CN101675620B - 用于分组无线通信的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在无线通信网络中，将码分多址方案应用于数据以对其进行编码。可以将CDMA编码数据与其它数据符号进行时间复用。然后，时间复用的数据被应用于单载波频分多址(即SC-FDMA)传输。可以将CDMA方案用于相对较小的有效载荷，例如那些与语音业务和控制信号相关的有效载荷，并且其它数据符号被用于较高数据速率的传输。这使得对于较小的有效载荷能够自主传输，并且无需调度。一种发射机包括用于在上行链路中执行时间复用的选择器(3)，所需的传输方案由混合自动重传请求即HARQ的ID来指示。第一分支(1)携带其它数据符号，并且第二分支(2)携带将作为CDMA方案来传输的数据。在对CDMA数据进行编码的过程中可以使用CAZAC码。

Description

用于分组无线通信的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于分组无线通信的方法和设备，并且更特别地，而非排他地，涉及那些符合UMTS长期演进(LTE)标准的方法和设备。
背景技术
通用移动通信系统(UTMS)是用于无线通信网络的当前标准。人们正转而努力开发演进的标准，即UMTS长期演进(LTE)，也称为E-UTRA(演进的UMTS陆地无线接入)。
在E-UTRA中，在下行链路引入了正交频分复用(OFDM)技术。在OFDM中，子载波信号彼此正交，并且均由数据流进行调制。可以使用QPSK、16QAM或64QAM执行下行链路数据调制。
在上行链路中，已经引入了单载波频分多址(SC-FDMA)技术，其中离散傅立叶变换(DFT)预编码被用于在单个载波上对OFDM信号进行扩频。在存在频率选择性衰落的情况下，通过OFDM实现了小区内用户的正交性。与如果在上行链路中实现纯OFDM则将会可用的峰均功率比(PAPR)相比，DFT预编码能够改善峰均功率比。在上行链路中可以结合频分双工(FDD)或时分双工(TDD)调制而使用SC-FDMA。每个用于传输的子载波信号包括针对所有所传输调制信号的信息，即输入数据流被扩频在这些子载波上。上行链路中的数据传输是完全调度的，包括在上行链路上对调制请求和调制信息的传输。附加地采用高阶调制和AMC，通过以最良好的信道条件调制用户，可以实现大的频谱效率。
为了实现SC-FDMA方案的大的频谱效率，在时间和频率上的快速调度是必要的。这在上行链路和下行链路控制信道二者中均会增加大量调度开销，并且对于支持大量的延迟敏感的低数据速率业务流而言可能效率不高。用于支持低数据速率业务流的一个可能的方法是，半静态地分配时间-频率区域，或者干扰避免方案。这会导致低的信道利用率。
当前有关LTE的3 GPP规范是TS 36.211：物理信道及调制，其描述了多址方案，以及TS 36.300：E-UTRAN总述，第2阶段，其提供了对MAC的描述，包括调度，这两个文档均通过引用被结合于此。
发明内容
在本发明的一个方面，提出一种用于经由分组无线通信网络传输数据的方法，包括将码分多址(CDMA)方案应用于数据以对其进行编码的步骤。编码数据在包括循环前缀(CP)的正交频分复用(OFDM)帧结构中被传输。这将允许自主传输，并且尤其有利于数据有效载荷很小的场合，例如用于IP语音(VoIP)业务和控制信号。它避免了在每次传输时均明确调度时间、频率和码资源的需要。这样，可以传输信息比特而无需调度开销。在传输和接收中减少延迟成为可能。任何具有CP的OFDM帧结构均可适用于本发明，包括通用帧结构和TDD替代帧结构。在一个实施例中，可以用简单的接收机结构来实现本发明，以提供可能的大容量。这样，可以支持对应同一无线资源的大量用户，从而节省基站成本。
可以通过使用CDMA方案来对数据进行编码，其中进行块重复(block repetition)，并随后用恒定幅度零自相关(CAZAC)序列进行扰码。可以将具有类似的无线传播条件的用户置于同一组中，并向其分配不同的正交CAZAC序列。不同的组被分配不同的基本CAZAC序列。这实现了使用连续干扰消除(SIC)接收机的接收机设计。在另一方面，向用户分配不同的具有低相关特性的伪随机序列。
OFDM帧结构可以用于单载波频分多址(SC-FDMA)中。
在FDMA帧结构中的CDMA传输可以存在于用户终端和基站之间的上行链路中。在一个有利的实施例中，它在根据LTE实现的网络中。
在本发明的一个方面，提出一种方法，包括对CDMA和SC-FDMA传输进行时间复用的步骤。CDMA编码数据可以是语音数据，并且SC-FDMA传输可以是比CDMA编码分组具有更大有效载荷的数据分组。混合自动重传请求(HARQ)进程ID可以被用于识别以何种传输模式发送数据。
在本发明的另一个方面，提出一种用于经由分组无线通信网络传输数据的方法，包括步骤：在用户终端和基站之间的上行链路中，对于具有较大有效载荷的数据分组使用所调度的传输，并且对于具有较小有效载荷的数据分组使用自主传输。具有较小有效载荷的数据分组例如可以携带语音数据或控制信号，并且具有较大有效载荷的数据分组可以携带非语音数据，比如高数据速率、非延迟敏感的业务。
在根据本发明的一个实施例中，在下行链路中，传输可以使用OFDM，并且在上行链路中，对于较大有效载荷的数据分组使用时间复用的SC-FDMA传输，并且对于较小有效载荷的数据分组使用CDMA传输。
在本发明的另一个方面，一种无线通信网络实现上述一种或多种方法。例如，一个网络包括基站和多个用户终端，在用户终端和基站之间的上行链路对于较大的分组使用单载波频分多址(SC-FDMA)并且对于较小的分组使用自主传输。
在LTE[TR25.814，R1-061375]中考虑了不同的频率重用方案。当前正在使用的对于频率重用的假定是(a)日期级别的半静态频率分配和(b)秒级别的动态频率分配。可以使动态频率分配适应于小区载入或用户载入的变化。在这种情况下，重用模式可以在(1，1)重用和(1，3)重用之间变化。在(1，3)重用中，对一个用户来说，只有1/3的子载波可用。利用SC-FDMA结构的灵活性，可以设想对于小区边缘用户的软频率重用，以减轻同信道干扰的影响。所提出的CDMA传输能够通过改变SF平稳地适应于带宽的改变。如果全部带宽均可用，则可以支持SF＝12的VoIP传输。当频谱的1/3可用时，可以将扩频因子降为SF＝4，以保持每个用户的速率。在这种情况下，在给定的CDMA时频资源中只能够复用较少数目的用户。对于一些应用，就用户数目而言的容量可能比保持每个用户的数据速率更为重要。在这样的场景中，可以通过降低调制阶数，或者通过限制每个用户的HARQ进程数，来降低每个用户的数据速率而保持用户容量。
在本发明的另一个方面，提出一种用于传输数据分组的无线通信网络，包括基站；多个用户终端；并且包括发射机，其具有用于使用CDMA方案对数据进行编码的编码器，并被配置为以包括CP的OFDM帧结构传输编码数据。在一个实施例中，编码器执行块重复，随后用CAZAC序列进行扰码，以将数据编码为CDMA方案。可以包括复用器，以在上行链路中将CDMA传输与SC-FDMA传输时间复用。
在本发明的另一个方面，提出一种用于无线通信设备的发射机，包括用于使用CDMA方案来对数据进行编码的编码器，并被配置为在包括CP的OFDM帧结构中传输编码数据。编码器可以执行块重复，随后用CAZAC序列进行扰码，以将数据编码为CDMA方案。发射机可以包括复用器，用于在上行链路中将CDMA传输与SC-FDMA传输时间复用。
在本发明的另一个方面，提出一种用于无线通信设备的接收机，包括用于对所接收数据进行解码的接收机处理器，其中所接收数据已使用在包括CP的OFDM帧结构中传输的CDMA方案编码。接收机可以包括连续干扰消除(SIC)接收机处理器。这是例如与瑞克接收机设备相比相对简单的结构。接收机可以包括解码器，用于对与CDMA传输时间复用的SC-FDMA传输进行解码。
附图说明
现在将只以示例的方式，并参照附图来描述本发明的一些实施例，在附图中：
图1示意性地示出了用于对CDMA和SC-FDMA传输进行复用的发射机结构；
图2示出了用于语音和高速数据的HARQ结构；
图3示出了循环正交CAZAC序列的生成和分配；
图4示意性地示出了用于从图1的发射机接收信号的接收机；以及
图5示意性地示出了根据本发明的LTE网络。
具体实施方式
参见图1，用户设备(UE)包括发射机，用于对CDMA和SC-FDMA传输进行时间复用并在符合LTE的网络的上行链路中传输它们。上行链路包括第一和第二分支1和2，以针对高速率数据业务和语音业务分别给出不同的经过发射机的路径。在第一分支1，涉及SC-FDMA传输，经由选择器3将数据符号流d0，d1到dsp-1施加到串并数据转换器4，然后串并数据转换器4的输出被施加到DFT 5。接着是子载波映射6、N点快速傅立叶逆变换(IFFT)7和并串数据转换器8。在上行链路上向基站进行传输之前，在9处，循环前缀CP被插入。这是用于在延迟需求和快速数据速率方面要求不高的数据的模式。
发射机也包括用于在针对语音业务的CDMA模式下操作的第二分支2。数据符号d0，d1到dp-1在10处经历块重复，并随后在11处用CAZAC码扰码。通过利用CAZAC序列的零值循环自相关特性，在存在衰落时，多个用户的正交传输是可能的。数据被以长度SxPxL交织和扰码，然后经由选择器3被施加到系统的公共路径，如上所述，也经由该公共路径发送SC-FDMA传输的数据。
依赖于将要传输的数据的性质，传输模式因此可以是SC-FDMA或CDMA。针对每个传输时间间隔(TTI)根据HARQ进程ID来选择模式。图2示出了用于语音和高速数据(HSD)传输的HARQ结构。LB和SB分别表示长块和短块。
可以针对VoIP优化复用结构和HARQ操作。假定对于上行链路采用同步HARQ操作，并且使用具有报头压缩的7.95kbps的AMR编解码器。编码之前的信息比特速率为10.8kbps。这对应于216比特的分组大小，产生20毫秒一帧的语音帧。
在长块(LB)中可用的子载波数目为300。这意味着在一个LB中可以传输SF＝12的25个符号。子帧中具有6个LB，故而在一个LB中能够传输150个符号。假定有18比特的MAC报头，16比特的CRC，以及R＝1//3的码率，则编码比特的数目为：
(216+18+16)×3＝750比特    (1)
对于QPSK调制，可用符号的数目是每20毫秒332个符号。因此，对于编码的语音帧的一次传输，需要三个子帧，每次传输花费1.5ms。TTI长度假定为1.5ms。
图2示出了具有HARQ的可能的VoIP传输结构。HARQ进程的数目假定为6，并且传输的最大数目假定为4。对于每个子帧，具有六个长块(LB)和两个短块(SB)。两个短块包含用于相干解调的导频信号。三个子帧包括一个用于语音传输的TTI。对于每20ms到达的语音帧，最多可能有四次传输，使用两个HARQ进程。余下的HARQ进程可被用于高速数据(HSD)传输。
对于VoIP，最大空中接口延迟可以由下述公式获得：
1.5ms[排队延迟]+(9×3+1.5)ms[传输/重传]+
ACK/NACK延迟＝30ms+ACK/NACK延迟    (2)
如果将HARQ进程数目降为1，则对于每个语音帧允许两次传输。以减少早期终止增益为代价，延迟可以得到显著改善。这样，SC-FDMA通过动态调度保留了高数据速率的好处，而低数据速率业务可以利用CDMA传输。
图3示出了如何通过基本CAZAC序列的循环移位生成一组正交CAZAC序列。只要循环移位比最大延迟扩展更长，循环移位后的序列就是正交的。对于GSM TU简档，最大延迟扩展是5微秒。在5MHz带宽中，这对应于39次采样。选择Q为39。长度为300的移位正交CAZAC序列的数目为8。多至8个用户能够使用正交CAZAC序列。可以使用不同的CAZAC序列来支持更多数目的用户。
参考图4，用于从在图1中所示的发射机接收传输的接收机包括前端12，前端12在SC-FDMA模式和CDMA模式之间被共享。CDMA模式被示出为针对单个用户。
在13处接收信号，并且在14处进行信号同步和CP移除处理。假定OFDM系统采用粗略定时同步，其中在OFDM符号边界校准所接收信号。将信号施加给解复用器15，以在线路16上提供业务信号，并在线路17上提供导频信号。将业务数据应用到快速傅立叶变换(FFT)18，以将其变换到频域，从而在均衡器19处实施均衡。基于所接收的导频信号，通过使用来自信道估计器20的输入，针对信道条件进行调整。解除子载波映射在21处被实现，随后是离散傅立叶逆变换(IDFT)22和并串转换器23，以将信号转换回时域。
选择器24将SC-FDMA调制数据路由到适当的解调器25和解码器26，以在输出27提供解码比特。选择器24也用于将CDMA调制数据路由到解扰器/解调器28。在解扰器/解调器28，通过使用每用户CAZAC序列，在29...30施加CAZAC码的复共轭并结合块解扩(block despreading)，以在31处恢复数据符号。这些符号被施加到相关的解调器32和解码器33，以在输出34获得解码比特。借助正交CAZAC序列的特性，与常规的直接扩频CDMA系统相比，减少了多址干扰(MAI)。
参照图5，LTE网络35包括多个UE 36和eNodeB 37。UE 36包括如在图1所示的发射机，并且eNodeB 37包括如在图4所示的接收机。
本发明可以以其它特定形式来实现，而不会脱离其精神或本质特征。所描述的实施例被认为在所有方面只是示例性的，而非限制性的。因此，本发明的范围由所述权利要求书而非由上述描述来限定。落入权利要求的等同形式的含义和范围内的所有改变，都包含于其范围内。

Claims (11)

1.一种用于经由分组无线通信网络传输数据的方法，包括步骤：
在用户终端处，将码分多址CDMA方案应用于语音数据以对所述语音数据进行编码；
在包括循环前缀CP的正交频分复用OFDM帧结构中自主传输所述编码的语音数据；
在用户终端处，提供比CDMA编码数据分组具有更大有效载荷的数据分组的单载波频分多址SC-FDMA传输；以及
对所述CDMA传输和所述单载波频分多址SC-FDMA传输进行时间复用。
2.根据权利要求1所述的方法，包括块重复，并随后用恒定幅度零自相关序列进行扰码，以将所述语音数据编码为CDMA方案。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将具有类似的无线传播条件的用户置于一个组中，并向其分配正交CAZAC序列，并且不同的组被分配不同的基本CAZAC序列。
4.根据上述任意权利要求所述的方法，其中在传输之前，将CDMA调制数据应用于离散傅立叶变换DFT，以在子载波上进行扩频。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在DFT之后插入CP。
6.根据权利要求5所述的方法，其中使用混合自动重传请求HARQ进程ID识别以何种传输模式发送数据。
7.根据权利要求6所述的方法，包括步骤：
在下行链路中，使用OFDM；并且
在上行链路中，对用于较大有效载荷的数据分组的SC-FDMA传输与用于较小有效载荷的数据分组的CDMA传输进行时间复用。
8.一种用于传输数据分组的无线通信网络，包括：
基站；以及
发射机，所述发射机具有：
包括编码器的第一路径，所述编码器用于使用码分多址CDMA方案对语音数据进行编码，并被配置为在包括CP的正交频分复用OFDM帧结构中自主传输所述编码的语音数据，
第二路径，用于比CDMA编码数据分组具有更大有效载荷的数据分组的单载波频分多址SC-FDMA传输，以及
复用器，用于对所述CDMA传输与所述SC-FDMA传输进行时间复用。
9.一种用于无线通信设备的发射机，包括：
包括编码器的第一路径，所述编码器用于使用码分多址CDMA方案对语音数据进行编码，并被配置为在包括CP的正交频分复用OFDM帧结构中自主传输所述编码的语音数据；
第二路径，用于比CDMA编码数据分组具有更大有效载荷的数据分组的单载波频分多址SC-FDMA传输；以及
复用器，用于对所述CDMA传输与所述SC-FDMA传输进行时间复用。
10.一种用于无线通信设备的接收机，包括：
包括接收机处理器的第一接收机路径，所述接收机处理器用于对接收的语音数据进行解码，其中所述接收的语音数据已使用在包括CP的正交频分复用OFDM帧结构中自主传输的码分多址CDMA方案进行编码；
第二接收机路径，用于对比CDMA编码数据分组具有更大有效载荷的数据分组的单载波频分多址SC-FDMA传输进行解码；以及
解复用器，用于对接收的CDMA传输与接收的SC-FDMA传输进行时间解复用。
11.根据权利要求10所述的接收机，包括连续干扰消除SIC接收机处理器。
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