CN101411154A - Ofdma音调干扰抵消的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种改进方法用于减少混合OFDMA－CDMA系统的CDMA子信道中的载波间干扰。译码OFDMA音调的结果用于至少部分地抵消来自CDMA音调的干扰。然后，译码CDMA音调。在特定实施例中，控制信息通过译码CDMA音调的初始步骤来获得。控制信息用于译码OFDMA音调。然后，OFDMA音调的译码和CDMA音调的译码迭代地执行，这样使得OFDMA译码的至少一个情况可用于抵消来自CDMA音调的干扰，并且CDMA译码的至少一个情况用于获得改进的控制信息以用于译码OFDMA音调。

Description

OFDMA音调干扰抵消的方法

技术领域

本发明涉及无线传输和接收，更具体地涉及使用OFDMA技术的无线网络中的传输和接收。

背景技术

多种传输技术可用于无线数字通信。正交频分多址(OFDMA)是可用技术中的一种技术。在典型的OFDMA发射机中，代表话音或者其他有效负荷信息的数据比特流，被拆分成多个并行数据流。每个并行数据流被调节然后被调制在选自一组相互正交的射频(rf)子载波的一个射频子载波上。已调制的子载波为传输被调节、被相加、并且被发射。

子载波有时称作“音调(tone)”。因此，我们这里称准备被调制在子载波上的已调节信号为“音调输入信号”。同样，我们将称在接收机中通过单个子载波的正交解调恢复的信号为“音调输出信号”。

如上所述，每个并行的数据比特流通常在它被调制在子载波上之前被调节。该调节通常包括根据调制方案比如BPSK、QPSK、8PSK、32QAM等等映射数据比特到符号。输入信号的调节还可以包括例如被设计来为了纠错的目的而引入冗余的编码，以及被设计来降低OFDMA系统上的峰均功率比(PAPR)的编码。数据编码和数据映射到符号的细节统称为“调制编码方案(MCS)”。

典型的OFDMA发射机将使用多个子载波并行传送多个符号。这样的传输将占用我们这里称作“符号间隔”的时间间隔，并且将具有我们这里称作(非限制性地)“分组持续时间”的持续时间。在一个符号间隔期间并行传送的一组符号这里称作“OFDMA符号”。另外，OFDMA符号将在随后的符号间隔中传送。

为了从OFDMA传输中正确地恢复有效负荷数据，接收机必须知道MCS、分组持续时间、子载波到音调输入信号的分配、以及可能地其他这样的信息。这样的信息可以预先提供，或者它可以通过例如在为控制信息指定的专用信道上的信令来提供。

无线数字通信中有用的另一种已知技术是码分多址(CDMA)技术。在CDMA传输中，如在OFDMA传输中，正交性特性使得多个输入数据流的并行传输成为可能。在CDMA中，正交性通过“扩频”输入数据来提供，即通过将多个流的每一个中的输入数据乘以各自的扩频码。与每个流相关联的扩频码正交于与所有其他流相关联的扩频码。来自多个输入流的已调节的扩频数据可以作为复合信号在单个频带上并行传送。在接收机上，在rf解调复合信号之后，扩频码的正交性用于解复用复合信号。

已经提出了许多建议用于在无线系统中结合OFDMA技术和CDMA技术。例如，在由P.Monogioudis等人在2006年1月13日提交的共同转让的美国专利申请序列号11/332,643，题目为“WirelessCommunications System Employing OFDMA and CDMA Techniques”(“采用OFDMA和CDMA技术的无线通信系统”)中描述了一种这样的设备。

这样的混合设备可以提供一定的好处。例如，在动态分配正交子载波的OFDMA系统中，通过预分配用于承载CDMA传输的那些子载波中的一定的子载波，可以减少这样的动态分配的数量。

因此，混合OFDMA-CDMA系统将具有至少一个频率子信道，其被指定用于承载CDMA传输。这样的子信道可以包括仅一个子载波。然而，常常CDMA子信道将包括多个子载波。这些子载波可以是独立的和离散的，或者它们可以是邻近的。如果它们是邻近的，那么它们可以跨度我们称作“CDMA区段”的连续频带。

CDMA子载波可以用于例如传输控制信息、或者低速率用户数据、或者传输这两者、以及其他类型的信息。

已知OFDMA系统对载波间干扰很敏感。例如，子载波之间的不完全正交性可以引起在OFDMA系统的反向链路或者上行链路上的不同用户传送的信号在基站接收机上干扰。当接收到具有相似功率电平的多种子载波时，载波间干扰通常与接收机中的热噪声匹敌或者甚至小于接收机中的热噪声。在这种环境下，载波间干扰通常可以忽略不计。

然而，当在混合系统的CDMA子信道上的用户数量比较少时，在CDMA子载波上的接收功率可能比在邻近OFDMA子载波上的接收功率弱得多。在这种情况下，载波间干扰可能不再可以忽略不计。例如，一些研究已经预测了载波间干扰电平高达-5dB，这大大高于典型的热噪声电平。(应当注意，其他因素比如频率偏移的不完全估计可能加重载波间干扰。)

当载波间干扰达到相当大的电平时，一种不希望看到的结果是功率控制回路可能受到影响。这就是说，功率控制回路可以通过增强用户的发射功率来试图改善在基站上的接收。然而，随着反向链路CDMA子信道上的功率的增加，在这些信道上的小区间干扰也可能增加。总的结果可能是无线网络中的系统容量降低。

因此，需要减少混合OFDMA-CDMA系统的CDMA子信道中的载波间干扰的改进方法。

发明内容

我们已经找到了一种用于减少混合OFDMA-CDMA系统的CDMA子信道中的载波间干扰的改进方法。根据我们的方法，译码OFDMA音调。然后，译码OFDMA音调的结果被用于至少部分地抵消来自CDMA音调的干扰。然后，CDMA音调被译码。

在本方法的特定实施例中，控制信息通过译码CDMA音调的初始步骤来获得。控制信息用于译码OFDMA音调。然后，译码OFDMA音调和译码CDMA音调被迭代地执行，这样使得OFDMA译码的至少一个情况用于抵消来自CDMA音调的干扰，并且CDMA译码的至少一个情况用于获得改善的控制信息以用于译码OFDMA音调。

附图说明

图1是适合于传送多个CDMA信号的OFDMA发射机的信号处理部分的简化功能框图。

图2是在一个实施例中根据本发明的混合OFDMA-CDMA系统中的接收机的信号处理部分的简化功能框图。

图3是在另一个实施例中根据本发明的混合OFDMA-CDMA系统中的接收机的信号处理部分的简化功能框图。

具体实施方式

为了解释说明的目的，在此本发明将在从用户到基站的反向链路(也称作“上行链路”)通信的环境下进行描述。然而，这里将要描述的原理在应用中是更加通用的，并且也可能在例如前向链路通信的环境下和甚至在对等通信的环境下都是有用的。

图1中示出了混合发射机的一个例子。由该附图的块10代表的原始数据流预定在CDMA子信道上发送。导频符号12也可以在CDMA子信道上传送。为了调节数据用于传输，每个输入数据流或者导频符号乘以它自己的扩频码，如在块20上所示的。在CDMA技术中，众所周知的是将输入信号乘上扰码，如块30所示。扰码可用于安全性目的，也可以用于识别不同小区中的用户的服务扇区。

在块40中多种输入流被加在一起以形成复合输入流。在串并转换器50中，根据众所周知的方法，复合输入流被解复用成为将被并行处理的子流。在预编码器块60中，代表时域信号的并行输入子流受到例如离散傅立叶变换(DFT)算法的处理，该算法将它们转换成为频域输出信号。因此，块60的每个输出端口将对应离散频率。该频率对应性将通过下面将描述的块65上的映射来确定。

本领域的技术人员将意识到在预编码器块60中，DFT矩阵或者单位矩阵将以这样一种方式被应用到输入子流，以降低所传送的信号的峰均功率比(PAPR)。

在一个符号间隔的持续时间上，在这些输出端口的每一个上将出现各自的复标量值。来自预编码器60的输出值作为输入被馈送到块65，其中如上所提到的，它们被映射到各自的OFDMA子载波。块65的输出构成OFDMA符号。

每个所得到的OFDM符号被应用到IFFT(逆快速傅立叶变换)块70的输入端口，其中它被放置在根据众所周知的OFDMA技术组成CDMA子信道的子载波上。在块80中，循环前缀按照众所周知的OFDMA技术被加到所得到的信号上。在传输之前，信号可由信号处理块90进行处理，其中例如脉冲成形滤波器或者成窗函数被应用来将信号中的不想要的高频分量去掉。

用块比如块14表示的原始数据流预定在为例如常规的OFDMA传输指定的子载波上进行传送。根据众所周知的OFDMA方法，源自块14的数据在块52上使用适当的调制方案被映射到符号，在串并转换器54中从串行数据流转换成为多个并行数据流，然后作为输入馈送到IFFT块70。随后的处理如上所描述的。

现在参照图2，该图示出了可以例如用于混合OFDMA-CDMA系统的基站中的接收机。图2的接收机特别地用于这样的系统中，该系统使用预分配的CDMA子信道用于传送从OFDMA传输中成功恢复有效负荷数据所需的控制信息。如上所述，这样的控制信息可以其中包括MCS、分组持续时间、以及子载波到音调输入信号的分配。

在块100中，通过空中接口接收的信号通过FFT(快速傅立叶变换)算法处理来恢复各个音调输出信号。在块110中，落入CDMA子信道内的音调输出信号使用CDMA接收的众所周知技术来译码。块110代表的处理将包括例如由图1的块60所表示的预编码处理的逆过程。这样的处理将通常包括逆DFT来将频域信号转换成为时域信号。

其中，块110中的译码提供用于译码OFDMA音调输出信号所需的控制信息。然而，最初从块110中获得的控制信息可以受到载波间干扰的破坏，如上所解释的。因此，如下面将看到的，控制信息将最初仅用于提供对译码的OFDMA音调输出信号的近似，用于抵消来自CDMA音调输出信号的干扰。

因此，延迟电路120确保在试图译码OFDMA音调输出信号之前控制信息的初始近似可以从块110处得到。在块130中，OFDMA音调输出信号使用当前版本的控制信息和使用在块125中计算的信道系数的估计来译码。各种信道估计方法是众所周知的，包括例如基于度量导频信号的方法。

随着迭代次数的增加，控制信息将通常准确性增加。还应当指出，控制信息可以在CDMA子信道上相比例如也在CDMA子信道上发送的低速率数据以相对高的功率进行传送。增强控制信息的发射功率趋向于降低所接收的控制信息的错误率，并且因此降低在块130处的译码失败的可能性。

块140和150代表用于抵消来自CDMA信号的载波间干扰(ICI)的处理。用于执行这样的处理的算法是众所周知的，并且这里不必详细描述。通常，将使用并行的ICI抵消算法。

非常简单地，干扰抵消处理试图首先重新产生OFDMA音调输出信号，如果没有来自CDMA音调输出信号的串话，则其理当如此。排除这样的串话是重要的，目的是使得抵消过程稳定。所估计的ICI信号从重新产生的OFDMA音调输出信号中计算，并且然后它们从CDMA音调输出信号中减去。

因此，在块140中，重新产生的OFDMA音调输出信号使用在块130中通过译码OFDMA音调输出信号恢复的数据和使用从块110获得的控制数据来计算。

在块150中，所估计的ICI信号使用从块140中重新产生的信号和在块125中获得的信道估计来计算，包括用于CDMA子载波的信道估计。另外在块150中，所估计的ICI从CDMA音调输出信号中抵消。应当指出，在这一点上ICI从如直接从FFT块100的输出中获得的CDMA信号中抵消；也就是说，在用块110表示的处理之前。

在块110中，干扰抵消的CDMA信号被译码，如上所述，来恢复在CDMA音调上传送的有效负荷比特。从CDMA信号获得的控制信息被发送到OFDMA译码器块130，控制可以返回到块130，并且可以执行上述步骤的又一次迭代。

在操作中，所恢复的控制信息的质量和所译码的OFDMA音调输出信号的质量将随着随后的迭代而提高。结果，所计算的干扰将向着实际的干扰收敛，并且所得到的干扰抵消将变得越来越有效，至少直到达到一定限度。

当满足适当标准时停止迭代。适当标准的一个例子将是在固定数量的迭代之后停止。我们相信在典型网络中，仅三或四次迭代将常常就足够了。适当标准的另一例子将是在固定数量的迭代之后结束，或者甚至更快地结束，如果在输出信号上相比以前迭代的结果的增加改善量小于特定量的话。

当迭代停止时，所译码的CDMA信号的最终版本在块110中提供，并且所译码的OFDMA信号的最终版本在块130中提供。也可以提供最终版本的干扰抵消CDMA信号，如在IFFT模块的输入上所呈现的。

在一些混合OFDMA-CDMA系统中，基站接收机将预先知道信号恢复所需的控制信息。如所提到的，这个信息可以包括MCS、分组持续时间、以及音调分配。如果例如将发送到基站的用户正工作在所谓的“调度模式”下，这个信息可以预先提供。

在这些环境下，基站接收机可以根据如图3中所示的更简单的处理而不是图2的迭代处理来工作。图2中所示的处理元件中的一些元件将在图3中重复，并且在两个图中都被指定相同的附图标记。

现在转向图3，如前面的图中可以看到的，从空中接口接收的信号受到FFT处理100。从FFT块100获得的OFDMA音调输出信号在块130中被译码。译码器130使用在块160中提供的OFDMA音调的信道系数的估计。在块140中，OFDMA音调输出信号如上参考图2的接收机所述的被重新产生。

转向图3的上半部，可以看到CDMA音调输出信号在块170所表示的延迟之后被处理，该延迟允许用于如上所述的将被重新产生的干扰OFDMA信号的时间。在块150中，干扰从重新产生的信号中计算，并且从CDMA音调输出信号中减去以产生干扰抵消信号。如上参照图2的接收机所述的，在干扰受到CDMA译码之前，干扰从CDMA信号中减去。CDMA译码器块180对应图2的块110。

我们现在简短描述一种用于抵消来自将被检测的符号的ICI的众所周知方法。描述该方法是用于解释说明的目的，并不意味着限制。根据这样的方法，可能建模ICI为加性干扰。

通过进一步的解释说明，模型OFDMA系统使用N点IFFT算法来将符号放在子载波上并且以符号间隔T在具有M个分散路径的瑞利衰落信道上传送符号。该信道具有衰落系数H_m(n-1)，其中m表示分散路径，n是干扰子载波的下标，1是在其上接收符号的子载波的下标。由于子载波n上的符号a_n的ICI分量(contribution)被计算为：

$\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{H}_m(n-l)\exp (-j\frac{2\mathrm{\πnm}}{N}),$

在分散路径上进行求和。来自所有OFDMA音调对一个特定CDMA音调1的总的ICI分量是：

其中，

$H_m(n-l)=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_m\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}(n-l)}{N}\right),$

h_m是块125中的信道估计结果，并且a_n是块130的OFDMA音调译码结果。基于这些值，我们可以计算在每个CDMA音调上的ICI分量，并且然后从块100到块110的原始输出中减去这些分量由此执行典型的干扰抵消处理。

例如，在E.Leung等人在IEEE(1998)，375-379，IEEE国际通信会议上发表的“A Successive Interference Cancellation Scheme foran OFDM system(用于OFDM系统的连续干扰抵消方案)”中描述了这种上面所讨论的ICI抵消。

Claims (5)

1.一种方法，包括：

从一组两个或多个OFDMA子载波中射频解调无线传输，由此获得由无线网络中的实体发送的至少两个同时发生的信号，所述信号被命名为音调输出信号；

OFDMA译码所述音调输出信号中的至少一个；

使用所述OFDMA译码的结果来产生至少一个干扰信号；

抵消来自至少一个另外的音调输出信号的所述干扰信号，由此产生一个或多个干扰抵消信号；以及

CDMA译码至少一个所述干扰抵消信号。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在先于OFDMA译码的初始CDMA译码步骤中，CDMA译码至少一个音调输出信号，由此获得控制信息；以及

在OFDM译码中使用所述控制信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

干扰抵消信号的所述OFDMA译码、所述干扰信号产生、所述干扰抵消、以及所述CDMA译码发生在至少重复一次的循环中；以及

在每个重复的循环中，所述OFDMA译码使用在前面的循环中从至少一个干扰抵消信号的CDMA译码中获得的控制信息。

4.根据权利要求2所述的方法，其中控制信息包括至少下列之一：调制编码方案、分组持续时间、以及子载波到由所述实体传送的信号的分配。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述CDMA译码如此执行使得恢复包括控制信息和低速率用户数据的信息。

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