在宽带无线通信系统中在自适应调制编码模式和分集模式之间转换的设备和方法

摘要

本发明提供了一种设备和方法，用于按照在宽带无线通信系统中的信道环境自适应地在AMC模式和分集模式之间转换。按照本发明，发送器(基站)按照从接收器(移动台)接收的频域和时域信道测量信息来确定传输模式。如果传输模式是AMC模式，则发送器按照从所述接收器接收的频域CQI来选择编码和调制方案。如果传输模式是分集模式，则所述发送器选择预定的编码和调制方案。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种用于在OFDMA-CDM(正交频分多址-码分复用)中在AMC(自适应调制和编码)模式和分集(diversity)模式之间转换的设备和方法，具体上，涉及一种用于按照信道环境来自适应地应用AMC模式或分集模式的设备和方法。

背景技术

OFDM(正交频分复用)近来已经在通过有线/无线信道的高速数据传输中赢得突出地位，OFDM是MCM(多载波调制)的一种特殊情况。在OFDM中，串行码元序列在发送之前被转换为并行码元序列，并且被调制为相互正交的副载波或子信道。

第一MCM系统出现在1950年代后期以用于军事HF(高频)无线电通信，并且在1970年代初始开发了具有交叠正交副载波的OFDM。但是，因为在多个载波之间的正交调制的困难，OFDM在对于实际系统的应用上具有限制。

但是，在1971年，Weinstein(威恩斯坦)等提出了一种OFDM方案，它将DFT(离散傅立叶变换)应用到作为有效的调制/解调处理的并行数据传输，所述有效的调制/解调处理是在OFDM开发后的驱动力。而且，保护间隔和作为特定保护间隔的循环前缀的引入进一步减轻了在系统上的多路径传播和延迟扩展的副作用。

因此，现在OFDM已经用于数字数据通信的广泛领域中，诸如DAB(数字音频广播)、数字电视广播、WLAN(无线局域网)和WATM(无线异步传输模式)。虽然硬件复杂性是广泛使用OFDM的障碍，但是包括FFT(快速傅立叶变换)和IFFT(逆快速傅立叶变换)的在数字信号处理技术中近来的进步已经使能了更容易的OFDM实现。

类似于FDM(频分复用)，OFDM在高速数据传输中以最佳的传输效率而骄傲，因为它在副载波上发送数据，同时保持在它们之间的正交性。特别是，归因于交叠频率频谱的有效频率使用、和相对于频率选择性衰落和多路径衰落的鲁棒性进一步提高了在高速数据传输中的传输效率。

OFDM通过使用保护间隔而降低了ISI(码元间干扰)的影响，并且使得能够设计简单的均衡器硬件结构。而且，因为OFDM相对于冲击噪声是鲁棒性的，因此它越来越多地用于通信系统配置中。

OFDMA-CDM是这样的通信方案，其中，在传输之前，将总的可用频带划分为多个子频带，并且使用预定的扩展因子来扩展被映射在所述子频带上的数据。

发明内容

                       技术问题

传统上，所述OFDMA-CDM系统单独使用AMC模式或分集模式。所述AMC模式按照信道状态来使用自适应调制和编码方案(MCS)水平，所述分集模式使用固定的MCS水平。也已经提出，对于AMC模式分配预定的频带或时带，并且对于非AMC模式分配随机的频带。

仅仅使用AMC模式或分集模式的系统在按照信道状态而获得最佳性能上具有限制。在给定大的相干带宽和长的相干时间的情况下，AMC模式的系统获得最佳的性能，但是分集模式系统仅仅具有微小的性能增益。在相反的信道环境下，即，窄相干带宽和短相关时间的信道环境下，分析模式系统获得最佳的性能，而AMC模式系统获得最小的性能增益。

因此，分别分配用于AMC模式的预定频域或时域和用于分集模式的随机频带的技术在信道使用效率上不是有效的。如果在不同的频带中的信道相对于在对于AMC模式分配的频带中的信道良好，则AMC模式操作连续地经历差的信道，因为所分配的频带不改变。

                       技术方案

因此，本发明已经被设计来实质上解决至少上述问题和/或缺点，并且提供至少下面的优点。本发明的一个目的是提供一种用于在OFDMA-CDM系统中按照信道环境来自适应地应用AMC模式或分集模式的设备和方法。

本发明的另一个目的是提供一种用于在OFDMA-CDM系统中的基站中根据从移动台接收的反馈信息来自适应地应用AMC模式或分集模式的设备和方法。

本发明的另一个目的是提供一种用于在OFDMA-CDM系统中的移动台中向基站反馈时间频率信道测量信息的设备和方法。

上述和其他目的的实现是通过提供一种用于在宽带无线通信系统中按照信道环境来自适应地在AMC模式和分集模式之间转换的设备和方法。

按照本发明的一个方面，在用于在其中副载波的总频带被划分为多个子带的宽带无线通信系统中的移动台的通信方法中，所述移动台使用所接收的信号来产生在预定时段中每个子带的信道估计，使用所产生的信道估计来计算在每个子带的频域中的信道平均值(A)和信道辅助统计值(B)，使用所产生的信道估计来计算在至少一个子带的时域中的信道辅助统计值(C)，并且向基站发送信道测量信息，其中包括所计算的一个或多个平均值(A)、所计算的一个或多个辅助统计值(B)和所计算的一个或多个辅助统计值(C)。

按照本发明的另一个方面，提供了一种在宽带无线通信系统中的传输方法，在所述宽带无线通信系统中，将副载波的总频带划分为多个子带，并且定义帧单元(FC)，每个FC对应于由一个子带和预定的时段限定的资源，所述传输方法包括步骤：根据从接收器接收的频域信道测量信息和时域信道测量信息来确定传输模式；如果所确定的传输模式是第一模式，则按照从所述接收器接收的频域信道质量指示器(CQI)来选择编码和调制方案；以及如果所确定的传输模式是第二模式，则选择预定的编码和调制方案。

按照本发明的另一个方面，提供了一种在正交频分多址-码分复用(OFDMA-CDM)系统中的传输设备，在所述OFDMA-CDM系统中，将副载波的总频带划分为多个子带，并且定义帧单元(FC)，每个FC对应于由一个子带和预定的时段限定的资源，并且具有作为数据传送单元的至少一个时间频率单元(TFC)，所述传输设备包括：传输模式确定器，用于根据从接收器接收的频域信道测量信息和时域信道测量信息来确定传输模式；以及编码器和调制器，用于如果所确定的传输模式是第一模式，则按照从所述接收器接收的频域信道质量指示器(CQI)来选择编码和调制方案，并且如果所确定的传输模式是第二模式，则选择预定的编码和调制方案，并且以所选择的编码和调制方案来编码和调制输入的传输数据。

按照本发明的另一个方面，提供了一种在宽带无线通信系统中的移动台设备，在所述宽带无线通信系统中，副载波的总频带划分为多个子带，所述移动台设备包括：信道估计单元，用于使用所接收的信号来产生在预定时段中每个子带的信道估计；频域信道测量单元，用于使用所产生的信道估计来计算在频域中的每个子带的平均值(A)和辅助统计值(B)；时域信道测量单元，用于计算在时域中的至少一个子带的辅助统计值(C)；以及发送器，用于向基站发送信道测量信息，其中包括所计算的一个或多个平均值(A)、所计算的一个或多个辅助统计值(B)和所计算的一个或多个辅助统计值(C)。

                       有益效果

本发明提供了一种用于在其中时间频率域划分为多个子带和子时段的系统中按照变化的信道环境来自适应地改变传输方案的方法。因此，有效地使用有限的无线电资源，并且所述系统更稳定地运行。

附图说明

通过下面结合附图详细说明，本发明的上述和其他目的、特征和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是图解按照本发明的一个实施例的、用于在OFDMA-CDM系统中按照来自移动台的反馈信息而确定传输模式的、在基站中的设备的方框图；

图2是图解按照本发明的一个实施例的、用于在OFDMA-CDM系统中向基站反馈信道测量信息的、在移动台中的设备的方框图；

图3图解了按照本发明的在OFDMA-CDM系统中的时间频率资源的分段；

图4是图解在图1中所示的传输模式确定器的详细方框图；

图5是图解在图2中所示的频域CQI(信道质量指示器)产生器的详细方框图；

图6是图解在图2中所示的信道变化测量器的详细方框图；

图7图解了按照本发明的所述实施例的在OFDMA-CDM系统中的AMC模式和分集模式中的数据映射；

图8是图解按照本发明的一个实施例的、在OFDMA-CDM系统中在基站设备中的传输规程的流程图；

图9是图解按照本发明的一个实施例的、在OFDMA-CDM系统中在移动台设备中的接收规程的流程图；

图10是图解按照本发明的一个实施例的、在OFDMA-CDM系统中在基站设备中的传输模式确定器的操作的流程图；

图11是图解按照本发明的一个实施例的、在OFDMA-CDM系统中的移动台设备中的频域CQI产生器的操作的流程图；以及

图12是图解按照本发明的一个实施例的、在OFDMA-CDM系统中在移动台设备中的信道变化测量器的操作的流程图。

具体实施方式

下面参见附图来在此详细说明本发明的优选实施例。在下面的说明中，不详细说明公知的功能或结构，因为它们将以不必要的细节混淆本发明。

本发明提供了一种用于在OFDMA-CDM系统中按照信道环境来自适应地使用AMC模式或分集模式的方案。按照本发明，根据相干带宽和相干时间将信道环境划分为两个类型，并且，按照信道环境来自适应地选择AMC模式或分集模式。相干带宽指的是在其上信道冲击响应保持不变的频率范围，相干时间指的是在其上信道冲击响应保持不变的持续时间。当相干带宽和相干时间更大时，信道状态更好。

在分集模式中，传输数据按照预定规则来在时间和在频率上跳跃。在AMC模式中，除了在同一时间的数据频率跳跃之外，还按照反馈信息来自适应地选择MCS。本发明其特征在于在良好的时间频率信道状态中选择AMC模式，并且在时间和频率的至少一个的差信道状态中选择分集模式。

图1是图解按照本发明的一个实施例的、用于在OFDMA-CDM系统中按照来自移动台的反馈信息而确定传输模式的、在基站中的设备的方框图。所述基站设备具有传输模式确定器105，用于根据来自按照本发明的移动台的反馈信息来选择传输模式，即AMC模式或分集模式。

参见图1，传输模式确定器105根据来自移动台的反馈信息[B₀，C₀]和预定阈值[B_th，C_th]来选择AMC模式(MODE(模式)＝0)或分集模式(MODE＝1)。B₀是在频率上的信道变化，C₀是在时间上的信道变化。将分别参见图5和6来在后面更详细地说明B₀和C₀的产生。

B_th是频域信道变化阈值，C_th是时域信道变化阈值。表示频域信道状态的B₀随着相干带宽的增大而降低，表示时域信道状态的C₀随着相干时间的增大而降低。当信道状态在时间和频率上都良好时，传输模式确定器105选择AMC模式，如果信道状态在时间和频率的至少一个上差，则它选择分集模式。下面参见图4来详细地说明传输模式选择。

对于模式＝0，编码器和调制器101运行在AMC模式中，并且产生对应于信道状态的AMC水平。对于模式＝1，编码器和调制器101运行在分集模式中，并且产生最低的可用AMC水平。更具体而言，在AMC模式操作中，编码器和调制器101除了B₀和C₀之外还使用CQI A₀来确定AMC水平(即MCS水平)。将参见图5来更详细地说明如何产生CQI。

编码器和调制器101可以被配置来包括信道编码器、信道交织器和调制器。例如，所述信道编码器是增强(Turbo)编码器，用于以对应于所确定的AMC水平的代码率来编码输入数据。所述信道交织器以预定的交织方法来交织被编码的数据。所述调制器以对应于AMC水平的调制方案来调制所交织的数据。所述调制方案可以是QPSK(正交相移键控)、8PSK(8-ary PSK)、16QAM(16-ary正交调幅)、或64QAM(64-ary QAM)。最低的AMC水平可以例如是1/3的代码率和QPSK。

频带分布器103将从编码器和调制器101接收的调制码元并行化，并且向已经被分配预定子带的频带扩展器(band spreader)111-113分布并行调制码元。如图3中所示，将总的可用带宽划分为多个子带Δf_FC，并且将频带扩展器111-113一对一对应地匹配到子带。

频带扩展器111-113使用例如长度为8的沃尔什(Walsh)码的不同的扩展码来扩展所接收的调制码元，并且将被扩展的码片(chip)数据求和。可以使用8个沃尔什码之一来扩展导频(pilot)码元。如果扩展码的SF(扩展因子)是‘1’，则禁止(deactivate)频带扩展器111-113，这意味着图1中所示的系统在OFDMA中运行。

时间频率跳跃器(hopper)119-121将从它们的匹配的频带扩展器111-113接收的扩展数据映射到预定的时间频率区域。将参见图3和7来在下面更详细地说明所述时间频率数据映射。

同时，向在被指定来发送控制信息的帧单元中的移动台提供所述时间频率映射信息，以便移动台可以识别载有数据的精确资源(时间频率区域位置或时间频率单元(TFC)位置)。

N点IFFT处理器123IFFT处理来自时间频率跳跃器119-121的数据以用于OFDM调制。N是总的频带的副载波的数量。并行到串行转换器(PSC)125串行化并行的IFFT信号。RF(射频)处理器127将从PSC125接收的串行数字信号转换为模拟信号，将基带模拟信号转换为RF信号，并且通过天线来发送所述RF信号。

图2是图解按照本发明的一个实施例的用于在OFDMA-CDM系统中向基站反馈信道测量信息的、在移动台中的设备的方框图。所述移动台设备其特征在于包括：频带CQI产生器211到213，用于产生频域信道测量信息；以及信道变化测量器215，用于产生时域信道测量信息。

参见图2，RF处理器201将通过天线接收的RF信号转换为基带信号，并且将所述基带模拟信号转换为数字信号。串行到并行转换器(SPC)203将从RF处理器201接收的串行数据并行转换。N点FFT处理器205FFT处理所述并行数据，并且按照预定的子带将结果产生的OFDM解调的数据分布到时间频率跳跃选择器216-218和信道估计器207-209。例如，在子带#0中的OFDM解调数据被提供到时间频率跳跃选择器216和信道估计器207，并且在最后的子带中的OFDM解调的数据被提供到时间频率跳跃选择器218和信道估计器209。

时间频率跳跃选择器216-218每个从所接收的数据检测在预定时间频率区域中的数据(并且向对应的频带去扩展器(despreader)217-219输出所述数据)。从自基站接收的控制信息可以了解所述时间频率区域或TFC位置，如上所述。

信道估计器207从所接收的FFT信号提取导频信号或预定数据，并且从所提取的数据估计预定时段的子带#0的信道值。所述信道估计被表达为如在公式(1)中所示，

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