CN101136696B - 一种上行共享信道单载波频分多址信号的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上行共享信道单载波频分多址信号的生成方法，拥有良好的时域分集特性，又能保持单载波特性和较低的峰均功率比和三次度量值。所述方法包括以下步骤：将经过信道编码后的编码块调制为符号；对符号进行重排列和离散傅立叶变换预编码，并映射到物理资源单元上；进行快速傅立叶逆变换并生成上行共享信道单载波频分多址信号。

Description

一种上行共享信道单载波频分多址信号的生成方法

技术领域

本发明涉及长期演进系统(LTE，Long Term Evolution)，尤其涉及LTE系统中上行共享信道单载波频分多址信号的生成方法。

背景技术

随着移动通信系统的发展，对数据传输速率的要求越来越高，因此基于并行多载波多址的接入技术在移动通信系统中的应用势在必行。正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种常见的多载波调制技术，适用于多径传输所引起的频率选择性衰落较为严重的宽带信道上的高速数据传输，均衡简单，且能使用快速傅立叶变换(FFT，Fast FourierTransform)实现对基带信号的调制和解调，从而具有收发信机成本低等优点。在未来的宽带无线通信系统中，世界各大公司均提出基于OFDM为物理层核心技术的演进，其中第三代合作伙伴计划组织(3GPP，The 3rdGeneration Partnership Project)在基于OFDM为多址接入的长期演进系统LTE中提出峰值数据传输速率要求的同时，也要求小区内和小区边缘的平均传输速率比Release 6的HSUPA/HSDPA(High Speed Uplink/Downlink PacketAccess，高速上行/下行分组接入)提高3～4倍。

LTE上行链路使用的是单载波技术SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access，单载波频分多址)中的DFT-S-OFDM(DFT扩展OFDM)技术。它具有很多的优点：低PAPR(Peak to AveragePower Ratio，峰均功率比)值/CM(三次度量)值，用户间频域正交，使小区内干扰最小化，可以使用的复杂度的频域均衡，多选择的码片速率，高频谱效率等。通常上行信号的处理流程是首先将信道编码后的时域编码块进行扰码处理，然后进行调制和DFT预编码，再进行物理资源单元的映射，最后生成时域单载波信号。每个物理资源单元时间上占用一个SC-FDMA符号，频率上占用一个子载波。在物理资源单元映射的过程中，为了使每个编码块都能获得比较好的时域分集，通常会使用重排列，将DFT(离散傅立叶变换)预编码后的输出首先在时间域上进行映射，然后再在频率上进行映射，但是，这样在资源映射过程中时域重排列会破坏单载波特性，使上行链路的PAPR/CM值升高。

因此找到一种既能拥有良好的时域分集特性，又能保持单载波特性及低PAPR/CM值的上行共享信道单载波频分多址信号的生成方法具有非常重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种上行共享信道单载波频分多址信号的生成方法，拥有良好的时域分集特性，又能保持单载波特性和较低的峰均功率比和三次度量值。

为了解决上述问题，本发明提供了一种上行共享信道单载波频分多址信号的生成方法，包括以下步骤：

将经过信道编码后的编码块调制为符号；

对符号进行重排列和离散傅立叶变换预编码，并映射到物理资源单元上；

进行快速傅立叶逆变换并生成上行共享信道单载波频分多址信号。

进一步地，将经过信道编码的编码块进行扰码处理后调制为符号。

进一步地，对符号进行离散傅立叶变换预编码前，设置纵向为频率方向横向为时间方向的重排器，将各个编码块的符号按照逐行的顺序依次写入重排器内，将重排器内的数据按照逐列的顺序依次读出，分别对按列读出的符号进行长度为重排器列长的离散傅立叶变换预编码，所述重排器的行数为分配给用户的上行资源包含的子载波数。

进一步地，所述重排器的列数为一个子帧内传输的上行共享信道符号数和分配给用户的上行资源包含的子载波数的比值。

进一步地，对从所述重排器读出的符号块f采用下式进行离散傅立叶变换，并将离散傅立叶变换预编码后的符号块z，按照先频域子载波序号，再时域符号序号，再时隙号的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元上；

$z(l\·M_{\mathrm{sc}}+k)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}f(l\·M_{\mathrm{sc}}+i)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$ M_SC为分配给用户的上行资源包含的于载波数，L为所述重排器的列数，k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1。

进一步地，对从所述重排器读出的符号块f采用下式进行离散傅立叶变换，将离散傅立叶变换预编码后的符号块z，按照先时域符号序号，再时隙号，再频域子载波序号的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元上；

$z(k\·L+l)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}f(l\·M_{\mathrm{sc}}+i)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$ M_SC为分配给用户的上行资源包含的子载波数，L为所述重排器的列数，k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1。

进一步地，所述编码块中符号个数大于重排器在一个重排列周期内可处理的调制符号总数时，填满重排器后，对所述重排器中内容进行清空，继续读取所述编码块中符号对所述重排器进行填充，并按列读出，直到编码块中符号全部重新排列完毕。

进一步地，所述编码块中符号个数小于重排器在一个重排周期内可处理的调制符号总数时，或者编码块中符号个数大于重排器在一个重排周期内可处理的调制符号总数的最后一个重排周期内，所述编码块中剩余的符号不能将重排器填满时，将重排器中空余部分填充固定符号值后按列读出。

进一步地，将调制后的复数值符号块d依次划分为L个集合，每个集合包含M_SC个符号块，M_SC为调度给一个用户的物理上行共享信道传输的单载波频分多址信号中包含的子载波数，采用下式进行进行离散傅立叶变换，并将离散傅立叶变换预编码后的符号块z，按照先频域子载波序号，再时域符号序号，再时隙号的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元上；

$z(l\·M_{\mathrm{sc}}+k)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}d(i\·L+l)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$ k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1。

进一步地，将调制后的复数值符号块d依次划分为L个集合，每个集合包含M_SC个符号块，M_SC为调度给一个用户的物理上行共享信道传输的单载波频分多址信号中包含的子载波数，采用下式进行进行离散傅立叶变换，并将离散傅立叶变换预编码后的符号块z，按照先时域符号序号，再时隙号，再频域子载波序号的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元上；

$z(k\·L+l)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}d(i\·L+l)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$ k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1。

采有本发明的方法产生上行共享信道单载波频分多址信号，能拥有良好的时域分集特性，又能保持单载波特性及低PAPR/CM值。

附图说明

图1是实施例一的上行共享信道SC-FDMA信号生成方法的流程图；

图2是实施例一中符号重排列的方法示意图；

图3是实施例二的上行共享信道SC-FDMA信号生成方法的流程图；

图4是实施例三的上行共享信道SC-FDMA信号生成方法的流程图；

图5是实施例四的上行共享信道SC-FDMA信号生成方法的流程图。

具体实施方式

本发明的主要思路是：在上行共享信道单载波频分多址信号的生成过程中，在编码块信息调制步骤与DFT预编码步骤间添加时域重排列的步骤，或将重排列融合到DFT预编码中，使编码块内的符号均匀分布在时间轴上，从而在保持单载波特性的前提下获得良好的时域分集特性。

假设一个子帧内传输的上行共享信道比特数为M_bit，其对应的一个子帧内传输的上行共享信道符号数为M_symb，M_SC为调度给一个用户PUSCH(物理上行共享信道)传输的SC-FDMA符号中包含的子载波数，L为M_symb和M_SC的比值，这里为了保证DFT易于实施，一般取 $M_{\mathrm{sc}}=N_{\mathrm{sc}}^{\mathrm{RB}}\·2^{{\mathrm{\α}}_2}\·3^{{\mathrm{\α}}_3}\·5^{{\mathrm{\α}}_5},$ 其中α₂，α₃，α₅为非负整数，N_sc ^RB是指一个资源块内包含N_sc ^RB个子载波。

如图1所示，实施例一中SC-FDMA信号的一种生成过程具体包括以下步骤：

步骤101，将一个子帧内的传输比特块c(0)，...，c(M_bit-1)调制生成复数值符号d(0)，...，d(M_symb-1)；

步骤102，将调制后的符号d(0)，...，d(M_symb-1)进行重排列后得到f(0)，...，f(M_symb-1)；

如图2所示，实现符号重排的重排器，纵向为频率方向，横向为时间方向，重排器共M_SC行即分配给用户的上行资源包含M_SC个子载波数，共L列，在一个重排列周期内可处理的调制符号总数为M_SC*L＝M_symb。

将各个编码块的符号按照逐行(时间轴)的顺序(如图中横向箭头的方向所示，从上到下)依次写入重排器内，直到填满重排器为止，如图2所示，

表示编码块0中的符号，

表示编码块1中符号，

表示编码块2中的符号，

表示编码块C-1中的符号，此时重排器内包含了C个编码块的符号。然后，将重排器内的数据按照逐列(频率轴)的顺序(如图中纵向箭头的方向所示，从左到右)依次读出，每列包含M_SC个符号，相当于DFT预编码的长度。

重排器的列数可以是取L之外的其它值，L是优选值。重排器的列数取其它值时，如果编码块中符号个数大于重排器在一个重排周期内可处理的调制符号总数时，填满重排器后，对所述重排器中内容进行清空，继续读取所述编码块中符号，对所述重排器进行填充，并按列读出，直到编码块中符号全部重新排列完毕；编码块中符号个数小于重排器在一个重排周期内可处理的调制符号总数时，或者编码块中符号个数大于重排器在一个重排周期内可处理的调制符号总数的最后一个重排周期内，所述编码块中剩余的符号不能将重排器填满时，将重排器中空余部分填充固定符号值后按列读出。其中，固定符号值为0或者其它固定值。

这样，每个编码块内的符号均匀分布在整个重排器的时间轴上，拥有良好的时域分集特性；

步骤103，将重排列后的复数值符号块f(0)，...，f(M_symb-1)划分为L个集合，每个集合对应一个SC-FDMA符号，使用下式进行DFT预编码

$z(l\·M_{\mathrm{sc}}+k)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}f(l\·M_{\mathrm{sc}}+i)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$

其中，k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1，生成了复数值调制符号块z(0)，...，z(M_symb-1)。

步骤104，将预编码后的符号块z(0)，...，z(M_symb-1)乘以幅度调节系数β_PUSCH后映射在从z(0)开始的PUSCH传输资源块上。以先频域子载波(频率轴)序号k，再时域符号序号l，再时隙号的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元(k，l)上。其中k＝k₀+f_hop(·)，...，k₀+f_hop(·)+M_sc-1，f_hop(·)定义了跳频模式，k₀的值由调度来决定。

步骤105，进行IFFT(快速傅立叶逆变换)并生成上行链路的SC-FDMA信号。

没有使用重排列的SC-FDMA信号生成方法中，在资源映射过程中时域重排列会破坏单载波特性，使上行链路的PAPR/CM值升高，在SC-FDMA信号生成过程中采用了上述重排列方法后，可以保持单载波特性和较低的峰均功率比和三次度量值。

如图3所示，实施例二SC-FDMA信号的另一种生成过程具体包括以下步骤：

步骤301，将一个子帧内的传输比特块c(0)，...，c(M_bit-1)调制生成复数值符号d(0)，...，d(M_symb-1)；

步骤302，将调制后的符号d(0)，...，d(M_symb-1)进行重排列后得到f(0)，...，f(M_symb-1)；重排器的实施过程与上述实施例中相同；

步骤303，将重排列后的复数值符号块f(0)，...，f(M_symb-1)划分为L个集合，每个集合对应一个SC-FDMA符号，使用下式进行DFT预编码，

$z(k\·L+l)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}f(l\·M_{\mathrm{sc}}+i)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$

其中，k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1生成了复数值调制符号块z(0)，...，z(M_symb-1)；

步骤304，将预编码后的符号块z(0)，...，z(M_symb-1)乘以幅度调节系数β_PUSCH后映射在从z(0)开始的PUSCH传输资源块上。以先时域符号序号l，再时隙号，再频域子载波(频率轴)序号k的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元(k，l)上。其中k＝k₀+f_hop(·)，...，k₀+f_hop(·)+M_sc-1，f_hop(·)定义了跳频模式，k₀的值由调度来决定；

步骤305，进行IFFT(快速傅立叶逆变换)并生成上行链路的SC-FDMA信号。

如图4所示，实施例三中将重排列融合到DFT预编码中的SC-FDMA信号的另一种生成过程具体包括以下步骤：

步骤401，将一个子帧内的传输比特块c(0)，...，c(M_bit-1)调制生成复数值符号d(0)，...，d(M_symb-1)；

步骤402，将调制后的复数值符号块d(0)，...，d(M_symb-1)依次划分为L个集合，每个集合包含M_SC个符号，每个集合对应一个SC-FDMA符号，使用下式进行DFT预编码

$z(l\·M_{\mathrm{sc}}+k)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}d(i\·L+l)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$

其中，k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1，生成了复数值调制符号块z(0)，...，z(M_symb-1)。使用上式进行DFT预编码的同时，也包含了重排列的功能。

步骤403，将预编码后的符号块z(0)，...，z(M_symb-1)乘以幅度调节系数β_PUSCH后映射在从z(0)开始的PUSCH传输资源块上。以先频域子载波(频率轴)序号k，再时域符号序号l，再时隙号的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元(k，l)上。其中k＝k₀+f_hop(·)，...，k₀+f_hop(·)+M_sc-1，f_hop(·)定义了跳频模式，k₀的值由调度来决定。

步骤404，进行IFFT(快速傅立叶逆变换)并生成上行链路的SC-FDMA信号。

如图5所示，实施例四中将重排列融合到DFT预编码中的SC-FDMA信号的另一种生成过程具体包括以下步骤：

步骤501，将一个子帧内的传输比特块c(0)，...，c(M_bit-1)调制生成复数值符号d(0)，...，d(M_symb-1)；

步骤502，将调制后的复数值符号块d(0)，...，d(M_symb-1)依次划分为L个集合，每个集合包含M_SC个符号，每个集合对应一个SC-FDMA符号，使用下式进行DFT预编码

$z(k\·L+l)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}d(i\·L+l)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$

其中，k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1，生成了复数值调制符号块z(0)，...，z(M_symb-1)。使用上式进行DFT预编码的同时，也包含了重排列的功能。

步骤503，将预编码后的符号块z(0)，...，(M_symb-1)乘以幅度调节系数β_PUSCH后映射在从z(0)开始的PUSCH传输资源块上。以先时域符号序号l，再时隙号，再频域子载波(频率轴)序号k的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元(k，l)上。其中k＝k₀+f_hop(·)，...，k₀+f_hop(·)+M_sc-1，f_hop(·)定义了跳频模式，k₀的值由调度来决定。

步骤504，进行IFFT(快速傅立叶逆变换)并生成上行链路的SC-FDMA信号。

熟悉本技术领域的人员应理解，以上所述仅为本发明的简单实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明作等效变化与修改，都被本发明的专利范围所涵盖。

本发明中的符号重排器、信号处理过程还可以依据具体的实施方式变化。如符号重排器不限于图2所示的行列交织器，但是达到了同样的重排作用，或者本发明的上述步骤前增加一个加扰模块，或者重排列被融合在调制的步骤中，或者重排列采用以上实施例给出的方法之外的其它方法融合到DFT预编码的步骤中。

Claims (14)

1.一种上行共享信道单载波频分多址信号的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

将经过信道编码后的编码块调制为符号；

对符号进行重排列和离散傅立叶变换预编码，并映射到物理资源单元上；

进行快速傅立叶逆变换并生成上行共享信道单载波频分多址信号；

将调制后的复数值符号块d依次划分为L个集合，每个集合包含M_SC个符号块，M_SC为调度给一个用户的物理上行共享信道传输的单载波频分多址信号中包含的子载波数，采用下式进行离散傅立叶变换，并将离散傅立叶变换预编码后的符号块z，按照先频域子载波序号，再时域符号序号，再时隙号的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元上；

$z(l\·M_{\mathrm{sc}}+k)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}d(i\·L+l)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$ k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

将经过信道编码的编码块进行扰码处理后调制为符号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

对符号进行离散傅立叶变换预编码前，设置纵向为频率方向横向为时间方向的重排器，将各个编码块的符号按照逐行的顺序依次写入重排器内，将重排器内的数据按照逐列的顺序依次读出，分别对按列读出的符号进行长度为重排器列长的离散傅立叶变换预编码，所述重排器的行数为分配给用户的上行资源包含的子载波数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述重排器的列数为一个子帧内传输的上行共享信道符号数和分配给用户的上行资源包含的子载波数的比值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

对从所述重排器读出的符号块f采用下式进行离散傅立叶变换，并将离散傅立叶变换预编码后的符号块z，按照先频域子载波序号，再时域符号序号，再时隙号的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元上；

$z(l\·M_{\mathrm{sc}}+k)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}f(l\·M_{\mathrm{sc}}+i)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$ M_SC为分配给用户的上行资源包含的子载波数，L为所述重排器的列数，k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述编码块中符号个数大于重排器在一个重排列周期内可处理的调制符号总数时，填满重排器后，对所述重排器中内容进行清空，继续读取所述编码块中符号对所述重排器进行填充，并按列读出，直到编码块中符号全部重新排列完毕。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述编码块中符号个数小于重排器在一个重排周期内可处理的调制符号总数时，或者编码块中符号个数大于重排器在一个重排周期内可处理的调制符号总数的最后一个重排周期内，所述编码块中剩余的符号不能将重排器填满时，将重排器中空余部分填充固定符号值后按列读出。

8.一种上行共享信道单载波频分多址信号的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

将经过信道编码后的编码块调制为符号；

对符号进行重排列和离散傅立叶变换预编码，并映射到物理资源单元上；

进行快速傅立叶逆变换并生成上行共享信道单载波频分多址信号；

将调制后的复数值符号块d依次划分为L个集合，每个集合包含M_SC个符号块，M_SC为调度给一个用户的物理上行共享信道传输的单载波频分多址信号中包含的子载波数，采用下式进行离散傅立叶变换，并将离散傅立叶变换预编码后的符号块z，按照先时域符号序号，再时隙号，再频域子载波序号的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元上；

$z(k\·L+l)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}d(i\·L+l)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$ k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：

将经过信道编码的编码块进行扰码处理后调制为符号。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：

对符号进行离散傅立叶变换预编码前，设置纵向为频率方向横向为时间方向的重排器，将各个编码块的符号按照逐行的顺序依次写入重排器内，将重排器内的数据按照逐列的顺序依次读出，分别对按列读出的符号进行长度为重排器列长的离散傅立叶变换预编码，所述重排器的行数为分配给用户的上行资源包含的子载波数。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：

所述重排器的列数为一个子帧内传输的上行共享信道符号数和分配给用户的上行资源包含的子载波数的比值。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：

对从所述重排器读出的符号块f采用下式进行离散傅立叶变换，将离散傅立叶变换预编码后的符号块z，按照先时域符号序号，再时隙号，再频域子载波序号的顺序映射到不传输导频符号的物理资源单元上；

$z(k\·L+l)=\underset{i=0}{\overset{M_{\mathrm{sc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}f(i\·M_{\mathrm{sc}}+i)e^{-j\frac{2\mathrm{\πik}}{M_{\mathrm{sc}}}},$ M_SC为分配给用户的上行资源包含的子载波数，L为所述重排器的列数，k＝0，...，M_sc-1，l＝0，...，L-1，i＝0，...，M_sc-1。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于：

所述编码块中符号个数大于重排器在一个重排列周期内可处理的调制符号总数时，填满重排器后，对所述重排器中内容进行清空，继续读取所述编码块中符号对所述重排器进行填充，并按列读出，直到编码块中符号全部重新排列完毕。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于：

所述编码块中符号个数小于重排器在一个重排周期内可处理的调制符号总数时，或者编码块中符号个数大于重排器在一个重排周期内可处理的调制符号总数的最后一个重排周期内，所述编码块中剩余的符号不能将重排器填满时，将重排器中空余部分填充固定符号值后按列读出。

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