CN1972267A - 一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法和设备，本发明通过将预定频段内所有子载波划分为多个子载波组，并为各相邻小区分配不同的子载波组作为小区的主子载波组，将预定频段中除主子载波组之外的所有其它子载波组作为该小区的副子载波组，使不同相邻小区的主子载波组互不相同，接入设备通过利用主子载波组为处于小区边界的用户传输用户数据，有效解决了相邻小区边界干扰的问题；通过利用副子载波组和/或主子载波组为处于非小区边界的用户传输用户的数据，使离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入系统的复用因子为1；从而通过本发明提供的技术方案实现了降低小区边界干扰，提高多小区频谱利用效率的目的。

Description

一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法和设备

技术领域

本发明涉及网络通讯技术领域，具体涉及一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法和设备。

背景技术

下一代移动通信技术需要支持从话音、数据、音频、视频、图象等广泛的业务类型，为了使下一代通信系统能够支持上述多种业务，必须要求下一代移动通信系统支持更高的数据速率、更高的频谱效率，具有完善的QOS保障机制，并提供更好的移动性支持和网络无缝覆盖等，从而实现为用户随时随地提供通信服务的目标。

二代移动通信以GSM(全球移动通信系统)的TDMA(时分多址)和窄带IS-95的CDMA(码分多址)系统为主要的接入技术，三代移动通信以UMTS(通用移动通信系统)的WCDMA(宽带CDMA)为主要的接入技术。

20世纪90年代以来，多载波技术成为宽带无线通信的热点技术，其基本思想是：将一个宽带载波划分成多个子载波，并在多个子载波上同时传输数据。多载波技术有多种形式，如OFDMA(正交频分复用多址)、MC-CDMA(多载波码分多址)、MC-DS-CDMA(多载波直接扩频码分多址)、时频域二维扩展以及在此基础上的多种扩展技术。

OFDM(正交频分复用)技术是一种在多载波技术当中比较有代表性的技术，OFDM技术在频域内将给定信道分成许多正交子信道，并且允许各子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交，则可以从混叠的子载波上分离出数据信号。

OFDM技术是在20世纪60年代中期被首次提出的，但是，在之后相当长的一段时间内，OFDM技术一直没有形成大规模的应用。当时OFDM技术的发展遇到了很多似乎难于解决的问题。首先，OFDM要求各个子载波之间相互正交，尽管在理论上发现采用FFT(快速傅立叶变换)可以很好地实现这种调制方式，但是实际中，复杂的实时傅立叶变换在当时的设备中根本无法完成。此外，发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素也都是OFDM技术实现的制约条件。

20世纪80年代以来，大规模集成电路技术的发展解决了FFT的实现问题，随着DSP(数字信号处理器)芯片技术的发展，OFDM技术开始从理论向实际应用转化。OFDM技术凭借其固有的对时延扩展较强的抵抗力和较高的频谱效率两大优势迅速成为研究的焦点，并被多个国际规范采用，如欧洲DAB(数字音频广播)、欧洲DVB(数字视频广播)、HIPERLAN(欧洲高性能无线LAN)、IEEE802.11无线局域网和IEEE 802.16无线城域网等系统。在2004年11月举行的3GPP RAN 26会议上，由多家运营商和设备商共同发起设立了UMTS的长期演进(LTE)项目，多载波技术成为主要讨论的接入技术。

由于OFDM技术是一种多载波并行的传输技术，信号的PAR(峰均比)要远远大于单载波传输系统，因此，对OFDM通信系统的硬件会造成很大的压力，如D/A转换器的有效字长、A/D转换器的有效字长、功率放大器的线性动态范围等。为了有效地降低发射信号的峰均比，尤其是为了降低UE(用户终端)的硬件压力，近年来出现了一些新颖的传输技术，如DFT-Spread OFDM(离散傅立叶变换扩频正交频分复用)、IFDMA(交织频分多址)等。

基于IFDMA接入系统的接入方法和接入设备如附图1所示。

图1中，在发送端，用户的数据首先进行数据分组，如将每Q个数据符号组成一个IFDMA符号周期。然后，对这Q个数据符号进行时域压缩和时域重复操作，并添加保护间隔，以克服多径信道所造成的符号间的干扰。用户的数据符号经过频率调制和成形滤波后，进行载波调制并发射。在接收端，接收信号经过载波解调和波形匹配滤波后，进行用户频率解调，并去掉保护间隔，最后，进行信号检测。

基于IFDMA的接入系统是基于DFT Spread OFDM接入系统的一个特例，即基于IFDMA的接入系统也是一种DFT Spread OFDM接入系统。

从上述对图1的描述可以看出，基于IFDMA接入系统中频率调制与每个用户相对应，即不同的用户对应不同的频率调制，从而实现频分多址。交织频分多址方案可以被认为是一种单载波的信号传输方案，该方案可以有效地降低发射端信号的峰均比，但是，该方法会引起相邻小区的边界干扰。

基于DFT Spread OFDM接入系统的接入方法和接入设备如附图2所示。

图2中，在发送端，用户的数据在串并转换后进行DFT/FFT(离散傅立叶变换或快速傅立叶变换)运算，并频率映射到不同的子载波，在经过IDFT/IFFT(逆离散傅立叶变换或逆快速傅立叶变换)运算后，用户的数据进行并串转换，并添加保护间隔，以克服多径信道所造成的符号间干扰，然后，用户的数据符号在经过成形滤波后，进行载波调制并发射。在接收端，接收信号经过载波解调、波形匹配滤波后，去掉保护间隔，并进行信号检测。

离散傅立叶变换扩频正交频分复用方案与交织频分多址方案一样，可以被认为是一种单载波的信号传输方案，该方案可以有效地降低发射端信号的峰均比，但是，该方法同样会引起相邻小区的边界干扰。

在多小区蜂窝系统中，为降低相邻小区的边界干扰，可以采用一种有效的多小区组网方案来实现频分复用接入，即各相邻小区对应不同的频段，也就是采用频分组网的方式。该组网方案在有效降低相邻小区的边界干扰的同时，也降低了多小区系统的频谱利用效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法和设备，利用主子载波组、副子载波组的软频率复用方法，以实现降低小区边界干扰，提高多小区频谱利用效率的目的。

为达到上述目的，本发明提供的一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法，包括：

a、从离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入系统的多个子载波组中为各相邻小区分配互不相同的子载波组，并将其作为该小区的主子载波组，将主子载波组之外的预定子载波组作为该小区的副子载波组；

b、离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备通过主子载波组为处于小区边界的用户传输用户数据，并通过主子载波组和/或副子载波组为处于非小区边界的用户传输用户数据。

不同子载波组的频段互不重叠、或不同子载波组的频段部分重叠。

所述步骤b具体包括：

b1、离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据功率调整策略为需要传输的各用户数据设置发射功率调整系数；

b2、离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据所述各发射功率调整系数调整不同用户数据发射功率，并映射到主子载波组和/或副子载波组；

b3、离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据所映射的子载波组传输用户数据。

所述步骤b2具体包括：

离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备将用户的数据在串并转换后进行DFT或FFT变换；

离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据用户的数据对应的发射功率调整系数调整DFT或FFT变换后的用户的数据的发射功率，并映射到主子载波组和/或副子载波组。

所述步骤b2具体包括：

离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据用户数据对应的发射功率调整系数调整用户数据的发射功率，将功率调整后的用户数据进行串并转换，将串并转换后的用户数据进行DFT或FFT变换，并映射到主子载波组和/或副子载波组；或者

所述步骤b2具体包括：

离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据用户数据对应的发射功率调整系数调整串并转换后的用户数据的发射功率，将功率调整后的用户数据进行DFT或FFT变换，并映射到主子载波组和/或副子载波组。

所述步骤b3具体包括：

离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备将映射到不同子载波组上的用户数据进行IDFT或IFFT变换、并串转换，并在经过低通滤波、D/A转换、载波调制后发射。

所述步骤b3还包括：

在所述并串转换后的用户数据中添加保护间隔。

本发明还提供一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用设备，包括：

发射单元：通过主子载波组为处于小区边界的用户传输用户数据，并通过副子载波组和/或主子载波组为处于非小区边界的用户传输用户数据；

其中：小区的主子载波组是从离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入系统的多个子载波组中分配的，且各相邻小区的主子载波组互不相同，小区的副子载波组为主子载波组之外的预定子载波组。

所述发射单元包括：

功率门限控制逻辑：根据功率调整策略为需要发射的各用户数据设置发射功率调整系数；

发射模块：根据所述各发射功率调整系数调整不同用户数据的发射功率，并映射到主子载波组和/或副子载波组，然后，根据所映射的子载波组传输用户数据。

所述发射模块包括：

串并变换器：将用户数据进行串并转换；

DFT/FFT变换器：将串并转换后的用户数据进行DFT或FFT变换，或者将功率控制单元调整发射功率后的用户数据进行DFT或FFT变换；

功率控制单元：根据功率门限控制逻辑设置的发射功率调整系数调整串并转换前或后的各用户数据的发射功率，或者根据功率门限控制逻辑设置的发射功率调整系统调整DFT或FFT变换后的各用户数据的发射功率；

发射子模块：将经过DFT/FFT变换和发射功率调整后的各用户数据映射到相应的主子载波组和/或副子载波组，并发射。

通过上述技术方案的描述可知，本发明通过将预定频段划分为频率互不重叠或部分重叠的多个子载波组，使不同相邻小区的主子载波组互不相同，接入设备通过利用主子载波组为处于小区边界的用户传输用户数据，有效解决了相邻小区边界干扰的问题；本发明通过将预定频段中除主子载波组之外的预定频率组作为该小区的副子载波组，接入设备通过利用副子载波组和/或主子载波组为处于小区中心的用户传输用户的数据，使离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入系统的复用因子为1；从而通过本发明提供的技术方案实现了降低小区边界干扰，提高多小区频谱利用效率的目的。

附图说明

图1是现有技术的基于IFDMA接入系统的接入方法和接入设备示意图；

图2是现有技术的基于DFT Spread OFDM接入系统的接入方法和接入设备示意图；

图3是本发明的离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入方法和复用接入设备示意图。

具体实施方式

本发明的离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法的核心是：从离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入系统的多个子载波组中为各相邻小区分配互不相同的子载波组，并将其作为该小区的主子载波组，将主子载波组之外的预定子载波组作为该小区的副子载波组，离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备通过主子载波组为处于小区边界的用户传输用户数据，并通过主子载波组和/或副子载波组为处于非小区边界的用户传输用户数据。

下面基于本发明的核心思想对本发明提供的技术方案做进一步的描述。

本发明提出一种适用于DFT-Spread OFDM接入系统和IFDMA接入系统的单频率小区组网方案，本发明提到的离散傅立叶变换扩频正交频分复用包括：DFT-Spread OFDM和IFDMA，其基本实现原理为：将接入系统中的预定频段内的所有子载波，如所有频段的子载波等，划分为多个子载波组，子载波组的数量和相邻小区的数量对应，不同子载波组包含的频段可以互不重叠、也可以有部分重叠。各相邻小区均选择其中一个子载波组作为本小区的主子载波组，相邻小区选择的子载波组应各不相同，即不同相邻小区的主子载波组的频段各不相同。接入系统的所有频段中除主子载波组之外的所有或部分频段作为本小区的副子载波组。上述组网方式实现了软频率复用。

在为各相邻小区设置了主子载波组、副子载波组后，接入设备应通过主子载波组为处于本小区边界的用户传输用户的数据，并通过副子载波组、或者主子载波组、或者副子载波组和主子载波组为处于本小区中非边界的用户传输用户的数据，主子载波组的发射功率应高于副子载波组的发射功率，这样，相邻小区之间虽然均采用高发射功率为处于小区边界的用户发射用户的数据，但是，由于相邻小区之间的主子载波组的频段完全不相同，或仅有部分频段相同，所以，有效降低了相邻小区的边界干扰。由于各相邻小区的副子载波组为除主子载波组之外的所有频段，使接入系统的频率复用因子为1，提高了多小区的频谱利用效率。

接入设备可通过为不同用户数据的发射功率设置不同的发射功率调整系数，来使不同用户数据通过不同的子载波组传输，下面结合附图3对本发明的离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入方法和复用接入设备进行详细说明。

图3中的复用设备为复用接入设备。复用接入设备需要发射N个用户的数据，每个用户的数据均需要进行串并转换，这部分功能由复用接入设备的串并转换器来实现，串并转换器输出的用户数据需要进行DFT或FFT运算，这部分功能由复用接入设备的DFT或FFT变换器来实现；经过DFT或FFT运算后的各用户的数据均需要根据其各自对应的发射功率调整系数进行发射功率调整，这部分功能由复用接入设备的功率控制单元和功率门限控制逻辑来实现；功率门限控制逻辑根据预定的功率调整策略来设置各用户的数据对应的发射功率调整系数，功率控制单元根据功率门限控制逻辑设置的各用户的数据对应的发射功率调整系数对各用户的数据进行发射功率调整，如经过DFT或FFT运算后的各用户的数据乘上其对应的发射功率调整系数进行发射功率调整。经过发射功率调整后的各用户数据进行频率映射，映射到相应的主子载波组或副子载波组，此时，通过发射功率调整系数对发射功率的调整应该使承载处于小区边界的用户数据的子载波映射到主子载波组，使承载处于非小区边界的用户数据的载波映射到副子载波组或主子载波组，这部分功能由复用接入设备的频率映射单元来实现。频率映射后的信号需要进行IDFT或IFFT变换，这部分功能由IDFT/IFFT变换器来实现。IDFT或IFFT变换后的信号送入并串变换器进行并串变换。并串变换后的信号送入添加保护间隔模块，由添加保护间隔模块在并串变换后的信号中添加保护间隔；添加保护间隔后的信号送入低通滤波器进行低通滤波、低通滤波后的信号送入D/A转换器进行D/A转换，然后，D/A转换后的信号送入载波调整模块进行载波调制，最后，载波调制后的信号送入发射信道。

上述频率映射单元、IDFT/IFFT变换器、并串变换器、添加保护间隔模块、低通滤波器、D/A转换器、载波调整模块是发射子模块的一种具体的实现方式。

上述对图3的描述过程中，串并转换器输出的用户数据也可以先进行发射功率的调整，然后再DFT或FFT运算，即串并转换器输出的各用户数据均需要根据其各自对应的发射功率调整系数进行发射功率调整，这部分功能由复用接入设备的功率控制单元和功率门限控制逻辑来实现；功率门限控制逻辑根据预定的功率调整策略来设置各用户的数据对应的发射功率调整系数，功率控制单元根据功率门限控制逻辑设置的各用户的数据对应的发射功率调整系数对串并转换器输出的各用户的数据进行发射功率调整，如经过串并转换后的各用户的数据乘上其对应的发射功率调整系数进行发射功率调整。经过发射功率调整的各用户数据需要进行DFT或FFT运算，这部分功能由复用接入设备的DFT或FFT变换器来实现；经过DFT或FFT运算后的各用户的数据进行频率映射，映射到相应的主子载波组或副子载波组。其他处理过程与图3中的描述相同。

上述对图3的描述过程中，用户数据发射功率调整过程也可以在串并转换前进行，即功率控制单元根据功率门限控制逻辑设置的各用户的数据对应的发射功率调整系数对各用户的数据进行发射功率调整，经过发射功率调整后的各用户数据再进行串并转换，然后，串并转换后的各用户数据进行DFT或FFT运算，经过DFT或FFT运算后的各用户的数据进行频率映射，映射到相应的主子载波组或副子载波组。其他处理过程与图3中的描述相同。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，如具体实施方式中是以复用接入方法为例进行描述的，本发明还可以应用于其它复用过程中，本发明的申请文件的权利要求包括这些变形和变化。

Claims (10)

1、一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法，其特征在于，包括：

a、从离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入系统的多个子载波组中为各相邻小区分配互不相同的子载波组，并将其作为该小区的主子载波组，将主子载波组之外的预定子载波组作为该小区的副子载波组；

b、离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备通过主子载波组为处于小区边界的用户传输用户数据，并通过主子载波组和/或副子载波组为处于非小区边界的用户传输用户数据。

2、如权利要求1所述的一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法，其特征在于，不同子载波组的频段互不重叠、或不同子载波组的频段部分重叠。

3、如权利要求1或2所述的一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：

b1、离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据功率调整策略为需要传输的各用户数据设置发射功率调整系数；

b2、离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据所述各发射功率调整系数调整不同用户数据发射功率，并映射到主子载波组和/或副子载波组；

b3、离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据所映射的子载波组传输用户数据。

4、如权利要求3所述的一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法，其特征在于，所述步骤b2具体包括：

离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备将用户的数据在串并转换后进行DFT或FFT变换；

离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据用户的数据对应的发射功率调整系数调整DFT或FFT变换后的用户的数据的发射功率，并映射到主子载波组和/或副子载波组。

5、如权利要求3所述的一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法，其特征在于：

所述步骤b2具体包括：

离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据用户数据对应的发射功率调整系数调整用户数据的发射功率，将功率调整后的用户数据进行串并转换，将串并转换后的用户数据进行DFT或FFT变换，并映射到主子载波组和/或副子载波组；或者

所述步骤b2具体包括：

离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备根据用户数据对应的发射功率调整系数调整串并转换后的用户数据的发射功率，将功率调整后的用户数据进行DFT或FFT变换，并映射到主子载波组和/或副子载波组。

6、如权利要求3所述的一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法，其特征在于，所述步骤b3具体包括：

离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入设备将映射到不同子载波组上的用户数据进行IDFT或IFFT变换、并串转换，并在经过低通滤波、D/A转换、载波调制后发射。

7、如权利要求6所述的一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用方法，其特征在于，所述步骤b3还包括：

在所述并串转换后的用户数据中添加保护间隔。

8、一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用设备，其特征在于，包括：

发射单元：通过主子载波组为处于小区边界的用户传输用户数据，并通过副子载波组和/或主子载波组为处于非小区边界的用户传输用户数据；

其中：小区的主子载波组是从离散傅立叶变换扩频正交频分复用接入系统的多个子载波组中分配的，且各相邻小区的主子载波组互不相同，小区的副子载波组为主子载波组之外的预定子载波组。

9、如权利要求8所述的一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用设备，其特征在于，所述发射单元包括：

功率门限控制逻辑：根据功率调整策略为需要发射的各用户数据设置发射功率调整系数；

发射模块：根据所述各发射功率调整系数调整不同用户数据的发射功率，并映射到主子载波组和/或副子载波组，然后，根据所映射的子载波组传输用户数据。

10、如权利要求9所述的一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用设备，其特征在于，所述发射模块包括：

串并变换器：将用户数据进行串并转换；

DFT/FFT变换器：将串并转换后的用户数据进行DFT或FFT变换，或者将功率控制单元调整发射功率后的用户数据进行DFT或FFT变换；

功率控制单元：根据功率门限控制逻辑设置的发射功率调整系数调整串并转换前或后的各用户数据的发射功率，或者根据功率门限控制逻辑设置的发射功率调整系统调整DFT或FFT变换后的各用户数据的发射功率；

发射子模块：将经过DFT/FFT变换和发射功率调整后的各用户数据映射到相应的主子载波组和/或副子载波组，并发射。