CN1992701A - 一种交错型正交频分复用的接入方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交错型正交频分复用IFDMA接入方法，包括以下步骤：用户的数据符号经过调制后与导频符号复接，然后进行压缩重复；将压缩重复后的数据符号使用为该用户分配的相位向量进行相位旋转；对相位旋转后的该用户数据符号乘以一个用于占用选定子载波的功率系数后发送出去。还相应当提供了一种IFDMA接入装置。使用本发明，解决了IFDMA作为多址技术的单频组网的接入问题。

Description

一种交错型正交频分复用的接入方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种交错型正交频分复用(IFDMA)的接入方法及装置。

背景技术

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。在多数的系统应用当中，子载波的宽度小于信道的相干带宽，这样在频率选择性信道上，每个子载波上的衰落为平坦衰落，减少了符号间串扰，并且不需要复杂的信道均衡，适合高速数据的传输。多载波技术有多种形式，如OFDMA、MC-CDMA、MC-DS-CDMA，以及时频域二维扩展，以及在此基础上的多种扩展技术。

其中OFDM(正交频分复用，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)技术是多载波技术当中比较有代表性的一种技术，它在频域内将给定信道分成许多正交子信道，高速数据流通过串并变换及IFFT变换映射到各个子信道上并行传输。如图1示出了一个基本的OFDM调制和解调过程。不同的用户占用不同的子信道，由于各个子信道之间的正交性，保证了小区内部不同用户之间的干扰很小。

但是OFDM主要缺点是峰均比(PAPR)比较大，下面简述。在时域中，OFDM信号是N路正交的子载波信号的叠加，当这N路信号按相同极性同时取最大值时，OFDM信号将产生最大的峰值。该峰值信号的功率与信号的平均功率之比即为所述峰均比(PAPR)。在OFDM系统中，PAPR与N有关，N越大，PAPR越大。当N＝1024时，PAPR可以达到30dB。大的PAPR值，对于发送端的功率放大器的线性度要求很高。

为了克服PAPR过大的问题，提出了交错型正交频分复用(IFDMA)技术，IFDMA是一种特殊的多载波扩频方案，用户是频分复用的多址方式，而扩频和多载波达到了频率分集的效果，以降低甚至消除上行用户间的多址干扰，参见图2示出的IFDMA数据发送原理图，下面以发送端，如移动终端为例，以数据发送的过程对IFDAM进行介绍：

首先，用户i的Q个数据符号d_q ⁽ⁱ⁾组成一个块(block)，每个符号时长为Ts，符号速率为Rs＝1/Ts。该用户的一个块可表示为 $d^{\left(i\right)}={[d_0^{\left(i\right)},d_1^{\left(i\right)},\·\·\·,d_{Q-1}^{\left(i\right)}]}^T,$ 调制后与导频符号(Pilot)复用；然后进行压缩处理，使所述块中的符号使其由符号时长Ts变为码片时长Tc，然后对这Q个符号进行L+L_Δ的重复，其中重复L_Δ次用作保护间隔，保护间隔的时间为T_Δ＝T_c·L_Δ，并且满足T_Δ＞τ_max(即保护间隔的时间大于信道的最大多径时延扩展)，其作用是避免前一个IFDMA符号的干扰，同时可用来粗时同步，显然，保护时间内发送的还是Q个数据符号，只是其中的符号时长已经变小了。重复的操作可由一个Q×(L+L_Δ)的交织器来完成，压缩重复后得到的符号为：

也可以表示为：

$c_l^{\left(i\right)}=\frac{1}{L+L_{\mathrm{\Δ}}}\·d_{l\mathrm{mod}Q}^{\left(i\right)},l=\mathrm{0,1},\·\·\·,L_c-1,$ (L_c＝(L+L_Δ)Q)

码片时长和符号时长满足T_c＝T_s/(L+L_Δ)，保护时间T_Δ＝L_Δ·Q·T_c。经过重复得到的序列在频率上表现为一组梳状的频谱形状。

每个用户的数据块都经过同样的操作，在频率上表现为相同的梳状谱，为了区分用户，在相位偏移单元进行处理，使每个用户选择其特定的相位向量：

$s_l^{\left(i\right)}=\exp \{-j\·l\·{\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}\},$ l＝0，…，L_c-1， ${\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}=i\·\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{QL}}$

参见图3相位偏移单元工作原理图，所述向量与符号c⁽ⁱ⁾按元素相乘，这样就能保证每个用户的子载波系之间正交，即用户各自的梳状谱相互错开，保证了如图4示出的频谱图所示。

相乘之后得到的用户i的发送信号为：

$x^{\left(i\right)}={[c_0^{\left(i\right)},c_1^{\left(i\right)}{e}^{-j{\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}},\·\·\·,c_{L_c}^{\left(i\right)}{e}^{-j(L_c-1){\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}}]}^T$

而接收端如基站，采用每个用户的特定相位解调出各自数据，然后将重复的码片进行能量合并。同时要用均衡器来处理传输中引起的块中的符号间干扰。

以上是IFDMA系统发射原理。IFDMA作为一种特殊的多载波系统，每个用户需要占用一组子载波，所以要是通过上述方案进行频率复用时，由于子载波粒度较大，而且每个用户的子载波是交错的(梳状谱)，因此时频图案的交点会较多，小区间的干扰很大。另一方面，通过划分地理上不同的通信区域而实现频率重用时，由于相连小区占用相同的全部频率资源，相邻小区(Cell)交界处的可能出现相互干扰的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种IFDMA的接入方法及装置，以解决IFDMA作为多址技术的单频组网的接入问题。

本发明提供的一种交错型正交频分复用IFDMA接入方法，包括以下步骤：

用户的数据符号经过调制后与导频符号复接，然后进行压缩重复；

将压缩重复后的数据符号使用为该用户分配的相位向量进行相位旋转；

对相位旋转后的该用户数据符号乘以一个用于占用一子载波的功率系数后发送出去。

其中，所述乘以一个用于占用一子载波的功率系数的步骤包括：根据测量信息来确定所述用于占用一子载波的功率系数。

其中，进一步包括：每个小区包括高功率的主子载波和低功率的副子载波；所述据测量信息来确定所述用于占用一子载波的功率系数的步骤包括：

判断测量信息为信噪比高于一设定的高门限值时，选择使用占用副子载波的功率系数；

判断测量信息为信噪比低于一设定的低门限值时，选择使用占用主子载波的功率系数。

其中，进一步包括：每个小区包括高功率的主子载波和低功率的副子载波；所述据测量信息来确定所述用于占用一子载波的功率系数的步骤包括：

判断测量信息为测定终端在小区内部时，选择使用占用副子载波的功率系数；

判断测量信息为测定终端在小区边缘时，选择使用占用主子载波的功率系数。

其中，进一步包括：相邻的每个小区的主子载波互不重叠。

其中，所述测量信息为定时测量得到。

其中，所述测量信息为特定事件触发时执行测量得到。所述特定事件触发包括：终端开机时触发或终端进行小区间切换时触发。

本发明还提供了一种交错型正交频分复用IFDMA接入装置，包括：

数据符号生成单元，用于对用户数据进行调制与导频符号复用，再压缩重复后形成待发送的数据符号发送给相位偏移单元；

相位偏移单元，用于对所述用户数据符号乘以一个相位向量实现数据符号的相位旋转；

发送功率控制单元，用于根据测量信息将相位旋转后的数据符号乘以一个用于占用不同功率子载波的系数发送出去。

其中，所述发送功率控制单元包括：测量信息接收单元，用于测量信息并发送给功率系数选择单元；功率系数选择单元，用于根据所述测量信息选择出用于占用一子载波的功率系数，发送给功率控制单元；功率控制单元，用于将接收的用户数据符号乘以所述功率系数实现发送时占用该功率系数对应的子载波。

其中，所述功率系数选择单元包括：

门限值设定单元，用于保存信噪比的高、低门限值，提供给判断单元；

判断单元，用于判断测量信息与所述信噪比的高、低门限值进行比较，将比较结果发送给功率系数选取单元；

功率系数选取单元，根据所述比较结果选择占用一子载波的功率系数。

其中，所述功率系数选择单元包括：

门限值设定单元，用于保存信噪比的高、低门限值，提供给判断单元；

判断单元，用于判断测量信息与所述信噪比的高、低门限值进行比较，判断出终端在小区边缘或是小区内部，并将判断结果发送给功率系数选取单元；

功率系数选取单元，根据所述判断结果选择占用一子载波的功率系数。

由上述方法可以看出，IFDMA中各个用户的子载波占用不同的梳齿(子载波组)，本发明在不同的用户数据上乘上一个系数，以调整不同子载波上的发射功率。功率大的子载波组作为本小区的主子载波，应用于小区边缘和小区内部的数据传输；功率小的子载波组作为副子载波，只应用于小区内部的数据传输。相邻小区使用的主子载波所在子载波组互不重叠，不会出现主子载波间的同频干扰，从而降低了相邻小区间的相互干扰，而副子载波的发射功率相对较低，也降低了对相邻小区的干扰。从而提高通信质量，并且可以实现单频组网，提高了频谱的利用效率。

附图说明

图1为基本的OFDM调制和解调过程示意图。

图2为现有技术的IFDMA发送端结构示意图。

图3为相位偏移单元工作原理图。

图4为不同用户构成的梳状谱示意图。

图5为频率复用方式下组网示意图。

图6为IFDMA频率分组划分形成的组网图。

图7为本发明IFDMA发送端结构示意图。

图8为相位偏移单元和发送功率控制单元工作原理图。

图9为发送功率控制单元结构示意图。

图10为功率系数选择单元结构示意图。

具体实施方式

首先针对现有技术小区干扰的情况进行分析，对于目前IFDMA频率分组划分形成的组网，各个用户的子载波的发射功率门限相同，这样，由于各子载波的覆盖范围相同，因此在各相邻小区的边缘区域，处于同频的子载波之间就会产生比较强的干扰。

鉴于此，本发明中，将IFDMA系统所有子载波划分成N组，不同的相邻小区选择不同组的子载波组作为本小区的主子载波(可以通过基站控制器的控制来实现)，其他子载波组作为本小区的副子载波，对各小区的主子载波和副子载波设置不同的发射功率门限，且主子载波的发射功率门限高于副子载波的发射功率门限，以主子载波的覆盖范围确定小区边界。这样，对于小区内部，主要采用低功率副子载波传输用户数据，由于离基站比较近，终端可以接收到本小区清晰的信号，并且由于副子载波功率小，对相邻小区的干扰比较小；而在各相邻小区边缘区域，采用高功率主子载波传输用户数据，处于边缘区域的终端主要接收到的是不同相邻小区的主子载波，由于不同相邻小区的主子载波不相重叠不处于同频上，处于正交，因此相互干扰就会大大降低。

具体可以参见图5示出的本发明中频率复用方式下组网示意图，基站1管辖终端11和终端12，终端12位于基站1管辖区域的内部，如位于以基站1为中心的小区半径的30％处，终端11位于基站1管辖区域的边界，如位于以基站1为中心的小区半径的90％处；同样的，基站2管辖终端21和终端22；基站3管辖终端31和终端32。以基站1来说，发射的子载波中，灰色表示的是主子载波，其功率较大；斜划线表示的是副子载波，发射功率较小，并且不同的基站采用的主子载波不同。这样，位于小区边界的终端11接收基站1的主子载波时，虽然会收到基站2、基站3的主子载波的干扰，但由于接收的不同基站的主子载波并不在同频上且互为正交，因此可避免同频干扰。位于基站1的小区内部的终端12来说，由于各个基站通过对发射功率的限制，不会受到相邻基站信号的干扰，或者干扰很小。

另外，子载波的分组以及主子载波和副子载波的划分可固定不变，也可根据时间进行动态变化，即子载波的分组以及主子载波和副子载波的划分可随意变化，只要保证在同一时间内相邻小区没有同时使用同一子载波即可。例如，有6个子载波，相应标识分别为1、2、3、4、5和6，在一个时间段内，将标识为1和2的子载波划分为一组子载波，将标识为3和5的子载波划分为一组子载波，将标识为4的子载波划分为一组子载波，将标识为6的子载波划分为一组子载波，小区1以标识为1和2的这组子载波作为本小区的主子载波，其余子载波作为本小区的副子载波，相邻小区2以标识为4的这组子载波作为本小区的主子载波，其余子载波作为本小区的副子载波；一段时间后，可将这5个子载波重新分组，将标识为2和5的子载波划分为一组子载波，将标识为4和6的子载波划分为一组子载波，将标识为1的子载波划分为一组子载波，将标识为3的子载波划分为一组子载波，小区1以标识为4和6的这组子载波作为本小区的主子载波，其余子载波作为本小区的副子载波，相邻小区2以标识为3的这组子载波作为本小区的主子载波，其余子载波作为本小区的副子载波。

考虑到系统的容量、频谱效率等宏观问题，如图6示出的IFDMA频率分组划分形成的组网图，分组的典型值可取3，此时的组网形式也即为蜂窝网(每三个小区两两相邻)，这种形式蜂窝网可使得系统容量达到最大，频谱效率达到最高。不难理解，若要使频谱效率达到最高，对于子载波分为3组，由相邻的小区分别采用不同的子载波组。另外，N也可取其他值，如4、5、6、7、8等等。

下面参见图7，对实现本发明IFDMA系统频率复用的方法进行说明。

如图7示出了IFDMA发送端结构示意图。与背景技术描述的IFDMA发送端相比，本发明增加了发送功率控制单元，根据测量反馈信息来对用户的符号进行功率控制，以使该用户占据小区内特定的主/副子载波组。通过对用户数据流乘上一个系数，对各路数据流所映射的子载波功率进行调整，当用户选择了主子载波时，该系数较大，反之较小。

下面仍以用户数据发送为例进行详细说明：

第一步：用户i的Q个数据符号 $d^{\left(i\right)}={[d_0^{\left(i\right)},d_1^{\left(i\right)},\·\·\·,d_{Q-1}^{\left(i\right)}]}^T$ 经过调制后与导频符号复接；复接后的数据进行时域上的压缩重复，使该用户数据符号在频域上占据一组梳状谱子载波；压缩重复后的数据记为

这个步骤和现有相同，不再赘述。

第二步：将该用户的数据符号c⁽ⁱ⁾在相位偏移单元进行处理，使该用户选择其特定的相位向量进行相位旋转，以使得不同用户占用子载波组在频域上相互区分。该步骤和现有步骤相同，不再赘述。本步骤之后得到的用户i的发送信号为：

$x^{\left(i\right)}={[c_0^{\left(i\right)},c_1^{\left(i\right)}{e}^{-j{\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}},\·\·\·,c_{L_c-1}^{\left(i\right)}{e}^{-j(L_c-1){\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}}]}^T.$

第三步：对相位旋转后的用户数据进行信号的功率控制得到用户i的发送信号y(i)。

其中，移动终端可以根据测量反馈的信息，如信噪比，调整功率系数α_k使得该用户占据该小区内特定的主/副子载波组。具体来说，信噪比在某程度上可反应终端在小区的位置，如信噪比大则终端可能在小区中央靠近基站，而信噪比小则终端可能在小区边缘远离基站。终端根据信噪比值调整α_k，以占据不同的子载波组。如信噪比变小，调整功率系数α_k变大，以占据功率较大的主子载波组；反之，信噪比变大，调整功率系数α_k变小，以占据功率较小的副子载波组。

其中，测量反馈的信息可以是由移动终端定时执行测量来得到，或者根据某事件触发执行测量过程(如用户开机、进入另一个小区发生小区间切换等)来得到。

如图8示出了第二步和第三步的工作原理，该图中，相位因子和功率系数一并表示为向量 $s^i={\mathrm{\α}}_k{\·[1,e^{-j{\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}},...,e^{-j{L}_c{\mathrm{\Φ}}^{\left(i\right)}}]}^T,$ 该向量与符号c⁽ⁱ⁾按元素相乘，便可得到的用户i的发送信号y(i)。

最后，将用户符号发送出去。

通过该方法，实现位于小区不同位置的用户占用不同的子载波组，在小区中心的用户终端发送功率小，占据副子载波组；而以之对应，在小区边沿的用户终端发送功率较大，占据主子载波组。

相应的，本发明提供了IFDMA发送装置，如图7所示，包括数据符号生成单元，用于对用户数据进行调制与导频符号复用后压缩重复，输出要发送的数据符号；

相位偏移单元，通过对用户数据符号乘以一个向量实现用户数据的相位旋转；

发送功率控制单元，用于根据终端测量信息(如信噪比)，将用户数据符号乘以一个系数实现发送时的不同的功率。

如图9所示，所述发送功率控制单元包括：

测量信息接收单元，用于接收传送过来的测量信息，并发送给功率系数选择单元；

功率系数选择单元，根据所述测量信息，选择相应当功率系数，发送给功率控制单元；

功率控制单元，根据所述功率系数，将接收的用户数据符号乘以该系数实现发送时的不同的功率。

如图示出的功率系数选择单元，可由下组成：

门限值设定单元，用于保存信噪比的高、低门限值，提供给判断单元；

判断单元，用于判断测量信息与所述信噪比的高、低门限值进行比较，将比较结果发送给功率系数选取单元；

功率系数选取单元，根据所述比较结果选择占用一子载波的功率系数。

或者，所述功率系数选择单元由下组成：

门限值设定单元，用于保存信噪比的高、低门限值，提供给判断单元；

判断单元，用于判断测量信息与所述信噪比的高、低门限值进行比较，判断出终端在小区边缘或是小区内部，并将判断结果发送给功率系数选取单元；

功率系数选取单元，根据所述判断结果选择占用一子载波的功率系数。

由上可以看出，IFDMA中各个用户的子载波占用不同的梳齿(子载波组)，在不同的用户数据上乘上一个系数，可以调整不同子载波上的发射功率。功率大的子载波组作为本小区的主子载波，功率小的子载波组作为副子载波，可以实现软频率复用，从而获得最大的系统容量。另外由于采用IFDMA，用户的PAPR性能可以很好。

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 (12)

1、一种交错型正交频分复用IFDMA接入方法，包括以下步骤：

用户的数据符号经过调制后与导频符号复接，然后进行压缩重复；

将压缩重复后的数据符号使用为该用户分配的相位向量进行相位旋转；其特征在于，还包括：

对相位旋转后的该用户数据符号乘以一个用于占用一子载波的功率系数后发送出去。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乘以一个用于占用一子载波的功率系数的步骤包括：

根据测量信息来确定所述用于占用一子载波的功率系数。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：每个小区包括高功率的主子载波和低功率的副子载波；所述据测量信息来确定所述用于占用一子载波的功率系数的步骤包括：

判断测量信息为信噪比高于一设定的高门限值时，选择使用占用副子载波的功率系数；

判断测量信息为信噪比低于一设定的低门限值时，选择使用占用主子载波的功率系数。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：每个小区包括高功率的主子载波和低功率的副子载波；所述据测量信息来确定所述用于占用一子载波的功率系数的步骤包括：

判断测量信息为测定终端在小区内部时，选择使用占用副子载波的功率系数；

判断测量信息为测定终端在小区边缘时，选择使用占用主子载波的功率系数。

5、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，进一步包括：相邻的每个小区的主子载波互不重叠。

6、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量信息为定时测量得到。

7、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量信息为特定事件触发时执行测量得到。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述特定事件触发包括：终端开机时触发，或终端进行小区间切换时触发。

9、一种交错型正交频分复用IFDMA接入装置，包括：

数据符号生成单元，用于对用户数据进行调制与导频符号复用，再压缩重复后形成待发送的数据符号发送给相位偏移单元；

相位偏移单元，用于对所述用户数据符号乘以一个相位向量实现数据符号的相位旋转；其特征在于，还包括：

发送功率控制单元，用于根据测量信息将相位旋转后的数据符号乘以一个用于占用一子载波的系数发送出去。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述发送功率控制单元包括：

测量信息接收单元，用于测量信息并发送给功率系数选择单元；

功率系数选择单元，用于根据所述测量信息选择出用于占用一子载波的功率系数，发送给功率控制单元；

功率控制单元，用于将接收的用户数据符号乘以所述功率系数实现发送时占用该功率系数对应的子载波。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述功率系数选择单元包括：

门限值设定单元，用于保存信噪比的高、低门限值，提供给判断单元；

判断单元，用于判断测量信息与所述信噪比的高、低门限值进行比较，将比较结果发送给功率系数选取单元；

功率系数选取单元，根据所述比较结果选择占用一子载波的功率系数。

12、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述功率系数选择单元包括：

门限值设定单元，用于保存信噪比的高、低门限值，提供给判断单元；

判断单元，用于判断测量信息与所述信噪比的高、低门限值进行比较，判断出终端在小区边缘或是小区内部，并将判断结果发送给功率系数选取单元；

功率系数选取单元，根据所述判断结果选择占用一子载波的功率系数。

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