CN1910880A - 蜂窝电信系统中的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于一个包含N个副载波的蜂窝式、基于FFT的多载波通信系统的方法，用来分配一个要为潜在使用预留的副载波的集合P，作为特定信息的载波，该方法包括以下步骤：选择一个数字M，指示要被分配给一个副载波集合P的副载波的数量，以使L＝N/M是一个整数；为特定信息分配集合P＝{(n₀+m*L)mod N：0≤m＜M}的至少两个副载波，n₀是P中最低编号副载波的偏移，P中的元素是索引，每个指示一个要被分配的副载波的编号。还公开了一个用于实现该方法的装置。根据本发明，子信道在频率上被最大的扩展，这给出了最大的分集，并也使得可以使用低复杂度的终端。

Description

蜂窝电信系统中的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种在权利要求1的前序部分中定义的方法，以及一种在权利要求9的前序部分中定义的信号传送节点。

背景和现有技术

多载波方法在有线和无线通信系统中都有使用。有线系统的示例是ADSL(非对称数字用户线)、VDSL(极高速率数字用户线)或者是更普遍的xDSL。无线多载波系统的示例是IEEE802.11a、IEEE802.11g ochHyperlan II，这些都是基于OFDM(正交频分复用)技术。

典型的，一个多载波系统在一组N个载波(有时也称为副载波)上，将编码后的信息从一个发送器发送到一个接收器，其中N是一个整数，其典型地取决于系统而处于区间64-4096内。

由于适合于无线通信的无线电频谱是一个有限且共享的资源，被指配给任何给定的、旨在服务于一个可能较大的服务区上分布的多个用户的系统的频谱必须在整个服务区的不同子区域或小区中被重用，从而提供充分的覆盖和容量。取决于所使用的多址接入技术，被指配到该可用频谱的同一段的不同小区或基站之间的距离可能变化。为了使在该服务区内的任意位置的一个移动站来决定连接到哪个小区或者哪个基站，该基站必须传送可被移动站用来标识在该移动站范围内的不同基站的信息。

在多载波系统中，可用带宽被划分到多个子信道中。这些子信道可用于载送不同类型的有效负载和/或控制信息。例如，在蜂窝网络的基站中，可用子信道中的一个或多个可被预留给小区特定的广播信息，这将使得移动站能够检测不同基站的存在以及对其同步，从而检索小区特定的信息。类似于常规的频率重用，在传播方面彼此离得足够远的不同小区中，为该目的预留的子信道可被重用。

为了执行小区搜索和检索小区特定的信息，至少在某种程度上，为该目的分配的物理资源的集合应该被移动站预先知道。另外，为了支持属于不同代的移动站，该最小分配在网络的整个生命期间应该是静态的。因此，当设计一个系统时，对于运送小区特定传输的子信道的分配策略具有基本的重要性。

在带有多个子信道的多载波系统中，明显的可形成很多不同的分配策略来定义一个聚合物理信息信道。然而，一个好的策略应该考虑到分集和接收器复杂度：

—分集。在信道延迟扩展的情况下，总体信道的频率响应将不会是平坦的。因而，不同的子信道将面对不同的衰减和相移。因此，为了使移动站即使在频率选择性衰落的情况下仍能够检测和同步，应分配在频率上充分间隔开的多个子带，以最小化同时性的差传输条件的风险。

—接收器复杂度。当移动站不活动时，也就是，不传导业务时，它们应该休眠以便保存电池能量。然而，为了对服务基站维持同步，并且检查潜在地提供一个更好的连接的新基站，移动站必须周期性地“醒来”并执行测量。因而，为了帮助移动站保持电池容量，一个好的分配策略应该支持低复杂度实现，以用于检测载送小区特定信息的子信道。

发明目的

因而，本发明的一个目的是为聚合物理信息信道提供一个有效的分配策略，为一个多载波系统中用作载波的子信道提供高的分集。

发明概述

该目的通过本发明的一种方法来达到，该方法用于一个包含N个副载波的蜂窝式、基于FFT的多载波通信系统，用来分配一个要为潜在使用预留的副载波的集合P，作为特定信息的载波，该方法包括以下步骤：

—选择一个数字M，指示要被分配给一个副载波集合P的副载波的数量，以使L＝N/M是一个整数；

—为特定信息分配集合P＝{(n₀+m*L)mod N：0≤m＜M}的至少两个副载波，n₀是P中最低编号副载波的偏移。

P中的元素是索引，每个指示一个要被分配的副载波的编号。

该目的也通过一种信号传送节点来达到，该信号传送节点用于一个包含N个副载波的蜂窝式、基于FFT的多载波通信系统，包括：

—选择一个数字M的装置，该数字指示要被分配给一个副载波集合P的副载波的数量，以使L＝N/M是一个整数；

—为特定信息分配集合P＝{(n₀+m*L)mod N：0≤m≤M}的至少两个副载波，n₀是P中最低编号副载波的偏移。

—IFFT装置，用于在至少集合P的副载波上执行IFFT来产生一个输出块；

—传送装置，用于以输出块的串行形式将其传送。

根据本发明，子信道在频率上被最大地扩展，这给出了分集，因而减少了衰落的影响。

本发明的方法也使得可以使用低复杂度的终端，其可以设计为是能量经济型的。在由与本申请相同的申请人且在同一天提交的题为“SignalConversion(信号转换)”的共同未决的申请中描述的用户终端，与本发明结合尤其有利。简要的说，根据该共同未决的申请，传送器执行一个具有N个接收信号采样的块的信号转换，将该块转换为M个信号采样的一个新块，其中M是一个2到N之间、整除N的整数。这个转换的一个优点在于，后续的傅立叶变换可以由一个M-点FFT(快速傅立叶变换)执行，而不是一个现有系统中的N-点FFT，M远小于N。这个特点在移动站中尤其有吸引力，其中减少的复杂度导致了更长的电池时间。

根据本发明的方法可以用于任何在系统中传送的信息类型。这包括有效负载数据，以及公共和小区特定的广播数据。

在一个优选实施方案中，特定信息为有效负载数据。在一个良好定义的、彼此等距间隔的载波集合上，通过以本发明的方式使能传输有效负载数据，可以使用较低复杂度的终端。更特别的，仅能够接收有限数据速率的终端在该系统中也可被允许。这使得该系统中的订户能根据他们对系统的要求去选择不同的服务级别。例如，一个仅对低数据速率连接感兴趣的用户可以使用与要求高容量数据连接的用户相比的、更简单的终端以及更廉价的预订类型。

替换地，该特定信息是在该服务区内被同时从两个或更多基站传送的公共广播信息。另一种选择为，该特定信息是小区特定的信息，比如在同步信道中传送的同步信息，关于小区标识、小区配置或者负载指示的信息。

在移动终端内，来自至少一个基站的同步信号在系统空闲时被周期性地接收和评估。因此，减少这些计算的复杂度将导致更长的电池时间。

本发明也使能了低复杂度基站的使用，例如用于将来自一个满标度基站的有限的信息量中继到一个移动终端。

本发明也可用于两个移动终端之间的直接通信。这样传送终端执行本发明的方法。例如，根据上述的共同未决申请，该传送和接收终端都可以是具有一种简化的结构。

根据一个优选实施方案，P的至少一个子集P_i被定义，以使P_iP且P_i＝{(n₀′+m′*L′)modN}，其中L’＞L且L整除L’。如果多于一个的子集被定义，那么这些子集必须是正交的并且被定义为使得{P₀∪...∪P_K-1}P且{P_i∩P_j}＝φ，对所有i≠j。

以这种方式，P的不同子集可以被指配给一个重用簇(reusecluster)中的不同小区。因此，P的子集可以在不同的小区中以彼此间的最大可能距离被重用，从而减少共道干扰的影响。由于其固有的结构，用上述共同未决的申请中描述的低复杂度方法，每个子集都可以被检测和/或进行能量估计。以这种方式，支持大于一个的频率重用。

在本实施方案中，一个处于空闲模式的移动终端可以选择仅与一个特定的基站通信，并评估从其接收的信号，典型的该特定基站是从其接收到最强信号的那个基站，因而进一步的减少了计算的复杂度。当从当前基站接收的能量下降时，该终端可以再次评估所有的同步信号，即集合P中的所有副载波，并选择另一个基站来与其进行通信。

可以定义子集的一个分级结构，其中P是第一级。在第二级上，P的K个子集P_k被定义，其中每个子集P_k内的信道由相同距离分隔开。每个子集P_k的子集可以被定义，例如，用以标识一个小区中的不同扇区。

被分配或者预留的信道中的一些信道可能不被使用，典型的是处于频率区间任一端的信道。在定义N时，整个频率区间仍应该被考虑。

贯串本文档，副载波从0到N-1编号。固而，这些副载波和副载波的集合由一个在0到N-1间索引的集合来代表。使用这个约定，便容易描述副载波间的关系。可能使用其他编号约定而不改变本发明的思想。

附图简述

图1示意性地例示出了一个蜂窝系统；

图2示出了在一个现有技术的多载波系统中的不同信道类型的排列；

图3示出了在一个本发明的多载波系统中的不同信道类型的排列；

图4是一个数字信号的离散傅立叶变换频谱；

图5是一个可能按照本发明被使用的传送器的示意图。

实施方案详述

本发明的一个应用示于图1中，其以图解的方式显示了一个包含多个小区的蜂窝系统。在每个小区中设置了一个基站，用于与定位在该小区内的移动终端通信。每个基站传送同步信道用于其小区内的移动终端的同步。定位在一个特定小区中的一个移动终端将能够接收来自相邻小区中的多个基站的同步信道。

图2示出了在一个现有技术的多载波系统中不同信道类型的排列。在最高级上有一个宽带物理资源，包括系统中的全部带宽。该带宽被划分为用于有效负载数据的资源和用于广播信息的资源。如果系统是蜂窝式的，这些用于广播信息的资源则进而又被划分为用于公共信息(如果可应用的话)的资源和用于小区特定的信息的资源，即在整个系统中都相同的信息。

图3示出了在一个本发明的多载波系统中不同信道类型的排列：如同在现有技术中的，最高级是一个宽带物理资源，包括系统中的全部带宽。根据本发明，一个低速率的物理资源被选择作为该宽带物理资源内的一个资源集合。一个蜂巢分解单元用来执行该资源集合的选择。该低速率物理资源可以进而又被划分为用于有效负载数据的资源和用于广播信息的资源。如果系统是蜂窝式的，则这些用于广播信息的资源可以被划分为用于小区特定的信息的资源和用于公共信息的资源，即在整个系统中都相同的信息。

—蜂巢分解单元通过以下方式来选择该资源集合：首先选择要被预留的M个副载波，以使L＝N/M是一个整数，然后为特定信息，可以是如前所述的有效负载或者广播信息，分配副载波集合P，P＝{n₀+mL：m＝0，1，...，M-1}。n₀是P中最低编号副载波的偏移。并非P中的所有副载波都必须用于特定信息。这些副载波中的一个或更多个可被用于其它信息，只要至少两个副载波是按照本发明被使用的即可。在这个情况下，表示P的一个替换方式变为P＝{(n₀+m*L)mod N：0≤m＜M}。

本发明利用了一种如图4中通过简化示例频谱示出的情况(只显示了频率成分的绝对值，然而，在实际中它们可能是复数)。为了使采样的大小保持为易管理，这里假设N＝32且M＝8。当然，在一个通信系统中，N和M的值将会大很多。因而，每第四个副载波被包含于集合P中。所关心的频率仓(frequency bin)用圆圈代替圆点来指示。在这个示例中，副载波i＝1、5、9、13、17、21、25和29包含于P中，并将被传送。这些频率仓的一个重要特征是它们在可用频率区间上均匀分布。频率间距是L＝N/M，在此示例中其等于4。这M个所关心频率仓的分布特征也在于0到L之间的一个起始位置i，在示例中其等于1。

根据本发明的一个实施方案，包含于P中的副载波可被进一步划分为子集P_k。一个子集内副载波间的距离应该在每个子集中一致。例如，四个子集P₀、P₁、P₂、P₃可以按照如下定义：

P₀：副载波1和17

P₁：副载波5和21

P₂：副载波9和25

P₃：副载波13和29

正如可以看出的，每个子集P_k内的副载波也被定位为彼此间距离相同。

在这个示例中，如果图1的每个基站为同步信号使用一个不同的载波子集P_k，则移动终端可以选择来自合适基站的同步信号并忽略其它的。在这个情况下，M减少为2且间距L＝16。

根据本发明，如果多于一个信道被用于小区特定的，则这些信道在频率区间内按照如下排列：

假设该多载波系统有N个副载波，则一M个副载波的集合被预留给潜在使用，作为不同小区中小区特定的信息的载波。一个偏移n₀被定义，它有效的标识了预留副载波集合中的第一个信道。这些预留的信道彼此间以等距离安置，距离为L＝N/M。

因而，这M个副载波被选择以便它们被L个副载波分隔开且属于集合P＝{(n₀+m*L)mod N：m＝0，1，...，M-1}。为特定信息预留的副载波数量M和载波间距L与载波总数量N相关为M*L＝N。集合P中的所有副载波不是必须载送特定信息，但它们可以这样做。

假设有N＝32个副载波，编号为0，...，31，并且M＝8个副载波被预留给潜在使用，作为不同小区中的小区特定信息的载波。如果n₀＝1，也就是，副载波编号1被选择作为第一个预留的副载波，则预留副载波的集合变为P＝{1，5，9，13，17，21，25，29}。

P的一个子集可以被选择，例如，P’{5，9，13，17，21，25，29}。

假设子集的数量K＝4使得J＝8/4＝2。则预留副载波的集合P＝{1，5，9，13，17，21，25，29}可被划分为四个不相交的子集P0＝{1，17}，P1＝{5，21}，P2＝{9，25}以及P3＝{13，29}。每个子集具有形式{a+b*L*K}，对于任何偏移a和b＝0，...，J-1。

图5是一个根据本发明的传送器的示意图。是一个根据本发明的传送端信号转换装置的示范实施方案的框图。例如，该装置可以被实现在一个多载波通信系统的移动站中。然而，为了简化描述，图中仅显示了为解释本发明所需要的元素。在一个串/并转换器36中从一个未在图5中显示的信息源单元接收将在信道上发送的采样。这些采样在串/并转换器36中缓冲，其对M个采样进行串/并转换。这M个采样由该串/并转换器36转发至一个M点IFFT变换器38。M个采样的结果块x’(m)被转发至一个计算单元40，它执行根据等式(4)的从x’(m)到x(n)的变换。优选地，旋转器是从一个查找表42获得的。来自计算单元40的输出信号被转发至并/串转换器14，它将这些信号变换为串行形式以输出到信道。在IFFT变换器38和计算单元40中执行的操作，是使用来自查询表42的信息，而将信息分别映射到合适的副载波上，也就是，属于集合P或者子集P_k的副载波，如前所定义的。

Claims (14)

1.一种用于包含N个副载波的蜂窝式、基于FFT的多载波通信系统中的方法，用来分配一个要为潜在使用预留的副载波的集合P，作为特定信息的载波，该方法包含以下步骤：

—选择一个数字M，其指示要被分配给一个副载波集合P的副载波的数量，使得L＝N/M是一个整数；

—为该特定信息分配集合P＝{(n₀+m*L)mod N：0≤m＜M}的至少两个副载波，n₀是P中最低编号副载波的偏移。

2.根据权利要求1的方法，包含的步骤为：选择一个第一偏移n₀＜N，并且在第一偏移n₀的基础上确定要作为P的一部分的副载波。

3.根据权利要求1的方法，包含的步骤为：选择一个第一偏移n₀＜L，并且在第一偏移n₀的基础上确定要作为P的一部分的副载波。

4.根据权利要求1-3中任意一项的方法，其中特定信息是有效负载数据。

5.根据权利要求1-3中任意一项的方法，其中特定信息是广播信息。

6.根据权利要求5的方法，其中特定信息是公共广播信息，被同时从服务区中的两个或更多基站传送。

7.根据权利要求5的方法，其中特定信息是小区特定的信息。

8.根据前述任意一项权利要求的方法，进一步包含的步骤为：选择集合P的至少一个子集P_i，该子集被定义以使P_iP且P_i＝{(n₀′+m′*L′)mod N}，其中L’＞L且L整除L’。

9.一种信号传送节点，用于一个包含N个副载波的蜂窝式、基于FFT的多载波通信系统中，包括：

—选择一个数字M的装置，其指示要被分配给一个副载波集合P的副载波的数量，使得L＝N/M是一个整数；

—为特定信息分配集合P＝{(n₀+m*L)mod N：0≤m＜M}的至少两个副载波，n₀是P中最低编号副载波的偏移；

—IFFT装置(38)，用于在至少集合P的副载波上执行IFFT来产生一个输出块；

—传送装置，用于以该输出块的串行形式将其传送。

10.根据权利要求9的信号传送节点，其中用于分配集合P的至少两个副载波的装置被安排去分配容纳有效负载信息的副载波。

11.根据权利要求9的信号传送节点，其中用于分配集合P的至少两个副载波的装置被安排去分配容纳广播信息的副载波。

12.根据权利要求11的信号传送节点，其中用于分配集合P的至少两个副载波的装置被安排去分配容纳公共广播信息的副载波，该公共广播信息被同时从服务区中的两个或更多基站传送。

13.根据权利要求11的信号传送节点，其中用于分配集合P的至少两个副载波的装置被安排去分配容纳小区特定的信息的副载波。

14.根据权利要求9-13中任意一项的信号传送节点，进一步包含装置用于选择集合P的至少一个子集P_i，该子集被定义以使P_iP且P_i＝{(n₀′+m′*L′)mod N}，其中L’＞L且L整除L’；以及为小区特定的信息分配P_i中的至少两个副载波。

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