是每组小区在同一时刻仅使用了整个可用频带的1/3，故频率利用率较低。

发明内容

本发明提供一种无线信号发射/接收方法，用以解决现有技术中存在的相邻小区用户有可能存在较大频率干扰的问题，以及为解决小区间干扰，导致系统频率利用率不高的问题。

根据本发明提供的无线信号发射/接收方法，本发明另提供相对应的无线信号发射/接收装置。

本发明提供的无线信号发射方法，包括：

A1、对发送给接收端的数据帧进行编码调制生成调制符号包，映射到OFDM码元上；

B1、用随机偏置序列对每个数据帧关联的子载波进行重映射，包括：采用本小区的随机序列种子，由随机偏置序列发生器产生随机偏置序列，用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应的偏置值，将每个数据帧对应的OFDM码元所包含的各子载波编号分别加上所述对应偏置值，再对可用的子载波数取模，得到重映射后的与所述数据帧关联的子载波，其中相邻小区被设定不同的随机序列种子；

C1、将重映射后的OFDM码元进行逆快速傅立叶变换IFFT，生成时域信号通过天线发射。

根据本发明的上述方法，还包括：

通过下行共享信道将小区使用的随机序列种子信息通知给小区内的接收装置。

本发明提供的无线信号接收方法，包括：

A2、接收装置将接收到的无线信号经过快速傅立叶变换FFT，生成频域OFDM码元；

B2、用随机偏置序列对每一个数据帧关联的子载波进行反重映射，包括：采用本小区的随机序列种子，由随机偏置序列发生器产生随机偏置序列，用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应的偏置值，将FFT变换后生成的OFDM码元所包含的各子载波编号分别减去所述对应偏置值并加上可用的子载波，再对可用的子载波数取模，得到反重映射后的与所述数据帧关联的子载波，其中相邻小区被设定不同的随机序列种子；

C2、对反重映射后的OFDM码元进行反映射，将得到的对应数据符号执行解码和解调，恢复出发送给接收端的数据帧。

根据本发明的上述方法，所述接收装置通过所在小区的下行共享信道获取该小区使用的随机序列种子信息。

本发明提供一种无线信号发射装置，应用于正交频分多址接入OFDMA蜂窝移动通信系统，包括：

编码/调制单元，对需要发送的数据帧进行编码调制生成调制符号包；

映射单元，将所述编码/调制单元生成的调制符号包映射到OFDM码元上，输出给重映射单元；

随机序列种子发送单元，将小区使用的随机序列种子发送给随机偏置序列发生器；并将随机序列种子信息输出给下行共享信道携带，通知给小区内的接收装置；

随机偏置序列发生器，根据接收的随机序列种子产生随机偏置序列；

重映射单元，用随机偏置序列发生器产生的随机偏置序列对每一个数据帧关联的子载波进行重映射，包括：用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应的偏置值，将每个数据帧对应的OFDM码元所包含的各子载波编号分别加上所述对应偏置值，再对可用的子载波数取模，得到重映射后的与所述数据帧关联的子载波，其中相邻小区被设定不同的随机序列种子；

IFFT变换单元，将重映射后的OFDM码元进行逆快速傅立叶变换IFFT，生成时域信号；

发射天线，将所述IFFT变换单元生成的时域信号发送出去。

本发明还提供一种无线信号接收装置，应用于正交频分多址接入OFDMA蜂窝移动通信系统，包括：

接收天线，接收无线信号，输出给FFT变换单元；

FFT变换单元，将接收的时域无线信号进行快速傅立叶变换FFT，生成频域信号，输出给反重映射单元；

随机序列种子接收单元，从小区下行共享信道中接收小区使用的随机序列种子，发送给随机偏置序列发生器；

随机偏置序列发生器，根据接收的随机序列种子产生随机偏置序列；

反重映射单元，用随机偏置序列发生器产生的随机偏置序列对每一个数据帧关联的子载波进行反重映射，包括：用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应的偏置值，将FFT变换后生成的OFDM码元所包含的各子载波编号分别减去所述对应偏置值并加上可用的子载波，再对可用的子载波数取模，得到反重映射后的与所述数据帧关联的子载波，其中相邻小区被设定不同的随机序列种子；

反映射单元，对反重映射单元处理后的OFDM码元进行反映射，得到对应的数据符号；

解码/解调制单元，将得到的对应数据符号执行解码和解调，恢复出发送给接收端的数据帧。

本发明有益效果如下：

(1)本发明用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应随机偏置值，将每个数据帧对应的OFDM码元所包含的各子载波采用该随机偏置值进行频移，即：将经过信道映射后的OFDM码元所包含的各子载波编号分别加上所述对应偏置值，再对可用的子载波数取模，得到重映射后的与所述数据帧关联的子载波，再将重映射后的OFDM码元进行逆快速傅立叶变换IFFT，生成时域信号通过天线发射；并且各相邻小区采用不同的随机偏置序列，这样，使得相邻小区的两两用户使用的一个数据帧内的子载波发生完全碰撞的可能性大大降低，相邻小区用户间的相互干扰在多个用户上得到平均，增加了系统的可靠性，减少了相邻小区间两两用户，特别是小区边缘用户之间的相互干扰；保证了小区边缘用户的通信质量。

(2)采用本发明，相邻小区在同一时刻可以分配相同的频率资源。这是因为，尽管相邻小区在同一时刻分配了相同的频率资源，但由于本发明对经过信道映射后的OFDM码元所包含的各子载波采用随机偏置序列的随机偏置值进行了重映射，使得与数据帧关联的子载波进行了随机频移，这样，相邻小区在同一时刻实际使用相同频率资源的概率很小。因此，采用本发明，避免了现有技术中为了减小相邻小区之间的干扰，需要为相邻小区组分配不同使用频段的问题，提高了系统频率资源的利用率。

(3)本发明采用一个随机偏置序列发生器，根据设置的随机序列种子产生随机偏置序列，对映射后的OFDM码元所包含的各子载波用对应的随机偏置值进行随机频移，实现与数据帧关联的子载波的重映射，有效地解决了相邻小区边缘用户在同一信道上使用相同时频资源发生完全碰撞的问题。实现方法简单、成本低。

附图说明

图1为OFDM码元上与LRCH和DRCH相关联的子载波分配示意图；

图2为现有技术中不同小区采用相同的FDM方式分配与LRCH和DRCH相关联的子载波示意图；

图3现有技术中为相邻小区分配不同使用频带示意图；

图4为本发明无线信号发射装置结构示意图；

图5为本发明无线信号接收装置结构示意图；

图6、图7为采用本发明方法后两个相邻小区的与LRCH和DRCH相关联的子载波进行频移后的分配示意图。

具体实施方式

在OFDMA蜂窝移动通信系统中，针对无线物理信道FDM方式复用的情况，本发明提供一种保证频率利用率较高的、且有效减少小区间干扰的无线信号发送/接收方法及相对应的无线信号发射/接收装置。

本发明提供的无线信号发射方法，包括：

对发送给接收端的数据帧进行编码调制生成调制符号包，映射到OFDM码元上；

用随机偏置序列对每个数据帧关联的子载波进行重映射；

将重映射后的OFDM码元进行逆快速傅立叶变换IFFT，生成时域信号通过天线发射。

具体的子载波重映射方法为：

用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应偏置值；

将每个数据帧对应的OFDM码元所包含的各子载波编号分别加上所述对应偏置值，再对可用的子载波数取模，得到重映射后的与所述数据帧关联的子载波。

设生成的随机偏置序列为x(1)，x(2)，…，x(i)，…，其中i为数据帧的序号。x(i)为随机偏置序列的偏置值，设第i帧重映射前OFDM码元内的子载波编号为s(0)，s(1)，…，s(j)，…，s(N-1)，其中N为整个频带内可用的子载波数，j为第j个子载波，第i帧经过重映射后，子载波编号变为：[x(i)+s(0)]mod(N)，[x(i)+s(1)]mod(N)，…，[x(i)+s(j)]mod(N)，…，[x(i)+s(N-1)]mod(N)；其中mod(N)为以N取模。

为了减少相邻小区间的干扰，本发明采用给OFDMA蜂窝移动通信系统中的相邻小区设定不同的随机序列种子，由随机偏置序列发生器产生出随机偏置序列；并将小区使用的随机序列种子信息通过下行共享信道通知给小区内的接收装置。

与本发明的无线信号发射方法相对应，本发明提供一种无线信号接收方法，包括：

接收装置将接收到的无线信号经过快速傅立叶变换FFT，生成频域OFDM码元；

用随机偏置序列对每一个数据帧关联的子载波进行反重映射；

对反重映射后的OFDM码元进行反映射，将得到的对应数据符号执行解码和解调，恢复出发送给接收端的数据帧。

具体的子载波反重映射方法与子载波映射方法相对应，包括：

用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应偏置值；

将FFT变换后生成的OFDM码元所包含的各子载波编号分别减去所述对应偏置值并加上可用的子载波数，再对可用的子载波数取模，得到反重映射后的与所述数据帧关联的子载波。

设随机偏置序列为x(1)，x(2)，…，x(i)，…，生成的方法和发射端相同，由随机偏置序列发生器根据设置的随机序列种子产生。设第i帧反重映射前OFDM码元内的子载波编号为t(0)，t(1)，…，t(j)，…，t(N-1)，其中N为整个频带内可用的子载波数，j为第j个子载波，第i帧经过反重映射后，子载波编号变为：[t(0)+N-x(i)]mod(N)，[t(1)+N-x(i)]mod(N)，…，[t(2)+N-x(i)]mod(N)，…，[t(N-1)+N-x(i)]mod(N)。

其中，接收装置通过所在小区的下行共享信道获取该小区使用的随机序列种子信息，采用所在小区使用的随机序列种子，由随机偏置序列发生器产生出随机偏置序列。

根据本发明的上述方法，本发明另提供相对应的无线信号发射/接收装置。参见图4，为本发明提供的无线信号发射装置功能单元结构示意图，包括：

编码/调制单元，对需要发送的数据帧进行编码调制生成调制符号包；

映射单元，将编码/调制单元生成的调制符号包映射到OFDM码元上，输出给重映射单元；

随机序列种子发送单元，将小区使用的随机序列种子发送给随机偏置序列发生器；并将随机序列种子信息输出给下行共享信道携带，通知给小区内的接收装置；

随机偏置序列发生器，根据接收的随机序列种子产生随机偏置序列；

重映射单元，用随机偏置序列发生器产生的随机偏置序列对每一个数据帧关联的子载波进行重映射；

IFFT变换单元，将重映射后的OFDM码元进行逆快速傅立叶变换IFFT，生成时域信号；

发射天线，将IFFT变换单元生成的时域信号发送出去。

参见图5，为本发明提供的无线信号接收装置功能单元结构示意图，包括：

接收天线，接收无线信号，输出给FFT变换单元；

FFT变换单元，将接收的时域无线信号进行快速傅立叶变换FFT，生成频域信号，输出给反重映射单元；

随机序列种子接收单元，从小区下行共享信道中接收小区使用的随机序列种子，发送给随机偏置序列发生器；

随机偏置序列发生器，根据接收的随机序列种子产生随机偏置序列；

反重映射单元，用随机偏置序列发生器产生的随机偏置序列对每一个数据帧关联的子载波进行反重映射；

反映射单元，对反重映射单元处理后的OFDM码元进行反映射，得到对应的数据符号；

解码/解调制单元，将得到的对应数据符号执行解码和解调，恢复出发送给接收端的数据帧。

下面用具体实例说明本发明方法带来的有益效果。

如图6，图7所示，为相邻两小区A、B的3个数据帧。设整个频带有效子载波数为108个，在图中从上到下各子载波依次编号为0，1，...，107。A小区3个数据帧对应的随机偏置序列的偏置值分别为0，90，4。B小区3个数据帧对应的随机偏置序列的偏置值分别为86，41，18。生成的离散用户和集中用户复用图案如图6、图7中所示，其中LRCH为集中分配用户，DRCH为离散分配用户。

对A小区，第一数据帧中的LRCH1用户，使用的子载波编号为0～23，而小区B中该部分子载波包含的用户有：使用LRCH1的用户，使用LRCH2的用户，使用DRCH1的用户，使用DRCH2用户。也就是说，A小区的LRCH1用户使用的频段与B小区中使用4种不同信道的用户相碰撞。假设A小区中有一个用户正使用LRCH1，占用的子载波编号为0～23；假设B小区中LRCH1、LRCH2、DRCH1和DRCH2各有一个用户，则A小区的该LRCH1用户使用的频段与B小区中的4个用户使用的频段相碰撞，A小区中该LRCH1用户和B小区用户之间的频率干扰在该4个用户上平均，这样，即使A小区中的该LRCH1用户与B小区中的4个用户中的某一个用户地理位置相邻很近，A小区中该LRCH1用户的数据也只有部分子载波被此相邻用户干扰，该LRCH1用户数据的其它子载波受到的干扰较小，从而提高了该用户的系统可靠性，减少了该用户受到的来自邻小区的干扰。

对于相邻A、B小区中的其他数据帧内的其他用户，同样可以得到相同的结论。

综上所述，本发明使用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应随机偏置值，将每个数据帧对应的OFDM码元所包含的各子载波采用该随机偏置值进行频移，使得相邻小区的两两用户使用的一个数据帧内的子载波发生完全碰撞的可能性大大降低，相邻小区用户间的相互干扰在多个用户上得到平均，增加了系统的可靠性，减少了相邻小区间两两用户，特别是小区边缘用户之间的相互干扰；保证了小区边缘用户的通信质量。

采用本发明，相邻小区在同一时刻可以分配相同的频率资源。这是因为，尽管相邻小区在同一时刻分配了相同的频率资源，但由于本发明对经过信道映射后的OFDM码元所包含的各子载波采用随机偏置序列的随机偏置值进行了重映射，使得与数据帧关联的子载波进行了随机频移，这样，相邻小区在同一时刻实际使用相同频率资源的概率很小。因此，采用本发明，可以提高了系统频率资源的利用率。

本发明提供的发射/接收装置，仅需要在现有发射/接收装置中增加一个随机偏置序列发生器和重映射/解重映射单元，根据设置的随机序列种子产生随机偏置序列，对OFDM码元所包含的各子载波用对应的随机偏置值进行随机频移，实现与数据帧关联的子载波的重映射/解重映射，有效地解决了相邻小区边缘用户在同一信道上使用相同时频资源发生完全碰撞的问题，实现简单、成本低。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种无线信号发射方法，应用于正交频分多址接入OFDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，包括：

A1、对发送给接收端的数据帧进行编码调制生成调制符号包，映射到OFDM码元上；

B1、用随机偏置序列对每个数据帧关联的子载波进行重映射，包括：采用本小区的随机序列种子，由随机偏置序列发生器产生随机偏置序列，用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应的偏置值，将每个数据帧对应的OFDM码元所包含的各子载波编号分别加上所述对应偏置值，再对可用的子载波数取模，得到重映射后的与所述数据帧关联的子载波，其中相邻小区被设定不同的随机序列种子；

C1、将重映射后的OFDM码元进行逆快速傅立叶变换IFFT，生成时域信号通过天线发射。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

通过下行共享信道将小区使用的随机序列种子信息通知给小区内的接收装置。

3.一种无线信号接收方法，应用于正交频分多址接入OFDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，包括：

A2、接收装置将接收到的无线信号经过快速傅立叶变换FFT，生成频域OFDM码元；

B2、用随机偏置序列对每一个数据帧关联的子载波进行反重映射，包括：采用本小区的随机序列种子，由随机偏置序列发生器产生随机偏置序列，用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应的偏置值，将FFT变换后生成的OFDM码元所包含的各子载波编号分别减去所述对应偏置值并加上可用的子载波，再对可用的子载波数取模，得到反重映射后的与所述数据帧关联的子载波，其中相邻小区被设定不同的随机序列种子；

C2、对反重映射后的OFDM码元进行反映射，将得到的对应数据符号执行解码和解调，恢复出发送给接收端的数据帧。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接收装置通过所在小区的下行共享信道获取该小区使用的随机序列种子信息。

5.一种无线信号发射装置，应用于正交频分多址接入OFDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，包括：

编码/调制单元，对需要发送的数据帧进行编码调制生成调制符号包；

映射单元，将所述编码/调制单元生成的调制符号包映射到OFDM码元上，输出给重映射单元；

随机序列种子发送单元，将小区使用的随机序列种子发送给随机偏置序列发生器；并将随机序列种子信息输出给下行共享信道携带，通知给小区内的接收装置；

随机偏置序列发生器，根据接收的随机序列种子产生随机偏置序列；

重映射单元，用随机偏置序列发生器产生的随机偏置序列对每一个数据帧关联的子载波进行重映射，包括：用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应的偏置值，将每个数据帧对应的OFDM码元所包含的各子载波编号分别加上所述对应偏置值，再对可用的子载波数取模，得到重映射后的与所述数据帧关联的子载波，其中相邻小区被设定不同的随机序列种子；

IFFT变换单元，将重映射后的OFDM码元进行逆快速傅立叶变换IFFT，生成时域信号；

发射天线，将所述IFFT变换单元生成的时域信号发送出去。

6.一种无线信号接收装置，应用于正交频分多址接入OFDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，包括：

接收天线，接收无线信号，输出给FFT变换单元；

FFT变换单元，将接收的时域无线信号进行快速傅立叶变换FFT，生成频域信号，输出给反重映射单元；

随机序列种子接收单元，从小区下行共享信道中接收小区使用的随机序列种子，发送给随机偏置序列发生器；

随机偏置序列发生器，根据接收的随机序列种子产生随机偏置序列；

反重映射单元，用随机偏置序列发生器产生的随机偏置序列对每一个数据帧关联的子载波进行反重映射，包括：用随机偏置序列为每个数据帧产生一个对应的偏置值，将FFT变换后生成的OFDM码元所包含的各子载波编号分别减去所述对应偏置值并加上可用的子载波，再对可用的子载波数取模，得到反重映射后的与所述数据帧关联的子载波，其中相邻小区被设定不同的随机序列种子；

反映射单元，对反重映射单元处理后的OFDM码元进行反映射，得到对应的数据符号；

解码/解调制单元，将得到的对应数据符号执行解码和解调，恢复出发送给接收端的数据帧。

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