CN101116302A - 混合模式无线通信系统的可变循环前缀 - Google Patents

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CN101116302A CNA200680004197XA CN200680004197A CN101116302A CN 101116302 A CN101116302 A CN 101116302A CN A200680004197X A CNA200680004197X A CN A200680004197XA CN 200680004197 A CN200680004197 A CN 200680004197A CN 101116302 A CN101116302 A CN 101116302A
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Abstract

一种在无线通信网络基础结构实体中的方法，包括发送序列中的多个符号，一些符号与第一传输模式相关联，例如点对点，而其他一些符号与不同于第一传输模式的第二传输模式相关联，例如点对多点。在发送符号前，用第一循环前缀格式化与第一传输模式相关联的符号和用第二前缀格式化与第二传输模式相关联的符号。在一个实施例中，循环前缀具有不同的持续时间。

Description

混合模式无线通信系统的可变循环前缀
技术领域
本公开内容一般涉及无线通信，特别是混合模式无线通信协议、网络和设备及相应方法，其中帧中的一个符号子序列被广播到多个接收方，而该帧中的其他符号子序列被发送给单个接收方。
背景技术
选择的调制类型，包括正交频分复用(OFDM)，交织频分复用(IFDM)，以及其他单载波调制在链路构造中可以利用所谓“循环前缀”(CP)方法。CP主要用于简化在接收机中的均衡器设计和实现。均衡器的主要目的是允许在多径信道条件下接收已调符号，例如当信道是时散时。从另一种方式看，CP可以将经由多径信道的调制符号传输定义的线性变换呈现为循环运算而不是通常的卷积运算。这对在频率域中用频率音的分量集或者子载波构造的调制类型特别有效，如OFDM和IFDM，因为产生的均衡操作可以看作是一种对每个接收子载波的单一复值标量转换。
一种实现前述结果的设计循环前缀(CP)的方法是复制部分具有Tg长度保护间隔的Tu长度有效负载承载部分的时域符号，如同在现有技术附图1中所阐述的在符号的末端到符号的始端。其他的CP设计方法也是可行的，包括所谓的循环前缀其中CP是附后的而不是放在符号有效负载部分的前面，每种方法提供在发射机和接收机中折衷的不同设计。CP减少了吞吐量，但是与Tg/Tu是成比例的，因为CP没有提供新的信息。因此希望最小化CP的持续时间Tg，但是这样做必须与通常的要求一致，即如下面进一步论述的，CP持续时间应当超过任一有效多径信道分量的最大延迟。需要注意的是在某些情况下在吞吐量方面允许CP持续时间少于多径信道的最大延迟可能是最理想的，但是通用规则仍然要求CP持续时间应当与多径信道延迟成一定比例，因此CP应当简单地超过用于多径信道延迟的更简单准则被用于如下所述内容。
在蜂窝或者多站点通信网络中，可能有许多不同类型传输。点对点(单播)传输发生在单一站点向单一用户站点传输时。这可以通过下行链路宏分集传输进行讨论，其中几个站点向用户站点传输，但是尽管如此，来自网络的传输仍指向单一用户站点。在点到多点(多播)传输中，单一站点向组成网络中所有用户站点的子集的多个用户站点传输。在广播传输中，一个或者多个站点向网络中的所有站点或者用户站点的子集传输。因此广播包括多播传输。在广播系统中，尽管由每个站点传输的数据基本信息内容是相同，但是由每个站点发送的已调符号流可能是不同的。联播是一种广播传输，其中由每个站点传输的已调符号流是相同的并且每个站点传输的频率、同步(定时)和波形幅度是一致的。在联播系统中，最后得到的接收波形可以认为等效于通过终端和每个联播发射机之间的多径信道(包括传播延迟)总和的单一符号帧的传输。联播网络有时也指单频网(SFN)。
为了让循环前缀(CP)对点对点(单播)应用有效，CP的长度或者持续时间Tg，必需大于或者等于与从单一服务发送机到终端的链路相关联的多径信道的最大延迟关联的延迟Tm。超过CP长度的多径分量在接收机会成为自干扰源(根据接收机结构)，因此减少了可达到的信号对干扰加噪声之比(SINR)并进一步导致了更差的接收机性能，表现为例如误码率和误帧率增加，在码率自适应网络中可持续的传输码率减少。
具有相对小幅度的多径分量与具有最大幅度的分量相比，被认为是无关紧要的并且不用于确定多径延迟Tm。但是发射机和接收机之间的传播延迟通常包括在延迟定义中。在单播系统中，传播延迟Δτ对延迟Tm的作用基本上可以忽略，因为接收机可以调整它的定时参考，或者接收窗口，以便与单个可观察传输定时延迟相匹配。但是，在联播情况下，接收窗口可以相对于比如最近的发射机，也就是具有最小传播延迟的发射机来建立，或者它可以相对于具有最强或者最高SNR多径分量的发射机来建立。在联播系统中，由于从更远的联播发射机观测到的多径分量导致的延迟是由于多径效应造成的延迟和由于差动传播延迟造成的延迟Δτ的总和，其中差动传播延迟是建立接收机定时基准的发射机和最远联播发射机的延迟之间的传播延迟的差。
在多径延迟占优势的单播系统中的接收机观察到的最大延迟，Tm，会明显地小于在差动传播延迟占优势的广播或者联播系统中的最大延迟。在蜂窝通信系统配置中，最大差动路径延迟，Δτ，和最大多径分量延迟可以具有较大的不同的值。在具有2800m站点间距的宏蜂窝配置中，例如最大典型差动传播延迟大约是9.3μs。但是，以使用国际电信联盟(ITU)车载A多径信道作为例子，小于占优势的多径分量的处于多径分量为10dB的延迟仅仅约为1μs。设计循环前缀(CP)长度对单播和广播系统相同，遵守Tg≥max(Tm，Δτ)要求，因此是低效率的。
已知的基于OFDM的系统如数字视频广播(DVB)，包括DVB-T和DVB-H，和IEEE802.16e支持一组循环前缀(CP)持续时间值，具有分配给从集合Tg/Tu∈{1/32，1/16，1/8，1/4}选择的CP的全部OFDM突发的一部分Tg/Tu。这允许CP持续时间与信道延迟Tm匹配，并使相关CP的总开销最小。但是，从可利用CP集合中选择可操作CP的过程只能在初始网络配置期间一次完成。因此，CP依然是不可变化的。
在一些网络中，单个基站在一帧里既用单播又用广播模式传输，其中该帧中的一个连续符号子序列被广播到多个接收方(广播范围)而该帧中的其他连续符号子序列被发送到单个接收方(单播范围)。其中，这种机制由IEEE 802.16e协议支持，该协议是802.16d规范的扩展，另外也称为IEEE 802.16-2004(802.16d)规范。IEEE 802.16e详细说明了用于单播和多播范围的两种模式的固定CP长度。如上所述，对于两种模式设计相同CP长度是低效率的，因为单个CP长度是由在两种操作模式上观测的多径信道时延的最大值驱动的，也就是遵守Tg≥max(Tm，Δτ)的要求。
基于下列带有下面描述附图的详细说明书的仔细描述，本领域普通技术人员将更充分明白本公开内容的许多方面、特点和优点。
附图说明
附图1是具有预先附加循环前缀的现有技术符号。
附图2是格式化具有循环前缀的符号的典型结构。
附图3说明了在不增加帧长度的条件下打孔符号以容纳循环前缀的符号。
附图4说明了符号有效负载减少而不减少符号数。
具体实施方式
本公开内容通常适合于无线通信网络基础结构实体，其传输序列中的具有循环前缀格式的符号到固定基站或移动无线终端。符号通常以符号序列传输，例如帧。示例性的通信系统包括采用受益于使用循环前缀的调制格式的蜂窝网络和无线局域网(WLAN)。示例性的调制格式包括，但不局限于，正交频分复用(OFDM)，交织频分复用(IFDM)，码分多址(CDMA)，还有单载波调制等。
在网络基础结构实体，例如，在蜂窝通信网络中的基站或者无线局域网中的接入点(AP)或者其他一些网络基础结构实体，符号通常被用循环前缀格式化。本公开内容包括任何前缀或者后缀结构。这里使用的术语“循环前缀”包括用符号附前、附后或者另外附加或者格式化循环前缀和后缀，包括循环前缀包含零传输，也就是没有符号传输的情形，等等。
附图2中，示例性网络基础结构实体体系200用循环前缀格式化符号。附图2的体系通常包括循环前缀发生器210，其产生循环前缀用于格式化通过调制器220输出的符号。调制器220将序列中的符号提供到循环前缀产生器，其在控制器(MCU)230控制下生成和添加循环前缀到每一个符号，这将在后面进一步论述。调制器输出取决于实现的特定调制格式，其示例如前面所论述。通常调制器220输出的符号具有特有的有效负载。
在一些实施例中，符号序列构成一个或多个时隙或者帧。这些帧也可以具有嵌入其中的非有效负载承载符号类型，例如，为接收机的多径信道估计目的提供的导频符号，或者可以担任同步符号的其他已知内容的符号，等等。例如，在每个符号包括特定数目子载波的通信系统中，其标称数目被定义为等于用于构造底层调制符号的分量离散傅立叶变换(DFT)或者快速傅立叶变换(FFT)的长度，这通常被认为不是所有定义的N子载波是有效的。
在混合模式应用中，序列中的一些符号由一种模式传输，例如通过点对点传输，而序列中的其他符号由另一种模式传输，例如点到多点传输，包括广播、多播和也被称为单频网络(SFN)的联播传输。在一些实施例中，混合模式传输，例如单播和广播传输是在共用载波上传输的。在另外一些实施例中，混合方式传输是在分开的的载波上传输的，例如点对点传输是在一个载波上而点对多点传输是在另一个分开的载波上。
在一些混合模式实施例中，与第一传输模式相关联的符号用第一循环前缀格式化而与第二传输模式相关联的符号用第二前缀格式化，其中第一和第二循环前缀的特性是不同的。在一个实施例中，与第一和第二传输模式都相关联的符号通过不同的循环前缀持续时间区分。例如，通过广播模式传输的符号用循环前缀格式化，该循环前缀具有比应用于通过单播模式传输的符号的循环前缀的持续时间更长的持续时间。
附图3中，控制器230发送信号到发生器210，指示发送通过调制器220接收的符号采用的模式。循环前缀发生器210用具有持续时间的循环前缀格式化符号，该持续时间取决于格式化了的符号将被传输所用的模式。因此发生器根据符号将被发送所用的模式改变或者调整循环前缀持续时间。更一般地，除了或者替代循环前缀持续时间，循环前缀发生器可以改变或者调整循环前缀的其他特性。
在一些实施例中，多个符号构成帧，该帧包括用多于一种模式，例如，单播和多播模式传输的符号。在这些示例性实施例中，发生器210用具有相应持续时间的循环前缀动态地格式化帧中的每个符号，该持续时间取决于符号将被发送所用的模式。在多个符号构成帧的实施例中，该帧由通过至多一种模式传输的符号构成，例如，仅仅是单播模式或者仅仅是广播模式。在这些示例性实施例中，发生器210用具有相应持续时间的循环前缀动态地格式化每个符号，该持续时间取决于帧的传输模式。
在一些实施例中，构成帧的符号数目可以减少，或者打孔以允许可分配到每个符号的CP持续时间的扩充，以便满足帧的长度限制。打孔也允许满足帧的长度限制而无需减少构成帧的每个符号的有效负载。在附图2中，打孔发生在帧格式器实体240，以响应来自控制器230的控制信号。
附图3说明了一个夸大的例子，其中24-符号帧修改成18符号以适应更长的CP持续时间，同时满足了帧的长度限制而无需减少剩余符号的有效负载。更特别地，对于包括持续时间为Ts＝Tu+Tgu的P个符号的单播模式帧，其中Tgu是单播模式的CP持续时间，总的帧持续时间Tf由Tf＝P Ts给出。当发送广播类型帧时，帧的持续时间保持相同，但是发送的符号总数修改成Q，其中Q＜P。也就是说，R＝P-Q个符号被从标称帧符号内容中打孔。因而每个符号总的可利用持续时Tsb定义为Tsb＝Tf/Q。因为每个符号的有效负载持续时间保持固定值Tu，因而广播模式中的CP持续时间Tgb为Tgb＝Tsb-Tu，其中Tgb＞Tgu。当帧的区域被分别分配给单播和广播模式时，可以如上所述应用打孔分配给广播模式区域内的符号内容的相同方法。将广播帧类型或者广播区域作为参考并且随后插入附加符号到单播帧或者帧的区域的方法是对等的过程。
在一个示例性实施例中，具有示例性的6.52Ms/s“码片速率”、512长度快速傅立叶变换(FFT)和每2ms TTI 24个OFDM符号的OFDM系统包括每个TTI总共13056码片并支持每帧4.9us的CP持续时间。附加的1088(2*{512+32})码片可以通过将24符号帧减少或者打孔到22个符号来得到。得到的每个符号的CP持续时间增加到12.5us，其超过了一些广播的要求。
另外一种扩展CP持续时间的方法是减少关联有用符号持续时间(有效负载)的长度Tu，从而允许CP持续时间增加。减少符号有效负载允许在不减少构成帧的符号数的情况下满足帧的长度限制。附图2中，有效负载减少发生在调制器220中，以响应来自控制器230的控制信号。有效负载减少也可以与上述的符号打孔结合使用。在附图4中，如果有效负载减少是使用的仅有的方法，那么可以不需要帧格式器。
对于包括OFDM和IFDM等的基于频域方法的调制类型，可以通过缩短在调制器中，例如附图2中响应控制信号的调制器220中，实现的底层快速傅立叶变换(FFT)或者离散傅立叶变换(DFT)运算持续时间来减少符号有效负载。例如，在24符号帧中，有用符号周期可以从512缩短到458码片，以生成多于54个码片，导致在每个符号大约13us的持续时间。相等地，包括该符号的N阶正交基函数集的长度可以减少。在以减少符号有效负载中传输的正交幅度调制(QAM)符号数量为代价的情况下该方法保留了基集的正交性。或者，符号有效负载持续时间可以通过将底层基函数从N长序列打孔到M长序列来减少，其中M＜N。后一种方法保持了每个OFDM符号传输的QAM符号数量，但是导致底层调制的正交性的损失。
在一些实施例中，帧的持续时间可以扩展以适应用具有更长持续时间的循环前缀格式化的符号，而无需减少帧中的符号数和符号的有效负载。在符号具有互补的上行和下行循环的实施例中，具有更长持续时间的循环前缀可以通过增加循环前缀格式化的符号所在的循环和减少互补循环来适应。例如，符号的下行循环可以增加以适应特定循环前缀持续时间，而上行循环可以相应减少以使上行和下行循环之和保持不变。这些机制可以单独使用或者互相结合并且/或者与其他上述的机制结合使用。
可以定义几种方法用于通知接收终端哪些帧和符号将承载广播和/或单播传输，例如，利用资源映射的通知，如将在后面进一步论述。这又允许终端预测哪个符号将利用修改过的循环前缀持续时间。在一个实施例中，无线通信网络基础结构实体，例如，蜂窝基站或者WLAN接入点(AP)，发送信息，其中符号接收方可以凭此信息确定具有扩展持续时间的符号的循环前缀特征，例如，CP持续时间。更一般地，这种调度信息可以通过其他一些无线通信装置来发送，例如，通过组成ad hoc网络的移动终端或者装置。在一些实施例中，调度信息的源与数据源相同，在另一些实施例中，调度信息从其他源中获取。符号传输模式的先验知识包括了循环前缀特征，例如，持续时间，假定接收终端知晓不同模式的循环前缀持续时间。
在一个实施例中，符号接收方可以从其确定循环前缀特征的信息是以映射或者包括广播符号和/或单播符号的帧的其他标识的形式。或者，这种信息可以识别帧中广播符号和/或单播符号所在的区域。或者，信息可以指示循环前缀特征何时变化。因此，通过识别符号是使用广播还是单播模式传输或者循环前缀持续时间或者其他特征何时发生变化，接收方将具有循环前缀持续时间或者每个接收符号其他特征的先验知识，因此允许正确的同步和解调。
在一个实施例中，符号接收方可以从其确定至少一些符号的循环前缀特征的映射或者调度信息在一个或更多实例中被发送给接收方。在一个实施例中，当接收方终端附连至网络或者预订例如广播业务这样的服务时，或者刚一发生一些其他事件时，可以发送这种信息。在这些示例性实施例中，这种信息在终端开始接收符号之前或者至少在终端必须解调信号之前被提供给接收方终端。在一些实施例中，信息通过L3或者L2信令发送。它可以在公共的或者专用的控制信道中发送，例如，以响应在所谓随机访问信道(RACH)上发送的接收方终端的请求。
在另一实施例中，当接收方终端请求信息，例如广播服务时，传输调度或者映射信息。对于终端产生服务请求和反馈例如基于SNR阈值或者FER水平阈值的广播质量信息的可能方法包括终端在一部分上行链路帧使用RACH信道的情形或者RACH信道占据全部帧或者帧序列的情形，和通过伪随机选择一组预先定义序列中的一个来执行初始RACH信道访问企图的情形，和/或终端使用相应于下行链路广播帧的上行链路帧以指示广播请求和质量报告的情形，其中不同上行链路频率位置(子载波)分配给不同的用户站。
在一个实施例中，这种信息通过公共或者专用信令信道以一帧接一帧的形式或每N帧一次的形式发送给接收方终端，其中该信息指示特殊符号、多个符号或者符号区域在那帧或者N帧序列里为广播信道映射而保留的位置。或者，当CP特征，例如持续时间，变化时，调度信息被发送给接收方终端，从而指示何时终端必须处理不同的循环前缀持续时间。
在一实施例中，其中序列中的一些符号在第一载波以广播模式传输，而该序列中的其他符号在第二载波以单播形式传输，无线通信装置以第一和第二载波中的一个载波发送指令至接收方设备，以便在第二和第一载波中的另一个载波上接收符号。例如，指令可以在单播传输载波上以在广播传输载波上接收。接收方装置可以被编程以提前知道一个载波上单播传输和另一种载波上广播传输的循环前缀持续时间。
在一个实施例中，以静态或者半永久方式识别信道映射，使得用户站可以在制造厂中编程以标识与特定广播信道关联的符号，或者，根据上述的其中一种机制从预编程的映射表来选择这样的映射。广播信道资源映射的变化(假定使用半静态或者动态映射)将要求执行时间以便整个网络和相关的用户站可以在相同的时刻实现映射变化。
在另一实施例中，接收机可以通过检查包含符号CP和有效负载间隔的接收机观测的数据自主地检测循环前缀(CP)持续时间或者CP持续时间的变化。在一个示例性实施例中，接收机假设CP长度，例如通过时域相关，频率相关，使用更高阶统计量等，并且通过测量观测到的接收符号是循环行列式的部分的长度来验证该假设。另外，接收机可以使用上下文信息，例如关于邻近符号的假设测试的结果来识别与符号序列相关联的CP持续时间。
本公开内容和目前认为是其最佳模式的内容已经以建立发明人拥有和使本领域技术人员能够制造和使用的方式进行描述，应当明白和理解有许多这里公开的典型实施例的等同物、修改以及变化可以作出，而不脱离本发明范围和精神，本发明不限于示例性实施例，而限于所附的权利要求。

Claims (22)

1.一种在无线通信网络基础结构实体中的方法，该方法包括：
发送序列中的多个符号，
所述多个符号中的一些符号与第一传输模式相关联，而所述多个符号的其他一些符号与不同于所述第一传输模式的第二传输模式相关联；
发送之前，用第一循环前缀格式化与所述第一传输模式相关联的符号，并且用第二前缀格式化与所述第二传输模式相关联的符号，
所述第一循环前缀不同于所述第二循环前缀。
2.如权利要求1所述的方法，使用公共载波发送所述多个符号。
3.如权利要求1所述的方法，
用具有第一持续时间的所述第一循环前缀格式化与所述第一传输模式相关联的符号，用具有第二持续时间的所述第二循环前缀格式化与所述第二传输模式相关联的符号，所述第一持续时间不同于所述第二持续时间。
4.如权利要求1所述的方法，
使用广播传输发送与所述第一传输模式相关联的符号，使用单播传输发送与所述第二传输模式相关联的符号。
5.如权利要求1所述的方法，根据与要被格式化的符号关联的传输模式，动态改变所述循环前缀的特征，所述第一和第二循环前缀通过所述改变的特征来相区别。
6.如权利要求1所述的方法，
所述多个符号构成至少一个帧，
从所述帧中对符号打孔以适应用循环前缀格式化的符号，使得所述帧满足格式化后的帧的长度限制。
7.如权利要求1所述的方法，
所述多个符号构成至少一个帧，
减少该帧中固定数量符号的有效负载，以适应用循环前缀格式化的符号，使得该帧包含指定数量的符号并满足格式化后的帧的长度限制。
8.如权利要求1所述的方法，
接收循环前缀调度信息，该信息指示序列中哪些传输模式符号是关联的，
基于所述循环前缀调度信息，用具有循环前缀持续时间的循环前缀来格式化所述符号。
9.如权利要求1所述的方法，
所述多个符号构成具有固定数量符号的至少一个帧，
扩展该帧的持续时间以适应用循环前缀格式化的符号而无需减少该帧中的符号数，也无需减少该帧中符号的有效负载。
10.如权利要求1所述的方法，
所述多个符号构成具有互补上行链路和下行链路循环的至少一个帧，
通过增加格式化的符号所在的循环和减少互补的循环，来适应用具有较长持续时间的循环前缀格式化的符号。
11.如权利要求1所述的方法，
在第一载波上以广播模式发送序列中的至少一个符号，在第二载波上以单播模式发送序列中的至少一个其它符号，
在所述第一和第二载波中的一个上指示在所述第二和第一载波中的另一个上接收符号。
12.如权利要求1所述的方法，
发送构成多个帧的所述多个符号，
至少一个帧包括与所述第一传输模式相关联的至少一个符号和与所述第二传输模式相关联的至少另一个符号。
13.如权利要求1所述的方法，
发送构成多个帧的所述多个符号，
一个帧包括仅与所述第一传输模式相关联的符号，以及另一个帧包括仅与所述第二传输模式相关联的符号。
14.一种在无线通信装置中的方法，该方法包括：
发送符号序列，
每个符号通过至少两种不同传输模式中的一种发送，
用具有取决于符号传输模式的特性的循环前缀来格式化每个符号，所述循环前缀特性因不同的传输模式而不同；
在发送所述符号前发送信息，符号接收方通过该信息可以确定至少一些符号的循环前缀特性。
15.如权利要求14所述的方法，
以广播模式发送序列中的至少一个符号，以单播模式发送序列中的至少另一个符号，
以广播模式发送的所述符号所具有的循环前缀持续时间比用单播模式发送的所述符号的循环前缀持续时间长。
16.如权利要求15所述的方法，
发送所述信息，所述符号接收方通过该信息可以确定至少一些符号的循环前缀特征，包括指示序列中将通过至少一种传输模式发送的符号位于何处。
17.如权利要求14所述的方法，发送所述信息，符号接收方通过该信息在信息将被送往的接收方终端执行附连至网络、预订广播服务和请求所述信息之一时，可以确定至少一些符号的循环前缀特性。
18.如权利要求14所述的方法，
所述符号序列构成多个帧，
每N帧至少发送一次所述信息，符号接收方通过该信息可以确定至少一些符号的循环前缀特性。
19.一种在无线通信手持装置中的方法，该方法包括：
接收序列中的多个符号，
每个符号通过至少两种不同传输模式中的一种发送，
每个符号用具有取决于符号传输模式的循环前缀持续时间的循环前缀来格式化，所述循环前缀持续时间因不同的传输模式而不同；
使用所述序列中每个符号的所述循环前缀持续时间的先验信息解调所述符号。
20.如权利要求19所述的方法，
在接收所述序列中所述多个符号之前接收的通信中获取所述序列中每个符号的所述循环前缀持续时间的先验信息。
21.如权利要求19所述的方法，
基于符号的循环前缀和有效负载间隔的接收机观测，获取所述序列中每个符号的所述循环前缀持续时间的先验信息。
22.如权利要求19所述的方法，
在接收以第一载波发送的所述序列中的所述多个符号之前的以第二载波接收的通信中，获取以第一载波发送的所述序列中的每个符号的所述循环前缀持续时间的先验信息。
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