TW201234818A - Systems and methods for channel tracking in OFDMA - Google Patents

Description

201234818 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明主要係關於使用正交頻分多重存取（OFDMA ) 之通信系統，且係關於OFDMA無線通信系統中之上游 頻道追蹤。 本申請案主張2010年11月19日申請之美國臨時專 利申請案第61/415,597號，標題為“Systems And Methods For Channel Tracking In OFDMA” 之權利，該 案之全文以引用的方式併入本文。 【先前技術】 在一點對多點無線通信系統中，一基地台（BS )與多 個用戶端設備（CPE )或使用者終端機通信。從Bs至一 CPE之資料傳輸稱為下游（DS)且從一 cpE至bs之資 料傳輸稱為上游（US )。 正交頻分多重存取（0FDMA)係包含8〇2 16 wiMAx 及802.22 WRAN之無線通信系統中廣為使用 的一普遍多

二維平面中）對各CPE指派子載波中之— 亦即，在時間頻 之—或多個模組 201234818 (叢發）。在DS中，前置碼係在符號傳輸開始或中間時 使用。此等前置碼提供諸如同步、頻道估計及校正之目 的。亦以特定導頻子載波傳輸傳輸器及接收器二者已知 之值以提供更佳之頻道追蹤及校正性能。在us中一 如置碼未被一 CPE傳輸至BS。BS通常依賴於由一 CPE 所傳輸之導頻來估計頻道。 【發明内容】 在一實施例中，提供一種在一下游（Ds )上將資料發 运至使用者終端機且在-上游（us )上從使用者終端機 接收資料的無線裝置。該裝置包含_收發機，該收發機 吏用正又頻刀多重存取（〇FDMA )而與複數個使用者終 端機傳輸與接收資訊。該裝置進—步包含—控制器，該 控制器經組態以將US叢發分配給—或多個使用者終端 機3亥控制器為該一或多個使用者終端機之各者分配一 特疋組之子載波用於一特定數目之符號，並且每叢發每 子載波i配足夠之符號以容許該—或多個使用者終端機 之各者每叢發每子載波發送兩個或多個導頻。 "在另一態樣中，該控制器進一步經組態以在一叢發 從子載波提取導頻並且比較兩個或多個導頻之各者 轉移函數估計。另外，該—或多個使用者終端機之 者經组態以每隔η個符號在各子載波上傳輸—導頻， 該控制器經組態以在- US叢發令分配至少^個心 4 201234818 用於各子載波，其中m為一正整數。 在另一態樣中，該控制器進一步經組態以基於一叢發 期間接收用&各子載波之各導頻而計算一頻道轉移函數 估什，並且比較該叢發上之估值以判定頻道是否在該叢 發之進程上變化。另外，該控制器進一步經組態使得若 比較指示該頻道正在該叢發内變化，則該控制器在用於 該子載波之時間上調整頻道轉移函數。 在另一態樣中，提供一種用於在一正交頻分多重存取 (OFDMA )系統中操作與一或多個使用者終端機通信之 一基地台的方法，其中該一或多個使用者終端機經組態 以在各子載波上每第n個符號將導頻插入於上游（US ) 叢發中’其中η為一整數。該方法包含：識別待分配給 一使用者終端機之一所需量之us帶寬；判定待分配以 符合經識別之需要之子載波及每子載波之符號之數目； 在一US叢發中分配至少m*n個符號用於各經判定之子 載波，其令m為一正整數；以及將一訊息傳輸給該使用 者終端機，該訊息識別言亥等經判定之子冑波及分配用於 各經判定之子載波之符號之數目。 在另一態樣中，識別一所需量之US帶寬包含從該使 用者終端機接收一帶寬請求。 在另一態樣中，該方法進一步包含：在該等經判定之 子裁波上從該使用者終端機接收一傳輪；基於—叢發期 間在各經判定之子載波上所接收之各導頻計算一頻道轉 移函數估計；以及比較該叢發上之估值以判定頻道是否 201234818 在該叢發之進程上變化。 在另一態樣中，當比較指示該頻道正在該叢發内變 化’調整頻道轉移函數。 在另一態樣中，該方法包含：在經判定之子載波上從 該使用者終端機接收一傳輸叢發；在該叢發中從該等經 判定之子載波之各者提取兩個或多個導頻；以及比較該 兩個或多個導頻之各者之一轉移函數估計。 在另一態樣中，提供一種用於在一正交頻分多重存取 (OFDMA )系統中操作與一或多個使用者終端機通信之 一基地台的方法，其中該一或多個使用者終端機經組態 以在各子載波上每第n個符號將導頻插入於上游（us ) 叢發中，其中n為一整數。該方法包含：識別待分配給 一使用者終端機之一所需量之us帶寬；判定待分配以 符合一叢發中之經識別之需要之子載波及每子載波之符 號之數目；為該使用者終端機分配一組子載波且為該組 子載波之各成員分配一數目之符號，其中每叢發每子載 波分配足夠之符號以容許使用者終端機每叢發每子載波 發送兩個或多個導頻；以及將一訊息傳輪給該使用者終 端機，該訊息識別該等經分配之子載波及分配用於各子 載波之符號之數目。 在檢視附圖及「實施方式」後將更充分理解本發明之 實施例之此等及其他潛力及優點。 【實施方式】 6 201234818 在閱讀本描述後，熟悉此項技術者將顯而易知如何在 各種替代實施例及替代應用中實施本發明。儘管本文描 述本發明之多種實施例’然而應理解此等實施例僅係以 貫例且非限制性之方式性呈現。如此一來，多個替代實 施例之此詳細描述不應視為限制如隨附申請專利範圍所 提出之本發明之範疇或廣度。 圖1係一點對多點無線通信系統的一功能方塊或模組 圖，其中各模組表示該系統之一功能方塊或模組。該系 統包含諸如一基地台（BS)155之一存取點以及諸如CPE 185之多個用戶端設備（cpE)。該等cpE亦可稱為使用 者終端機。該等CPE可為諸如行動電話、個人電腦之多 種類型之電腦裝置及其他類型之電腦裝置。從bs 155至 CPE 185之 > 料傳輸稱為下游（DS)，從一 CPE 185 至BS I55之資料傳輸稱為上游（us)。此等通信鏈路可 為有線或無線的。 OFDMA 係包含 ’.Μ WiMAX 及 8〇2 22 WRAN 之益 線通信系統中廣為使用的-普遍多重存取方法。OFDMA 使用正交頻率多卫（qFDM)作為調變方法，其中頻率域 中之頻道帶寬係分成多個正交窄帶頻道（子載波)。多個 CPE中之0FDMA中之傳輸資源之共用係二維的：可將 、，子載皮彳日派、.’D CPE用於—數目之符號，且可由符號 :(亦卩在時間頻率二維平面中）對各CPE指派子 載皮中之或夕個模組（叢發）。此係展示於圖2及圖3 7 201234818 中ο 之一實例訊框的結 草案之—實例訊框 圖2繪示根據802.16 WiMAX標準 構。圖3繪示根據802.22 WRAN標準 的結構。參考圖2,垂直軸表示不同子載波的邏輯數。 指數「s」之各值表示-不同子載波。水平軸表示符號數。 指數「k」之各值表示—不同符號。因此舉例而言在 UL叢發中’分配複數個子載波用於複數個符號。可 將UL#1分配給CPE 185 CPE (未展示）。 可將其他UL叢發分配給其他 前置碼係在符號傳輸開始或中間時使用。 2及圖3中。此等前置碼提供頻道估計及 在資料傳輸所期望之資料OFDM符號中， 在DS中， 此係繪示於圖 校正之目的。 亦在特定子載波（BS & CPE二者亦已知該等特定子載 波）上傳輸傳輸器（BS)及接收器（cpE)二者已知的 值以提供更佳之頻道追縱及校正性能。此等值係所謂導 頻且對應子載波係所謂導頻子載波。在—些實施例中， 在US中’前置碼未被一 cpE傳輸至bs。取而代之， 可依賴於由-CPE所傳輸之導頻來估計頻道。在一些情 形中，可以不同符號在不同子載波上傳輸導頻。 為了增強估計與追蹤頻道狀況之能力，可能希望確保 在具有足夠頻率之US上接收用於所使用之子載波之各 者的導頻。此可根據本文所揭示之线及方法來完成。 再次參考圖卜基地台155包括一控制器157、一收發 機159’以及儲存器16卜該控制器157包括一處理器， 201234818 «理mu以執行用於完成本文所述之功能的一或 多個軟體模組。儲存器161中可儲存指令。儲存器… 包括-非暫時性電腦可讀媒體。該控制器157亦經組態 以經由D亥收發機1 59而與該CPE 1 85通信。 在實知例中，控制器j57經組態以將叢發分配 給一或多個CPE。作為用；πς n 忭冯用於各US叢發之分配處理程序 之部分’控制1 157分配―料組之子載波用於一特定 數目之符號。US子訊框十之此等仍叢發之實例可見圖 2及圖3。如圖2及圖3所展示’在—仍子訊框中，可 在多個叢發之間分開一特定子載波。因此，可將對應於 该US子訊框中之該子載波之符號之一部分分配給一個 CPE，同時可將剩餘符號分配給其他cpE。 在一實施例中，控制器157根據促進頻道狀況之偵測 之特定準則而形成US叢發。在-實例中，當一叢發中 包s -特定子載波時，控制_ 157經組態以將該子載波 上之至少—最小數目之符號分配給該叢發。在一實施例 中分配給叢發中之子餘之最小數目之符號足以容許 在該叢發之子載波上包含兩個或多個導頻。有利々之， 以此方式分配符號促進改良之頻道追縱。舉例而；，在 一些實施例中’每子載波-個導頻足夠用於頻道估計但 是不足以用於頻道追蹤。 在-些系統中’諸如CPE 185之cpE經組態以在各子 載波上每第η個符號將導頻插入》us叢發令，其中。 為-整數。在一實施例中’基地台控制器ΐ57分配至/ 201234818 m η個符號用於一 us業 正整數. 之各子载波，其中m為一 &數，堵如2。舉例而 v4.〇 φ 在1EEE 802.22 標準草案 中’對於US中之么； 給子載波而言，每隔7個符號傳 因此，在—實施财，控m經組態以 =叢發中之各子載波中分配最幻4個符號。應明白可 使用m及n之其他值。舉 _ 牛例而吕，m可等於或大於二。 1言之，藉由在| US叢發t每子载波分配錢之符 k，BS可促進改良之頻道狀況監測。 再人參考圖1，CPE 185包括-控制器187、一收發機 以及儲存器19卜該控制$ 187包括一處理器，該 處理器經組態以執行用於完成本文所述之功能的一或多 個軟體模、组。儲存n 191中可儲存指令。儲存器i9i包 括一非暫時性可讀媒體。該控制器1S7亦經組態以經由 收發機189而與BS 155通信。 CPE 185藉由在其分配時間内發送uS叢發而在us上 通信。如上所述’一 US叢發可包括複數個子載波上的 複數個符號。在一實施例中，控制器187經組態以在 叢發中每子載波使用至少兩個符號以將導頻發送至 1 55。應明白每叢發每子載波可使用其他數目之導頻。舉 例而言’可使用2個或多個導頻。有利言之，藉由每叢 發每子載波傳輸多個導頻，CPE 1 85可促進改良之頻道 估計與追蹤。 在一實施例中，BS指派US帶寬給CPE。此黧托γ 号ί日派係 在DS中發送給CPE。當BS指派US帶寬時，其總是ρ 10 201234818 增量指派us帶寬，此容許每子載波至少有兩個符號。 因此，即使一 CPE僅請求（或需要）將容許每子載波傳 輸少於兩個符號的一帶寬量，B s仍將增加至該c p E之帶 寬之分配。此可實施為BS訊框建構處理程序之部分。 圖4係控制器187之經選擇之功能的一功能模組圖。 一般言之，控制器包含實施本文所述之功能的適當硬 體、韌體及/或軟體。調變模組41〇對待傳輸之資料實行 調變。調變可包含編碼、交錯、星座映射及正向錯誤校 正。調變模組之輸出係提供、给子載波分配模组42〇 ,其 中來自該調變模組之輸出經多工（從串列轉換成等於所 指派之子載波之數目的並列串流之數目）且導頻被插入 至由模組430所表示之子載波串流之各者中。在一實施 例中’將兩個導頻插人至各子載波串流中。纟自子載波 分配模組42G之輸出係提供給將該輸出轉換成—時間域 信號的反向快速傅立葉變換（IFFT)模組44〇。來自 模組440之輸出係提供給循環首碼模組45〇，該循環首 碼模組450將一循環首碼加入至來自贿模組之各符號 的開始處。另外’循環首碼模組45〇亦可實行信號之其 他時間域處理。該首碼模組45〇之輸出係提供給收發機。 如上所述，BS155之控制器157可每叢發每子載波分 配足夠之符號以容許CPE 185之控制器187每叢發每子 BS155。在—實施例中，控制 器1 5 7經組態以每叢發各；爸、士，L & 母最發母子載波比較兩個或多個導頻並 且基於該比較而實行一或冬侗舢从 飞多個動作。在一實例中，控制 11 201234818 器157基於用於—牿 T; 4, ^ ,之各導頻而計算一頻道轉 移函數估计。該控制器丨 否接者比較估值以判定頻道是 •S'社最赞之進程上轡Μ — k化在一貫施例中，控制器157基 於比較而追蹤頻道。舉 ▲ +彳j而5 右該比較指示頻道正在 叢發内變化，則 ^益157在用於該子載波之時間上調 整頻道轉移函數。以士古 。 式’更精確之頻道估計可用於 ’地之頻道等化以改良所接收之資料之精確性。有 利言之，在特定實施例中，多個導頻係用於頻道轉移函 基於各導頻而進行—頻道轉移函數估計，但 疋此估计僅對於某個符號而言是精確I若頻道正隨時 間變化’則頻道轉移函數隨時間變化。運用多個導頻， 可偵測並且追縱此變化，且可基於諸如内插使用導頻來 獲得之頻道轉移函數之方法而更精確地估計用於資料符 號的頻道轉移函數。因此，藉由每叢發每子載波比較多 個導頻，BS 155可改良效能。 圖5係控制器丨5 7之經選擇之功能的一功能模組圖。 身又s之’控制器包含實施本文所述之功能的適當硬 體、韌體及/或軟體。同步與時間域處理模組5〗〇實行時 間域處理，包含對從基地台之收發機丨59接收之取樣之 同步°快速傅立葉變換（FFT )將來自時間域處理模組 5 1 〇之輸出變換成頻率域。FFT模組520之輸出係提供給 提取導頻的導頻提取模組53〇。 在一較佳實施例中’ BS 1 55之控制器1 57每叢發每子 載波將足夠之符號分配給各CPE以容許該等CPE之各者 12 201234818 之控制器187 1 8 5。換言之， 每叢發每子載波將多個導頻發送給該Bs 由一 CPE #輸之各子載波每叢發具有至 少兩個導頻。頻道估計模組540從導頻提取模組53〇接 收所提取之導頻並且每叢發每子載波比較兩個或多個導 頻。在一實例中，頻道估計模組54〇基於用於一特定子 載波之各導頻而計算一頻道轉移函數估計。該頻道估計 模組540接著比較估值以判定頻道是否在叢發之進程上 變化。該頻道估計模組540亦基於比較而追蹤該頻道。 舉例而言，若該比較指示該頻道正在叢發内變化，則該 頻道估計模組540在用於該子載波之時間上調整頻道轉 移函數。以此方式，一更精確之頻道估計可用於接收器 處之頻道等化以改良所接收之資料之精確性。可基於各 導頻而進行一頻道轉移函數估計，但是此估計僅對於某 個符號而言是精確的。若頻道正隨時間變化，則頻道轉 移函數隨時間變化。運用多個導頻，此變化被偵測並且 追蹤，且可使用諸如内插使用導頻來獲得之頻道轉移函 數之方法而更精確地估計用於資料符號的頻道轉移函 數因此’藉由每叢發每子載波比較多個導頻，b s j 5 5 可改良效能。 已描述本發明之多種說明性實施方案。然而，熟悉此 項技術者將看到額外實施方案亦係可行的且在本發明之 範疇内。相應地，本發明不僅限於上述實施方案。熟悉 頁技術者將明白結合上述圖式及本文所揭示之實施方 案所述之多種說明性模組或方塊或方法步驟可常常實施 13 201234818 為電子硬體、軟體、知體或上述之組合。為了清楚說明 硬體及軟體之此可交換性，上文已主要在其功能方面描 述多種說明性模組及方法步驟。此功能是否實施為硬體 或軟體取決於施加於整個系統上之特定應用及設計約束 條件。熟悉此項技術者可針對各特定應用而以不同方式 實施所述功能，但是此類實施決策不應解譯為造成偏離 本發明之範疇。另外，一模組或步驟内之功能之分組係 為了便利描述。在不脫離本發明的情況下可將特定功能 從一個模組或步驟中移至另一模組或步驟。 結合本文所揭示之實施方案所述之多種說明性模組及 方法步驟可搭配經設計以實行本文所述之功能的一通用 處理器、-數位信號處理a (，，Dsp”）、一特定 體電路（” ASTr” 、 ) 琢可程式化閘陣列（” fpga” ） 或其他可程式化邏輯裝置、離 雕政閘或電日日體邏輯、離散 硬體組件，或其任何組合 貫施或貫订。一通用處理器 可為—微處理器，但是作為替 柿ή 4慝理态可為任何處

署控制器或微控制器。-處理器亦可實施為計算裝 之—組合，舉例而言，_ D 微處理器之-組合，結合_DSP= 複數個 SP核心之一或多個微處理 益或任何其他此組態。 算、II卜牛結合本文所揭示之實施方案所述之-方法或演 U之步料在硬體t^料 、 一軟體模組中體現，或在兩者之一」4理"執仃之 模組可駐留於諸士 ram 、’且°中體現。-軟體 留於諸如RAM記憶體、快閃記憶體、R0M記 201234818 憶體、EPROM $格触 nmn 。己隐體、eeprom記憶體、 一可抽換式磁碟、—rn 存咨、硬碟、 系 CD-ROM的電腦或機残研4处士 體，或包含一姻？* 士 。可3賣儲存媒 媸、網路儲存媒體之任何其 中。一示制，地妙— 少式的儲存媒體 、Η儲存媒體可耦合至處理器， 可從儲存媒體讀取資訊與于Μ处益 成兹处〜 貝0扎寫入至该儲存媒體。作 可將儲存媒體整合至處理器。處理 體亦可駐留於一 ASIC中。 烁 提供所揭示之實施方案之以上描述以使熟悉此項技術 夠製作或使用本發明。對此等實施方案之各種修改 將容易由熟悉此項技術者顯而易知，且本文所述之一般 原理在不脫離本發明之精神或㈣τ可應用於其他實施 方案。因此，應理解本文所呈現之描述及圖式表示本發 明之實例實施方案且因此代表由本發明廣泛涵蓋之標的 物；進-步應理解本發明之範嘴完全包括其他實施方案。 【圖式簡單說明】 藉由研習附圖可部分策集關於本發明之結構及操作二 者之本發明之細節’其中相同參考數字指相同部件，且 其中： 圖1係一點對多點無線通信系統之一功能方塊或模組 圖。 圖2繪示一實例訊框之結構。 圖3繪示一替代實例訊框之結構。 圖4係一使用者終端機之控制器之經選擇之功能的一 15 201234818 功能模組圖。 圖5係一基地台之控制器之經選擇之功能的一功能模 組圖。 【主要元件符號說明】

155 基地台/BS 157 控制器 159 收發機 161 儲存器

185 用戶端設備/CPE 187 控制器 189 收發機 191 儲存器 410 調變模組 420 子載波分配模組 430 導頻音調模組 440 快速傅立葉變換（IFFT)模組 450 循環首碼模組 510 時間域處理模組 520 FFT模組 530 導頻提取模組 540 頻道估計模組 16

Claims (1)

1. 201234818 七、申請專利範圍： 1 · 一種在一下游（DS )上將資料發送至使用者終端機 且在一上游（US )上從使用者終端機接收資料的無線裝 置’該裝置包括： 收發機’其使用正交頻分多重存取（〇FDMA )而與 複數個使用者終端機傳輸與接收資訊；及 一控制器，其經組態以將us叢發分配給一或多個使 用者終端機，該控制器為該一或多個使用者終端機之各 者刀配特疋組之子載波用於一特定數目之符號，並且 每叢發每子載波分配足夠之符號以容許該一或多個使用 者終端機之各者每叢發每子載波發送兩個或多個導頻。 2♦如申請專利範圍第丨項之裝置，其中該控制器進一步 經組態以在一叢發中從一子載波提取該等導頻並且比較 該兩個或多個導頻之各者之一轉移函數估計。 3·如申請專利範圍第丨項之裝置，其中該一或多個使用 者終端機之各者經組態以每隔n個符號在各子載波上傳 輸—導頻’且該控制器經組態以在一 us叢發中分配至 少個符號用於各子載波，其中m為—正整數。 冬如申請專利範圍第丨項之裝置，其中該控制器進一步 經組態以基於一叢發期間接收用於各子載波之各導頻而 計算一頻道轉移函數估計，並且比較該叢發上之估值以 判定頻道是否在該叢發之進程上變化。 5.如申請專利範圍第4項之裝置，其中該控制器進一步 17 201234818 經組邊使得若比較指示嗜镅 »亥頻道正在該叢發内變化， 控制器在用於該子載波之蚌… 4 夺間上έ周整該頻道轉移函數。 6. 一種用於在一正交艏八夕本& 。 頻刀多重存取（OFDMA)系統中 操作與一或多個使用者 ' 石、，、舳機通信之一基地台的方 其中該一或多個使用者牧踹 有 '、.、鳊機經組_以在各子載波上 第η個符號將導頻插入 效I 将（US )叢發中’其中η為 一整數’該方法包括： 識別待分配給一使用去政—j4(4 用者、而機之一所需量之us帶 判定待分配以符合經識別 ， 之符號之數目； 取友 在"u S叢發中西p g ,卜 夕m η個符號用於各經判定之 子載波，其中m為一正整數；及 將一訊息傳輸給該使用者政 有、，、糕機，该訊息識別該等經 判定之子載波及分配用於各 、 心列疋之子載波之符號之數 目0 7. 如申請專利範圍第6項之古土甘+ 項之方法，其中識別一所需量之 US帶寬包含從該使用者終端機接收—帶寬請求。 8. 如申請專利範圍第6項之方法，其進一步包括： 在該等經判定之子載波上從該使用者終端機接收—傳 輸， 基於一叢發期間在各經判定； 子』疋之子載波上所接收之各導 頻計算一頻道轉移函數估計；及 比較s玄叢發上之估值以刻定相、苦a 刦疋頻道是否在該叢發之進程 上變化。 18 201234818 9·如申請專利範圍第8項之方法，其中當比較指示該頻 道正在該叢發内變化時，在用於該子載波之時間上碉敕 該頻道轉移函數。 1 〇·如申請專利範圍第6項之方法，其進一步包括： 在該等經判定之子載波上從該使用者終端機接收一傳 輸叢發； 在該叢發中從該等經判定之子載波之各者提取兩個或 多個導頻；及 比較該兩個或多個導頻之各者之一轉移函數估計。 η. 一種用於在一正交頻分多重存取（〇FDMA)系統中 操作與一或多個使用者終端機通信之一基地台的方法， 其中該一或多個使用者終端機經組態以在各子載波上每 第η個符號將導頻插入於上游（us )叢發中，其中打為 一整數，該方法包括： °哉別待分配給一使用者終端機之一所需量之帶寬； 判定待分配以符合一叢發中之經識別之需要之子載波 及每子载波之符號之數目； 為忒使用者終端機分配一組子載波且為該組子載波之 各成員分配一數目之符號，其中每叢發每子載波分配足 夠之符號以容許使用者終端機每叢發每子載波發送兩個 或多個導頻；及 將汛息傳輸給該使用者終端機，該訊息識別該等經 刀配之子載波及分配用於各子載波之符號之該數目。 12.如申請專利範圍第U項之方法，其進一步包括： 201234818 從一叢發中之一子載波提取兩個或多個導頻；及 比較該兩個或多個導頻之各者之一轉移函數估計。 u.如申請專利範圍第"項之方法，其中該使用者終端 機經組態以每隔n個符號在各子載波上傳輸一導頻且分 配進一步包括： 刀 在該叢發中分配至少m*n個符號用於分配給該終端機 之各子載波’其中m為一正整數。 14. 如申請專利範圍第丨丨項之方法，其進一步包括： 基於一叢發期間接收用於各子載波之各導頻而計算一 頻道轉移函數估計；及 比較該叢發上之估值以判定頻道是否在該叢發之進程 上變化。 15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中若比較指示該 頻道正在該叢發内變化，則調整該頻道轉移函數。 20