正交频分多址通信系统中传送上行链路快速反馈信息的方法和设备

摘要

一种用于在正交频分多址(OFDMA)通信系统中使用快速反馈信道传送上行链路快速反馈信息的设备和方法。信道编码器生成要传送的上行链路快速反馈信息，并且根据该上行链路快速反馈信息输出码字，所述码字被设计来最大化在所述码字之间的最小汉明距离。非相干调制器在与该码字相对应的传送码元上执行正交调制，并且将所述正交调制的传送码元分配给子载波集。快速傅里叶逆变换(IFFT)块在具有所述子载波集的传送信号上执行IFFT并且传送所述IFFT处理过的传送信号。

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种用于在移动通信系统中传送控制信息的方法和设备，尤其涉及在正交频分多址(OFDMA)通信系统中传送作为上行链路控制信息中的一种类型的快速反馈信息的方法和设备。

背景技术

在第一代(1G)模拟系统、第二代(2G)数字系统、和支持高速多媒体业务的第三代(3G)IMT-2000系统之后，移动通信系统已经发展到支持超高速多媒体业务的第四代(4G)移动通信系统。在4G移动通信系统中，用户可以利用一个终端访问卫星网络、局域网(LAN)、和国际互联网。也就是说，用户可以利用一个移动终端来欣赏诸如语音、图像、多媒体、国际互联网数据、语音邮件和即时消息业务之类的许多类型业务。4G移动通信系统目的在于用于超高速多媒体业务的20Mbps的数据速率，并且通常使用频分多路复用(OFDM)方案。

作为用于多路复用多个正交载波信号的数字调制方案的OFDM方案将单个数据流划分为几个低速流，并且使用具有低数据速率的几个子载波同时传送这些低速流。

使用OFDM方案的多路接入方案被称为正交频分多址(OFDMA)方案。在OFDMA方案中，一个OFDM码元中的子载波由多个用户，即多个用户终端所共享。基于OFDMA方案的通信系统(下面称为“OFDMA通信系统”)具有单独的物理信道用于传送作为上行链路控制信息中的一种类型的上行链路快速反馈信息。上行链路快速反馈信息包括全信噪比(SNR)、每频带的差分SNR、快速多输入多输出(MIMO)反馈信息、和模式选择反馈信息。

图1是说明根据现有技术的、用于在OFDMA通信系统中传送上行链路控制信息的发射机的图。参见图1，发射机10包括二进制信道编码器11、调制器12、和快速傅里叶逆变换(IFFT)块13。如果存在用于要传送的上行链路控制信息的信息数据位，则二进制信道编码器11使用二进制块码例如(20，5)块码将该信息数据位编码为码字。

调制器12包括相干调制器或者差分调制器。调制器12使用相干或者差分调制方案确定与从二进制信道编码器11输出的码字相对应的传送码元，并且将该传送码元输出到IFFT块13。调制器12可以使用预定的调制方案，例如四相相移键控(QPSK)方案或者差分四相相移键控(DQPSK)方案。

IFFT块13在从调制器12输出的传送码元上执行IFFT，并且传送该IFFT处理后的传送码元。

图2是说明根据现有技术的、用于在OFDMA通信系统中接收上行链路控制信息的接收机的图。参见图2，接收机20包括快速傅里叶变换(FFT)块23、解调器22、和二进制信道解码器21。

当接收到从发射机10传送过来的信号时，FFT块23在所接收的信号上执行FFT，并且将接收的码元输出到解调器22。解调器22包括相干解调器或者差分调制器。解调器22接收从FFT块23输出的所接收码元，并且使用与发射机10中使用的调制方案相对应的解调制方案(例如相干解调制或者差分解调制)来计算其软判定值。

二进制信道解码器21接收由解调器22计算的软判定值，确定传送哪个码字，并且输出与此相对应的数据位。

对于总体通信业务而言，在发射机10和接收机20之间交换的上行链路快速反馈信息的量不大。然而，因为上行链路快速反馈信息是非常重要的信息，所以应当为该上行链路快速反馈信息保证高度可靠的传送。然而，通常将很少的频率-时间资源分配给用于传送上行链路快速反馈信息的物理信道以便减少开销率。因此，存在对新传送方法的需要，其不同于分配了许多资源的信道，并且应当像业务信道那样传送大量信息。

通常，二进制信道编码和相干调制或者差分调制的组合方法用于传送上行链路控制信息。

然而，当以这种方法使用较少频率-时间资源传送上行链路控制信息时，出错率增加了，由此降低了通信系统的操作稳定性。也就是说，尽管有用于下行链路或者上行链路业务传送的导频音(pilot tone)可用，但是用于上行链路控制信息的传送的业务音(traffic tone)是不够的。缺乏导频音使信道估计性能变差，由此降低了相干调制/解调制方案的性能。

如果仅仅考虑信道估计性能而增加导频音的数目，则数据音的数目变得不够。此外，二进制信道编码和调制的分离变为最优化性能失败的原因。

此外，如果为了增加稳定性而将许多频率-时间资源用于上行链路快速反馈信息的传送，则开销率增加了，这降低了通信系统的吞吐量。

传送上行链路快速反馈信息的传统方法使用一个上行链路子信道并且传送4位信息。然而，4位信息传送不能为全SNR的传送保证足够的精确度，而且仅仅可以为4个频带传送每个频带的差分SNR。此外，4位信息传送缺乏操作灵活性，以致因为没有超过16个码字而难以自由地分配用于传送其它信息的码字。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种使用非相干调制方案传送上行链路快速反馈信息的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种使用给定频率-时间资源有效地传送上行链路快速反馈信息的方法和设备。

本发明的还有一个目的是提供一种用于在通信系统中有效地传送5位或者6位上行链路快速反馈信息、以便增加控制信息传送的精确度和操作灵活性的方法和设备。

本发明的又一个目的是提供一种通过组合M元信道编码和非相干调制方案来优化性能的上行链路快速反馈信息传送方法和设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种在利用正交频分多址(OFDMA)方案的通信系统中使用快速反馈信道传送上行链路快速反馈信息的方法。该方法包含步骤：生成要传送的上行链路快速反馈信息；根据所述上行链路快速反馈信息输出码字，所述码字被设计来最大化在码字之间的最小汉明距离；在与该码字相对应的传送码元上执行正交调制；将该已正交调制的传送码元分配给子载波集；在具有该子载波集的传送信号上执行快速傅里叶逆变换(IFFT)；以及传送该IFFT处理后的传送信号。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在利用正交频分多址(OFDMA)方案的通信系统中传送用于快速反馈信道的上行链路快速反馈信息的方法。该方法包含步骤：接收用于上行链路快速反馈信息的五个信息数据位；输出与该信息数据位相对应的码字；在用于所接收的信息数据位的相应码字的码元上执行正交调制；输出传送码元；在具有子载波集的传送信号接通执行快速傅里叶逆变换(IFFT)，其中向每个子载波集分配了所正交调制的传送码元和导频码元；以及传送该IFFT处理后的传送信号。

根据本发明的还有另一个方面，提供了一种在利用正交频分多址(OFDMA)方案的通信系统中传送用于快速反馈信道的上行链路快速反馈信息的方法。该方法包含步骤：接收用于该上行链路快速反馈信息的六个信息数据位；输出与该信息数据位相对应的码字；在用于所接收信息数据位的相应码字的码元上执行正交调制；输出子载波传送码元；以及在具有子载波集的传送信号上执行快速傅里叶逆变换(IFFT)，其中向每个子载波集分配了正交调制的传送码元和导频码元；以及传送该IFFT处理后的传送信号。

根据本发明的还有另一个方面，提供了一种在利用正交频分多址(OFDMA)方案的通信系统中使用快速反馈信道传送上行链路快速反馈信息的设备。该设备包含：信道编码器，用于生成要传送的上行链路快速反馈信息，并且输出码字，该码字被这样设计以便根据该上行链路快速反馈信息、最大化在码字之间的最小汉明距离；非相干调制器，用于在与该码字相对应的传送码元上执行正交调制，并且将该正交调制的传送码元分配给在该通信系统中定义的每个子载波集；以及快速傅里叶逆变换(IFFT)块，用于在具有子载波集的传送信号上执行IFFT并且传送IFFT处理后的传送信号。

附图说明

根据以下结合附图给出的详细说明，本发明的上述及其他目的、特征、和优点将变得更为明显，其中：

图1是说明根据现有技术、用于在OFDMA通信系统中传送上行链路控制信息的发射机的图示；

图2是说明根据现有技术、用于在OFDMA通信系统中接收上行链路控制信息的接收机的图示；

图3是说明根据本发明的实施例、用于在OFDMA通信系统中传送上行链路快速反馈信息的发射机的图示；

图4是说明根据本发明的实施例、用于在OFDMA通信系统中接收上行链路快速反馈信息的接收机的图示；

图5是说明根据本发明的实施例、被分配用于在OFDMA通信系统中传送上行链路快速反馈信息的频率-时间资源的图示；

图6是说明根据本发明的实施例、在OFDMA通信系统中的十六个可能码字的图示；

图7是说明根据本发明的实施例、用于在非相干调制器中的正交调制的正交向量的图示；

图8是说明根据本发明的实施例、从8元信道编码器输出的三十二个可能码字的图示；以及

图9是说明根据本发明的另一个实施例、从8元信道编码器输出的六十四个可能码字的图示。

具体实施方式

现在将在下面参考附图详细描述本发明的几个优选实施例。在以下的描述中，为了简明起见已经省略了对此处并入的已知功能和配置的详细说明。

在本发明中提出的方法和设备使用M元信道码和非相干调制方案来增加上行链路快速反馈信息(其是一种类型的上行链路控制信息)传送的可靠性，并且减少开销率(overhead rate)。也就是说，本发明涉及一种使用M元信道码和非相干调制方案有效地传送上行链路快速反馈信息的方法和设备。

非相干调制/解调制方案的使用减少了频率-时间资源的使用。因此，有可能有效地传送不能其分配许多导频音的上行链路快速反馈信息。

本发明提供了一种为了上行链路快速反馈信息的传送而传送5位或者6位信息、由此增加信息传送的精确度操作灵活度的方法。

如上所述，在通信系统中使用的上行链路快速反馈信息的量是非常小的。然而，上行链路快速反馈信息对于通信系统是非常重要的。因此，在当前发明中提出的方法和设备使用正交调制方案来传送上行链路快速反馈信息。

此处，将参考正交频分多址(OFDMA)通信系统描述本发明的优选实施例。此外，将对使用M元相移键控(PSK)方案传送上行链路快速反馈信息的方法进行描述。

图3是说明根据本发明的实施例、用于在OFDMA通信系统中传送上行链路快速反馈信息的发射机的图示。参见图3，发射机100包括用于编码上行链路控制信息(例如，上行链路快速反馈信息)的数据位的信道编码器110、用于使用非相干调制方案调制信息数据位的非相干调制器120、以及用于在传送之前在传送信号上执行IFFT的快速傅里叶逆变换(IFFT)块130。

如果有用于上行链路快速反馈信息的数据位要传送，则信道编码器110将该信息数据位编码为与此对应的码字，并且将该码字输出到非相干调制器120。根据输入位，信道编码器110可以包括二进制信道编码器或者使用M元分组码(block code)的M元信道编码器。

非相干调制器120使用非相干调制方案确定与从信道编码器110输出的码字相对应的传送码元，并且将该传送码元输出到IFFT块130。非相干调制器120可以使用预定的调制方案如正交调制方案。

IFFT块130在从非相干调制器120输出的传送码元上执行IFFT，并且传送该IFFT处理后的传送码元。

图4是说明根据本发明的实施例、用于在OFDMA通信系统中接收上行链路快速反馈信息的接收机的图示。参见图4，接收机200包括快速傅里叶变换(FFT)块230，用于在时域接收信号上执行FFT以便将该时域接收信号转换为频率域接收信号；非相干解调器220，用于解调制该频率域接收信号；以及信道解码器210，用于从该解调制的接收码元中解码出上行链路反馈信息的数据位。

当收到来自发射机100的接收信号时，FFT块230在所接收的信号上执行FFT，并且将接收的码元输出到非相干解调器220。该非相干解调器220接收从FFT块230输出的接收码元，使用非相干解调方案计算其软判定值，以及将该软判定值输出到信道解码器210。信道解码器210从非相干解调器220接收该软判定值，确定哪个码字从发射机100传送过来，以及输出与此对应的数据位。根据输入位，信道解码器210可以包括二进制信道解码器或者M元信道解码器。

现在将参考其中在OFDMA通信系统的上行链路中分配了频率-时间域中的六个3×3子载波集的情况，描述在当前发明中提出的传送上行链路快速反馈信息的新方法。

图5是说明根据本发明的实施例、在OFDMA通信系统中用于将六个3×3子载波集分配给快速反馈信道以用于上行链路快速反馈信息的传送的情况的频率-时间资源；图6是说明根据本发明的实施例、在OFDMA通信系统中分配给3×3子载波集的码字示例的图示。更具体而言，图5说明了根据用于M元相移键控调制的模式、被分配用于上行链路快速反馈信息的传送频率-时间资源，其中信息数据位的数目是4并且使用了M＝8元信道编码器。

现在，参考图5-7，将对传送作为快速反馈信息的4位信息数据的方法进行描述。此后，参考图5、8和9，将描述根据本发明的实施例、用于传送作为快速反馈信息的5位和6位信息数据的方法。

参见图5，要传送的上行链路快速反馈信息的数据位通过信道编码器输入到非相干调制器中。此处假定信息数据位的数目是4，并且使用8元信道编码器。该非相干调制器使用正交调制方案调制该传送信号。从非相干调制器输出的调制码元在IFFT块中经受IFFT计算，然后被传送。现在将在下面参考图6详细描述传送信息数据位的上述处理。

图6说明了从8元信道编码器输出的十六个可能的码字。当收到信息数据位时，8元信道编码器将在图6所述的十六个可能码字之一输出到非相干调制器。该8元信道编码器被这样设计，以便对于给定数目的码字以及对于给定长度，在这些码字之间的最小汉明距离应该被最大化。“汉明距离”是指在两个码字之间的相应位当中不同位的数目。“最小汉明距离”是指所有汉明距离中的最小值。

在这个传送方法中，作为影响码字错误概率性能的主要因数的最小汉明距离为五。也就是说，例如，对于十六个可能码字中的码字‘0’，用于子载波集的码字A0、A1、A2、A3、A4和A5的模式为‘000000’，而对于码字‘8’，用于子载波集的码字A0、A1、A2、A3、A4和A5的模式变为‘012345’。因此，在这两个码字‘0’和‘8’之间的最小汉明距离变为五。最小汉明距离＝5指示对于所有可能码字对，在两个码字之间的最小汉明距离大于或等于五。

非相干调制器使用正交调制方案用于从8元信道编码器输出的码字。也就是说，非相干调制器使用正交调制方案调制由8元信道编码器编码的信息数据位。图7中说明了用于该调制的模式的传送码元。

参见图7，传送码元包括一组正交向量，并且直接映射为子载波集。用于正交调制的正交向量由例如P0、P1、P2和P3表示，而且可以由等式(1)计算每个都包括QPSK调制码元的正交调制码元。

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3×3子载波集中的八个边缘子载波传送图7所述的码元，剩余的一个中心子载波传送导频码元。导频码元可被任意选择。传送码元的值被设置为用于相应向量索引的正交向量。

更具体而言，如果给定要传送的4位信息数据，则发射机根据图6确定码字A0、A1、A2、A3、A4和A5。此后，发射机在传送之前将与A0相对应的正交向量分配给第一3×3子载波集，将与A1相对应的正交向量分配给第二3×3子载波集。相应地，发射机将与A5相对应的正交向量分配给第六个3×3子载波集(即最后一个子载波集)，并且以图7所述的方法传送该正交向量。

从图7中可以得知，为与向量索引0相对应的传送码元值设置了P0、P1、P2、P3、P0、P1、P2和P3；为与向量索引4相对应的传送码元值设置为了P0、P0、P0、P0、P0、P0、P0和P0；以及为与向量索引7相对应的传送码元值设置了P0、P2、P2、P0、P2、P0、P0和P2。

当收到从发射机传送过来的传送信号时，接收机通过FFT块在该接收信号上执行FFT。随后，接收机中的非相干解调器为六个3×3子载波集中的每一个、计算八个可能的正交向量的相关值的绝对值平方。此后，接收机中的M元信道解码器为与全部十六个可能码字相对应的正交向量的相关值计算绝对值的平方和，然后确定与在由发射机传送的码字当中、具有最大值的码字相对应的信息数据位。

如上所述的一般上行链路快速反馈信息传送方法使用一个上行链路子信道传送4位信息。然而，四位的使用不能为全SNR的传送保证足够的精确度，而且仅仅可以为4个频带传送每个频带的差别SNR。此外，4位信息传送缺乏操作灵活性，以致因为没有超过十六个码字而难以自由地分配用于传送其它信息的码字。

为了解决上述问题，本发明使用传送5位或者6位信息以用于上行链路快速反馈信息的传送、由此增加信息传送精确度和操作灵活性的方法。

现在，将对根据本发明实施例的上行链路快速反馈信息传送方法进行描述。在图5中，当将频率-时间域中的六个3×3子载波集分配给快速反馈传送信道时，对频率-时间资源进行分配。此处，信息数据位的数目是五，并且使用M＝8元信道编码器。

图8是说明根据本发明的实施例、从8元信道编码器输出的三十二个可能码字的图示。参见图8，当收到信息数据位时，8元信道编码器将三十二个可能码字之一输出到非相干调制器。该8元信道编码器被这样设计，以便对于给定数目的码字以及对于给定长度，在这些码字之间的最小汉明距离应该被最大化。从图8中可得知，前十六个代码字等同于图6中用于4位信息传送的码字，而接下来的十六码字是新添加的。

虽然码字的数目加倍了，但是作为影响码字错误概率性能的主要因数的最小汉明距离仍然为五。也就是说，例如，对于三十二个可能码字中的码字‘16’，用于子载波集的码字A0、A1、A2、A3、A4和A5的模式为‘472516’，而对于码字‘24’，用于子载波集的码字A0、A1、A2、A3、A4和A5的模式变为‘460257’。因此，在这两个码字‘16’和‘24’之间的最小汉明距离变为五。最小汉明距离＝5指示对于所有可能码字对，在两个码字之间的最小汉明距离大于或等于五。

非相干调制器使用正交调制方案用于从8元信道编码器输出的码字，而且用于正交调制的正交向量如图7所示。也就是说，每个都包括QPSK调制码元的图7中的正交向量如P0、P1、P2和P3可以使用等式(1)计算。

3×3子载波集中的八个边缘子载波传送图7所述的码元，剩余的一个中心子载波传送导频码元。该导频码元可被任意选择。

更具体而言，如果给定要传送的5位信息数据，则发射机根据图8确定码字A0、A1、A2、A3、A4和A5。此后，发射机在传送之前将与A0相对应的正交向量分配给第一3×3子载波集，将与A1相对应的正交向量分配给第二3×3子载波集。相应地，发射机将与A5相对应的正交向量分配给第六个3×3子载波集(即最后一个子载波集)，并且以图7所述的方法传送该正交向量。

当收到从发射机传送过来的传送信号时，接收机通过FFT块在该接收信号上执行FFT。随后，接收机中的非相干解调器为六个3×3子载波集中的每一个、计算八个可能的正交向量的相关值的绝对值平方。此后，接收机中的M元信道解码器为与全部三十二个可能码字相对应的正交向量的相关值计算绝对值的平方和，然后确定与在由发射机传送的码字当中、具有最大值的码字相对应的信息数据位。

作为频率-时间资源，如图5所述，根据本发明的实施例将六个3×3子载波集分配给快速反馈传送信道。此处，信息数据位的数目是六，并且使用M＝8元信道编码器。

图9是说明根据本发明的另一个实施例、从8元信道编码器输出的六十四个可能码字的图示。参见图9，当收到信息数据位时，8元信道编码器将六十四个可能码字之一输出到非相干调制器。该8元信道编码器被这样设计，以便对于给定数目的码字以及对于给定长度，在这些码字之间的最小汉明距离应该被最大化。

从图9可知，相对于图6中用于4位信息传送的码字数目、其中的码字数目增加了4倍。

虽然码字的数目增加了四倍，但是作为影响码字错误概率性能的主要因数的最小汉明距离仍然为五。也就是说，例如，对于六十四个可能码字中的码字‘32’，用于子载波集的码字A0、A1、A2、A3、A4和A5的模式为‘675124’，而对于码字‘41’，用于子载波集的码字A0、A1、A2、A3、A4和A5的模式变为‘640352’。因此，在这两个码字‘32’和‘41’之间的最小汉明距离变为五。最小汉明距离＝5指示对于所有可能码字对，在两个码字之间的最小汉明距离大于或等于五。

做为选择，这个传送方法还可以仅仅使用六十四个码字中的前三十二个码字传送五位。

非相干调制器使用正交调制方案用于从8元信道编码器输出的码字，而且用于正交调制的正交向量如图7所示。也就是说，每个都包含QPSK调制码元的图7中的正交向量如P0、P1、P2和P3可以使用等式(1)计算。

3×3子载波集中的八个边缘子载波传送图7所述的码元，剩余的一个中心子载波传送导频码元。该导频码元可被任意选择。

更具体而言，如果给出了要传送的6位信息数据，则发射机确定要分配为六个子载波集并且通过图9所述的码字传送的码字A0、A1、A2、A3、A4和A5。此后，发射机在传送之前将与A0相对应的正交向量分配给第一3×3子载波集，将与A1相对应的正交向量分配给第二3×3子载波集。类似地，发射机将与A5相对应的正交向量分配给第六个3×3子载波集(即最后一个子载波集)，并且以图7所述的方法传送该正交向量。

当收到从发射机传送过来的传送信号时，接收机通过FFT块在该接收信号上执行FFT。随后，接收机中的非相干解调器为六个3×3子载波集中的每一个、计算八个可能的正交向量的相关值的绝对值平方。此后，接收机中的M元信道解码器为与全部六十四个可能码字相对应的正交向量的相关值计算绝对值的平方和，然后确定与在由发射机传送的码字当中、具有最大值的码字相对应的信息数据位。

根据上述描述可以理解，当使用给定频率-时间资源传送上行链路快速反馈信息时，该新颖的传送方法将传送信息数据位系统数目增加到五或者六，这使得传送正确的信息和更稳定地操作该系统成为可能。

虽然已经参考本发明的某些优选实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解：可以在其中进行各种形式和细节的改变而没有背离由附加权利要求所定义的本发明的精神和范围。