CN1875596B - 在正交频分多址通信系统中分配子信道的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种将整个频带划分为多个副载波带并且包括多个子信道的无线通信系统，每个子信道包括多个副载波带。副载波组的数量等于系统中包含的基站的数量并且是通过在一个周期中分类副载波带而产生的。对于特定基站，根据序列从每个组中检测相应的副载波带。从每个组中检测到的副载波带被分配为特定基站的子信道。另外，无论何时分配子信道，都改变组成子信道的每个副载波所属的副载波组的索引，从而获取期望的分集增益。

Description

在正交频分多址通信系统中分配子信道的装置和方法

技术领域

本发明通常涉及一种支持正交频分多址(OFDMA)方案的通信系统(下文称作“OFDMA通信系统”)，尤其涉及一种用于自适应分配子信道的装置和方法。

背景技术

第四代(4G)移动通信系统正处于被标准化来提供超过前一代移动通信系统提供的简单无线通信服务的、有线通信网络和无线通信网络之间的有效互相作用和集成服务的过程中。因此，对于新的无线通信网络必须发展以无线通信网络中可用的相同级发送大量数据所需的技术。

在这种环境中，对使用正交频分复用(OFDM)方案作为4G移动通信系统中经由有线/无线信道的高速数据传输的方案进行了许多研究。OFDM方案——使用多个载波发送数据——是特殊类型的多载波调制(MCM)方案，其中串行码元序列被转换为并行码元序列，并且在并行码元序列被发送之前用多个相互正交的副载波(或者副载波信道)对其进行调制。

在七十年代开始发展在五十年代末出现的用于军事高频(HF)无线通信的第一MCM系统和用于重叠正交副载波的OFDM方案。在多个载波之间的正交调制方面，OFDM方案在其实际实施上受到限制。在1971年，Weinstein等人提出使用离散傅立叶变换(DFT)能够有效地执行OFDM调制/解调，这是OFDM方案发展背后的驱动力。而且，将保护间隔和循环前缀引入为保护间隔进一步减轻了系统中多径传播和延迟扩展的不利影响。结果，OFDM方案被广泛用于诸如数字音频广播(DAB)、数字TV广播、无线局域网(WLAN)和无线异步传输模式(WATM)之类的数字数据通信技术。

尽管硬件复杂性是OFDM方案广泛实施的障碍，但是在包括快速傅立叶(FFT)和反向快速傅立叶(IFFT)的数字信号处理技术中的最新改进使得OFDM方案能够以较少复杂的方式实施。

OFDM方案，类似于现有的频分复用(FDM)方案，以高速数据传输的最佳传输效率而自豪，因为它能够在副载波上传输数据，同时能够维持它们之间的正交性。最佳传输效率还有助于OFDM方案中良好的频率使用效率和抵抗多径衰落的健壮性。更具体地，重叠频谱导致有效的频率使用以及抵抗频率选择性衰落和多径衰落的健壮性。OFDM方案使用保护间隔来减少码元减干扰(ISI)的影响，并且能够设计简单的均衡器硬件结构。而且，因为OFDM方案相对于脉冲噪声是健壮的，因此它在通信系统中得以日益普及。

OFDMA方案是基于OFDM方案的多址方案。在OFDMA方案中，将一个OFDM码元中的副载波分配给多个用户、或者用户站。使用OFDMA方案的通信系统包括IEEE 802.16a通信系统和IEEE 802.16e通信系统。IEEE802.16a通信系统是使用OFDMA方案的固定宽带无线接入(BWA)通信系统。IEEE 802.16e通信系统是对IEEE 802.16a通信系统中的用户站提供移动性的系统。目前，IEEE 802.16a通信系统和IEEE 802.16e通信系统都使用2048点IFFT和1702个副载波。IEEE 802.16a通信系统和IEEE 802.16e通信系统使用1702个副载波当中的166个副载波作为导频副载波，并且使用不包含166个副载波的剩余1536个副载波作为数据副载波。

将1536个副载波划分为32个子信道，每个子信道包括48个数据副载波。根据系统条件将子信道分配给多个用户。术语“子信道”是指由多个副载波组成的信道。这里，每个子信道由48个副载波组成。OFDMA通信系统分配所有副载波，尤其是，在整个频带上使用的数据副载波，从而获取频率分集增益。

跳频(下文称作“FH”)方案是一种改变被分配给特定用户站的用户的方案，而FH-OFDM方案是一种组合FH方案和OFDM方案的方案。利用FH-OFDM方案的系统(下文称作“FH-OFDM系统”)在被分配给用户站的副载波的跳频带中使用FH方案。因此，FH-OFDM系统也分配所有副载波，尤其是，在整个频带上使用的数据副载波，从而获取频率分集增益。

IEEE 802.16a通信系统和IEEE 802.16e通信系统仅在频域中将例如10MHz的宽带划分为多个子信道。如所述，IEEE 802.16a通信系统和IEEE802.16e通信系统使用2048-点IFFT并且每个OFDM码元使用1702个副载波。当使用Reed Solomon(RS)序列分配子信道时——其确保多小区环境中优良的子信道间冲突特性，能够识别大约40个小区(例如，41×40＝1640)。例如，当使用在Galois Field Q中定义的Reed Solomon序列时，将可用副载波的数量定义为Q(Q-1)。当在802.16a/e系统中使用大约1600个副载波时，从接近40的质数37、41和43中选择41，从而产生使用1640个副载波的系统。然而，802.16a/e系统每个子信道使用数量为48的副载波，从而在子信道之间的冲突中具有不好的属性。后面将详细描述Galois Field。

然而，为了随着通信系统的发展便于网络设计，必须将可识别小区的数量增加到100。在可识别小区的数量方面，OFDMA方案仅在频域中产生子信道受到限制。

而且，使用窄带1.25MHz的闪速(flash)-OFDM方案使用128点IFFT，并且定义113个跳频序列——对于由113个OFDM码元组成的一个周期跳频不同的副载波——为基本资源分配单元。支持闪速-OFDM方案的通信系统(下文称作“闪速-OFDM通信系统”)在设计网络中对于113个小区定义不同的跳频，从而能够识别113个不同的小区。然而，闪速-OFDM方案是仅窄带方案，不利于所需的容量增加。

发明内容

因此，本发明的一方面是提供一种OFDMA通信系统中的副载波分配装置和方法。

本发明的另一方面是提供一种OFDMA通信系统中的时间-频率2维的副载波分配装置和方法。

本发明的又一方面是提供一种用于识别OFDMA通信系统中的基站的副载波分配装置和方法。

本发明的再一方面是提供一种用于最小化在OFDMA通信系统中的相邻基站中使用的子信道之间的冲突的副载波分配装置和方法。

本发明的又一方面是提供一种用于在OFDMA通信系统中获取分集增益的副载波分配装置和方法。

根据本发明的一方面，提供了一种将子信道分配给无线通信系统中包含的多个基站中的每一个的方法，所述无线通信系统将整个频带划分为多个副载波带并且包括多个子信道，每个子信道是一组预定数量的副载波带。所述方法包括步骤：在一个周期中分类副载波带，并且产生数量与可识别基站的数量相等的副载波组；对于特定基站，根据序列从每个副载波组中检测在第一时间点处的相应副载波带；将从每个组中检测到的副载波带分配为特定基站的子信道；和在与第一时间点邻近的时间点处将其他副载波带分配为特定基站的另一个子信道，其中组成所述另一个子信道的所述其他副载波带是从与在第一时间点处被分配为特定基站的子信道的副载波带所属的副载波组不同的其他副载波组中检测到的。

根据本发明的另一方面，提供了一种将子信道分配给无线通信系统中包含的多个基站中的每一个的方法，所述无线通信系统将整个频带划分为Q(Q-1)个副载波带并且包括Q个子信道，每个子信道是一组(Q-1)个副载波带。所述方法包括步骤：(1)在预定周期中分类Q(Q-1)个副载波带，并且产生数量与可识别基站的数量相等的(Q-1)个副载波组；(2)通过依次分析第一副载波组到第(Q-1)副载波组，对于特定基站，从(Q-1)个副载波组中的每一个的Q个副载波带中检测与序列对应布置的副载波带；(3)将从(Q-1)个副载波组中的每一个中检测到的副载波带分配为特定基站的子信道；(4)随机交织(Q-1)个副载波组，并且对于特定基站，从(Q-1)个副载波组中的每一个的Q个副载波带中检测与随机交织的序列对应布置的副载波带；(5)和将从交织的(Q-1)个副载波组中的每一个中检测到的副载波带分配为特定基站的新子信道。

根据本发明的又一方面，提供了一种将子信道分配给无线通信系统中包含的多个基站中的每一个的方法，所述无线通信系统将整个频带划分为多个副载波带并且包括多个子信道，每个子信道是一组预定数量的副载波带。所述方法包括步骤：在一个周期中分类副载波带，产生数量与可识别基站的数量相等的副载波组，并且将索引分配给每个所产生的副载波组；对于特定基站根据序列从每个副载波组中检测相应的副载波带，并且将检测到的副载波带分配为特定基站的子信道；交织被分配给副载波组的组索引；对于特定基站根据所述序列从每个副载波组中检测相应的副载波带；和将检测到的副载波带分配为特定基站的新子信道。

根据本发明的又一方面，提供了一种将子信道分配给无线通信系统中包含的多个基站中的每一个的方法，所述无线通信系统将整个频带划分为多个子信道组，并且通过从每个子信道组中选择副载波来构造下行链路信道，每个基站发送与先前发送的码字相同的码字，所述方法包括步骤：交织副载波组索引，从而组成被重新发送到特定基站的子信道的每个副载波所属的副载波组的索引不同于组成先前被发送到特定基站的子信道的每个副载波所属的副载波组的索引；和从每个交织的组中检测相应的副载波带，并且分配检测到的副载波带作为特定基站的新子信道。

根据本发明的再一方面，提供了一种将子信道分配给无线通信系统中包含的多个基站中的每一个的装置，所述无线通信系统将整个频带划分为多个副载波带并且包括多个子信道，每个子信道是一组预定数量的副载波带。所述装置包括：子信道分配部件，用于在一个周期中分类副载波带，产生数量与可识别基站的数量相等的副载波组，对于特定基站根据序列从每个副载波组中检测在特定时间点处的相应副载波带，将从每个组中检测到的副载波带分配为特定基站的子信道，并且在与特定时间点邻近的时间点处将其他副载波带分配为特定基站的另一个子信道，其中组成所述另一个子信道的所述其他副载波带是从与在特定时间点处被分配为特定基站的子信道的副载波带所属的副载波组不同的其他副载波组中检测到的；和发送部件，用于经由通过子信道分配部件分配的子信道来发送数据。

根据本发明的又一方面，提供了一种将子信道分配给无线通信系统中包含的多个基站中的每一个的装置，所述无线通信系统将整个频带划分为Q(Q-1)个副载波带并且包括Q个子信道，每个子信道是一组(Q-1)个副载波带。所述装置包括：子信道分配部件，用于在预定周期中分类Q(Q-1)个副载波带，产生数量与可识别基站的数量相等的(Q-1)个副载波组，通过依次分析第一副载波组到第(Q-1)副载波组，对于特定基站从(Q-1)个副载波组中的每一个的Q个副载波带中检测与预定序列对应布置的副载波带，将从(Q-1)个副载波组中的每一个中检测到的副载波带分配为特定基站的子信道，随机交织(Q-1)个副载波组并且对于特定基站从(Q-1)个副载波组中的每一个的Q个副载波带中检测与随机交织的序列对应布置的副载波带，并且将从(Q-1)个副载波组中的每一个中随机检测到的副载波带分配为特定基站的新子信道；和发送部件，用于经由通过子信道分配部件分配的子信道来发送数据。

根据本发明的再一方面，提供了一种将子信道分配给无线通信系统中包含的多个基站中的每一个的装置，所述无线通信系统将整个频带划分为多个副载波带并且包括多个子信道，每个子信道是一组预定数量的副载波带。所述装置包括：子信道分配部件，用于在一个周期中分类副载波带，产生数量与可识别基站的数量相等的副载波组，将索引分配给每个所产生的副载波组，对于特定基站根据序列从每个副载波组中检测相应的副载波带，将检测到的副载波带分配为特定基站的子信道，交织被分配给副载波组的组索引，对于特定基站根据所述序列从每个副载波组中检测相应的副载波带，并且分配检测到的副载波带作为特定基站的新子信道；和发送部件，用于经由通过子信道分配部件分配的子信道来发送数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种将子信道分配给无线通信系统中包含的多个基站中的每一个的装置，所述无线通信系统将整个频带划分为多个子信道组，并且通过从每个子信道组中选择副载波来构造下行链路信道，每个基站发送与先前发送的码字相同的码字。所述装置包括：子信道分配部件，用于以下列方式来分配子信道：组成被重新发送到特定基站的子信道的每个副载波所属的副载波组的索引不同于组成先前被发送到特定基站的子信道的每个副载波所属的副载波组的索引；和交织部件，用于交织组成已分配子信道的每个副载波所属的副载波组的索引。

附图说明

通过结合附图的下面详细描述，本发明的上面和其他方面、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是图解说明根据本发明实施例的OFDMA通信系统中的第一发送机的方框图；

图2图解了根据本发明实施例的时间-频率2维域中分配子信道的处理；

图3图解说明了根据本发明实施例的分配用于数据传输的子信道的处理；

图4是图解说明根据本发明实施例的副载波分配过程的流程图；和

图5是图解说明根据本发明另一实施例的OFDMA通信系统中的第二发送机的方框图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图来详细描述本发明的优选实施例。在下面的描述中，为了简洁而省略了此处合并的已知功能和配置的详细描述。

本发明在使用正交频分多址(OFDMA)方案的通信系统(下文称作

“OFDMA通信系统”)中在时间-频率2维域中分配子信道。因此，本发明增加了OFDMA通信系统中可识别的小区或基站的数量，并且最小化了在相邻基站中使用的子信道之间的冲突。每个基站可以管理一个或多个小区。然而，为了易于描述，此处将假设每个基站仅管理一个小区。

图1是图解说明根据本发明实施例的OFDMA通信系统中的第一发送机的方框图。参考图1，OFDMA通信系统的第一发送机包括循环冗余码校验(CRC)插入器111、编码器113、码元映射器115、子信道分配器117、串并行(S/P)转换器119、导频码元插入器121、逆快速傅立叶变换(IFFT)块123、并串行(P/S)转换器125、保护间隔插入器127、数模(D/A)转换器129、和射频(RF)处理器131。

当存在用户数据位和控制数据位要发送时，将用户数据位和控制数据位输入到CRC插入器111。这里，用户数据位和控制数据位将被称作“信息数据位”。CRC插入器111将CRC位插入到信息数据位，并且将插入了CRC的信息数据位输出到编码器113。编码器113使用预定的编码技术对从CRC插入器111输出的信号进行编码，并且将编码的信号输出到码元映射器115。最好是，使用turbo编码或者卷积编码作为编码技术。

码元映射器115使用预定调制技术将从编码器113输出的编码位调制为调制码元，并且将该调制码元输出到子信道分配器117。最好是，使用正交相移键控(QPSK)或16进制正交幅度调制(16QAM)作为调制技术。子信道分配器117通过接收从码元映射器115输出的调制码元来分配子信道，并且将分配子信道的调制码元输出到串-并转换器119。在子信道分配器117中分配子信道的操作是一本发明提出的子信道分配方法来执行的，下面将更详细地对其进行描述。

串-并转换器119对从子信道分配器117输出的分配子信道的串行调制码元进行并行转换，并且将并行转换的调制码元输出到导频码元插入器121。导频码元插入器121将导频码元插入到从串-并转换器119输出的并行转换的调制码元，并且将插入导频的调制码元输出到IFFT块123。

IFFT块123对从导频码元插入器121输出的插入导频的调制码元执行N点IFFT变换，并且将IFFT处理后的调制码元输出到并-串转换器125。并-串转换器125对IFFT处理后的并行调制码元进行串行变换，并且将串行变换的调制码元输出到保护间隔插入器127。保护间隔插入器127将保护间隔信号插入到串行转换的调制码元，并且将插入保护间隔的调制码元输出到数模转换器129。保护间隔被插入以消除OFDM通信系统中在先前OFDM码元时间发送的先前OFDM码元与将要在当前OFDM码元时间发送的当前OFDM码元之间的干扰。通常，将空数据插入到保护间隔。然而，在这种情况下，当接收机不正确地估计OFDM码元的起始点时，在副载波之间发生干扰，而导致已接收OFDM码元的不正确估计率增加。因此，使用循环前缀方法或者循环后缀方法。在循环前缀方法中，时域中OFDM码元的预定数量的最后取样被复制并被插入到有效的OFDM码元，而在循环后缀方法中，时域中OFDM码元的预定数量的第一取样被复制并被插入到有效的OFDM码元。

数模转换器129对从保护间隔插入器127输出的信号进行模拟转换，并且将模拟转换后的信号输出到RF处理器131。RF处理器131，包括滤波器和前端单元，对从数模转换器129输出的信号进行RF处理，并且经由传输天线通过空气来发送RF处理的信号。

(1)时间-频率2维域中的子信道分配

使用Reed Solomon(RS)序列来分配子信道中包含的副载波的索引，并且使用与所分配的副载波索引对应的副载波来生成子信道。将OFDMA通信系统中包含的所有副载波划分为(Q-1)个组，并且(Q-1)个组中的每一个具有Q个连续副载波。

在Galois Field中定义了Reed Solomon序列。Galois Field(Q)包括{0，1，2，...，Q-1}的Q个元素。这里，Q表示Galois Field的大小，并且当Q是质数时，如下列等式(1)中所示定义Galois Field(Q)中的加法运算和乘法运算。

对于a，b∈0，1，2，…，Q-1，a+b＝(a+b)mod Q

对于a，b∈0，1，2，…，Q-1，a*b＝(a*b)mod Q.......(1)

Galois Field(Q)中定义的序列S是被分配给每个(Q-1)组的子信道序列，表示子信道中包含的副载波的位置。在等式(2)中表达了子信道中包含的副载波的索引。

Subcarrier_index(i)＝Q*i+S(i)......(2)

在等式(2)中，“i”指代表示OFDMA通信系统的全部(Q-1)组中特定组的组索引。组索引“i”的值是0、1、...、Q-2中的任意一个。而且，S(i)指代序列S中的第(i+1)元素，并且表示相应组中副载波的位置。

如果定义了等式(2)的序列，即、表示子信道中包含的副载波的索引的序列，则也可以定义与该序列对应的子信道。例如，如果假设OFDMA通信系统的所有副载波的数量是42{0，1，2，...，41}，则可以将42个副载波划分为6个组。另外，使用长度6的序列可以分配特定子信道中包含的6个副载波。也就是，如果对于子信道序列S给出索引{3，2，6，4，5，1}，则使用具有索引{3，9，20，25，33，36}的副载波的序列来生成相应的子信道。

另外，使用基本序列的置换和偏移来识别特定基站和基站中的子信道。这里，基本序列被定义为S₀，并且基本序列S₀被表达为如等式(3)所示。

S₀＝α，α²，α³，...，α^Q-2，α^Q-1........(3)

在等式(3)中，α指代Galois Field(Q)的初始元素(对于m<Q-1，α^Q-1＝1，α^m≠1)。如果Galois Field大小Q是7(Q＝7)，则初始元素α变成3，并且S₀＝{3，3²，3³，…，3⁵，3⁶}mod7＝{3，2，6，4，5，1}。这里，基本序列S₀表示对于OFDMA通信系统中包含的多个基站中的参考基站被分配给子信道#0的序列。这里假设参考基站是基站#0，并且基站#0变成组成OFDMA通信系统的基站当中的第一基站。而且，子信道#0变成Q个子信道当中的第一子信道。

被分配给小区#m的序列S_m是通过对基本序列S₀改变次序m次而确定的序列。序列S_m被表达为如等式(4)所示。

S_m＝α^mS₀＝α^Q-m，α^Q-m+1，...，α^Q-2，α^Q-1，α，α²，...，α^Q-m-1......(4)

在等式(4)中，S_m指代被分配给基站#m的子信道#0的序列。

另外，用于定义基站#m中的子信道的序列S_m，β变成通过将偏移β添加到被分配给小区#m的子信道#0的序列S_m而确定的序列。用于定义基站#m中的子信道的序列S_m，β被表达为下列等式(5)。

S_m，β＝S_m+β，β，β，...，β，β；β∈GF(Q).....(5)

在等式(5)中，GF(Q)表示Galois Field(Q)。

因此，能够将子信道分配给OFDMA通信系统的所有(Q-1)个基站。从而，对于(Q-1)个基站中的每一个都能够获得Q个子信道序列。所获得的子信道序列的优势在于，最大仅一个子信道可能在相邻基站之间冲突，从而防止由于子信道冲突引起的系统性能的恶化。

参考表1和表2，现在将描述当Galois Field的大小Q是7(Galois Field(Q)＝7)，Galois Field的初始元素是3(α＝3)，并且基本序列S₀＝{3，2，6，4，5，1}时，子信道#0的基站序列和用于指定基站#0中的子信道的序列。

表1

 

S<sub>0</sub>	3	2	6	4	5	1
							S<sub>1</sub>	1	3	2	6	4	5
S<sub>2</sub>	5	1	3	2	6	4

 

S<sub>3</sub>	4	5	1	3	2	6
							S<sub>4</sub>	6	4	5	1	3	2
S<sub>5</sub>	2	6	4	5	1	3

表2

 

S<sub>0，0</sub>	3	2	6	4	5	1
							S<sub>0，1</sub>	4	3	0	5	6	2
S<sub>0，2</sub>	5	4	1	6	0	3
							S<sub>0，3</sub>	6	5	2	0	1	4
S<sub>0，4</sub>	0	6	3	1	2	5
							S<sub>0，5</sub>	1	0	4	2	3	6
S<sub>0，6</sub>	2	1	5	3	4	0

表1说明了使用置换分配不同小区的子信道#0的序列，而表2说明了通过将偏移添加到基站中子信道的索引而用于分配基站#0中的子信道的序列。如表1中所说明的，最大仅一个子信道可能冲突，从而防止了由于子信道冲突引起的系统性能的降低。然而，不同于此，通过按照表1所示的基本序列来改变次序能够识别基站中的子信道，并且也能够通过如表2所示的将偏移添加到基本序列来生成用于识别基站的不同序列。

在其中频率再用率是1的蜂窝状通信系统中，必须增加该系统中可识别基站的总数，从而当设计网络时便于基站的安装。为了增加可识别基站的数量，必须增加Galois Field(Q)的值Q。为了增加可识别基站的数量，本发明提出了一种2维子信道分配方法，它不仅考虑了频域还考虑了时域。例如，假设每OFDM码元发送97*16＝1552个副载波，如果六个OFDM码元被用作一个副载波分配单元，则可以确定使用了97*16*6＝97*96个数据副载波。在这种情况中，如果在Galois Field(97)上定义子信道序列，则在96个小区中的每一小区中可以分配97个子信道。通过在等式(3)中代入Q＝97和α＝5可以计算Galois Field(97)上使用初始元素5的基本序列S₀，并且基本元素S₀被表达为如下列等式(6)所示。

S₀＝{5，25，28，43，21，8，40，6，30，53，71，64，29，48，46，36，

83，27，38，93，77，94，82，22，13，65，34，73，74，79，7，35

78，2，10，50，56，86，42，16，80，12，60，9，45，31，58，96

92，72，69，54，76，89，57，91，67，44，26，33，68，49，51，61

14，70，59，4，20，3，15，75，84，32，63，24，23，18，90，62

19，95，87，47，41，11，55，81，17，85，37，88，52，66，39，1}

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.......(6)

图2图解说明了根据本发明实施例的在时间-频率2维域中分配子信道的处理的图。在给出图2的描述之前，这里例如假设，在OFDMA通信系统中可以识别96个基站，并且分配副载波从而对于96个基站中的每一个可以识别97个子信道。也就是，如图2所示，在时间-频率域中97*96个副载波被划分为对于6个OFDM码元周期的96个组，并且在96组中的每一组中安排97个连续副载波。在图2中，行表示副载波的索引，并且栏表示时域中OFDM码元的码元索引。

在图2中，因为Galois Field的大小Q是97(Q＝97)，因此使用等式(4)和(5)以及等式(6)的基本序列S₀可以生成用于定义基站#m中的子信道的序列(对于0≤m≤95和0≤β≤96，{S_m，β})。结果，可以将97个子信道分配给96个基站中的每一个。

在OFDMA通信系统中，如果使用多个OFDM码元周期中的Q(Q-1)个副载波，则使用一个OFDM码元中的Q*N个副载波来产生N个组，并且如果使用(Q-1)/N个OFDM码元，则组成每个子信道的副载波的索引如等式(7)所示。

......(7)

在等式(7)中，

表示最大整数，它小于或等于值“x”。在图2中，因为Q＝97和N＝16，因此组索引“i”具有值0到Q-2，即，0到95中的任何一个，并且码元索引“n”具有值0到5中的任何一个。例如，对于基站#0的子信道#0的副载波索引是：

码元0：5，122，222，334，409，493，622，685，806，926，1041，1131，1193，1309，1404，1491

码元1：83，124，232，384，465，579，664，701，789，938，1004，1140，1238，1340，1365，1490

码元2：78，99，204，341，444，571，624，695，856，885，1030，1076，1209，1292，1416，1551

码元3：92，169，263，345，464，574，639，770，843，917，996，1100，1232，1310，1409，1516

码元4：14，167，253，295，408，488，597，754，860，905，1033，1091，1187，1279，1448，1517

码元5：19，192，281，338，429，496，637，760，793，958，1007，1155，1216，1327，1397，1456

如果以这种方式分配副载波，则冲突可能仅发生在如上所述属于不同小区的子信道中的最大仅一个子信道中，并且冲突率比现有通信系统中的冲突率低得多。例如，IEEE 802.16a通信系统对于每个小区可以分配32个子信道，并且来自不同小区的子信道在0到5副载波位置中经受冲突。当如本发明所述分配副载波时，组成子信道的副载波之间的冲突的数量减少到0或1。

例如，当使用Reed Solomon序列时，因为每个子信道具有(Q-1)个副载波并且组成不同小区的子信道的副载波的冲突数量最大为1，因此冲突的副载波的比率变成最大为1/(Q-1)，并且该值因为值Q增加而减小。因此，在本发明中提出的时间-频率2维副载波分配方案可以有利地增加可识别小区的数量，并且最小化冲突副载波的比率。

(2)数据传输的子信道分配

OFDMA通信系统的发送机或基站通过根据解码延迟时间和传输数据量分配至少一个子信道的一部分或一个子信道来发送数据。例如，为了数据传输，通过基于子信道插入传输数据可以生成总数为Q的数据分配单元。这里，“数据分配单元”是指使用相同信道编码方案和调制方案的资源分配单元。假设，1/2turbo编码被用作信道编码方案，QPSK被用作调制方案。

通常，编码增益由于码字的长度变得更长而增加。例如，如果码字中包含的信息位的大小变得大于1000位，则性能饱和发生。因此，当每个子信道使用96个副载波并且QPSK和1/2信道编码被用作调制方案和编码方案时，对于大约每10个子信道执行信道编码，以便最大化编码增益。

图3是图解根据本发明实施例的分配用于数据传输的子信道的处理的图。然而，在给出图3的描述之前，如上所述，还假设在OFDMA通信系统中可以识别96个基站，并且分配副载波，从而对于96个基站中的每一个可以识别97个子信道。图3图解说明了其中当一个小区中的可识别子信道的数量是97(即、Q＝97)时根据它们的对象正常分配子信道的示例。

参考图3，一个单位矩形包括16个副载波，并且在时间轴上对于6-OFDM码元周期分组该单位矩形，从而产生一个子信道，由Td表示。这里，表示16个副载波(是子信道中包含的部分副载波)的单位矩形将被称作“子信道单元”。一个子信道包括6个子信道单元。

当存在大量传输数据时，两个或更多个子信道可被分组来发送数据。在图3中，用于数据传输的子信道表示为Tb。也就是，使用子信道93(SC93)到子信道96(SC96)的4个子信道来发送数据。在子信道单元中包含的副载波之间的冲突的最大数量等于频域中使用的子信道索引的数量。对于由Td表示的子信道和由Ts表示的部分子信道(3个子信道单元)，相邻小区之间的副载波冲突的数量是最大值1，而对于由Tc表示的不同子信道和由Tb表示的子信道的子信道单元，冲突的最大数量变成最大值3或4。

现在将在下面描述每个子信道的冲突的最大数量与解码延迟之间的关系。由Td表示的子信道和由Tc表示的不同子信道的子信道单元使用相同的区域，即、相同数量的副载波，而对于由Td表示的子信道，具有相邻单元的子信道Td的一个冲突的最大值发生，并且解码延迟变成6个OFDM码元。对于由Tc表示的不同子信道的子信道单元，具有相邻单元的不同子信道Tc的子信道单元的三个冲突的最大值发生，并且解码延迟变成2个OFDM码元。

更具体地，在子信道索引SC和时间索引t的2维域中，组成子信道单元的副载波的冲突的最大数量与解码延迟之间存在折衷(trade-off)关系。当对于比6个OFDM码元周期短的时间段发送数据时，必须增加编码率。当对于2个OFDM码元使用由Tc表示的不同子信道的子信道单元，即，子信道#3、子信道#4和子信道#5，并且对于3个OFDM码元使用由Ts表示的子信道单元，即，子信道#91时，能够有效地发送数据，这在长度上相对较短，并且需要较短的解码延迟。例如，长度相对较短并且需要短解码延迟的数据包括寻呼信道数据。如上所述，根据在OFDMA通信系统中如何形成控制信道和数据信道来确定如何在子信道索引SC和时间索引t的2维域中使用子信道，即，对于特定数据的传输分配子信道。

(3)蜂窝环境中的子信道分配情景

图4是图解说明根据本发明实施例的副载波分配过程的流程图。参考图4，在步骤411中，基站初始化分配副载波所需的参数，即，表示Galois Field的大小的参数Q、表示一个OFDM码元中组的数量的参数N、和表示GaloisField(Q)的初始元素的参数α。而且，基站使用初始化的参数Q、N和α来生成基本序列S₀。上面已经参考图3描述了生成基本序列S₀的处理。

在步骤413中，基站生成序列{S_m，β}，用于定义将被分配副载波的基站(例如基站#m)中的子信道。如参考等式(4)和等式(5)所描述的，生成用于定义基站#m中的子信道的序列{S_m，β}的处理包括步骤：第一步骤，生成通过对在步骤411中生成的基本序列S₀改变次序m次而获得的序列S_m；和第二步骤，生成用于定义基站#m中的子信道的序列{S_m，β}。以上已经参考等式(4)和(5)描述了生成用于定义基站#m中的子信道的序列{S_m，β}的处理。基站在每次发生相应的情况时，或者根据从其中预先存储了情况数据的数据表中读出的相应数据，可以执行步骤413的操作。

在步骤415中，基站考虑传输数据来分配用于数据传输的子信道。这里，基站使用结合等式(7)描述的规则来分配将用于数据传输的子信道，此处省略对其的详细描述。

(4)蜂窝环境中的导频信道生成方法

通常，在蜂窝通信系统中，导频副载波被用来进行信道估计和小区识别，而本发明提出了一种使用一部分子信道作为导频信道的方案。在OFDMA通信系统中，为了维持子信道之间的冲突特性，即使在导频副载波被插入到子信道之后，也不应当改变组成每个子信道的副载波的位置。

因此，本发明提出一种使用在时间-频率2维域中定义的一些子信道作为导频信道的方案。当一些子信道被用作导频信道时，在被分配给导频信道的子信道之间发生最大一个的副载波冲突，从而对于其中频率再用率是1的蜂窝系统，所提出的方案非常有效。另外，用户站在初始小区搜索或越区切换期间，根据导频副载波的模式能够识别小区。

而且，用户站使用导频副载波可以确定相邻小区的相对信号电平。也就是，因为导频副载波的位置相对于每个小区都不同，因此用户站可以根据增加的导频副载波而不是数据副载波的位置来执行小区搜索。这里，导频副载波比数据副载波增加3到6[dB]，从而使得用户站能够容易地识别导频副载波。也就是，导频信号变成一种用于基站识别和信道估计的参考信号。

(5)获取分集增益的子信道分配方案

在OFDMA通信系统中，与先前发送的码字相同的码字可以在下一时间点被重新发送，也就是，与先前发送的码字相同的码字可以在时域上分离并且作为单独的信号重新发送，或者在相同时间点可以重复发送相同码字。例如，OFDMA通信系统利用前导序列获取基站与用户站之间的同步，并且在前导序列重复具有相同长度的码字。因此，在OFDMA系统中可以如上所述地重复发送相同码字。而且，当先前发送的码字有错误时，可以重新发送相同的码字。

本发明提出了一种对于如上所述重新发送或者重复发送相同码字的情况在时域和频域上获取分集增益的子信道分配方案。具体地，为了获取分集增益，本发明利用具有这样结构的子信道，即，该结构使得每个重复性相同码字的位通过不同副载波组的副载波来发送。而且，为了获取分集增益，本发明利用具有这样结构的子信道，即，该结构使得重新发送的码字的位通过与已经携带先前发送的码字的副载波所属的副载波组不同的副载波组的副载波来发送。

根据本发明，为了获取分集增益，无论何时通过副载波产生子信道，都随机地设置副载波的副载波组，这不同于上面参考图2描述的子信道生成方法。

换句话说，在上面参考图2描述的子信道生成方法中，当子信道β在预定参考时间段(即，如图2中所示的6个OFDM码元周期)被分配给预定时间点的预定基站时组成子信道β的96个副载波中每一个所属的副载波组的索引与当子信道β在与预定时间点刚好相邻的时间点处被分配时组成子信道β的96个副载波中每一个所属的副载波组的索引相同。

相反，根据本发明，副载波组的索引是随机交织的，因此当子信道β在预定时间点被分配时组成子信道β的96个副载波中每一个所属的副载波组的索引变得与当子信道β在与预定时间点刚好相邻的时间点处被分配时组成子信道β的96个副载波中每一个所属的副载波组的索引不同。

例如，如果组成在预定时间点分配的子信道β的96个副载波的副载波组的索引是0，1，2，3，...，93，94和95，则组成在与预定时间点刚好相邻的时间点分配的子信道β的96个副载波的副载波组的索引是1，2，3，4，...，94，95和0。另一示例，如果组成在预定时间点分配的子信道β的96个副载波的副载波组的索引是0，1，2，3，...，93，94和95，则组成在与预定时间点刚好相邻的时间点分配的子信道β的96个副载波的副载波组的索引是3，11，1，7，...，90，78和36。

在第一示例中，通过移动组成子信道的副载波的副载波组的索引来执行子信道分配，从而获取分集增益。相反，在第二示例中，通过随机生成组成子信道的副载波的副载波组的索引来执行子信道分配，从而获取分集增益。

如上所述，根据本发明，无论何时分配子信道，组成子信道的副载波的副载波组的索引都发生变化，以便获取分集增益。

除了如上所述无论何时分配子信道都改变副载波组的索引，在本发明的范围内可以使用交织器。也就是说，根据参考图2所示的方法可以分配子信道，并且然后可以通过交织器(未示出)而交织组成子信道的副载波的副载波组的索引，从而获取分集增益。具体地，交织器可被放置在图1中所示的子信道分配器117和串-并转换器119之间，从而交织器对组成已经由子信道分配器117分配的子信道的副载波的副载波组的索引进行交织。

简言之，必须通过输入不同副载波组的副载波来发送相同码字的位，以便当如上所述重新发送或者重复发送相同码字时在时域和频域中获取分集增益。在这种情况下，通常以获取期望分集的位级(bit level)来交织码字。然而，本发明提出了一种对于子信道分配器117中的每个子信道改变如图2所示的组索引的方法。这一操作可被解释为组索引交织，并且信道编码中所使用的典型交织器可用于这种组索引交织。

例如，当co-prime交织器被用作交织器时，子信道β中包含的第k副载波的副载波组索引改变为∏(k)，其可以通过等式(8)来表达。

对于β＝0、...、Q-2，∏(k)＝(a*k+β)mod(Q-1)

对于β＝Q-1，∏(k)＝(b*k+β)mod(Q-1)........(8)

在等式(8)中，a和b中的每一个应当是(Q-1)的整数质数，也就是，相对于(Q-1)具有最大公约数1的整数。而且，即使当子信道β和变量k在等式(8)中交换它们的函数时也可以获得相同的效果。

图5是图解说明根据本发明实施例的OFDMA通信系统中的第二发送机的方框图。参考图5，OFDMA通信系统的第二发送机包括CRC插入器511、编码器513、码元映射器515、子信道分配器517、交织器519、串-并转换器521、导频码元插入器523、IFFT块525、并-串转换器527、保护间隔插入器529、数模转换器531、和RF处理器533。CRC插入器511、编码器513、码元映射器515、串-并转换器521、导频码元插入器523、IFFT块525、并-串转换器527、保护间隔插入器529、数模转换器531、和RF处理器533具有与CRC插入器111、码元映射器113、串-并转换器119、导频码元插入器121、IFFT块123、并-串转换器125、保护间隔插入器127、数模转换器129、和射频处理器131相同的配置，因此此处省略对它们的详细描述。

然而，在图5中所示的第二发送机中，不管它何时分配子信道，子信道分配器517都可以改变组成子信道的副载波的副载波组，以便获取期望的分集增益。否则，子信道分配器517能够以与图1的子信道分配器117相同的方式分配子信道，并且交织器519可以对组成由子信道分配器517分配的子信道的副载波的副载波组的索引进行交织。

如从上面描述可以理解，本发明能够进行使OFDMA通信系统中的可识别基站的数量最大化的子信道分配。另外，根据本发明的子信道分配通过最小化相邻基站之间的子信道之间的冲突率来防止由于子信道冲突引起的系统性能的下降。而且，本发明使用一些分配的子信道作为导频信道来最大化小区搜索和信道估计的效率。而且，不论何时分配子信道，本发明都可以通过改变组成子信道的副载波的副载波组来获取分集增益。

尽管已经参考本发明的某些优选实施例示出并描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应当理解，在不背离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种变化。

Claims (24)

1.一种通过无线通信系统中包含的基站分配子信道的方法，所述无线通信系统将整个频带划分为多个副载波带并且包括多个子信道，每个子信道是一组预定数量的副载波带，所述方法包括步骤：

在包括若干OFDM码元周期的时间段中分类副载波带，并且产生数量与可识别基站的数量相等的副载波组；

对于特定基站，根据第一序列从每个副载波组中检测在第一时间点处的相应副载波带；

将根据第一序列检测到的副载波带分配为特定基站的第一子信道；

根据第二序列从每个副载波组中检测副载波带；和

在与第一时间点邻近的时间点处将根据第二序列检测到的副载波带分配为特定基站的第二子信道，其中根据第一序列检测到的副载波带不同于根据第二序列检测到的副载波带。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一序列表示待分配为第一子信道的副载波带的索引。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二序列表示待分配为第二子信道的副载波带的索引，并且所述第二序列是通过将偏移添加到所述第一序列产生的。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一序列表达为S₀＝α，α²，α³，...，α^Q-2，α^Q-1，其中S₀表示第一序列，Q表示Galois Field的大小，而α表示Galois Field(Q)的基本元素。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一序列不同于用于在不同于所述基站的其它基站中分配第三子信道的第三序列。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一序列不同于用于在不同于所述基站的其它基站中分配第三子信道的第三序列，并且所述第三序列是通过将所述第一序列改变次序预定次而产生的。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述副载波组的数量等于通信系统中所包括的基站的数量。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一序列不同于用于在不同于所述基站的其它基站中分配第三子信道的第三序列，并且所述第三序列是通过将所述第一序列改变次序预定次而产生的，

其中第三序列表达为

S_m＝α^mS₀＝α^Q-m，α^Q-m+1，...，α^Q-2，α^Q-1，α，α²，...，α^Q-m-1，

其中S₀表示第一序列，Q表示Galois Field的大小，而α表示Galois Field(Q)的基本元素，m表示预定次，

其中第一序列表达为

S₀＝α，α²，α³，...，α^Q-2，α^Q-1。

9.一种通过无线通信系统中包含的基站分配子信道的方法，所述无线通信系统将整个频带划分为多个副载波带并且包括多个子信道，每个子信道是一组预定数量的副载波带，所述方法包括步骤：

在包括若干OFDM码元周期的时间段中分类副载波带，产生数量与可识别基站的数量相等的副载波组，并且将索引分配给每个所产生的副载波组；

对于特定基站根据序列从每个副载波组中检测相应的副载波带，并且将检测到的副载波带分配为特定基站的子信道；

交织被分配给副载波组的组索引；

对于特定基站根据所述序列从每个副载波组中检测相应的副载波带；和

将检测到的副载波带分配为特定基站的新子信道。

10.如权利要求9所述的方法，其中根据下列等式来交织组索引：

对于β＝0、...、Q-2，∏(k)＝(a*k+β)mod(Q-1)

对于β＝Q-1，∏(k)＝(b*k+β)mod(Q-1)，

其中∏(k)表示根据交织的副载波索引，a和b中的每一个表示具有最大公约数1的整数，β表示子信道，k表示子信道β中包含的副载波的位置，以及Q表示Galois Field的大小。

11.如权利要求9所述的方法，其中通过循环移动每个副载波所属的副载波组的索引来执行交织。

12.如权利要求9所述的方法，其中通过随机产生每个副载波所属的副载波组的索引来执行交织。

13.一种通过无线通信系统中包含的基站分配子信道的装置，所述无线通信系统将整个频带划分为多个副载波带并且包括多个子信道，每个子信道是一组预定数量的副载波带，所述装置包括：

子信道分配部件，用于在包括若干OFDM码元周期的时间段中分类副载波带，产生数量与可识别基站的数量相等的副载波组，对于特定基站根据第一序列从每个副载波组中检测在特定时间点处的相应副载波带，将根据第一序列检测到的副载波带分配为特定基站的第一子信道，根据第二序列从每个副载波组中检测副载波带，并且在与特定时间点邻近的时间点处将根据第二序列检测到的副载波带分配为特定基站的第二子信道，其中根据第一序列检测到的副载波带不同于根据第二序列检测到的副载波带；和

发送部件，用于经由通过子信道分配部件分配的子信道来发送数据。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述第一序列表示待分配为第一子信道的副载波带的索引。

15.如权利要求13所述的装置，其中所述第二序列表示待分配为第二子信道的副载波带的索引，并且所述第二序列是通过将偏移添加到所述第一序列产生的。

16.如权利要求13所述的装置，其中所述第一序列表达为S₀＝α，α²，α³，..，α^Q-2，α^Q-1，其中S₀表示第一序列，Q表示Galois Field的大小，而α表示Galois Field(Q)的基本元素。

17.如权利要求13所述的装置，其中所述第一序列不同于用于在不同于所述基站的其它基站中分配第三子信道的第三序列。

18.如权利要求13所述的装置，其中所述第一序列不同于用于在不同于所述基站的其它基站中分配第三子信道的第三序列，并且所述第三序列是通过将所述第一序列改变次序预定次而产生的。

19.如权利要求13所述的装置，其中，所述副载波组的数量等于通信系统中所包括的基站的数量。

20.如权利要求13所述的装置，其中，所述第一序列不同于用于在不同于所述基站的其它基站中分配第三子信道的第三序列，并且所述第三序列是通过将所述第一序列改变次序预定次而产生的，

其中第三序列表达为

S_m＝α^mS₀＝α^Q-m，α^Q-m+1，...，α^Q-2，α^Q-1，α，α²，...，α^Q-m-1，

其中S₀表示第一序列，Q表示Galois Field的大小，而α表示Galois Field(Q)的基本元素，m表示预定次，

其中第一序列表达为

S₀＝α，α²，α³，..，α^Q-2，α^Q-1。

21.一种通过无线通信系统中包含的基站分配子信道的装置，所述无线通信系统将整个频带划分为多个副载波带并且包括多个子信道，每个子信道是一组预定数量的副载波带，所述装置包括：

子信道分配部件，用于在包括若干OFDM码元周期的时间段中分类副载波带，产生数量与可识别基站的数量相等的副载波组，将索引分配给每个所产生的副载波组，对于特定基站根据序列从每个副载波组中检测相应的副载波带，将检测到的副载波带分配为特定基站的子信道，交织被分配给副载波组的组索引，对于特定基站根据所述序列从每个副载波组中检测相应的副载波带，并且分配检测到的副载波带作为特定基站的新子信道；和

发送部件，用于经由通过子信道分配部件分配的子信道来发送数据。

22.如权利要求21所述的装置，其中根据下列等式来交织组索引：

对于β＝0、...、Q-2，∏(k)＝(a*k+β)mod(Q-1)

对于β＝Q-1，∏(k)＝(b*k+β)mod(Q-1)，

其中∏(k)表示根据交织的副载波索引，a和b中的每一个表示具有最大公约数1的整数，β表示子信道，k表示子信道β中包含的副载波的位置，以及Q表示Galois Field的大小。

23.如权利要求21所述的装置，其中通过循环移动每个副载波所属的副载波组的索引来执行交织。

24.如权利要求21所述的装置，其中通过随机产生每个副载波所属的副载波组的索引来执行交织。

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