CN101536446A - 用于降低papr的子载波激活和去激活 - Google Patents

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CN101536446A CNA2007800405839A CN200780040583A CN101536446A CN 101536446 A CN101536446 A CN 101536446A CN A2007800405839 A CNA2007800405839 A CN A2007800405839A CN 200780040583 A CN200780040583 A CN 200780040583A CN 101536446 A CN101536446 A CN 101536446A
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罗伯特·巴尔德麦尔
安德斯·富鲁斯卡尔
克拉斯·谢尔林
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Abstract

本发明涉及一种在蜂窝无线通信网络中的无线基站中发送预留子载波的方法，该方法用于减小发射信号的峰均功率比(PAPR)从而充分确保调制信号的质量，以便实现高数据速率，该方法包括以下步骤：在公共信道上发送与预留子载波的动态激活和去激活有关的信息，该公共信道可供处于空闲模式和连接模式的全部用户设备读取；在要维持高调制质量的时候，动态地激活在小区中对预留子载波的发送；当不要求高调制质量的时候，动态地去激活在小区中对预留子载波的发送。本发明还涉及与所述方法相关的无线基站和用户设备。

Description

用于降低PAPR的子载波激活和去激活
技术领域
本发明涉及减小基于OFDM的电信系统中的高的峰均功率比(PAPR)。
背景技术
在E-UTRAN中，OFDMA技术用于下行链路传送(参考3GPP TR25.814，＂Physical Layer Aspects for Evolved UTRA＂)。OFDM波形典型地具有很高的峰均功率比(PAPR)(参考3GPP TR 25.814，＂Physical LayerAspects for Evolved UTRA＂和R4-060853，Ericsson，Reserved sub-carriersfor LTE)。由于必须将射频(RF)组件(例如，功率放大器)的尺寸设计得过大以应对很少出现的峰值(或最大)传送功率水平，因此很高的PAPR导致效率低下的无线电实现。因此需要一种减小很高的峰均功率比(PAPR)的技术。
在下文中，描述了与E-UTRAN系统中的高比特率传送有关的各种技术方面、要求和限制。
在E-UTRAN中，渴望非常高的下行链路数据速率。为了实现很高的数据速率，将用到诸如高阶调制方案和MIMO方案之类的技术。如果发射器和接收器处的信号调制质量等级足够好，则与MIMO一起使用的诸如64QAM或者16QAM之类的高阶调制可以提供非常高的数据速率。高调制质量意味着高SINR，因为高SINR使得能够使用更高阶调制，所以要实现高数据速率就必须具有高SINR。误差向量幅度(EVM：Errorvector magnitude)是用于判断调制质量的已知并且可靠的性能指标之一。EVM是对发射和接收信号损坏等级的度量。在UTRAN中也使用EVM来衡量基站和UE发射器二者的调制质量(参考TS25.104，Base station(BS)radio transmission and reception(FDD)and TS25.101，User Equipment(UE)radio transmission and reception(FDD))。在E-UTRAN中也将使用相同的度量(EVM)来规定调制质量。
研究显示：为了使大的吞吐量损失最小化，E-UTRAN中的64QAM所要求的下行链路发射器EVM为4％的量级(参考R4-061172，ERICSSON，Reserved sub-carriers for LTE)。在图1中示出了不同EVM等级的吞吐量损失结果。
OFDMA波形本身具有固有的高PAPR。与更高阶调制结合起来以实现高数据速率的OFDMA波形同样导致了更差的PAPR(也就是非常高的PAPR)。从无线实现的角度考虑，不希望出现很高的峰均功率比。因此，使用减小峰均功率比的技术，但是这些技术不应当降低高数据速率所需要的EVM要求。为了减小峰均功率比，一般在发射器端对信号进行限幅(clipping)。限幅是一种非线性运算，一方面限幅减小了峰均功率比，但另一方面限幅也将引入通常称为限幅噪声的额外噪声。因此，需要一种技术来消除限幅噪声或者至少减小限幅噪声对载有信令或者数据的可用子载波的影响。
一种公知的技术为＂音调预留(Tone Reservation)＂或子载波预留。该方案要求很少百分比的预留子载波(没有携带数据的子载波)来专用于减小峰均功率比。发射器将限幅噪声整合在预留子载波内，如以下进一步说明的那样，UE最终将预留子载波丢弃。所需要的预留子载波百分比取决于各种因素(例如，FFT(快速傅里叶变换)的大小、目标峰均功率比、使算法收敛的迭代次数等)，但所需要的预留子载波百分比一般很小。通过引入一些预留子载波，减小了峰均功率比，同时保持了对数据符号的低EVM(高调制质量)。从而为更高阶调制和编码方案保留所需要的SINR，以实现高峰值速率。
如上所述，将来自导频子载波或者数据子载波的限幅噪声添加到预留子载波内。这使得导频符号或者基准符号的噪声很小。信道估计和最终在UE处的解调是对基准符号或者导频符号进行的。因此预留子载波的另一个优点是预留子载波改善了UE处的解调。
考虑到在目标峰均功率比为7dB、迭代次数为16并且IFFT(逆快速傅里叶变换)大小为512的情况下利用预留子载波的峰均功率比减小方案，可以根据图2中的曲线获得预留子载波相对于数据符号EVM的百分比。
如果建议发射器的EVM为4％，则需要将峰均功率比减小所导致的剩余EVM限制在1.5％-2％，这表明5％的预留子载波就够了。
预留子载波意味着5％的频谱效率损失，但是由EVM要求不足所引起的吞吐量降低将明显高于预留子载波引起的5％的频谱效率损失(参考图1)。
预留子载波一般按特定模式分布在整个小区发射带宽。该模式取决于小区带宽大小。然而，对于给定的带宽和预留音调的数量而言，模式大体相同。
在E-UTRAN中，在小区发射带宽的中心发射广播信道(BCH)。广播信道的带宽为1.25MHz。此外，广播信道并非是在时间上连续地发射。当前工作的假设是：每10ms长度的帧发射一次或者两次广播信道(一个或者两个TTI)。
E-UTRAN中的下行链路L1/L2控制信息用于资源分配。在小区中具有多于一个L1/L2控制信道。可以将下行链路L1/L2控制信道发送给小区中的单个UE或者一组UE。
针对WCDMA中的峰值减小，不具有峰值减小方案的下行链路波形在UTRA中具有很高的峰均功率比(例如大约10-12dB)(参考TS 25.141，Base Station(BS)conformance testing(FDD))。一些基于诸如限幅之类的实现的有效方案在没有违反针对TS 25.104，Base station(BS)radiotransmission and reception(FDD)中的QPSK和16QAM调制而描述的调制质量要求(EVM和PCDE、峰值码域误差)的情况下减小了峰均功率比。因此在UTRAN中，没有使用预留音调或者符号来减小峰均功率比。
用预留子载波减小峰均功率比的概念是众所周知的概念。应当注意：术语音调和子载波可以在字面上互换使用，但其具有相同的含义。然而，通常假定音调和子载波总是在小区中发送。从而当不需要预留音调(或者子载波)来实现目标峰均功率比的时候(例如，在低数据速率情形中)导致带宽浪费。其次，需要将预留子载波的模式标准化，以便确保UE接收器知道预留子载波的发生和模式。这种方法因需要使用相同的模式而没有给网络带来任何灵活性。通常通过频域中的小区发射带宽内子载波的发生位置或者频率来表示模式的特性。
发明内容
上述技术中的一个关键方面是：可能并非一直需要预留子载波。在小区中，当使用更高阶调制和编码时，应当维持严格的EVM要求。这意味着需要发送预留子载波，以便至少在使用更高阶调制的时候确保较低的峰均功率比。另一方面，在高EVM可以接受的时候发送预留子载波将导致小区带宽资源浪费。
是否使用更高阶调制取决于来自UE的下行链路质量反馈和缓冲器中的流量。因此原则上讲，可能在一个TTI中需要预留子载波，而另一个TTI则不需要这些预留子载波。这意味着在不需要预留子载波的TTI期间，构成预留子载波的带宽可用于数据传送。预留子载波的开销取决于具体模式，而具体模式随着不同的实现而不同。一般地讲，开销占据小区发射带宽的大约5％-10％。
因此本发明的一个目的是提供一种与现有技术相比更有效地使用带宽的方法。这一点通过根据发明的方法来实现。更具体地说，本发明涉及一种在蜂窝无线通信网络中的无线基站中减小发射信号的峰均功率比的方法，该方法用于为了减小发射信号的峰均功率比(PAPR)的目的而发送预留子载波，从而充分确保调制信号的质量，以便实现高数据速率，该方法包括以下步骤：
在公共信道上发送与预留子载波的动态激活(activation)和去激活(deactivation)有关的信息，该公共信道可供处于空闲模式和连接模式的全部用户设备读取；
在要维持高调制质量的时候，动态地激活小区中的预留子载波的发送；
当不要求高调制质量的时候，动态地去激活小区中的预留子载波的发送。
因为仅在需要高调制质量的时候发送预留子载波模式，因而可以有效地使用小区发射带宽。
在小区中每TTI地快速动态地启用和禁用预留子载波。在系统信息(BCCH)中向UE指示预留子载波的模式。通过在物理层(L1/L2)控制信道上发送短命令来向所有UE指示预留子载波的激活和去激活。
此外，本发明意味着能够在TTI级对预留子载波进行快速启用和禁用。从而使得网络能够充分利用快速信道变化(例如使用更高阶调制并且具有较低的峰均功率比)。
本发明还涉及一种无线基站，该无线基站能够为了减小发射信号的峰均功率比(PAPR)的目的而发送预留子载波，从而充分确保调制信号的质量，以便实现高数据速率，该无线基站包括：
适于在公共信道上发送对预留子载波进行激活/去激活的信令的单元，该公共信道可供处于空闲模式和连接模式的全部用户设备读取；和
适于根据是否要维持高调制质量对预留子载波的发送进行动态激活/去激活的单元。
发明还涉及一种在用户设备中改善接收信号的调制质量的方法，该方法用于使用预留子载波来改善在空闲模式和连接模式下的接收信号的调制质量。该方法包括以下步骤：
获得第一组信息，该第一组信息包括与在小区中使用的预留子载波模式有关的信息；
获得第二组信息，该第二组信息指示是否在特定TTI中对一个或更多个预留子载波模式进行激活；和
对该第一组信息和第二组信息进行解释，以有效使用小区发射带宽。
根据本发明的特定实施方式，用户设备通过读取在公共信道(例如BCH)上发送的系统信息来获得第一信息。或者，用户设备可以根据标准(也就是通过标准化)来获得该信息。
发明还涉及一种用户设备，该用户设备包括用于执行上述方法的装置。
发明的一方面意味着简化的信令，其不需要处于连接模式的用户设备读取BCH。可以由短命令经由下行链路L1/L2控制信道向用户设备指示预留子载波在TTI中是否被激活。
附图说明
根据在附图中例示的优选实施方式的以下详细描述，本发明的前述和其他目的、特征和优点将变得显见。
图1例示了吞吐量与AWGN的RX、TX损坏之间的关系。
图2例示了对于目标PAPR为7dB而言预留子载波的百分比与剩余EVM之间的关系。
图3为示意性例示了由基站执行的根据本发明的方法的一个实施方式的流程图。
图4为示意性例示了由基站执行的根据本发明的方法的另选实施方式的流程图。
图5为示意性例示了由用户设备执行的根据本发明的方法的流程图。
图6示意性例示了根据本发明的基站。
图7示意性例示了根据本发明的用户设备。
具体实施方式
下面将对根据本发明的预留子载波的动态激活进行说明。图3通过示出由基站执行的方法的流程图例示了本发明的一个实施方式。根据步骤300，基站在BCH上广播与在小区中使用的一个或更多个预留子载波模式相关的信息。用户设备需要提前知道预留子载波的模式，以便能够对下行链路信道进行解调。另一种可能性为对模式进行标准化，但是因为对模式进行标准化并不是非常灵活的方法，因此优选的是，如步骤10所建议的那样，将在BCH上对模式进行发送。处于空闲模式的用户设备至少在进行了小区再次选择之后读取BCH信道。因此在进行了小区再次选择之后，用户设备将获得与在小区中使用并且包括将要使用的预留子载波的全部可能模式在内的预留子载波模式有关的信息。一般地，在小区中将仅使用一个预留子载波模式。然而，所使用的预留子载波模式的数量会根据所使用的小区带宽而在小区之间有所不同。
当在BCH上广播预留子载波模式相关信息的时候，在BCH信道上未使用任何预留子载波，因为进入小区的新用户必须能够在不具有与预留子载波模式相关的所述信息的情况下在BCH上读取系统信息。根据图3呈现的实施方式，预留子载波在使用更高阶调制的各TTI中被激活，并且在除了载有BCH信道的带宽部分之外的整个带宽中被发射。在图4呈现的另选实施方式中，没有在包含BCH的TTI中发送预留子载波。也可以将这两个另选实施方式应用于其他公共信道(例如，同步信道(SCH))。
继续参考图3，在步骤301中，在TTI级选择用于不同用户设备的调制和编码方案，即，如果有必要可以针对各TTI而改变调制。网络选择特定的调制和编码方案(MCS：modulation and coding scheme)，以便对下行链路中的用户进行调度。MCS选择取决于用户设备所报告的下行链路信道质量指示符(CQI：channel quality indicator)和缓冲器中的流量。在大多数资源块上要使用更高阶调制(例如，64QAM)的情况下，网络需要根据给定的模式在除了特定信道(例如，上述BCH和SCH)以外的整个带宽中发送预留子载波。因此，如果在当前TTI中使用更高阶调制，则基站将会在所述TTI中发送激活或者启用预留子载波的信令(参考步骤306a和306b)。这是因为用户设备接收器需要知道哪些子载波包含数据并且哪些子载波将用于减小峰均功率比。该信令可以针对单独的用户设备，也可以针对应用了更高阶调制的几个用户设备的一个组。因此，所报告的CQI和缓冲器中的流量可用于动态地启用或禁用对预留子载波的发送。由于每TTI地进行调度，因此应当在每TTI确定是否使用预留子载波。
在大多数情况下，小区中仅使用一个预留子载波模式。在这种情况下，仅仅需要一位信息来指示在当前TTI中是否使用了预留子载波(参考步骤306b)。对于根据步骤304进行的预留子载波去激活，情况也是如此，即，仅需要一位信息。然而在小区中使用了多于一个预留子载波模式的情况中，则使用多级信令(多于一位)来指示在当前TTI中对哪个模式进行激活(参考步骤306a)。可以在下行链路L1/L2控制信道上发送该信息(一位或多位)。下行链路L1/L2控制是一种通用术语，用来说明下行链路L1/L2控制包含与层1(物理层)和层2(MAC层)有关的信息。下行链路L1/L2控制信道与共享控制信道相同，这意味着为了对资源进行分配而将下行链路L1/L2控制信道发送给一个或更多个用户设备。资源分配的特性通过与层1和层2(MAC层)二者有关的信息来表示。一般地，下行链路L1/L2控制信道包含用户设备识别符，该用户设备识别符在下行链路和对应的分配资源(例如，资源块、调制和编码等)中提供(接收数据)，以便进行数据传送。小区中可具有多于一个下行链路L1/L2控制信道。该下行链路L1/L2控制信道的实际数量取决于小区传送带宽。
在每个不连续接收(DRX：discontinuous rece ption cycle)周期，处于空闲模式的用户设备将读取下行链路L1/L2控制信道，在此对寻呼指示进行映射。因此通过读取下行链路L1/L2控制信道，用户设备将知道寻呼信道上是否使用了预留子载波。类似地，在连接模式中，用户设备也将读取下行链路L1/L2控制信道或者该下行链路L1/L2控制信道的一部分(在3GPP中，目前将其称为目录0信息)，以便知道当前TTI中是否使用了预留子载波。
最早在下一个TTI中启用预留子载波。可以将激活延迟(即，在预留子载波的激活信令发送(步骤306a-b)与该预留子载波的实际启用(步骤307)之间经过的时间或者TTI数量)包含在将广播给小区中所有用户的信息中。该信息也可以包括预留子载波的激活持续时间(即，激活是否将持续1-N个TTI，或者一直持续到基站接收到去激活信令)。对于根据步骤304的预留子载波去激活信令和根据步骤308对子载波的发送进行实际去激活，情况也是如此。
图4示出了例示由基站执行的方法的一个另选实施方式的流程图。在该图中，将与图3中的步骤相同的步骤赋予和图3中的步骤标号相同的标号。根据该实施方式，在使用更高阶调制但在该TTI中又不具有公共信道(例如，BCH和/或SCH)的TTI中对预留子载波进行激活。因此，决不会在包含公共信道(例如BCH和SCH)的TTI中发送预留子载波。这一点在步骤400中得到例示，说明如果当前TTI中包含公共信道(例如，BCH或者SCH)，则基站根据步骤304发送对当前激活的预留子载波进行去激活的信令。其原因如上所述，即，进入小区的新用户必须能够在不具有与预留子载波模式相关的所述信息的情况下在BCH上读取系统信息。
图5例示了由用户设备执行的根据本发明的方法。在步骤500中，用户设备读取BCH以便获得与小区中使用的预留子载波模式相关的信息。该信息也可以包括上述激活延迟和激活持续时间。在步骤506中，当因为更高阶调制而需要预留子载波的时候，用户设备从基站接收与激活有关的信令，并且在预留子载波激活的时候，接收与哪一个模式被激活有关的信令，或者当预留子载波当前被激活但是在当前TTI中并不要求其被激活时接收与哪一个模式被去激活有关的信令(参考步骤507)。如果该信令导致启用预留子载波，则用户设备将识别该预留子载波并且在解调过程中忽略这些预留子载波(参考步骤509)。另一方面，如果该信令导致预留子载波未被启用，则用户设备将利用构成了预留子载波的带宽来进行数据传送(参考步骤510)。
图6示意性例示了根据本发明的一个实施方式的无线基站60。该基站显然包括现有技术中的基站的必要功能(为简明起见，图中没有示出这些功能)。基站包括用于传送系统信息的单元600。根据特定实施方式，所述系统信息包括描述了小区中使用的预留子载波的信息。所述信息也可以包括与激活延迟(即，将会在预留子载波的激活信令发送与实际启用预留子载波之间消耗的时间或者TTI数量)有关的信息，以及与预留子载波的激活持续时间(即，激活是否将会持续1-N个TTI，或者一直持续到基站接收到去激活信令)有关的信息。基站还包括基于例如下行链路信道质量和缓冲器中的流量来执行MCS(调制和编码方案)选择的单元。根据所选择的调制等级，单元606适于向驻留在小区中的用户设备发送对预留子载波进行激活或者去激活的信令。基站还包括单元607，在发送激活/去激活信令之后(或者根据特定延迟)，单元607尽早执行预留子载波发送的实际激活或者去激活。最早在下一个TTI中进行预留子载波的激活。
图7示意性例示了根据本发明一个实施方式的用户设备(UE)70。正如基站那样，用户设备包括现有技术中用户设备的必要功能(为简明起见，图中没有示出这些功能)。用户设备70包括单元700，单元700适于读取广播信道BCH，以便获得与小区中的预留子载波有关的信息。或者，可以将该信息设定在标准内，因此用户设备不需要读取BCH来获得该信息。
用户设备70还包括单元706，该单元用于从基站接收与可供全部用户设备读取的公共信道有关的信令，以便获得与预留子载波的激活或者去激活有关的信息。单元707接着对所获得的第一组信息和第二组信息进行解释，以便在预留子载波将会在下一个TTI中被激活的情况下确定在由解调单元709执行的解调过程中利用预留子载波，或者在预留子载波将会不可用的情况下确定利用构成了预留子载波的带宽由传送单元710进行数据传送。
通过上述两个阶段的信令信息对预留子载波激活和去激活的动态方法进行管理。
本发明不限于前面描述的示例，而是旨在涵盖所附权利要求范围之内的各种修改。

Claims (21)

1、一种在蜂窝无线通信网络中的无线基站中发送预留子载波的方法，该方法用于减小所发射信号的峰均功率比(PAPR)从而充分确保调制信号的质量以便实现高数据速率，所述方法包括以下步骤：
在公共信道上发送与预留子载波的动态激活和去激活有关的信息，该公共信道可供处于空闲模式和连接模式的全部用户设备读取(306a、306b)；
在要维持高调制质量的时候，动态地激活在小区中对所述预留子载波的发送(307)；
当不要求高调制质量的时候，动态地去激活在小区中对所述预留子载波的发送(308)。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所选择的调制质量(301)基于下行链路信道质量和缓冲器中的流量。
3、根据权利要求2所述的方法，其中在包含公共信道的TTI中，在小区带宽中的不包含所述公共信道的部分中发送所述预留子载波。
4、根据权利要求2所述的方法，其中在不包含公共信道的TTI期间在整个带宽上发送所述预留子载波(400)。
5、根据权利要求3或4所述的方法，其中所述公共信道为广播信道(BCH)。
6、根据权利要求3或4所述的方法，其中所述公共信道为同步信道(SCH)。
7、根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中在所述广播信道(BCH)上连同系统信息一起发送包括要在小区中使用的一个或更多个预留子载波模式在内的第一组信息(300)。
8、根据权利要求7所述的方法，其中利用包含物理层和/或MAC层信令信息的下行链路共享控制信道向所述用户设备指示第二组信息，该第二组信息指示在当前TTI中是否激活特定的预留子载波模式。
9、根据权利要求8所述的方法，其中使用一位信令来指示在所述当前TTI中是否激活所述预留子载波模式(306b)。
10、根据权利要求8所述的方法，其中使用多级信令来指示在所述当前TTI中哪个预留子载波模式是否被激活(306a)。
11、根据权利要求8-10中的任何一项所述的方法，其中所述第一组信息包括要由所述用户设备施加的激活延迟，通过预留子载波的激活或者去激活信令发送(306a、306b、304)与所述预留子载波的实际启用/禁用(307、308)之间的时间或者TTI数量来表示所述激活延迟。
12、根据权利要求8-11中的任何一项所述的方法，其中所述第一组信息包括所述预留子载波的激活时段的持续时间。
13、一种无线基站(60)，该无线基站能够为了减小所发射信号的峰均功率比(PAPR)的目的而发送预留子载波，从而充分确保调制信号的质量，以便实现高数据速率，该无线基站(60)包括：
适于在公共信道上发送对预留子载波进行激活/去激活的信令的单元(606)，该公共信道可供处于空闲模式和连接模式的全部用户设备读取；和
适于根据是否要维持高调制质量对预留子载波的发送进行动态激活/去激活的单元(607)。
14、一种在用户设备(70)中使用预留子载波来改善在空闲模式和连接模式下的接收信号的调制质量的方法，所述方法包括以下步骤：
获得第一组信息(500)，该第一组信息包括与在小区中使用的预留子载波模式有关的信息；
获得第二组信息(506)，该第二组信息指示在特定TTI中是否激活一个或更多个预留子载波模式；和
对所述第一组信息和第二组信息进行解释(507)，以有效使用小区发射带宽。
15、根据权利要求14所述的方法，其中所述用户设备通过读取在公共信道上发送的系统信息来获得所述第一信息(500)。
16、根据权利要求15所述的方法，其中处于空闲模式的用户设备至少在重新选择新的小区之后获得所述第一信息。
17、根据权利要求14-16中的任何一项所述的方法，其中处于空闲模式的用户设备每不连续接收(DRX)周期获得所述第二信息至少一次。
18、根据权利要求14-17中的任何一项所述的方法，其中处于连接模式的用户设备每TTI地获得所述第二信息。
19、根据权利要求14-18中的任何一项所述的方法，其中用户设备在所述预留子载波被激活的情况下识别所述预留子载波，并且在解调过程中忽略这些预留子载波(509)。
20、根据权利要求14-19中的任何一项所述的方法，其中如果在当前TTI中没有启用所述预留子载波，用户设备利用构成了所述预留子载波的带宽来进行数据传送(510)。
21、一种用户设备，所述用户设备能够利用预留子载波来改善在空闲模式和连接模式下的接收信号的调制质量，所述用户设备包括：
适于获得与小区中使用的预留子载波模式有关的信息的单元(700)；
适于接收与预留子载波的激活/去激活有关的信令的单元(706)；
适于对与所述预留子载波和激活或者去激活信令有关的信息进行解释的单元(707)。
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