CN101615981A - 用于对复合无线信号进行解码的方法和相应的接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在基于OFDM的无线通信系统中的接收机处对复合无线信号进行解码的方法，所述复合无线信号是由至少一个发射机发送的至少两个信号的叠加，每个信号具有信号特性，特别是调制方案、编码方案，使用所述OFDM系统的一组频率子信道上的同一无线资源来传输所述至少两个信号。根据本发明，该方法包括以下步骤：在所述接收机处收集与所述复合无线信号中包括的各信号的所述信号特性有关的信息；根据所述各信号的所述信号特性来选择所述复合无线信号中将要首先解码的信号；根据所述将要首先解码的信号的信号特性来对该信号进行解码；并且从所述复合无线信号中减去所述将要首先解码的信号的贡献值。

Description

用于对复合无线信号进行解码的方法和相应的接收机
相关申请的交叉引用
本发明是基于优先权申请EP 08305338.9，在此通过引用的方式包含其内容。
技术领域
本发明涉及一种用于对由至少两个信号的叠加组成的无线信号进行解码的方法。
背景技术
基于正交频分复用(OFDM)的网络使用多载波传输技术，并且由于它们特别是能够结合MIMO天线技术以达到非常高的比特率而有望在第四代无线/移动通信网络中用作接入技术。OFDM为高速移动应用提供了一种实际可选方式，因此代表着对于在3G LTE和802.16m中定义下一代移动无线系统或者第4代空中接口来说迈出了重要的一步。
在作为OFDM传输系统的多载波系统中，将所传输的数据拆分成多个并行数据流，每个数据流用于调制单独的子载波。换言之，宽带无线信道被细分成例如利用QPSK、16 QAM、64 QAM或者允许每个子载波更高数据率的更高调制阶数来独立调制的多个窄带子信道或者子载波。针对用户的子信道分配包括也称为频率选择分配的在系统的部分频域中的连续子信道分配或者在WIMAX的上下文中称为频率分集分配或者PUSC的在系统的整个频带内扩展的单个子信道。
在这样的OFDM系统中，子载波频率可以被短期地(例如均为2ms)分配给用户信道，并且应当在相同的短期上更新对用于每个用户的传输信道进行限定的每个子载波的调制阶数。
存在用以增加系统总吞吐量的不同方式。
首先，应当对不同用户进行高效子载波/调制分配，即当为用户识别最适当的子载波时，应当适当地选择将在这些子载波上使用的最优调制。只有在接收机处的信噪比(SNR)高到足以允许解调，才可以使用更高调制阶数。其次，MIMO技术通过提供可以并行操作的2个或者4个发送/接收天线来增加吞吐量。
在所有这些现有技术的系统中，接收机处的解码都是基于用户正在使用不同的时间资源、频率资源和/或码资源这一事实的，使得接收机处的解码器首先在知道不同用户所用资源的情况下应用解码。
本发明的一个特定目的在于提供一种用于对信号进行接收和可靠解码的方法，该方法进一步增加了无线通信系统中的吞吐量。
本发明的另一个目的在于提供一种相应的接收机。
发明内容
这些目的和下文显现的其它目的通过一种用于在接收机处对复合无线信号进行解码的方法来实现，所述复合无线信号(S组合)是由至少一个发射机发送的至少两个信号的叠加，每个信号具有信号特性，特别是调制方案、编码方案、导频模式、在物理信道与逻辑信道之间的子载波映射，使用同一无线资源来传输所述至少两个信号，并且这些目的也通过一种用于在无线通信系统中对复合无线信号进行解码的接收机来实现，所述复合无线信号是至少两个信号的叠加，每个信号具有信号特性，特别是调制方案、编码方案、导频模式、在物理信道与逻辑信道之间的子载波映射，使用同一无线资源来传输所述至少两个信号。
为了进一步增加系统容量，叠加来自不同用户的信号并且使用同一无线资源来传输这些信号，形成复合无线信号，接收机的任务在于使用组成复合信号的不同叠加信号的信号参数对复合无线信号中包括的所有信号进行解码，以便在接收机处高效地分离信号。
根据本发明的方法呈现出使用同一资源对包括信号叠加的信号进行可靠解码的优点。
在本发明的一个优选实施例中，该方法与用于叠加信号的频率分集资源分配相结合，这呈现出获得相当恒定的信道路径损耗的优点。根据这一相当恒定的路径损耗，可以在中央实体中估计接收机处的接收功率并且通过信号传送将该接收功率转发到用于执行该方法的接收机。这不需要在接收机处进行任何额外的测量。在这一情况下，不需要接收机处的瞬间信道状态信息，只需要关于信道统计(例如平均信道增益(路径损耗))的信息。这有利于减少该方法的复杂度。
在从属权利要求中限定本发明的更多有利特征。
附图说明
在阅读下文中通过非限制性说明来给出的对优选实施例的描述和附图时，将呈现出本发明的其它特征和优点，其中：
-图1示出了可以实施本发明的简化系统；
-图2示出了根据本发明的方法的不同步骤；
-图3示出了根据本发明的接收机的一种实现方式。
具体实施方式
图1示出了可以实施本发明的简化系统。这一系统包括基站11和两个用户12、13。用户12和13与基站11通信。本发明可以用于其中用户12和13作为发射机来工作而基站11作为接收机来工作的上行链路通信以及用于其中用户12和13作为接收机来工作而基站11作为发射机来工作的下行链路通信。
根据本发明，用户12和13在至少一个预定时间段期间共享同一资源。在应用于OFDM系统的情况下，这意味着两个用户在该预定时间段期间在同一频率子载波上在OFDM帧的同一时隙期间发送信号到基站11或从基站11接收信号。资源分配模块使用在本发明范围以外的算法来集中地进行对必须共享同一资源的用户的选择。本发明的目的在于提出一种用于虽然没有常用硬分离机制(也称为FDMA、TDMA、CDMA)可用但仍然在接收机处分离称为复合无线信号的叠加接收信号的方法。
根据本发明，分别发往或去往用户12和用户13的信号具有特定的信号特性，这些特定的信号特性例如编码方案C12、C13，调制方案M12、M13，导频模式(PP1、PP2)，在物理信道与逻辑信道之间的子载波映射(SM1、SM2)。这些信号特性或者它们的子集必须为接收机所知或者被转发到接收机，该接收机将把它们用于进行根据本发明的解码步骤并且分离两个信号。信号特性被通过信号传送发送到接收机(例如在下行链路方向上)或者通过某一内部接口来发送(例如对于BS中的上行链路方向)。接收机将在所传送的所有信号特性之中选择相关的信号特性。
在本发明的一个非常简单的实施例中，在接收机之外确定用于不同信号的解码次序并且由小区中的中央实体(例如基站)利用信号传送发送到接收机。在本发明的另一实施例中，接收机能够获得与不同叠加信号的接收功率有关的信息。用于这一点的一种可能方法可以包括测量用于复合信号的不同信号中所含导频信号的接收功率。取而代之，包括接收功率的信号特性可以由系统估计并且被转发到接收机，从而无需在接收机处进行测量。出于均衡目的，可以仅测量瞬时功率。然后，接收机将能够基于信号特性和接收功率来计算鲁棒性指标并且限定解码次序。
在本发明的又一实施例中，接收机获得与复合信号的不同信号的发射功率有关的信息并且基于该发射功率和路径损耗来计算对接收功率的估计。这在使用PUSC模式时尤其有利，其原因在于路径损耗缓慢地改变并且可以利用信号传送可靠地发送到接收机。可以计算和使用相同的鲁棒性指标以确定最佳的解码次序。
本领域技术人员将清楚，本发明可以用于多于两个用户同时使用同一资源来与基站通信。本领域技术人员也将清楚，单个用户可以使用根据本发明的方法在基站处例如通过可以分离的两个或者更多天线来生成两个或者更多信号。
图2示出了根据本发明的方法的不同步骤。
假设接收机如上文已经描述的那样知道不同叠加信号的信号特性以及发射功率和接收功率，则接收机必须进行以下步骤：
步骤21包括根据组成复合无线信号的所述各信号的所述信号特性(调制、编码方案、导频模式、在物理信道与逻辑信道之间的子载波映射)来选择将要首先解码的信号。
步骤22包括根据所述将要首先解码的信号的特性对该信号进行解码而将其余信号视为噪声。
步骤23包括使用相同信号特性对解码的信号进行重新编码。
步骤24包括从信号叠加中减去重新编码的信号以获得“其余”复合无线信号，该“其余”复合无线信号可以用来对另外的叠加信号进行解码。
步骤25包括针对其余信号重复步骤21-24，只要来自叠加信号的信号有待解码。
在本发明的一个优选实施例中，可以使用迭代处理以便改进解码。例如，一旦已经对所有信号进行解码，就可以从初始的复合无线信号中减去将构成噪声的其余信号，并且可以进行新的迭代从而再次对叠加信号进行解码。这将能够获得解码的更好可靠性。
在本发明的又一优选实施例中，迭代处理可以包括在如上所述已经对第一和第二信号进行解码之后，在已经从复合信号中减去第二信号的贡献值之后再次对第一信号进行解码。从复合信号中减去新的解码后的第一信号，从而可以再次对第二信号进行解码，并且依此类推。这一迭代处理还改进了解码的准确性。这一方法可以用于多于2个叠加信号。
在本发明的一个优选实施例中，选择用于传输组成复合信号的不同信号的频率子信道，以便在系统的频带上提供频率分集。PUSC(子信道的部分使用)子信道分配在WIMAX系统的上下文中尤其有利。
这一频率分集子信道分配具有的特点在于在系统的频带内很好地扩展向叠加用户分配的子信道，从而使得叠加信号总体上不受突然的信道改变所影响。即使信道在某些频率信道上变得不良，仍然可以因被分配用于传输的其它频率仍然具有良好的信道条件而减轻其影响。这在确定平均信道路径损耗时尤其有利，其原因在于在扩展的频率上计算的路径损耗往往不会在大范围中变化，这与将在会立刻受高信道衰减所影响的窄频率范围中发生的情况相反。
此外，在频率分集资源分配中利用根据本发明的解码方法还呈现出如下优点：相当恒定的路径损耗值实现了更好地预测接收机处的接收功率，从而无需在接收机处测量接收功率的值，而是可以在接收机处通过计算来确定该值或者在网络的中央实体处通过计算来确定该值并且利用信号传送将该值发送到接收机。
为了使接收机能够对频率分集子信道分配进行解码，具有用于在对信号进行解码之前提取和汇集所分配的频率的特定模块。这一模块在解码链中优选地位于FFT运算之后。
图3示出了根据本发明的接收机的一种实现方式。
接收机包括输入单元31、控制器单元32、开关单元33、判决单元34、查找表35、解码单元361、362、重新编码单元37、减去单元38、输出单元39。
被馈送复合无线信号的输入单元31连接到解码单元361，该解码单元连接到输出单元39和重新编码单元37，该重新编码单元本身连接到减去单元38，该减去单元连接到又一解码单元362。解码单元362最终连接到输出单元39。在这一链中交换的信号是用户数据。
此外，控制器32连接到判决单元34，该判决单元连接到查找表35。判决单元34还连接到开关单元33，该开关单元连接到解码单元361、362。在这一链中交换的信号是控制信号。
在本实施例中，已经叠加两个用户的信号，这两个用户使用相同编码方案、相同调制方案和相同发射功率。然而也可以在信号中叠加了多于2个用户的情况下应用相同的接收机结构。
本领域技术人员将理解，解码单元361优选地包括通常在接收机处进行的整个处理序列，该处理序列在FFT运算之后开始而在用户数据序列处结束。该链包含FFT运算、基于在接收机处的功率知识对信号进行缩放的功率控制操作。也可以在均衡器、均衡操作、解调操作、狭义的解码操作(信道解码、纠错)中直接具有这一功能，直到二进制用户序列可用为止。解码单元362优选地不包括FFT运算，其原因在于它处理的是已经提交到FFT的信号。
类似地，重新编码单元37是解码单元361、362的对应单元并且优选地包括狭义的编码器(信道编码)、调制器、进行与解码单元361的均衡器完全相逆的操作的解均衡器以及功率控制单元。解均衡器获得信道信息(在所提出的设置中的信道估计)和信号以对这一信号施加信道的影响。这在OFDM传输系统的频域中可以是每个子载波与它的频域信道估计相乘。重新编码单元37优选地不含IFFT运算，其原因在于重新编码单元37的输出处的信号未经IFFT就被转发到本身不含FFT运算的解码单元362。这呈现出节省后面紧接着FFT运算的IFFT运算这一优点。
在将频率分集分配方案用于叠加信号的频率分配的情况下，必须在解码链中FFT模块之前插入进行子载波排列(例如PUSC)的模块以便提取所分配的频率子信道并且汇集它们以供进一步处理。
控制器单元32包括与不同用户在系统中使用的所有信号特性有关的信息，这些信号特性比如是调制方案、编码方案、导频模式、在物理信道与逻辑信道之间的子载波映射以及用于不同用户的发射功率或者用于不同用户的接收功率(根据实施例而定)。控制单元还知道系统中的用户数目。这些信息由系统转发或者代之以由用户终端通过信号传送转发到控制器32。特别地，从测量单元收集接收功率。
判决单元34负责确定在接收机处接收的复合无线信号中的不同叠加用户信号的解码顺序。判决单元34优选地使它的判决基于以每个用户的信号的鲁棒性为基础的度量。出于这一目的，查找表35包括就系统中使用的每个可能调制和编码方案而言SNR(信噪比)与BER(误码率)值的映射。如上文结合图1讨论的那样，判决单元可以不是接收机的一部分而可以是小区中的中央实例的如下部分，该部分利用信号传送将解码次序发送到接收机。然而，用于这一远程判决单元判决解码次序的指标与在判决单元位于接收机中的情况下使用的指标相同(鲁棒性)。在图3中未示出的这一情况下，接收机不包括任何判决单元而仅包括触发它以预定解码次序进行解码的信令信息。
回到包含判决单元34的接收机实施例，对于在复合信号中叠加的每个用户，从查找表35读出与它的调制和编码方案对应的SNR值，并且从用于这一用户的当前SNR中减去这一目标SNR值(以dB为单位)。这一度量造成的结果是，该值越大则信号鲁棒性越好。因而，选择具有最高值的用户作为将从复合信号中首先解码的用户。如先前提到的那样，可以使用其它鲁棒性指标。
例如，鲁棒性指标可以基于对以关于接收功率的信息为基础的期望误码率的估计和对信号特性的估计。期望误码率越低，则鲁棒性越高。首先对显示出最高鲁棒性的信号进行解码。
将要首先解码的用户的标识被传送到开关单元33，该开关单元的任务在于利用针对将要在控制器单元31处首先解码的用户而存储的正确编码方案、调制方案和接收功率值将解码单元361参数化。
复合信号被转发到已经参数化的解码单元361以对如由判决单元34识别为将要首先解码的用户进行解码。解码单元的输出被转发到识别单元39，该识别单元识别对应于将要首先解码的用户的信号。已经从判决单元34接收用户解码次序的识别单元39知道来自解码单元361的输出是用户1的二进制数据并且相应地将它标记用于上层。
在重新编码单元37处对解码器361的输出处的信号进行重新编码。从复合信号31中减去与如由判决单元34识别为首先解码的用户的信号对应的重新编码信号以便使得解码单元362的输入处的剩余信号不再包含将要首先解码的用户的信号的贡献值。剩余信号被提交到除了不再需要FFT之外与解码单元361相同的解码单元362。利用在判决单元34处识别为要检测的下一个用户的信号特性将解码单元参数化。因而，开关33向解码单元362告知用于将要检测的第二信号的接收功率及其编码和调制方案。在解码单元362的输入处将信号发送到识别单元39，以便恢复由将要解码的第二用户发送的数据。
本领域技术人员将理解，无需具有两个截然不同的解码单元361和362。唯一的解码单元就足够了，减去单元38的输出处的剩余信号被馈送到解码单元361的输入处以便用于第二用户的解码。
在从无线通信系统的用户终端到基站的上行链路传输方向的上下文中描述了所述接收机。本领域技术人员将理解，类似的接收机结构可以用于从无线通信系统的基站到终端用户的下行链路方向。在这一情况下，所提出的接收机结构可以稍稍简化，其原因在于发射机(BS)处的信道条件对于所有叠加信号是相同的。在复合信号中叠加两个用户的信号的情况下，由基站发送而在两个用户之一的接收机处接收的这一复合信号已经经历了相同的信道条件。因而，在接收机处仅基于单个导频模式来估计信道一次。可以在解码链的模块361中的第一均衡器中对信道进行均衡。重新解码单元37中不必具有解均衡模块，并且解码单元362中不必具有均衡器。在图3中用虚线示出了简化的下行链路路径。
本领域技术人员还将理解，这一方法不限于两个叠加用户的解码。可以使用相同原理对数目更大的叠加用户进行解码：从复合信号中减去所有先前解码的用户的贡献值，并且完成用以识别另外的叠加用户的新一轮的解码迭代。
本领域技术人员还将理解，根据本发明的方法和接收机可以应用于除了OFDM网络之外的无线网络中。本发明的主要特征在于在同一资源上叠加数个信号但仍然可以对这些信号进行正确解码这一事实。这适用于任意类型的资源，例如时间、频率或者码。

Claims (12)

1.一种用于在无线通信系统中的接收机处对复合无线信号(S组合)进行解码的方法，所述复合无线信号(S组合)是由至少一个发射机发送的至少两个信号的叠加，每个信号具有信号特性，特别是调制方案、编码方案、导频模式、在物理信道与逻辑信道之间的子载波映射，使用同一无线资源来传输所述至少两个信号，所述方法包括以下步骤：
-收集与所述复合无线信号中包括的各信号的所述信号特性有关的信息；
-根据所述各信号的所述信号特性来选择所述复合无线信号(S组合)中将要首先解码的信号；
-根据所述将要首先解码的信号的信号特性来对该信号进行解码；并且
-从所述复合无线信号中减去所述将要首先解码的信号的贡献值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中为传输所述叠加信号而分配的所述一组频率子信道在所述系统的频带内扩展，所述方法包括在解码步骤之前提取所述分配的频率子信道的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中根据误码率阈值的函数、用于所述信号的调制和编码方案以及所述接收机处的信号接收功率来选择所述将要首先解码的信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述接收机处测量所述信号接收功率。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在所述网络的中央实体处基于来自路径损耗的估计和信号发射功率确定所述信号接收功率。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述函数依赖于与所述误码率阈值对应的信噪比与所述接收机处的有效信噪比之差。
7.根据权利要求1所述的方法，其中按照预定顺序对所述复合无线信号中包含的信号依次解码，作为用于对下一信号进行解码的基础来使用的复合无线信号是先前的复合无线信号与先前解码的信号的贡献值之差。
8.根据权利要求7所述的方法，其中进行对信号的所述解码的数次迭代。
9.根据权利要求1所述的方法，适合于在基于OFDM的无线/移动通信系统中使用。
10.一种用于在无线通信系统中对复合无线信号进行解码的接收机，所述复合无线信号是至少两个信号的叠加，每个信号具有信号特性，特别是调制方案、编码方案、导频模式、在物理信道与逻辑信道之间的子载波映射，使用同一无线资源来传输所述至少两个信号，所述接收机包括：
-控制器单元，用于收集与所述复合无线信号中包括的各信号的所述信号特性有关的信息；
-解码单元，用于以预定解码次序对所述信号进行解码，以及
-减去单元，用于从所述复合无线信号中减去一个信号的贡献值。
11.根据权利要求10所述的接收机，还包括：判决单元，用于根据所述各信号的所述信号特性来确定用于所述复合无线信号中所含信号的解码次序。
12.根据权利要求10所述的接收机，还包括：重新编码单元，用于对在所述解码单元处解码的信号进行重新编码，所述重新编码的信号对应于所述解码的信号在所述复合信号中的贡献值，所述重新编码单元的所述输出被提交到所述减去单元。
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