CN101569126A - 用于在利用ofdm技术的通信系统中的符号映射的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于无线通信系统中的符号映射的方法和设备，所述无线通信系统利用OFDM传输技术结合先进编码方案。在根据本发明的适合于在利用OFDM传输技术的无线通信系统中使用的方法中，OFDM网格由来自时间、频率或空间维度中的至少第一维度和第二维度来定义。先进编码方案，例如Alamouti编码，输出借助编码而相关的符号。定义码相关符号组的至少一些符号将经历相同的或至少非常相似的无线电信道。根据本发明的一个实施例，来自相同的码相关符号组的符号被尽可能地紧密地置于OFDM网格中。

Description

用于在利用OFDM技术的通信系统中的符号映射的方法和设备

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的符号映射。特别地，本发明涉及利用OFDM和先进编码方案的系统中的符号映射。

背景技术

正交频分复用(OFDM)在若干宽带数字通信系统中已经成为普遍的技术。OFDM技术被用在诸如ADSL之类的连线(wire-bound)系统和诸如WLAN之类的无线系统这二者中。近来OFDM已经被选择为下一代移动通信4G中的一种传输技术。OFDM提供高谱效率并且对于干扰和多径传播而言是相当鲁棒的。

另外，OFDM能够在没有复杂的均衡的情况下适应变化的信道条件。

在使用OFDM的系统中，在信道编码和调制之后符号被映射到二维时间-频率网格(grid)上。该网格还可能具有第三维度-空间维度，如果无线系统利用多个发射天线的话。作为OFDM技术的特征的网格或矩阵定义了资源单元，所述资源单元是系统中的最小可寻址的实体。在图1a中图示出具有垂直频率轴和水平时间轴的二维OFDM网格。4个不同频率f1-f4和7个时隙t1-t7被使用，每个频率/时隙对表示一个资源单元，从而提供28个可独立寻址的资源单元。在图1b中，增加了空间维度，采用4天线方案的形式，图示出在4个天线上传播信号。在下文中，出于简明的原因，仅仅说明频率-时间网格，不过空间维度存在于使用多个天线的实施方式中。

传统上以有序方式将经编码和调制的符号映射到OFDM资源单元上。能够以若干不同的方式来进行映射。第一，能够逐行(row-wise)或逐列(column-wise)地进行映射。第二，能够从左到右或从右到左地填充各行，以及第三，能够从上到下或从下到上地填充各列，总共提供了8个不同的映射方式。图1a中给出了一个例子，其中已经逐行(频率)、从左到右且从上到下地执行了映射。

与诸如OFDM之类的频谱有效传输技术结合，现在和将来的通信系统所设想的高速通信依赖于先进的编码方案。编码方案的目的在于提高数据传输的可靠性，由此减少重传次数(较低的误比特率(BER))。与理想的无损传输相比，利用编码所引入的冗余通常降低传输速率。然而，如果采用适当的编码，则有效速率得以提高。通常被称作空时块码(STBC)的新颖编码方案在对理想速率影响很小的情况下提供冗余。最受重视的STBC编码方案-Alamouti码，″A Simple Transmit DiversityTechnique for Wireless Communications″IEEE Journal on Selected Areasin Communication，第16卷，第8期，1998年10月，第1451-1458页提供了全速率，即不降低速率的编码冗余。根据该编码方案，两个符号被联合地编码并且通过两个资源单元(即通过两个副载波或两个时隙)进行传送。该性能依赖于在信道条件方面两个资源单元之间的相似性。其他先进编码方案具有类似的要求。

因为资源单元之间的某些关系(例如无线电信道条件尽可能相同)是编码的良好性能的先决条件，所以诸如Alamouti之类的先进编码方案对将符号映射到OFDM网格上带来要求。

发明内容

OFDM传输技术和诸如空时块码之类的先进编码方案能够在无线系统中提供甚高速数据速率。然而，所述技术必须以建设性的方式相互作用，在现有技术中并非总是如此。

本发明的目的是提供克服现有技术的缺点的方法和设备。这是通过在权利要求1中所限定的方法以及在权利要求16中所限定的传送节点来实现的。

在根据本发明的适合于在利用OFDM传输技术的无线通信系统中使用的方法中，OFDM网格由来自时间、频率或空间维度中的至少第一维度和第二维度来定义。先进的编码方案产生符号，所述符号通过编码而相关。根据本发明，对通过编码而相关的符号的映射依赖于编码方案所提出的优先选择(preference)。通过编码而相关的一些符号应该经历相同的或至少相似的无线电信道以便使得编码得以优化。根据本发明的实施例，这些定义了码相关符号组的符号被尽可能紧密地置于OFDM网格中。编码方案的例子包括但不局限于STBC编码方案，例如Alamouti编码方案。

根据本发明的方法包括以下主要步骤：

-把来自第一码相关符号组的第一符号置于网格中的第一位置；

-如果第二符号属于与第一符号相同的码相关符号组，则将第二符号置于与第一符号的位置尽可能接近的第二位置。

如果第二符号不属于与第一符号相同的码相关符号组，则第二符号能够被自由地置于OFDM网格中。然而，应该关注实现对网格的有效填充。第二位置可以表示在一个维度上不改变并且在其他维度上改变到相邻位置。例如，如果频率是第一维度，则第二符号被置于与第一符号在频率上等值，但是在其他维度上(即在不同的时隙中)具有不同值的位置。

表示本发明的不同实施例的各种版本，其中除了满足先进编码方案所提出的要求之外，还关注以有效方式填充OFDM网格。根据一个实施例，逐行映射被使用，行对应一个维度，列对应另一维度。从左到右每隔一行地进行填充，并且其他行从右到左填充。可替换地，逐列映射被使用，行对应于一个维度，列对应于另一维度，并且从上到下每隔一列地进行填充并且其他列从下到上填充。

外部无线电环境可能会如此以至于在一个维度上的位置改变比在另一维度上的改变更为关键。在多径衰落情形中，例如频率偏移会引起明显不同的无线电信道。在此情况下，有利的是尝试把来自一个码相关符号组的符号映射到OFDM网格中具有相同频率的位置。对于高速行进的移动站或用户设备，有利的是以相同的时隙进行传送以便保持无线电信道相似。根据本发明的一个实施例，至少部分根据外部无线电环境因素来确定优选维度，所述优选维度指示该维度上的改变与其他维度上的改变相比对无线电信道特性的影响较小。在映射过程中，优选的是对于相同的码相关符号组的符号而言仅改变优选维度上的值。

由于本发明，使得优化先进编码方案和OFDM传输技术的组合使用成为可能。

一个优点在于，根据本发明的方法简单易行并且不需要大范围的处理资源。

本发明方法所提供的另一优点是在映射过程中能够考虑外部无线电环境因素。

在从属权利要求中限定了本发明的实施例。当结合附图和权利要求来考虑时，根据以下对本发明的详细说明，本发明的其他目的、优点和新颖特征将变得很明显。

附图说明

现在将参考附图来详细地描述本发明，其中

图1a-b示意性地图示出根据现有技术映射方案在(a)两个维度-频率和时间上和(b)三个维度-频率、时间和空间上将符号映射在OFDM网格上；

图2a-b示意性地图示出使用现有技术映射方案在某些条件下出现的问题；

图3是通过根据本发明的方法的流程图；

图4是通过根据本发明的方法的一个实施例的流程图；

图5a-c示意性地图示出通过根据本发明的方法所产生的映射；

图6是通过根据本发明的方法的一个实施例的流程图；

图7示意性地图示出根据本发明的传送节点。

具体实施方式

在其中可以采用本发明的通信系统中，多个实体共享通信资源。通信系统可以是蜂窝类型，并且一个无线电节点是与多个移动站(MS)或用户设备(UE)进行通信的基站(BS)，如UMTS的当前和未来版本。这样的系统还可以包括移动和固定中继站。同样共享无线电资源的其他系统包括不同种自组系统和多跳系统，其中用户设备通常还担当用于向端节点转发消息的中继站。这样的系统一般具有比蜂窝系统少得多的指令结构。在下文中，将在蜂窝(无线)情形中例示根据本发明的方法和设备。然而，如本领域技术人员所理解的那样，本发明在仅进行略微修改的情况下还可适用于其他类型的通信系统，其中通信资源在多个用户之间被共享，例如基于ADSL/VDSL的系统和WLAN系统。

在使用OFDM的无线系统中，例如逐行从左到右且从上到下将符号映射到二维或三维网格上，如参考图1a-b所描述的那样。

一些先进编码方案，例如Alamouti码(其将被用作非限制性例子)对于应该如何执行映射施加了限制。通过Alamouti码，两个输入符号被编码成四个输出子符号并且四个子符号被映射到两个优选的不相关的天线和两个资源单元上。所述资源单元应该经历相同的无线电信道，或者尽可能相似的无线电信道。被映射到相同的资源单元上的两个子符号此后被称为符号。如果这些符号在时间-频率OFDM网格中被尽可能彼此接近地放置，则无线电信道将会尽可能相似。如果符号在网格中以过大的距离来放置，则在误比特率、误块率、吞吐量和延迟方面的性能将会降低。

上面描述的现有技术映射在以下情况下是不合适的：被一起编码的符号数目不是适于一行(在逐行映射的情况下)或一列(在逐列映射的情况下)的符号数目的约数，如图2a所示，其中由Alamouti编码所引起的“对”被表示为1a-1b，2a-2b等等。在示例性图中，一些符号对被紧密地映射，例如符号1a和1b以及符号2a和2b。由于在行中可用位置(资源单元)与成对符号之间的不匹配，一些符号对没有被彼此接近地映射，符号4a和4b，以及符号11a和11b。

当例如参考符号(或导频符号)或控制符号被穿入(puncture)OFDM网格中时，出现另一问题。在图2b中所示的例子中，被一起编码的符号数目是每行符号数目的约数。由于其他类型的符号所使用的位置，并非所有联合编码的符号能够被置于彼此接近的位置。

根据本发明的方法，以尽可能地优化先进编码方案的性能的方式将符号映射在OFDM网格上。在该方法中，至少第一和第二维度被定义，例如频率和时间，从而形成至少二维网格。根据来自所使用的编码方案的输出来对将被映射到网格上的符号进行分组。彼此具有编码关系并且需要相似无线电信道的符号被称为码相关符号组。如果Alamouti码被使用，则码相关符号组在网格中占用两个位置。应该注意到，如上所述，编码方案可以产生应该被置于第三(优选地不相关的)维度(通常为空间维度)上的输出子符号。在图3的流程图中示出符号的映射。在该方法的步骤之前，Alamouti编码例程输出将被置于OFDM网格中的后续符号的序列。所述方法包括以下步骤：

305：将第一符号置于网格中的第一位置。

310：选择后续的第二符号。

315/325：如果第二符号属于与先前符号相同的码相关符号组，则将第二符号置于与在相同的码相关符号组中的先前符号的位置尽可能接近的第二位置。

315/320：如果第二符号不属于与先前的符号相同的码相关符号组，则第二符号能够被“自由地”置于OFDM网格中。然而，关注实现对网格的有序填充。

对于下一后续符号重复步骤310-325，直到网格被填满。

在步骤325中将第二符号置于第二位置优选地被执行以使得第二位置表示一个维度上不改变并且在其他维度上改变到相邻位置。如果那是不可能的，则选择下一最接近的位置，等等。例如，如果频率是第一维度，则第二符号被置于与第一符号在频率上具有等值的位置，但是在其他维度上(即在不同的时隙中)具有不同值的位置。

以上将引起伪随机的游走，在有效填充网格方面，这可能是不利的。因此根据图4的流程图的图示，可以将该方法修改为：

402：选择/确定第一优选维度，例如时间，以及与第一维度相关联的第一优选方向例如增加，以及第二优选方向，例如与第二维度(例如频率)相关联的减少。

405：将第一符号置于网格中的第一选定位置，所述位置例如表示第一维度上的最低值和第二维度上的最高值。

410：选择后续的第二符号。

415/420：如果可能的话，将下一符号置于第一优选维度上的优选方向上的下一位置(下一时隙)。

425/430：如果不可能将下一符号定位于在优选的第一方向上并且在第一优选维度(时间)上邻近第一符号，则将第二符号置于第二优选方向上(减少)的下一位置，即在第二维度(频率)中移动。

435：将第二符号置于尽可能接近于第一位置的位置。

440/445：如果不可能在第一优选方向上移动，则使第一优选方向反向。

对于下一后续符号重复步骤410-445，直到OFDM网格被填满。

以上描述的映射方法能够被设想为如果需要则改变将符号填入二维网格的方向。如果逐行映射被使用，则从左到右每隔一行地进行填充，并且其他行从右到左填充。如果逐列映射被使用，则应该从上到下每隔一列地进行填充，并且其他列从下到上填充。这还将给出8种不同的执行映射的方式，与针对现有技术映射所描述的一样。这种映射的结果在图5a中示出，其中符号被两个两个地一起编码，并且通过使用本发明的映射所有符号对被彼此接近地映射。映射是逐行进行的，开始于从左到右，交替以从右到左和从上到下。

在如参考图2b所描述的情形中，其中为某些类型的信令保留位置，参考图4的流程图所描述的实施例将引起图5b中所示出的网格。其他约束可以被引入该方法中以优选下一最近位置而不是最近位置，如果这样的选择带来对网格的更为有效的填充的话。这样的修改的结果(表示该方法的实施例)在图5c中示出。类似方法将引入以下约束：应该保持逐行(或逐列)往复的填充，而不考虑所保留的位置。

在某些情况下，优选的是，对一个码相关符号组中的符号的放置相对于网格中的一个维度是恒定的。例如，向码相关符号组中的所有符号提供相同频率或时隙。如果UE以相对高的速度行进时，则会是这种情形。为了满足对于所有符号而言相似的无线电信道这一要求，根据Alamouti码，对码相关符号组中的符号的放置应该优选地在相同的时隙内，即逐列映射-在参考图5a-c的示例性图示的情况下。另一情形是在以下情况中：其中UE位于由复杂的多径衰落来表征的地理位置。在这样的情形中，对于码相关符号组中的所有符号而言优选恒定频率，这对应于图5a-c中的逐行映射。由于以上例示的无线电条件的优先选择将被称为“外部无线电环境因素”。

考虑到外部无线电环境因素的该方法的修改(表示本发明实施例)在图6的流程图中示出，并且包括以下步骤：

601：确定外部无线电环境因素，即BS与UE之间的无线电条件是否是如此以至于在一个维度上的改变与在另一个维度上的改变相比对无线电信道的特性的影响较小。

602：根据外部无线电环境因素来选择/确定第一优选维度，例如时间，以及与第一维度相关联的第一优选方向例如增加，以及第二优选方向，例如与第二维度(例如频率)相关联的减少。第一优选维度应该对应于其中位置的改变对于无线电信道的特性影响最小的维度。

610：选择符号组，即码相关符号组的所有符号。

615：搜索网格以找寻仅在优选维度上改变的多个位置，例如开始于表示第一维度上的最低值和第二维度上的最高值的位置，位置的数目对应于码相关符号组中的符号数目。优选地，位置是连续的，以便还使优选维度上的改变最小化。

620/625：如果优选维度上所需数目的位置被识别，则将码相关符号组中的符号置于所识别的位置。

620/630：如果不可能找到仅在优选维度上改变的所需数目的位置，则在第二维度上尽可能接近地放置码相关符号组的符号。

对于下一码相关符号组重复步骤610-630，直到网格被填满。

外部无线电环境因素能够通过已知方法来确定。实际上，在很多情况下外部无线电环境因素已经存在于BS中，例如作为出于其他目的而表征无线电信道和/或估计UE速度的结果。

如果例如UE在保持通信的同时以高速行进，则无线电信道在时间上快速改变。因此，为了在码相关符号组中的符号上保持相似的无线电信道，优选地应该在OFDM网格中的共享相同时隙但是具有不同频率的位置上传送符号。在这种情况下，与频率相对应的维度是优选维度。

在多径衰落情形中，对于频率中的微小改变，无线电信道会相当平坦地变化。在这种情况下优选地在相同频率上传送码相关符号组的所有符号，因此时间被确定为优选维度。

在图7中示意性地图示出根据本发明的在传送节点中的适合于实现上述实施例的设备。根据本发明的模块和块将被视为通信系统中的基站和/或用户设备的功能部件，而未必是独立的物理对象。所述模块和块优选地被至少部分实现为软件代码装置，以适于实现根据本发明的方法。术语“包括”主要指的是逻辑结构并且术语“连接”在此应该被解释为功能部件之间的链路而未必是物理连接。然而，根据所选择的实施方式，某些模块可以被实现为接收或发送节点中的在物理上有区别的对象。术语“传送节点”应该被赋予广义的解释，意指能够利用OFDM技术进行无线通信的任意设备、独立的或较大实体的一部分。传送节点的例子包括但不局限于无线电基站、用户设备，例如移动电话、PDA和膝上型计算机。

传送节点705包括无线电通信装置710，其提供用于执行无线电信号的实际接收和传输的必要功能并且是本领域技术人员所公知的。无线电通信装置710适于利用OFDM技术并且优选地利用多个天线715来进行通信。根据本发明，传送节点705被提供有编码模块720，其适于例如利用Alamouti编码对输入符号流进行编码，以产生输出符号流，包括具有需要符号在非常相似条件下传送的码相关的符号组-码相关符号组。映射模块725与无线电通信装置710和编码模块720结合。映射模块725适于接收所输出的符号流并且将符号映射到OFDM网格上。根据本发明，映射模块725适于以依赖于编码方案所提出的优先选择的方式对来自码相关符号组的符号进行映射。根据本发明的一个实施例，编码模块720执行STBC，例如Alamouti编码，并且映射模块725适于将相同码相关符号组的符号尽可能彼此接近地定位在OFDM网格中。此外，对映射模块725的适配对应于上面描述的方法的不同实施例。

根据另一实施例，传送节点705被提供有适于表征无线电环境的外部无线电环境确定模块730以及传送节点705与之进行通信的其他无线电节点，被称为接收节点。外部无线电环境确定模块730与用于接收与无线电环境有关的数据的无线电通信装置结合。根据无线电环境和接收节点的特征，外部无线电环境确定模块730适于为映射模块725提供优选的第一维度以及可能地在该维度上的优选方向，所述优选维度表示这样的维度：其中的改变对于无线电信道的影响最小。外部无线电环境确定模块730可以包括或者连接到用于确定接收节点的速度和/或方向的装置。

尽管已经结合目前被认为是最实际且优选的实施例对本发明进行了描述，但是应该理解的是，本发明不局限于所公开的实施例，相反，其意在覆盖所附权利要求内的各种修改和等同方案。

Claims (21)

1.一种将符号映射到OFDM网格的方法，所述网格由来自时间、频率和空间维度中的至少第一维度和第二维度来定义，并且其中先进编码方案被使用，从而提供多个码相关符号组，所述码相关符号组包括通过编码方案而相关的多个符号，所述方法的特征在于：来自码相关符号组的符号的映射依赖于编码方案所提出的优先选择。

2.根据权利要求1所述的映射方法，包括以下步骤：

-把来自第一码相关符号组的第一符号置于(305)网格中的第一位置；和

-如果第二符号属于与第一符号相同的码相关符号组，则将第二符号置于(315/325)与第一符号的位置尽可能接近的第二位置。

3.根据权利要求2所述的映射方法，其中第二位置表示相对于第一位置在一个维度上不改变并且在其他维度上改变到相邻位置。

4.根据权利要求2所述的映射方法，其中先进编码方案是Alamouti编码方案并且码相关符号组包括两个联合编码的符号，来自码相关符号组的两个符号被尽可能彼此接近地置于OFDM网格中。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的映射方法，包括以下步骤：

-选择/确定(402)第一优选维度、与第一维度相关联的第一优选方向，以及与第二维度相关联的第二优选方向；

-将第一符号置于(405)网格中的第一选定位置；

-如果可能的话，将第二符号置于(415/420)第一优选维度上优选方向上的下一位置；

-如果不可能将第二符号置于在优选的第一方向上并且在第一优选维度上邻近第一符号，则将第二符号置于(420)第二优选方向上的下一位置；和

-如果不可能在第一优选方向上在网格中移动，则使第一优选方向反向(440/445)。

6.根据权利要求1所述的映射方法，其中，逐行映射被使用，行对应于一个维度，列对应于另一维度，并且其中将从左到右每隔一行地进行填充并且其他行从右到左填充。

7.根据权利要求1所述的映射方法，其中，逐列映射被使用，行对应于一个维度，列对应于另一维度，并且其中从上到下每隔一列地进行填充并且其他列从下到上填充。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的映射方法，其中外部无线电环境因素被确定，并且其中将符号映射到OFDM网格上的方式依赖于外部无线电环境因素。

9.根据权利要求8所述的映射方法，其中优选维度的选择基于外部无线电环境因素，并且所述选择是如此以至优选维度上的改变与另一维度上的改变相比对无线电信道特性的影响较小。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的映射方法，其中一个维度是频率而另一维度是时间。

11.根据权利要求9所述的映射方法，其中接收无线电节点和/或传送无线电节点经历时变的无线电信道，并且优选维度被确定为频率。

12.根据权利要求9所述的映射方法，其中接收无线电节点和/或传送无线电节点经历多径衰落，并且优选维度被确定为时间。

13.根据权利要求9到12中任一项所述的映射方法，进一步包括以下步骤：

-确定(601)外部无线电环境因素；

-根据外部无线电环境因素，选择(602)第一优选维度，和与第一维度相关联的第一优选方向，所述第一优选维度被选为其中位置的改变对无线电信道的特性引起的影响最小的维度；

-选择(605)包括码相关符号组的所有符号的符号组；

-搜索(615)网格以找寻仅在优选维度上改变的多个位置，位置的数目对应于码相关符号组中的符号数目；

-如果优选维度上所需数目的位置被识别，则将码相关符号组中的符号置于(620/625)所识别的位置。

14.根据权利要求13所述的映射方法，进一步包括以下步骤：

-如果不可能找到所需数目的位置，则在第二维度上尽可能接近地放置(620/630)码相关符号组的符号。

15.根据权利要求13或14所述的映射方法，其中在搜索步骤(615)中搜索仅仅在优选维度上改变的连续位置。

16.一种适于在利用OFDM传输技术的无线通信系统中使用的传送节点(705)，传送节点(705)包括无线电通信装置(710)，所述无线电通信装置适于执行用于使用多个天线(715)执行对无线电信号的传输的必要功能，所述传送节点(705)特征在于：

-编码模块(720)，适于对输入符号流进行编码以产生输出符号流，包括具有码相关的符号组，以下称为码相关符号组：

-映射模块(725)，与无线电通信装置(710)和编码模块(720)结合，所述映射模块(725)适于接收所输出的符号流并且为无线电通信装置(725)提供如何将符号映射到OFDM网格上的指示，映射模块(725)还适于以由依赖于编码方案(720)所采用的编码方案提出的优先选择的方式对来自码相关符号组的符号进行映射。

17.根据权利要求16所述的传送节点(705)，其中编码模块(720)适于执行STBC，并且映射模块(725)适于将相同码相关符号组的符号尽可能彼此接近地定位在OFDM网格中。

18.根据权利要求16或17所述的传送节点(705)，其中映射模块(725)适于把来自第一码相关符号组的第一符号置于网格中的第一位置；此后放置第二符号，如果它属于相同的第一码相关符号组，并且如果可能的话，将其置于第二位置，所述第二位置表示在一个维度上与第一位置相等的值和在其他维度上的邻近值。

19.根据权利要求16或17所述的传送节点(705)，其中，映射模块(725)适于使用逐行映射，行对应于一个维度，列对应于另一维度，并且其中将从左到右每隔一行地进行填充并且其他行从右到左填充。

20.根据权利要求16或17所述的传送节点(705)，其中，映射模块(725)适于使用逐列映射，行对应于一个维度，列对应于另一维度，并且其中将从上到下每隔一列地进行填充并且其他列从下到上填充。

21.根据权利要求16到20中任一项所述的传送节点(705)，进一步包括与无线电通信装置(710)和映射模块(725)结合的外部无线电环境确定模块(730)，外部无线电环境确定模块(730)适于表征传送节点(705)和传送节点与之进行通信的接收节点之间的无线电环境，并且适于根据所述表征为映射模块(725)提供优选的第一维度，优选维度表示其中的改变对于无线电信道特性的影响最小的维度。

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