CN101199175B - 用于在无线通信系统中分配多个数据符号的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于在无线通信系统中分配多个数据符号的方法和装置。公开了一种使用正交频分多址(OFDMA)对来自发射端的多个数据符号进行分配的方法。更具体地，该方法包括以下步骤：从串并转换器接收所述多个数据符号；通过至少一个预编码模块的预编码矩阵对所述多个数据符号进行预编码，其中所述预编码矩阵为离散傅里叶变换(DFT)矩阵；将经预编码的所述多个数据符号分组为至少一个数据符号组，其中所述至少一个数据符号组是通过对以指定间隔分隔开的经预编码的数据符号进行组合而形成的；以及将所述至少一个数据符号组中的每个数据符号组分配给至少一个子载波组中的每个子载波组，其中所述每个子载波组均包括多个子载波。

Description

用于在无线通信系统中分配多个数据符号的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于分配数据符号的方法和装置，更具体地涉及一种在无线通信系统中分配多个数据符号的方法和装置。尽管本发明适于广泛的应用范围，但是本发明尤其适于更高效地分配数据符号。
背景技术
正交频分复用(OFDM)方案或正交频分多址(OFDMA)方案被用于在有线和/或无线信道中传输高速数据。人们正在对这些方案进行积极的研究。在OFDM方案中，因为该方案采用了彼此正交的多个子载波，所以频率使用效率增大。在发射端和接收端，对多个子载波进行调制和解调的处理分别类似于进行逆离散傅里叶变换(IDFT)和离散傅里叶变换(DFT)。这样，就可以利用逆快速傅里叶变换(IFFT)和快速傅里叶变换(FFT)来实现高速数据通信。
OFDM方案的原理包括将高速数据流分成多个低速数据流，然后经由多个子载波进行传输。通过使用子载波来传输这多个低速数据流，符号持续期延长，进而又基于多径延迟扩散降低了时域中的相对离散度。在OFDM方案中，数据是以传输符号为单元进行传输的。
在OFDMA物理(PHY)层中对有效载波(active carrier)进行分组，并将每个组传输到不同的接收端。这些载波组被称为子信道。构成载波的每个子信道可以彼此紧密接近，或者可以彼此等距地间隔开。通过允许对每个子信道进行多路访问，即使载波的传输变得更为复杂，也可以获得频率分集增益、基于使功率聚焦的增益以及全向功率控制的高效执行。
图1例示了在上行链路方向上使用OFDMA方案的发射/接收端的框图。首先，使用调制技术(例如，正交相移键控、16正交振幅调制)对数据流进行映射，随后使用串并转换将其转换为Nu个并行数据。将这些符号从总共Nc个子载波映射为Nu个子载波，而对剩余的子载波(Nc-Nu个)进行填补(例如补零)。之后，对这些符号进行Nc点IFFT。
为了降低符号间干扰，为符号添加循环前缀，随后在使用并串转换对符号进行转换之后来发射。接收端的操作与发射端的处理是相同的，只不过是以相反顺序进行的。可以使用可从未用子载波(例如Nc-Nu)中获得的子载波来传输不同用户的数据。
图2a～2c例示了对总共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，结果可能出现较差的峰-均功率比(PAPR)，从而需要昂贵的功率放大器来解决这种PAPR较差的问题。
为了缓解较差的PAPR特性，已经提出了DFT扩频OFDMA方案。DFT扩频OFDMA方案是一种使用DFT矩阵的数据符号预编码方法。图3是例示了使用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。此外，尽管通过使用DFT扩频OFDMA可以显著降低PAPR，但是DFT扩频OFDMA的功能容易因信道间干扰(ICI)而变得紧张(heat up)。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种用于在无线通信系统中分配数据符号的方法和装置，它们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)对来自发射端的多个数据符号进行分配的方法。
本发明的另一目的是提供一种使用多载波调制(MCM)来分配多个数据符号的装置。
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，一种使用正交频分多址(OFDMA)对来自发射端的多个数据符号进行分配的方法，该方法包括以下步骤：从串并转换器接收所述多个数据符号；通过至少一个预编码模块的预编码矩阵对所述多个数据符号进行预编码，其中所述预编码矩阵为离散傅里叶变换(DFT)矩阵；将经预编码的所述多个数据符号分组为至少一个数据符号组，其中所述至少一个数据符号组是通过对以指定间隔分隔开的经预编码的数据符号进行组合而形成的；以及将所述至少一个数据符号组中的每个数据符号组分配给至少一个子载波组中的每个子载波组，其中所述每个子载波组均包括多个子载波，其中每个子载波组的大小都对应于每个数据符号组的大小，并且子载波组的数量大于等于数据符号组的数量，且每个子载波组都包括集中子载波，所述集中子载波是相邻子载波。
在本发明的又一个方面，一种使用正交频分多址(OFDMA)对来自发射端的多个数据符号进行分配的方法，该方法包括以下步骤：从串并转换器接收所述多个数据符号；通过至少一个预编码模块的预编码矩阵对所述多个数据符号进行预编码，其中所述预编码矩阵为离散傅里叶变换(DFT)矩阵；将经预编码的所述多个数据符号分组为至少一个数据符号组，其中所述至少一个数据符号组是通过对指定数量的相邻的经预编码的数据符号进行组合而形成的；以及将所述至少一个数据符号组中的每个数据符号组分配给至少一个子载波组中的每个子载波组，其中所述每个子载波组均包括多个子载波，其中每个子载波组的大小都对应于每个数据符号组的大小，并且子载波组的数量大于等于数据符号组的数量，且每个子载波组都包括集中子载波，所述集中子载波是相邻子载波。
此外，在本发明的另一方面，一种使用正交频分多址(OFDMA)来分配多个数据符号的装置，该装置包括：至少一个预编码模块，用于：从串并转换器接收所述多个数据符号，通过至少一个预编码模块的预编码矩阵对所述多个数据符号进行预编码，其中所述预编码矩阵为离散傅里叶变换(DFT)矩阵；子载波到符号映射模块，用于：将经预编码的所述多个数据符号分组为至少一个数据符号组，其中所述至少一个数据符号组是通过对指定数量的相邻的经预编码的数据符号进行组合而形成的，并且将所述至少一个数据符号组中的每个数据符号组分配给至少一个子载波组中的每个子载波组，其中所述每个子载波组均包括多个子载波，其中每个子载波组的大小都对应于每个数据符号组的大小，并且子载波组的数量大于等于数据符号组的数量，且每个子载波组都包括集中子载波，所述集中子载波是相邻子载波；以及发射模块，用于将所述至少一个子载波组中的子载波上的数据符号发射到接收端。
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/接收端的框图；
图2a～2c例示了对总共Nc个子载波中的Nu个子载波进行映射的方法；
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子载波分配方法；而
图5a～5d例示了根据本发明其他实施方式的子载波分配方法。
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。
以下将针对OFDMA来描述这些实施方式，OFDMA是多种多载波调制(MCM)方案中的一种。然而，这仅仅是示例性的方案，也可以使用其他类型的调制方案进行分配。
为了解决ICI问题以及DFT扩频OFDMA系统中的其他问题，提供了以下实施方式。如图1中所示，用户(例如移动台)的比特流经星座映射方案映射，随后经串并转换器转换。之后提供的关于本发明的描述涉及将数据符号映射为子载波。在本发明中，被处理的比特流不限于单个用户的比特流，而可以是一个以上用户的复用比特流(例如，用户1的比特流、用户2的比特流以及用户3的比特流)。此外，尽管本发明适合于下行链路传输，但是本发明也可应用于上行链路传输。
图4例示了根据本发明实施方式的子载波分配方法。如图4中所示，将多个数据符号分为多个组，并分配这些由数据符号组成的组。更具体地来讲，为了获得OFDMA系统中的频率分集，如果把Ns个相邻数据符号形成为一组，则在具有Nc个子载波的整个频带上分配了Nu个数据符号，得到总共Ng个数据符号组(即，Nu＝Ng×Ns)。也就是说，基于数据符号的接近性(例如，相邻数据符号)对Nu个数据符号进行分组。一般来说，这种分组是基于数据符号相对于彼此的紧密邻近而进行的。Nu个数据符号的分散基于Ng个数据符号组，所述数据符号组包含Ns个元素或数据符号。例如，假设Nu＝12，如果形成了四个数据符号组(Ng＝4)，则紧密接近的数据符号形成了三个数据符号的数据符号组(Ns＝3)。图4中对此进行了描绘。
之后，将这些数据符号组分配给子载波组。这里，将每个数据符号组分配给每个子载波组，其中每个子载波组都包括多个子载波。在将每个数据符号组分配给每个子载波组时，ICI应该仅影响位于该数据符号组周边的子载波，从而表现出很强的ICI特性。优选的是，子载波组是不均匀的(offset)，或者相邻子载波组之间以特定距离间隔开。此外，优选的是，通过将子载波组分布在整个频带上来分配这些子载波组。
图5a～5d例示了根据本发明其他实施方式的子载波分配方法。更具体地来讲，这些实施方式例示了DFT扩频OFDMA方案的应用。
在图5a中，在经过串并转换器处理后，Nu个数据符号由预编码模块进行预编码或扩频。这里，预编码模块使用了Nu点DFT方案。之后，对以特定间隔(例如，每四个经预编码的数据符号)分隔开的输出值(例如，经预编码的数据符号)进行结合以形成数据符号组。对经预编码的数据符号进行分组，直到所有经预编码的数据符号都被置于数据符号组中为止。此处，Nu个经预编码的数据符号被分为Ng个数据符号组，并且每个数据符号组都由Ns个经预编码的数据符号组成。随后，将这些数据符号组分配给组形成与这些数据符号组相对应的子载波组。每个子载波组都是通过对Nc个子载波中的特定数量的子载波进行组合而形成的。此处，数据符号可以是从一个以上移动台发射的。
例如，如果Nu＝12而Nc＝24，且DFT输出值为{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12}，则这些输出值被分组为其中有四(4)个数据符号组(Ng＝4)并且每个组都有三个经预编码的数据符号(Ns＝3)的数据符号组(例如，{1，5，9}、{2，6，10}、{3，7，11}、{4，8，12})。在该例中，Ns的大小被设为3个数据符号。然而，Ns的大小可以改变并不必固定。换言之，每个数据符号组的Ns大小都可以不同。例如，可以组成每组有不同数量的数据符号的数据组，例如{1，4，9}、{2，10}、{3，6，8，11}、{5，7，12}。
一旦完成了数据符号组的形成，就将每个数据符号组(Ng)分配给通过对Nc个子载波进行组合而形成的各个子载波组(例如{1，2，3}、{7，8，9}、{13，14，15}、{19，20，21}或{4，5，6}、{10，11，12}、{16，17，18}、{22，23，24})。这里，子载波组的子载波被集中(localize)。即，每个子载波组的子载波都彼此相邻，或者换个说法，为相邻子载波。
此外，与数据符号组的大小相对应的每个子载波的大小不必是固定的。如上所述，每个数据符号组大小都可以变化。因此，为了与变化的数据符号组大小相对应，子载波组也可以变化。即，每个子载波组都可以为不同的大小(例如，{1，2}、{6，7，8，9}、{14，15，16}、{19，20，21，22})。
如上所述，数据符号组的组大小可以是固定的以及变化的。此外，子载波组也可以是固定和/或变化的。因为子载波组的大小对应于数据符号的大小，所以这是正确的。此外，包括在子载波组中的子载波是集中的子载波。这里，数据符号组和子载波组的详细描述并不限于图5a，而是还可以应用于图5b～5d的实施方式。
在图5b中，在经串并转换器处理后，Nu个数据符号经预编码模块预编码(或扩频)。这里，预编码模块使用了Nu点DFT方案。之后，对Ns个相邻DFT输出值进行组合，总共得到Ng个数据符号组。这里，相邻DFT输出值表示彼此靠近的值。之后，将由这些DFT输出值(经预编码的数据符号)构成的数据符号组分配给子载波组，每个子载波组都对应于每个数据符号组。每个子载波组都是通过对Nc个子载波中的特定数量的子载波进行组合而形成的，因此具有与数据符号组相同的组形成。
例如，如果Nu＝12、Nc＝24且DFT输出值(即，经预编码的数据符号)为{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12}，则这些输出值或数据符号被分组为其中有四(4)个数据符号组(Ng＝4)且每个组有三个数据符号(Ns＝3)的数据符号组(例如，{1，2，3}、{4，5，6}、{7，8，9}、{10，11，12})。一旦完成了数据符号组的形成，就将每个数据符号组分配给通过对Nc个子载波进行组合而形成的子载波组(例如{1，2，3}、{7，8，9}、{13，14，15}、{19，20，21}或者{4，5，6}、{10，11，12}、{16，17，18}、{22，23，24})。
在图5c中，经串并转换器处理后，Nu个数据符号经Ng个预编码或扩频模块扩频(预编码)。这里，预编码模块使用了Ng点DFT扩频方案。之后，经预编码的数据符号被输出到频带的不同部分。例如，如果从预编码模块输出了四个值，则将这四个输出数据符号中的每一个扩频开，使得它们在频带上均匀间隔开。如图5c中所示，有Ng个预编码模块，每个预编码模块都对Ns个数据符号进行处理。从每个预编码模块输出的经预编码的数据符号被隔开相等的间隔。之后，将来自每个预编码模块的隔开预定间隔的经预编码的数据符号分组成要向其分配子载波组的数据符号组。优选的是，例如，每个数据符号组都仅组合了从每个预编码模块输出的一个经预编码的数据符号。每个子载波组都是通过对Nc个子载波中的特定数量的子载波进行组合而形成的。
例如，如果Nu＝12、Nc＝24且4点DFT输出值依次为{1，2，3，4}、{5，6，7，8}、{9，10，11，12}，则输出值被分组为其中Ng＝4、每个数据符号组有三个经预编码的数据符号(Ns＝3)的四个数据符号组(例如，{1，5，9}、{2，6，10}、{3，7，11}、{4，8，12})。一旦完成了数据符号组的形成，就将每个数据符号组分配给通过对Nc个子载波进行组合而形成的子载波组(例如，{1，2，3}、{7，8，9}、{13，14，15}、{19，20，21}或者{4，5，6}、{10，11，12}、{16，17，18}、{22，23，24})。
在图5d中，经串并转换器处理后，Nu个数据符号经Ng个预编码模块扩频。这里，预编码模块采用了Ns点DFT方案。之后，预编码数据符号被输出到频带的不同部分。如图5d中所示，有Ng个预编码模块，每个模块都对Ns个数据符号进行处理。这里，对Ns个输出的经预编码的数据符号(认为是相邻DFT输出值)进行组合，总共得到Ng个数据符号组。这里，相邻DFT输出值表示彼此靠近的值。之后，将数据符号组分配给子载波组。每个子载波组都是通过Nc个子载波中的特定数量的子载波进行组合而形成的。
例如，如果Nu＝12、Nc＝24且3点DFT输出值依次为{1，2，3，}、{4，5，6}、{7，8，9}、{10，11，12}，则输出值被分组为其中Ng＝4且Ns＝3的数据符号组。一旦完成了数据符号组的形成，就将每个数据符号组分配给通过对Nc个子载波进行组合而形成的子载波组(例如，{1，2，3}、{7，8，9}、{13，14，15}、{19，20，21}或者{4，5，6}、{10，11，12}、{16，17，18}、{22，23，24})。
在本发明的另一个实施方式中，可以得到用于分配数据符号的装置。该装置包括子载波到符号映射模块，通过该模块，数据符号被分组并映射到至少一个子载波组。该装置还包括发射模块，该发射模块用于将所述至少一个子载波组中的子载波上的数据符号发射到接收端。因为操作与上面关于图5a～5d的描述相同，所以将省略对这些操作的进一步讨论。若希望了解细节，请参照图5a～5d的描述。
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 (11)

1.一种使用正交频分多址(OFDMA)对来自发射端的多个数据符号进行分配的方法，该方法包括以下步骤：
从串并转换器接收所述多个数据符号；
通过至少一个预编码模块的预编码矩阵对所述多个数据符号进行预编码，其中所述预编码矩阵为离散傅里叶变换(DFT)矩阵；
将经预编码的所述多个数据符号分组为至少一个数据符号组，其中所述至少一个数据符号组是通过对以指定间隔分隔开的经预编码的数据符号进行组合而形成的；以及
将所述至少一个数据符号组中的每个数据符号组分配给至少一个子载波组中的每个子载波组，其中所述每个子载波组均包括多个子载波，其中每个子载波组的大小都对应于每个数据符号组的大小，并且子载波组的数量大于等于数据符号组的数量，且每个子载波组都包括集中子载波，所述集中子载波是相邻子载波。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据符号与至少一个移动台(MS)相关联。
3.根据权利要求1所述的方法，其中每个数据符号组的大小都是变化的。
4.根据权利要求3所述的方法，其中每个数据符号组的大小都相同。
5.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。
6.一种使用正交频分多址(OFDMA)对来自发射端的多个数据符号进行分配的方法，该方法包括以下步骤：
从串并转换器接收所述多个数据符号；
通过至少一个预编码模块的预编码矩阵对所述多个数据符号进行预编码，其中所述预编码矩阵为离散傅里叶变换(DFT)矩阵；
将经预编码的所述多个数据符号分组为至少一个数据符号组，其中所述至少一个数据符号组是通过对指定数量的相邻的经预编码的数据符号进行组合而形成的；以及
将所述至少一个数据符号组中的每个数据符号组分配给至少一个子载波组中的每个子载波组，其中所述每个子载波组均包括多个子载波，其中每个子载波组的大小都对应于每个数据符号组的大小，并且子载波组的数量大于等于数据符号组的数量，且每个子载波组都包括集中子载波，所述集中子载波是相邻子载波。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述相邻的经预编码的数据符号是彼此靠近的数据符号。
8.根据权利要求6所述的方法，其中每个数据符号组的大小都是变化的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中每个数据符号组的大小都相同。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述多个子载波彼此正交。
11.一种使用正交频分多址(OFDMA)来分配多个数据符号的装置，该装置包括：
至少一个预编码模块，用于：
从串并转换器接收所述多个数据符号，
通过至少一个预编码模块的预编码矩阵对所述多个数据符号
进行预编码，其中所述预编码矩阵为离散傅里叶变换(DFT)矩阵；
子载波到符号映射模块，用于：
将经预编码的所述多个数据符号分组为至少一个数据符号组，其中所述至少一个数据符号组是通过对指定数量的相邻的经预编码的数据符号进行组合而形成的，并且
将所述至少一个数据符号组中的每个数据符号组分配给至少一个子载波组中的每个子载波组，其中所述每个子载波组均包括多个子载波，其中每个子载波组的大小都对应于每个数据符号组的大小，并且子载波组的数量大于等于数据符号组的数量，且每个子载波组都包括集中子载波，所述集中子载波是相邻子载波；以及
发射模块，用于将所述至少一个子载波组中的子载波上的数据符号发射到接收端。
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