CN1905427B - 一种基于ofdm的td-scdma系统无线帧传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于正交频分复用OFDM的时分双工同步码分多址TD-SCDMA系统无线帧传输方法，其特征在于：每个子载波上的常规时隙包括相同数量的OFDM符号，其中若干个子载波中每一个常规时隙的两个OFDM符号位置上设置导频符号，且设置导频符号的子载波在频域上有一定的间隔Δf，其中Δf为间隔的子载波个数。这样既可以适用于各种信道环境的要求，提高信号检测、估值性能，使接收端获得更好的性能，又可以灵活配置无线信号的发射功率、提高系统资源的利用率。

Description

一种基于OFDM的TD-SCDMA系统无线帧传输方法

技术领域

本发明涉及一种基于正交频分复用OFDM的时分双工同步码分多址TD-SCDMA系统无线帧传输方法，具体涉及每个子载波上的常规时隙包括相同数量的OFDM符号，其中若干个子载波中每一个常规时隙的两个OFDM符号位置上设置导频符号，且设置导频符号的子载波在频域上有一定的间隔Δf，其中Δf为间隔的子载波个数，并在此基础上进行数据传输的方法。

背景技术

TD-SCDMA是第三代移动通信系统的三种大国际标准中唯一采用时分双工(TDD)方式，支持上下行非对称业务传输，在频谱利用上具有较大的灵活性。该系统综合采用了智能天线、上行同步、联合检测和软件无线电等无线通信中的先进技术，使系统具有较高的性能和频谱利用率。

随着社会的发展以及技术的进步，人们对移动通信的要求不断提高，希望系统能够提供大容量、高速率、低时延的数据传输服务。为了满足这种日益增长的需求，TD-SCDMA系统同样需要不断演进和提高性能。

参见图1，图1为现有TD-SCDMA系统的帧结构示意图。由图1可知，TD-SCDMA系统的帧长为10ms，每个帧分为两个5ms的无线子帧。

参见图2，图2为现有TD-SCDMA系统的无线子帧结构示意图，其中：每个无线子帧由7个常规时隙(TS0～TS6)和三个特殊时隙构成。其中三个特别时隙分别为DwPTS(下行导频信道，用于系统的下行同步信息的发送)；UpPTS(上行导频信道，用于用户接入的上行同步信息发送)；GP(转换保护时隙，用于提供下行发送时隙向上行发送时隙转换的时间间隔)。

对于TD-SCDMA系统无线子帧的7个常规时隙(TS0～TS6)，每个时隙的结构如图3所示，其中：每个时隙有两个352个chip长度的发送序列，该序列用于发送数据业务；同时，一个长度为144个chip的发送序列是发送数据的的训练序列(Midamble码导频序列)，用于导频使用；还有一个16个chip的时间长度不发送任何数据，该时隙作为时隙间的保护间隔。

TD-SCDMA系统是一个干扰(或信噪比)受限系统。其容量主要受限于移动信道中的主要干扰：多径干扰和多址干扰；其速率也受限于多径干扰产生的时延功率谱扩展与信息符号码元之间的比值，即相对多径干扰比值。OFDM技术是克服多径干扰最有效的手段，它通过并行传送降低传送速率，增大信息码元周期，大大削弱了多径干扰的影响。它既可增大系统容量又可以提高系统传送速率，可以克服TD-SCDMA系统中存在的这两方面主要缺占

另外在宽带传输中，符号间(ISI)干扰是影响传输性能的一个重要的因素.对于OFDM多址接入/复用方式，它将一个宽带的系统分为多个非常窄的子载波。如一个系统如果在20MHz的带宽上传输数据，OFDM可以将该带宽分为几百到几千个子载波，每个子载波的载波间隔在几KHz到几十KHz之间，数据在每个子载波上传输。由于每个子载波的带宽只有几KHz到几十KHz，远小于无线信道的相干带宽，信号在这种窄带中传输是相当于在平坦信道上传输，因此不会造成符号间(ISI)干扰。

在移动通信系统中，需要在每个小区同时支持多个用户的通信，而TD-SCDMA就是一种较理想的多用户的多址通信方式，它利用地址码来正交(或准正交)的区分用户；另一方面OFDM又可以在多个子载波上进行并行传送，既可以提高频谱利用效率，又可以实现较理想的频率分集的效果，提高抗衰落、抗干扰的能力。因此在TD-SCDMA系统中应用OFDM技术，将会为TD-SCDMA系统带来更良好的特性.

由于目前的144个chip的Midamble码导频序列只是使用于TD-SCDMA基于CDMA多址接入方式，不适用于OFDM多址接入/复用方式导频符号。因此必须为基于OFDM多址接入/复用方式的TD-SCDMA的帧结构和时隙结构寻找一种新的导频符号设置方式。该导频符号设置方式必须满足对TD-SCDMA系统演进的要求，能够很好地适应OFDM多址接入/复用方式的特点和TD-SCDMA系统的帧结构，提高系统的性能。

采用训练序列的信道估计方法可以分为基于导频信道和基于导频符号这两种，TD-SCDMA系统是一种多载波系统，具有时频二维结构，因此采用导频符号辅助信道估计更灵活。导频符号辅助方法是在发送端的信号中某些固定位置插入一些已知的符号和序列，在接收端利用这些导频符号和导频序列按照某些算法进行信道估计。

在多载波系统中，导频符号可以同时在时间轴和频率轴两个方向插入，在接收端提取导频符号估计信道传输函数。目前，在一个OFDM块中基于导频符号的方式中有如下几种方案：时域导频(占用一个或者多个OFDM符号，覆盖所有的子载波)、频域导频(占用一个或者多个子载波，覆盖所有的子时隙)以及散开的导频。TD-SCDMA系统比较常用的是时域导频。时域导频的最常用方式如图4所示：在每个子载波上的每个TD-SCDMA系统常规时隙的一个固定OFDM符号位置设置导频符号，图4中的每一行代表一个子载波的一个TD-SCDMA系统常规时隙，每一块代表一个OFDM符号，其中颜色为灰色的OFDM符号位置上设置导频符号。

在实际工作的TD-SCDMA系统中图4所示的在TD-SCDMA系统常规时隙上设置一个导频符号的方式在一些情况下不能满足信号检测、估值等性能，因此，可以考虑在TD-SCDMA系统常规时隙上设置两个导频符号；另一方面，在TD-SCDMA系统中，并不需要每个子载波上的TD-SCDMA系统常规时隙上都设置导频符号，以提高系统资源的利用率，同时可以灵活配置无线信号的发射功率。

发明内容

本发明基于正交频分复用OFDM的时分双工同步码分多址TD-SCDMA系统无线帧传输方法，其特征在于：每个子载波上的常规时隙包括相同数量的OFDM符号，其中若干个子载波中每一个常规时隙的两个OFDM符号位置上设置导频符号，且设置导频符号的子载波在频域上有一定的间隔Δf，其中Δf为间隔的子载波个数，并在此基础上进行数据传输的方法。该方法可以充分满足对TD-SCDMA系统演进的性能要求，适应TD-SCDMA系统的时隙结构，提高系统的信号检测、估值性能，获取更好的系统性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于OFDM多址接入/复用技术的TD-SCDMA系统无线帧传输方法，其特征在于：

一种基于正交频分复用OFDM的时分双工同步码分多址TD-SCDMA系统无线帧传输方法，其特征在于：每个子载波上的常规时隙包括相同数量的OFDM符号，其中若干个子载波中每一个常规时隙的两个OFDM符号位置上设置导频符号，且设置导频符号的子载波在频域上有一定的间隔Δf，其中Δf为间隔的子载波个数。

如果所述子载波上的所述常规时隙中设置了两个导频符号，则所述两个导频符号中的第一个导频符号和第二个导频符号在所述常规时隙中的符号位置是可变的。

如果所述常规时隙中设置了两个导频符号，则所述第一个导频符号和所述第二个导频符号之间间隔的所述OFDM符号数目是可变的。

所有的所述第一个导频符号都可以在所述常规时隙的相同符号位置。

所有的所述第二个导频符号都可以在所述常规时隙的相同符号位置。

对于所有的设置了两个导频符号的所述常规时隙，其所述第一个导频符号和所述第二个导频符号之间间隔的所述OFDM符号数目可以是相同的。

所述各个子载波上的所述常规时隙包括相同数量的所述OFDM符号组成，进一步包括：每个所述OFDM符号的CP可以根据实际情况设置为长CP或短CP。

如果所述OFDM符号的所述CP设置为所述长CP，则所述常规时隙中的所述OFDM符号的数量可以设置为9或10。

如果所述OFDM符号的所述CP设置为所述短CP，则所述常规时隙中的所述OFDM符号的数量可以设置为8或9。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在所述TD-SCDMA系统常规时隙的两个OFDM符号位置上设置导频符号；另一方面，按照一定规律有选择地在一些子载波上的TD-SCDMA系统常规时隙中设置导频符号，而在其他的子载波上的TD-SCDMA系统常规时隙中不设置导频符号。这样既可以适用于各种信道环境的要求，提高信号检测、估值性能，使接收端获得更好的性能，又可以灵活配置无线信号的发射功率、并提高系统资源的利用率。

附图说明

图1为现有TD-SCDMA系统的帧结构示意图；

图2为现有TD-SCDMA系统的无线子帧结构示意图；

图3为TD-SCDMA的常规时隙结构示意图；

图4为常用基于OFDM的TD-SCDMA系统的时域导频符号设置示意图；

图5为短CP对应的TD-SCDMA常规时隙结构示意图；

图6为长CP对应的TD-SCDMA常规时隙结构示意图；

图7为短CP时隙结构对应的导频符号设置示意图；

图8为长CP时隙结构对应的导频符号设置示意图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

针对TD-SCDMA系统的特点，考虑到多普勒效应、相位噪声的干扰以及高速下的相干带宽的影响，可以选择TD-SCDMA系统OFDM多址接入/复用方式的子载波间隔为15KHz。子载波间隔为15KHz可以很好地适应TD-SCDMA的帧结构和时隙结构特点，充分利用了无线资源。

采用子载波间隔为15KHz，每个长度为0.675ms的TD-SCDMA系统常规时隙可以放置9个或者10个OFDM符号，这时每个符号的CP(CyclicPrefix)有7us左右(考虑了其他一些因素的影响后，可以将CP长度设置在这个值)，由于目前绝大多数应用环境下，单波(Unicast)业务的传输都小于7us，例如GSM的信道模型TU(Typical Urban)下的多径迟延为1us左右，ITU的PB3(Pedestrian B)模型下的多径迟延约为3us，因此7us的CP长度可以满足系统普通覆盖范围下，单波(Unicast)业务传输所需要的消除符号间干扰所需要的间隔。另一方面，虽然CP的长度越长可以消除更多的子载波间干扰，但是CP太大将占用过多的资源，将会造成资源利用率的下降。因此对于单波(Unicast)业务的应用环境，采用足够大的CP，同时占用的信道资源较小是一个优化的选择。

不同的业务传输需求，可能会造成CP的长度的变化，如果支持对于MBMS和广播业务以及系统大覆盖的要求，可以考虑采用更长的CP。这主要是考虑到MBMS和广播业务，不同的Node B基站发送相同的信息，为了进行宏分集接收增益，必须将不同的接收数据进行软合并(Soft Combining)。由于不同的Node B的距离较远，造成了较大的信号迟延，如果采用较大的CP长度，将会有效地消除不同Node B发送信号的迟延所带来的干扰。同样，对于大覆盖的Node B，由于覆盖范围的增大，造成传输信号多径迟延的增加，也需要考虑加大相应符号的CP长度。对于TD-SCDMA的每个时隙(0.675ms)，如果采用15KHz的子载波间隔，则为了在这种业务或环境中应用，可以采用CP长度为16us左右，这时每个TD-SCDMA时隙所放置的OFDM符号就减少到8个或者9个。

以15KHz为子载波间隔，采用短CP(7us左右)的TD-SCDMA常规时隙结构分别如图5所示，其中每个TD-SCDMA常规时隙中有9个OFDM符号。

以15KHz为子载波间隔，采用长CP(16us左右)的TD-SCDMA常规时隙结构分别如图6所示，其中每个TD-SCDMA常规时隙中有8个OFDM符号。

为了使图5和图6的TD-SCDMA常规时隙结构能够更好地传输数据，必须增加适当的导频符号，导频符号应该使系统传输数据的性能满足要求。

在这里，我们采用两列的TDM方式的导频符号，即导频符号在OFDM的时域和频域上是对齐的，在一个TTI中包含了两列的导频符号，接收端通过两列的导频符号获取信道信息，进而对接收的符号进行处理。

OFDM导频符号的设计设计主要基于两方面的考虑：一方面是相干时间的影响；另一个方面是相干带宽的要求。对于最高速率为350km/h的移动速度，在2.6GHz的载波频段上，它的多普勒频移约为843Hz，因此相干时间约为0.5ms左右。即两个导频在时域上的间隔最好不要超过0.5ms。对于相干带宽的要求，如果ITU的PB3模型时延扩展为3us，其相干带宽约为67KHz；而采用TU模型，相干带宽约为187KHz。理论上，子载波间的导频符号应该不大于相干带宽。

图7是第一实施例的示意图，也就是针对图5的短CP结构设置导频符号的图例。在图7中，一个TD-SCDMA系统常规时隙内被放置了两列TDM方式的导频符号。两列导频符号在时域上的位置，以及两者在时域上的间隔ΔT根据需要可以变化。同时，设置了导频符号的子载波在频域上的间隔Δf，根据系统的需要也是可以变化，如可以设置Δf为0，1，2，3等，不同间隔使得导频符号占用的信道的资源数目不一样，在满足系统要求的情况下，选取一定数量的导频序列，可以优化系统的性能。在本实施例中，Δf为1，连续设置导频符号的子载波数为1，也就是说每间隔1个子载波之后的下一个子载波上的TD-SCDMA系统的所有常规时隙内设置两个导频符号；ΔT为5，也就是说第一个导频符号和第二个导频符号之间间隔5个OFDM符号；第一个导频符号设置在TD-SCDMA系统常规时隙的第2个OFDM符号位置上，第二个导频符号设置在TD-SCDMA系统常规时隙的第8个OFDM符号位置上。

对于图6的长CP的时隙结构，有着相似的导频符号放置方式。也采用两列TDM导频，导频在时域和频域上位置和间隔的放置原则与短CP时隙结构中相同。图8是第二实施例的示意图，也就是针对图6的短CP结构设置导频符号的图例。在图8中，一个TD-SCDMA系统常规时隙内被放置了两列TDM方式的导频符号。在本实施例中，Δf为1，连续设置导频符号的子载波数为2，也就是说每间隔1个子载波之后的连续2个子载波上的TD-SCDMA系统的所有常规时隙内设置两个导频符号；ΔT为4，也就是说第一个导频符号和第二个导频符号之间间隔4个OFDM符号；第一个导频符号设置在TD-SCDMA系统常规时隙的第2个OFDM符号位置上，第二个导频符号设置在TD-SCDMA系统常规时隙的第7个OFDM符号位置上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于正交频分复用OFDM的时分双工同步码分多址TD-SCDMA系统无线帧传输方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

使得每个子载波上的常规时隙包括相同数量的OFDM符号；

在其中的若干个子载波中每一个常规时隙的两个OFDM符号位置上设置导频符号，其中，设置导频符号的子载波在频域上有一定的间隔Δf，其中Δf为间隔的子载波个数；

将设置导频符号的子载波发送给接收端；以及

所述接收端通过所述子载波中的导频符号获取信道信息，并根据预定算法进行信道估计。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：如果所述子载波上的所述常规时隙中设置了两个导频符号，则所述两个导频符号中的第一个导频符号和第二个导频符号在所述常规时隙中的符号位置是可变的。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：如果所述常规时隙中设置了两个导频符号，则所述第一个导频符号和所述第二个导频符号之间间隔的所述OFDM符号数目是可变的。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所有的所述第一个导频符号都在所述常规时隙的相同符号位置。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所有的所述第二个导频符号都在所述常规时隙的相同符号位置。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于：对于所有的设置了两个导频符号的所述常规时隙，其所述第一个导频符号和所述第二个导频符号之间间隔的所述OFDM符号数目是相同的。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使得所述各个子载波上的所述常规时隙包括相同数量的所述OFDM符号，进一步包括：每个所述OFDM符号的循环前缀(CP)可以根据实际情况设置为长CP或短CP。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述OFDM符号的所述CP设置为所述长CP，则所述常规时隙中的所述OFDM符号的数量可以设置为9或10。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述OFDM符号的所述CP设置为所述短CP，则所述常规时隙中的所述OFDM符号的数量可以设置为8或9。

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