CN103051580B - 一种tdma系统中上行控制信道传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及TDMA系统中上行控制信道传输方法，其步骤为：1）对信令数据进行差分相移键控调制，同时将调制后的D-MPSK符号重复编码；2）UE根据自身ID计算对应的子载波并对该调制符号在相应的子载波上进行映射，并对该子载波上的数据依次进行星座扰码处理、快速傅里叶逆变换、加入循环前缀后得到OFDMA信号；3）对该信号依次采用低通滤波、数模转换以及上行变频后，在设定时间片内发送到信道中到达AP；4）其他UE重复所述步骤1)到3)中的操作并在同一个时间片内发送到信道中，完成所有UE的控制信道并发送。本发明提出的传输方法可以极大降低AP接收机对OFDMA时间和频率同步精度的要求，降低实现复杂度。

Description

一种TDMA系统中上行控制信道传输方法

技术领域

本发明涉及时分多址(TDMA)的双向数字通信系统，具体涉及一种适用于TDMA系统的上行控制信道传输方法。

背景技术

时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)以及正交频分多址(OFDMA)是现代通信系统中常用的多址技术，其中TDMA技术应用广泛。在TDMA通信系统中，各个用户按照媒质接入层(MAC)的调度在互不重叠的时间片内传递TDMA帧，即以时分的方式共享物理媒质。

TDMA系统的时间片划分通常具有一定颗粒度，最小的时间片为一个时隙或一个物理层帧长所占用的时间，并且能够承载较多的比特信息。然而在TDMA系统中，用户(UE)与中心节点(AP)之间经常会发送短包或极少量比特信息。例如，UE与AP之间需要交互功率调整的指示、自动重传请求(ARQ)、资源请求等控制信令。

然而，这些控制信令通常仅仅需要少量比特数据，如果这些小量控制信令单独占用一个时间片，将造成信道资源的浪费。因此，TDMA系统传递小量数据时会造成系统传输效率的下降。为了克服该问题，在下行链路中，AP可以将需要发送给多个UE的控制信令汇聚并通过广播的方式在一个时间片内发送给各个UE。但上行链路中，该问题无法克服，UE只能单独发送各自的控制信令。

发明内容

本发明提供了一种适用于TDMA系统中上行控制信道的传输方法。本传输方法利用OFDMA多址技术的基本思想各个UE在一个时间片内并发传输控制信令，克服了TDMA系统对小量数据传输效率低的缺点。但由于OFDMA多址技术对于时间和频率同步精度的要求较高，AP端OFDMA信号的接收机需要较大的复杂度。本发明对控制信道的发射过程做了特殊设计，降低了接收机对时间和频率同步精度的要求，易于硬件实现。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种TDMA系统中上行控制信道传输方法，用户UE产生待发送给中心节点AP的信令数据，其步骤为：

1)对所述信令数据进行D-MPSK差分相移键控调制，同时将调制后的D-MPSK符号重复编码；

2)所述UE根据自身ID计算对应的子载波并对该D-MPSK符号在所述子载波上进行映射，并对该子载波上的数据依次进行星座扰码处理、快速傅里叶逆变换、加入循环前缀后得到OFDMA信号；

3)对所述OFDMA信号依次采用低通滤波、数模转换以及上行变频后，在设定时间片内发送到信道中，到达AP完成控制信道传输。

D-MPSK差分相移键控调制为DQPSK或D-8PSK或D-16PSK调制中的一种。

所述步骤2)对没有进行映射的子载波置零。

所述步骤1)中信令数据还可以包括控制信令的CRC校验位。

所述步骤2)中D-MPSK的调制阶数可根据信道质量进行自适应选择。

所述步骤2)中子载波的映射可以根据信道质量进行自适应选择，即AP为UE分配信道质量较好的子载波；也可以按照预先设定的排列规则进行选择。

所述步骤2)中星座扰码处理的过程为：对每一个子载波上的D-MPSK符号随机旋转π/2的整数倍。

所述步骤2)循环前缀的长度大于信道多径时延与发射提前量的最大误差之和。

其他UE重复所述步骤1)到3)中的操作并在同一个时间片内发送到信道中，完成所有UE的控制信道并发发送。

在接收端，AP在设定时间片内打开接收机，接收到所有UE发送的OFDMA信号，通过逆操作解调出每个用户的发送的控制信令。

相比传统的TDMA系统，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种TDMA系统中的上行控制信道传输方法。本发明基于OFDMA的基本思想，克服了TDMA系统传输小量数据时效率很低的缺陷。同时，对发射的OFDMA信号做了特殊设计：采用特定的调制技术D-MPSK使得接收机可以做非相干解调，克服初始相位以及时间同步误差的影响；采用重复编码，完成了频率分集，同时也增强了OFDMA信号对时间和频率同步误差的抵抗能力，增加了传输的可靠性；通过设置较长的循环前缀，提高了接收机对时间同步的误差容限。总之，本发明提出的传输方法可以极大降低降低AP接收机对OFDMA时间和频率同步精度的要求，降低实现复杂度。

附图说明

图1是本发明一种TDMA系统中上行控制信道传输方法中的流程示意图；

图2是本发明一种TDMA系统中上行控制信道传输方法的一实施例中发射机框图；

图3是本发明一种TDMA系统中上行控制信道传输方法一实施例中子载波映射示意图；

图4是本发明一种TDMA系统中上行控制信道传输方法一实施例中的接收机框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种实施例中TDMA系统中的上行控制信道传输方法，其步骤包括：

1)第k个用户UE根据各自需求产生需要发送给中心节点AP的N比特信令数据{b₀,b₁,…,b_N-1}，N取值为常数；

2)对比特{b₀,b₁,…,b_N-1}进行差分相移键控调制(D-MPSK)。设每D-MPSK符号携带的比特数为K，则调制后的D-MPSK符号为{X₀,X₁,…,X_q-1}，其中X₀为参考符号，取值为1，q为(为对上取整)；

3)将{X₀,X₁,…,X_q}重复编码p次，生成{{X₀ ⁽¹⁾,X₁ ⁽¹⁾,…,X_q ⁽¹⁾},{X₀ ⁽²⁾,X₁ ⁽²⁾,…,X_q ⁽²⁾},…,{X₀ ^(p),X₁ ^(p),…,X_q ^(p)}}。p需满足p×q×C≤N_SC，其中C为UE的个数，N_SC为OFDMA中的有效子载波个数；

经过步骤1)-3)后得到重复编码P次的差分相移键控调制符号

4)将{{X₀ ⁽¹⁾,X₁ ⁽¹⁾,…,X_q ⁽¹⁾},{X₀ ⁽²⁾,X₁ ⁽²⁾,…,X_q ⁽²⁾},…,{X₀ ^(p),X₁ ^(p),…,X_q ^(p)}}映射到OFDMA N_total个子载波中的p×q个子载波上，其中{X₀ ⁽ⁱ⁾,X₁ ⁽ⁱ⁾,…,X_q ⁽ⁱ⁾}，i＝1,2,..,p，映射到相邻的连续q个子载波上；其他没有被映射到的N_total-p×q个子载波置零；

5)对N_total个子载波上的数据进行星座扰码；

6)对N_total个子载波上的数据做IFFT操作，并加入循环前缀，完成OFDMA调制；

经过步骤5)-6)得到OFDMA信号

7)经过低通滤波器，DAC以及上变频后，在规定的时间片内发送到信道中，完成控制信道的发送；

8)其他UE重复1)到8)中的操作，在同一个时间片内发送到信道中，完成所有UE的控制信道并发发送。

本发明一实施例中，在步骤1)中N比特信令数据包含了UE产生的控制信令，也可以包含控制信令的CRC校验位(可选)，控制信令添加CRC校验位可以在接收端校验解调是否正确，增加了传输的可信度；

本发明一实施例中，在步骤2)中差分的PSK调制可以使得接收机采用非相干解调，克服初始相位的影响，降低了OFDMA系统对载波同步的要求。其中，D-MPSK的调制阶数M，可根据信道质量进行自适应选择。

本发明一实施例中，在步骤4)中将D-MPSK符号重复编码并映射到不同子载波上的过程完成了频率分集，使得传输更加可靠。子载波的映射可以根据信道质量进行自适应选择，即AP为UE分配信道质量较好的子载波；也可以按照预先设定的排列规则进行选择。

本发明一实施例中，在步骤5)中星座扰码的过程即为对每一个子载波上的D-MPSK符号随机旋转的整数倍。

本发明一实施例中，在步骤6)中循环前缀的长度需大于信道多径时延与发射提前量(TA)的最大误差之和。循环前缀即保证了OFDMA符号不受多径影响，同时又降低了AP接收端对OFDMA的时间同步要求。

本发明一实施例中，在步骤8)完成本发明提出的上行控制信道的传输。之后，AP在约定的时间片内打开接收机，接收到所有UE发送的OFDMA信号，并通过下变频、ADC、低通滤波器、OFDMA解调、星座解扰、分集合并、D-MPSK解映射，解调出每个用户的发送的控制信令，并可通过CRC校验位验证传输是否正确。其中，分集合并是为了将重复多次的D-MPSK进行合并，提高解调的正确性，常见的合并方法有选择合并、等比例合并以及最大比合并。

参考图1所示是本发明一种TDMA系统中上行控制信道传输方法中的流程示意图，本发明提出的传输方法为：各个UE分别通过发射机产生各自的发射信号，即控制信道信号；由于各个UE与AP之间的信道不同，因此发射信号经过不同的信道到达接收机；在接收机对接收信号做解调处理，解调出各个UE传递的控制信令。

图2所示是本发明一种TDMA系统中上行控制信道传输方法的一实施例中发射机框图，包括：控制信令产生模块1，CRC校验模块2，D-MPSK调制模块3，重复编码模块4，子载波映射模块5，星座扰码模块6，OFDM调制模块7，低通滤波器模块8，基带到射频变换模块9。

发射机的具体实现流程为：

1)控制信令产生模块1根据系统需求产生控制信令，例如ARQ指示以及资源请求命令和功率控制、MCS指令。在本实例中，控制信令模块产生模块1共产生4bit信令数据{b₀,b₁,b₂,b₃}；

2)CRC校验模块2对4bit信令数据添加CRC校验位，共4bit校验位，校验多项式为：x⁴+x+1；

3)D-MPSK调制模块3对4bit信令数据以及4bit CRC校验位进行DQPSK调制，每个DQPSK符号携带2bit信息，共生成5个DQPSK符号{X₀,X₁,X₂,X₃,X₄}，其中X₀为参考符号，取值为1，此步骤中也可采用D-8PSK,D-16PSK调制；

4)重复编码模块4对{X₀,X₁,X₂,X₃,X₄}重复3次，生成序列{{X₀ ⁽¹⁾,X₁ ⁽¹⁾,…,X₄ ⁽¹⁾},{X₀ ⁽²⁾,X₁ ⁽²⁾,…,X₄ ⁽²⁾},{X₀ ⁽³⁾,X₁ ⁽³⁾,…,X₄ ⁽³⁾}}；

5)子载波映射模块5按照图3给出一种方式进行子载波映射。如图3所示是本发明一种TDMA系统中上行控制信道传输方法一实施例中子载波映射示意图；，OFDMA符号中共有1024个子载波，其中有效子载波为960个。每个AP最大支持64个UE，每个UE占用15个子载波，这个15个子载波被分为3组，一组之内的子载波为连续的，各组等间隔放置。UE根据自己的ID，计算自己对应的15个子载波，并对模块4输出的15个DQPSK符号进行映射，其余1009个子载波为0。

6)星座扰码模块6对DQPSK符号随机旋转的整数倍，该随机数由小m序列产生，在本实例中小m序列的生成多项式为x¹⁵+x¹⁴+1，即随机相位旋转；

7)OFDM调制模块7对映射后的数据(15个DQPSK符号以及1009个0)做1024点IFFT，并将IFFT输出信号末尾的128个样点拷贝到IFFT输出信号的前面作为循环前缀；

8)低通滤波器模块8对OFDM信号进行过采样以及滤波，使其符合相应的频谱特性；

9)基带到射频变换模块9对滤波器输出的数字信号进行数模转换以及上变频等操作。

图4是本发明一种TDMA系统中上行控制信道传输方法一实施例中的接收机框图，包括：射频到基带变换模块1，低通滤波器模块2，OFDM解调模块3，星座解扰模块4，最大比合并模块5，DQPSK解调模块6，CRC校验模块7，控制信令响应模块8。

接收机的具体实现流程为：

1)射频到基带变换模块1将接收到的信号进行下变频和模数转换等操作；

2)低通滤波器模块2对模块1输出的数字信号进行滤波，滤除带外噪声或干扰；

3)OFDM解调模块3对滤波之后数据做FFT操作，解调出960个子载波上携带的频域信号。该960个子载波包含了64个用户的发送信息。

以第k个UE的接收过程为例，详细说明接收机其他模块的操作。设第k个UE对应的15个子载波频域信号为{{Y₀ ⁽¹⁾,Y₁ ⁽¹⁾,…,Y₄ ⁽¹⁾},{Y₀ ⁽²⁾,Y₁ ⁽²⁾,…,Y₄ ⁽²⁾},{Y₀ ⁽³⁾,Y₁ ⁽³⁾,…,Y₄ ⁽³⁾}}。

4)星座解扰模块4对第k个UE的子载波信号{{Y₀ ⁽¹⁾,Y₁ ⁽¹⁾,…,Y₄ ⁽¹⁾},{Y₀ ⁽²⁾,Y₁ ⁽²⁾,…,Y₄ ⁽²⁾},{Y₀ ⁽³⁾,Y₁ ⁽³⁾,…,Y₄ ⁽³⁾}}解扰，即发射机星座扰码模块6的逆操作；

5)最大比合并模块5是为了将重复3次的DQPSK符号进行合并，提高解调的正确性。合并后的输出为{Y₀,Y₁,Y₂,Y₃,Y₄}，其中：

Y₀＝3；

$Y_i=\frac{Y_i^{\left(1\right)}}{Y_{i-1}^{\left(1\right)}}+\frac{Y_i^{\left(2\right)}}{Y_{i-1}^{\left(2\right)}}+\frac{Y_i^{\left(3\right)}}{Y_{i-1}^{\left(3\right)}},i=\mathrm{1,2,3,4};$

6)DQPSK解调模块6对{Y₀,Y₁,Y₂,Y₃,Y₄}进行非相干解调，共解调出8bit信息，其中前4bit为控制信令，后4bit为CRC校验位；

7)CRC校验模块7根据CRC校验位和控制信令校验是否正确解调；

8)控制信令响应模块8对第k个UE发送的控制信令例如ARQ指示信息以及资源请求信息作出相应的操作处理，例如决定是否重传、资源许可等操作。

以上通过详细实施例描述了本发明所提供的一种TDMA系统中的上行控制信道传输方法，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明实质的范围内，可以对本发明做一定的变形或修改；其制备方法也不限于实施例中所公开的内容。

Claims (9)

1.一种TDMA系统中上行控制信道传输方法，用户UE产生待发送给中心节点AP的信令数据，其步骤为：

1)对所述信令数据进行D-MPSK差分相移键控调制，同时将调制后的D-MPSK符号重复编码；

2)所述UE根据自身ID计算对应的子载波并对该D-MPSK符号在所述子载波上进行映射，并对该子载波上的数据依次进行星座扰码处理、快速傅里叶逆变换、加入循环前缀后得到OFDMA信号；

3)对所述OFDMA信号依次采用低通滤波、数模转换以及上行变频后，在设定时间片内发送到信道中，到达AP完成控制信道传输；

4)其他UE重复所述步骤1)到3)中的操作并在同一个时间片内发送到信道中，完成所有UE的控制信道并发发送。

2.如权利要求1所述的TDMA系统中上行控制信道传输方法，其特征在于，D-MPSK差分相移键控调制为DQPSK或D-8PSK或D-16PSK调制中的一种。

3.如权利要求1所述的TDMA系统中上行控制信道传输方法，其特征在于，所述步骤2)对没有进行映射的子载波置零。

4.如权利要求1所述的TDMA系统中上行控制信道传输方法，其特征在于，所述步骤1)中信令数据还包括控制信令的CRC校验位。

5.如权利要求1所述的TDMA系统中上行控制信道传输方法，其特征在于，所述步骤2)中D-MPSK的调制阶数根据信道质量进行自适应选择。

6.如权利要求1所述的TDMA系统中上行控制信道传输方法，其特征在于，所述步骤2)中子载波的映射根据信道质量进行自适应选择，所述UE按照预先设定的排列规则选择子载波，或者AP为UE分配信道质量优于阀值的子载波。

7.如权利要求1所述的TDMA系统中上行控制信道传输方法，其特征在于，所述步骤2)中星座扰码处理的过程为：对每一个子载波上的D-MPSK符号随机旋转π/2的整数倍。

8.如权利要求1所述的TDMA系统中上行控制信道传输方法，其特征在于，所述步骤2)循环前缀的长度大于信道多径时延与发射提前量的最大误差之和。

9.如权利要求1所述的TDMA系统中上行控制信道传输方法，其特征在于，在接收端，AP在设定时间片内打开接收机，接收到所有UE发送的OFDMA信号，通过逆操作解调出每个用户的发送的控制信令。