CN101272371A - 一种基于dft扩频广义多载波传输系统的跳频传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DFT扩频广义多载波传输系统的跳频传输方法，包括：在频域和时域分别将频带分为N_c个物理有效子载波和若干等间隔时隙；将N_c个物理有效子载波平均分成N_f个子载波组，每个子载波组中相邻子载波间的频率间隔为N_f，N_f的取值能够被N_c整除；按用户传输速率的需求在一个子载波组中为该用户分配相应的子载波数目；以及将所述各用户的待传输数据按不同的时隙和已分配的子载波数目，在同一子载波组内的各子载波间进行跳频传输。通过上述技术方案，本发明可在保持基于DFT扩频的广义多载波系统原有传输信号峰均比性能的条件下，有效提高系统在占用子带数目较少情况下的频率分集性能，从而提高链路可靠性。

Description

一种基于DFT扩频广义多载波传输系统的跳频传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术中的传输方法，具体而言，涉及一种基于DFT扩频广义多载波传输系统的跳频传输方法。

背景技术

单载波频分多址(SC-FDMA)通信系统是近年来国际上提出的一种既具备单载波通信峰均比特性，又具备多载波通信实现简单和资源调度灵活特性的新型频分多址通信系统，其主要应用于宽带移动通信的上行链路解决方案。目前，SC-FDMA有两种实现方式，一种是基于正交频分多址接入(OFDMA)技术的SC-FDMA，一种是基于滤波器组变换的SC-FDMA。

对于基于OFDMA技术的SC-FDMA又有两种实现形式，一种是，通过频域处理的SC-FDMA，也就是基于离散傅立叶变换扩频的正交频分复用多址(DFT-S-OFDMA)，另一种是通过时域处理的SC-FDMA。

对于DFT-S-OFDMA系统，各个用户编码调制后的数据符号先经过一个较小点数(与分配的子载波数目相同)的DFT变换，然后将变换后的数据映射到分配的子载波上传输。由于DFT-S-OFDMA将每个数据符号扩频到所有分配的子载波上传输，使得其传输信号具有单载波信号的特性。因此，与OFDMA系统相比，该系统可明显降低传输信号的峰均比。然而，由于DFT-S-OFDM也是基于OFDM传输的，因此也具有对同步误差导致的多址干扰敏感的缺陷。通过时域处理的SC-FDMA有两种实现方法。一种是将已调制符号数据块直接添加循环前缀，经过成形滤波后，再通过用户特定的频谱搬移，实现频分多址，其传输信号具有连续频谱；另一种是将已调制符号数据块先重复级联，然后添加循环前缀。接着经过成形滤波后，再通过用户特定的频谱搬移，实现频分多址，其传输信号具有离散频谱。事实上，采用该实现方法的系统也称为交织频分复用多址(IFDMA)系统。

时域处理的SC-FDMA比DFT-S-OFDMA具有更低的峰均比，但是相对于基于OFDM技术的DFT-S-OFDMA，其频谱利用率明显降低。此外，IFDMA对于由同步误差导致的多址干扰同样非常敏感。基于滤波器组变换的SC-FDMA，即基于离散傅立叶变换(DFT)的广义多载波(GMC)频分多址方案，与DFT-S-OFDM类似，采用DFT进行频域扩频，以降低传输信号峰均比。但是与DFT-S-OFDM不同的是，DFT-S-GMC采用逆滤波器组变换(IFBT)实现频分复用和频分多址。由于DFT-S-GMC每个子带的带宽相对于载波频偏和多普勒频移较大，同时每个子带之间具有一定的频域保护间隔，此外每个子带的频谱具有陡峭的带外衰减，这些特征使得该方案对载波频偏和定时误差引起的多用户间干扰具有较强的鲁棒性。

采用跳频技术是多载波传输系统中常用的提高系统频率分集增益的有效手段之一。一般跳频采用时频两维跳频，即某用户在当前时刻占用某些子载波，在下一时刻则占用另外一些子载波。这样，避免了长期处于某些深衰落子信道(子载波)，从而获得频率分集增益。

DFT-S-GMC是一种基于滤波器组多载波(子带)传输方案。该方案的显著特点之一是采用基于DFT的扩频技术对多载波信号进行频域扩批，以降低传输信号峰均比。然而，该扩频技术只有当多个子载波(大于2个子载波)之间为等频率间隔时才能达到较好的降低峰均比的效果。因此，当用户占用多个子载波进行跳频传输时，每一个时刻都必须保持子载波之间的等频率间隔特性。

现有的系统中，跳频图样或者为无规则的随机图样，如Flash-OFDM系统中采用伪随机码(PN)规律变化的跳频图案；或者对用户占用资源有特定的限制，如3GPP长期演化系统(3GPP-LTE)上行传输方案SC-FDMA中，只支持用户占用的子载波采用集中式的分布方式。

显然，若采用Flash-OFDM跳频方案，则难以满足DFT-S-GMC系统的子载波等间隔的要求；而3GPP-LTE调频方案则不能支持DFT-S-GMC系统基于分布式子载波传输的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于DFT扩频广义多载波传输系统的跳频传输方法，既可以满足子载波等间隔的要求，又可同时满足基于分布式子载波传输的要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于DFT扩频广义多载波传输系统的跳频传输方法，包括以下步骤：

在频域和时域分别将频带分为N_c个物理有效子载波和若干等间隔时隙；

将N_c个物理有效子载波平均分成N_f个子载波组，每个子载波组中相邻子载波间的频率间隔为N_f，N_f的取值能够被N_c整除；

所述系统按用户传输速率的需求在一个子载波组中为该用户分配相应的子载波数目；以及

将所述各用户的待传输数据按不同的时隙和已分配的子载波数目，在同一子载波组内的各子载波间进行跳频传输。

在上述方法中，为每一用户分配的子载波数目小于或等于每组子载波内包含的子载波数。

在上述方法中，设定所述N_c个物理有效子载波的物理序号为{0，1，...，N_c-1}，第g组物理子载波的序号为{g+N_f×k，g＝0，1，...，N_f-1；k＝0，1，...，N_c/N_f-1}。

调频传输时需为所述N_c个物理有效子载波进行逻辑排序，在偶数时隙内，所述子载波的逻辑序号按升序排列，在奇数时隙时间内，所述子载波的逻辑序号按降序排列。或者反之，在偶数时隙内，所述子载波的逻辑序号按降序排列，在奇数时隙时间内，所述子载波的逻辑序号按升序排列。然后按照下述跳频传输规则进行调频传输：

对于所述第g组物理子载波，在偶数时隙时间内，将用户占用的第k个{k＝0，1，...，N_c/N_f-1}逻辑子载波上的数据映射到第{g+N_f×k}个物理子载波上传输；在奇数时隙时间内，将用户占用的第k个{k＝0，1，...，N_c/N_f-1}逻辑子载波上的数据映射到第{g+N_f×(N_c/N_f-1-k)}个物理子载波上传输。

通过上述技术方案，本发明可在保持基于DFT扩频的广义多载波系统原有传输信号峰均比性能的条件下，有效提高系统在占用子带数目较少情况下的频率分集性能，从而提高链路可靠性。

附图说明

图1为现有的DFT-S-GMC系统数据传输时频复用结构。

图2示例了根据本发明DFT-S-GMC系统一个实施例的子载波分组方案。

图3示例了本发明DFT-S-GMC系统中数据跳频传输方法中，逻辑子载波与物理子载波的对应关系。

图4A至4C分别示意了根据本发明的方法，第0组子载波、第1组子载波和第2组子载波对应的逻辑子载波与物理子载波的对应关系。

图5A为采用QPSK调制，TU信道下，对本发明DFT-S-GMC系统的跳频传输方法的性能仿真图。

图5B为采用16QAM调制，TU信道下，对本发明DFT-S-GMC系统的跳频传输方法的性能仿真图。

具体实施方式

图1为DFT-S-GMC系统数据传输时频复用结构。在频域维，系统将整个频带分为若干个子载波(亦即滤波器组的子带)，在时间维，系统将传输时间分割为若干个时隙。子载波和时隙分别为系统频率和时间维的最小资源调度单元。DFT-S-GMC系统在数据复用时，对于单个用户，每次只分配由若干子载波和若干时隙构成的时频资源块。

在DFT-S-GMC系统中，当用户占用多个子载波(大于2个子载波)传输时，为保证系统传输信号有较低的峰均比，每一子载波组中，多个子载波之间必须保持相同的频率间隔N_f。该频率间隔可以以子载波数为单位，并且可以根据系统需要灵活改变取值。为简化无线资源调度和数据复用的复杂度，所有用户的子载波间频率间隔设为相同。

当采用跳频传输时，用户在不同的时隙需要占用不同的子载波。同时，在不同时隙占用的多个子载波都必须保持等间隔的特性。

本发明DFT-S-GMC系统的跳频传输方法，包括以下步骤：

首先，将所有物理有效子载波(总数为N_c)分成N_f组，每个子载波组中子载波数相同，均为N_c/N_f个子载波。每一子载波组中，相邻子载波间的频率间隔相同，且为N_f。由于N_c/N_f必须为整数，所以相邻子载波间频率间隔N_f的取值必须保证能被物理有效子载波总数N_c整除。假设所有物理有效子载波序号为{0，1，...，N_c-1}，则第g组物理子载波的序号可表示为{g+N_f×k，g＝0，1，...，N_f-1；k＝0，1，..，N_c/N_f-1}。

图2示例了DFT-S-GMC系统物理有效子载波总数为N_c，相邻子载波频率间隔N_f等于3时子载波分组的方法。如图2所示，每个子载波组有N_c/3个子载波，并且每个子载波组中的相邻子载波间隔为3。

然后，在每个子载波组中，系统按各用户传输速率的需求分配相应的子载波数目。由于每个用户占用的多个子载波必须保持等间隔，所以每个用户占用的子载波必须为同一个子载波组内的子载波，即系统不能跨越子载波组对同一用户分配子载波。这样，各用户分配的子载波数目将小于或等于每组子载波内包含的子载波数。

最后，将数据按不同的时隙，在各组子载波内进行跳频传输。具体地，对于第g组{g＝0，1，...，N_f-1}物理子载波，在偶数时隙时间内，用户占用的第k个{k＝0，1，...，N_c/N_f-1}逻辑子载波上的数据映射到第{g+N_f×k}个物理子载波上传输；在奇数时隙时间内，用户占用的第k个{k＝0，1，...，N_c/N_f-1}逻辑子载波上的数据映射到第{g+N_f×(N_c/N_f-1-k)}个物理子载波上传输。由于跳频传输是在子载波组内完成的，这样，当系统采用基于部分频率复用的小区间频率规划时，各小区占用的总子载波可以保持不变。从而，降低小区间频率规划的复杂度。

图3为本发明的一个具体实施例，其示例了DFT-S-GMC系统有效子载波总数为N_c、子载波频率间隔N_f等于3、第1组物理子载波内数据跳频传输时，逻辑子载波与物理子载波的对应关系。其中，对应相同的物理子载波，在偶数时隙时间内，逻辑子载波序号按升序排列；在奇数时隙时间内，逻辑子载波序号按降序排列，当然也可以反之，偶数时隙降序排列，奇数时隙升序排列。

图4A至4C示例了系统总共48个物理子载波，分成3个子载波组(每组16个子载波)，采用跳频传输时，每个子载波组内各子载波的逻辑子载波序号与物理子载波序号的对应关系。参见图4A至4C，图4A显示了第0组子载波对应的逻辑子载波与物理子载波的对应关系，图4B显示了第1组子载波对应的逻辑子载波与物理子载波的对应关系，图4C显示了第2组子载波对应的逻辑子载波与物理子载波的对应关系。跳频传输时，偶数时隙与奇数时隙的子载波采用图4A至4C的跳频图案；未跳频传输时，偶数时隙与奇数时隙的子载波采用相同的逻辑子载波与物理子载波映射方式。

参见图5A和5B，图5A为采用QPSK调制，TU信道下DFT-S-GMC系统跳频传输性能，图5B为采用16QAM调制，TU信道下DFT-S-GMC系统跳频传输性能。由图5可见，DFT-S-GMC系统采用跳频传输(“w./FH”)时的比特误码率(BER)和误块率(BLER)性能比未采用跳频传输(“w.o/FH”)时的性能有明显改善，即在相同的平均接收信噪比(此处定义为比特信噪比Eb/No)下，采用跳频传输可比未采用跳频传输时达到更低得比特误码率(BER)和误(编码)块率(BLER)。因此可见，跳频传输可显著增加系统的频率分集增益。

以上仅为本发明的两个优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于DFT扩频广义多载波传输系统的跳频传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

在频域和时域分别将频带分为N_c个物理有效子载波和若干等间隔时隙；

将N_c个物理有效子载波平均分成N_f个子载波组，每个子载波组中相邻子载波间的频率间隔为N_f，N_f的取值能够被N_c整除；

所述系统按用户传输速率的需求在一个子载波组中为该用户分配相应的子载波数目；以及

将所述各用户的待传输数据按不同的时隙和已分配的子载波数目，在同一子载波组内的各子载波间进行跳频传输。

2.如权利要求1所述的跳频传输方法，其特征在于，为每一用户分配的子载波数目小于或等于每组子载波内包含的子载波数。

3.如权利要求1所述的跳频传输方法，其特征在于，设定所述N_c个物理有效子载波的物理序号为{0，1，...，N_c-1}，第g组物理子载波的序号为{g+N_f×k，g＝0，1，...，N_f-1；k＝0，1，...，N_c/N_f-1}。

4.如权利要求3所述的跳频传输方法，其特征在于，为所述N_c个物理有效子载波进行逻辑排序，在偶数时隙内，所述子载波的逻辑序号按升序排列，在奇数时隙时间内，所述子载波的逻辑序号按降序排列。

5.如权利要求4所述的跳频传输方法，其特征在于，所述跳频传输遵循以下规则：

对于所述第g组物理子载波，在偶数时隙时间内，将用户占用的第k个{k＝0，1，...，N_c/N_f-1}逻辑子载波上的数据映射到第{g+N_f×k}个物理子载波上传输；在奇数时隙时间内，将用户占用的第k个{k＝0，1，..，N_c/N_f-1}逻辑子载波上的数据映射到第{g+N_f×(N_c/N_f-1-k)}个物理子载波上传输。

6.如权利要求3所述的跳频传输方法，其特征在于，为所述N_c个物理有效子载波进行逻辑排序，在偶数时隙内，所述子载波的逻辑序号按降序排列，在奇数时隙时间内，所述子载波的逻辑序号按升序排列。

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