CN101199151B - 在无线通信系统中发射导频比特的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用多载波调制(MCM)在无线通信系统中分配导频比特的方法。该方法包括以下步骤:将多个应用了离散傅里叶变换预编码的经预编码的数据符号和多个没有应用离散傅里叶变换预编码的未经预编码的导频比特分配给多个子载波;以及发射所分配的经预编码的数据符号和所分配的未经预编码的导频比特。
Description
技术领域
本发明涉及发射导频比特的方法,更具体地涉及一种在无线通信系统中发射导频比特的方法。
背景技术
图1例示了在上行链路方向上使用OFDMA方案的发射器/接收器端的框图。首先,利用诸如正交相移键控和16正交振幅调制的调制技术对发往用户的数据流进行数字调制。调制之后,对经调制的数据流进行星座映射,随后所述经调制的数据流经过串并转换器而被转换为Nu个并行符号。此处,Nu表示分配给移动台(MS)的子载波的数量。将这些符号从总共Nc个子载波映射为Nu个子载波,而将剩余的子载波(Nc-Nu)影射为0,或者换言之,对剩余的子载波进行填补(例如,补零)。此处,Nc表示在添加循环前缀前子载波的总数。即,对剩余的Nc-Nu个子载波进行补零,随后对其应用Nc点逆快速傅里叶变换(IFFT)。
此外,为了降低符号间干扰,为符号添加循环前缀并通过并串转换器,随后将符号发射到信道中。根据IFFT和循环前缀,将经由信道发射的符号映射为Np+Nc个子载波。
如图1所示,OFDMA接收器的过程与发射器的过程是相同的,只不过是以相反顺序进行的。
图2a~2c例示了根据常规技术对总共Nc个子载波中的Nu个子载波进行映射的方法。图2a例示了子载波的随机分配,图2b例示了通过收集特定频带中的子载波来分配子载波,而图2c例示了贯穿整个频带以等间隔来分配每个子载波。
因为图2a~2c中例示的映射方法利用了整个频带,所以可以获得频率分集。然而,因为每个子载波都是单独分配的,所以不同用户的OFDM符号的定时同步可能不精确(off),并且如果多普勒频移较大,则信号质量可能由于附近的不同用户的子载波而受到影响。此外,在常规的OFDMA方案中,单个用户使用了多个子载波,结果峰均功率比(PAPR)特性可能变差。
时域中的OFDMA信号包括大量经独立调制的子载波。结果,如果以相同的相位对这些子载波进行相加,就可能出现大尺寸信号的问题。即使平均功率固定保持在某个水平,最大功率也可能急剧增大,这进而又增大了PAPR。如果PAPR增大,模数转换(ADC)和数模转换(DAC)就变得更复杂,同时射频(RF)功率放大器的效率会降低。为了解决这种类型的PAPR剧增的问题,已经提出了几种解码方法的解决方案,包括使用具有教大PAPR的信号失真或特殊的前向纠错符号集(OFDM符号除外)。
为了改进PAPR特性,如图3所示,已经提出了一种DFT扩频OFDMA方案。图3是例示使用DFT扩频OFDMA方案的发射/接收端的框图。
DFT扩频OFDMA方案与常规OFDMA方案之间的差异在于,在DFT扩频OFDMA中,对Nu个数据符号进行了Nu点DFT。此后,如图2c中所示,将经转换的数据符号等间隔地映射到全部Nc个子载波。与常规的OFDMA相比,DFT扩频OFDMA具有改进的PAPR特性。
因为DFT扩频OFDMA系统中的数据是在频域中分配的,所以必须对频域的信道进行信道估计。在常规OFDMA系统中,数据和导频在频域中是同时被分配的,而在DFT扩频OFDMA中,数据经由DFT矩阵被扩频。因此,如果导频与其余数据同时被处理,则也对导频进行了扩频操作,造成难以进行信道估计。
发明内容
因此,本发明旨在提供一种无线通信系统中发射导频比特的方法,该方法基本上消除了由于现有技术的局限和缺点造成的一个或更多个问题。
本发明的目的是提供一种使用多载波调制(MCM)在无线通信系统中分配导频比特的方法。
本发明的其他优点、目的和特征将在下面的描述部分陈述,并且部分将在本领域普通技术人员阅读下面内容之后变得清楚,或者可以从对本发明的实践中得知。可以通过所撰写的说明书及其附权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得本发明的这些目的和其他优点。
为了实现到这些目的和其他优点,并且根据本发明的目的,如本文中所实施的和广泛描述的,公开了一种使用多载波调制(MCM)在无线通信系统中分配导频比特的方法。该方法包括以下步骤:将多个应用了离散傅里叶变换预编码的经预编码的数据符号和多个没有应用离散傅里叶变换预编码的未经预编码的导频比特分配给多个子载波;以及发射所分配的经预编码的数据符号和所分配的未经预编码的导频比特。
应该理解,本发明前面的一般描述和后面的详细描述都是示例性和说明性的,旨在提供对所要保护的本发明的进一步说明。
附图描述
所包括的用于提供对本发明的进一步理解并被并入且构成本申请的一部分的附图例示了本发明的实施方式,并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。附图中:
图1例示了在上行链路方向上使用OFDMA方案的发射器/接收器端的框图;
图2a例示了子载波的随机分配;
图2b例示了通过收集特定频带中的子载波来分配子载波;
图2c例示了贯穿整个频带以等间隔来分配每个子载波;
图3是例示了使用DFT扩频OFDMA方案的发射/接收端的框图;
图4例示了根据本发明实施方式的应用DFT扩频OFDMA方案的发射器和接收器的框图;
图5例示了根据本发明第一实施方式的导频比特发射方法以及与该方法相关联的子载波形成;而
图6例示了未经预编码的导频比特到子载波的分配。
具体实施方式
现在详细参照本发明的优选实施方式,附图中例示了这些优选实施方式的示例。只要有可能,就在所有附图中使用相同标号来指代相同或相似的部分。
如上面关于常规DFT扩频OFDMA系统所讨论的,比特流数据通过DFT矩阵被扩频,之后经由以等间隔分配给(多个)特定用户的子载波进行发射。在根据常规系统的数据发射中,数据符号和导频比特在被扩频之后一起被发射。换言之,导频比特和数据符号是以相同方法被扩频的。更具体地讲,导频比特经DFT矩阵被扩频,之后被映射到子载波。此时,导频比特被扩频到具有Nc个子载波的整个频域上。即,经导频比特映射的子载波分布在整个频域上,因此导致了不一致的功率级别,造成难以进行信道估计。为了解决这个问题,本发明提出了在DFT扩频OFDMA系统中发射导频。
在本发明中,术语“符号”也可以被称为“比特”、“信号”等等。因此,术语“导频比特”也可以被称为“导频符号”或简称为“导频”。
图4例示了根据本发明实施方式的应用DFT扩频OFDMA方案的发射器和接收器的框图。图5例示了根据本发明第一实施方式的导频比特发射方法以及与该方法相关联的子载波形成。以下将针对图4和5来描述第一实施方式。
在第一实施方式中,导频比特不是通过DFT矩阵被扩频的。而是将导频比特直接分配给Nc个子载波(而不经DFT矩阵处理),随后进行发射。因为导频比特未经DFT矩阵扩频,所以导频比特被分配给可用的Nc个子载波中的特定数量的子载波。据此,可以将导频信号在频域上的功率级别更好地维持,使得接收器的信道估计变得更简单。
如图4中所示,导频比特未经DFT矩阵扩频处理即被映射到子载波。然而,数据符号是在经DFT矩阵扩频过程之后才被映射到子载波的。
图4的更详细描述如下。比特形式的数据从发射端被发射并经过星座映射模块401。这里,可以使数据与一个以上的源相关联。之后,数据符号经过串并(S/P)转换器402,在串并(S/P)转换器402中,串行处理的数据符号被转换成并行数据符号。然后,数据符号经Nu点DFT扩频模块403预编码或扩频。这里,Nu是指被DFT矩阵预编码的数据符号的数量。数据被扩频后,由符号到子载波映射模块404对它们进行处理。在符号到子载波映射模块404中,经预编码的数据符号被分配给子载波。这里,在频域中进行分配。
此时,也可以对导频比特405进行分配。在本实施方式以及其他实施方式中,如上面所提及的,导频比特也可以被称为导频符号或导频。如上面所讨论的,与数据符号不同,导频比特405未经预编码。因此,导频比特405可以与经预编码的数据符号一起在符号到子载波映射模块404处被分配给子载波。另选的是,导频比特405可以在数据符号被分配给子载波之后被分配。在这种情况下,符号到子载波映射模块404将分配数据符号并为导频比特405预留特定子载波。例如,符号到子载波映射模块可以每隔四个预留一个子载波来分配导频比特。
在频域中分配了经预编码的数据符号和导频比特后,在Nc点IDFT模块406中对这些符号进行物理分配。这里,Nc是指子载波的数量,该数量可以多于符号的数量。在符号经Nc点IDFT模块406处理后,为每个符号添加循环前缀407。循环前缀407是开始时符号尾部的重复,其目的是出于正交性原因使得多路径可以在主要数据到达之前稳定下来。之后,通过并串(P/S)转换器408对添加了循环前缀的数据和导频比特进行处理,然后发射到接收端。
在接收端,如上所述,可以通过逆处理对经处理的符号进行解码。例如,因为在发射时符号经P/S转换器处理,所以接收端可以采用S/P转换器410,其后是与Nc点IDFT 406相反的Nc点DFT模块411。之后,可以通过子载波到符号映射模块412对符号进行处理,忽略一些处理后,结束于使用星座解映射模块415对符号进行处理。之后,可以通过子载波到符号映射模块412对符号进行处理,忽略一些处理后,结束于使用星座解映射模块415对符号进行处理。在通过该逆处理对符号进行处理之后,可以恰当地对符号进行解码。
图5例示了分配给子载波的数据符号和独立的(未经预编码的)导频比特。图5的数据(D)对应于经Nu点DFT扩频模块(其中通过DFT矩阵对数据符号进行扩频)处理后的数据符号。导频(P)对应于未经Nu点DFT扩频模块处理而被独立地分配到逆DFT(IDFT)中的导频比特。简言之,图5表示了经扩频的(经预编码的)数据符号和未经扩频、被符号到子载波映射模块分配给子载波的导频比特。如图5中所示,为Nc个可用子载波外的特定频率上的子载波分配了多个P。通过这样的处理,从具有恒定或可靠功率级别的频率来发射导频信号,从而使接收器的信道估计更加简单。
将未经预编码的导频符号/比特分配给子载波的方法有两种。第一种是,在将经预编码的数据符号分配给子载波时,可以预留特定的子载波或者换个说法,预先分配特定的子载波用于分配导频比特。因此,在对导频比特进行分配时,将它们分配给所预留的子载波。例如,这些预留的子载波可以位于用于数据符号的子载波之间,并且/或者可以按指定间隔来指派,如图5中所示。
第二种是,可以由符号到子载波映射模块对未经预编码的导频比特和经预编码的数据符号进行同时分配。这里,尽管符号源可以不同,但是这些符号的分配可以由符号到子载波模块来执行,而无需预留特定的子载波。
此外,如上所述,图4例示了根据本发明实施方式的应用DFT扩频OFDMA方案的发射器和接收器的框图。后文中,将参照图4和5来描述第二实施方式。在本发明的第二实施方式中,对导频和数据分别进行发射。如图5中所示,传输到指定用户的比特流包括多个符号,每个符号都仅包含导频或数据。在该第二实施方式中,如图4中所示,不对导频比特进行DFT扩频。
第二实施方式具有比第一实施方式更优的PAPR特性。在第一实施方式中,导频不进行DFT扩频,并且不对导频和数据符号进行扩频。不过在第一实施方式中,数据和导频是同时发射的。结果,DFT扩频OFDMA方案的减小常规OFDMA方案的PAPR的优点无法被充分利用。
在第二实施方式中,导频也被映射到频域上的特定子载波,但不经过DFT扩频过程。因此,与经DFT扩频相反,未经DFT扩频的导频比特可能会降低PAPR特性。为了防止此问题,如第二实施方式所例示的,如果用于数据的符号和用于导频的符号被分离然后被发射,则与数据符号的发射相同,导频比特的发射可能会遭遇PAPR的减小。
在第二实施方式中,因为用于导频的符号和用于数据的符号被独立地发射,所以并未包括与频域的特定部分中的信道估计相关的信息。这里,导频被分配给频域的特定区域而不是整个频域,并且在其他频率区域(未分配导频的区域)的信道中,对其进行插值以估计这些信道的状态。此外,因为导频未发射到整个频域,所以未用于发射导频的子载波可以用来发射其他用户数据。图5例示了分配给指定频率的子载波的导频。如上所述,非导频发射子载波可用于发射数据。此外,对于未发射导频的频率区域中的信道估计,可以进行插值来实施信道估计。
另选的是,图6例示了将未经预编码的导频比特分配到子载波。在上面的讨论中,将未经预编码的导频比特601与经预编码的数据符号分别进行分配。只将未经预编码的导频比特601分配给子载波或者只将经预编码的数据符号分配给子载波都是可行的。也就是说,即使在没有数据符号的情况下,也可以将导频比特601分配给子载波。如果导频比特601是仅有的被分配给子载波的符号,则在Nc点IDFT模块602处发生实际的映射。这里,与未经预编码的导频比特经过相比,经预编码的数据符号经过时,IDFT的大小(长度)可以不同。在本实施方式中,只发射了导频信号,而没有发射数据信号。简言之,IDFT的大小根据是数据符号经过还是导频比特经过而改变。如上面所提及的,在发射之前,为每个符号添加循环前缀603。添加之后,通过P/S转换器604对符号进行处理然后发射至接收端。
本领域技术人员将清楚,可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对本发明作出各种修改和变化。因此,本发明旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同形式的范围内的本发明的这些修改和变化。
Claims (7)
1.一种使用多载波调制MCM在无线通信系统中分配导频比特的方法,该方法包括以下步骤:
将多个应用了离散傅里叶变换预编码的经预编码的数据符号和多个没有应用离散傅里叶变换预编码的未经预编码的导频比特分配给多个子载波;以及
发射所分配的经预编码的数据符号和所分配的未经预编码的导频比特。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述MCM是正交频分多址OFDMA。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述多个子载波彼此正交。
4.根据权利要求1所述的方法,其中将所述多个经预编码的数据符号分配给所述子载波,而预留出用于分配未经预编码的导频比特的特定子载波。
5.根据权利要求4所述的方法,其中以指定间隔来提供所预留的子载波。
6.根据权利要求4所述的方法,其中通过符号到子载波映射模块将所述经预编码的数据符号分配给子载波,而将所述未经预编码的导频比特分配给所预留的子载波。
7.根据权利要求1所述的方法,其中通过符号到子载波映射模块将所述多个经预编码的数据符号和所述多个未经预编码的导频比特分配给所述多个子载波。
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