CN101563859A - Ofdma系统中在发射时间间隔期间切换天线的方法和系统 - Google Patents

Ofdma系统中在发射时间间隔期间切换天线的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种在正交频分多址接入(OFDMA)无线通信系统中在发射符号的同时对天线进行切换的方法和系统。各符号均包括循环前缀和数据信号块。在一个发射时间间隔(TTI)的第一部分期间从第一天线对符号进行发射。接着，将RF链切换到第二天线以对符号进行发射，其中所述切换大致在发射两个连续发射的符号之间进行。

Description

OFDMA系统中在发射时间间隔期间切换天线的方法和系统
相关申请
本申请涉及Mehta等共同提交的名称为“Method and System forAntenna Selection in Wireless Networks(无线网络中的天线选择方法和系统)”的美国申请No.(案号MERL-1883)，以引证方式将其并入于此。
技术领域
本发明总体上涉及OFDM无线网络，更具体地涉及在这种网络中对天线进行切换。
背景技术
全球移动通信系统(GSM)的第三代合作伙伴计划(3GPP)规范包括针对GPRS、EDGE以及W-CDMA的规范。物理层多址方案的当前工作假设是上行使用OFDMA，下行使用单载波FDMA(SC-FDMA)。OFDM下行中的子载波间隔是15kHz，最多存在2048个可用的子载波。下行数据信道上所支持的调制格式是QPSK、16QAM以及64QAM。
根据3GPP长期演进(LTE)，发射在时间上被划分为时长为0.5ms的时隙，以及时长1.0ms的子帧。一个无线帧为10ms长。基本发射单元是发射时间间隔(TTI)。1个TTI可为一个或更多个时隙。
在各时隙期间，发射多个OFDM符号。各时隙可包括导频音(pilottone)和用户数据。导频音使得能够在接收机处进行信道估计以进行数据解调、天线选择以及无线资源分配。通常，接收机将信道估计发送回发射机，随后发射机能够根据最佳信道来选择天线。在动态环境中，周期地进行信道估计和天线选择以适应变化的信道状况和移动台。
各OFDM符号以循环前缀(CP)开始。CP使得在无线信道中存在多径干扰时的符号间干扰(ISI)最小化。当所接收的信号的第一CP长度的时长被丢弃时，结果信号变为该数据与信道的循环卷积。只要信道中的多径色散小于CP时长，这就是成立的。因此，不存在子载波之间的干扰(即载波间干扰(ICI))。
LTE中的OFDMA结构
在3GPP TR 25.814v1.2.2″Physical Layer Aspects for EvolvedUTRA，″Release 7，March 2006中描述了基本上行发射方案，以引证方式将其合并于此。该方案是具有循环前缀的单载波发射(SC-FDMA)，以实现上行用户间正交使得在接收机处能够具有有效的频域均衡。这使得能够与下行OFDM方案具有相对高的通用性，并且能够重用相同的参数(例如时钟频率)。
天线选择
3GPP系统使用多输入、多输出通信(MIMO)。也就是说，发射机和接收机可使用天线阵列来增加空间性。尽管MIMO系统效果很好，但它们也增加了发射机和接收机中的硬件和信号处理复杂度、功耗以及部件大小。复杂度增加的一个主要原因是各接收天线元件都要求包括低噪声放大器、下变频器以及模数转换器在内的专用射频(RF)链；并且各发射天线元件都要求包括数模转换器、上变频器以及功率放大器在内的RF链。另外，对在空间复用方案中接收的信号的处理或者利用空时格码进行的处理要求其复杂度随着发射和接收天线元件的数量而增加(有时呈指数增加)的复杂接收机。
由于天线元件通常较廉价而RF链要贵得多，因此天线选择解决了与MIMO系统相关联的一些复杂度方面的缺点。通过利用比天线元件的数量更少的RF链，天线选择降低了发射机和接收机的硬件复杂度。在天线选择中，由开关自适应地选择可用天线元件的子集，可用RF链仅对来自所选择的天线子集的信号进行进一步处理，参见N.B.Mehta and A.F.Molisch，″Antenna selection in MIMO systems，″in″MIMO SystemTechnology for Wireless Communications，″(G.Tsulos，ed.)，ch.6，CRC Press，2006，A.F.Molisch and M.Z.Win，″MIMO systems with antenna selection，″IEEE Microwave Mag.，pp.46-56，Mar.2004，S.Sanayei and A.Nosratinia，″Antenna selection in MIMO systems，″IEEE Commun.Mag.，pp.68-73，Oct.2004，Rl-050944，″Antenna selection techniques，″Mitsubishi Electric，3GPPRAN1#42，2005，Rl-051398，″Transmit antenna selection techniques foruplink E-UTRA，″Institute for Infocomm Research，Mitsubishi Electric，NTTDoCoMo，以引证方式将这些文献合并于此。
能够在一个TTI内对天线进行切换是有利的，因为这将使得能够从多个或全部可用天线发射导频音或数据，以增加空间分集。即，从不同天线发射的信号在任何时刻都通过不同的无线信道到达接收机。这将改善发射方案对衰落的鲁棒性，因为全部无线信道均处于衰落下降的几率极低。
发明内容
本发明提供了一种在正交频分多址接入(OFDMA)无线通信系统中在发射符号的同时对天线进行切换的方法和系统。各符号均包括循环前缀和数据信号块。在一个发射时间间隔(TTI)的第一部分期间从第一天线发射符号。接着，RF链切换到第二天线以对符号进行发射，其中所述切换大致在发射两个连续发射的符号之间进行。
附图说明
图1A是本发明的一个实施方式使用的发射机的框图；
图1B是根据本发明的该实施方式的用于进行切换的OFDMA符号的基本结构的框图；
图2A-2B是本发明的一个实施方式使用的子载波映射的框图；
图3-5是本发明的实施方式使用的发射时间间隔的框图；
图6是根据本发明的实施方式的天线切换的框图；
图7是根据本发明的实施方式的天线选择和天线切换的框图；以及
图8是根据本发明的实施方式的四天线切换方案的框图。
具体实施方式
本发明的实施方式提供了一种用于在发射OFDMA符号的同时在一个发射时间间隔(TTI)期间对天线进行切换的方法和系统。这需要精心的设计，因为天线之间进行切换要求有限量的时间。
图1A示出了本发明可使用的发射机的基本结构。将以速率R对符号NTX 100进行编码。对输入符号100应用离散傅里叶变换(DFT)110。随后进行子载波映射120以及快速傅里叶逆变换(IFFT)130，随后，在符号被调制并在信道141上发射之前进行循环前缀(CP)插入140。
图1B示出了根据本发明的用于切换的OFDMA符号100的基本结构。符号100包括循环前缀101和数据信号块102。循环前缀101是将符号的末端103插入到符号100的起始处的重复。CP的目的是使得在数据信号块102到达接收机之前能够解决多径问题。通常，循环前缀的长度等于保护间隔。该块可长可短。短块用于数据调制(DM)信号和天线选择(AS)信号。短块中的信号经常被称为“参考信号”或“导频音”。长块用于控制信号和数据信号。
对天线进行切换所要求的时间可用纳秒来衡量，例如取决于实际的应用可以为10到100纳秒。该幅度的数量级比符号的长度(例如10ms)要短。因此，在本发明的一个实施方式中，天线大致在符号间切换104。即，切换可能发生在前一符号的块的末端，或者发生在下一符号的CP的起始处。
子载波映射120确定频谱(子载波)的哪一部分用于发射。如图2A-2B所示，在各DFT输出样点之间插入L-1个0。如图2A所示，L＝1的映射对应于局部发射(localized transmission)，即其中DFT输出被映射到连续的子载波的发射。如图2B所示，L＞1代表分布式发射结果，其被认为是局部发射的补充以用于额外的频率分集。
图3示出了用于3GPP LTE的具有一个时隙300的一个TTI。该TTI具有0.5ms的时长。该一个时隙包括循环前缀(CP)310、长块(LB)320、短块(SB)330。短块中的符号可用于发射导频音331。长块320用于发射信息符号(数据)。因此，该TTI包括6个LB和2个SB。
图4示出了用于3GPP LTE的另一个0.5ms的TTI 400。在该情况下，所有OFDM符号具有相同长度。时隙中的一个或更多个LB 320用于发射导频音331，而其他LB用于发射数据。实际上，该TTI具有7个LB 320。
图5示出了具有多个时隙的TTI 500。例如，该TTI是1.0ms并包括2个时隙。这些时隙可如图3和图4所示。
在本发明的一个实施方式中，在包含导频音的SB或LB中进行天线切换。在该情况下，信道估计的精度可能降低。在另一实施方式中，在承载数据的长块中进行切换。这将导致数据的丢失，这部分地由TTI上的信道编码进行补偿。
切换可在位于SB或LB之前或之后的CP期间进行，或在SB或LB自身期间进行。无论在哪种情况下，SB或LB的子载波之间的正交性都会降低，而这导致了ICI。
在上行信道中，来自移动台(用户)的所有信号同时地到达基站。因此，所有信号一起被处理。在解调之前，基站不能区分哪个分组来自哪个用户。因此，来自一个用户的信号的正交性的任何损失都会造成对其他用户的ICI。该干扰随着在切换期间丢失的采样的数量增加而增加。
开环天线切换
在根据本发明的一个实施方式的开环天线切换中，发射机处的所有天线在一个TTI内以预定方式进行切换。不基于瞬时信道状态而对切换进行动态地调节。优选的是在该TTI期间仅将天线切换一次，以给予每个天线等量的发射时间。
如图6所示，切换(SW)601的时间可以取自LB的CP或者取自该LB的位于CP之前的数据部分，或取自这两者的部分。图6示出了Tx发射天线1和Tx天线2的切换。
闭环天线切换
在闭环天线切换方案中，如图7中两个Tx天线Tx1和Tx2所示，整个TTI 701被所选择的天线发射，在理想情况下这具有可用天线的最佳瞬时信道增益。为了使得基站能够确定未选择的天线的信道状态并选择710最佳天线，未选择的天线每几个TTI地周期性地发射包含导频音720的LB或SB中的一个。如图7所示，在所选择的天线(例如Tx2被使用730)之前存在延迟。在该实施例中，Tx2被重新选择。因此，基站随后能够在发射数据的同时估计这两个天线的信道状态，并确定随后的发射要使用的最佳天线。
图8示出了可以对天线进行切换的四种方式。切换完全是在用于发送导频音的LB/SB内进行，并使用CP以及LB或SB数据部分进行切换-801。使用用于发送导频音的LB/SB的CP以及相邻的LB的CP的切换-802。使用用于发送导频音的LB/SB的CP以及相邻LB的CP进行切换-803。使用相邻LB的CP而不使用用于发送导频音的LB/SB的CP进行切换-804。
在上述4种方法中，第一种方法(其中包含导频音的LB/SB用于发射)用于切换时间，由于数据LB不受影响，因而导致性能的损失最低。
尽管通过优选实施方式的实例而描述了本发明，但应理解的是可在本发明的精神和范围内进行各种适应性改变和修改。因此，所附的权利要求的目的是覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这种变型和修改。

Claims (12)

1、一种在正交频分多址接入(OFDMA)无线通信系统中在发射符号的同时对天线进行切换的方法，各符号均包括循环前缀和数据信号块，该方法包括以下步骤：
在一个发射时间间隔(TTI)的第一部分期间从连接到RF链的第一天线对符号进行发射；以及
在所述TTI的第二部分期间，将所述RF链切换到第二天线以对符号进行发射，其中所述切换大致在发射两个连续的符号之间进行。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述切换是在前一符号的数据信号块的末端进行。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，所述切换是在下一符号的循环前缀的起始处进行。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述切换大致是在两个连续的TTI之间进行。
5、根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据信号块较短。
6、根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据信号块包括导频音。
7、根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据信号块较长。
8、根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据信号块包括用户数据。
9、根据权利要求6所述的方法，其中，所述导频音用于信道质量估计以便进行频域调度。
10、根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括以下步骤：
对所述第一天线和所述第二天线进行信道估计；以及
基于所述信道估计从所述第一天线和所述第二天线中选择一个最佳天线来发送后续的符号。
11、根据权利要求6所述的方法，该方法进一步包括以下步骤：
由所述第一天线和所述第二天线周期性地发射所述导频音；以及
利用所述导频音对所述第一天线和所述第二天线进行信道估计。
12、一种用于在正交频分多址接入(OFDMA)无线通信系统中在发射符号的同时对天线进行切换的系统，各符号均包括循环前缀和数据信号块，该系统包括：
用于在一个发射时间间隔(TTI)的第一部分期间从第一天线对符号进行发射的装置；以及
用于在所述TTI的第二部分期间将RF链切换到第二天线以对符号进行发射的装置，其中所述切换大致在发射两个连续发射的符号之间进行。
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