CN1859056A - 一种蜂窝通信系统中优化导频的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蜂窝通信系统中优化导频的方法，该方法包括以下步骤：A.设定不少于一个的导频图案，所述导频图案在时间上的导频密度不同；B.确定移动台的移动速度并根据所述移动速度为移动台确定导频图案。应用本发明以后，能够根据移动台的移动速度来对导频在时间上的密度进行优化，进而降低导频开销，并且提高频谱效率。

Description

一种蜂窝通信系统中优化导频的方法和装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是一种蜂窝通信系统中优化导频的方法和装置。

背景技术

针对2G无线蜂窝通信网络的不足，3G无线蜂窝标准采用了更复杂的无线通信技术、更高集成度的微电子技术和射频技术，因此其数据传送能力有了质的改善。同时，为了满足对数据应用的进一步需求，目前正在制定新的无线蜂窝网络标准。相对于现有的各种标准，新的无线蜂窝网络标准需要实现更高的频谱效率、更小的时延、灵活的带宽分配方式等需求。

由于相干解调能够比非相干解调取得更好的频谱效率，3G无线蜂窝系统全部采用了相干解调。预计将来的无线蜂窝系统仍然会采用相干解调，以取得比现有3G无线蜂窝系统更高的频谱效率。为了实现相干解调，接收机必须知道参考信号，因此需要在发送端设计导频。

在一个典型的蜂窝通信系统中，下行导频可以分为公共导频和专用导频。公共导频是所有用户都可以使用的共享参考信号，而专用导频是每个用户独享的参考信号。公共导频的原理在于无线传播是一个广播系统，小区里所有的用户都能够收到基站发送的信号，因此公共导频能够充分得到利用。在现有的3G标准中，下行信号接收主要依赖于公共导频。上行的情况有所不同，由于各个用户到基站的传播特性各不相同，因此每个用户发送的导频只能用于解调自己的信号。因此上行没有公共导频，只有专用导频。

由于导频需要占用一定的功率和频率资源，因此其是一种额外开销。在保证一定的解调性能的前提下，导频开销应当是越少越好。现有的蜂窝通信系统，比如全球移动通信系统(GSM)、宽带码分多址系统(WCDMA)、CDMA、CDMA2000系统等，都是假定用户的移动速度是未知的。由于蜂窝通信系统需要同时满足高速移动的用户和低速移动的用户的通信需求，因此它们的协议设计都必须要满足较差情况下的性能要求，这就使得在现有蜂窝系统导频设计中，需要预留一定冗余来同时满足高速移动和低速移动下的性能需求，这就增大了导频开销，从而极大地降低了蜂窝系统的频谱效率。比如，专门用于某一个用户的专用导频在时间上的密度是取决于该用户的移动速度的，如果移动速度越高，多普勒频偏就越大，信道的变化越快，因此导频的密度也就应该越高，那么为了满足高速移动用户的性能要求，通常需要按照比较高的密度来设置导频，这样对低移动速度的用户而言就造成了浪费，从而极大地降低了蜂窝系统的频谱效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种蜂窝通信系统中优化导频的方法，以提高蜂窝系统的频谱效率。

本发明的另一目的是提出一种蜂窝通信系统中优化导频的装置，以提高蜂窝系统的频谱效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种蜂窝通信系统中优化导频的方法，该方法包括以下步骤：

A、设定不少于一个的导频图案，所述导频图案在时间上的导频密度不同；

B、确定移动台的移动速度，并根据所述移动速度为所述移动台确定导频图案。

该方法进一步包括，预先设定不少于一个的移动速度范围，所述移动速度范围与导频图案相对应；

步骤B为：确定该移动台的移动速度，进一步确定该移动速度所属的移动速度范围，并为该移动台选择与该移动台所属的移动范围相对应的导频图案。

所述移动台的移动速度快，则为所述移动台选择时间上导频密度高的导频图案；所述移动台的移动速度慢，则为所述移动台选择时间上导频密度低的导频图案。

所述移动台的移动速度所属的移动速度范围的平均速度快，则为所述移动台选择时间上导频密度高的导频图案；所述移动速度所属的移动速度范围的平均速度慢，则为所述移动台选择时间上导频密度低的导频图案。

步骤A所述设定不少于一个的导频图案为：设定不少于一个的专用导频图案；步骤B所述确定移动台的移动速度为确定移动台的即时移动速度。

步骤A所述设定不少于一个的导频图案为：设定不少于一个的专用导频图案；步骤B所述确定移动台的移动速度为确定移动台在预定时间内的平均移动速度。

步骤A所述设定不少于一个的导频图案为：设定不少于一个的公

共导频图案；步骤B所述确定移动台的移动速度为确定小区内所有移动台在预定时间内的平均移动速度，所述为移动台确定导频图案是为小区内所有移动台确定公共导频图案。

所述步骤B为：周期性地确定移动台的移动速度，并且周期性地为移动台确定导频图案。

所述确定移动台的移动速度为基站确定所述移动台的移动速度，或者所述移动台自身确定其移动速度。

所述确定移动台的移动速度为根据电平交叉率或根据多普勒频谱来确定所述移动台的移动速度。

所述的蜂窝通信系统为以下任一系统：CDMA系统、GSM系统、WCDMA系统、CDMA2000系统、TDMA系统、FDMA系统、TDD系统、FDD系统。

一种蜂窝通信系统中优化导频的装置，该装置包括：

移动速度确定单元，用于确定移动台的移动速度，并且向所述导频图案选择单元发送所述移动速度；

导频图案选择单元，用于根据移动速度为所述移动台确定导频图案；

数据信道，用于传送数据信号；

数据信号及导频复用单元，用于对确定的导频图案中的导频以及所述数据信号进行复用；

其中移动速度确定单元与导频图案选择单元连接，数据信道与数据信号及导频复用单元连接，数据信号及导频复用单元进一步与导频图案选择单元连接。

所述的移动速度估计单元为电平交叉率移动速度估计单元或多普勒频谱移动速度估计单元。

该装置进一步包括用于处理中射频收发信号的中射频处理单元，所述中射频处理单元与数据信号及导频复用单元连接。

一种基站，包括如上任一所述的优化导频的装置。

一种移动台，包括如上任一所述的优化导频的装置。

从上述技术方案可以看出，在本发明中，首先设定不少于一个的导频图案，其中导频图案在时间上的导频密度不同；然后确定移动台的移动速度并根据移动速度为移动台确定导频图案。因此，应用本发明后，并不需要预留冗余来同时满足高速移动和低速移动下的性能需求，而是能够根据移动台的移动速度对导频在时间上的密度进行优化，从而极大地提高了蜂窝系统的频谱效率。同时，在本发明中，还能够根据移动速度的高低，将移动速度按照一定范围进行划分，而不用特别精确地确定移动速度，因此应用本发明并不会带来实现复杂度。

附图说明

图1为根据本发明实施例的蜂窝通信系统中优化导频的方法流程图。

图2为根据本发明实施例的低速下的示范性导频图案。

图3为根据本发明实施例的中速下的示范性导频图案。

图4为根据本发明实施例的高速下的示范性导频图案。

图5为根据本发明实施例的电平交叉率的示意图。

图6为根据本发明实施例的多普勒频谱和移动速度的关系示意图。

图7为根据本发明实施例的蜂窝通信系统中优化导频的装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的主要思想是根据移动台的移动速度来优化导频结构。首先设定不少于一个的导频图案，其中导频图案在时间上的导频密度不同；然后确定移动台的移动速度，并根据移动台的移动速度为移动台确定导频图案。这样，本发明便能够根据移动台的移动速度对导频在时间上的密度进行优化，进而降低导频开销，提高频谱效率。

图1为根据本发明实施例的蜂窝通信系统中优化导频的方法流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101：设定不少于一个的导频图案，所述导频图案在时间上的导频密度不同；

在这里，首先设计一组导频图案，不同导频图案的区别为在时间上的导频密度不同。如果导频图案在时间上的导频密度越高，从该导频得到的性能估计就越好，但是导频所占用的资源开销也就越大；如果导频图案在时间上的导频密度越低，从该导频得到的性能估计就越不好，但是导频所占用的资源开销也就越小。

导频图案在时间上的导频密度不同。举例来说，对于一个位于2GHz载波的无线链路，它的最大多普勒频率为 $f_d=\frac{\mathrm{vf}}{c}=\frac{2*10^9}{3*10^8}v=\frac{20v}{3},$ 其中v是以米每秒为单位的速度，c为光速。通常要求导频在时间上的间隔小于0.1/f_d。如果导频和数据等其它信道是时分复用的，那么可以为各种移动速度下的用户分别设计导频图案。如果每个导频的时间长度不变，那么随着导频密度的增加，导频占用的比例就越来越大，频谱效率就会越来越低。

优选地，如果设计出对应于3种导频密度的导频图案，那么可将速度估计值归为高速、中速、低速。例如，可以将移动速度值小于30kmph归类为低速；将移动速度值位于30kmph和120kmph之间归类为中速；将移动速度值大于120kmph归类为高速。对应于这三种情况，可以得到下列根据本发明示范性实施例的导频间隔表。

                根据本发明示范性实施例的导频间隔表

速度值kmph	速度类别	多普勒频率Hz	最大导频间隔 毫秒
				＜30	低速	＜55.5	大于0.45，小于1.8
30～120	中速	55.5～222.2	粗略小于0.45
				＞120	高速	＞222.2	远小于0.45

表1

由表1可知，对于低速情况下，最大导频间隔小于1.8毫秒，对于中速情况下，最大导频间隔粗略小于0.45毫秒，对于高速情况下，最大导频间隔远小于0.45毫秒。

图2为根据本发明实施例的低速下的示范性导频图案。图3为根据本发明实施例的中速下的示范性导频图案。图4为根据本发明实施例的高速下的示范性导频图案。在图2中，对于低速下的移动台，导频间隔为1.5毫秒。在图3中，对于中速下的移动台，导频间隔为0.4毫秒。在图4中，对于高速下的移动台，导频间隔为0.2毫秒。

显然，上述各个数值都是示例性的，实际系统可以根据具体情况进行相应调整。

另外，此处所述的蜂窝通信系统可以为CDMA系统、GSM系统、WCDMA系统、CDMA2000系统等，还可以是TDMA系统、FDMA系统、OFDMA系统等，同样还可以是FDD系统以及TDD系统。

步骤102：确定移动台的移动速度并根据移动速度为所述移动台确定导频图案。

在这里，首先确定当前移动台的移动速度，然后根据移动速度选择一个能够在解调性能和导频开销之间取得较好折中的导频图案。优选地，移动台的移动速度快，则为移动台选择时间上导频密度高的导频图案；移动台的移动速度慢，则为移动台选择时间上导频密度低的导频图案。

此处可以利用多种技术手段来确定移动台的移动速度。例如，根据电平交叉率来估计移动台的移动速度，或者根据多普勒频谱来估计移动台的移动速度。

在根据电平交叉率来估计移动台的移动速度时，移动速度的高低决定了信号包络变化的快慢，也就是在一定时间内，包络电平经过某一值的次数的多少。

图5为根据本发明实施例的电平交叉率的示意图。在图5中，示出了两条信号包络曲线在时间上的一个片断，其中实线曲线表示一个低速用户在一段时间上的信号包络，虚线曲线表示一个高速用户在一段时间上的信号包络，水平虚线为参考水平。由图可知，实线和参考水平的交点有1个，虚线和参考水平的交点有6个，因此虚线的变化速度快，这就意味着其移动速度高。利用电平交叉率来判断移动台的移动速度对于本领域技术人员是明显的，在申请号为02806555和200410045916的中国专利中分别各给出了属于此类方法的详细介绍，在此省去对其详细说明。

另外，通过估计多普勒频谱，同样可以得到移动速度的估计值。图6为根据本发明实施例的多普勒频谱和移动速度的关系示意图。

在图6中，实线所表示的多普勒频谱的最大频偏要比虚线所表示的多普勒频谱的最大频谱要大，因此实线所表示的用户的移动速度高。通过估计多普勒频谱来估计移动台的移动速度对于本领域技术人员是明显的，申请号为02810944和02156255的中国专利各给出了属于此类方法的详细介绍，在此省去对其详细说明。

另外，所估计的移动台的移动速度可以为移动台在某个时刻的即时移动速度，也可以是移动台在某个时间段内的平均移动速度。并且此处的速度估计既可以由基站执行，也可以由移动台执行。同样，速度估计也可以基站和移动台同时执行。

当仅由基站或者移动台中的一方执行速度估计时，可以通过显式的或者隐式的方法通知对方速度估计结果。显式是指设置专门的速度测量指示信令；隐式是指通过其它隐含速度信息的指令来通知，比如有几种在时间上导频密度不同的导频图案，分别对应于不同的移动速度，这样在指示导频图案的时候也就同时指示了移动速度。

由于有几种导频图案可选，因此在使用某种导频图案的时候，需要通过其它方法通知对方当前使用的导频图案。一种可以采用的方法是预先通知对方会在将来某个时刻切换导频图案。另外一种可以采用的方法是伴随导频传送一个导频图案指示信息，使得对方能够依据该信息来判断当前的导频图案。

以上过程中，当步骤101中设定的是公共导频图案时，此时步骤102中确定移动台的移动速度可以为确定小区内所有移动台在预定时间内的平均移动速度，并且当平均移动速度快时，为小区内所有移动台选择时间上导频密度高的公共导频图案；当平均移动速度慢时，为小区内所有移动台选择时间上导频密度低的公共导频图案。

以上过程中，当步骤101中设定的是专用导频图案时，此时步骤102中确定移动台的移动速度可以为确定移动台的即时移动速度，并且当即时移动速度快时，为移动台选择时间上导频密度高的专用导频图案，当即时移动速度慢时，为移动台选择时间上导频密度低的专用导频图案。同样，当步骤101中设定的是专用导频图案时，此时步骤102还可以确定移动台在预定时间内的平均移动速度，并且当平均移动速度快时，为移动台选择时间上导频密度高的专用导频图案，当平均移动速度慢时，为移动台选择时间上导频密度低的专用导频图案。

优选地，可以周期性地确定移动台的移动速度，并且周期性地为移动台确定导频图案，其中移动台的移动速度同样与为其确定的导频图案在时间上的导频密度成正比。

在以上过程中，还可以预先设定不少于一个的移动速度范围，其中平均移动速度快的移动速度范围与在时间上导频密度大的导频图案相对应；然后确定该移动台的移动速度，并且进一步确定该移动速度所属的移动速度范围，其中为该移动台选择与该移动台所属的移动范围相对应的导频图案。比如，通常会根据移动速度的高低，将移动速度简单的分成2～4类，并且平均移动速度快的移动速度范围与在时间上导频密度大的导频图案相对应，因此移动速度的估计不必特别精确，从而不会增加本发明的实现复杂度。

图7为根据本发明实施例的蜂窝通信系统中优化导频的装置示意图。如图7所示，该装置包括：移动速度确定单元701、导频图案选择单元702、数据信道703和数据信号及导频复用单元704，其中移动速度确定单元701与导频图案选择单元702连接，导频图案选择单元702与数据信号及导频复用单元704连接，数据信道703与数据信号及导频复用单元704进一步连接。

移动速度确定单元701用于确定移动台的移动速度，并且向导频图案选择单元702发送所述移动速度；导频图案选择单元702，用于根据移动速度确定移动台的导频图案；数据信道703，用于传送数据信道中的数据信号；数据信号及导频复用单元704，用于对确定的导频图案中的导频以及所述数据信号进行复用。

优选地，当移动台的移动速度快，导频图案选择单元702则为所述移动台选择时间上导频密度高的导频图案；当移动台的移动速度慢，导频图案选择单元702则为所述移动台选择时间上导频密度低的导频图案。数据信号及导频复用单元704还可以进一步连接中射频处理单元，以用于处理中射频的收发信号。另外，移动速度估计单元701可以为电平交叉率移动速度估计单元，或多普勒频谱移动速度估计单元。

图7所示的优化导频的装置既可以适用于基站，还可以适用于移动台。

当该优化导频的装置应用于移动台中时，移动台优选可以根据自身的移动速度来调整上行专用导频。具体地，移动速度确定单元701确定移动台的移动速度，并向导频图案选择单元702发送确定的移动速度，导频图案选择单元702根据移动速度确定移动台的上行专用导频图案；数据信号及导频复用单元对确定的上行专用导频图案中的上行专用导频以及数据信道中的数据信号进行复用，并且通过中射频处理单元向基站发射。

当该优化导频的装置应用于基站中时，基站优选可以根据某一用户的移动速度来优化该用户的下行专用导频。此时，中射频处理单元704与移动速度估计单元701相连接。具体地，具体地，移动速度确定单元701确定移动台的移动速度，并向导频图案选择单元702发送所述移动速度，导频图案选择单元702根据移动速度确定移动台的下行专用导频图案；数据信号及导频复用单元对确定的下行专用导频图案中的下行专用导频以及数据信道中的数据信号进行复用，并且通过中射频处理单元向移动台发射。

由于下行公共导频是所有用户共享的，所以通常不能够仅仅依据个别用户的移动速度来调整下行公共导频。但不能排除根据速度来微调公共导频。比如说，靠近交通干道的宏小区里所有用户的平均速度会比写字楼中的微小区里所有用户的平均速度高，因此前者的导频密度可以比后者高一些。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1、一种蜂窝通信系统中优化导频的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、设定不少于一个的导频图案，所述导频图案在时间上的导频密度不同；

B、确定移动台的移动速度，并根据所述移动速度为所述移动台确定导频图案。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括，预先设定不少于一个的移动速度范围，所述移动速度范围与导频图案相对应；步骤B为：确定该移动台的移动速度，进一步确定该移动速度所属的移动速度范围，并为该移动台选择与该移动台所属的移动范围相对应的导频图案。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动台的移动速度快，则为所述移动台选择时间上导频密度高的导频图案；所述移动台的移动速度慢，则为所述移动台选择时间上导频密度低的导频图案。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动台的移动速度所属的移动速度范围的平均速度快，则为所述移动台选择时间上导频密度高的导频图案；所述移动速度所属的移动速度范围的平均速度慢，则为所述移动台选择时间上导频密度低的导频图案。

5、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤A所述设定不少于一个的导频图案为：设定不少于一个的专用导频图案；步骤B所述确定移动台的移动速度为确定移动台的即时移动速度。

6、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤A所述设定不少于一个的导频图案为：设定不少于一个的专用导频图案；步骤B所述确定移动台的移动速度为确定移动台在预定时间内的平均移动速度。

7、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤A所述设定不少

于一个的导频图案为：设定不少于一个的公共导频图案；步骤B所述确定移动台的移动速度为确定小区内所有移动台在预定时间内的平均移动速度，所述为移动台确定导频图案是为小区内所有移动台确定公共导频图案。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B为：周期性地确定移动台的移动速度，并且周期性地为移动台确定导频图案。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定移动台的移动速度为基站确定所述移动台的移动速度，或者所述移动台自身确定其移动速度。

10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定移动台的移动速度为根据电平交叉率或根据多普勒频谱来确定所述移动台的移动速度。

11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的蜂窝通信系统为以下任一系统：码分多址CDMA系统、全球移动通信系统GSM、宽带码分多址WCDMA系统、CDMA2000系统、时分多址TDMA系统、频分多址FDMA系统、时分双工TDD系统、频分双工FDD系统。

12、一种蜂窝通信系统中优化导频的装置，其特征在于，该装置包括：

移动速度确定单元，用于确定移动台的移动速度，并且向所述导频图案选择单元发送所述移动速度；

导频图案选择单元，用于根据移动速度为所述移动台确定导频图案；

数据信道，用于传送数据信号；

数据信号及导频复用单元，用于对确定的导频图案中的导频以及所述数据信号进行复用；

其中移动速度确定单元与导频图案选择单元连接，数据信道与数据信号及导频复用单元连接，数据信号及导频复用单元进一步与导频图案选择单元连接。

13、根据权利要求11所述的优化导频的装置，其特征在于，所述的移动速度估计单元为电平交叉率移动速度估计单元或多普勒频谱移动速度估计单元。

14、根据权利要求11所述的优化导频的装置，其特征在于，该装置进一步包括用于处理中射频收发信号的中射频处理单元，所述中射频处理单元与数据信号及导频复用单元连接。

15、一种基站，其特征在于，包括如权利要求11-14中任一所述的优化导频的装置。

16、一种移动台，其特征在于，包括如权利要求11-14中任一所述的优化导频的装置。

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