CN101515826A - 生成无数据符号循环前缀的自适应时隙的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无数据符号循环前缀的自适应时隙结构及其实现装置，其特征是：时隙结构由参考信号的循环前缀、参考信号以及数据信息三部分构成；根据测量出的不同的移动速度，自适应地选择不同的时隙结构；每个时隙的长度是固定的，而不同时隙中的参考信号的个数依据移动速度自适应地调整；选择不同时隙的依据是根据不同时隙的参考信号测量出的速度值；数据部分无循环前缀，需在接收解调前去掉参考信号经信道拖尾过来的干扰。

Description

生成无数据符号循环前缀的自适应时隙的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种在移动通信系统中使用的时隙结构，特别是指一种数据部分不需要循环前缀的自适应的时隙结构及其实现方法。

背景技术

随着无线移动通信技术的不断发展和产品的不断丰富，人们对无线移动通信提供的服务的要求越来越高。人们不仅希望在办公区，慢速和步行条件下能够获得足够的通信速率，而且也要求在高速，如高速铁路，高速行驶的汽车中同样获得不间断地通信服务。对接收信号进行有效解调的条件是对接收到的数据的信道进行精度足够的估计，而信道估计的性能对移动速度的响应能力在根本上取决于用于做信道估计的参考信号(RS)在时间上分配的间隔，在时间上相隔越密，则能支持的移动速度越高，反之则越低。在下一代的宽带移动通信系统中，通常按固定间隔的方式分配RS，但是如果按可能支持的最高车速的方式来分配RS的时间间隔，那么必然会导致大量在非高速条件下的频谱资源浪费；如果按最低速或一般车速来设计RS的时间间隔，则会出现无法支持高速条件下的服务，或者虽然能够支持，也需要利用高复杂度的接收机处理算法。因此，如何有效、高效率地同时支持各种不同车速条件下的服务对移动通信系统的设计，尤其是时隙结构的设计提出了挑战。

另一方面，信道响应的循环卷积可以用离散傅立叶变换(DFT)变换成频域信号后进行频域的均衡处理。而通常的系统，为了将信道响应的线性卷积变成循环卷积，则通常会在数据符号前面增加循环前缀(CP)。CP虽然可以简单地将信道的线性卷积变成循环卷积，但是却以牺牲系统的频谱效率为代价。如果能够去掉数据部分的CP，且又几乎不增加接收机的实现复杂度和不降低接收性能，那么相当于提高了系统的频谱效率。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种生成无数据符号循环前缀的自适应时隙的方法和装置，以解决系统的频谱效率和对不同车速环境支持的矛盾。

本发明的另一个目的在于提供一种从接收的无数据循环前缀的时隙结构中得到待解调数据的方法和装置，以便有效地提高频谱效率。

根据本发明第一方面，所提供一种生成无数据符号循环前缀的自适应时隙的方法，包括：

发射装置根据移动通信终端的移动速度选择用来发送数据信号的时隙结构，其中：

当移动通信终端为低速移动时，发射装置采用适于低速的时隙结构发送数据；当移动通信终端为中速移动时，发射装置采用适于中速的时隙结构发送数据；当移动通信终端为高速移动时，发射装置采用适于高速的时隙结构发送数据。

根据本发明第二方面，所提供的生成无数据符号循环前缀的自适应时隙的方法，包括以下步骤：

利用多普勒计算装置计算移动通信终端接收的参考信号的多普勒频率f_d；

移动速度计算装置利用所述多普勒频率f_d计算所述移动终端的移动速度v；

多时隙速度分析装置将所述移动速度v与相应门限值进行比较，以得到移动速度是否超过相应门限值的比较结果；

时隙结构选择装置根据比较结果选择分别支持低速及静止状态，中速，高速三种条件的时间长度相同的3种时隙结构之一，其中所述3种时隙结构都包括参考信号的循环前缀、参考信号和数据。

其中：

所述支持低速及静止状态的时隙结构为：数据部分、参考信号的循环前缀、参考信号和数据部分；

所述支持中速的时隙结构包括两个相同的小时隙，其每个小时隙结构为：参考信号的循环前缀、参考信号和数据部分；

所述支持高速的时隙结构包括四个相同的小时隙，其每个小时隙结构为：参考信号的循环前缀、参考信号和数据部分。

所述参考信号是具有低、零相关区的序列，以及参考信号的循环前缀是参考信号尾部数据的重复。

根据本发明第三方面，所提供的生成无数据符号循环前缀的自适应时隙的装置，包括：

多普勒计算装置，用于计算移动通信终端接收的参考信号的多普勒频率f_d；

移动速度计算装置，用来利用所述多普勒频率f_d计算所述移动终端的移动速度v；

多时隙速度分析装置，用来将所述移动速度v与相应门限值进行比较，以得到移动速度是否超过相应门限值的比较结果；

时隙结构选择装置，用来根据比较结果选择分别支持低速及静止状态，中速，高速三种条件的时间长度相同的3种时隙结构之一，其中每种时隙结构都包括参考信号的循环前缀、参考信号和数据。

其中：

所述支持低速及静止状态的时隙结构为：数据部分、参考信号的循环前缀、参考信号和数据部分；

所述支持中速的时隙结构包括两个相同的小时隙，其每个小时隙结构为：参考信号的循环前缀、参考信号和数据部分；

所述支持高速的时隙结构包括四个相同的小时隙，其每个小时隙结构为：参考信号的循环前缀、参考信号和数据部分。

根据本发明第四方面，所提供的从接收的无数据循环前缀的时隙结构中得到待解调数据的方法，包括以下步骤：

利用收到的无数据循环前缀的时隙结构中的参考信号的采样数据，估计信道冲击响应向量h(n)，其中n＝0，1，…，L_cp-1；

取出无数据循环前缀的时隙结构中的数据部分的待解调数据的采样点r(l)，l＝0，1，…，L_d-1；

然后利用所述冲击响应向量h(n)和取出的采样点r(l)消除前面符号拖尾数据；

对已经消除符号拖尾数据的待解调数据进行均衡处理，得到消除了所述冲击相应向量h(n)的将输入解调装置的待解调数据。

其中所述已经消除符号拖尾数据的待解调数据y(l)由下式表示：

y(l)＝r(l)-I(l)，l＝0，1，…，L_cp-1

$I\left(l\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{L_{\mathrm{cp}}-1}h\left(n\right)\·s(l-n)$

其中，这里s(n)，n＝0，1，…，L_cp-1为取出的用来解调制时的前面的L_cp个数据符号；h(n)为估计得到的信道冲击响应，I(l)为干扰信号，r(l)为接收到的数据符号或采样点。

根据本发明第五方面，所提供的从接收的无数据循环前缀的时隙结构中得到待解调数据的装置，包括：

信道估计装置，用来利用收到的无数据循环前缀的时隙结构中的参考信号的采样数据，估计信道冲击响应向量h(n)，其中n＝0，1，…，L_cp-1；

提取时隙结构中的待解调数据装置，用来取出无数据循环前缀的时隙结构中的数据部分的待解调数据的采样点r(l)，l＝0，1，…，L_d-1；

消除符号拖尾装置，用来利用所述冲击响应向量h(n)和取出的采样点r(l)消除前面符号拖尾数据；

均衡装置，用来对已经消除符号拖尾数据的待解调数据进行均衡处理，得到消除了所述冲击相应向量h(n)的将输入解调装置的待解调数据。

其中所述已经消除符号拖尾数据的待解调数据y(l)由下式表示：

y(l)＝r(l)-I(l)，l＝0，1，…，L_cp-1

$I\left(l\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{L_{\mathrm{cp}}-1}h\left(n\right)\·s(l-n)$

其中，这里s(n)，n＝0，1，…，L_cp-1为取出的用来解调制时的前面的L_cp个数据符号；h(n)为估计得到的信道冲击响应，I(l)为干扰信号，r(l)为接收到的数据符号或采样点。

下面结合附图对本发明的细节及原理进行详细说明。

附图说明

图1为基于不同的移动速度的时隙结构示意图，图1a为低速条件下的时隙结构，图1b为中速条件下的时隙结构，图1c为高速条件下的时隙结构；

图1a1为尾部包含GAP的低速条件下的时隙结构，图1b1为尾部包含GAP的中速条件下的时隙结构，图1c1为尾部包含GAP的高速条件下的时隙结构；

图2为自适应时隙结构的实现装置示意图；

图3为数据符号无循环前缀的数据解调实现装置示意图；

图4为取解调数据方式示意图，图(a)为整个DATA部分取一次的示意图，图(b)为整个DATA部分取两二次的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的自适应时隙结构包括分别支持低速和静止状态，中速，高速三种条件的三种时隙结构，这三种时隙结构的时间长度相同，每种时隙结构里的RS数量不同。低速的时隙结构由DATA，RS的CP，RS以及DATA组成，里面中仍一个RS。中速则由RS的CP，RS，以及DATA组成一个小的时隙，后面再有一个相同大小的时隙，前后两个小的时隙中的RS可以相同，也可以不同。同样的，高速条件下的时隙结构由4个长度相同的RS的CP，RS，以及DATA组成，每个小的时隙中的RS可以相同，也可以不同。

特别地，在这三种时隙结构中，DATA前都没有它的CP，RS前有一个CP，CP为RS尾部数据的重复，CP的长度大于所使用的无线通信环境中的最大时延扩展的长度。RS为具有低、零相关区的序列，如零相关区(ZCZ)序列，m序列等，也可以用完备序列来使用。不过，每个序列的低、零相关区的长度需不小于最大时延扩展的长度，即不小于CP的长度。如果只是单天线使用，则RS序列的长度大于CP就可以，如果是多天线使用，则RS的长度应该不小于天线数乘上RS的长度。

进一步的，时隙结构还包括上述所述的时隙结构后面加上一定长度的GAP的时隙结构，所不同的是这里在时隙结构后面加上了一个GAP域，GAP的大小取决于系统的符号周期和最大时延扩展长度，通常不大于RS部分的CP的长度。这种时隙结构即可以考虑在下行中使用，也可以考虑在上行中使用。

该发明提供的一种自适应时隙结构的实现装置是这样的：

对RS采样信号进行多普勒的计算，然后按计算出来的多普勒值来计算移动速度，移动速度的计算公式为 $\mathrm{\υ}=\frac{c\·f_d}{f_c},$ 然后对连续多个时隙计算得到的移动速度进行分析，如果车速连续M次都处于特定时隙对应的最佳工作区间，则在时隙结构选择装置中选择数据发送时的时隙结构。

该发明提供的一种无数据循环前缀的时隙结构的实现装置是这样的：

用RS采样数据进行信道估计，将DATA待解调的数据从DATA的对应部分取出。将估计出来的信道响击响应和DATA部分中取出的待解调数据，以及DATA前面的已知的RS数据或已经解调的DATA数据一起进行前面几个符号的拖尾的干扰消除。将进行干扰消除后的数据通过均衡装置进行均衡，将均衡后的软符号进行解符号星座调制，以得到软比特，然后将软比特信息传到译码装置进行译码。

所述的消除干扰的方式如下：

y(l)＝r(l)-I(l)，l＝0，1，…，L_cp-1

$I\left(l\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{L_{\mathrm{cp}}-1}h\left(n\right)\·s(l-n)$

这里s(n)，n＝0，1，…，L_cp-1为取出的用来解调制时的前面的L_cp个数据符号，h(n)为估计得到的信道冲击响应，I(l)为干扰信号，r(l)为接收到的数据符号，y(l)为消除干扰后的数据符号。

进一步地，取DATA待解调数据，可以将DATA部分的数据一次取出，也可以分多次取出来做解调。一次取出时，从RS数据后面的DATA数据开始，一直取DATA数据的全部长度再加上CP的长度的数据。即要在DATA后面多取出CP长度的采样点的数据。这样取的目的是要尽可能地保留DATA部分最后几个符号的能量。解调完后，只需要保留DATA长度上的全部符号，而不保存多取的CP长度的尾部的数据。如果分两次取DATA部分的数据，第一次取的时候取RS后面的DATA符号长度L_d0+L_cp，消除干扰部分是RS部分最后面的CP个符号。第二次取的时候是从L_d0后取L_d1+L_cp个数据，如图4b所示，此时消除的干扰部分是第一次取的后面的CP个符号。当取大于2次的时候，取的方法与上述方法相同。

下面结合附图详细说明本发明的实施方式。

图1为基于不同的移动速度的时隙结构示意图。图1a为适合于低速或静态信道条件下的时隙结构。此时车速通常很小，对应为漫步、办公区内静止等情形。此时1个时隙结构中只有一个RS序列，这种时隙结构的频谱效率最高。图1b为适合于中低速的时隙结构。此时可以支持到大部分的车速的情形，如最高120km/h。此时1个时隙结构中有2个RS序列，一个时隙内的2个RS序列可以相同，也可以不同。图1c为支持高速的时隙结构，如350km/h以上的车速。此时1个时隙结构中有4个RS序列，4个RS序列都可以相同，也可以不同。图1中的所有的3种RS序列的长度都是相同的，不同的是由于RS的数量不同，每个DATA部分对应的数据符号数量会有相应的不同。

图1中的RS序列为循环移位正交的序列或具有低/零相关区的序列，低零相关区的长度为CP的长度。RS部分的CP是由RS的最后CP个符号复制后放到RS的最前面，以形成循环结构的。

图1a1，1b1，1c1分别为对应于图1a，1b，1c的时隙结构，所不同的是这里在时隙结构后面加上了一个GAP域，GAP的大小取决于系统的符号周期和最大时延扩展长度，通常不大于RS部分的CP的长度。

图2为自适应时隙结构的实现装置示意图。如图2所示，将RS部分采样后的离散数据传到200的多普勒计算装置，200用以实现多普勒f_d的计算。201为移动速度计算装置，计算公式为： $\mathrm{\υ}=\frac{c\·f_d}{f_c},$ 这里c为光速，f_c为系统工作的中心频率。202为多时隙速度分析装置，它用来对υ值进行分析。如果当前时隙i的车速υ在后续M个时隙都超过设定的门限值，则认为时隙i的时刻车速发生了变化，M为观察的时隙数量，可以为1，2等整数。然后在装置203中进行时隙结构的选择，选择方法为将车速对应到时隙最佳工作的范围。然后按选定的时隙结构来调整发射机的发射结构，并将时隙调制的消息以信令的形式通知接收机。

图3为数据符号无循环前缀的数据解调实现装置示意图。装置300为RS采样数据信道估计装置，用接收到的RS部分的离散采样点来实现对信道冲击响应的估计，估计后输出信道冲击响应向量h(n)，n＝0，1，…，L_cp-1。装置301用来取出时隙结构上DATA部分待解调的数据的采样点，记为r(l)，l＝0，1，…，L_d-1。然后在装置302中进行前面符号拖尾数据的消除，操作方式按如下方式进行：

y(l)＝r(l)-I(l)，l＝0，1，…，L_cp-1

$I\left(l\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{L_{\mathrm{cp}}-1}h\left(n\right)\·s(l-n)$

这里s(n)，n＝0，1，…，L_cp-1为取出的用来解调制时的前面的L_cp个数据符号，它要么是已经知的RS部分的数据，要么是已经解调出来的数据，由于CP的长度通常较短，因此装置302中消除干扰的运算量非常的小。进一步地，在装置303将在303中消除掉干扰后的待解调数据和300得到的信道系数一起输入，进行均衡操作，均衡装置出来的信号即为已经消除信道系数的数据。装置304将解均衡之后的数据进行符号星座调制的软解调，从而得到解调后的软的比特数据流，软的比特数据流被送入到信道译码模块进行译码。

图4为取解调数据方式示意图，即为图3中的装置301。我们以中速时的帧结构为示例进一步说明装置301的待解调数据的取法。图4(a)(a)为整个DATA部分取一次的示意图。如果RS后面的DATA部分一次解调完成，则只需要取一次，即L_d为DATA的总长度，然后还需要向后多取L_cp个点，这样做的目的是使DATA部分最后符号的能量全部得以保存，但是解调后总共有长为的L_d+L_cp数据，但我们只取保留其中前面的L_d个数据即可，只取一次时的做法与图3中的示例过程相同，前面做减掉干扰时对应的是RS部分最后几个符号对应的数据。进一步地，在较高车速的情况下，为了进一步提高解调的性能，可能需要将整个DATA区间上的数据分成几个子块来取，然后分别做均衡处理。图(b)为整个DATA部分取两二次的示意图。第一次取数据的起点为RS后面紧临的DATA数据，取的总长度为L_d0+L_cp，其长度比DATA的总长度要小。解调前先按302的方式将RS最后L_cp个符号来的干扰消除掉，然后对的L_d0+L_cp数据点做均衡，均衡之后输出前面的L_d0个数据符号。第二次取时，按图4，在第一次剩下的数据里向前移个L_cp符号的采样点，取的总长度到DATA后面的多取L_cp个符号的采样点，总长度为L_d1+L_cp。同样地，解调前需按302的方法用前面一次解调出来的数据来消除最前面几个符号的干扰，然后按上面的方式做均衡和解调。两次分别取的数据长度L_d0，L_d1不一定要相等，但是L_d0+L_d1等于整个DATA数据的长度。这里只是一个示例，不一定只限于取1次或2次，但不论取几次，取的方法如上所述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种生成无数据符号循环前缀的自适应时隙的方法，包括：

发射装置根据移动通信终端的移动速度选择用来发送数据信号的时隙结构，其中：

当移动通信终端为低速移动时，发射装置采用适于低速的时隙结构发送数据；

当移动通信终端为中速移动时，发射装置采用适于中速的时隙结构发送数据；

当移动通信终端为高速移动时，发射装置采用适于高速的时隙结构发送数据。

2、一种生成无数据符号循环前缀的自适应时隙的方法，包括以下步骤：

利用多普勒计算装置计算移动通信终端接收的参考信号的多普勒频率f_d；

移动速度计算装置利用所述多普勒频率f_d计算所述移动终端的移动速度ν；

多时隙速度分析装置将所述移动速度ν与相应门限值进行比较，以得到移动速度是否超过相应门限值的比较结果；

时隙结构选择装置根据比较结果选择分别支持低速及静止状态，中速，高速三种条件的时间长度相同的3种时隙结构之一，其中所述3种时隙结构都包括参考信号的循环前缀、参考信号和数据。

3、一种生成无数据符号循环前缀的自适应时隙的装置，包括：

多普勒计算装置，用于计算移动通信终端接收的参考信号的多普勒频率f_d；

移动速度计算装置，用来利用所述多普勒频率f_d计算所述移动终端的移动速度ν；

多时隙速度分析装置，用来将所述移动速度ν与相应门限值进行比较，以得到移动速度是否超过相应门限值的比较结果；

时隙结构选择装置，用来根据比较结果选择分别支持低速及静止状态，中速，高速三种条件的时间长度相同的3种时隙结构之一，其中每种时隙结构都包括参考信号的循环前缀、参考信号和数据。

4、一种从接收的无数据循环前缀的时隙结构中得到待解调数据的方法，包括以下步骤：

利用收到的无数据循环前缀的时隙结构中的参考信号的采样数据，估计信道冲击响应向量h(n)，其中n＝0，1，…，L_cp-1；

取出无数据循环前缀的时隙结构中的数据部分的待解调数据的采样点r(l)，l＝0，1，…，L_d-1；

然后利用所述冲击响应向量h(n)和取出的采样点r(l)消除前面符号中的拖尾数据；

对已经消除符号拖尾数据的待解调数据进行均衡处理，得到消除了所述冲击相应向量h(n)的将输入解调装置的待解调数据。

5、根据权利要求7所述的方法，其中所述已经消除符号拖尾数据的待解调数据y(l)由下式表示：

y(l)＝r(l)-I(l)，l＝0，1，…，L_cp-1

$I\left(l\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{L_{\mathrm{cp}}-1}h\left(n\right)\·s(l-n)$

其中，这里s(n)，n＝0，1，…，L_cp-1为取出的用来解调制时的前面的L_cp个数据符号；h(n)为估计得到的信道冲击响应，I(l)为干扰信号，r(l)为接收到的数据符号或采样点。

6、一种从接收的无数据循环前缀的时隙结构中得到待解调数据的装置，包括：

信道估计装置，用来利用收到的无数据循环前缀的时隙结构中的参考信号的采样数据，估计信道冲击响应向量h(n)，其中n＝0，1，…，L_cp-1；

提取时隙结构中的待解调数据装置，用来取出无数据循环前缀的时隙结构中的数据部分的待解调数据的采样点r(l)，l＝0，1，…，L_d-1；

消除符号拖尾装置，用来利用所述冲击响应向量h(n)和取出的采样点r(l)消除前面符号拖尾数据；

均衡装置，用来对已经消除符号拖尾数据的待解调数据进行均衡处理，得到消除了所述冲击相应向量h(n)的将输入解调装置的待解调数据。

7、根据权利要求6所述的装置，其中所述已经消除符号拖尾数据的待解调数据y(l)由下式表示：

y(l)＝r(l)-I(l)，l＝0，1，…，L_cp-1

$I\left(l\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{L_{\mathrm{cp}}-1}h\left(n\right)\·s(l-n)$

其中，这里s(n)，n＝0，1，…，L_cp-1为取出的用来解调制时的前面的L_cp个数据符号；h(n)为估计得到的信道冲击响应，I(l)为干扰信号，r(l)为接收到的数据符号或采样点。

8、根据上述任一项权利要求所述的方法、装置，其中：

所述支持低速及静止状态的时隙结构为：数据部分、参考信号的循环前缀、参考信号和数据部分；

所述支持中速的时隙结构包括两个相同的小时隙，其每个小时隙结构为：参考信号的循环前缀、参考信号和数据部分；

所述支持高速的时隙结构包括四个相同的小时隙，其每个小时隙结构为：参考信号的循环前缀、参考信号和数据部分。

9、根据上述任一项权利要求所述的方法、装置，其中所述参考信号是具有低、零相关区的序列，以及参考信号的循环前缀是参考信号尾部数据的重复。

10、根据权利要求8所述的方法、装置，其中所述的每个小时隙上的参考信号可以相同，也可以不同。

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