WO2006010327A1

WO2006010327A1 - Procede de distribution de la puissance de frequence temporelle dans un systeme de communication

Info

Publication number: WO2006010327A1
Application number: PCT/CN2005/001129
Authority: WO
Inventors: Bingyu Qu; Sha Ma
Original assignee: Huawei Technologies Co., Ltd.
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2006-02-02
Also published as: EP1791282B1; EP1791282A1; CN1728695A; US20070153834A1; US7733828B2; EP1791282A4; CN100493060C

Description

一种通信系统时频资源的分配方法技术领域

本发明涉及无线通信系统分配时频资源的技术，特别涉及一种使用正交频分复用技术的通信系统的时频资源的分配方法。发明背景

利用地理区域进行区分的无线通信系统 , 例如蜂窝无线通信系统，通过划分地理上不同的通信区域而实现频率重用，以提高无线通信系统的容量。每一个通信区域可以被称为一个小区（cell )。当釆用简单的复用因子为一的频率资源分配时，不同小区采用相同的频率，因而工作于同一频率的不同小区的信号之间会相互干扰。

正交频分复用（OFDM )技术由于其克服多径、均衡处理筒单等特性在蜂窝无线通信系统的应用中越来越受到重视。 OFDM技术将无线通信系统的时频资源在频域内分为若干正交的窄带子信道，高速数据流通过串并变换在各个子信t上并行传输。由于子信道的窄带特性可以克服多径影响，并保持子信道之间的正交性，从而保证了小区内部用户之间的干扰很小。在申请号为 "PCT/04/000128"，名称为 "Multiplexing scheme in a communication system"的 PCT专利申请中给出一种 OFDM通信系统时频资源的分配方法，该方法在保证小区内干扰很小的情况下，还能够做到小区间干扰的平均化。该方法的一个特征是不需要频率规划，特别适用于频率重用因子为一的情况。具体地，该方法包含如下几步：生成一个基准时频图案；由该基准时频图案生成一组正交时频图案；在每个传输时间区间（TTI )对该组正交时频图案进行随机变化的循环移位；把得到的时频图案分配给一个或多个用户和 /或业务信道。

在该 PCT申请中，基准时频图案可以通过 Costas序列生成；对正交时频图案进行随机变化的循环移位可以是基于时间的，也可以是基于频率的；把得到的时频图案分配给一个或多个用户和 /或业务信道时 , 可以采用随机的方式。

下面是该 PCT申请中的一个具体的实施例。

采用 OFDM技术的无线通信系统的时频资源是由时域和频域形成的二维平面。该方案中，整个无线通信系统分配的带宽在频域被预先分成 N个子载频 ( subcarrier ), 连续 n个子载频又构成一个子频带 ( subbands ), 整个用户和 /或业务信道可用的频域资源被分成！ ^个子频带，把子频带作为一个基本频率单元。同时，一个 TTI由 M个基本时间单元构成，每个基本时间单元可以为 1个 OFDM符号时间，因而一个 TTI内的时频平面就是由 M个基本时间单元和 F个基本频率单元形成的二维格点的集合。

一个时频图案定义为时频平面上的一组二维格点，一个 TTI内的时频资源可以被分割成一组互相正交的时频图案，通过分配时频图案给一个或者多个用户和 /或者信道，实现时频资源的共享。

在该 PCT申请中，每个时频图案可以按基本时间单元指标的顺序，写成由各基本时间单元内占用的基本频率单元指标的序列的形式。例如，序列 = Ρ(0), (1)^(2),..., (Μ- 1)}对应的时频图案为：在第个基本时间单元内占用的频率单元的指标为 ( )。

时频图案可以由一个长为 F的 Costas序列构造而成，该 Costas序列如下： TFP_gemrlc ={p(0),p(l p(2),...,p(F-l)}。

其中，长度为 F的 Costas序列定义为 {0,1,U- 1}的一个置换序列，满足: P_i+n -Pi≠P_J+„-Pj ' 当，并且 + {0,1, ...,Π}。

时频图案 TF^由 TFP_g , TF 的长度为 M,则当 M <= F时， TF₀° (k) = p{k) , t = 0,l,2,...(M- 1), 即时频图案由 7F _ge„ ^的前 Μ位组成的序列片断生成；当 M> 时， =0,1,2,...( -1)时2^。°(^) = 7(^) , = F,(F + 1),.."(M— 1)时 7^。。(^ = ;?(Μ— A— ，即时频图案由 TFP_generic级联其前 (M - F)个元素的逆序生成。 iZ, TF_Q k) = s₀° (k) k = 0,\,2,...,(M -l) , 则时频图案 TF。。经过频域循环移位 f 后生成的时频图案为： 7^ (^ = 4 = 0,1,2,—(M -1) , 其中由此可以看出，不同的频域循环移位生成不同的正交的时频图案，一共可以生成种正交时频图案。这组时频图案将用来分配给同一小区内一个或者多个用户和 /或业务信道。每一个 TTI内，同一小区可用的时频图案由上述这组时频图案经过随机的时域循环移位生成，比如，其中的时频图案 2Ϊ>°经过时域循环移位后生成的图案为：

7^ (^) = (^) ^ = 0,1,2,...( -1) ,其中 = + Omod kf)。针对时频图案：一共可以有 M种不同的时域循环移位。

为了减少小区间时频图案冲突,各小区有一个本小区特定的多值扰码序列 , 用来控制随 TTI变化的时域循环偏移由于扰码序列具有伪随机性，所以即使两个小区在某个 TTI选择了相同的时域循环偏移量而导致同步，它们在下一个 ΤΉ再同步的可能性也会非常小。

虽然两个小区在某个 TTI选择了相同的时域循环偏移量的概率为 1/M, 可是一旦出现这种情况，就会导致两个小区可用的时频图案完全相同，此时就会出现这两个小区的业务信道受到对方的完全干扰的情况，从而导致较大的误码率。为了进一步降低业务信道所受的干扰，小区内用户的业务信道可以在每个 TTI 内随机选择小区内生成的个正交的时频图案中的任何一个。此时，在小区的时频资源没被完全占用的情况下，每个时频图案和邻小区完全重叠的概率小于 1/M, 但会大于 1/ ( M*F )。例如：当 M=12, F=15时，可用的总的时频图案个数只有 15*12种，即使在最随机的情况下，一个小区内用户业务信道采用的时频图案刚好也被邻小区用户业务信道采用的概率也要大于 1/(15*12)。

由以上所述可以看出，该 PCT申请中的时频资源的分配方式可以在完全不需要资源规划的情况下工作。它利用时间偏移量的随机化来尽量避免小区间时频图案的完全重叠，并利用频率偏移量的遣机化来进一步减少业务信道重叠的概率。但该 PCT申请的实施例中因为可用的时间偏移量和频率偏移量比较有限，因此这种随机化还不够充分，会导致小区间业务信道的较大颗粒度重叠的概率较高，在符号同步系统下表现为时频图案的完全重叠 , 在符号不同步系统下表现为时频图案内每个符号的部分重叠。在出现较大颗粒度重叠的时候，该方案会导致较高的误码率。发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通信系统时频资源的分配方法，该方法不需要任何资源规划，在保证小区内干扰小的同时，使小区间的干扰充分平均化。

根据上述目的，本发明的主要技术方案是这样实现的：一种通信系统时频资源的分配方法，应用于使用正交频分复用技术的无线通信系统，该方法包括：

A、设置用于分配通信系统时频资源的一个以上的时频图案；

B、截取时频图案的一种宽度或者多种宽度的循环滑动窗内的片断，形成片断时频图案；

C、根据得到的片断时频图案形成多个不同的片断时频图案组，每组内的片断时频图案互相正交；

D、在每个传输时间区间内，随机变化地选择一组或者一组以上的片断时频图案组；

E、分配选定的片断时频图案组内的时频图案给该传输时间区间内的一个或者多个用户和 /或业务信道。

步骤 A所述一个以上的时频图案能够分成多个组 , 同一组内的时频图案互相正交，且不同组的时频图案之间交点至多为一个。

步驟 A所述的时频图案是满足二维相关性质的组数最大的时频图案集合。步骤 B所述对时频图案进行片断截取的循环滑动窗为时间域的、或频率域的、或时间域和频率域组合的。步骤 B所述对时频图案进行片断截取的一种宽度或者多种宽度的循环滑动窗采用固定时间和 /或频率窗口位置的循环滑动窗。

步骤 B所述形成片断时频图案为：根据每个给定的窗口宽度，固定滑动窗的位置，并遍历由步骤 A的一个以上的时频图案形成的一个时频图案组内互相正交的时频图案，得到与该时频图案组对应的多个片断时频图案，之后再用同样方式遍历步骤 A的一个以上的时频图案形成的其它时频图案组，分别得到与每个时频图案组对应的多个片断时频图案，所得到的与每个时频图案组对应的多个片断时频图案互相正交；

步驟 C所述才艮据得到的片断时频图案形成多个不同的片断时频图案组为：根据步骤 B中遍历每个时频图案组所得的多个片断时频图案自然形成片断时频图案组，且所得到的每个片断时频图案组与原有的时频图案组——对应。

步驟 D所述随机变化选择的选择方式由小区指定的多值伪随机序列确定。步骤 D所述在每个传输时间区间内，随机变化选择的一个或者一个以上的片断时频图案组能够无重叠地填满传输时间区间内的时频资源。

步驟 E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案给一个或多个用户和 / 或业务信道的方式根据每个传输时间区间随机变化。

步骤 A所述的一个以上的时频图案超出了无线通信系统占用的频域基本单元总个数，在步驟 B中进行窗宽为频域基本单元总个数的频域循环滑动窗的片断截取。

步骤 A所述的一个以上的时频图案通过设置的一个以上的序列生成，所述序列表示的时频图案是各基本时间单元对应的频率单元指标的映射，或者是各基本频率单元对应的时间单元指标的映射。

所述基本频率单元是一个子载频。

所述序列是 Costas序列、或者拉丁方序列、或者修改的拉丁方序列、或者线性双曲序列、或者修改的线性双曲序列。

所述序列为 Costas序列，该序列由 Welch构造得到。该方法进一步包括采用步骤 E所述的时频图案发送数据流的过程：发送方将要发送的一个或者多个用户和 /或业务信道的数据流映射在相应的分配给一个或者多个用户和 /或业务信道的时频图案上进行发送。

该方法进一步包括釆用步骤 E所述的时频图案接收数据流的过程：接收方根据步骤 E所述的一个或者多个用户和 /或业务信道占用的时频图案从接收的数据流中解映射出相应的一个或者多个用户和 /或业务信道的数据。

从上述方案可以看出，本发明通过截取具有很好相关性质的较长时频图案的片断形成多个片断时频图案，再由片断时频图案形成多个片断时频图案组，每个 TTI随机的选择片断时频图案组，再由选定的时频图案组中的片断时频图案以某种随机的方式形成一个或者多个用户和 /或业务信道占用的物理资源。而申请号为 "PCT/04/000128" 的 PCT申请的实施例中只利用了在情况下一个时频图案的一个片断，或者只利用了在^ > 情况下两个时频图案的两个片断，来形成基准时频图案，再利用基准时频图案的循环平移，来生成时频图案组。

本发明的这种片断化方法，增加了传输时间区间内可以采用的时频图案的个数，同时又完全继承了长时频图案很好的相关性质，降低了不同小区业务信道完全重合的概率。进一步地，本发明在一个传输时间区间内的时频资源可以用多个片断时频图案组填充，这样不同小区在一个传输时间区间内完全重合的概率就更小了，取而代之的是更多较小颗粒度的重叠，改变了重叠的时频资源的分布。

本发明与现有技术不同的是，频域可以在子载频的基础上先形成大量小粒度的时频图案，然后按照用户的业务需求选取若干时频图案生成用户业^言道，这种方式可进一步增加传输时间区间内可用的时频图案的个数，降低用户业务信道完全重合的概率。

进一步地，本发明中时频图案不仅可以由 Costa序列得到，例如，本发明中给出利用 Welch构造生成的具有很好二维相关性质的 Costas序列。而且还可以釆用拉丁方序列、或者修改的拉丁方序列、或者线性双曲序列、或者修改的线性双曲序列等具有很好二维相关性质的序列得到。本发明提供的方法不需要任何时频资源规划，并在保持小区内干扰较小的同时, 使得小区间的干扰充分平均化。附图简要说明

图 1为本发明实施例中一个长序列对应的时频图案示意图。

图 2为本发明实施例中一个小区的一个用户的业务信.道分配的时频图案示意图。实施本发明的方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进行进一步详细说明。

本发明中，基于 OFDM技术的蜂窝无线通信系统的时频资源表示为由时域和频域形成的二维平面，一个 TTI内的时频平面是由 M个基本时间单元和 N 个基本频率单元形成的二维格点的集合。通常，基本时间单元为一个 OFDM符号时间, 一个基本频率单元为一个子载频。当然，基本时间单元也可以由多个 OFDM符号组成, 基本频率单元也可以由多个子载频组成, 即由多个子载频构成的子频带组成。时频图案定义为时频平面上的一组二维格点，一个 TTI的时频平面可以由一组正交的时频图案组成。通过将时频图案分配给一个或者多个用户和 /或业务信道，实现时频资源的共享。

本发明的通信系统时频资源的分配方法，其具体实现步骤为：

步骤 100、按照一定的规则为时频资源设置一个以上的时频图案；步骤 101、从步骤 100形成的多个时频图案中截取相同宽度或不同宽度的循环滑动窗内的片断，形成新的片断时频图案；

步骤 102、由步骤 101形成的新的片断时频图案组成多个不同的片断时频图案组，每组内的片断时频图案是正交的；步骤 103、在每个 TTI内 , 随机变化地选择一组或者多组步骤 102所述的片断时频图案组；

步骤 104、分配选定的片断时频图案组内的时频图案给该 ΤΤΙ内一个或者多个用户和 /或业务信道。

以下分别对每个步驟进行详细的说明：

在步骤 100中所设置的一个以上的时频图案，满足二维相关性质：每组内的时频图案之间是正交的，不同组的时频图案之间交点至多为一个。

步骤 100中的时频图案可以由满足二维相关性质的序列生成，序列满足的二维相关性质为：由不同的组构成，每组内序列之间是正交的，不同组之间的序列交点至多一个。可以用数学语言描述为：对不同的 t,/，序列 p(t,f,i),i = 0X...,L -l , 满足性盾：

1 )对/ i≠/₂ ' p t, Λ , ΐ)≠ pit, , , i = ο,ι,..., J - 1

2 )

0,1," " 一 1中相同的元个数 ( element )至多一个。

这里整数变量 t用来标识不同的组，整数变量 f用来标识组内不同的序列。由序列形成时频图案，形成的方式有两种，第一种为：序列表示为不同时间单元对应的频率单元指标，即；(t,/,f)表示第 ί个时间单元内占用的频率单元的指标，定义为方式 a; 第二种为：序列表示为不同频率单元对应的时间单元指标，即 _p(t,/,0表示第个频率单元内占用的时间单元的指标，定义为方式 b。

用来形成步骤 100中设置的时频图案的序列，可以是 Costas序列。 Costas 序歹 ij可以参考文献 "Solomon W. Golomb and Oscar Moreno, "On Periodicity properties of Costas Arrays and A Conjecture on Permutation Polynomials", IEEE Tran. On Information Theory, Vol. 42, No. 6 November 1996。 "

由指数或者对数 Welch构造生成 Costas序列的生成方法如下。

是一个素数， g是它的一个原根，则由 {g¹, ,...,^-¹}形成的长为 -l的序列是一个 Costas序列。不妨假设通信系统占用的频率基本单元的数目 N为或 1。利用指数 Welch构造，则定义 ={p( ),p(l),...,p(_P-2)},p(k) = g^k+1；或者利用对数 Welch 构造，贝' J 定义 So⁰ ={_ρ(0),ρ(1), 2)} , 其中； ) = log(A: + l) , log： g^l -^ΐ,ΐ = θχ...,ρ-2。

定义 ={4(0),4(1),4(2),...,4θ- 2)}, 其中 4(Α) = (^(^) + /)ηι₀(1 。 /可以取值 0,1,..., -1 , 一共有种，下标表示序列值域的 mod_p平移。定义 S_f ^l = {s_f' (0), s_f' (1), s_f' (2),·.., _f' (p-2)} , 其中 4 (k) = ((k + 1) modO— 1))。 t可以取值 0X...,p-2, 一共有 1种，上标表示序列的定义域的 modO_l)的平移。

对于 4(ζ'),ζ· = 0,1，...，;7— 2 , f e{0X...,p-l},te{0X...,p-2} , 定义多个序列 p(t,f,i),i = 0X...,p-2, fe{0X...,p-l},t e {0,1,...,;? -2} , p(t,f,i) :=s_f' (i), 由 Welch构造 P道， p(t,f,i) = s_f ^t (i) , i = 0X...,p-2, f e {Ο,Ι,.,., -1}, t e {0,1,..., -2} , 不同的对应不同的序列组，不同的 /对应组内不同的序列，满足性质 1和 2。

还可以定义多个序列 ,/,ζ

(i) , ζ· = 0,1,·..,;?- 2,^{0,1,..., ?- 1},/.ε{0,1,...,;?- 2}则同样满足性质 1 和 2,—点不同是这样定义的每个序列组内的序列没有占满整个值域 [0, -1]。

设通信系统占用时频平面上 W个子载频, 当 Ν = ρ时, 可以采用 s_f' = ( (o),4 (i),...,4 (p - 2)}表示每个时间单元对应的频率单元指标，如 4 (k)表示第个时间单元对应的频率单元的指标是即序列生成时频图案的方式 a, 此时性质 1表明对同一个 ^ 不同的频率平移 /对应的时频图案之间是正交的；性盾 2表明，对于两个不同的时间循环平移 ^对应的两个时频图案，交点至多有一个。

当 N = -1时，可以采用 S〉 (0) (1),..., 40- 2)}表示每个频率单元对应的时间指标的值，即序列生成时频图案的方式 b, 此时性质 1表明，对于同一个频域循环平移不同的时间平移 /对应的时频图案之间是正交的；性质 2表明，对于具有两个不同的频域循环平移 t的时频图案交点至多有一个。本发明通过 Welch构造的 Costas序列得到的时频图案，在能够填满时频平面的同时，保持了至多只有一个交点的很好的性质。而前面提到的申请号为 "PCT/004/000128"的 PCT申请中的 Γ₄构造得到 Costas序列生成的时频图案交点更多。

本发明步骤 100中的一个以上的时频图案是满足二维相关性质的组数最大的时频图案的集合，即如果还有一个时频组可以加入已经满足二维相关性质的时频组，仍然保持二维相关性质，则本发明采用更大的时频图案组的集合。根据 J. H. van Lint and R. M. Wilson: A Course in Combinatorics, Second Edition, Cambridge University Press 1992, 2001 Latin squares理论, 知道 n阶的 Latin squares 的最大组数是 n-1。 Costas序列形成的是 (q- l)*q长方形的 Latin squares, 通过增力 p—列（g- 1,4- 2,...,0f , 则形成 q阶的 Latin squares„ 因此， Costas序列形成的组数最大是 q-1组。证明了 Costas序列生成的步骤 100中的时频图案是组数最大的。其它的序列，例如拉丁方序列，修改的拉丁方序列，线性双曲序列和线性双曲序列，可以同样证明组数最大的性质。通过选择完备的时频图案， •可以获得最大的随机化。

步驟 100中设置的时频图案，可以超出通信系统占用的子载频，在后续步骤中可以通过截取得到通信系统占用的子载频上的时频图案，例如 Costas序列情况下，可以选择一个不小于通信系统占用的子载频的最小的素数。步骤 100 中设置的时频图案，也可以不占满通信系統占用的子载频。

步骤 101中，对步驟 100中的时频图案截取循环滑动窗内的片断，这里循环滑动窗可以是时域上的，也可以是频域上的，还可以是时域上和频域上的组合。

当截取循环滑动窗宽度为 S的时域循环滑动窗内的片断时，通常情况下，滑动窗的宽度 s小于步骤 loo 中的时频图案的时间长度 r。例如，在申请号为

"PCT/004/000128" 的 PCT申请的一个例子中，子载频的个数有 705个，一个 TTI内的 OFDM符号为 12个。在频率单元为子载频的情况下，步骤 100中可以选择 = 709的 Costas序列 4(0生成的时频图案，生成的时频图案元素个数为 p - 序列采用方式 a生成时频图案时，时频图案的长度 = ;?- 1 = 708 , 这时可以选择时域滑动窗的宽度 S为 TTI内 OFDM符号的个数 12,远小于时频图案的长度 708。步骤 100中的每个时频图案可以截取 Γ个长度为 S的时间片断。

当截取滑动窗的宽度?的频域循环滑动窗内的片断时，通常情况下，滑动窗的宽度、于步骤 100中的时频图案的频率指标最大值。步驟 100中的每个时频图案可以截取 F个长度为 R的频率片断。

片断的截取还可以在时域和频域上同时进行。步骤 100所述的时频图案超出通信系统占用的频域基本单元总个数时，在步骤 101中进行时域循环滑动窗截取时，同时进行窗宽为频域基本单元总个数的频域循环滑动窗的截取。这相当于去掉了每个片断时频图案中频率指标大于频域基本单元总个数的点，也即去掉了那些超出频率资源范围的点。例如，在 Costas序列 (0情况下，当通信系统占用的频率子载频个数 N不为或时，则可以选择一个大于 N的最小素数生成长为 7-1的 Costas序列，在上述时频图案形成过程中，步骤 101中片断的截取还需要在原来的时域滑动窗截断的基础上进行频域的截断，去掉频率指标不属于 {0，1,...,N - 1}的时频图案中的点。这相当于又进行了窗宽为的频域滑动窗的截断。在进行片断截取时，通常只采用一种窗宽的时域或者频域或者时域和频域组合的滑动窗。也可以采用多种窗宽的滑动窗，这种方式通常应用在一个 TTI内的时频平面需要由多个不同宽度的片断时频图案组的时频图案无重叠填满的情况下。

由于步骤 100中的一个以上的时频图案组成的集合，通常满足其中的一个时频图案的时间和 /或频率循环平移仍然属于这个集合，例如 Costas序列生成的时频图案的时间循环移位和频率循环移位仍在时频图案集合内。因此，步骤 101 中，对步骤 100中的一个以上的时频图案进行一种或多种窗口宽度的循环滑动窗的截取时，可以固定循环滑动窗口的时间和 /或频率位置，即对步驟 100中所属的时频图案进行片断截取的一种宽度或者多种宽度的循环滑动窗采用固定时间和 /或频率窗口位置的循环滑动窗。即只保留不重复的片断时频图案。

步據 102中，对步骤 101形成的新的片断时频图案集合，组成多个不同的片断时频图案组，每组内的时频图案是正交的。

如果选择步骤 100的一个以上的时频图案，满足二维相关性质：可以分成多个组，每个组内的时频图案是互相正交的，不同组中两元素之间的交点最多为 n个，则步骤 102中最终形成的多个不同的片断时频图案组可以看作是这样形成的：首先通过执行步骤 101得到片断时频图案，具体是对每个给定的窗口宽度，固定滑动窗的位置，遍历由步骤 100设定的一个以上的时频图案形成的一个时频图案组，得到该时频图案组中的时频图案所对应的片断时频图案，所得到的这些片断时频图案仍保持互相正交，这些片断时频图案自然形成的这个片断时频图案组就得到步骤 102的一个片断时频图案组。为得到多个片断时频图案组，还需要以步驟 101中同样的方式再遍历步驟 100的一个以上的时频图案形成的其它时频图案组，则形成多个片断时频图案组。这样形成的片断时频图案组保持了步驟 100中原时频图案组的二维相关性质，自然形成步骤 102中的所需的片断时频图案组，这些片断时频图案组与步骤 101中所使用的时频图案组——对应。进一步，可以改变不同的滑动窗口位置，得到片断时频图案组。当步骤 100中的时频图案集合满足该集合中的时频图案在时间和 /或频率平移后仍属于该集合的情况下，可以固定滑动窗的时间和 /或频率窗口位置。

这样形成的片断时频图案组仍满足二维相关性质，并且不会增加总的交点个数。例如，不同片断时频图案组的两个长度为 S的片断时频图案分别来自同一个步骤 100 的长时频图案的不同时间平移或至多有 n个交点的两个步骤 100 中的长时频图案。由 "长时频图案至多有 w个交点或者长时频图案的不同时间平移至多有"个交点"可知，两个片断时频图案也最多只有 M个交点，并且一旦这两个片断时频图案出现个交点，则对应的，这两个长时频图案的 S等分的其它的成对的片断时频图案至多有个交点。由于考虑的通信系统可以不要求时间同步，因此通常要求步骤 100中的时频图案的不同时间平移之间得到两个时频图案之间的交点至多为 "个。

在利用 Costas序列 (0形成时频图案的情况下，满足上面的所有要求。具体地，在步驟 101 中，固定一个 t _e {0,l,..., - 2} , 固定一个窗口位置，遍历 f e {0X2,...,p -l} ,则得到一个片断时频图案组内互相正交的时频图案片断。再遍历所有的 t e {Ο,Ι,.,.,ρ - 2} , 则得到多个不同的片断时频图案组内互相正交的时频图案片断。这些片断时频图案组就是步骤 102中所需的片断时频图案组。在序列生成时频图案的方式 a时， /表示频率平移， t表示时间平移，即片断时频图案组内部的正交时频图案是通过频率平移得到的，不同的片断时频图案组是通过不同的时间平移得到。在序列生成时频图案的方式 b时， /表示时间平移， t 表示频率平移，即片断时频图案组内部的正交时频图案时通过时间平移得到的 , ' 不同的片断时频图案组是通过不同的频率平移得到的。

步骤 103中，对步骤 102中得到的片断时频图案组，才艮据小区的特定选取方式，每个 TTI随机地选取一组或多组。

对于用时间域和 /或频率域的循环滑动窗生成的片断时频图案组，则一个 TTI 内的时频平面可以分割成不同的块，每块选择一个片断时频图案组，无重叠地填满通信系统一个 TTI内的时频平面。例如，一个 TTI的长度为 2w , 则可以选择长度为《的两个片断时频图案组的所有片断时频图案无重叠地填满 TTI 内的时频平面。 TTI 内的时频平面可以由不同长度的片断时频图案组内的时频图案填充，不同长度的片断时频图案由步驟 101中对不同宽度的循环滑动窗的截取得到。在步驟 100中的时频图案占用的频率子载波没有占满通信系统的频率资源时，通过多个片断时频图案组，也可以填满 TTI内的时频平面。

这里，选取小于 TTI时间和 /或频率长度的片断时频图案组填满 TTI内的时频平面，可以减小资源分配的颗粒度，保持总的冲突量的概率不变的情况下，改变冲突的概率分布，进一步减少了大颗粒度完全冲突的概率。

每个 TTI 内的片断时频图案组的选择可以采用类似于宽带码分多址 ( WCDMA ) 系统的取多值的扰码的形式，随机取值。当两个小区在同一时刻选择了步骤 102中相同的正交片断时频图案组，则由选择的随机性知道，下一次两者再次选择相同正交片断时频图案组的可能性是很小的。

具体地，在利用 Costas序列形成时频图案的情况下，在序列通过方式 a生成时频图案时， t 表示不同的时间平移，即步驟 103通过随机选择不同的时间平移来选择不同的片断时频图案组; 在序列通过方式 b生成时频图案时, t 表示不同的频率平移，即步骤 103通过随机选择不同的频率频移来选择不同的片断时频图案组。

步骤 104 中，每个 TTI内，小区内一个或者多个用户和 /或业 ^言道可以映射到步骤 103中选取的片断时频图案组的一个或者多个时频图案上，即一个小区内一个或者多个用户和 /或业务信道在该 TTI内由片断时频图案组内的一个或者多个不同的片断时频图案组成。特别在基本频率单元采用子载频时，通过需要复用多个片断时频图案来输出更高速率的业务数据，这时一个用户的一个业 ^言道通常占用多个时频图案。

在步骤 104中，每个 TTI中的随机化区间内，小区内的一个或者多个用户和 /或业务信道占用步骤 103中选取的片断时频图案组内的一个或者多个时频图案，可以采用随机的方式。当小区内时频资源没有完全占用时，随机的方式可以进一步降低两小区的两个用户同时采用完全相同的时频图案的可能性。

具体地，在利用 Costas序列 (0形成时频图案的情况下，在序列通过方式 a生成时频图案时， /表示不同的频率平移，即步骤 104通过选择不同的频率平移来分配片断时频图案组内的时频图案给一个或者多个用户和 /或业务信道；在序列通过方式 b生成时频图案时， /表示不同的时间平移，即步骤 103通过选择不同的时间平移来分配的片断时频图案组内的时频图案给一个或者多个用户和 /或业务信道。方式 a时，可以利用连续的频率平移指标来形成由多个时频图案组成的业务信道；方式 b时，可以利用连续的时间平移指标来形成由多个时频图案形成的业务信道。在通过连续时频图案形成业务信道的时候，每个 TTI 可以随机地选择业务信道的开始的指标。

无线通信系统除了业务信道以外，一般还包括信令信道，公共导频信道等其它信道。考虑到这些公共信道的设计时，使用本发明提供的方法，可以预留一些时频资源给公共信道等其它信道使用。

针对上述方法，设计无线通信系统中的一种发射设备，实现步骤 100 ~步骤 104, 才艮据一个或者多个用户和 /或业^言道占用的时频图案，将一个或者多个用户和 /业务信道的数据映射在时频平面上发射。这种设备，可以是无线通信系统中的下行链路的发射设备，也可以是无线通信系统中的上行发送设备。因此，建立一个完全不需要资源规划的无线通信系统，此无线通信系统至少包含一个这样的发射设备。

针对上述的发射设备，相应地，可以设计无线通信系统中的接收设备，接收设备实现步骤 100 ~步骤 104, 并且才艮据一个或多个用户和 /或业务信道占用的时频图案，从接收的数据流中提取出相应的数据。发射设备至少包扩数据的编码，调制，时频资源分配， IFFT, D/A等单元；接收设备则至少包括数据的 AID, FFT, 时频资源解映射，解调，译码等单元。

本发明中，步骤 100 中的时频图案可以采用拉丁方序列（Latin square sequences ) 或者修改后的拉丁方序列生成。拉丁方序列构造方式参考文献 "Flarion Technologies, INC. US 6553019 Bl, Communications system employing orthogonal frequency division multiplexing based spread spectrum multiple access, 4/22,2003"

设序列长度 N为一个素数，修改后的拉丁方序列构造如下：

= ⁰(0)^₀° (l)^₀ ⁰(2),...^₀ ⁰(iV-2)} , 其中 = +

此序列进行乘数为 /的乘法运算后得到序列：

S_f° = {s_f ^a (0),s_f ⁰ (l),s_f ⁰ (2),...,s_f ⁰ (N - 2)} , 其中 4(0 = (/ s₀° (i))modN

/可以取值 1 , 2, N-1 , —共有 N-1种。经过循环移位 ^，得到的序列为： S_f' = {4(0),4(1),4(2),...,4(N— 2)} , 其中 4(0 = (s_f°(i) + t)modN

可以取值 0, 1, 2, …， N-l, 一共有 N种。

可以定义;^,/,0 = (0。步骤 100 中，可以由序列生成时频图案的方式 a 或者方式 b形成时频图案 ₉ 为了简单，我们仅采用方式 b形成时频图案为例子，即 (0表示第个基本频率单元对应的时间单元是 ^(0。这时表示乘法因子， f 表示时间平移。明显，这样定义的满足性质 1和性质 2。

步骤 101中，采用长度为 S<N-1的时域滑动窗截取步骤 100中的长时频图案，并固定一个乘法因子 te{l,2,...,N-l}，固定一个时域滑动窗位置，则所有的时间移位 f e {0,1,2,...,N - 1}得到的片断时频图案形成一个片断时频图案组内的正交的时频图案。

步骤 102 中，遍历所有的 t_e{l,2,...,N-l}，得到所有的窗宽为 S的片断时频图案组。

步驟 103中，在长度为 S的 TTI区间内，根据小区特定的取值为 {1，2,...，N- 1} 的扰码，随机选择一个乘法因子 t_e{l,2,...,N- 1}，来选定一个片断时频图案组。

步骤 104中，片断时频图案组选定后，随机选择片断时频图案组内的不同时间移位的时频图案分配给一个或者多个用户和（或）业务信道。

如果定义 _p(t,/,0 = 4(0, 则步骤 102 中不同的片断时频图案组是采用不同的时间平移的方式得到的；步骤 104中用户的业务信道所分配的片断时频图案是通过选取不同乘法因子的方式实现的。这时，选择一个片断时频图案组填不满每个 TTI内的时频平面，而是根据 ^值的不同，在时频平面上空一个不同的子载波，这时可以随机选择用频率域窗口宽度为一的片断时频图案组填满这一个子载频，保证好的相关性质。

如果修改上面的定义，

其它不变，则是拉丁方序列。这时，定义 (,/,ί) = (0, 可以采用方式 b形成时频图案，其余的步驟类似。该情况下，步骤 102中不同的片断时频图案组是通过不同的乘法因子的方式得到的；步骤 104中用户的业务信道所分配的片断时频图案是通过选取不同的时间平移量的方式实现的。类似地,可以采用线性双曲序列（ Linear hyperbolic sequences )或者修改后的线性双曲序列。线性双曲序列的构造方式参考 Flarion Technologies. INC. WO/03001696 A2, Method of tone allocation for tone hopping sequences.03/01.2003。

修改后的线性双曲序列构造如下，定义 = (0)^₀ ⁰ (1)^₀ ⁰ (2),...,^° (N- 2)} , 其中 ^© = ^1。

此序列进行因子为 /的乘法运算后得到序列: 这里咖 -¹

/可以取值 1, 2, N-1, 一共有 N-1种。

S_f。经过循环移位 , 得到的序列为：

S_f' = {s_f' (0), s_f' (1), (2),···, (N - 2)} , 其中 4() = (4 ') + t)m。dN

可以取值 0, 1, 2, N-1, 一共有 N种。同样，可以定义 ^，/，？^^^ 或者 ^，/，；^^ '）。可以由方式 a或者方式 b 形成时频图案。

如果修改上面的定义， S₀° ={_S0°(0) ₀(l),s_a ⁰(2),..._>S0 ⁰(N-l)} , 其中^ )= 其它不变，则是线性双曲序列。时频资源的分配方法与上面类似。

拉丁方序列或者线性汉曲序列利用不同的乘法因子形成时频图案组内的不同的时频图案时，不同的时频图案之间不会正交，可以通过将交点分配给某一个时频图案来完成正交化。

.下面举一个简单的例子进行说明。设基本频率单元是子载波，基本时间单元是 OFDM符号，并设置频域有 N=17子载波，并设 TTI长度和片断的长度，即随机化区间的长度，相同，一个 TTI内有 S=4个 OFDM符号，并设置同一小区内的业务信道个数也是 4个。由指数 Welch构造生成 Costas序列，先由有限域^的原 3的幂得到长为 N-l=16的 Costas序列：

L={3,9, 10, 13, 5, 15, 11, 16,14, 8, 7， 4, 12, 2， 6, 1 }。

该序列有 16种互相正交的时域循环移位，每个时域循环移位又有 17种互不相交的频率循环移位，记为 (t,/, )， ζ· = 0山…， 15; t = 0,1,2，..., 15; / = 0,1,2, ...,16 表示时域循环移位量， /表示频率循环移位量。这些序列满足二维相关性质，此时 f用来标示不同的组，每组内时频图案是由其第一个时频图案，即/ = 0对应的时频图案经过不同循环频移形成。

这里釆用方式 a作为序列形成时频图案的方式，即序列的标号的项对应的值表示时频图案在标号的时间单元内占用的频率单元的值。序列 (0，0，:) = 对应的图案如图 1所示。

由不同位置的滑动窗的窗宽为 M=4 的时域滑动窗截取每个这样的长时频图案，都可以得到 16种互不相交的长为 4的片断时频图案，注意到起始位置为

^。的时域滑动窗截取 ?(t,/,0得到的片断，和起始位置为 0 的时域滑动窗截取 (t + t_Q ,/, )得到的片断是相同的，因而互不相同的片断时频图案是 17*16=272 种。

因为时域滑动窗位置和时间循环移位量 ^的上述这种关系，片断时频图案组的形成只需要固定遍历其所有时域滑动窗或者只需要固定滑动窗位置，遍历即可，不同的时域滑动窗位置对应不同的正交片断时频图案组，共有 16组，每组内 17个片断时频图案，同组内的时频图案是同一个时频图案的不同频率循环移位生成，并可以填满整个 ΤΤΙ内的时频平面。如此形成的片断时频图案组仍满足：同一组内的时频图案没有交点，不同组的任意两个时频图案至多有一个交点。

记这样得到的片断时频图案为 4, / = 0,1,2,...,15； _ = 0,1,2, ...,16 , ζ·表示不同的滑动窗位置，也就是组号，表示不同的循环频域移位量。每个 TTI各小区的扰码序列将指示所选用的正交片断时频图案组，也就是指示不同的 ζ'值。不同小区独立进行，因而可能出现选择完全相同的 ζ'的情况。假设当前 ΤΤΙ小区 Α选择 _ζ· = 3的正交组，小区 Β选择 ί = 6的正交组。

由于同一小区内的业务信道个数是 4个，每个业言道是由当前 ΤΤΙ所选正交片断时频图案组内的 4个或 5个片断时频图案组成，组成同一个业 ^言道的这几个图案可以为下标连续的，也可以是不连续的。两个小区每个 ΤΤΙ可以随机选择业 ^言道占用的时频图案，比如小区 Α在当前 ΤΤΙ的业务信道 1由 { ^,!^^}组成，业务信道 2由 { , , ³ ₆, }组成，业务信道 3由 { , , ), ^}組成，业务信道 4 由 { ₂， ₃, ₄，Zf₅}组成，小区 B在当前 TTI 的业务信道 1 由 { ⁶ ₃,4, , }組成，业务信道 2由 { ⁶ ₇ , ⁶ ₈, , 。}组成，业务信道 3由 {L⁶ _U,L⁶ ₁₂,L⁶ ₁₃,I^} 组成，业务信道 4由 { ₅，4,Ζ^δ。,_ 组成，这种情况下两个小区的任意两个业务信道的交点至多为 4个。

例如，某个用户占用了小区 Β的第 3个业务信道 {4,4,4,4} , 则

= {5,10,8,2}， Ιξ₂ = {6,11,9,3}， = {7,12,10,4}， ΐξ₄ = {8,13,11,5}。

如图 2所示，它由 4个片断时频图案组成，图中每种底纹代表一个时频图案。

对 Ν不是素数或者素数减一的情形，如果仍采用 Welch构造形成基准序列，则可以选择一个大于 N的最小素数生成长为 p-1的 Costas序列。比如 N=14 时，采用大于 14的最小素数 p=17,构造的 Costas序列的 p=17种互不相交的循环频率移位将得到步驟 100的多个序列，当序列中值域出现大于 13的情况则去掉该值对应的时频平面中的点。

这种情况下，不同的片断时频图案组是采用不同时间平移的方式得到的；用户的业务信道分配的正交片断时频图案组内的时频图案是通过选取不同的循环频率移位量实现的。

另一方面，步骤 100设置的时频图案也可以这样分组，每组内时频图案是由其第一个时频图案经过不同循环时移形成。不同组的第一个时频图案是 L的不同循环频移。方式 a 映射的情况下，可以记为序列 p(t,f, i\ = 0,1,...,15； ί = 0,1,2,..,16; = 0,1,2,...,15 , t表示频 i或循环移位量， /表示时域循环移位量。此时 t用来标示不同的組，每组内时频图案是由其第一个时频图案经过不同循环时移形成。

仍由不同位置的窗宽为 M=4的时域滑动窗截取每个这样的长时频图案，都可以得到 16种互不相交的长为 4的片断时频图案，注意到固定频率移位 f ,其所有不同位置的时域滑动窗截取的片断組成的片断时频图案组是相同的，因而只需要固定时域滑动窗位置，遍历所有频率移位 ^即可。例如固定滑动窗位置为 0, 遍历所有频率移位得到不同的正交片断时频图案组，共有 17组，每组内 16个片断时频图案，同组内的时频图案是由同一个长时频图案的不同时域循环移位生成。

这种情况下，不同的片断时频图案组是采用不同频率平移的方式得到的；用户的业务信道分配的正交片断时频图案组内的时频图案是通过选取不同的循环时间移位量实现的。

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做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1、一种通信系统时频资源的分配方法，应用于使用正交频分复用技术的无线通信系统，其特征在于，该方法包括：

A、设置用于分配通信系统时频资源的一个以上的时频图案；

E、分配选定的片断时频图案组内的时频图案给该传输时间区间内的一个或者多个用户和 /或业务信道。 '

2、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，步驟 A所述一个以上的时频图案能够分成多个组，同一组内的时频图案互相正交，且不同组的时频图案之间交点至多为一个。

3、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，步骤 A所述的一个以上的时频图案是满足二维相关性质的组数最大的时频图案集合。

4、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，步驟 B所述对时频图案进行片断截取的循环滑动窗为时间域的、或频率域的、或时间域和频率域组合的。

5、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，步骤 B所述对时频图案进行片断截取的一种宽度或者多种宽度的循环滑动窗采用固定时间和 /或频率窗口位置的循环滑动窗。

6、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，步骤 B所述形成片断时频图案为：根据每个给定的窗口宽度，固定滑动窗的位置，并遍历由步骤 A 的一个以上的时频图案形成的一个时频图案组内互相正交的时频图案，得到与该时频图案组对应的多个片断时频图案，之后再用同样方式遍历步骤 A的一个以上的时频图案形成的其它时频图案组，分别得到与每个时频图案组对应的多个片断时频图案，所得到的与每个时频图案组对应的多个片断时频图案互相正交；

步驟 C所述根据得到的片断时频图案形成多个不同的片断时频图案组为：根据步驟 B中遍历每个时频图案组所得的多个片断时频图案自然形成片断时频图案组，且所得到的每个片断时频图案组与原有的时频图案组——对应。

7、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，步骤 D所述的随机变化选择的选择方式由小区指定的多值伪随机序列确定。

8、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，步骤 D所述在每个传输时间区间内，随机变化选择的一个或者一个以上的片断时频图案組能够无重叠地填满传输时间区间内的时频资源。

9、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，步骤 E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案给一个或多个用户和 /或业务信道的方式根据每个传输时间区间随机变化。

10、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，步骤 A所述的一个以上的时频图案超出了无线通信系统占用的频域基本单元总个数，在步骤 B中进行窗宽为频域基本单元总个数的频域循环滑动窗的片断截取。

11、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，步骤 A所述的一个以上的时频图案通过设置的一个以上的序列生成，所述序列表示的时频图案是各基本时间单元对应的频率单元指标的映射，或者是各基本频率单元对应的时间单元指标的映射。

12、如权利要求 11所述的方法，其特征在于，所述基本频率单元是一个子载频。

13、如权利要求 11 所述的方法，其特征在于，所述序列是 Costas 序列、或者拉丁方序列、或者修改的拉丁方序列、或者线性双曲序列、或者修改的线性双曲序列。

14、如权利要求 11 所述的方法，其特征在于，所述序列为 Costas 序列，该序列由 Welch构造得到。

15、如权利要求 11 所述的方法，其特征在于，所述序列是 Costas 序列，

步骤 B所述形成片断时频图案为：才艮据每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个时间平移，遍历步骤 A中由不同的频移形成的时频图案，得到一个片断时频图案组内互相正交的片断时频图案，再遍历不同的时间平移，得到不同的片断时频图案组内的互相正交的片断时频图案；步驟 C中所得的片断时频图案组为：根据步骤 B中所得的多个片断时频图案自然形成的上述片断时频图案组；步骤 E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案给一个或者多个用户和 /或业务信道通过选取循环频率移位量实现；

或者步骤 B所述形成片断时频图案为：根据每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个频率平移，遍历步骤 A中由不同的时间平移形成的时频图案，得到一个片断时频图案組内的互相正交的片断时频图案，再通过遍历不同的频率平移，得到不同的片断时频图案组内的互相正交的片断时频图案；步骤 C中所得的片断时频图案组为：根据步驟 B 中所得的多个片断时频图案自然形成的上述片断时频图案组；步骤 E所述分配选定的正交片断时频图案组内的时频图案作为一个或者多个用户和 /或业务信道通过选取循环时间移位量实现。

16、如权利要求 11所述的方法, 其特征在于，所述序列为拉丁方序列、或者修改的拉丁方序列、或者线性双曲序列、或者修改的线性双曲序列，

步骤 B所述形成片断时频图案为：根据每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个时间平移，遍历步骤 A中由不同的乘法因子形成的时频图案，得到一个片断时频图案组内的互相正交的片断时频图案；再遍历不同的时间平移，得到不同的片断时频图案组内的互相正交的片断时频图案；步驟 C中所得的片断时频图案组为：根据步驟 B中所得的多个片断时频图案自然形成的上述片断时频图案组；步驟 E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案给一个或者多个用户和 /或业务信道通过选取不同乘法因子的方式实现；

或者步骤 B所述形成片断时频图案为：根据每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个乘法因子，遍历步骤 A中由不同的时间平移形成的时频图案，得到一个片断时频图案组内的互相正交的时频图案，再遍历不同的乘法因子，得到不同的片断时频图案组内的互相正交的片断时频图案；步骤 C中所得的片断时频图案组为：才艮据步骤 B中所得的多个片断时频图案自然形成的上述片断时频图案组；步骤 E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案作为用户的业务信道通过选取时间平移量的方式实现。

17、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括采用步骤 E所述的时频图案发送数据流的过程：

发送方将要发送的一个或者多个用户和 /或业务信道的数据流映射在相应的分配给一个或者多个用户和 /或业务信道的时频图案上进行发送。

18、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括采用步驟 E所述的时频图案接收数据流的过程：

接收方根据步骤 E所述的一个或者多个用户和 /或业务信道占用的时频图案从接收的数据流中解映射出相应的一个或者多个用户和 /或业务信道的数据。