TWI403119B

TWI403119B - 用於正交分頻多工系統之多用戶資料封包排列方法

Info

Publication number: TWI403119B
Application number: TW98103030A
Authority: TW
Inventors: Chih Peng Li; Wei Chieh Huang; Hsin Che Ho; Tsang Yi Wang
Original assignee: Univ Nat Sun Yat Sen
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2013-07-21
Also published as: TW201029369A

Description

用於正交分頻多工系統之多用戶資料封包排列方法

本發明係關於一種用於正交分頻多工系統之多用戶資料封包排列方法。

參考圖1，其顯示習知正交分頻多工系統多用戶資料封包之示意圖。習知正交分頻多工系統多用戶資料封包10包括：複數個用戶資料封包11、12、13等。依用戶排序方向排列，每一個用戶資料封包依序具有一第一個領航訊號、一用戶數據訊號及一第二個領航訊號。第i-1個用戶資料封包11具有一第一個領航訊號111、一用戶數據訊號112及一第二個領航訊號113；第i個用戶資料封包12具有一第一個領航訊號121、一用戶數據訊號122及一第二個領航訊號123；第i+1個用戶資料封包13具有一第一個領航訊號131、一用戶數據訊號132及一第二個領航訊號133。

在上述習知多用戶正交分頻多工系統中，通常僅在用戶數據資料的左右邊緣各放置領航訊號，領航訊號在各個用戶所使用子載波的邊緣進行傳送，並以此領航訊號進行通道估測(參考先前技術文獻[1])。然而，如先前技術文獻[2]所示，在多用戶正交分頻多工系統當中，無法同時完美的補償每一個用戶的頻率誤差。當利用[1]的領航訊號對指定用戶進行通道估測時，即使頻率誤差估測完美，由於其他用戶殘存頻率誤差的存在，依然會產生干擾。

雖然系統上可以在用戶頻帶間增設一個不傳送任何資訊的空載波，例如：空載波114、124，然而，仍無法避免用戶間之相互干擾。

因此，有必要提供一種創新且具進步性的用於正交分頻多工系統之多用戶資料封包，以解決上述問題。

先前技術文獻：

[1] Grandmaison M.-E. and Gagnon F, “Channel Estimation Algorithms for Uplink OFDMA Tiles,” ISWPC, Feb, 2007.

[2] Defeng (David) Huang and Khaled Ben Letaief, “An Interference-Cancellation Scheme for Carrier Frequency Offset Correction in OFDMA System,” IEEE Transaction on communications S, VOL. 53, NO. 7, July 2005.

[3] Yuping Zhao and Sven-Gustav Häggman, “Inter-carrier Interference Self-Cancellation Scheme for OFDM Mobile Communication Systems,” IEEE Transaction on communications, VOL. 49, NO. 7, July 2001.

[4] Wee Teck Ng and Vimal K. Dubey, “Analysis of PCC-OFDM Systems for General Time-Varying Channel,” IEEE Communications leters, VOL. 9, NO. 5, May 2005.

本發明提供一種用於正交分頻多工系統之多用戶資料封包排列方法，其包括以下步驟：提供複數個用戶資料封包；及依用戶排序方向排列，每一個用戶資料封包依序具有一第一組領航序列、一用戶數據訊號及一第二組領航序列，第i個用戶之第一組領航序列與第i-1個用戶之第二組領航序列重疊，第i個用戶之第二組領航序列與第i+1個用戶之第一組領航序列重疊。

由於本發明多用戶資料封包之領航序列係以重疊的方式傳送，因此不會降低系統頻寬使用率。此外，利用重疊之領航序列，可在系統通道估測時，降低其因干擾而產生的估測誤差，以及降低用戶間的相互干擾，使得整體系統效能提升。

參考圖2，其顯示本發明用於正交分頻多工系統之多用戶資料封包排列方法之示意圖。本發明用於正交分頻多工系統之多用戶資料封包20排列方法包括：提供複數個用戶資料封包21、22、23；及依用戶排序方向排列(0至N-1封包)，每一個用戶資料封包依序具有一第一組領航序列、一用戶數據訊號及一第二組領航序列。第i個用戶之第一組領航序列與第i-1個用戶之第二組領航序列重疊，第i個用戶之第二組領航序列與第i+1個用戶之第一組領航序列重疊。。

在本實施例中，該第一組領航序列包括三個領航訊號，該第二組領航序列包括三個領航訊號。第i-1個用戶資料封包21具有一第一組領航序列第一個領航訊號211、一第一組領航序列第二個領航訊號212、一第一組領航序列第三個領航訊號213、一用戶數據訊號214、一第二組領航序列第一個領航訊號215、一第二組領航序列第二個領航訊號216及一第二組領航序列第三個領航訊號217。

第i個用戶資料封包22具有一第一組領航序列第一個領航訊號221、一第一組領航序列第二個領航訊號222、一第一組領航序列第三個領航訊號223、一用戶數據訊號224、一第二組領航序列第一個領航訊號225、一第二組領航序列第二個領航訊號226及一第二組領航序列第三個領航訊號227。

第i+1個用戶資料封包23具有一第一組領航序列第一個領航訊號231、一第一組領航序列第二個領航訊號232、一第一組領航序列第三個領航訊號233、一用戶數據訊號234、一第二組領航序列第一個領航訊號235、一第二組領航序列第二個領航訊號236及一第二組領航序列第三個領航訊號237。

在本實施例中，以第i個用戶之資料封包為例說明，第i個用戶之第一組領航序列第一個領航訊號221與第i-1個用戶之第二組領航序列第一個領航訊號215重疊，第i個用戶之第一組領航序列第二個領航訊號222與第i-1個用戶之第二組領航序列第二個領航訊號216重疊，第i個用戶之第一組領航序列第三個領航訊號223與第i-1個用戶之第二組領航序列第三個領航訊號217重疊；第i個用戶之第二組領航序列第一個領航訊號225與第i+1個用戶之第一組領航序列第一個領航訊號231重疊，第i個用戶之第二組領航序列第二個領航訊號226與第i+1個用戶之第一組領航序列第二個領航訊號232重疊，第i個用戶之第二組領航序列第三個領航訊號227與第i+1個用戶之第一組領航序列第三個領航訊號233重疊。

因此，透過利用正交重疊的觀念，將相鄰用戶的領航訊號重疊，並利用領航訊號設計來達到干擾消除的效果。並以重疊領航訊號所需的正交特性理念，結合通道估測時有較小的干擾影響。再以對稱的方式放置，以使得相鄰的用戶有相同的干擾量。假設在第i個用戶和第i-1個用戶之間相鄰的載波[k-1 k k+1]重疊放置領航訊號V,U如下：

其中，△₁,△₂為旋轉的相位差，θ為領航訊號的相位項。

由式(1)可推得正交成立條件為

假設在接收端對第i個用戶的頻率偏差修正係正確，則在接收端第K-1,K和第K+1載波的接收訊號Y _i(k-1),Y _i(k)和Y _i(k+1)可表示成

其中，ε _i-1代表第i-1個用戶在系統補償第i個用戶頻率偏差後的載波偏差值。

其中，I(α)代表載波頻域偏差為α時的參數表示式。

而式(3)中，H _i,H _i-1各代表第i個用戶和第i-1個用戶的傳輸通道在頻域訊號表示方式。如此，藉由領航訊號針對第i個用戶作通道的估測：

其中，Z _i=I(2+ε _i-1)+I(-2+ε _i-1)+I(1+ε _i-1)2cos(△₁)+I(-1+ε _i-1)2cos(△₂)。

由式(4)可推得，估測傳輸通道的干擾在此領航訊號使用下，可藉由適當設計△₁,△₂，來使得通道估測的干擾源Z _i有最小值，藉以改善估測傳輸通道的準確性。因此，我們選擇領航訊號設計如下：

其中θ並不影響式(5)的設計，可將之定位任意值。

故，較佳地，本發明重疊之領航序列具有正交特性，且在正交條件下，其中二個領航訊號之相位旋轉項△₁,△₂為120度及240度，以對稱的方式設置，則本發明之多用戶資料封包不僅可改善估測通道因載波頻率偏差，而使得估測準確性大幅衰減的缺點，並且亦可大幅降低用戶間相互的干擾。

根據以上推導，利用相同方法在第i個用戶和第i+1個用戶間可推得，第i個用戶之第二組領航序列，其結果如同把式(5)，第i-1個用戶的領航訊號應用於第i個用戶，而第i個用戶的領航訊號應用於第i+1個用戶。

如此，第i個用戶即可得到其使用頻帶的兩端通道估測結果，藉此兩結果再經過一階線性內插的運算方式，即可推得第i個用戶傳輸資料的傳輸通道環境。

以表1之通道模型A及通道模型B進行模擬，參考圖3，係以系統載波個數512，用戶設定個數16，調變模式為QPSK，通道模型為A，針對特定用戶載波頻率偏差補償完美，而其他用戶補償的載波頻率偏差則分別為±0.5和±0.3內的均勻分布時，本發明之多用戶資料封包與習知系統之多用戶資料封包，在估測傳輸通道準確度的比較。

參考圖4，係以系統載波個數512，用戶設定個數16，調變模式為QPSK，通道模型為B，針對特定用戶載波頻率偏差補償完美，而其他用戶補償的載波頻率偏差則分別為±0.5和±0.3內的均勻分布時，本發明之多用戶資料封包與習知系統之多用戶資料封包，在估測傳輸通道準確度的比較。

參考圖5，係以系統載波個數512，用戶設定個數16，調變模式為QPSK，通道模型為A，針對特定用戶載波頻率偏差補償完美，而其他用戶補償的載波頻率偏差則分別為±0.5和±0.3內的均勻分布時，本發明之多用戶資料封包與習知系統之多用戶資料封包，在接收端資料解調錯誤率的比較。

參考圖6，係以系統載波個數512，用戶設定個數16，調變模式為QPSK，通道模型為B，針對特定用戶載波頻率偏差補償完美，而其他用戶補償的載波頻率偏差則分別為±0.5和±0.3內的均勻分布時，本發明之多用戶資料封包與習知系統之多用戶資料封包，在接收端資料解調錯誤率的比較。

由上述之模擬結果顯示，本發明多用戶資料封包在估測傳輸通道準確度及接收端資料解調錯誤率均較習知系統佳。因此，由於本發明多用戶資料封包之領航序列係以重疊的方式傳送，故不會降低系統頻寬使用率。此外，利用重疊之領航序列，可在系統通道估測時，降低其因干擾而產生的估測誤差，以及降低用戶間的相互干擾，使得整體系統效能提升。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明。因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

10‧‧‧習知正交分頻多工系統多用戶資料封包

11‧‧‧第i-1個用戶資料封包

111‧‧‧第一個領航訊號

112‧‧‧用戶數據訊號

113‧‧‧第二個領航訊號

12‧‧‧第i個用戶資料封包

121‧‧‧第一個領航訊號

122‧‧‧用戶數據訊號

123‧‧‧第二個領航訊號

13‧‧‧第i+1個用戶資料封包

131‧‧‧第一個領航訊號

132‧‧‧用戶數據訊號

133‧‧‧第二個領航訊號

114、124‧‧‧空載波

20‧‧‧本發明之多用戶資料封包

21‧‧‧第i-1個用戶資料封包

211‧‧‧第一組領航序列第一個領航訊號

212‧‧‧第一組領航序列第二個領航訊號

213‧‧‧第一組領航序列第三個領航訊號

214‧‧‧用戶數據訊號

215‧‧‧第二組領航序列第一個領航訊號

216‧‧‧第二組領航序列第二個領航訊號

217‧‧‧第二組領航序列第三個領航訊號

22‧‧‧第i個用戶資料封包

221‧‧‧第一組領航序列第一個領航訊號

222‧‧‧第一組領航序列第二個領航訊號

223‧‧‧第一組領航序列第三個領航訊號

224‧‧‧用戶數據訊號

225‧‧‧第二組領航序列第一個領航訊號

226‧‧‧第二組領航序列第二個領航訊號

227‧‧‧第二組領航序列第三個領航訊號

23‧‧‧第i+1個用戶資料封包

231‧‧‧第一組領航序列第一個領航訊號

232‧‧‧第一組領航序列第二個領航訊號

233‧‧‧第一組領航序列第三個領航訊號

234‧‧‧用戶數據訊號

235‧‧‧第二組領航序列第一個領航訊號

236‧‧‧第二組領航序列第二個領航訊號

237‧‧‧第二組領航序列第三個領航訊號

圖1顯示習知正交分頻多工系統多用戶資料封包之示意圖；圖2顯示本發明用於正交分頻多工系統之多用戶資料封包排列方法之示意圖；圖3顯示本發明之多用戶資料封包與習知多用戶資料封包在通道模型A之估測傳輸通道準確度比較圖；圖4顯示本發明之多用戶資料封包與習知多用戶資料封包在通道模型B之估測傳輸通道準確度比較圖；圖5顯示本發明之多用戶資料封包與習知多用戶資料封包在通道模型A之接收端資料解調錯誤率比較圖；及圖6顯示本發明之多用戶資料封包與習知多用戶資料封包在通道模型A之接收端資料解調錯誤率比較圖。