CN101171766A - 用于在多载波多址接入系统中接收信号的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在多载波多址接入系统中接收信号的方法和装置。该方法包括：从至少一个基站接收信号，其中各信号具有基站标识符；处理所述信号以利用基站标识符识别各基站；使用处理后的信号实行信道估计；使用从信道估计获得的信息组合处理后的信号；以及对组合后的信号进行解码。而且，用于在多载波多址接入系统中接收信号的装置包括：串并转换器，用于将来自至少一个基站的包括基站标识符的串行信号转换成并行信号；快速傅立叶变换器，用于对所述并行信号进行变换；并串转换器，用于将所述并行信号转换为串行信号；解扩处理器，用于使用来自至少一个基站的基站标识符来对频域信号进行解扩；信道估计器，用于对该至少一个基站和移动台之间的信道变动进行补偿；信号组合器，用于组合来自基站的信号；以及解码器，用于对组合后的信号进行解码。

Description

用于在多载波多址接入系统中接收信号的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于在多载波多址接入(multi-carrier multiple access)系统中接收信号的装置和方法，更具体而言，涉及用于在切换(handover，或handoff)过程中估计移动台和基站之间的无线信道并使用该估计来组合信号的装置和方法。

背景技术

在多载波多址接入蜂窝移动通信系统中，下行链路切换中的移动台获得宏分集增益(macro diversity gain)。换句话说，切换中的移动台通过不同的通信信道以组合信号的形式从两个或更多的邻近基站处接收相同的数据。

存在两种获得宏分集增益的方法，即等增益组合(Equal GainCombining(EGC))和最大比例组合(Maximal Ratio Combining(MRC))。EGC方法不补偿幅值失真，只补偿相位失真。因为幅值增益总是1，所以仅使用相位失真补偿来进行信道估计。然而，因为MRC方法通过幅值补偿和相位补偿二者来进行信道估计，所以在大多数信道环境中MRC方法比EGC方法具有更好的性能。一般来说，如果在切换过程中在发射相同数据的小区之间维持同步，则可以使用EGC方法有效地对接收的信号进行解码，而无需附加的信号处理。在这种情况下，接收信号的格式(例如发射类型、码型、位置等)将相同，从而获取宏分集增益。即使MRC方法是增加组合增益的优选方法，当前的多载波多址接入系统在使用MRC方法来增加宏分集增益方面是有问题的，因为在同一时间间隔中向邻接的小区分配了与当前服务小区相同的频带或子载波时，目前的多载波多址接入系统难以按照各基站与移动台之间的各通信链接进行信道估计。

因此，十分希望发展一种技术，该技术提供基站区分码以补偿信道失真并最大化宏分集增益。

发明内容

因此，本发明涉及用于在多载波多址接入系统中接收信号的装置和方法，它们基本消除了由于现有技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。

本发明的目的是提供使移动台在切换过程中有效地组合和解码信号的装置和方法。

本发明的另一目的是提供基站区分码以补偿信道失真并最大化宏分集增益。

本发明的其它优点、目的和特征将在下面的说明书中部分地得到说明，并在本领域技术人员研究下述内容时部分地变得清楚，或部分地从本发明的实践中学知。通过说明书和权利要求以及附图中具体指出的结构可以实现和获得本发明的目的和其他优点。

如这里具体实施和广泛描述的，为获得这些目的和其他优点，且根据本发明的目的，用于在多载波多址接入系统中接收信号的方法包括：从至少一个基站接收信号，其中，各信号具有基站标识符；处理所述信号以利用所述基站标识符识别各基站；使用处理后的信号进行信道估计；使用从信道估计获得的信息来组合处理后的信号并对组合后的信号进行解码。

在本发明的另一方面中，用于在多载波多址接入系统中接收信号的装置包括：串并转换器，用于将来自至少一个基站的包含基站标识符的串行信号转换成并行信号；快速傅立叶变换器，用于对所述并行信号进行变换；并串转换器，用于将所述并行信号转换成串行信号；解扩处理器，用于使用来自至少一个基站的基站标识符来对频域信号进行解扩；信道估计器，用于对所述至少一个基站和移动台之间的信道变动进行补偿；信号组合器，用于组合来自于基站的信号；以及解码器，用于对组合后的信号进行解码。

应当理解本发明的上述一般性描述和下面的详述是示意性和说明性的，且意在提供对权利要求所述发明的进一步的解释。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步的理解，且将其结合在本申请中并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的示意性实施方式，并和说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：

图1示出了切换过程中在移动台中接收数据的方法；

图2示出了切换过程中在移动台中接收数据的另一方法；

图3示出了用于在切换过程中区分基站的码生成方法。

图4示出了根据本发明的接收机的框图。

具体实施方式

现在具体地参考本发明的优选实施方式，在附图中示出其实施例。

只要可能，在附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

作为实例，给出了属于多载波多址接入系统之一的正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access(OFDMA))系统的说明。OFDMA是其中多个用户使用OFDM进行多址接入的系统。

图1示出了切换过程中在移动台中接收数据的方法。

移动台在切换过程中以相同的帧格式从K个基站接收数据。也就是说，由于以混合方式接收的数据不能按各基站进行区分，因此移动台接收的数据具有相同的帧格式。

而且，因为各基站不能进行信道估计，所以使用EGC方法对接收的数据进行解码。为了使用EGC方法获得宏分集增益，所有基站应同步，由此使来自于每个基站的时间延时处于保护间隔内。否则，应延长保护间隔的长度。可以通过重复一部分数据来生成保护间隔以防止混叠效应。

然而，如图1所示，一些基站(如果不是全部基站)可能不同步。而且，由于需要附加的元件来维持同步，所以希望具有一种能够在不是所有基站都同步的情况下获得宏分集增益的技术。

图2示出了切换过程中在移动台中接收数据的另一方法。该图中，来自于各基站的各数据具有代码以区分基站。换句话说，在多载波多址接入无线移动通信系统中，各数据具有正交码或伪正交码，以在软切换过程中区分各基站。正交码包括伪噪声(Pseudo-orthogonal(PN))码、正交可变扩展因子(Orthogonal Variable Spreading Factor(OVSF))码和沃尔什(Walsh)码。伪正交码包括Gold码。尤其是，当基站同步时，OVSF码具有更好的性能。而且，还可以使用具有固定扩展因子(Spreading Factor(SF))的码，通过可变SF可以容易地实现该固定扩展因子码。

图3示出了用于在切换过程中区分基站的码生成方法。在判定码和SF以区分基站之后，通过SF重复所发射的码元，直到与扩展码的长度匹配为止。给每个基站分配频时扩展码(frequency-time spreading code)。在频时扩展码中，频域的单位是子载波而时域的单位是码元周期。

在切换过程中移动台以相同的帧格式从K个基站接收数据。即，由于以混合方式接收的数据不能按各个基站进行区分，因此移动台接收的数据具有相同的帧格式。

图3示出了当SF是8时的情形。这种情况下，码元在时域中被重复4次且在频域中被重复2次。在发送到移动台之前乘以频时扩展码(C＝{C1，...，C8})。

频时(frequency-time)SF可以表示为：

SF＝SF_time*SF_freq    (式1)

其中SF是总扩展因子，SF_time是时域扩展因子，且SF_freq是频域扩展因子。当SF_time＝1时，数据仅在频域中扩展，而当SF_freq＝1时，数据仅在时域中扩展。一般而言，如果SF_time＞1且SF_freq＞1，数据在时域和频域中都扩展。因此，SF可以是二维的因子。

图3是式1中SF_time＝2且SF_freq＝4时的实例。为生成SF＝8的频时码(frequency-time code)，可以实现SF_time和SF_freq的各种组合。当设定了SF时，SF_time和SF_freq可以根据信道条件而变化。

如果在移动台处接收的数据可以按各基站进行区分，则接收的数据不必具有相同的帧格式/结构、发射类型、码型、位置等。换句话说，尽管不是所有基站都具有相同的帧格式，移动台仍可以按各基站分离数据。

而且，移动台根据所接收的数据进行信道估计，并使用采用MRC方法的接收机来对数据进行解码。即，移动台使用来自于各基站的导频信号进行信道估计，按照从各基站到移动台的各信道链路对信道失真进行补偿，并使用MRC方法组合所接收的数据。因此，获得了比EGC方法等的非组合方法更高的宏分集增益。

根据本发明，尽管不必精确地同步来自于基站的数据，但建议将从基站到移动台的数据的最大延时限制在保护间隔之内。换句话说，如果最大延时大于保护间隔，则极有可能在执行FFT之后OFDM码元被严重损坏。

图4示出了切换过程中的接收机400，它组合来自于K个基站的数据并对该数据进行解码。移动台在切换过程中从K个基站接收数据。

来自于各个基站的数据可以表示为：

$r_i=d_i*s_i*{\mathrm{\α}}_i*e^{j{\mathrm{\θ}}_i}$ (式2)

其中，r_i是从第i个基站接收的信号，d_i是第i个基站发射的数据，s_i是分配给基站的基站区分码，且信道系数 $h_i={\mathrm{\α}}_i*e^{j{\mathrm{\θ}}_i}$ 具有第i个基站和移动台之间的第i信道增益(或幅值)α_i和第i信道相移θ_i。s_i的长度由SF决定且码s_i被设计成根据SF同时在时域和频域中扩展。正常情况下，优选诸如时域扩展或频域扩展的1维扩展。然而，诸如时域及频域扩展的2维扩展也是可以的。s_i的主要目的是区分基站。

具有某些延时的接收信号r可以表示为：

$r=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i$ (式3)

每N个采样，S/P转换器41将接收信号r转换成并行信号，此后该并行信号通过FFT 42被傅立叶变换成频率轴上的信号。而且，FFT变换后的信号被P/S转换器43再次转换成串行信号。

来自P/S转换器43的串行信号可以表示为：

$R=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_i{S}_i{D}_i$ (式4)

其中D_i、S_i和H_i分别是d_i、s_i和h_i的傅立叶变换。

解扩处理器44使用基站标识符识别来自于各基站的信号。在解扩处理器44之后，信号可以被表示为：

$R_i=H_i\left(S_i^{*}{S}_i\right)D_i=H_i{D}_i,\underset{\·}{\·\·}\left(S_i^{*}{S}_i\right)=1$ (式5)

其中i(＝1，...K)是基站的索引。上式是简化的以用于例示目的，而通常它会更加复杂。

信道估计器45使用区分后的信号执行信道估计。信道估计器可以是任意类型，包括最小均方误差(Minimum Mean Square Error(MMSE))估计器、约束最小二乘(Constrained Least Squares(CLS))估计器或最大似然(Maximum Likelihood(ML))估计器。信道估计器45计算信道系数的共轭，即，可针对所有K个基站或指定的基站求得H_i ^*。信道估计器45还提供所有必要的值(例如，幅值、相位等)以执行MRC方法。

信道组合器46使用估计的信道信息来执行MRC方法，由此，除了补偿相位失真，还补偿幅值失真，并组合来自基站的信号以最大化信噪干扰比(Signal to Noise Interference Ratio(SNIR))。信号组合器46还可以执行MRC方法来最大化(或最小化)其他比值或参数。这样，可以实现软组合。而且，本领域技术人员还可以使用本发明来进行仅选择最佳信道或多个信道的硬组合。

信号组合器46之后的组合信号可以表示为：

$R^{\′}=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_i^{*}{H}_i{D}_i=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i$ (式6)

最后，解码器47对组合后的信号进行解码。

对于本领域技术人员而言，很明显，在本发明中可以做出各种修改和变化而不偏离本发明的精神或范围。这样，本发明旨在覆盖这些修改和变化，只要这些修改和变化处于所附权利要求和它们的等价物范围内。

Claims (15)

1.一种用于在多载波多址接入系统中接收信号的方法，该方法包括：

从至少一个基站接收信号，其中各信号具有基站标识符；

处理所述信号以利用所述基站标识符识别各基站；

使用处理后的信号进行信道估计；

使用由信道估计获得的信息来组合所述处理后的信号；以及

对组合后的信号进行解码。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合步骤包括最大比例组合(MRC)方法。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述基站标识符包括扩展码和扰码。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述扩展码包括伪噪声(PN)码、正交可变扩展因子(OVSF)码、Walsh码和Gold码中的一种。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述扩展码包括频时码。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述扩展码具有扩展因子(SF)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述扩展因子包括固定扩展子和可变扩展因子中的一个。

8.根据权利要求6所述的方法，其中SF＝SF_time*SF_freq，其中SF是总扩展因子，SF_time是时域扩展因子，而SF_freq是频域扩展因子。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多载波多址接入系统包括正交频分多址接入(OFDMA)系统。

10.根据权利要求1所述的方法，其中来自用于发射信号的基站的信号中的最大延时处于保护间隔内。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理步骤包括对信号进行解扩、解扰或解正交。

12.一种用于在多载波多址接入系统中接收信号的装置，该装置包括：

串并转换器，用于将来自至少一个基站的包含基站标识符的串行信号转换成并行信号；

快速傅立叶变换器，用于对所述并行信号进行变换；

并串转换器，用于将所述并行信号转换为串行信号；

解扩处理器，用于使用来自至少一个基站的基站标识符对频域信号进行解扩；

信道估计器，用于对所述至少一个基站和移动台之间的信道变动进行补偿；

信号组合器，用于组合信号；以及

解码器，用于对组合后的信号进行解码。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述信号组合器使用最大比例组合(MRC)方法组合信号。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所述多载波多址接入系统包括正交频分多址接入(OFDMA)。

15.根据权利要求12所述的装置，其中所述信道估计器包括最小均方误差(MMSE)估计器、约束最小二乘估计器或最大似然(ML)估计器中的一种。

Images