CN101521943B

CN101521943B - 公共导频信道的时频资源分配方法

Info

Publication number: CN101521943B
Application number: CN2008101819838A
Authority: CN
Inventors: 曲秉玉
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: CN101521943A

Abstract

本发明公开了一种公共导频信道的时频资源分配方法，该方法包括：A、由瑞得所罗门码产生的码字产生一个以上公共导频信道的时频图案；B、在每个传输时间区间内，选择公共导频信道的时频图案进行公共导频信道的时频资源的分配。该方法能够降低网络规划的难度，特别适用于频率重用因子为一的OFDM系统。

Description

公共导频信道的时频资源分配方法

技术领域

本发明涉及正交频分复用通信(OFDM)系统的时频资源分配技术，特别涉及一种OFDM系统的公共导频信道的时频资源分配方法。

背景技术

无线通信系统，例如蜂窝无线通信系统利用地理区域差别，通过划分地理上不同的通信区域而实现频率重用，以提高无线通信系统的容量。无线通信系统中的每一个通信区域可以被称为一个小区(cell)。采用简单的复用因子为一的频率资源规划时，不同cell采用相同的频率，因而工作于同一频率的不同cell信号之间会相互干扰。OFDM系统的时频资源在频域内分为若干正交的窄带子载波，用户的数据流在各个子载波上传输。由于子载波的窄带特性可以克服多径影响，信号经过多径信道后仍然保持子载波之间的正交性，从而使得小区内部用户之间的干扰很小。

发明名称为“Multiplexing scheme in a communication system”，申请号PCT/04/000128的PCT申请给出了OFDM系统业务信道的时频资源分配方法，对每个传输时间区间(TTI)，根据小区特定的扰码来随机选择时频图案分配给业务信道，其中分配给两个小区的不同时频图案之间交点很少。采用该方法，如果在一个TTI内两个小区的时频图案几乎完全重叠，则在下一个TTI内，由于扰码的随机性，几乎完全重叠的概率就很小了。该方法适用于频率重用因子为一的OFDM系统，在保证小区内的用户之间干扰较小的情况下，保证了当前小区每个用户受到相邻同频小区的干扰基本是相同的，即干扰是平均化的，而且，当相邻同频小区的用户占用的时频资源较少时，当前小区的用户受到的相邻的同频小区用户的干扰较少。

在OFDM系统中，特别在频率重用因子为一的情况下，除了考虑业务信道的时频资源分配方法，保证不同小区的业务信道之间干扰较少和干扰的平均化以外，还需要考虑公共导频信道的时频资源分配问题，保证不同小区的公共导频信道之间，不同小区的公共导频信道与业务信道之间干扰较少和干扰平均化。OFDM系统的公共导频信道是由时频平面上的公共导频组成，这些公共导频上发射的信号是已知的，可以用于信道估计，因此公共导频信道的时频资源分配方法要满足信道估计的需求，即满足二维采样定理。OFDM系统的公共导频信道还可以用来进行小区搜索和帧同步，因此公共导频信道的时频资源分配方法还需要考虑满足小区搜索和帧同步的要求。

在Wavecom，“Different pilots shape distribution for OFDM blocks”，3GPP TSG RAN WG1 contribution R1-030679，New York，USA，August，25^th-29^th 2003中给出一种公共导频信道的时频资源分配方法，公共导频信道和业务信道相比通常具有较高的功率，因此要求两个互相干扰的同频小区的公共导频信道格点在时频平面上是不重叠的。这种方法有效地避免了互相干扰的同频小区的导频之间的干扰。由于两个小区的基站之间通常时间不同步，因此，在采用该公共导频信道的时频资源分配方法时，不同小区的公共导频信道的导频格点是通过占用不同的子载波来实现的。当公共导频信道占用5％的时频资源，不同小区采用不重叠的方块的公共导频时，则一个公共导频信道的时频格点之间的频率间隔最多是20个子载波，即最多有20种不同的导频模式。当两个小区的基站的频率有同步误差时，则还要考虑同频的不同的小区采用的公共导频信道的导频格点之间的频率间隔足够大，以克服频率同步的误差，导致不同导频模式的数目进一步减少。

在Lucent，EP 1148673 A2，“Identification of a base station，using Latin-square hopping sequence，in multicarrier spread-spectrum systems”中给出一种采用拉丁方序列的公共导频信道的时频资源分配方法，不同小区采用不同斜率的拉丁方序列来生成不同的公共导频信道，可以通过对斜率的检测，来进行小区搜索和帧同步。不同小区的公共导频信道之间不再象“Different pilots shape distribution for OFDM blocks”中所叙述的方法那样完全不重叠，而是有少量的交点。这样生成的公共导频信道可以在基站时间和频率都不同步的情况下，保持不同斜率对应的公共导频信道之间的交点较少。但是，由于公共导频信道要占用小区固定的时频资源，因此不同的斜率数目仍然有限，例如当占用1/13的时频资源时，仅有12个不同的公共导频模式。

上述两种公共导频信道的时频资源分配方法，通过对互相干扰的同频小区分配不同的时频图案作为公共导频信道，保证了小区之间的公共导频信道之间的干扰比较少。但是，由于可供选择的不同公共导频时频图案的数目比较少，所以网络规划时需要进行仔细的公共导频时频图案的规划，这样，会给网络规划带来困难，特别是在频率重用因子为一的情况下更为严重。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种公共导频信道的时频资源分配方法，该方法能够降低网络规划的难度，特别适用于频率重用因子为一的OFDM系统。

根据上述目的，本发明的具体技术方案是这样实现的：

一种正交频分复用通信系统的公共导频信道的时频资源分配方法，该方法包括：

由瑞得所罗门码生成一个以上的公共导频信道的时频图案；

根据小区特定的规则，在每个传输时间区间内，随机选择由瑞得所罗门码生成的所述公共导频信道的时频图案进行公共导频信道的时频资源的分配。

所述根据小区特定的规则进行选择为：根据小区特定的伪随机序列进行选择。

所述进行公共导频信道的时频资源的分配过程为：随机选择一个时频图案或者多个时频图案，通过对选择的时频图案和时频图案的片断的组合实现一个传输时间区间内的公共导频信道的时频资源的分配。

从上述方案可以看出，本发明给出了公共导频信道时频资源的分配方法，这种方法能够降低网络规划的难度，特别适用于频率重用因子为一的OFDM系统。本发明提供的公共导频信道，能够使得不同小区的公共导频信道之间干扰比较少，不同小区的业务信道和公共导频信道之间的干扰也比较少。同时公共信道满足信道估计的要求。另外，本发明的公共导频信道还可以用来进行小区搜索和帧同步。本发明提供的随机选择公共导频信道的时频图案作为公共导频信道的时频资源的方法，更容易进行网络的规划。相应的，本发明为了降低公共导频信道和业务信道之间的干扰，进一步提供一种业务信道的时频资源分配方法，用该方法进行时频资源分配的业务信道和本发明提供的公共导频信道之间的干扰很小。

附图说明

图1为本发明给公共导频信道分配的时频图案的一个实施例示意图。

图2为本发明给公共导频信道分配的时频图案的另一个实施例示意图。

图3为本发明对应公共导频信道的业务信道的时频图案的一个实施例示意图。

图4为本发明对应公共导频信道的业务信道的时频图案的另一个实施例示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进行进一步详细说明。

本发明采用瑞得所罗门(RS，Reed-Solomon)码字来得到公共导频信道的时频图案。特别地，通过稍微增加不同的公共导频信道的时频图案之间的交点，就可以得到更多数目的公共导频信道的时频图案。

在Stephen G.Wilson，“Digital modulation and coding”，Prentice-Hall，Inc，1996中，定义对于q元长度为n＝q^m-1的本原博斯-乔赫里-霍克文黑姆(BCH)码，当m＝1时即为RS码。一般来说q是一个素数的次幂。设α是GF(q)上的一个本原元，多项式

g(D)＝(D-α^j)(D-α^j+1)…(D-α^j+δ-2)

是一个GF(q)上的δ-1次的多项式，RS码是由这个多项式生成的(n，k)循环码，其中，n-k＝δ-1。RS码是最小距离可分码，即最小距离d_min＝δ＝n-k+1。

当k＝1，δ＝n时，

RS码字为(0，0，…，0)，(1，1，…，1)，(2，2，…，2)，…，(n，n，…，n)。任何两个码字之间没有交点。码字个数为q。

当k＝2，δ＝n-1时，

d_min＝n-1，因此任何两个码字最多只有一个交点。码字的个数是q²。

举一个例子，当n＝5-1，α＝3，k＝2，令j＝1，则生成多项式为(D-3)(D-4)。因此k＝2时对应的码字包含两部分，一部分是{(1，3，2，0)，(1，0，3，4)，…}，另外一部分是k＝1对应的码字{(0，0，0，0)，(1，1，1，1)，(2，2，2，2)，(3，3，3，3)，(4，4，4，4)}。由于码是循环码，因此k＝2对应的码字除了k＝1对应的重复生成的RS码字外，其它的码字可以由一个码字通过定义域和值域的循环平移得到。例如，可以通过(2，4，3，1)的定义域和值域的循环平移得到。(2，4，3，1)在定义域上循环平移1，则得到(4，3，1，2)，在值域上循环平移1，则得到(3，0，4，2)。

当k＝3，δ＝n-2时，

d_min＝n-2，即任何两个码字最多有两个交点。码字个数为q³。

举一个例子，当n＝5-1，α＝3，k＝3，取j＝2，则生成多项式为D-4。明显，由D-4生成的码字包含所有的k＝2，α＝3，j＝1对应的由多项式(D-3)(D-4)生成的码字，还包含由生成多项式(D-2)(D-4)，(D-1)(D-4)，(D-4)(D-4)，D(D-4)生成的码字。注意到(D-2)(D-4)生成的码字集合为{(1，4，3，0)，(4，2，1，3)，…}，因此是由(D-3)(D-4)生成码字的逆序码字。

进一步，还可以取k＝4，5，…，对应的码字集合中的任何两个码字最多有k-1个交点。即通过放宽码字之间的交点个数的要求，得到更多数目的码字。下面，我们利用RS码构造分配给公共导频信道的时频图案。

一般的，给定一个二维坐标(x，y)，可以有两种方式映射成二维时频平面上的时频格点。一种是第一维是时间坐标，第二维是频率坐标，另外一种是第一维是频率坐标，第二维是时间坐标。一个时间单位可以是一个OFDM符号，或者多个OFDM符号，一个频率单位可以是一个子载波，或者几个子载波。

一个RS码字可以被映射为分配给一个公共导频信道的时频图案，映射的方法是先形成公共导频信道的时频格点的坐标，再将坐标用上述两种方法映射为时频图案。在方法1中，对于给定的一个码字序列x(i)，i＝0，1，…，n-1，可以构造公共导频信道，使得公共导频信道第i个OFDM符号上的公共导频信道格点占用子载波的顺序号为j.q+x(i)，j＝0，1，…，

其中x(i)为给定的码字序列的第i个值，q是导频在频率上的间隔，0，1，2，…，N是所有可用的子载波的顺序号，

表示不大于(N-x(i))/q的最大的整数。例如，RS码字(1，4，3，0)对应的公共导频信道如图1灰色格点所示，此时q＝5。

如果在一个TTI内承载有公共导频信道格点的OFDM符号个数小于码字序列的长度，则用码字序列的片断进行填充，完成在当前TTI内公共导频信道的时频资源分配。进一步，当RS序列的长度超过一个TTI内导频占用的OFDM符号的个数时，本发明并不仅仅局限于在一个TTI内利用RS序列来安排公共导频信道格点，可以在连续的TTI内利用一个RS序列来安排公共导频信道格点。

如果在一个TTI内承载有公共导频信道格点的OFDM符号个数超过码字序列长度n，则超过部分的公共导频信道格点的OFDM符号按照顺序0，1，…，n-1，根据选定的码字序列，用同样的方法进行时频图案的构造，直到完成一个TTI内的公共信道的时频资源分配。如图1所示，可以重复采用码字(1，4，3，0)构造OFDM符号标号为4、5、6、7上的导频格点。对一个TTI完成后，可以对其它TTI以同样方法进行。

为了减少公共导频信道占用的时频资源，公共导频占用的OFDM符号之间可以有间隔。例如，如图2所示，对于RS码字(1，4，3，0)，可以仅在偶数编号的OFDM符号上分配公共导频，同理，也可仅在奇数编号的OFDM符号上分配导频。导频格点在时间和频率上的间隔大小必须满足信道估计的要求。

下面是另外一种公共导频信道的构造方法，即方法2。

对于给定的一个码字序列x(i)，i＝0，1，…，n-1，可以构造公共导频信道，使得公共导频信道的第i个子载波对应的OFDM符号的顺序号为j·q+x(i)，j＝0，1，…，

其中x(i)是给定码字序列的第i个值，q是时间上的间隔，0，1，…，N是一个TTI或者一段连续的时间内的OFDM符号的编号，

表示不大于(N-x(i))/q的最大的整数。如果承载公共导频信道格点的OFDM子载波的个数小于码字的长度n，则用码字的片断分配公共导频信道的时频资源。如果承载公共导频信道格点的OFDM子载波的个数超过码字长度n，则对剩下的承载公共导频信道格点的OFDM子载波进行顺序编号，根据选定的码字序列，用同样的方法进行公共导频信道的构造，直到完成公共导频信道的时频资源分配。

以方法1为例说明本发明构造的公共导频信道之间的干扰比较少。每个承载有导频格点的OFDM符号上的导频格点是等间隔的，不同OFDM符号上等间隔的导频格点可以有不同的偏置量，假设间隔为q，则在每个OFDM符号上的等间隔的导频格点偏置量可以取{0，1，…，q-1}中的元素，偏置量由RS码序列确定。一个OFDM符号上的不同偏置量对应的两组公共导频信道格点之间没有交点。因此，两个不同的RS码字对应的时频图案之间的交点，由两个不同RS码字的交点确定。通过RS码字设计的公共导频信道的时频图案，保证了对应不同的RS码字的公共导频信道的时频图案之间的交点是比较少的，因此之间的干扰是比较少的。

下面构造和公共导频信道兼容的业务信道，在保证公共导频信道之间干扰比较少的同时，保证公共导频信道和业务信道之间的干扰也比较少。假设已有序列

n＝0，1，2，…，p-2，不同的(i，j)标记不同的序列，

n＝0，1，2，…，p-2，

是间隔q的公共导频信道对应的偏置序列，不同的(k，l)对应不同的序列。则是构造的业务信道对应的序列，其中n＝0，1，2，…，p-2。

序列映射成时频图案，通常也有两种方法。一种是序列的定义域表示的是时间维，值域表示的是频率维；另外一种是序列的定义域表示的是频率维，值域表示的是时间维。由业务信道对应的序列

n＝0，1，2，…，p-2生成的一个时频图案平移生成的公共导频时频图案与由n＝0，1，2，…，p-2作为偏置量生成的公共导频时频图案是完全相同的，即如果x(n)是一个业务信道的序列生成的一个时频图案，则x(n)，(x(n)+q)mod(pq)，(x(n)+2q)mod(pq)，…是公共导频信道的时频图案。由此不难看出，按照上述公共导频时频图案生成方式，不同RS序列之间的交点个数与在时频平面上公共导频之间的交点个数相对应。

举一个例子，给定序列a(0)，a(1)，…，a(p-2)，则构造

给定b(0)，b(1)，…，b(q-2)，则构造

其中a(n)可以选Costas序列，b(n)可以是构造公共导频信道对应的序列，例如RS码字序列。例如，对p＝23，q＝5，选取(5，2，10，4，20，8，17，16，11，9，22，18，21，13，19，3，15，6，7，12，14，1)作为a(n)，n＝0，1，2，…，22，(2，4，3，1)作为b(n)，n＝0，1，2，3；对p＝5，q＝3，选择(2，4，3，1)作为a(n)，n＝0，1，2，3，选择(2，1)作为b(n)，n＝0，1。

图3中的斜纹格点给出了由(2，4，3，1)·3+(2，1，2，1)生成的公共导频信道，图3中的交叉纹格点和灰色格点给出了两个业务信道(2，4，3，1)·3+(0，2，0，2)，(2，4，3，1)·3+(1，0，1，0)。

可以看出，序列

n＝0，1，2，…，p-2，

满足给定(i，k)遍历所有的j，l形成的序列组成一组，一组内的序列之间没有交点，不同的(i，k)对应不同的组。由时频图案对应的序列性质知道，具有不同二元指标(i，j)的两个业务信道的时频图案之间的交点很少。如果二元指标(k，l)不同，则生成的公共导频信道之间的交点也比较少。

进一步，可以说明某小区中某用户的业务信道与其他小区导频信道之间的干扰也较少。不失一般性，假设A小区中用户1使用的业务信道在时频平面的偏置由RS序列r1生成，而B小区中导频信道在时频平面上的偏置由RS序列r2生成。选择不同的r1和r2，能够保证r1和r2对应的时频格点交点较少，进而保证了A小区用户1的业务信道与B小区导频信道之间的干扰较少。

另外，为了减少公共导频占用的时频资源，还可以构造新的业务信道对应的序列为

n＝0，1，2，…，p-2，其中

是一个序列，例如现有技术中方法一的Costas序列，

可以由一个值域间隔为q的公共导频信道对应的码字序列生成，即

这种情况公共导频信道由下面序列对应的时频图案生成x(n)，(x(n)+q)mod(pq)，(x(n)+2q)mod(pq)，…，n＝0，2，4，…或者x(n)，(x(n)+q)mod(pq)，(x(n)+2q)mod(pq)，…，n＝1，3，5，…，其中x(n)是新构造的业务信道的一个时频图案对应的序列。这样生成的导频和由序列

生成的在定义域上距离为2的公共导频是相同的。这样构造的业务信道和导频信道，满足不同小区之间的业务与导频信道之间的干扰较少和平均化。一般地，可以推广为间隔为m的业务信道和公共导频信道的时频资源分配方法。

作为一个例子，图4给出了业务信道的序列(2，4，3，1)·3+(2，1，1，0)对应的公共导频信道，即其中斜纹格点，和业务信道的一个时频图案(2，4，3，1)·3+(0，2，2，1)，即其中的交叉纹格点。

值得说明的是，在例子中采用的RS序列的长度，仅是为了描述的方便。以方法1为例，一般地，公共导频信道占用的时频资源，确定了每个OFDM符号上的多个导频格点之间的间隔。公共导频信道占用的时频资源少时，则每个符号的导频格点之间的间隔则大一些。RS码字的长度由导频格点之间的间隔决定。因此RS码字长度的由公共导频信道占用的时频资源的多少确定的。

业务信道的时频资源的分配方法，可以采用现有技术中的随机化方法。对于公共导频信道的时频图案的分配，也可以采用随机化的方法，即在每个TTI内，根据小区特定的规则随机变化地选择公共导频的时频图案，分配本小区的当前TTI的公共导频信道。随机变化地选择时频图案可以根据一个小区特定的伪随机序列，例如多值的扰码序列。可供选择的公共导频的时频图案，可以是由RS码生成的公共导频时频图案的集合，或者RS码生成的公共导频时频图案的子集。

另外，也可以每个小区的所有TTI选择固定的公共导频的时频图案分配公共导频信道的时频资源，互相干扰的不同小区选择不同的时频图案。如果不同小区的基站时间是不同步的，则不同小区选择的不同的公共导频时频图案，不能由时间上的不同平移生成。采用随机化的方法，由于每次选择是随机的，即使本次完全重叠，则下次完全重叠的概率非常少，因此由时间上平移产生的时频图案，也可以分配给不同的小区。这样，在采用随机化方法时，可供小区选择的不同扰码数目比不同的公共导频的时频图案的数目要多，因此更容易进行网络的规划。应该注意到，采用随机化的方法会导致两个不同小区的公共导频时频图案有一定的完全重合的概率，但这种概率可以通过增加公共导频的时频图案的数目来降低，当两个小区时频图案重合导致干扰很大、无法正确解调时，可以通过自动重传请求等纠错方法来克服。

对于分配的公共导频信道的时频图案，由于在时间维或者频率维是等间隔的时频格点，具体地说，即在码字序列的值对应的那一维上是等间隔的，因此，可以首先在等间隔的这维上对时频格点进行处理，例如插值，然后再对另外一维进行滤波。从而估计出所有时频格点的信道的脉冲响应。

由于不同的公共导频信道的时频图案在时频平面交点较少。因此，可以通过位置检测的方法，用不同的公共导频信道的时频图案进行匹配，从而识别出不同的小区，并检测出帧头。

特别需要指出的，可以在本发明给出的公共导频信道的时频资源的分配的基础上，再分配其它的时频资源给公共导频信道。

本发明给出OFDM系统公共导频信道的时频资源分配方法，特别适用于频率重用因子为一的OFDM通信系统。本发明保证了不同小区之间导频信道与导频信道，导频信道与业务信道之间干扰较少和平均化。同时，本发明设计的公共导频信道能够满足信道估计和小区搜索、帧同步的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种公共导频信道的时频资源分配方法，其特征在于，该方法包括：

由瑞得所罗门码生成一个以上的公共导频信道的时频图案；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据小区特定的规则进行选择为：根据小区特定的伪随机序列进行选择。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行公共导频信道的时频资源的分配过程为：随机选择一个时频图案或者多个时频图案，通过对选择的时频图案和时频图案的片断的组合实现一个传输时间区间内的公共导频信道的时频资源的分配。