CN1610333A - 无线多载波传输系统中子载波分配和调制方案选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在使用诸如OFDM之类的多载波调制的无线电信系统中用于把子载波频率分配给用户终端(UE)的方法，其中，网络(N)适于通过空中接口下行链路信道(DC)和反馈信道(FC)来与多个用户终端(UE)通信，用于数据传输、信号控制和链路适配，并且多个终端(UE)估计它们自己的特定信道转移函数(Hf)，其中：在某些时间周期上进行终端(UE)信道转移函数(Hf)估计后，一组终端在它们的反馈信道(FC)上向网络(N)报告：关于它们测量的信道转移函数(Hf)以及干扰噪声估计的信息，并且根据这个信息，网络(N)按照一种频率选择分配方案把至少一个第一频率子集(SU1)的子载波频率分配给发送所述信息的终端组并且根据一种频率交织方案把至少一个第二频率子集(SU2)的子载波频率分配给剩余终端。

Description

无线多载波传输系统中子载波分配和调制方案选择方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统，尤其涉及一种在高速无线固定或移动多载波系统中用于分配子载波并为每个子载波选择一个调制方案的方法。
背景技术
一种多载波调制的方法是正交频分多路复用(OFDM)。OFDM例如为两个高速数字无线发射系统—数字音频广播(DAB)和数字视频广播陆上传输模式(DVB-T)—而被标准化，这两个高速数字无线发射系统用于发射数字无线电和电视信号。OFDM传输系统扮演一个增加的角色的另外一个应用领域是在本地无线网络的帮助下对有线网络的移动访问，从而还可以进行高数据率的发送。关于这一点，可以提到HIPERLAN/2标准以及5Ghz频段区域的IEEE 802.11a标准的扩展。在两个系统中都应用了OFDM发射。OFDM还可以提供高速移动应用的一种明智选择，并因此代表下一代移动无线电系统或第4代空中接口的一个重要阶段。
在传统多载波方案中，发射数据被分裂为多个并行数据流，其每一个都被用于调制一个单独的子载波。如果一个OFDM传输系统被应用，宽带无线信道被细分为例如用QPSK、16QAM、64QAM或较高调制阶来独立调制的多个窄带子信道或子载波，以便对于每个子载波允许较高的数据速率。可是，如果在接收机处的信噪比(SNR)足够高到允许解调时，则只可使用较高的调制阶。在短期基础上，子载波频率可以被分配给用户信道，并且每个子载波的调制阶必须被选择来为每个用户定义一个传输信道。
在有多径无线信道的陆上移动环境中，单个子载波可能有一个非常强烈的信道衰减。这意味着由于衰落，被分配给用户的一些子载波可能无用。
为了补偿一些子载波的衰落，在Z.Wang和R.A.Stirling Gallacher的文档″Improving performance of multi-user OFDM systems usingbit-wise interleaver″(使用比特法则交织器的多用户OFDM系统的改进性能)(电子文集，2001年9月13日，第37卷，No.19)中公开的一种已知方法根据一种频率交织方案建议了子载波对用户信道的分配，即：把被分配给用户信道的频率选择为分开足够远以使它们能够体验不同的衰减。通过遵循此方法，比特被分布在这些子载波上并且获得一种平均效果，因此，平均起来，原始的误码率低到可接受，并且一个前向纠错(FEC)编码机制能够纠正误码。
虽然这种分配方法显著减少了衰落问题，但是它仍然分配对移动站的下行链路发射可能无用的子载波。而且，子载波可以被分配给一个特定用户信道，对于这个用户，该特定用户信道体验严重衰减，并因此不利于对它的下行链路发射，但是因为未被衰减，所以其能够完全足够用于对另一用户的发射。频率交织分配的另一缺陷是：结果误码率的信道编码需要许多冗余度，这降低了能够在信道上发射的可用净比特率。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的上述技术问题并通过使用与每个终端的优选接收容量匹配的发射来提供一种诸如OFDM之类高速无线移动多载波系统的改良的子载波分配方法。
该目的根据本发明通过如下方法来实现：一种在使用诸如OFDM之类多载波调制的无线电信系统中用于把子载波频率分配给用户终端的方法，其中，网络适于通过空中接口下行链路信道和反馈信道来与多个用户终端通信，用于数据传输、信号控制和链路适配，并且在此，多个终端估计它们自己的特定信道转移函数，其中：
在某些时间周期上的终端信道转移函数估计后，终端在它们的反馈信道上向网络报告：它们的信道转移函数是否可预测以及它们是否想参与一个频率选择子载波分配方法；
取决于与参与频率选择分配程序的终端的数目、它们各自的业务需求以及它们的信道转移函数特性有关的信息，网络在至少两个逻辑块或频率子集中划分可用的子载波频率集；
参与的终端通过反馈信道向网络报告有关它们测量的信道转移函数和干扰噪声估计的信息；
根据这个信息，网络通过根据它们有关信道转移函数的反馈信息而向所述终端分配用于传输的子载波，从而来按照频率选择分配方案把至少一个频率第一子集的子载波频率分配给参与的终端，并且根据频率交织方案把至少一个第二频率子集的子载波频率分配给剩余终端。
还可以通过如下来实现该目的：
一个网络元件，包括：装置，在使用多载波调制的无线系统中根据上述方法用于对多个用户终端进行子载波频率分配；
一个用户终端，包括：装置，用于在某一时间周期上估计它的信道转移函数和干扰噪声并通过反馈信道向网络报告有关它们测量的信道转移函数和/或干扰噪声估计的所述信息；和一个无线资源管理器实体，它在使用多载波调制的无线系统中根据上述方法对多个用户终端执行子载波频率分配。
在从属权利要求、如下说明书以及附图得出本发明的有利结构。例如，通过使用所建议的发明，可以看到优点是：也可以为每个子载波频率选择调制方案，并且最高阶调制(例如，64QAM)被用于尽可能多的终端，因此整个系统的最大无线小区业务吞吐量能够被改善，以便服务于尽可能多的用户并且可实现较高的数据传输速率。同时有利的是：在用户终端只需要较低的信道编码/解码复杂度。
附图说明
现在根据图1到5解释本发明的实施例。
图1示出了把用户信道的子载波映射到OFDM的时间频率栅格的示例。
图2示出了频率选择衰落的用户信道转移函数图的示例。
图3示出了根据本发明的移动通信系统的框图，包括用于对用户终端的子载波频率分配的装置。
图4示出了根据本发明在频率子集的两个逻辑块中的子载波频率集的适当划分示例。
图5示出了一种用于把有关用户信道转移函数的特定信息发送到移动无线电网络的方法的示例。
具体实施方式
图1示出了对四个用户信道A、B、C、D的子载波S1到SN分配到OFDM时间频率T-F栅格的示例。
OFDM提供把一个或多个子载波S1到SN灵活分配给一个用户或一个逻辑信道A、B、C、D的可能性，以便控制此用户信道的数据速率。因为在TDMA系统中，这也可以在时间上变化(例如，K个码元周期Ts的变化周期，例如2ms的周期)，我们得到一个2维资源分配栅格，正如图1中所示。
某些时间频率栅格位置不可用于数据传输，因为它们被用于传送导频或信令信息。
剩余位置的用户分配可以基于频率或时刻或者二者的组合来进行。
图2示出了在5Mhz带宽上频率选择衰落的用户信道转移函数Hf的例图。
在宽带无线通信中，由于多径扩展引起的严重频率选择衰落引起用户信道质量的下降。OFDM信号例如在5Mhz带宽上可以具有300或700个子载波，并且因此，在接收机处每一子载波的SNR在频率上非常不同，即，某些载波衰减强烈而其它的却不然。
一个用户信道转移函数Hf(例如如图2所示的一个)对于每个用户终端以及它的当前接受情形是唯一并且特定的。用户信道转移函数Hf受到例如由用户的移动或者由相邻发射干扰所引起的变化。然后在OFDM接收机中必须通过本领域已知的方法来执行此类信道估计以便改善数据接收质量。
图3示出了一种移动通信系统的框图，其中，一个包括多个网络元件NE的移动无线电网络N和多个用户终端UE至少在诸如OFDM之类的下行链路中使用多载波调制方案经由空中下行链路信道DC和反馈信道FC来交换数据信息；网络N和用户终端UE包括根据本发明用于子载波频率分配的装置。
本发明从第一观察出发：如图2示例所示，由于在同一时间在一个小区上有许多通常不同的用户信道转移函数Hf，所以一个子载波频率对一个无线小区中的所有用户终端UE都被衰减的可能性几乎为零。此外，本发明从第二观察出发：尽管一些用户终端UE快速移动并体验一个具有不可预测的频率选择的快速变化且不可预测的信道转移函数Hf，但是存在有体验一个大约稳定的或慢慢改变的信道情形的许多用户终端UE，在此，信道转移函数Hf对于一些发射时间间隔是预先可预测的。
然后根据本发明以及前述的观测，可基于它们唯一的信道转移函数Hf的消息来把特定的子载波分配给用户终端UE，即，关于一个特定终端来说有用或无用子载波的此类消息然后被网络N使用来用于分配处理。
根据本发明，一旦在某些时间周期上的终端UE已经估计它们的信道转移函数Hf后，它们在它们的反馈信道FC上向网络N报告：它们的信道转移函数Hf是否可预测以及它们是否想参与本频率选择子载波分配方法。依靠例如与参与频率选择分配程序中的终端UE的数量、它们分别的业务需求以及它们的信道转移函数Hf特性有关的信息，网络N在至少两个逻辑块或频率子集中划分如图1所示的可用OFDM时间频率T-F栅格，对于可预测的信道转移函数Hf，至少一个第一子集包含被用于终端的频率选择分配的频率，并且在没有可预测的转移函数Hf的终端或不想参与频率选择分配方法的终端的情况下，至少一个第二子集具有被用于传统频率交织分配的频率。参与的终端UE然后通过反馈信道FC向网络N报告关于它们测量的信道转移函数Hf的信息，并且如果需要，还报告关于干扰噪声估计的信息。根据这个信息，网络N通过根据它们有关信道转移函数Hf的反馈信息而向所述终端分配用于传输的子载波来在频率选择分配方法中把来自第一子集的子载波频率分配给参与的终端，并且根据如前所述的一个传统频率交织方案把来自第二子集的其它子载波频率分配给剩余的终端。
还根据本发明，当把子载波频率分配给参与的终端时，网络N能够进一步为所述子载波确定调制方案(例如QPSK，16QAM，64QAM)。
这个分配程序被反复执行，并且频率选择分配持续一个适当的时间间隔，按照假定稳定的无线信道相干时间的顺序，直到再次获得新的参与的用户终端UE信道转移函数Hf的报告。
子载波分配原则也是开放的，以在分配处理中包含像用户/服务需求或用户/服务优先级之类总是在这些限制下获得可能的最佳小区吞吐量的其它因素。
根据本发明，参与的终端UE通过反馈信道FC向网络N报告关于它们测量的信道转移函数Hf和干扰噪声估计的信息，在一个优选实施例中为了减少反馈业务，报告信息的方式应该是一种编码压缩的形式。例如，通过发送特定导频子载波上的量化测量值，并且如果需要，或者通过发送一种附加的量化噪声估计，或者通过以量化的形式发送信道脉冲响应的估计延迟和幅值以及附加噪声估计，或者通过仅仅描述某一调制方案在哪些子载波上有用以及在哪些子载波上无用，能够执行此。例如，通过发送在子载波频率轴上的一个整数函数来执行这最后一个方法，其中整数函数指示哪一个调制方案(例如，QPSK、16 QAM、64 QAM)在哪些频率上适用于发射以及在哪些频率上不适用于发射。
这最后一个方案使用这样的观察：即，发送网络通常只有在非常有限数量的调制方案之间选择。
图4示出了在频率子集SU1和SU2的两个逻辑块中可用的子载波频率集的适当划分的示例，其中，第一子集SU1包括栅(raster)RO、R1和R2，第二子集SU2包括栅R3到R7。
如图示例所示，移动无线网络N把离散子载波频率轴划分在例如相同间隔频率点的8个交织子集(我们称之为频率栅)中。因此在我们的示例中，我们具有频率栅R0到R7。这样以来，频率分集被提供于子集SU1和SU2中，第一子集SU1被用于频率选择分配程序而第二子集SU2被用于频率交织分配。
应该理解：图4只是一种可能的划分方法的示例，并且可以有更多执行所述分配的方法，例如：可在更多子集中执行划分或者任何子集可被分配零频率，这将意味着单个频率集将可用于分配。正如当解释图1时在上面也提及的，还可以在时间和频率上做出时间频率栅格的划分并且所述划分被用于该分配方法。
图5示出了一种用于把有关用户信道转移函数的特定信息发送到移动无线电网络N的方法的示例。通过把所考虑的调制方案(例如QPSK、16QAM、64QAM)作为一个索引和一个整数函数A(f)发送来执行此，其中整数函数A(f)表示哪些频率适用于以这个调制方案发射以及哪些不能。
所述整数函数还可以用进一步压缩的形式被一种诸如游程编码之类的源编码算法发送，以便将反馈信道FC上的业务最小化。该原则还可以通用于多输入多输出(MIMO)系统的情况，其中：为网络N的不同发射天线分别给定反馈信息。
为了概括，应当知道，虽然为了解释本发明而已经使用了一种OFDM调制方案，但是上面的提出的原则上也同样能够适于除了OFDM以外的任何多载波调制方案。
还应当知道：在此描述的分配方法能够实现在移动无线网络N中的任意位置，即，在诸如基站或无线网络控制器之类的网络元件NE中，或者依靠一个无线资源管理器实体，能够被实现在也同样执行分配算法的网络元件NE内部或外部。这个无线资源管理器实体可以由硬件或软件装置来实现。
使用相同的原则，也可把子载波分配和调制方案选择应用在从终端到网络的数据传输的上行链路信道中。

Claims (16)

1.一种在使用诸如OFDM之类的多载波调制的无线电信系统中用于把子载波频率分配给用户终端(UE)的方法，其中，网络(N)适于通过空中接口下行链路信道(DC)和反馈信道(FC)来与多个用户终端(UE)通信，用于数据传输、信号控制和链路适配，并且在此，多个终端(UE)估计它们自己的特定信道转移函数(Hf)，
其特征在于：
在特定时间周期上进行终端(UE)信道转移函数(Hf)估计后，终端在它们的反馈信道(FC)上向网络(N)报告：它们的信道转移函数(Hf)是否可预测以及它们是否要参与一个频率选择子载波分配方法；
根据关于参与频率选择分配程序的终端(UE)的数量、它们各自的业务需求以及它们的信道转移函数(Hf)特性的信息，网络在至少两个逻辑块或频率子集(SU1，SU2)中划分可用的子载波频率集；
参与的终端(UE)通过反馈信道(FC)向网络(N)报告关于它们测量的信道转移函数(Hf)和干扰噪声估计的信息；
根据这个信息，网络(N)通过根据它们有关信道转移函数(Hf)的反馈信息而向所述终端分配用于传输的子载波，来按照频率选择分配方案把至少一个频率第一子集(SU1)的子载波频率分配给参与的终端，并且根据频率交织方案把至少一个第二频率子集(SU2)的子载波频率分配给剩余的终端。
2.权利要求1的方法，其特征在于：网络(N)还确定分配给终端的子载波的调制方案。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于：参与的终端(UE)通过反馈信道(FC)以一种编码压缩的形式向网络(N)报告关于它们测量的信道转移函数(Hf)和/或干扰噪声估计的信息。
4.权利要求3的方法，其特征在于：参与的终端(UE)向网络报告关于具体导频子载波的量化的测量值。
5.权利要求3的方法，其特征在于：参与的终端(UE)以量化的形式向网络报告估计的信道脉冲响应的延迟和幅值。
6.权利要求3的方法，其特征在于：参与的终端(UE)向网络(N)报告在子载波频率轴上的一个整数函数，指示各个调制方案在哪些频率上适用于发射以及在哪些频率上适用于发射。
7.权利要求6的方法，其特征在于：所述整数函数被诸如游程编码这样的源编码算法以压缩的形式发送。
8.权利要求1或2的方法，其特征在于：考虑了象用户/服务需求或用户/服务优先级之类的因素，网络(N)还为参与频率选择方案的终端(UE)分配子载波频率。
9.一种网络元件(NE)，其特征在于：它包括：装置，用于接收有关是否参与频率选择分配方法的用户终端(UE)信息，和/或有关它们的信道转移函数(Hf)和/或干扰噪声估计的信息；装置，用于划分在至少两个逻辑块或频率子集(SU1，SU2)中可用的子载波频率集；以及装置，通过根据它们关于信道转移函数(Hf)的反馈信息用于向所述终端分配用于传输的子载波，按照一种频率选择分配方案把至少一个频率第一子集(SU1)的子载波频率分配给参与的终端。
10.权利要求9的网络元件(NE)，其特征在于：它还包括：装置，用于为分配给终端的子载波确定调制方案。
11.一种用户终端(UE)，包括：装置，用于在某一时间周期上估计它的信道转移函数(Hf)和干扰噪声并通过反馈信道(FC)优选地以一种编码压缩的形式向网络(N)报告关于它们测量的信道转移函数(Hf)和/或干扰噪声估计的所述信息。
12.一种无线资源管理器实体，包括：用于与网络元件(NE)交换信息的装置，其特征在于，它包括：装置，用于接收有关是否参与频率选择分配方法中的用户终端(UE)信息，以及有关它们的信道转移函数(Hf)和/或干扰噪声估计的信息；装置，用于划分在至少两个逻辑块或频率子集(SU1，SU2)中可用的子载波频率集；以及装置，通过根据它们关于信道转移函数(Hf)的反馈信息向所述终端分配用于传输的子载波，按照一种频率选择分配方案把至少一个频率第一子集(SU1)的子载波频率分配给参与的终端。
13.权利要求12的无线资源管理器实体，其特征在于，它还包括：装置，用于为分配给终端的子载波确定调制方案。
14.一种在使用诸如OFDM之类的多载波调制的无线电信系统中用于把子载波频率分配给用户终端(UE)的方法，其中，网络(N)通过空中接口下行链路信道(DC)和反馈信道(FC)来与多个用户终端(UE)通信，用于数据传输、信号控制和链路适配，并且在此，多个终端(UE)估计它们自己的特定信道转移函数(Hf)，
其特征在于：
在某一时间周期上进行终端(UE)信道转移函数(Hf)估计后，终端(UE)通过反馈信道(FC)向网络(UE)报告关于它们测量的信道转移函数(Hf)的信息；
根据这个信息，网络(N)通过根据它们有关信道转移函数(Hf)的反馈信息而向所述终端分配用于传输的子载波，来按照频率选择分配方案把至少一个频率子集(SU1)的子载波频率分配给终端(UE)。
15.权利要求14的方法，其特征在于：终端(UE)还向网络(N)报告有关干扰噪声估计的信息。
16.权利要求14或15的方法，其特征在于：通过反馈信道从终端(UE)发送给网络(N)的所述信息以一种编码压缩的形式被发送。
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