CN102055507B - Mimo系统中应用子带复用的导频和数据处理 - Google Patents

Abstract

在一采用交织式FDMA(IFDMA)或局部式FDMA的单载波频分多址(SC‑FDMA)系统中，多个发射机可利用时分复用(TDM)、码分复用(CDM)、交织式频分复用(IFDM)、或局部式频分复用(LFDM)来传送其导频。来自这些发射机的导频因而彼此正交。一种接收机对由各发射机发送的导频执行互补分用。该接收机可采用MMSE技术或最小二乘技术来推导出针对每一发射机的信道估计。该接收机可接收由这多个发射机在同一时频块上发送的重叠的数据传输，并可用空间滤波器矩阵来执行接收机空间处理以分离这些数据传输。该接收机可基于针对这些发射机的信道估计并采用迫零、MMSE、或最大比值合并技术来推导出这些空间滤波器矩阵。

Description

MIMO系统中应用子带复用的导频和数据处理

本申请是PCT国际申请号PCT/US2006/022728、国际公布号WO2006/138206、中国国家申请号200680029760.9、题为“MIMO系统中应用子带复用的导频和数据传输”的申请的分案申请。

在35U.S.C.§119下的优先权要求

本专利申请要求已转让给本发明受让人、并因而被明确地援引纳入于此的于2005年6月16日提交的题为“PILOT AND DATA TRANSMISSION IN AQUASI-ORTHOGONAL SINGLE-CARRIER FREQUENCY DIVISION MULTIPLEACCESS SYSTEM(准正交单载波频分多址系统中的导频和数据传输)”的临时申请No.60/691,701、于2005年7月22日提交的题为“PILOT AND DATATRANSMISSION IN A QUASI-ORTHOGONAL SINGLE-CARRIER FREQUENCYDIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM”的临时申请S/N.60/702,033、以及于2005年8月22日提交的题为“PILOT AND DATA TRANSMISSION IN AQUASI-ORTHOGONAL SINGLE-CARRIER FREQUENCY DIVISION MULTIPLEACCESS SYSTEM”的临时申请S/N.60/710,366的优先权。

背景

I.领域

本公开一般涉及通信，尤其涉及无线通信系统中的导频和数据传输。

II.背景

多址系统能够在前向和反向链路上并发地与多个终端通信。前向链路(或下行链路)是指从基站至终端的通信链路，而反向链路(或上行链路)是指从终端至基站的通信链路。多个终端可在反向链路上同时传送数据和/或在前向链路上同时接收数据。这常常是通过复用每条链路上的多个数据传输以使之在时域、频域、和/或码域中彼此正交来达成的。由于诸如信道状况、接收机瑕疵等各种因素，通常不能实现这多个数据传输之间完全的正交性。然而，这种正交复用确保每一终端的数据传输最小程度地干扰其他各终端的数据传输。

在任何给定时刻能与多址系统通信的终端数目通常受到可用于数据传输的话务信道数目的限制，后者进而受到可用系统资源的限制。例如，话务信道的数据在码分多址(CDMA)系统中可能由可用正交码序列的数目决定，在频分多址(FDMA)系统中可能由可用频率子带的数目决定，在时分多址(TDMA)系统中可能由可用时隙的数目决定，诸如此类。在许多情况下，希望允许更多终端同时与系统通信以图增大系统容量。

因此本领域中需要能在多址系统中支持更多终端同时传送的技术。

概要

本文对在单载波频分多址(SC-FDMA)系统中支持终端同时传送的导频传输、信道估计、和空间处理技术进行说明。SC-FDMA系统可采用(1)交织式FDMA(IFDMA)在跨一频带或系统带宽分布的多个子带上传送数据和导频，(2)局部式FDMA(LFDMA)在一组毗邻子带上传送数据和导频，或(3)增强型FDMA(EFDMA)在多组毗邻子带上传送数据和导频。IFDMA也称作分布式FDMA，并且LFDMA也称作窄带FDMA、经典FDMA、以及FDMA。

对于导频传输，多个发射机可如下面描述地采用时分复用(TDM)、码分复用(CDM)、交织式频分复用(IFDM)、或局部式频分复用(LFDM)来传送其导频。来自这些发射机的导频因而将是彼此正交的，这允许接收机能推导出针对每一发射机的更高质量的信道估计。

为了进行信道估计，该接收机对由各发射机用TDM、CDM、IFDM、或LFDM发送的导频执行互补分用。该接收机可利用例如最小均方误差(MMSE)技术、最小二乘(LS)技术、或其它某种信道估计技术来推导出针对每一发射机的信道估计。该接收机还可执行滤波、取阈、截断、和/或抽头选择来获得改善的信道估计。

该接收机还对在同一时频块上接收到的来自各发射机的数据传输执行空间处理。该接收机可基于针对这些发射机的信道估计并采用例如迫零(ZF)技术、MMSE技术、或最大比值合并(MRC)技术等来推导出空间滤波器矩阵。

本发明的各个方面和实施例在下面进一步具体说明。

附图简要说明

结合附图理解下面阐述的具体说明，本发明的特征和本质将变得更加显而易见，在附图中，相同附图标记始终作相应标示。

图1示出具有多个发射机和一接收机的Q-FDMA系统。

图2A示出IFDMA的一示例性子带结构。

图2B示出LFDMA的一示例性子带结构。

图2C示出EFDMA的一示例性子带结构。

图3A示出IFDMA、LFDMA、或EFDMA码元的生成。

图3B示出IFDMA码元的生成。

图4示出一种跳频(FH)方案。

图5示出一种TDM导频方案。

图6示出一种CDM导频方案。

图7示出分布式/局部式导频方案。

图8A示出IFDMA下两个发射机的分布式导频。

图8B示出LFDMA下两个发射机的分布式导频。

图9A示出IFDMA下两个发射机的局部式导频。

图9B示出LFDMA下两个发射机的局部式导频。

图10示出具有不同数据和导频码元历时的传输。

图11示出Q-FDMA系统中一种传送导频和数据的过程。

图12示出一种执行信道估计的过程。

图13示出H-ARQ传输。

图14示出两个发射机的H-ARQ传输。

图15示出发射机的框图。

图16示出接收机的框图。

具体说明

本文中使用术语“示例性的”来表示“起到示例、实例、或例示的作用”。本文中描述为“示例性”的任何实施例或设计不必被解释为优于或胜过其他实施例或设计。

本文中描述的导频传输、信道估计、和空间处理技术可被用于各种通信系统。例如，这些技术可用于采用IFDMA、LFDMA、或EFDMA的SC-FDMA系统、采用正交频分复用(OFDM)的正交频分多址(OFDMA)系统、其他FDMA系统、其他基于OFDM的系统等等。在IFDMA、LFDMA和EFDMA下调制码元是在时域中发送的，而在OFDM下是在频域中发送的。一般而言，对前向和反向链路采用一种或多种复用方案的系统可使用这些技术。例如，该系统可(1)对前向和反向链路两者皆采用SC-FDMA(例如，IFDMA、OFDMA、或EFDMA)，(2)对一条链路采用一个版本的SC-FDMA(例如，LFDMA)而对另一条链路采用另一个版本的SC-FDMA(例如，IFDMA)，(3)对前向和反向链路两者皆采用MC-FDMA，(4)对一条链路(例如，反向链路)采用SC-FDMA而对另一条链路(例如，前向链路)采用MC-FDMA(例如，OFDMA)，或(5)采用复用方案的其它某种组合。可对每条链路采用SC-FDMA、OFDMA、其它某种复用方案、或其组合来达到合需的性能。例如，可对一给定链路采用SC-FDMA和OFDMA，其中对一些子带采用SC-FDMA而对其他子带采用OFDMA。在反向链路上可能希望采用SC-FDMA来实现较低的PAPR并放松对各终端的功率放大器要求。在前向链路上可能希望采用OFDMA来潜在可能地实现较高的系统容量。

本文中描述的这些技术可用于下行链路和上行链路。这些技术还可用于(1)正交多址系统中，其中在给定蜂窝小区或扇区内的所有用户在时域、频域和/或码域中是正交的，以及(2)准正交多址系统，其中同一蜂窝小区或扇区内的多个用户可同时在同一频率上传送。为清楚起见，以下说明很大一部分是针对也称为Q-FDMA系统的准正交SC-FDMA系统。Q-FDMA系统支持空分多址(SDMA)，SDMA使用位于空间中不同点处的多个天线来支持对多个用户的同时传输。

图1示出具有多个(M个)发射机110a-110m和一接收机150的Q-FDMA系统。为清楚起见，每一发射机110配备有单个天线134、并且接收机150配备有多个(R个)天线152a至152r。对于前向链路，每一发射机110可以是基站的一部分，而接收机150可以是终端的一部分。对于反向链路，每一发射机110可以是终端的一部分，而接收机150可以是基站的一部分。基站一般是固定站，并且也可被称作基收发机系统(BTS)、接入点、或其他某个术语。终端可以是固定的或移动的，并且可以是无线设备、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、无线调制解调器卡、等等。

在每一发射机110处，发射(TX)数据暨导频处理器120编码、交织、和码元映射话务数据并生成数据码元，数据码元是话务数据的调制码元。调制码元是例如M-PSK或M-QAM等的信号星座中的一点的复数值。处理器120还生成导频码元，导频码元是导频的调制码元。SC-FDMA调制器130复用数据码元和导频码元，执行SC-FDMA调制(例如，用于IFDMA、LFDMA、或EFDMA)，并生成SC-FDMA码元。SC-FDMA码元可以是IFDMA码元、LFDMA码元、或EFDMA码元。数据SC-FDMA码元是话务数据的SC_FDMA码元，并且导频SC-FDMA码元是导频的SC-FDMA码元。发射机单元(TMTR)132处理(例如，转换到模拟、放大、滤波、和上变频)这些SC-FDMA码元并生成射频(RF)已调制信号，此信号经由天线134发射。

在接收机150处，R个天线152a至152r接收来自发射机110a至110m的RF已调制信号，并且每一天线将接收到的信号提供给一相关联的接收机单元(RCVR)154。每一接收机单元154调理(例如，滤波、放大、下变频、和数字化)其接收到的信号，并将输入采样提供给接收(RX)空间处理器160。RX空间处理器160基于从每一发射机110接收到的导频来估计该发射机与这R个天线之间的信道响应。RX空间处理器160还对多个发射机使用的每一子带执行接收机空间处理以分离出由这些发射机发送的数据码元。RX空间处理器160进一步分用接收到的针对每一发射机的SC-FDMA码元。SC-FDMA解调器(Demod)170对检测出的针对每一发射机的SC-FDMA码元执行SC-FDMA解调，并提供针对该发射机的数据码元估计。RX数据处理器172码元解映射、解交织、并解码针对每一发射机的数据码元估计，并提供针对该发射机的已解码数据。一般而言，由接收机150进行的处理与由发射机110a至110m进行的处理是互补的。

控制器140a至140m以及控制器180分别指导发射机110a至110m以及接收机150处的各个处理单元的操作。存储器142a至142m以及存储器182分别存储发射机110a至110m以及接收机150的程序代码和数据。

系统100可采用IFDMA、LFDMA、或EFDMA来进行传输。以下对IFDMA、LFDMA、和EFDMA的子带结构和码元生成进行说明。

图2A示出LFDMA的一示例性子带结构200。BW MHz的系统总带宽被分划成多个(K个)正交子带，它们被给予1至K的索引，其中K是任意整数值。例如，K可以等于2的幂(例如，64、128、256、512、1024诸如此类)，这可简化时域与频域之间的变换。毗邻子带之间的间隔是BW/K MHz。为简单起见，下面的说明假定总共所有K个子带都可用于进行传输。对于子带结构200，这K个子带被安排成S股不相交或非重叠的交织。这S股交织是不相交的，因为这K个子带中的每一个仅属于一股交织。在一个实施例中，每一股交织包含跨总共K个子带均匀分布的N个子带，并且该交织中连贯的子带间隔S个子带，其中K＝S·N。对于本实施例，交织u包含子带u、S+u、2S+u、……、(N-1)·S+u，其中u∈{1,...,S}。索引u是交织索引以及指示该股交织中第一个子带的子带偏移量。一般而言，子带结构可包括任意数目股交织，每一股交织可包含任意数目个子带，并且这些交织可包含相同或不同数目个子带。此外，N可以是K的整除数也可以不是，并且这N个子带可以跨总共K个子带均匀分布也可以并非如此。

图2B示出LFDMA的一示例性子带结构210。对于子带结构210，总共K个子带被安排成S个非重叠的群。在一个实施例中，每一群包含相互毗邻的N个子带，并且群v包含子带(v-1)·N+1至v·N，其中v是群索引并且v∈{1,...,S}。子带结构210的N和S可以与子带结构200的N和S相同或不同。一般而言，子带结构可包括任意数目个群，每一群可包含任意数目个子带，并且这些群可包含相同或不同数目个子带。

图2C示出EFDMA的一示例性子带结构220。对于子带结构220，总共K个子带被安排成S个非重叠集，其中每一集包括G群子带。在一个实施例中，总共K个子带被如下分布到这S个集。总共K个子带首先被分划成多个频率范围，其中每一频率范围包含K'＝K/G个连贯子带。每一频率范围被进一步分划成S群，其中每一群包括V个连贯子带。对于每一频率范围，首V个子带被分配给集1，次V个子带被分配给集2，依此类推，并且末V个子带被分配给集S。s＝1,…,S的集s包括索引k满足(s-1)·V≤kmod(K/G)＜s·V的子带。每一集包含各有V个连贯子带的G群，或总共N＝G·V个子带。一般而言，子带结构可包括任意数目个集，每一集可包含任意数目个群以及任意数目个子带，并且这些集可包含相同或不同数目个子带。对于每一集，各群可包含相同或不同数目个子带，并可跨系统带宽均匀或不均匀地分布。

SC-FDMA系统还可采用IFDMA、LFDMA、和/或EFDMA的组合。在一个实施例中，可为每一子带群形成多股交织，并且每一股交织可被分配给一个或多个用户用于进行传输。例如，可为每一子带群形成两股交织，第一股交织可包含具有偶数索引的子带，而第二股交织可包含具有奇数索引的子带。在另一个实施例中，可为每股交织形成多个子带群，并且每一子带群可被分配给一个或多个用户用于进行传输。例如，可为每一股交织形成两个子带群，第一子带群可包含该股交织中的下半部子带，而第二子带群可包含该股交织中的上半部子带。IFDMA、LFDMA、EFDMA、及其组合可被认为是SC-FDMA的不同版本。对于每一版本的SC-FDMA，通过将子带集分划成多个子集并给每一用户指派各自相应的子集用于进行导频传输，多个用户就可在一给定子带集(例如，一股交织或一子带群)上传送正交导频。

图3A示出为一股交织生成一IFDMA码元，为一个子带群生成一LFDMA码元，或是为一个子带集生成一EFDMA码元。在一个码元周期里要在该股交织、该个子带群、或该个子带集上传送的有N个调制码元的原始序列记为{d₁,d₂,d₃,...,d_N,}(框310)。用N点离散傅立叶变换(DFT)将此原始序列变换到频域中以获得一有N个频域值的序列(框312)。将这N个频域值映射到用于进行传输的这N个子带上并将K–N个零值映射到其余的K-N个子带上以生成一有K个值的序列(框314)。用于进行传输的这N个子带对于LFDMA而言是在一群毗邻子带中的(如图3A中所示)，对于IFDMA而言在其子带跨总共K个子带分布的一股交织中(在图3A中未示出)，而对于EFDMA而言则在一集多个子带群中(在图3A中亦未示出)。然后用K点离散傅立叶逆变换(IDFT)将该K个值的序列变换到时域以获得一有K个时域输出采样的序列(框316)。

将该序列的最后C个输出采样拷贝到该序列的起始处以形成包含K+C个输出采样的IFDMA、LFDMA、或EFDMA码元(框318)。这C个拷贝的输出采样常被称作循环前缀或保护区间，并且C是循环前缀长度。循环前缀用来对抗由频率选择性衰落——即一种跨系统频带变化的频率响应——引起的码元间干扰(ISI)。

图3B示出对于N是K的整除数且这N个子带跨总共K个子带均匀分布的情形为一股交织生成一IFDMA码元。在一个码元周期里要在交织u中的N个子带上传送的有N个调制码元的原始序列记为{d₁,d₂,d₃,...,d_N,}(框350)。该原始序列被复制S次以获得一有K个调制码元的扩展序列(框352)。这N个调制码元在时域中被发送，并且在频域中合计占据了N个子带。原始序列的S个拷贝导致N个被占据的子带间隔S个子带，由S–1个零功率子带分隔毗邻的被占用子带。该扩展序列具有占据图2A中的交织1的梳状频谱。

将该扩展序列与一相位斜坡相乘以获得一有K个输出采样的经频移序列(框354)。此经频移序列中的每一输出采样可如下生成：

x_n＝d_n·e^{-j2π·(n-1)·(u-1)/K}，n＝1,…,K， 式(1)

其中d_n是该扩展序列中的第n个调制码元，x_n是经频移序列中的第n个输出采样，而u是该股交织中第一个子带的索引。在时域中与相位斜坡e^{-j2π·(n-1)·(u-1)/K}相乘使得此扩展序列的梳状频谱在频率中向上平移，从而此经频移序列在频域中占据交织u。将此经频移序列的最后C个输出采样拷贝到此经频移序列的起始处以形成包含K+C个输出采样的IFDMA码元(框356)。

IFDMA码元在时域中是周期性的(除了有相位斜坡外)，因此占据始于子带u的N个等间隔的子带。用S个不同的子带偏移量可生成S个IFDMA码元。这S个IFDMA码元将占据不同的交织，因此将彼此正交。

图3A中所示的处理可用于为任意N和K值生成IFDMA、LFDMA、和EFDMA码元。图3B中所示的处理可用于为N是K的整除数且这N个子带跨总共K个子带均匀分布的情形生成IFDMA码元。图3B中的IFDMA码元生成不需要DFT或IDFT，由此将是优选的。图3A可用来在N不是K的整除数的情况下或在这N个子带不是跨这K个子带均匀分布的情况下生成IFDMA码元。IFDMA、LFDMA和EFDMA码元也可用其他方式生成。

SC-FDMA码元(其可以是IFDMA、LFDMA、或EFDMA码元)的K+C个输出采样在K+C个采样周期里被每个采样周期一个输出采样地传送。SC-FDMA码元周期(或简称，码元周期)是一个SC-FDMA码元的历时，并且等于K+C个采样周期。采样周期也被成为码片周期。

如本文中普遍地使用的，子带集是一集子带，其对于IFDMA而言可以是一股交织，对于LFDMA而言可以是一子带群，或对于EFDMA而言可以是一集多个子带群。对于反向链路，S个用户可在这S个子带集(例如，S股交织或S个子带群)上同时向基站传送数据和导频而不会相互干扰。多个用户还可共享一给定子带集，并且基站可采用接收机空间处理来分离出此子带集上的干扰传输。对于前向链路，基站可在这S个子带集上同时向S个用户传送数据和导频而不会有干扰。

图4示出可对前向和/或反向链路使用的跳频(FH)方案400。跳频可提供频率分集以及对来自其他蜂窝小区或扇区的干扰的随机化。采用跳频，用户可被指派与指示在每一时隙里使用哪个(些)子带集——若有——的跳跃模式相关联的话务信道。跳跃模式也称作FH模式或序列，并且时隙也称作跳跃周期。时隙是花在给定子带集上的时间量，并且通常跨越多个码元周期。跳跃模式可以在不同时隙里伪随机地选择不同子带集。通过在一些数目个时隙上选择这S个子带集中的全部或许多就可实现频率分集。

在一个实施例中，为每一条链路定义一个信道集。每一信道集包含S个彼此正交的话务信道，从而在任意给定时隙里没有任何两个话务信道会映射到同一子带集。这避免在被指派到同一信道集中的话务信道的用户之间产生蜂窝小区/扇区间干扰。每一话务信道基于该话务信道的跳跃模式被映射到一特定序列的时频块。时频块是在特定时隙里特定的一集子带。对于本实施例，最多达S个用户可被指派这S个话务信道，并且将会彼此正交。多个用户也可被指派同一话务信道，并且这些重叠的用户将共享相同序列的时频块并且总是彼此干扰。在此情形中，这些重叠用户的导频可如下描述地被复用，并且这些用户的数据传输可采用也在下面描述的接收机空间处理来分离。

在另一个实施例中，可为每一条链路定义多个信道集。每一信道集包含S个正交的话务信道。每一信道集中的这S个话务信道关于其余各信道集当中的每一集中的S个话务信道可以是伪随机的。这使得被指派到不同信道集中的话务信道的用户之间的干扰随机化。

图4示出每一信道集中的话务信道1至一序列时频块的一种示例性映射。每一信道集中的话务信道2至S可被映射至话务信道1的时频块序列的纵向和循环移位的版本。例如，信道集1中的话务信道2可在时隙1里被映射至子带集2，在时隙2里被映射至子带集5，在时隙3里被映射至子带集1，等等。

一般而言，多个用户可按确定性方式(例如，通过共享同一话务信道)、伪随机方式(例如，通过使用两个伪随机话务信道)、或其两者的组合来重叠。

1.导频传输

采用准正交SC-FDMA，多个发射机可在一给定时频块上传送。来自这些发射机的数据传输可能会彼此干扰，并且可采用接收机空间处理来被分离，即便这些数据并非彼此正交亦是如此。来自这些发射机的导频传输可采用TDM、CDM、IFDM、LFDM、或其它某种复用方案来正交化。正交的导频改善了信道估计，这可进而改善数据性能，因为信道估计是被用来恢复这些数据传输的。一般而言，任意数目个发射机(例如，2个、3个、4个、等等)可共享一给定时频块。为简单起见，以下说明假定Q＝2，并且来自两个发射机的导频传输被复用到同一时频块上。也是为简单起见，以下仅对IFDMA和LFDMA的导频进行说明。

图5示出一种TDM导频方案。发射机1和2在由T个码元周期上的一个时隙里一集N个子带构成的同一时频块上传送数据和导频，其中T>1。以图5中所示为例，发射机1在码元周期1至t-1里传送数据，然后在码元周期t里传送导频，然后在码元周期t+2至T里传送数据。发射机1在码元周期t+1里不传送数据或导频。发射机2在码元周期1至t–1里传送数据，然后在码元周期t+1里传送导频，然后在码元周期t+2至T里传送数据。发射机2在码元周期t里不传送数据或导频。来自发射机1和2的数据传输彼此干扰。来自发射机1和2的导频传输并不彼此干扰，因此可推导出针对每一发射机的改善的信道估计。每一发射机可(1)在指定用于数据传输的每一码元周期里传送一数据SC-FDMA码元，以及(2)在指定用于导频传输的每一码元周期里传送一导频SC-FDMA码元。导频IFDMA码元可如图3A或3B中所示地基于一序列N个导频码元来生成。导频LFDMA码元可如图3A中所示地基于一序列N个导频码元来生成。

图6示出一种CDM导频方案。以图6中所示为例，每一发射机1在码元周期1至t-1里传送数据，然后在码元周期t和t+1里传送导频，然后在码元周期t+2至T里传送数据。发射机1和2在码元周期t和t+1里同时传送导频。每一发射机以正常方式——例如，像图3A或3B中所示那样生成导频SC-FDMA码元。发射机1被指派了{+1,+1}的正交导频码，对于导频周期t将其导频SC-FDMA码元乘以+1，而对于导频周期t+1将其导频SC-FDMA码元乘以+1。发射机2被指派了{+1,-1}的正交导频码，对于导频周期t将其导频SC-FDMA码元乘以+1，而对于导频周期t+1将其导频SC-FDMA码元乘以-1。假定了无线信道在用于进行导频传输的两个码元周期上是静态的。接收机将接收到的码元周期t和t+1的SC-FDMA码元合并以获得针对发射机1的接收导频SC-FDMA码元。接收机从在码元周期t里接收到的SC-FDMA码元减去在码元周期t+1里接收到的SC-FDMA码元以获得针对发射机2的接收导频SC-FDMA码元。

对于图5和6中所示的实施例，对来自两个发射机的TDMA或CDM导频使用两个码元周期。对于TDM导频方案，每一发射机在一个码元周期上传送其导频，而对于CDM导频方案，每一发射机在两个码元周期上传送其导频。每一发射机可能具有某一最大发射功率电平，其可能是由制订规章的机构或设计局限性强加的。在此情形中，CDM导频方案允许每一发射机在较长的时间区间上传送其导频。这允许接收机收集该导频的更多能量并推导出针对每一发射机的更高质量的信道估计。

图7示出分布式/局部式导频方案。以图7中所示为例，发射机1在码元周期1至t-1里传送数据，然后在码元周期t里传送导频，然后在码元周期t+2至T里传送数据。两个发射机1和2在码元周期t里同时传送导频。然而，发射机1和2的导频是如下面描述地采用IFDM或LFDM复用的，并且不会彼此干扰。如本文中使用的，分布式导频是在跨一股交织或一子带群分布的子带上发送的导频，而局部式导频是在一股交织或一子带群中的毗邻子带上发送的导频。针对多个用户的分布式导频可采用IFDM被正交地复用在给定的一股交织或一个子带群中。针对多个用户的局部式导频可采用LFDM被正交地复用在给定的一股交织或一个子带群中。

图8A示出IFDMA下发射机1和2的分布式导频，其也称作分布式IFDMA导频。交织u中的N个子带被给予1至N的索引，并且被分划成两个子集。第一子集包含具有奇数索引的子带，而第二子集包含具有偶数索引的子带。每一子集中的各子带间隔2S个子带，并且第一子集中的各子带与第二子集中的各子带偏移S个子带。发射机1被指派具有N/2个子带的第一子集，而发射机2被指派具有N/2个子带的第二子集。每一发射机针对被指派的子带子集生成导频IFDMA码元，并在该子带子集上传送此IFDMA码元。分布式导频的IFDMA码元可如下生成。

1.形成一有N/2个导频码元的原始序列。

2.复制该原始序列2S次以生成一具有K个导频码元的扩展序列。

3.如式(1)中所示地对交织u施加一相位斜坡以获得经频移的序列。

4.向此经频移的序列追加一循环前缀以生成该导频IFDMA码元。

图8B示出LFDMA下发射机1和2的分布式导频，其也称作分布式LFDMA导频。子带群v中的N个子带被给予1至N的索引，并且被分划成两个子集。第一子集包含具有奇数索引的子带，而第二子集包含具有偶数索引的子带。每一子集中的各子带间隔2个子带，并且第一子集中的各子带与第二子集中的各子带偏移一个子带。发射机1被指派具有N/2个子带的第一子集，而发射机2被指派具有N/2个子带的第二子集。每一发射机针对被指派的子带子集生成导频LFDMA码元，并在该子带子集上传送此LFDMA码元。

分布式导频的LFDMA码元可如下生成。

1.形成一有N/2个导频码元的原始序列。

2.对这N/2个导频码元执行DFT以获得N/2个频域值。

3.将这N/2个频域值映射到所指派子集中的这N/2个导频子带上，并将零值映射到其余的K–N/2个子带上。

4.对这K个频域值和零值执行K点IDFT以获得一序列的K个时域输出采样。

5.向此时域序列追加一循环前缀以生成该导频LFDMA码元。

替换地，可通过复制有N/2个导频码元的原始序列以生成一有N个导频码元的扩展序列来生成分布式导频的LFDMA码元，其可如上面就图3A所描述地来处理。如图8A和8B中所示，发射机1和2的分布式导频占据不同的子带子集，因此不会彼此干扰。接收机如下面描述地执行互补处理以恢复出来自每一发射机的分布式导频。

图9A示出IFDMA下发射机1和2的局部式导频，其也称作局部式IFDMA导频。交织u中的N个子带被给予1至N的索引，并且被分划成两个子集。第一子集包含在系统带宽下半部中的子带1至N/2，而第二子集包含在系统带宽上半部中的子带N/2+1至N。每一子集中的各子带间隔S个子带。发射机1被指派具有N/2个子带的第一子集，而发射机2被指派具有N/2个子带的第二子集。每一发射机针对被指派的子带子集生成导频IFDMA码元，并在该子带子集上传送此IFDMA码元。

局部式导频的IFDMA码元可如下生成。

1.形成一有N/2个导频码元的原始序列。

2.复制该原始序列S次以生成一具有K/2个导频码元的扩展序列

3.对这K/2个导频码元执行DFT以获得K/2个频域值。N/2个频域值是非零的，而其余频域值因S次复制之故是零。

4.将这K/2个频域值映射成使得这N/2个非零频域值在所指派集中的这N/2个导频子带上被发送。

5.将零值映射到其余子带上。

6.对这K个频域值和零值执行K点IDFT以获得一序列的K个时域输出采样。

7.向此时域序列追加一循环前缀以生成该导频IFDMA码元。

上面的步骤3至6类似于执行以生成从总共K个子带中被分配了K/2个子带的LFDMA码元的步骤。

图9B示出LFDMA下发射机1和2的局部式导频，其也称作局部式LFDMA导频。子带群v中的N个子带被给予1至N的索引，并且被分划成两个子集。第一子集包含在该子带群下半部中的子带1至N/2，而第二子集包含在该子带群上半部中的子带N/2+1至N。每一子集中的各子带彼此毗邻。发射机1被指派具有N/2个子带的第一子集，而发射机2被指派具有N/2个子带的第二子集。每一发射机针对其子带子集生成导频LFDMA码元，并在该子带子集上传送此LFDMA码元。

局部式导频的LFDMA码元可如下生成。

1.形成一有N/2个导频码元的原始序列。

2.对这N/2个导频码元执行DFT以获得N/2个频域值。

3.将这N/2个频域值映射到所指派子集中的这N/2个导频子带上，并将零值映射到其余的K–N/2个子带上。

4.对这K个频域值和零值执行K点IDFT以获得一序列的K个时域输出采样。

5.向此时域序列追加一循环前缀以生成该导频LFDMA码元。

上面步骤1至5是用于生成从总共K个子带中被分配了N/2个子带的LFDMA码元。

为清楚起见，以上对在IFDMA和LFDMA下生成分布式导频以及在IFDMA和LFDMA下生成局部化导频的示例性方法进行了说明。分布式和局部式导频也可按其他方式来生成。也可按与上面就IFDMA和LFDMA描述的方式相类似的方式来为EFDMA生成分布式和局部式导频。

图8A至9B示出其中Q＝2且每一发射机被指派N/2个子带用于进行导频传输的情形。一般而言，一给定时频块中的这N个子带可按任何方式分配给这Q个用户。这Q个用户可被分配相同数目个子带或不同数目个子带。如果Q是N的整除数，则每一用户可被分配N/Q个子带，或如果Q不是N的整除数，则每一用户可被分配约N/Q个子带。例如，如果N＝16且Q＝3，则三个发射机可被分配5、5、和6个子带。每一发射机的导频IFDMA码元或导频LFDMA码元可如图3A中所示使用基于DFT的构造来生成。

这些导频子带可以如上面就图8A至9B所描述地是数据子带的一个子集。一般而言，这些导频子带可以是数据子带的一个子集也可以不是。进一步地，这些导频子带可具有与数据子带相同或不同(例如，更宽)的频率间隔。

在以上说明中，数据和导频SC-FDMA码元具有相同的历时，并且每一数据SC-FDMA码元和每一SC-FDMA码元是在K+C个采样周期里被传送的。也可生成并传送有不同历时的数据和导频SC-FDMA码元。

图10示出具有不同数据和导频码元历时的传输方案1000。对于传输方案1000，每一数据SC-FDMA码元由在N_D个采样周期里传送的N_D个输出采样构成，并且每一导频SC-FDMA码元由在N_P个采样周期里传送的N_P个输出采样构成，其中N_D＞1，N_P＞1，并且N_D≠N_P。例如，N_D可等于K+C，而N_P可等于K/2+C、K/4+C等等。作为一具体示例，K可等于512，C可等于32，N_D可等于K+C＝544，并且N_P可等于K/2+C＝288。每一数据SC-FDMA码元可以是可如图3A或3B中所示地生成的数据IFDMA码元、可如图3A中所示地生成的数据IFDMA码元，或是可如图3A中所示地生成的数据EFDMA码元。

作为一个示例，导频SC-FDMA码元的历时可以是数据SC-FDMA码元的一半(不计循环前缀)。在此情形中，总共有K/2个用于导频的“较宽”子带，其中每一较宽子带的宽度是用于话务数据的“正常”子带的两倍。

对于缩短的LFDMA码元，一子带群由被指派了1至N/2的索引的N/2个较宽子带构成。发射机1可被指派第一子集的N/4个具有偶数索引的较宽子带，而发射机2可被指派第二子集的N/4个具有奇数索引的较宽子带。分布式导频的缩短的LFDMA码元可如下生成。

1.形成一有N/4个导频码元的原始序列。

2.对这N/4个导频码元执行DFT以获得N/4个频域值。

3.将这N/4个频域值映射到所指派子集中的这N/4个较宽子带上，并将零值映射到其余的较宽子带上。

4.对这K/2个频域值和零值执行K/2点IDFT以获得一序列的K/2个时域输出采样。

5.向此时域序列追加一循环前缀以生成该缩短导频LFDMA码元。

对于LFDMA，来自发射机1和2的导频和数据是在同一子带群上被发送的。这N/2个较宽导频子带与这N个正常数据子带占用的是系统带宽的相同部分。对于IFDMA，在给定交织的各较宽导频子带与各正常数据子带之间没有直接映射。N个较宽导频子带可用两股交织形成，并被指派给分配到这两股交织的四个发射机。这四个发射机中的每一个可被指派跨系统带宽均匀间隔的N/4个较宽导频子带。每一发射机可例如像以上就缩短导频LFDMA码元所描述的那样来生成分布式导频的一缩短IFDMA码元，其区别在于这N/4个频域值被映射到不同的较宽导频子带。

传输方案1000可被用来减少导频的开销量。例如，可分配历时短于数据码元周期的单个导频码元周期用于进行导频传输。传输方案1000也可与CDM组合使用。可分配多个(L个)具有较短历时的导频码元周期用于进行导频传输，其中L是对CDM导频使用的正交码的长度。

为清楚起见，以上针对具有两个发射机的简单情形具体描述了TDM、CDM、分布式、以及局部式导频方案。一般而言，这些导频方案可用于任意数目个发射机。对于TDM导频方案，可向Q个发射机指派Q个不同码元周期用于进行导频传输，并且每一发射机可在其被指派的码元周期上传送其导频。对于CDM导频方案，可向Q个发射机指派Q个不同正交码用于进行导频传输，并且每一发射机可使用其被指派的正交码来传送其导频。对于分布式IFDMA导频，可将一股交织分划成Q个子集，其中每一子集包含约N/Q个子带，这些子带可跨总共K个子带均匀分布并间隔Q·S个子带。对于分布式LFDMA导频，可将一子带群分划成Q个子集，其中每一子集包含约N/Q个子带，这些子带可间隔Q个子带。对于局部式IFDMA导频，可将一股交织分划成Q个子集，其中每一子集包含约N/Q个子带，这些子带可跨K/Q个子带分布并间隔S个子带。对于局部化LFDMA导频，可将一子带群分划成Q个子集，其中每一子集包含约N/Q个毗邻子带。一般而言，Q可以是N的整除数也可以不是，并且每一发射机可被指派任意数目个子带以及一给定子带集的子带中的任何一个。对于分布式和局部式导频方案，每一发射机可在其被指派的子带子集上传送其导频。

用于生成导频SC-FDMA码元的导频码元可选自诸如M-PSK、M-QAM等调制方案。这些导频码元也可基于多相序列来推导，多相序列是一具有良好时间特性(例如，恒常时域包络)和良好频谱特性(例如，平坦频谱)的序列。例如，这些导频码元可如下生成：

其中P是导频码元的数目。对于图5和6中分别示出的TDM和CDM导频方案，P等于N，而对于图8A至9B中示出的示例性分布式和局部式导频方案，P等于N/2。相位可基于下面任何一式来推导：

在式(6)中，Q’和P互质。式(3)用于Golomb序列，式(4)用于P3序列，式(5)用于P4序列，而式(6)用于Chu序列。P3、P4和Chu序列可具有任何任意性的长度。

这些导频码元也可如下生成：

相位可基于下面任何一式来推导：

式(8)用于Frank序列，式(9)用于P1序列，而式(10)用于Px序列。Frank、P1和Px序列的长度被约束为P＝T²，其中T是正整数。

图11示出在Q-FDMA系统中由发射机执行以传送导频和数据的过程1100。从这S个子带集当中选出的一集N个子带被确定(框1110)。此子带集可包含(1)要用于进行数据传输的数据子带，或(2)要由多个发射机共享以进行导频传输的导频子带。对于分布式或局部式导频，从以所指派子带集形成的Q个子带子集当中选出的被指派用于进行导频传输的一子集P个子带被确定(框1112)。对于TDM或CDM导频，被指派用于进行导频传输的该子集子带等于被指派用于传输的该集子带，并且P＝N。对于分布式或局部式导频，Q>1并且P可等于N/Q。该子带集和子带子集可取决于(1)正被传送的是分布式还是局部式导频，(2)系统使用的是IFDMA、LFDMA、EFDMA、还是混合式IFDMA/LFDMA/EFDMA，(3)数据和导频SC-FDMA码元具有相同还是不同历时等来以不同方式定义。如果Q-FDMA系统采用跳频，则可对每一时隙执行框1110和1112。

基于例如一多相序列，一序列导频码元被生成(框1114)。此序列通常对用于进行导频传输的每一子带包含一个导频码元。例如，对于具有N个导频子带的TDM或CDM导频，该序列可包含N个导频码元，或者对于具有N/2个导频子带的分布式或局部式导频，该序列可包含N/2个导频码元。数据码元也以正常方式生成(框1116)。

用该序列导频码元并以使这些导频码元占据用于进行导频传输的子带的方式生成一导频SC-FDMA码元(框1118)。用这些数据码元并以使这些数据码元占据用于传输的子带的方式生成数据SC-FDMA码元(框1120)。对于CDM导频，基于该导频SC-FDMA码元以及指派给该接收机的正交码来生成多个经定标的导频SC-FDMA码元。使用如图5或7中所示的TDM或使用如图6中所示的CDM来将这些数据SC-FDMA码元与导频SC-FDMA码元复用(框1122)。经复用的数据和导频SC-FDMA码元在所指派的时频块上被传送(框1124)。

2.信道估计

回到图1，在接收机150处，每一接收天线152的信道估计器估计每一发射机与该接收天线之间的信道响应。多个(Q个)发射机可共享同一时频块，并可如上所述地使用TDM、CDM、IFDM或LFDM来复用其导频。每一信道估计器执行互补分用，并推导出针对共享此时频块的Q个发射机中的每一个的信道估计。

图12示出由一个接收天线的信道估计器执行的基于从每一发射机接收到的导频来估计无线信道针对该发射机的响应的过程1200。为清楚起见，以下描述针对由Q个发射机共享的一个时频块的信道估计。

该信道估计器在每一码元周期里接收针对相关联天线的一SC-FDMA码元，并逆转对该导频执行的TDM或CDM(框1210)。对于图5中所示的TDM导频方案，在Q个码元周期里获得从Q个发射机接收到的Q个导频SC-FDMA码元，并且接收到的针对每一发射机的导频SC-FDMA码元被处理以推导出针对该发射机的信道估计。对于图6中所示的CDM导频方案，将从Q个发射机接收到的Q个包含CDM导频的SC-FDMA码元与指派给这些发射机的Q个正交码相乘并累加，以获得针对这Q个发射机的Q个接收导频SC-FDMA码元。对于图7至9B中所示的分布式和局部式导频方案，可在一个码元周期里获得针对这Q个发射机的一个接收导频SC-FDMA码元，并且此接收到的导频SC-FDMA码元被处理以推导出针对这Q个发射机中的每一个的信道估计。

该信道估计器移除每一接收到的SC-FDMA码元中的循环前缀，并获得该接收到的SC-FDMA码元的K个输入采样(框1212)。该信道估计器然后对每一接收到的SC-FDMA码元的这K个输入采样执行K点DFT，并获得该接收到的SC-FDMA码元的K个频域接收值(框1214)。该信道估计器对从所接收到的(各)导频SC-FDMA码元获得的接收导频值执行信道估计。该信道估计器还将从接收到的数据SC-FDMA码元获得的接收数据值提供给RX空间处理器160。为清楚起见，以下描述对一个发射机m的信道估计。

来自这Q个发射机的导频因使用TDM、CDM、IFDM、或LFDM之故而彼此正交。针对发射机m的接收导频值可给出为：

其中P_m(k)是由发射机m在子带k上发送的导频值；

H_m,r(k)是发射机m与接收天线r之间的无线信道的针对子带k的复增益；

是从接收天线r接收到的针对子带k的导频值；

N_r(k)是接收天线r上针对子带k的噪声；并且

K_p是此P个导频子带的子集。

为简单起见，此噪声可被假定为均值为0且方差为N₀的加性高斯白噪声(AWGN)。

框1214中的K点DFT提供针对总共K个子带的K个接收值。仅发射机m使用的P个导频子带的P个接收导频值被保留，并且其余K-P个接收值被丢弃(框1216)。对于TDM和CDM导频方案，P等于N，而对于分布式和局部式导频方案，P等于N/Q。对于TDM、CDM、分布式、和局部式导频方案使用不同的导频子带，因此对于不同的导频方案保留不同的接收导频值。此外，对于分布式和局部式导频方案，不同的发射机使用不同的导频子带，因此对于不同的发射机保留不同的接收导频值。

该信道估计器可采用诸如MMSE技术、最小二乘(LS)技术等各种信道估计技术来估计针对发射机m的信道频率响应。该信道估计器基于发射机m所使用的P个导频子带的P个接收导频值并采用MMSE或LS技术来推导出针对这P个导频子带的P个信道增益估计(框1218)。对于MMSE技术，可基于接收导频值推导初始频率响应估计如下：

其中是发射机m与接收天线r之间针对子带k的信道增益估计，并且“*”表示复共轭。对于LS技术，可推导初始频率响应估计如下：

此初始频率响应估计包含针对这P个导频子带的P个信道增益。此无线信道的冲激响应可由L个抽头表征，其中L可小于P。针对发射机m的信道冲激响应估计可基于这P个信道增益估计并采用最小二乘(LS)技术或MMSE技术来推导(框1220)。可基于此初始频率响应估计来推导n＝1,…,L的具有L个抽头的最小二乘信道冲激响应估计如下：

其中是包含或的P×1矢量，k∈K'；

W _P×L是傅立叶矩阵W _K×K的子阵；

是包含的L×1矢量，n＝1,..,L；并且

“H”表示共轭转置。

傅立叶矩阵W _K×K被定义为使第(u,v)个元素f_u.v给出如下：

W _P×L包含W _K×K中对应于这P个导频子带的P行。W _P×L的每一行包含W _K×K的相应一行的首L个元素。包含此最小二乘信道冲激相应估计的L个抽头。

n＝1,…,L的具有L个抽头的MMSE信道冲激相应估计可推导如下：

其中N _L×L是噪声和干扰的L×L的自协方差矩阵。对于AWGN，N _L×L可给出为N _L×L＝N₀·I，其中N₀是噪声方差。还可对初始频率响应估计执行P点IDFT以获得具有P个抽头的信道冲激响应估计。

该信道估计器可对初始频率响应估计和/或信道冲激响应估计执行滤波和/或后处理以提高信道估计的质量(框1222)。此滤波可基于有限冲激响应(FIR)滤波器、无限冲激响应(IIR)滤波器、或其它某种类型的滤波器。在一个实施例中，可执行截断以仅保留信道冲激响应的前L个抽头，并以零代替其余抽头。在另一个实施例中，可执行取阈以将能量低于预定阈值的那些信道抽头置零。此阈值可基于信道冲激响应估计的所有P个抽头的能量或仅前L个抽头的能量来计算。在又一个实施例中，可执行抽头选择以保留B个最佳信道抽头并将其余信道抽头置零。

该信道估计器可通过(1)将L抽头或P抽头信道冲激响应估计补零至长度N以及(2)对扩展的冲激响应估计执行N点DFT来推导出时频块中N个子带的最终频率响应估计(框1224)。该信道估计器还可通过(1)内插这P个信道增益估计，(2)对这P个信道增益估计执行最小二乘逼近，或(3)采用其它逼近技术来推导出这N个子带的最终频率响应估计。

对无线信道的频率响应估计和/或信道冲激响应估计还可采用其它信道估计技术以其它方式来获得。

3.空间复用

回到图1，在每一发射机110处的单个天线与接收机150处的R个天线之间形成一单输入多输出(SIMO)信道。m＝1,…,M的发射机m的SIMO信道可由每一子带的R×1信道响应矢量h _m(k,t)来表征，其可表达为：

其中r＝1,…,R的h_m,r(k,t)是发射机110m处的单个天线与接收机150处的R个天线之间在时隙t里针对子带k的耦合或复信道增益。在每一发射机与该接收机之间形成一不同的SISO信道。针对M个发射机110a至110m的信道响应矢量可分别记为h ₁(k,t)至h _M(k,t)。

如果选择进行传送的发射机的数目(M)小于或等于一个信道集中话务信道的数目(或者说M≤S)，则这M个发射机可被指派一个信道集中不同的话务信道。如果发射机的数目大于一个信道集中的话务信道的数目(或者说M>S)，则这些发射机可被指派来自最少数目个信道集的话务信道。支持M个发射机所需的信道集的最少数目(Q)可被给出为其中表示提供等于或大于x的整数值的升限算子。如果对M个发射机使用了多个(Q个)信道集，则每一发射机在任意给定时刻观察到来自至多Q–1个其它发射机的干扰，并且与至少M–(Q–1)个其他发射机正交。

对于Q-FDMA系统，最多达Q个发射机可共享一给定时频块。对于跳频Q-FDMA系统，由于跳频的伪随机本质，一给定发射机在不同时隙里在不同子带集上传送，并随时间推移与不同发射机共享时频块。为简单起见，以下说明针对由发射机1至Q共享的一个时频块。

在共享同一时频块的Q个发射机与接收机150之间形成一多输入多输出(MIMO)信道。该MIMO信道可由该时频块中每一子带的R×Q信道响应矩阵H(k,t)表征，其可表达为：

H(k,t)＝[h ₁(k,t)h ₂(k,t)...h _Q(k,t)]，k∈K_d 式(18)

其中K_d是该时频块的子带集。一般而言，每一发射机可配备一个或多个天线。多天线发射机可从多个天线发射不同SC-FDMA码元流，因而在H(k,t)中每一发射天线将有一个信道响应矢量。来自多天线发射机的这多个传输可以与来自多个单天线发射机的多个传输相同的方式来对待。

这Q个发射机中的每一个可采用IFDMA、LFDMA、或EFMDA来传送数据和导频。接收机150处理来自R个接收天线的输入采样，并获得接收数据值。在时隙t中的每一码元周期n里，每一子带k的接收数据值可表达为：

r(k,t,n)＝H(k,t)·x(k,t,n)+n(k,t,n)，k∈K_d 式(19)

其中x(k,t,n)是具有在时隙t中的码元周期n里由这Q个发射机在子带k上发送的Q个数据值的Q×1矢量；

r(k,t,n)是具有在时隙t中的码元周期n里经由这R个接收天线获得的针对子带k的R个接收数据值的R×1矢量；并且

n(k,t,n)是在时隙t中的码元周期n里针对子带k的噪声矢量。

为简单起见，假定信道响应矩阵H(k,t)在整个时隙上是恒常的，并且不因变于码元周期n。

k∈K_d的N个发射矢量x(k,t,n)由这Q个发射机在时隙t中的每一码元周期n里针对这N个子带形成。每一矢量x(k,t,n)包含在时隙t中的码元周期n里由这Q个发射机在子带k上发送的Q个数据值。

k∈K_d的N个接收矢量r(k,t,n)是在每一时隙t中的每一码元周期n里针对这N个子带获得的。每一矢量r(k,t,n)包含在一个码元周期里经由接收机150处的这R个天线获得的针对每一子带的R个接收数据值。对于一给定子带k、码元周期n、和时隙t，将矢量x(k,t,n)中的第j个数据值乘以信道响应矩阵H(k,t)的第j个矢量/列以生成矢量r _j(k,t,n)。将x(k,t,n)中的由Q个不同发射机发送的这Q个数据值乘以H(k,t)的Q列以生成Q个矢量r ₁(k,t,n)至r _Q(k,t,n)，其中每一发射机一个矢量。接收机150所获得的矢量r(k,t,n)由这Q个矢量r ₁(k,t,n)至r _Q(k,t,n)的线性组合构成，或者说由此r(k,t,n)中的每一接收数据值包含由x(k,t,n)中的Q个发射数据值中的每一个构成的分量。由此在时隙t中的每一码元周期n里由这Q个发射机在每一子带k上同时发送的这Q个数据值在接收机150处彼此干扰。

接收机150可采用各种接收机空间处理技术来分离出在每一码元周期里由这Q个发射机在每一子带上同时发送的这些数据传输。这些接收机空间处理技术包括迫零(ZF)技术、MMSE技术、以及最大比值合并(MRC)技术。

接收机150可基于ZF、MMSE、或MRC技术推导空间滤波器矩阵如下：

M _zf(k,t)＝[H ^H(k,t)·H(k,t)]^-1·H ^H(k,t)， 式(20)

M _mmse(k,t)＝D _mmse(k,t)·[H ^H(k,t)·H(k,t)+σ²·I]^-1·H ^H(k,t)， 式(21)

M _mrc(k,t)＝D _mrc(k,t)·H ^H(k,t)， 式(22)

其中D _mmse(k,t)＝diag{[H ^H(k,t)·H(k,t)+σ²·I]^-1·H ^H(k,t)·H(k,t)}^-1；并且D _mrc(k,t)＝diag[H ^H(k,t)·H(k,t)]^-1。

接收机150可基于从这Q个发射机接收到的导频来估计每一子带的信道响应矩阵H(k,t)。为清楚起见，本文中的说明假定没有信道估计误差。接收机150然后使用估计出的信道响应矩阵H(k,t)来推导空间滤波器矩阵。由于假定了H(k,t)是跨时隙t恒常的，因此对于时隙t中的所有码元周期可使用同一空间滤波器矩阵。

接收机150可执行接收机空间处理如下：

其中M(k,t)可等于M _zf(k,t)、M _mmse(k,t)、或M _mrc(k,t)；

是具有在时隙t中的码元周期n里检测到的针对子带k的L个数据值的L×1矢量；并且

是接收机空间处理之后的噪声。

检测到的数据值是发射数据值的估计。

来自MMSE空间滤波器M _mmse(k,t)和MRC空间滤波器M _mrc(k,t)的估计是对x(k,t,n)中数据值的非归一化估计。与定标矩阵D _mmse(k,t)或D _mrc(k,t)的相乘提供了这些数据值的归一化估计。

一般而言，不同发射机集在一给定时隙里可被指派不同子带集，例如像由其跳跃模式所决定的那样。在一给定时隙里指派到这S个子带集的这S个发射机集可包含相同或不同数目的发射机。此外，每一发射机集可包含单天线发射机、多天线发射机、或两者的组合。不同的发射机集在不同时隙里还可被指派到一给定子带集。每一时隙里每一子带的信道响应矩阵H(k,t)由在该时隙里使用该子带的发射机集决定，并对在该时隙里在该子带上传送的每一发射机包含一个或多个矢量/列。矩阵H(k,t)可对一使用多个天线来向接收机150传送不同流的发射机包含多个矢量。

如上面表明的，在每一时隙t中的每一码元周期n里由这Q个发射机在每一子带k上同时发送的这多个数据传输可由接收机150基于它们的空间签名来分离，而它们的空间签名是由它们的信道响应矢量h _m(k,t)给出的。这使得Q-FDMA系统能享受到更高的容量。

对前向和反向链路都可使用Q-FDMA。对于反向链路，多个终端可在同一时频块上同时向一多天线基站进行传送，而该多天线基站可采用上面描述的接收机空间处理技术来分离来自这些终端的传输。对于前向链路，该多天线基站可获得针对所有终端的信道估计(例如，基于由这些终端传送的导频)，并针对发送给这些终端的传输执行发射机空间处理。例如，该基站可针对终端m执行发射机空间处理如下：

其中s_m(k,t,n)是在时隙t中的码元周期n里要在子带k上向终端m发送的数据码元；

并且

x _m(k,t,n)是具有在时隙t中的码元周期n里要经由这R个天线在子带k上向终端m发送的R个发射码元的R×1矢量。

式(24)示出利用MRC波束成形的发射机空间处理。该基站还可执行其他类型的发射机空间处理。例如，该基站可利用迫零波束成形来同时向两个用户进行传送，并为第一用户形成一波束以使另一用户位于其零区中因而观察不到来自第一用户的干扰。

在前向链路上，一多天线终端可接收来自多个基站的传输。每一基站可利用由该基站指派给该终端的一不同跳跃模式来向该终端进行传送。由不同基站向该终端指派的跳跃模式可能会冲突。每当这种情况发生时，该终端可采用接收机空间处理来分离出由这些基站在同一码元周期里在同一子带上同时发送的这多个传输。

Q-FDMA还可用来提高换手期间的性能。一终端A可能从基站1被换手到基站2。在换手期间，基站2可能会在与被指派给正和基站2通信的另一终端B的子带重叠的子带上接收到来自终端A的传输。基站2可执行接收机空间处理来分离来自终端A和B的传输。基站1或2还可合并由两个基站获得的针对终端A的信息(例如，检测到的数据值)以提高性能，这就是所谓的“软换手”过程。基站1和2还可向终端A发送正交导频。该网络可被设计成使得不同扇区里用于前向链路和/或反向链路的导频彼此正交。

可在前向链路和反向链路上发送正交导频以便于实现信道估计。共享同一时频块的多个终端可向一给定基站发送正交导频。多个基站也可在例如换手期间向一给定终端发送正交导频。这些正交导频可采用本文中描述的这些导频传输方案中的任何一种来发送。

4.H-ARQ传输

Q-FDMA系统可采用混合式自动重复请求(H-ARQ)，其也称为增量冗余(IR)传输。使用H-ARQ，发射机针对一个数据分组发送一个或多个传输，直至该分组被接收机正确解码或者最大数目个传输已被发送。H-ARQ提高数据传输的可靠性，并支持在信道状况存在变化的情况下对分组的速率自适应。

图13示出H-ARQ传输。一发射机处理(例如，编码和调制)一数据分组(分组1)并生成多个(B个)数据块，它们也可被称为帧或子分组。每一数据块可包含在良好信道状况下足以允许接收机正确解码该分组的信息。这B个数据块包含该分组的不同冗余信息。每一数据块可在任意数目个时隙中被发送。以图13中所示为例，每一数据块在一个时隙里发送。

该发射机在时隙1里发送分组1的第一数据块(块1)。接收机接收并处理(例如，解调和解码)块1，确定分组1解码出错，并在时隙2里向该发射机发送一否定确认(NAK)。该发射机接收到此NAK并在时隙3里传送分组1的第二数据块(块2)。接收机接收块2，处理块1和2，确定分组1仍然解码出错，并在时隙4里发送一NAK。这种块传输和NAK响应可持续任意多次。以图13中所示为例，该发射机在时隙t里传送分组1的数据块x(块x)，其中x≤B。接收机接收块x，处理分组1的块1至x，确定该分组被正确解码，并在时隙2b里发回一ACK。该发射机接收到此ACK并终止分组1的传输。该发射机处理下一数据分组(分组2)并以相似方式传送分组2的各数据块。

在图13中，对于每一块传输的ACK/NAK响应都有一个时隙的延迟。为提高信道利用率，发射机可用交织方式来传送多个分组。例如，发射机可在奇数时隙里传送一个分组，并在偶数时隙里传送另一分组。对于更长的ACK/NAK延迟，还可交织两个以上的分组。

图13示出NAK和ACK两者的传输。对于基于ACK的方案，仅当分组被正确解码时才发送ACK，而NAK是不发送的并根据没有ACK来假定。

图14示出在采用跳频的情况下两个发射机a和b的H-ARQ传输。每一发射机可在任一时隙起传送一新分组。每一发射机还可为每一分组传送任意数目个数据块，并可在接收到针对当前分组的ACK之际传送另一分组。由每一发射机传送的分组由此显得相对于由其它各发射机传送的分组而言是异步的。在采用跳频的情况下，每一发射机在一序列时频块上进行传送。如图14中所示，每一发射机可能会以伪随机方式与其它各发射机产生干扰——如果这些发射机被指派了不同信道集中的话务信道。多个发射机也可能在每个时频块中彼此干扰——如果它们被指派了同一话务信道(图14中未示出)。

接收机接收到来自各发射机的块传输，并对具有来自多个发射机的块传输的每一时频块执行接收机空间处理。该接收机基于所获得的针对所接收每一分组的所有块传输的全部数据码元估计来解调和解码每个分组。对于被正确解码的每一分组，针对该分组的H-ARQ传输可被终止，并且由于该分组而产生的干扰可被估计并从该分组所使用的(各)时频块的输入采样或接收数据值中扣除。此干扰估计可通过例如以与发射机执行的相同的方式来编码和调制该分组、并将结果所得的码元乘以针对该分组的信道估计来获得。该接收机可对被正确解码的分组所使用的所有时频块上的干扰已消去码元执行接收机空间处理，以获得对解码出错但与这些被正确解码的分组是在同一时频块上传送的分组的新的数据码元估计。每一解码出错但与任何正确解码的分组至少部分地重叠(即，共享任意时频块)的分组可基于该分组的所有数据码元估计来解调和解码。

5.发射机和接收机

图15示出发射机110m的一个实施例。在TX数据暨导频处理器120m内，编码器1512接收话务数据，基于一编码方案来编码每一数据分组以生成已编码分组，并将每一已编码分组分划成多个数据块。交织器1514基于一交织方案来交织或重排每一数据块。码元映射器1516基于一调制方案将每一数据块中的经交织比特映射到数据码元。导频生成器1520基于例如一多相序列来生成导频码元。TDM/CDM单元1522采用TDM(例如，如图5或7中所示)或CDM(例如，如图6中所示)将数据码元与导频码元复用。这些数据和导频码元也可在SC-FDMA调制之后被复用。

在控制器/处理器140m内，FH生成器1542基于例如指派给发射机110m的跳跃模式来确定要在每一时隙里用于进行传输的子带集。对于分布式和局部式导频，控制器/处理器140m还确定要用于进行导频传输的子带子集。例如，信道集1中指派给发射机的话务信道可被指派第一子集，信道集2中指派给发射机的话务信道可被指派第二子集，依此类推。SC-FDMA调制器130m生成能在用于进行传输的子带集上发送的数据SC-FDMA码元。SC-FDMA调制器130m还生成能在用于进行导频传输的子带子集上发送的导频SC-FDMA码元。

图16示出接收机150的一个实施例。在接收机150处，R个DFT单元1610a至1610r分别接收来自R个接收天线的接收机单元154a至154r的输入采样。每一DFT单元1610对每一码元周期里的输入采样执行DFT以获得该码元周期的频域值。R个分用器/信道估计器1620a至1620r分别接收来自DFT单元1610a至1610r的频域值。每一分用器1620将频域数据值(或接收数据值)提供给K个子带空间处理器1632a至1632k。

每一信道估计器1620基于所获得的针对每一发射机的频域导频值(或接收导频值)来推导针对该发射机的信道估计。空间滤波器矩阵计算单元1634基于针对使用每一子带和每一时隙的所有发射机的信道响应矢量来形成该时隙里该子带的信道响应矩阵H(k,t)。计算单元1634然后如上所述地基于每一子带和每一时隙的信道响应矩阵H(k,t)推导出该时隙里该子带的空间滤波器矩阵M(k,t)。计算单元1634提供每一时隙里K个子带的K个空间滤波器矩阵。

K个子带空间处理器1632a至1632k从分用器1620a至1620r分别获得子带1至K的接收数据值。每一子带空间处理器1632还接收针对其子带的空间滤波器矩阵，用该空间滤波器矩阵对这些接收数据值执行空间处理，并提供检测出的数据值。对于每一码元周期，K个空间处理器1632a至1632k将针对这K个子带的K个检测数据值矢量提供给分用器(Demux)1636。分用器1636将针对每一发射机的检测数据值映射到检测SC-FDMA码元上。针对给定发射机m的检测SC-FDMA码元是由接收机150为该发射机获得的SC-FDMA码元，且来自其它各发射机的干扰经由接收机空间处理得到了抑制。

SC-FDMA解调器170处理每一检测出的SC-FDMA码元，并将数据码元估计提供给RX数据处理器172。SC-FDMA解调器170可执行均衡、针对IFDMA的相位斜坡移除、码元与所指派子带的解映射等等。SC-FDMA解调器170还基于指派给这M个发射机话务信道将针对这些发射机的数据码元估计映射到M个流上。FH生成器1642基于指派给每一发射机的跳跃模式来确定该发射机所使用的子带。

RX数据处理器172码元解映射、解交织、并解码针对每一发射机的数据码元估计，并且提供经解码的数据以及每一已解码分组的解码状态。控制器180可基于解码状态生成ACK和/或NAK，并可将这些ACK和/或NAK发回给各发射机以控制H-ARQ的数据块传输。

本文中描述的这些技术可通过各种手段来实现。例如，这些技术可在硬件、软件、或其组合中实现。对于硬件实现，用于执行导频传输、信道估计、接收机空间处理等的各个处理单元可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件、设计成执行本文中描述的功能的其他电子单元、或其组合内实现。

对于软件实现，这些技术可用执行本文中描述的功能的模块(例如，过程、函数等等)来实现。这些软件代码可被存储在存储器单元(例如，图1中的存储器单元142或182)中，并由处理器(例如，控制器140或180)执行。该存储器单元可被实现在处理器内，或可外置于处理器。

本文中包括标题以便参考并协助定位某些章节。这些标题并非旨在限定在其下描述的概念的范围，并且这些概念可适用于贯穿整个说明书的其他章节中。

提供前面对所公开的实施例的描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使用本发明。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。由此，本发明并不旨在被限定于本文中所示出的这些实施例，而是应与符合本文中公开的原理和新颖性特征的最广义的范围一致。

Claims (26)

1.一种用于导频和数据处理的装置，包括：

至少一个接收机单元，用于在由至少两个发射机用以发送正交导频和非正交数据传输的时隙里接收至少一个单载波频分多址(SC-FDMA)码元；以及

处理器，用于处理所述至少一个SC-FDMA码元以针对所述至少两个发射机分别获得相应的信道估计以用于恢复分别由所述至少两个发射机发送的非正交数据传输。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少两个发射机采用时分复用(TDM)、码分复用(CDM)、交织式频分复用(IFDM)、局部式频分复用(LFDM)、或其组合来传送所述正交导频，并且其中所述处理器用于对由所述至少两个发射机传送的所述各正交导频执行分用。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器用于变换所述至少一个SC-FDMA码元以获得频域导频值，并基于所述频域导频值来推导针对每一发射机的频率响应估计。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述处理器用于基于所述频域导频值并采用最小均方误差(MMSE)技术或最小二乘(LS)技术来推导针对每一发射机的频率响应估计。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述处理器用于基于针对每一发射机的频率响应估计来推导出针对所述发射机的信道冲激响应估计。

6.一种用于导频和数据处理的方法，包括：

在由至少两个发射机用来发送正交导频和非正交数据传输的时隙里接收至少一个单载波频分多址(SC-FDMA)码元；并且

处理所述至少一个SC-FDMA码元以针对所述至少两个发射机分别获得相应的信道估计以用于恢复分别由所述至少两个发射机发送的非正交数据传输。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述处理至少一个SC-FDMA码元包括

变换所述至少一个SC-FDMA码元以获得频域导频值，以及

基于所述频域导频值推导出针对每一发射机的频率响应估计。

8.一种用于导频和数据处理的装置，包括：

用于在由至少两个发射机用来发送正交导频和非正交数据传输的时隙里接收至少一个单载波频分多址(SC-FDMA)码元的装置；以及

用于处理所述至少一个SC-FDMA码元以针对所述至少两个发射机分别获得相应的信道估计以用于恢复分别由所述至少两个发射机发送的非正交数据传输的装置。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述用于处理至少一个SC-FDMA码元的装置包括

用于变换所述至少一个SC-FDMA码元以获得频域导频值的装置，以及

用于基于所述频域导频值推导出针对每一发射机的频域响应估计的装置。

10.一种用于导频和数据处理的装置，包括：

第一处理器，用于经由多个接收天线接收单载波频分多址(SC-FDMA)码元，并处理所述SC-FDMA码元以获得针对在由多个码元周期里的一子带集构成的时频块上发送正交导频和非正交数据传输的至少两个发射机的接收数据值；以及

第二处理器，用于对所述接收数据值执行接收机空间处理以针对所述至少两个发射机中的每个发射机获得检测数据值，所述检测数据值是对由所述至少两个发射机中的每个发射机发送的非正交发射数据值的估计。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一处理器用于推导针对所述至少两个发射机的信道估计，并且其中所述第二处理器用于基于针对所述至少两个发射机的信道估计来推导针对所述子带集的空间滤波器矩阵集，并基于所述空间滤波器矩阵集来执行接收机空间处理。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二处理器用于基于迫零(ZF)技术、最小均方误差(MMSE)技术、或最大比值合并(MRC)技术来推导所述空间滤波器矩阵集。

13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，进一步包括：

第三处理器，用于执行SC-FDMA解调。

14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，进一步包括：

控制器，用于基于指派给所述至少两个发射机的跳频模式从至少两个子带集当中确定所述子带集。

15.如权利要求10所述的装置，其特征在于，进一步包括：

第三处理器，用于处理针对所述至少两个发射机的所述检测数据值以获得已解码的数据。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第三处理器用于确定每一分组的解码状态，并对每一被正确解码的分组提供一确认(ACK)，所述ACK被用于终止所述被正确解码的分组的传输。

17.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述至少两个发射机包括与一无线网络中的第一基站通信的第一发射机和与所述无线网络中的第二基站通信的第二发射机，并且其中所述装置驻留在所述第一基站中。

18.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述至少两个发射机包括与第一和第二基站通信的第一发射机，其中所述装置驻留在所述第一基站中并且进一步包括

第三处理器，用于从所述第二处理器获得针对所述第一发射机的检测数据值，并获得由所述第二基站推导出的针对所述第一发射机的检测数据值，并将从所述第二处理器与所述第二基站获得的针对所述第一发射机的检测数据值合并。

19.一种用于导频和数据处理的方法，包括：

经由多个接收天线接收单载波频分多址(SC-FDMA)码元；

处理所述SC-FDMA码元以获得针对在由多个码元周期里的一子带集构成的时频块上发送正交导频和非正交数据传输的至少两个发射机的接收数据值；并且

对所述接收数据值执行接收机空间处理以针对所述至少两个发射机中的每个发射机获得检测数据值，所述检测数据值是对由所述至少两个发射机中的每个发射机发送的非正交发射数据值的估计。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括：

推导针对所述至少两个发射机的信道估计；以及

基于针对所述至少两个发射机的信道估计推导针对所述子带集的空间滤波器矩阵集，并且其中所述接收机空间处理是基于所述空间滤波器矩阵集来执行的。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述推导空间滤波器矩阵集包括

基于迫零(ZF)技术、最小均方误差(MMSE)技术、或最大比值合并(MRC)技术来推导所述空间滤波器矩阵集。

22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括：

对针对所述至少两个发射机的检测数据值执行SC-FDMA解调。

23.一种用于导频和数据处理的装置，包括：

用于经由多个接收天线接收单载波频分多址(SC-FDMA)码元的装置；

用于处理所述SC-FDMA码元以获得针对在由多个码元周期里的一子带集构成的时频块上发送正交导频和非正交数据传输的至少两个发射机的接收数据值的装置；以及

用于对所述接收数据值执行接收机空间处理以针对所述至少两个发射机中的每个发射机获得检测数据值的装置，所述检测数据值是对由所述至少两个发射机中的每个发射机发送的非正交发射数据值的估计。

24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，进一步包括：

用于推导出针对所述至少两个发射机的信道估计的装置；以及

用于基于针对所述至少两个发射机的信道估计来推导针对所述子带集的空间滤波器矩阵集的装置，并且其中所述接收机空间处理是基于所述空间滤波器矩阵集来执行的。

25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述用于推导空间滤波器矩阵集的装置包括

用于基于迫零(ZF)技术、最小均方误差(MMSE)技术、或最大比值合并(MRC)技术来推导所述空间滤波器矩阵集的装置。

26.如权利要求23所述的装置，其特征在于，进一步包括：

用于对针对所述至少两个发射机的所述检测数据值执行SC-FDMA解调的装置。