CN1697352A - 混合无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种采用CDMA和OFDM调制的特征来控制移动站和基站之间的传输的方法。该方法包括形成其中具有多个时隙的帧，随后在所述多个时隙的第一部分中使用CDMA调制，在所述多个时隙的第二部分中使用OFDM调制。

Description

混合无线通信系统
技术领域
本发明涉及通信，更具体地说，涉及无线通信。
背景技术
在无线通信内，采用了各种传输技术。两种相当常见的技术是码分多址访问(CDMA)和正交频分多路复用(OFDM)。CDMA是一种调制和多址访问技术，采用不同的正交Walsh码的多个用户可被多路复用到共同的载频上。由于其干扰平均化和多路径分集的有益性质，CDMA已用在各种无线通信系统中。本领域的技术人员会认识到在CDMA系统中扩展信号产生允许对在很低的载波干扰比(C/I)下接收的传输解码的足够处理增益。于是，CDMA传输能够抵抗高水平的干扰，允许具有通用频率复用(在系统中的所有扇区中使用相同的频率)的部署。采用CDMA的无线通信系统的例子是第二代IS-95系统和第三代蜂窝系统，例如UMTS(通用移动通信系统)和cdma2000。CDMA也用在用于无线LAN(局域网)的IEEE 802.11b标准中。
在CDMA下行链路(基站到移动站)中，当在移动站接收不同的Walsh码时，不同Walsh码上的传输是正交的。这归因于在下行链路上从固定的位置(基站)传送信号，并且所有Walsh码被同步接收的事实。于是，在不存在多路径信号的情况下，不同代码上的传输不会相互干扰。但是，在存在多路径传播(蜂窝环境特有)的情况下，Walsh码不再正交，从而相互干扰，产生符号间干扰(ISI)和多址干扰(MAI)。ISI和MAI限制了可达到的最大信噪比(SNR)，从而限制了可被支持的最大数据速率。
在CDMA上行链路(移动站到基站)上也存在该问题，因为即使在不存在任何多路径信号的情况下，来自多个用户的接收Walsh码也不正交。在上行链路中，从位于不同位置的移动站到基站的传播时间常常不同。当接收的代码到达基站时，它们并不同步，于是对于来自不同移动站的信号，不能保证正交性。来自多个用户的传输相互干扰，产生多址干扰(MAI)，于是成为每个用户观察到噪声攀升的原因之一。通常，基站的噪声攀升被保存为低于称为热噪声增加量(RoT)阈值的某一阈值之下，以便保证理想的系统容量和覆盖范围。基站的电路产生一定量的取决于温度的噪声(称为热噪声)。RoT阈值限制高于热噪声的功率量，在该功率量下，能够接收移动站传输。所述阈值以及来自其它用户的干扰限制CDMA上行链路上传输的可达到的数据速率和容量。
图1表示了常规OFDM发射器链100的程式化表示。一般，称为编码器分组的一组信息比特被硬件/软件/固件105编码、交错和调制成Q符号和I符号。一组I和Q符号由多路分解器110进行串并行转换，并被映射到可用子载波上。未使用的子载波被填充零，从而不携带任何符号，如在115所示。在120，对子载波符号进行IFFT(反向快速傅里叶变换)操作，所得到的符号由多路复用器125进行并串行转换，从而形成时域信号，该时域信号被硬件/软件/固件130正交调制并转换到RF频率以便传输。在OFDM发射器链100的一些实施例中，在转换成RF频率之前，可采用基带滤波器135。
OFDM不存在与CDMA相关的一些问题。例如，在OFDM中通过利用更长的符号持续时间，显著降低了ISI。此外，传输在正交子载波上进行，而不会产生任何多址干扰(MAI)。在OFDM系统中，高数据速率流被从并行转换成串行，导致每个并行流上较低的速率。每个流上较低的速率允许利用更长的符号持续时间。多个并行数据流被映射到OFDM的正交子载波。通过尽可能紧密地安置调制的载波，OFDM调制有效地使用无线电频谱，而不会导致载波间干扰(ICI)。至少部分由于其优良的性能，在各种标准中已采用OFDM调制，最著名的是数字音频广播(DAB)，数字视频广播(DVB)，非对称数字用户线(ADSL)，IEEE LAN(802.11a和802.11g)和IEEE MAN 802.16a。另外正在考虑把OFDM调制用于各种下一代无线标准。
虽然OFDM提供优于CDMA的一些优点，不过它也缺少CDMA的一些优点，例如，干扰平均化和扩展(处理增益)的缺乏。从而，OFDM被局限于具有大于1的频率复用因子的部署，导致稀缺的无线电频谱的低效使用。
本发明的目的是克服，至少减轻上面陈述的一个或多个问题的影响。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供一种控制移动站和基站之间的传输的方法。所述方法包括形成其中具有多个时隙的帧。在所述多个时隙的第一部分中使用CDMA调制，在所述多个时隙的第二部分中使用OFDM调制。
附图说明
结合附图，参考下面的说明可理解本发明，其中相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1图解说明OFDM发射器链的程式化表示；
图2图解说明可在混合CDMA/OFDM无线系统中的上行链路信道中采用的信令格式的程式化表示；
图3图解说明可在混合CDMA/OFDM无线系统中的下行链路信道中采用的信令格式的程式化表示；
图4图解说明用于CDMA和OFDM类时隙的下行链路时隙结构的程式化表示；
图5图解说明使用呈图3的下行链路信道的信令格式的导频信号检测频率误差的方法的程式化表示；
图6图解说明把呈图3的下行链路信道的信令格式的TDM导频信号用于频域中的解调的信道估计的方法的程式化表示；
图7图解说明例证的下行链路OFDM时隙结构；和
图8图解说明例证的上行链路OFDM时隙结构。
虽然本发明易于做出各种修改和变化，不过附图中举例表示了本发明的具体实施例，并且这里详细说明了本发明的具体实施例。但是，应明白具体实施例的描述并不意图把本发明局限于公开的特定形式，相反，本发明将覆盖落入由附加的权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同和替换。
具体实施方式
下面说明本发明的例证实施例。为了清楚起见，本说明书中没有描述实际实现的所有特征。当然在认识到在任意这样的实际实施例的部署中，可做出各种特定于实现的决定，以实现开发人员的特定目的，例如遵守和系统有关的及和事务有关的约束，所述约束将因实现而异。此外，要认识到这样的开发努力可能复杂并且耗时，不过对于受益于本公开的那些普通技术人员来说，仍然是常规任务。
一般来说，这里公开了包括CDMA和OFDM的特征的一种混合无线通信系统。该混合系统有利地采用了CDMA和OFDM调制的合乎需要的性质。在本发明中，CDMA被用于物理层信令和控制(例如随机访问，资源请求，资源准许，同步和功率控制命令)，而具有混合ARQ的OFDM被用于用户信息传输。这里在1xEV-DO(也叫作HRPD)系统参数的语境中描述了本发明的一个实施例。但是，本领域的技术人员将认识到本发明也可被应用于其它无线通信系统。
现在参见附图，尤其是参见图2，表示了可在混合CDMA/OFDM无线系统中，移动站和基站之间的上行链路信道上采用的信令格式的程式化表示。该格式包括被分成多个时隙105的帧100，其中时隙110的第一部分被用于CDMA传输，时隙115的第二部分被用于OFDM传输。
除了其它之外，1xEV-DO中的物理层信令由导频信号，信道质量反馈和关于HARQ操作的ACK/NACK反馈组成，如关于图1中的功率控制时隙110之一所示那样。图1表示了具有交替的CDMA功率控制(PC)时隙110和OFDM时隙115的上行链路信道。即CDMA PC时隙110被分布在整个帧内，以允许移动站定期地更新它进行发射的功率。从而，应提供足够数目的PC时隙110，以便允许足够短地定期进行更新。
功率控制时隙110中的传输包括物理层控制信令，并且是功率受控的，如同常规的CDMA系统中一样。在这些PC时隙110中，热噪声增加量(RoT)被保持低于RoT阈值，以便增大给关键物理层控制信令的可接受容量/覆盖率的可能性。OFDM时隙115被用于按照OFDMA方式的用户数据传输，即，多个用户潜在地能够在时隙115内传送正交子载波。
用于每个活动用户的专用导频信号在CDMA时隙110中传送。根据在下行链路上从基站收到的发射功率控制(TPC)比特，随着每个CDMA时隙110更新导频信号发射功率。这使接收的导频信号功率基本保持在所需的水平，而不会在系统中产生过多的干扰。通过利用导频信号发射功率作为基准，在OFDM时隙中分配功率，OFDM传输也可以是功率受控的。例如，借助基站发送的调度准许消息，可向移动站指示规定的通信量-导频信号比(TPR)。当被安排在上行链路上传输时，移动站随后可使用该TPR确定在OFDM时隙中的传输所需的功率。
在下行链路中，在相同的1.25MHz载波上，在1.67ms时隙内，CDMA和OFDM符号被时间多路复用，如图3中所示。下行链路时隙结构和当前的HRPD修订版0和修订版A标准中的相同。唯一的主要区别在于“数据”字段中的CDMA码片被OFDM符号代替。这便于新的遗留的移动站逐个时隙地共享下行链路资源，如图4中所示。导频信号和MAC字段保持不变，并且存在于所有时隙中(即，空闲时隙，CDMA时隙和OFDM时隙)。这便于遗留的移动站无缝工作。
下行链路TDM(时分多路复用)导频信号可被用于估计(和补偿)频率误差，如图5中所示。利用下述等式，根据时隙500、505内两个TDM导频信号之间的相差和时差，可确定频率误差：
δw = φ 2 - φ 1 Δt
注意这两个TDM导频信号之间的时差固定并且为接收器已知。根据接收的导频符号可估计相位。类似地，在上行链路上，功率受控的CDM时隙中的CDM导频信号(和OFDM数据时隙中的嵌入的时间-频率导频信号)可被用于估计频率误差。
上行链路上的CDM时隙和下行链路上的导频信号和MAC字段中携带的信息由在IS-95无线通信系统中使用的PN码加扰。这些PN码还可被用于导出OFDM传输的同步和计时信息。例如，从PN序列得到的计时还可被用于OFDM接收器的FFT(快速傅里叶变换)窗口对准。
下行链路上的TDM导频信号还可被用于频域(OFDM)中的解调的信道估计，如图6中所示。借助TDM导频信号，信道可在时域中被估计(600)，随后通过进行时域估计的FFT(快速傅里叶变换)(605)，被转换到频域。类似地，上行链路上的专用CDMA导频信号可被用于提供频域中的上行链路信道估计。另外，在下行链路和上行链路上的OFDM时隙中都可提供频域中的另外的导频信号，以便提高信道估计的可靠性。随后根据时域和频域导频信号都可获得最终的信道估计。
表1中例证地提供了混合CDMA/OFDM系统的一组例证系统参数。
表1
  参数   符号   值
  CDMA码片率   BW   1.2288Mchip/s
  OFDM采样频率   Fs   1.72032Ms/s
  采样频率-信道带宽比   Fs/BW   7/5
  OFDM FFT大小   NFFT   128
  OFDM子载波间隔   Df   13.44KHz
  有用的符号时间   Tb＝1/Df   74.4ms
  OFDM循环前缀(保护周期)   Tg
  DL-6.98ms，UL-8.93ms   OFDM符号时间   Tb+Tg
  DL-81.38ms，UL-83.33ms   OFDM符号率
  1/(Tb+Tg)   DL-12.288KHz   UL-12.0KHz
例证的下行链路和上行链路OFDM时隙结构分别示于图7和8中。注意在上行链路时隙结构中表示了另外的导频符号。
在表2和表3中分别给出了例证的上行链路和下行链路数据速率，调制和编码方案。根据所有90个子载波都被用于对单个用户的传输的假设，确定调制和编码方案。本领域的技术人员会认识到格式可被扩展，用于90个子载波的一部分被用于对指定用户的传输的情况。另外，对于上行链路情况，假定每个时隙192个导频符号和1068个数据符号。
表2
  数据速率[Kb/s]   信息块大小(位)   调制等级   有效编码率
  76.8   128   2   0.040
  153.6   256   2   0.080
  307.2   512   2   0.159
  460.8   768   2   0.239
  614.4   1024   2   0.318
  921.6   1536   2   0.478
  1228.8   2048   3   0.425
  1843.2   3072   3   0.637
  2457.6   4096   4   0.637
  3072   5120   4   0.796
  3686.4   6144   6   0.637
  4300.8   7168   6   0.743
表3
  数据速率[Kb/s]   信息块大小(位)   调制等级   有效编码率
  76.8   128   2   0.044
  153.6   256   2   0.089
  307.2   512   2   0.178
  460.8   768   2   0.267
  614.4   1024   2   0.356
  921.6   1536   2   0.533
  1228.8   2048   3   0.474
  1843.2   3072   4   0.533
  2457.6   4096   4   0.711
  3072   5120   4   0.889
  3686.4   6144   6   0.711
  4300.8   7168   6   0.830
本领域中的技术人员会认识到各个实施例中图解说明的各个系统层，例程或模块可以是可执行的控制单元。控制单元可包括微处理器，微控制器，数字信号处理器，处理器卡(包括一个或多个微处理器或控制器)，或者其它控制或计算装置，以及包含在一个或多个存储装置中的可执行指令。存储装置可包括用于保存数据和指令的一个或多个机器可读存储媒体。存储媒体可包括不同形式的存储器，包括半导体存储器装置，例如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)，可擦可编程只读存储器(EPROM)，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和快速存储器；磁盘，例如硬盘，软盘，可拆卸磁盘；包括磁带在内的其它磁性媒体；和光学媒体，例如光盘(CD)或数字视频光盘(DVD)。构成各个系统中的各个软件层，例程或模块的指令可被保存在相应的存储装置中。当由相应的控制单元执行时，指令使对应的系统执行程控动作。
上面公开的特定实施例只是例证性的，因为在利用上述教导的情况下，对于本领域的技术人员来说，本发明显然可被修改，并按照不同但是等效的方式实践。此外，除了下面的权利要求中描述的之外，对这里表示的结构或设计的细节没有任何限制。于是，上面描述的特定实施例显然可被变更或修改，并且所有这样的变化都在本发明的范围和精神之内。因此，保护范围由下面的权利要求限定。

Claims (10)

1、一种控制移动站和基站之间的传输的方法，所述方法包括：
利用CDMA和OFDM传送一帧信息。
2、按照权利要求1所述的方法，其中利用CDMA和OFDM传送一帧信息还包括：
形成其中具有多个时隙的帧；
在所述多个时隙的第一部分中使用CDMA；和
在所述多个时隙的第二部分中使用OFDM。
3、按照权利要求1所述的方法，其中在所述多个时隙的第一部分中使用CDMA还包括把CDMA用于物理层信令和控制中的至少之一。
4、按照权利要求2所述的方法，其中把CDMA用于物理层信令和控制中的至少之一还包括至少包含导频，信道质量反馈和ACK/NACK之一的物理层信令。
5、按照权利要求1所述的方法，其中在所述多个时隙的第一部分中使用CDMA还包括使用CDMA功率控制时隙。
6、按照权利要求2所述的方法，其中在所述多个时隙的第二部分中使用OFDM还包括把OFDM用于用户数据传输。
7、一种控制移动站和基站之间的传输的方法，所述方法包括：
利用CDMA和OFDM接收一帧信息。
8、按照权利要求7所述的方法，其中利用CDMA和OFDM接收一帧信息还包括：
接收其中具有多个时隙的帧，其中在所述多个时隙的第一部分中使用CDMA，在所述多个时隙的第二部分中使用OFDM。
9、按照权利要求7所述的方法，其中在所述多个时隙的第一部分中使用CDMA来实现物理层信令和控制中的至少之一。
10、按照权利要求9所述的方法，其中使用CDMA来实现物理层信令和控制中的至少之一还包括至少包含导频，信道质量反馈和ACK/NACK之一的物理层信令。
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