CN102143118A - 混合正交分频码分多址系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本案揭露一种混合正交分频码分多址(OFDMA)系统，其包含一传输器与一接收器。该传输器包含一第一展开正交分频码分多址子组件、一第一非展开正交分频码分多址子组件以及一第一共同子组件。该第一展开正交分频码分多址子组件展开输入数据并映像该展开数据至一第一子载波群组。该第一非展开正交分频码分多址子组件映像输入数据至一第二子载波群组。该第一共同子组件利用正交分频码分多址传输映像至该第一与第二子载波群组的输入数据。该接收器包含一第二展开正交分频码分多址子组件、一第二非展开正交分频码分多址子组件以及一第二共同子组件。该第二共同子组件利用正交分频码分多址处理接收数据，以恢复映像至该子载波的数据。该第二展开正交分频码分多址子组件通过于码域中分离使用者数据而恢复该第一输入数据，而该第二非展开正交分频码分多址子组件则用于恢复该第二输入数据。

Description

混合正交分频码分多址系统及方法
本申请是申请日为2006年4月20日，申请号为200680013356.2的分案申请。
技术领域
本发明与无线通信系统有关。更特别的，本发明与一种混合正交分频码分多址系统及方法有关。
背景技术
未来的无线通信系统将预期提供像是对于用户无线因特网存取的广带服务。这种广带服务需要遍及一无线通道的可靠及高处理能力传输，其通常具有时间分散性及频率选择性。该无线通道则受到限制频谱与多路径凋零所造成内部符号干扰(ISI)的限制。对于下一代无线通信网络而言，正交分频多任务(OFDM)与正交分频码分多址(OFDMA)则是最有希望的解答。
正交分频多任务具有高频谱效率，因为在该正交分频多任务系统中使用的该子载波于频率中重迭，便可遍及子载波利用一种适合的调制编码方案(MCS)。此外，正交分频多任务的执行很简单，因为该基带调变与解调可以利用简单的反转快速复立叶转换(IFFT)及快速复立叶转换(FFT)操作进行。该正交分频多任务的其它优点则包含一种简单的接收器结构与多路径环境中的优良强健特性。
正交分频多任务与正交分频码分多址已经被许多无线/有线通信系统标准所采用，像是数字声音广播(DAB)、走地式数字声音广播(DAB-T)、IEEE 802.11a/g、IEEE 802.16、异步数字用户专线(ADSL)，并且是考虑在第三代合作伙伴计划(3GPP)长期发展(LTE)、分码码分多址2000(CDMA 2000)发展、第四代(4G)无线通信系统、IEEE 802.11n等等中采用。
正交分频多任务与正交分频码分多址的主要问题，是很难消除或控制内部胞元干扰，以达到一的频率重复利用因子。胞元之间的频率跳跃与子媒介载波分配合作方式，已经被提出以消除内部胞元干扰。然而，这两种方法的效率都受到限制。
发明内容
本发明与一种混合正交分频码分多址(OFDMA)系统及方法有关。该系统包含一传输器与一接收器。该传输器包含一第一展开正交分频码分多址子组件、一第一非展开正交分频码分多址子组件以及一第一共同子组件。该第一展开正交分频码分多址子组件展开输入数据并映像该展开数据至一第一子载波群组。该第一非展开正交分频码分多址子组件映像输入数据至一第二子载波群组。该第一共同子组件利用正交分频码分多址传输映像至该第一与第二子载波群组的输入数据。该接收器包含一第二展开正交分频码分多址子组件、一第二非展开正交分频码分多址子组件以及一第二共同子组件。该第二共同子组件利用正交分频码分多址处理接收数据，以恢复映像至该子载波的数据。该第二展开正交分频码分多址子组件通过将使用者数据展开于码域中的方式恢复该第一输入数据，而该第二非展开正交分频码分多址子组件则用于恢复该第二输入数据。
附图说明
图1为根据本发明所配置的示范混合正交分频码分多址(OFDMA)系统块状图。
图2显示根据本发明频率域展开与子载波映像的范例。
图3显示根据本发明展开与子载波映像的另一范例。
图4显示根据本发明进行子载波时间频率跳跃的范例。
图5为根据本发明所配置的示范时间频率耙式组合器块状图。
具体实施方式
此后，术语”传输器”与”接收器”包含但不局限为一种使用者配置(UE)、无线传输接收单元(WTRU)、移动站、固定式或移动式用户单元、呼叫器、节点B、基站、位置控制器、存取点，或是任何具有在无线环境中操作能力的装置形式。
本发明的特征可以组合于一集成电路(IC)之中，或是配置在包括许多互连单元的电路之中。
本发明可以应用于任何利用正交分频码分多址(或正交分频多任务)及/或分码码分多址(CDMA)的无线通信系统，像是IEEE 802.11、IEEE 802.16、第三代(3G)胞元式系统、第四代(4G)系统、卫星通信系统等等。
图1为根据本发明所的示范混合正交分频码分多址系统10块状图，其包含一传输器100与一接收器200。该传输器100包含一展开正交分频码分多址子组件130、一非展开正交分频码分多址子组件140以及一共同子组件150。在该展开正交分频码分多址子组件130中，(用于一或多个使用者的)输入数据101是利用一种展开码展开，以产生多数个芯片103，而该芯片103接着被映像至子载波。在该非展开正交分频码分多址子组件140中，(用于一或多个使用者的)输入位111则不进行展开便映射至子载波。
该展开正交分频码分多址子组件130包含一展开器102与一第一子载波展开映像单元104。该非展开正交分频码分多址子组件140包含一串行转序列(S/P)转换器112与一第二子载波映像单元114。该共同子组件150包含一N点反转离散复立叶转换(IDFT)处理器122、一序列转串行(P/S)转换器124与一循环前缀(CP)插入单元126。
假设在该系统中具有N个子载波，且在同时间有K个不同使用者在该系统中通信，在K个使用者之间，便通过该展开正交分频码分多址子组件130传输数据至KS个使用者。在该展开正交分频码分多址子组件130与该非展开正交分频码分多址子组件140中所使用的子载波数目分别为NS与NO。NS与NO的数值满足0≤NS≤N、0≤NO≤N与NS+NO≤N的条件。
该输入数据101由该展开器102展开至为多数个芯片103。该芯片103则由该子载波展开映像单元104映像至该NS个子载波。该展开可以在时间域中、频率域中或在两者之中执行。对一特定使用者而言，在该时间域中与该频率域中的展开因子则分别为SFt与SFf。对该使用者而言其联合展开因子则为SFjoint，其等于SFt×SFf。当SFt＝1时，该展开只在频率域中执行，而当SFf＝1时，该展开便只在时机域中执行。对于使用者i的频率域展开则受到分配至该使用者i的子载波数目NS(i)的限制。该子载波的分配可以是静态的或动态的。在对于每个使用者i的NS(i)＝NS情况中，该展开正交分频码分多址则变为一种正交分频多任务。
在该展开正交分频码分多址子组件130中，一子载波可以映射至多于一个的使用者。在这种情况中，映射至相同子载波的两个或多个使用者的输入数据101则成为码多任务，并因此应该利用不同的展开码展开。如果展开是同时在时间与频率域中执行，在该时间域、该频率域，获两者之中指定至使用者的展开码便各不相同。
图2显示根据本发明频率域展开与子载波映像的范例。该输入数据101是由一多任务器202以一展开码204进行多任务处理，以产生多数个芯片103’。该芯片103’由一串行转序列转换器206转换为序列芯片103。该每个序列芯片103接着在传送至该反转离散复立叶转换处理器122的前，都由该子载波映像单元104映像至该子载波之一。
图3显示根据本发明频率域展开与子载波映像的另一范例。取代由一展开器进行展开码的东工处理，其利用一重复器302以一芯片比率将每个输入数据101重复多次以产生芯片103’。该芯片103’接着由一串行转序列转换器304转换为序列芯片103。该每个序列芯片103接着在传送至该反转离散复立叶转换处理器122的前，都由该子载波映像单元104映像至该子载波之一。
替代的，当输入数据在该时间域中展开时，每个输入数据都由一展开器展开以产生多数个芯片串流，而该芯片串流接着被映像至子载波。在这种情况中，该时间域展开也可以利用简单地重复该输入数据，而不使用一展开码的方式执行。
共同导引可以在该展开正交分频码分多址子组件130中使用的子载波上传输。为了与其它使用者数据进行分辨，也可以将共同导引展开。
再次参考图1，在该非展开正交分频码分多址子组件140中，不同使用者的输入位111由该串行转序列转换器112转换为序列位113。该子载波映像单元114分配使用者至一或多个子载波，因此每个子载波最多由一个使用者所使用，且来自每个使用者的位则由该子载波映像单元映像至分配至该使用者的子载波。在子方法中，使用者在该频率域中为多任务的。分配至使用者i的子载波数目则标示为NO(i)，且0≤NO(i)≤NO。该子载波分配可以是静态的或动态的。
根据本发明，该非展开正交分频码分多址子组件140可以以一种拟随机方式于每个胞元中执行时间频率跳跃。通过时间域跳跃，在一胞元中进行传输的使用者则随时间而改变(换言的，在一或多个正交分频多任务符号或图框方面)。通过频率域跳跃，分配至一胞元中进行传输使用者的子载波，便在每一个或数个正交分频多任务符号或图框处进行跳跃。在此方法中，可以消除并平均在该使用者与胞元之间的内部胞元干扰。
图4显示描述一种根据本发明的时间频率跳跃范例，其在T0-T6的时间期间内使用10个子载波s0-s9。做为范例，在图2中子载波s3、s5、s8是用于展开正交分频码分多址，而剩余的子载波则用于非展开正交分频码分多址。对于分配于非展开正交分频码分多址的子载波而言，分配至使用者的子载波与时间期间是以一种拟随机方式跳跃。举例而言，用于使用者1的数据在T0通过s9、在T1通过s7、在T3通过s7、在T4通过s1与s9传输，而用于使用者2的数据则在T0通过s4、在T1通过s6、在T2通过s3、在T4通过s0与s4传输。因此，其通过不同的正交分频多任务符号或图框传输数据至不同的使用者，并消除内部胞元干扰。
再次参考图1，该芯片105与该数据115被提供至该反转离散复立叶转换处理器122。该反转离散复立叶转换处理器122将该芯片105与该数据115转换为时间域数据123。该反转离散复立叶转换处理器122可以利用反转快速复立叶转换(IFFT)或等价的操作执行。该时间域数据123接着由该序列转串行转换器124转换为串行数据125。接着由该循环前缀插入单元126将一循环前缀(也已知为一种护卫期间(GP))加入至该串行数据125。接着够过该无线信道160传输数据127。
该接收器200包含用于正交分频码分多址之一展开正交分频码分多址子组件230、一非展开正交分频码分多址子组件240以及一共同子组件250。该共同子组件250包含一循环前缀移除单元202、一串行转序列转换器204、一N点离散复立叶转换(DFT)处理器206、一均衡器208与一子载波解映像单元210。该展开正交分频码分多址子组件230包含一码域使用者分离单元214而该非展开正交分频码分多址子组件240包含一序列转串行转换器216。
该接收器200接收通过该信道传输的数据201。该循环前缀移除单元202从接收数据201移除循环前缀。在循环前缀移除后，为时间域数据的数据203便由该串行转序列转换器204转换为序列数据205。该序列数据205被提供至该离散复立叶转换处理器206，便转换为频率域数据207，其意味着在N个子载波上的N个序列数据。该离散复立叶转换可以由快速复立叶转换或等价操作执行。该频率域数据207被提供至该均衡器208，并在每个子载波执行数据等化。如同在传统的正交分频多任务系统中，可以使用一种简单之一阶(one-tap)均衡器。
在对每个子载波进行等化之后，对应于一特定使用者的数据便由该子载波解映像单元210分离，其是一种在该传输器100处由子载波展开映像单元104、114所执行的反向操作。在该非展开正交分频码分多址子组件240中，该序列转串行转换器216将每个使用者数据211简单地转换为串行数据217。在该展开正交分频码分多址子组件230中，在该分离子载波上的数据212则由该码域使用者分离单元214进一步处理。根据在该传输器100处所做的展开方式，便在该码域使用者分离单元214中，执行对应的使用者分离。举例而言，如果在该传输器100处只在该时间域中执行该展开，便可以使用一种传统的耙式组合器做为该码域使用者分离单元214。如果在该传输器100处只在该频率域中执行该展开，便可以使用一种传统(频率域)的解展开器做为该码域使用者分离单元214。如果在该传输器100处于该时间域与该频率域两者中执行展开，便可以使用一种时间频率耙式组合器做为该码域使用者分离单元214。
图5为根据本发明所配置的示范时间频率耙式组合器500块状图。该示范时间频率耙式组合器500执行在时间域与频率域两者中的处理，以恢复在该传输器100处于该时间域与该频率域两者中展开的数据。应该注意的是该时间频率耙式组合器500也可以利用不同的方式执行，图5中所提供的配置只是范例不是限制，而本发明的观点也不局限于图5中所显示的结构。
该时间频率耙式组合器500包括一解展开器502与一耙式组合器504。对于一特定使用者而言，由图1中该子载波解映像单元210为了展开正交分频码分多址子组件230所分离与收集的数据212，则被递送至该解展开器502。该解展开器502在该子载波上执行该数据212的频序域解展开。该解展开器502包含用来多任务处理该数据212展开码共轭508的多数个多任务器506、用于加总乘法运算输出510的加总器512、以及用于正规化该加总输出514的正规化器516。该解展开输出518接着由该耙式组合器504处理，以利用时间域组合的方式恢复该使用者的数据。
再次参考图1，该传输器100、该接收器200或两者都可以包含多重天线，并可以在传输器侧、接收器侧或两者处，利用多重天线执行根据本发明的混合正交分频码分多址。
实施例
1.一种混合正交分频码分多址(OFDMA)系统，其包括一传输器及一接收器。该传输器包括一第一展开正交分频码分多址子组件，用以展开一第一使用者群组之一第一输入数据，并将展开数据映像至一第一子载波群组；一第一非展开正交分频码分多址子组件，用以将第二输入数据映像至一第二子载波群组；以及一第一共同子组件，用以使用正交分频码分多址而传输映射至该第一子载波群组与第二子载波群组的该第一输入数据与第二数据。该接收器包括一第二共同子组件，用以利用混合正交分频码分多址处理所接收的数据，以恢复映像至该子载波的数据；一第二展开正交分频码分多址子组件，用以恢复该第一输入数据；以及一第二非展开正交分频码分多址子组件，用以恢复该第二输入数据。
2.如实施例1的系统，其中该第一展开正交分频码分多址子组件于一时间域与一频率域至少其中之一中展开该第一输入数据。
3.如实施例2的系统，其中该第一展开正交分频码分多址子组件以一芯片比率重复该第一输入数据而展开该第一输入数据。
4.如实施例1～3中任一实施例的系统，其中该第一展开正交分频码分多址子组件与该第一非展开正交分频码分多址子组件动态地映像该子载波。
5.如实施例1～4中任一实施例的系统，其中该第一展开正交分频码分多址子组件于该第一子载波群组上传输共同导引。
6.如实施例1～5中任一实施例的系统，其中该第一非展开正交分频码分多址子组件在将该第二输入数据映像至该第二子载波群组中执行时间域跳跃与频率域跳跃至少其中之一。
7.如实施例1～6中任一实施例的系统，其中该接收器的第二展开正交分频码分多址子组件包括一耙式组合器。
8.如实施例1～7中任一实施例的系统，其中该接收器的第二正交分频码分多址子组件包括一时间频率耙式组合器。
9.如实施例1～8中任一实施例的系统，其中至少该传输器与该接收器至少其中之一包括多重天线。
10.一种混合正交分频码分多址(OFDMA)系统，其包括一传输器及一接收器。该传输器包括一展开器，用于展开一第一使用者群组的第一输入数据，以产生芯片；一第一子载波映像单元，其用于将该芯片映像至一第一子载波群组；一第一串行转序列(S/P)转换器，用于将一第二使用者群组的第二输入数据转换为第一序列数据；一第二子载波映像单元，其用于将该第一序列数据映像至该第二子载波群组中；一反转离散复立叶转换(IDFT)处理器，用以对该第一子载波映像单元与该第二子载波映像单元的输出执行反转离散复立叶转换，以产生一时间域数据；一第一序列转串行(P/S)转换器，用以将该时间域数据转换为串行数据；以及一循环前缀(CP)插入单元，用于将一循环前缀插入至该串行数据以进行传输。该接收器包括一循环前缀移除单元，用于从所接收数据移除一循环前缀；一第二串行转序列转换器，用以将该循环前缀移除单元的输出转换为第二序列数据；一离散复立叶转换(DFT)处理器，用于对该第二序列数据执行离散复立叶转换，以产生频率域数据；一均衡器，用于对该频率域数据执行等化；一子载波解映像单元，其在该第一使用者群组与该第二使用者群组的等化之后，分离该频率域数据；一码域使用者分离单元，其在一码域中该第一使用者群组的等化之后，分离该频率域数据，以恢复该第一数据；以及一第二序列转串行转换器，其在该第二使用者群组的等化之后，转换该频率域数据为串行数据，以恢复该第二输入数据。
11.如实施例10的系统，其中该展开器于一时间域与一频率域至少其中之一中展开该第一输入数据。
12.如实施例11所述的系统，其中该展开器以一芯片比率重复该第一输入数据而展开该第一输入数据。
13.如实施例10～12中任一实施例的系统，其中该第一子载波映像单元与第二子载波映像单元动态地映像该子载波。
14.如实施例10～13中任一实施例的系统，其中该传输器于该第一子载波群组上传输共同导引。
15.如实施例10～14中任一实施例的系统，其中该第二子载波映像单元于该第二输入数据映像至该第二子载波群组中执行时间域跳跃与频率域跳跃至少其中之一。
16.如实施例10～15中任一实施例的系统，其中该码域使用者分离单元包括一耙式组合器。
17.如实施例10～16中任一实施例的系统，其中该码域使用者分离单元包括一时间频率耙式组合器。
18.如实施例10～17中任一实施例的系统，其中该传输器与该接收器中至少其中之一包括多重天线。
19.一种利用混合正交分频码分多址(OFDMA)以传输数据的方法，其中，在一传输器处，展开一第一使用者群组的第一输入数据以产生芯片；将该芯片映像至一第一子载波群组；将一第二使用者群组的第二输入数据转换为第一序列数据；将该第一序列数据映像至一第二子载波群组；对映射至该第一子载波群组与该第二子载波群组的数据输出执行一反转离散复立叶转换(IDFT)，以产生一时间域数据；该时间域数据转换为串行数据；将一循环前缀(CP)插入至该串行数据；以及传输该循环前缀插入数据；以及，在一接收器处，接收由该传输器所传输的数据；从该接收数据移除一循环前缀；将该循环前缀移除数据转换为第二序列数据；对该第二序列数据执行一离散复立叶转换(DFT)，以产生频率域数据；对该频率域数据进行等化；在该第一使用者群组与该第二使用者群组的等化之后，分离该频率域数据；在码域中分离该第一使用者群组的数据，以恢复该第一数据；及将该第二使用者群组的数据转换为串行数据，以恢复第二输入数据。
20.如实施例19的方法，其中于一时间域与一频率域至少其中之一中进行该第一输入数据的展开。
21.如实施例20所述的方法，其中以一芯片比率重复该第一输入数据来执行该第一输入数据的展开。
22.如实施例19～21中任一实施例的方法，其中动态映像该第一子载波群组与该第二子载波群组。
23.如实施例19～22中任一实施例的方法，更包括该传输器于该第一子载波群组上传输共同导引。
24.如实施例19～23中任一实施例的方法，其中于将该第一序列数据映像至该第二子载波群组中，至少执行时间域跳跃与频率域跳跃其中之一。
25.如实施例19～24中任一实施例的方法，其中利用一耙式组合器执行于一码域中执行分离该第一使用者群组的数据。
26.如实施例19～25中任一实施例的方法，其中利用一时间频率耙式组合器执行于一码域中执行分离该第一使用者群组的数据。
虽然本发明的特征与组件已经在较佳实施例中以特定组合方式叙述，每个特征与组件也可以单独而不与本发明的其它特征及组件一起使用，或是与本发明其它特征与组件一起或单独进行不同的组合。

Claims (17)

1.一种无线发射/接收单元，配置以执行正交频分多址接入通信，该无线发射/接收单元包含：
一接收器，配置以在一符号时间期间接收正交频分多址接入符号，其中该正交频分多址接入符号包括多使用者输入数据，该多使用者输入数据在一第一子载波群组使用正交序列展开，且输入数据在一第二子载波群组不使用正交序列展开；以及
该接收器配置以从该第一子载波群组与该第二子载波群组恢复输入数据，其中该输入数据是通过解展开该多使用者输入数据而从该第一子载波群组恢复。
2.如权利要求1所述的无线发射/接收单元，其中该多使用者输入数据在一时间域或一频率域的至少其中之一中展开。
3.如权利要求1所述的无线发射/接收单元，其中包含多使用者输入数据的该正交频分多址接入符号是通过重复单一使用者输入数据而产生。
4.如权利要求1所述的无线发射/接收单元，其中该接收器配置以恢复共同导引，该共同导引传送于该第一子载波群组上。在将该第二输入数据映像至该第二子载波群组中执行时间域跳跃与频率域跳跃至少其中之一
5.如权利要求1所述的无线发射/接收单元，其中该接收器于该输入数据从该第二子载波群组解映像中执行时间域跳跃或频率域跳跃的至少其中之一。
6.如权利要求1所述的无线发射/接收单元，其中该接收器包括一耙式组合器。
7.如权利要求1所述的无线发射/接收单元，其中该接收器包括一时间频率耙式组合器。
8.如权利要求1所述的无线发射/接收单元，其中该接收器包括多重天线。
9.如权利要求1所述的无线发射/接收单元，配置以作为一使用者配置。
10.一种在一无线发射/接收单元使用正交频分多址接入的方法，该方法包含：
在一符号时间间隔接收正交频分多址接入符号，其中该正交频分多址接入符号包括多使用者输入数据，该多使用者输入数据在一第一子载波群组使用正交序列展开，且输入数据在一第二子载波群组不使用正交序列展开；以及
从该第一子载波群组与该第二子载波群组恢复输入数据，其中该输入数据是通过解展开该多使用者输入数据而从该第一子载波群组恢复。
11.如权利要求10所述的方法，其中该多使用者输入数据在一时间域或一频率域的至少其中之一展开。
12.如权利要求10所述的方法，其中包含多使用者输入数据的该正交频分多址接入符号是通过重复单一使用者输入数据而产生。
13.如权利要求10所述的方法，更包含恢复在该第一子载波群组上的共同导引。
14.如权利要求10所述的方法，其中于该输入数据从该第二子载波群组解映像中执行时间域跳跃或频率域跳跃的至少其中之一。
15.如权利要求10所述的方法，更包含用一耙式组合器将该输入数据从该第一子载波群组分离。
16.如权利要求10所述的方法，更包含使用一时间频率耙式组合器在一码域中将该输入数据从该第一子载波群组分离。
17.如权利要求10所述的方法，由一使用者配置执行。
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