正交上行链路中的MC－CDMA复用

摘要

提供了在无线通信系统的正交上行链路中支持多载波码分多址(MC－CDMA)的技术。一种用于无线多载波通信的方法包括：将上行链路上的多个子载波划分为多个不重叠的组；分别分配包括一个跳频持续时间和一个不重叠的组的时间－频率块；向每个用户分配不同的正交码集合；在所分配的时间－频率块上对每个用户的数据(或导频)符号进行扩展，其中使用分配给每个用户的不同的正交码集合来对每个用户的数据(或导频)符号进行扩展；将每个数据(或导频)符号映射到所述时间－频率块中的调制符号；基于所映射的符号产生正交波形；以及发送所述正交波形。

说明书

技术领域

本发明一般涉及通信领域，更具体地，涉及用于在无线通信系统的正交上行链路中支持多载波码分多址(MC-CDMA)的技术。

背景技术

在跳频扩频(FHSS)通信系统中，以不同的时间间隔(也称为“跳频周期”)在不同的频率子带或子载波上发送数据。这些频率子带可以利用正交频分复用(OFDM)、其它多载波调制技术或者某些其它结构来提供。通过FHSS，数据传输以伪随机方式从一个子带跳频到另一个子带。这种跳频提供了频率分集并且使数据传输能够更好地抵制有害路径影响，例如窄带干扰、拥塞、衰落等等。

OFDMA系统使用OFDM并且能够同时支持多个用户。对于跳频OFDMA系统，使用分配给每个用户的特定跳频(FH)序列来发送该用户的数据。FH序列指示在每个跳频周期中用来进行数据传输的特定子带。可以使用不同的FH序列来同时发送多个用户的多个数据传输。这些FH序列被定义为互相正交，使得在每个跳频周期中只有一个数据传输使用每个子带。通过使用正交FH序列，小区内干扰得以避免并且多个数据传输不会互相干扰，同时能够享受频率分集的益处。

发明内容

本文提供了在无线通信系统的正交上行链路中支持MC-CDMA复用的技术。

在一个方案中，一种用于无线多载波通信的方法包括：将上行链路上的多个子载波划分为多个不重叠的组；分配至少一个时间-频率块，每个时间-频率块具有一个跳频持续时间和一个不重叠的组；向每个用户分配不同的正交码集合；在所分配的至少一个时间-频率块上对每个用户的符号进行扩展，其中使用分配给每个用户的不同的正交码集合来对每个用户的符号进行扩展；将每个符号映射到所述至少一个时间-频率块中的调制符号；基于所映射的符号产生正交波形；以及发送所述正交波形。

在一个方案中，所产生的正交波形是正交频分复用(OFDM)波形。在另一个方案中，所产生的正交波形是正交频分多址(OFDMA)波形。

在一个方案中，一种用于无线多载波通信的装置包括：用于将上行链路上的多个子载波划分为多个不重叠的组的模块；用于分配至少一个时间-频率块的模块，每个时间-频率块具有一个跳频持续时间和一个不重叠的组；用于向每个用户分配不同的正交码集合的模块；用于在所分配的至少一个时间-频率块上对每个用户的符号进行扩展的模块，其中使用分配给每个用户的不同的正交码集合来对每个用户的符号进行扩展；用于将每个符号映射到所述至少一个时间-频率块中的调制符号的模块；用于基于所映射的符号产生正交波形的模块；以及用于发送所述正交波形的模块。

在另一个方案中，一种体现用于无线多载波通信的方法的计算机可读介质，所述方法包括：将上行链路上的多个子载波划分为多个不重叠的组；分配至少一个时间-频率块，每个时间-频率块具有一个跳频持续时间和一个不重叠的组；向每个用户分配不同的正交码集合；在所分配的至少一个时间-频率块上对每个用户的符号进行扩展，其中使用分配给每个用户的不同的正交码集合来对每个用户的符号进行扩展；将每个符号映射到所述至少一个时间-频率块中的调制符号；基于所映射的符号产生正交波形；以及发送所述正交波形。

在另一个方案中，一种用于无线多载波通信的装置包括控制器、处理器和发射机。控制器用于：将上行链路上的多个子载波划分为多个不重叠的组；分配至少一个时间-频率块，每个时间-频率块具有一个跳频持续时间和一个不重叠的组；以及向每个用户分配不同的正交码集合。处理器用于：在所分配的至少一个时间-频率块上对每个用户的符号进行扩展，其中使用分配给每个用户的不同的正交码集合来对每个用户的符号进行扩展；以及将每个符号映射到所述至少一个时间-频率块中的调制符号。发射机用于：基于所映射的符号产生正交波形；以及发送所述正交波形。

在另一个方案中，一种用在无线多载波通信系统中的接收机包括：天线，用于接收正交波形；解调器，用于对所述正交波形进行解调，从而产生扩展符号；处理器，用于根据所述扩展符号确定时间-频率块；以及解扩器，用于使用用户的正交码在所述时间-频率块中对所述扩展符号进行解扩。

下面将详细描述本发明的各个方案和实施例。

附图说明

根据以下提供的详细说明并结合附图，本发明的特征、特性和优点将更加明显，在附图中，相同的参考标号进行相应地标识，其中：

图1说明了根据一个实施例的FH-OFDMA环境中的MC-CDMA的概念；

图2示出了根据一个实施例的终端的方框图；以及

图3示出了根据一个实施例的基站的方框图。

具体实施方式

本文所使用的词语“示例性的”表示“作为实例、例子或者例证的”。不应将本文描述为“示例性”的任何实施例或者设计视为优选于或优于其它实施例或者设计。

可以利用多个小区来部署OFDMA系统，其中小区通常指基站和/或其覆盖区域。在一个小区中的给定子带上的数据传输作为对相邻小区中的相同子带上的另一数据传输的干扰。为了使小区间干扰随机化，每个小区的FH序列通常被定义为相对于相邻小区的FH序列是伪随机的。通过使用伪随机FH序列，实现了干扰分集，并且在足够长的时间周期上，给定小区中的用户的数据传输将可以观测到来自其它小区中的其他用户的数据传输的平均干扰。

小区间干扰可能在任何给定时刻处在子带之间显著变化。为了应对子带上的干扰的变化，通常在对数据传输的数据速率的选择中使用余量(margin)。如果干扰的变化很大，则通常需要大的余量来实现数据传输的低分组差错率(PER)。大的余量导致数据传输的数据速率的较大减小，这限制了系统容量。

跳频能够对小区间干扰进行平均并且减小所需余量。增大跳频率会产生更好的干扰平均并降低所需余量。对于在多个跳频上对数据进行编码并且不能使用其它技术(例如自动重发请求(ARQ))的某些类型的传输而言，快的跳频率将特别有利于减轻干扰的有害效应。

具有FH-OFDMA上行链路的多载波码分多址(MC-CDMA)系统是基于CDMA方案和正交频分复用(OFDM)信令的结合的通信系统。MC-CDMA是一种下行链路上的高效传输技术，这是因为即使在通过多径信道之后也能保持复用信号之间的正交性(假设用户和基站之间具有精确的时间和频率同步)，从而能够在接收机处对复用信号进行可靠的分离。

另一方面，MC-CDMA在上行链路上的效果不如多址技术。上行链路传输与下行链路传输在本质上的不同之处在于，来自不同用户的发送信号受不同信道影响。由于复用的特性以及MC-CDMA的信道估计误差的灵敏性，必须对于信道估计留出不成比例的系统资源量，以使该技术能够应用在上行链路上。此外，由于用户观测到不同的信道、多普勒频移并且用户通常与基站具有不同的距离，所以上行链路的同步是个更加复杂的问题。

但是，通过在FH-OFDMA上行链路的环境中将MC-CDMA谨慎地用作复用技术，能够导致资源利用的显著提高，尤其是在对于低频谱效率传输的带宽利用方面更是如此。

在FH-OFDMA中，上行链路上的用户被分配子载波的一个子集，并且其随着时间进行跳频。跳频能够提高频率分集以及干扰的时间平均。在一个实施例中，上行链路上的多个子载波被划分为多个不重叠的组，每个组独立跳频。由于来自连续子载波(在一个组内)的信道被认为是高度相关的，所以可以使用公共导频符号来对其信道进行估计，由此能够显著地节省导频开销(与采用随机子载波跳频相比)。此外，FH-OFDMA采用闭环上行链路时间控制机制以保证所有上行链路信号在一个小的时间窗口内(即，在循环前缀持续时间内)到达，由此能够有利于减轻符号间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)。

在一个实施例中，FH-OFDMA支持在不同的用户上或者在来自同一用户的不同信号上进行MC-CDMA复用。图1说明了根据一个实施例的FH-OFDMA环境中的MC-CDMA的概念。横轴表示OFDM符号102。纵轴表示子载波104。

该实例假设8载波组在8个OFDM符号上跳频。这样，每个时间-频率块106中具有64个调制符号。针对时间-频率块示出了跳频持续时间108和载波组合(association)110。

在一个实施例中，时间和频率在时间-频率块中是连续的。时间-频率块是OFDM符号和子载波的连续分配。可选地，在时间-频率块中频率是不连续的，但是作为相同时间-频率块的一部分的频率互相正交。

每个用户被分配了不同的正交码集合，以用于在所分配的时间-频率块上对各个数据(或导频)符号进行扩展(spread)。正交码的实例包括Walsh码和Gold码，它们都是本领域所公知的。

在扩展之后，将每个符号映射到所分配的时间-频率块中的调制符号中的一个。然后，基于这些符号(根据标准OFDMA波形产生技术)产生对应的OFDMA波形。可以看出，多个用户共享相同的时间-频率分配——这是与向用户分配不同的时间-频率分配集合以保证正交性的传统FH-OFDMA的显著区别。通过适当选择组中子载波的数量和跳频持续时间，不同用户的各个信道在某个时间-频率分配上不变，从而能够基于分配给不同用户的独有扩展签名/码来分离用户。

来自不同用户的MC-CDMA信号在相同的时间-频率分配上进行复用。希望来自每个用户的各个信道能够在每个时间-频率分配上不变，从而能够在接收机处进行分离。

当在上行链路上的相同时间-频率分配上对来自不同用户的低频谱效率传输(例如导频符号、ACK/NACK符号等)进行复用时，上述技术特别有效。此外，这种技术还可以用来帮助减轻某些情况下的链路预算(link budget)限制。

例如，考虑上行链路上的一个比特的传输(例如导频或ACK/NACK符号)。为了满足性能需求，必须实现一定量的接收SNR。用户可以以非常高的功率在一次传输上发送该比特，或者以较低功率在若干次传输(例如，通过重复)上发送该比特。前一技术导致高的带宽效率(即，仅需要一次传输)但是可能受到链路预算限制，并且更糟糕的是，由于缺少频率/干扰分集而可能具有较差的性能。可选的方法是将所述一个比特在若干次传输上发送。为了提高频率/干扰分集，可以在不同频率和/或时刻上进行每次传输。该方法将会在接收机处导致更可靠的检测，但是这是以更大的带宽开销以及可能的更长的传输时间为代价的。ACK/NACK比特的较长传输时间导致在发射机处更短的处理时间，尤其是在使用H-ARQ的系统中更是如此。

一种折衷的方法是使用一种能够取得足够的频率/干扰分集量并同时还使用合理数量的带宽的传输技术。可以使用前面所考虑的具有连续载波组跳频的结构。在这种配置下，用户在多个时间-频率块上发送一个比特的数量，以聚集频率/干扰分集。此外，在特定时间-频率块上对多个用户进行正交复用，以使整体带宽消耗最小化。为了实现后面这一点，考虑用户在M次传输上发送一个比特的数量的情况。假设N次传输落在一个特定时间-频率块中(即，用户在总共M/N个块上进行发送)。由此，用户需要来自每个块的N个调制符号。假设每个时间-频率块总共有K个调制符号，那么每个块可以支持至多K/N个用户。显然，如果信道在每个时间-频率块上(在时间和频率中)保持的相当稳定，就能够容易地应用MC-CDMA复用技术。为此，向每个用户分配正交码序列中的一个以调制相应的数据符号。然后，将正交扩展的符号放置到从中产生OFDM波形的适当子载波上。

通过将正交码序列分配给每个用户，多达K个用户能够在每个时间-频率块中进行复用，同时能够聚集相同量的能量(在解扩后)。此外，由于每个用户正在整个时间-频率块上进行发送，所以直接的附带结果就是节省了链路预算。链路预算的节省主要源于每个用户在较长的持续时间上进行发送。

这种传输技术也可以被推广为在用户每次发送多于一个比特的配置下使用。特别地，总是可以修改每个用户的传输，以便可以在每个时间-频率块上对多个用户进行复用(即，通过有意(deliberate)扩展)。但是，当重复码(其是一种扩展形式)是传输所固有的时，将实现真正的带宽节省。

在FH-OFDMA配置中，重复码还可以被用作减小链路预算限制的手段。例如，由于链路预算限制，当用户在一次传输上发送编码符号时，其可能不能满足接收SNR需求。避免这一问题的一种方法是：在不同时刻处(即通过重复)，在多次传输上分别以较低功率发送每个编码符号。显然，通过应用所提出的用户复用技术，能够实现所希望的结果同时将带宽开销限制到最小值。

图2示出了终端220x的一个实施例的方框图，其中，终端220x是OFDMA系统200中的终端之一。为了简化起见，在图2中仅示出了终端220x的发射机部分。

在终端220x中，编码器/交织器212接收来自数据源210的业务数据以及可能的来自控制器240的控制数据和其它数据。编码器/交织器212对所接收的数据进行格式化、编码以及交织，以提供编码数据。然后，调制器214根据一个或多个调制方案(例如QPSK、M-PSK、M-QAM等)对编码数据进行调制，以提供调制符号(或者简称为“数据符号”)。每个调制符号是与用于该调制符号的调制方案信号星座图中的特定点相对应的复值。

OFDM调制器220对数据符号进行跳频和OFDM处理。在OFDM调制器220中，TX FH处理器222接收数据符号并将这些数据符号提供到适当子带上，其中所述适当子带由分配给终端220x的业务信道的FH序列所确定。该FH序列指示在每个跳频周期中所使用的特定子带，并且其由控制器240提供。TX FH处理器222提供数据符号。数据符号以由FH序列确定的伪随机方式，从一个子带动态跳频到另一个子带。对于每个OFDM符号周期，TX FH处理器222为N个子带提供N个“发送”符号。所述N个发送符号由用于数据传输的子带的一个数据符号(如果正在发送数据)和不用于数据传输的每个子带的零值信号所构成。

逆快速傅立叶变换(IFFT)单元224接收每个OFDM符号周期的N个发送符号。然后，IFFT单元224使用N点逆FFT将N个发送符号变换到时域，以获得含有N个时域“数据”码片的“已变换”符号。每个数据码片是将要在一个码片周期中发送的复值。(码片速率与系统的总带宽有关。)循环前缀生成器226接收每个已变换符号的N个数据码片，并且重复已变换符号的一部分以形成含有N+C_p个数据码片的OFDM符号，其中C_p是所重复的数据码片的数量。所重复的部分通常被称为循环前缀，并被用于抵制由频率选择性衰落所引起的符号间干扰(ISI)。OFDM符号周期对应于一个OFDM符号的持续时间，即N+C_p个码片周期。循环前缀生成器226为OFDM符号流提供数据码片流。

发送(TX)导频处理器230接收所述数据码片流和至少一个导频符号。TX导频处理器230产生窄带导频。TX导频处理器230提供“发送”码片流。发射机单元(TMTR)232处理所述发送码片流以获取调制信号，其中该调制信号从天线234被发送到基站。

图3示出了基站210x的实施例的方框图，其中，基站210x是OFDMA系统200中的基站之一。为了简化起见，图3中仅示出了基站210x的接收机部分。

由天线252接收终端220x所发送的调制信号。从天线252接收的信号被提供给接收机单元(RCVR)254，并由接收机单元254进行处理以提供采样。接收机单元254还可以对采样执行采样率转换(从接收机采样率到码片速率)、频率/相位校正和其它预处理。接收机单元254提供“接收”码片流。

接收(RX)导频处理器260接收并处理所述接收码片流，以恢复由终端220x发送的窄带导频和数据码片。下面描述RX导频处理器260的若干个设计。RX导频处理器260将接收数据码片流提供给OFDM解调器270，并将信道增益估计提供给数字信号处理器(DSP)262。DSP 262处理信道增益估计，以获取用于数据解调的信道响应估计，如下所述。

在OFDM解调器270中，循环前缀移除单元272接收所述接收数据码片流，并移除附加到每个接收OFDM符号上的循环前缀以获取接收变换符号。然后，FFT单元274使用N点FFT将每个接收变换符号变换到频域，以获取N个子带的N个接收符号。RX FH处理器276获得每个OFDM符号周期的N个接收符号，并将来自适当子带的接收符号提供作为该OFDM符号周期的接收数据符号。由用于分配给终端220x的业务信道的FH序列来确定在每个OFDM符号周期中用来从中获取接收数据符号的特定子带。该FH序列由控制器290提供。由于终端220x的数据传输动态地从一个子带跳频到另一个子带，所以RX FH处理器276与终端220x中的TX FH处理器222一致操作，并且RX FH处理器276从适当的子带提供接收数据符号。基站210x处的RX FH处理器276所使用的FH序列与终端220x处的TX FH处理器222所使用的FH序列相同。此外，将基站210x和终端220x处的FH序列同步。RX FH处理器276将接收数据符号流提供给解调器280。

解调器280接收所述接收数据符号，并利用来自DSP 262的信道响应估计对所述接收数据符号进行相干地解调，以获取恢复数据符号。所述信道响应估计用于数据传输所使用的子带。解调器280还对恢复数据符号进行解映射，以获取解调数据。然后，解交织器/解码器282将解调数据进行解交织和解码以提供解码数据，其中解码数据可被提供给数据宿284以进行存储。通常，基站210x中的单元所执行的处理与终端420x中的对应单元所执行的处理互补。

控制器240和290分别指示终端220x处和基站210x处的操作。存储器单元242和292分别为控制器240和290所使用的程序代码和数据提供存储。控制器240和290还可以执行导频相关处理。例如，控制器240和290可以确定终端220x的窄带导频应该分别被发送和接收的时间间隔。

为了清楚起见，图2和图3分别示出了反向链路上的导频和数据的发送和接收。对于前向链路上的导频和数据传输可以执行类似的或不同的处理。

本文所描述的技术可以用于跳频OFDMA系统以及其它无线多载波通信系统。例如，这些技术可以用于采用其它多载波调制技术(如离散多音(DMT))的系统。

本文所描述的技术可以用于在时分双工(TDD)配置中实现有效窄带上行链路导频传输。对于每个用户，节省了系统带宽和链路预算。例如，给定三个用户，且每个用户在三个时隙上发送符号，则每个用户在三个时隙上以1/3发送功率来发送其符号。

本文所描述的技术还可以由发射机和接收机处的各种模块来实现。发射机和接收机处的导频和数据处理可以用硬件、软件或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元(例如TX导频处理器230、RX导频处理器260、DSP 222等)可以实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、其它被设计用来执行本文所述功能的电子单元或者其组合中。

对于软件实现，发射机和接收机处的导频和数据处理可以利用执行本文所述功能的模块(例如程序、函数等)来实现。软件代码可以存储在存储器单元(例如图2和图3中的存储器单元242和292)中，并由处理器(例如控制器240和290)来执行。存储器单元可以实现在处理器内部或者处理器外部，在存储器单元实现在处理器外部的情况下，存储器单元可以经由本领域公知的各种手段而可通信地耦接到处理器上。

提供对所公开实施例的上述描述，以使得本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以将本文所定义的一般原理应用到其它实施例。因此，本发明并不旨在局限于本文所示出的实施例，而应给予与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。