CN101043493B - 一种正交频分复用帧的物理信道映射方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交频分复用(OFDM)帧的物理信道映射方法，用于兼容CDMA2000无线配置；该方法为用户数据分配资源信道，并且每次为用户数据分配的所有资源信道包含子载波数总数为48或144的正整数倍；对数据进行编码调制生成调制符号，并将调制符号映射到对应的OFDM码元的子载波上。本发明还同时公开了一种发射装置。

Description

一种正交频分复用帧的物理信道映射方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域的正交频分复用(OFDM)技术，尤其涉及一种OFDM帧的物理信道映射方法及装置。

背景技术

正交频分复用(OFDM)是一种多载波传输技术，该技术将频谱分成许多子载波，每个子载波用较低的数据速率来调制。通过向不同的用户分配不同的子载波，可以实现OFDM的多址接入，即OFDMA。每个窄带子载波采用不同的调制方式，例如QAM16、QAM8等，然后采用逆快速傅立叶变换(IFFT)来提供OFDM调制。需要传输的数据被映射到OFDM的符号上，经过IFFT后，加上循环前缀，发送出去。接收端利用FFT解出OFDM符号，取出映射到该符号的数据。OFDM技术作为具有传输高速率数据业务能力的频分复用技术，具有抗多径干扰能力强，带宽利用率高等特点，已经广泛应用在现有的通信系统中。OFDM技术在无线局域网标准802.11a中，相关产品已经获得应用；OFDM和MIMO结合的相关技术也已经在IEEE802.16中完成标准制订。而且，在移动无线通信接入系统中，第三代合作伙伴计划2(3GPP2)的AIE阶段2正在进行使用OFDM技术构建具有更高频率效率的移动无线通信接入系统的架构设计。

OFDM系统中物理信道映射一般采用时频二维设计模式。图1给出了一个OFDM帧的构造，该帧时间上包括8个符号，频率上共有16个子载波，图中每种图案代表了一个资源块。图中一个资源块大小为4×8＝32个子载波，可以放下32比特的数据。因此，物理信道映射就是指将要传的数据比特映射这些资源块中去。当然在映射时，希望映射的数据块大小是可用的资源块整数倍，这样所有的数据可以占满物理资源保证资源不会浪费。

在考虑OFDM系统帧物理信道映射时，需要考虑导频和公共控制信息的映射的位置，以及业务信道的映射。业务信道映射的方式主要有两种：一种是集中分配(localized)的方式，另一种是离散分配的(distributed)方式。

集中分配的方式如图2所示，将整个频段分成若干子带，每个子带由连续的子载波组成。基站根据用户反馈的各子带的信道质量信息(CQI)，在时间频率面上，将物理信道的资源以子带为单位分配给用户。这种方式下，用户通过选择和调度，能够避开深衰落的频带，有效的对抗频率选择性衰落。所以，集中分配的方式有更高的传输效率。但是，集中分配的方式需要各个子带的CQI反馈，反向控制信道的负载比较大。而且对于高速运动的用户，由于信道质量变化太快，反馈回来的CQI已经不能反应当前的信道质量。所以集中分配的方式只适合于低速用户。

离散分配的方式如图2所示，每个用户的数据分散在整个时间频率面上。对于离散分配方式，基站只要知道整个频带平均的CQI，因此反馈链路的负载较小。适合于数据包较小的数据业务，如语音业务等。由于数据分散在整个频带上，因此离散分配方式有频率上的分集增益，它适用于高速运动和公共控制信道等，但是它传输的效率不如集中分配方式高。

可见，集中分配方式和离散分配方式各有优缺点，要想充分利用信道资源，需要考虑两种方式的复用。

作为3GPP2发布的比较成熟的标准CDMA2000，其业务信道物理层的无线配置方案以及相应的上层处理都已经比较成熟而且得到了验证，因此在将OFDM技术作为新的接入网技术时，除了考虑OFDM本身技术特性进行帧映射结构设计外，如果可以直接继承CDMA2000系统中的无线配置方案以及相应上层处理过程，在以后的系统开发中就可以节省大量的时间和金钱，并方便对现有的CDMA2000系统的兼容。

另外，将MIMO和OFDM技术结合起来一起设计是当前一大趋势，在考虑OFDM帧物理信道映射时也应当考虑对MIMO系统的兼容。

发明内容

本发明提供一种正交频分复用帧的物理信道映射方法及装置，使OFDM帧的物理信道映射能够兼容现有的CDMA2000系统的前向业务信道结构；进一步的，使OFDM支持多输入多输出MIMO技术。

本发明提供以下技术方案：

一种正交频分复用(OFDM)帧的物理信道映射方法，用于兼容CDMA2000无线配置；该方法包括如下步骤：

为用户数据分配资源信道，并且每次为用户数据分配的所有资源信道包含子载波数总数为48或144的正整数倍；

对数据进行编码调制生成调制符号，并将调制符号映射到对应的OFDM码元的子载波上。

其中：

分配资源信道时复用集中分配方式和离散分配方式。

对于集中分配方式，每个资源信道包含的最小子载波数为36或48的正整数倍；或者，对于离散分配方式，每个资源信道包含的最小子载波数为24或36的正整数倍。

将导频和公共控制信息映射在每一OFDM帧的前端并且相邻。

每个OFDM帧内除了导频和控制信息占用的符号外剩余符号数为2的倍数，并且每对天线对应的符号上离散分配方式相同。

一种正交频分复用(OFDM)帧的物理信道映射装置，用于兼容CDMA2000无线配置，包括：

用于为用户数据分配资源信道，并且每次为用户数据分配的所有资源信道包含子载波数总数为48或144的正整数倍的装置；

用于对数据进行编码调制生成调制符号的装置；

将调制符号映射到对应的OFDM码元的子载波上的装置。

本发明有益效果如下：

1、在OFDM帧的物理信道映射时，对于集中分配最小可分配资源块为36或48的正整数倍，即可在[36，48，72，96，144]中选择，离散分配时最小可分配资源块为24或36的正整数倍，即可在[24，36，48]中选择，因此，能够匹配CDMA2000中的数据速率要求，兼容了CDMA2000的前向业务信道结构。这样可以直接继承CDMA2000系统中的无线配置方案以及相应上层处理过程，在以后的系统开发中直接使用其中的相关模块，节省大量的开发时间和投入，并方便对现有的CDMA2000系统进行兼容。

2、在一帧中同时支持离散分配和集中分配模式，兼顾了高速和低速用户的需求。

3、将导频和公共控制信息放在每帧的前端并相邻，提高了公共控制信息的解码正确率并使得处于省电模式的用户仅需要检测每帧前部符号，从而节省了用户侧功率消耗。

4、每一OFDM帧内除了导频和控制信息占用的符号外剩余符号数为2的倍数，并且对于离散分配模式下每相邻天线的跳频方案相同，这样能够支持MIMO新技术的应用。

附图说明

图1为现有OFDM帧结构示意图；

图2为现有技术中信道集中分配方式示意图；

图3为现有技术中信道离散分配方式示意图；

图4为现有技术中CDMA2000系统前向业务信道处理示意图；

图5为现有技术中OFDM系统前向业务信道处理示意图；

图6A为本发明实施例中单个天线系统中发射机的结构示意图；

图6B为本发明实施例中发送数据的流程图；

图7、图8为本发明实施例中分配资源块的示意图。

具体实施方式

参阅图4所示，一般的CDMA2000中前向业务信道处理过程为：在步骤400，根据上层分发下来的信息比特的长度确定是否需要添加保留比特；在步骤401，在信息比特后添加循环冗余校验比特；在步骤402，添加编码尾比特或者保留比特；在步骤403，对处理后的数据进行卷积或者turbo编码；在步骤404，根据编码后的数据的不同无线配置，进行重复和/或打孔的处理；在步骤405，对数据进行加扰处理；在步骤406，将加扰后的数据输入到块交织模块进行交织；在步骤407，如果支持混合重传HARQ，则进行子包选择；在步骤408，对数据进行QPSK/8PSK/16QAM调制，在步骤409，对调制后的数据进行扩频处理。

如图5所示，采用OFDM技术的空中接口前向信道处理过程中，步骤500至508与CDMA2000的处理过程同理，在步骤509，将调制符号映射到OFDM码元的子载波上。

对比图4和图5可知，如果两者块交织的大小一致，就可以有统一的前向业务信道结构。

表1中给出了CDMA2000系统中两种扩频速率下可支持的数据块大小，表2给出了CDMA2000中的前向业务信道的无线配置特性。

表一

48	96	192	384	768	1536	3072	6144	12288
									144	288	576	1152	2304	4608	9216	18432	36864

表二

无线配置	支持速率	数据速率
			1	1	1200，2400，4800和9600bps数据速率R＝1/2，BPSK
2	1	1800，3600，7200和14400bps数据速率R＝1/2，BPSK
			3	1	1200，1350，1500，2400，2700，4800，9600，19200，38400，76800和153600bps数据速率R＝1/4，QPSK
4	1	1200，1350，1500，2400，2700，4800，9600，19200，
					38400，76800，153600和307200bps数据速率R＝1/2，QPSK
5	1	1800，3600，7200，14400，28800，57600，115200和230400bps数据速率R＝1/4，QPSK
			6	3	1200，1350，1500，2400，2700，4800，9600，19200，38400，76800，153600和307200bps数据速率R＝1/6，QPSK
7	3	1200，1350，1500，2400，2700，4800，9600，19200，38400，76800，153600，307200和614400bps数据速率R＝1/3，QPSK
			8	3	1800，3600，7200，14400，28800，57600，115200，230400和460800bps数据速率R＝1/4(20ms)or1/3(5ms)，QPSK
9	3	1800，3600，7200，14400，28800，57600，115200，230400，259200，460800，518400和1036800bps数据速率R＝1/2(20ms)or 1/3(5ms)，QPSK

无线配置	支持速率	数据速率
			10	1	43200，81600，86400，158400，163200，172800，312000，316800，326400，465600，619200，624000，633600，772800，931200，1238400，1248000，1545600，18624002476800，and 3091200bps子包数据R＝1/5，QPSK，8-PSK，or 16-QAM

从上表可知，在本发明中OFDM系统每次为用户数据分配的所有资源信道包含的子载波总数为48或144的正整数倍时，即可兼容CDMA2000中的前向业务信道结构。

在本实施例中，为了同时兼顾高速和低速用户的需求，资源分配采用集中分配与离散分配复用方式。对于集中分配，每个资源信道包含的最小子载波数(即最小可分配资源块)在[36，48，72，96，144]中选择；对于离散分配，每个资源信道包含的最小子载波数在[24，36，48]中选择，这样就可以保证每次为用户数据分配的资源块可以满足48或144的正整数倍。

为了提高对公共控制信息的解码正确率，并使处于省电模式的用户仅需要检测每帧的前部符号，节省用户侧功率消耗，将导频和公共控制信息放在每帧的前端并相邻。

为了兼容MIMO技术中的Alamouti空时编码，每一帧数据内除了导频和控制信息占用的符号外，剩余的符号数N为2的正整数倍(即：N mod 2＝0)，并且每对天线对应的符号上离散分配方案相同。

参阅图6A所示，单个天线系统中的发射机包括：编码单元11、调制单元12、映射单元13、逆快速傅立叶变换IFFT单元14和天线20(图中未示出所有处理单元)。编码单元11用于对数据包进行编码处理；调制单元12用于调制编码后的数据以生成调制符号包；映射单元13用于将调制符号包内的符号映射到OFDM码元的子载波上；IFFT单元14用于对每个OFDM码元上的关联数据做逆离散快速傅立叶变换，得到时域的OFDM码元；天线20用于发射OFDM码元。

参阅图6B所示，在发射端进行OFDM帧物理信道的主要处理流程如下：

步骤600、将通信系统上层(如MAC层)传送来的逻辑数据包区分为适合集中分配方式传输或适合离散分配方式传输的两种，并按48或144的正整数倍为用户数据分配资源信道，把逻辑包分割成物理包。

步骤610、由编码单元11对物理数据包进行编码处理。

步骤620、调制单元12对编码后的数据进行调制，生成调制符号包。

步骤630、映射单元13把分割好的调制符号包内的符号，关联(映射)到每个DRCH或LRCH对应的当前帧内的子载波上，并且导频和公共控制信息放在每帧的前端并相邻。

当一个帧内的所有子载波都被关联了对应的数据符号后，IFFT单元14对每个OFDM码元上的关联数据，做逆离散快速傅立叶变换(IFFT)，得到时域的OFDM码元。然后，由天线20连续发送一帧内的多个OFDM码元。

图7给出了采用上述资源分配方式的一个具体实例。在该图中，一帧包括8个符号，导频信道和公共控制信息占用两个符号，放置在数据帧的前面并相邻；方块A和方块B表示分配给离散分配用户的子载波，其他部分是集中分配用户的资源。方块B是离散用户的跳频图案(即一个用户最小可占有的资源在整个时间频率域的分配方式)。在该实例，整个频带分为12个子带(省略了8个子带)，每个子带包含32个子载波，子带是集中调度时反馈CQI的最小单位。

按离散分配的最小分配资源块大小，将所有子带分为4份，每份中在除了前两个符号外的每两个符号上选择一个用于离散模式的子载波组成跳频图案，如图中前三个子带的方块B所示，也就是说，在前面3个子带用于离散分配的子载波中，它按照某一跳频模式在连续的剩余6个OFDM符号中每个符号内选取一个用于离散模式的子载波组成跳频图案，接下来跳频图案每3个子带重复一次，即12个子带总共重复4次，这样，12个子带中的所有方块B的总和就是离散用户的最小分配资源。因此，在这个例子中的最小分配资源块是4*6＝24个子载波。而集中分布的最小分配资源块是24X6＝144个子载波。按照实施例得到的离散模式的最小分配资源块大小为24，每次为用户数据分配两个或两个以上资源块即可以匹配CDMA2000中的数据速率要求，兼容了CDMA2000中业务信道结构。

图7所示的物理映射考虑了OFDM技术本身的要求，同时支持了离散分配和集中分配模式，导频和公共控制信息放在每帧的前端，可以提高公共控制信息的正确率并使得处于省电模式的用户仅需要检测每帧前两个符号，从而节省了用户侧功率消耗。

图8给出了采用上述资源分配方式的一个具体实例。该实例兼容了常用的MIMO技术(包括Alamouti空时编码)。一帧包括8个符号，导频信道和公共控制信息占用两个符号，放置在数据帧的前面，并且满足(8-2)mod2＝0。方块A’表示离散用户的跳频图案(即一个用户最小可占有的资源在整个时间频率域的分配方式)。在该实施例中，整个频带分为12个子带，每个子带包含32个子载波，子带是集中调度时反馈CQI的最小单位。

按离散分配的最小分配资源块大小，将所有子带分为4份，每份中在除了前两个符号外的每两个符号上选择一个用于离散模式的子载波组成跳频图案，如图中前三个子带的方块A’所示，也就是说，在前面3个子带用于离散分配的子载波中，它按照某一跳频模式在连续的6个OFDM符号中每两个连续符号选择相同的用于离散模式的子载波对组成跳频图案，接下来跳频图案每3个子带重复一次，即12个子带总共重复4次，这样，12个子带中的所有方块A’总和就是离散用户的最小分配资源。这种两个连续的符号绑在一起进行跳频可以很容易的支持MIMO，比如实现STBC编码等。在这个例子中的最小分配资源块是4*6＝24个子载波。而集中分布的最小分配资源块是24X6＝144个子载波。按照实施例得到的离散模式的最小分配资源块大小为24，每次为用户数据分配两个或两个以上资源块即可以匹配CDMA2000中的数据速率要求，兼容了CDMA2000中业务信道结构。

图8中的物理映射考虑了OFDM技术本身的要求，同时支持离散分配和集中分配模式，导频和公共控制信息放在每帧的前端并且相邻，提高了公共控制信息的解码正确率并使得处于省电模式的用户仅需要检测每帧前两个符号，从而节省了用户侧功率消耗。离散模式最小分配资源块大小为24，而两种情况下集中模式最小分配资源块大小分别为144和96都能够兼容CDMA2000的前向业务信道结构。同时该设计支持了常用的MIMO技术。

从上述可知：

1、本发明给出了既发挥OFDM本身的技术特性又可以兼容CDMA2000业务信道的信道结构的OFDM帧物理信道映射方案。

2、在一帧中同时支持离散分配和集中分配模式，兼顾了高速和低速用户的需求。

3、导频和公共控制信息放在每帧的前端并相邻，提高了公共控制信息的解码正确率并使得处于省电模式的用户仅需要检测每帧前部符号，从而节省了用户侧功率消耗。

4、集中分配时最小可分配资源块在[36，48，72，96，144]中选择，离散分配时最小可分配资源块在[24，36，48]中选择，可以匹配CDMA2000中的数据速率要求，兼容了CDMA2000的前向业务信道结构。这样可以直接继承CDMA2000系统中的无线配置方案以及相应上层处理过程，在以后的系统开发中直接使用其中的相关模块，节省大量的开发时间和投入，并方便对现有的CDMA2000系统进行兼容。

5、本发明能够支持MIMO新技术的应用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种正交频分复用OFDM帧的物理信道映射方法，用于兼容CDMA2000无线配置；该方法包括如下步骤：

为用户数据分配资源信道，并且每次为用户数据分配的所有资源信道包含子载波数总数为48或144的正整数倍；

对数据进行编码调制生成调制符号，并将调制符号映射到对应的OFDM码元的子载波上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分配资源信道时复用集中分配方式和离散分配方式。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对于集中分配方式，每个资源信道包含的最小子载波数为36或48的正整数倍；或者，对于离散分配方式，每个资源信道包含的最小子载波数为24或36的正整数倍。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，将导频和公共控制信息映射在每一OFDM帧的前端并且相邻。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每个OFDM帧内除了导频和控制信息占用的符号外剩余符号数为2的倍数，并且每对天线对应的符号上离散分配方式相同。

6.一种正交频分复用OFDM帧的物理信道映射装置，用于兼容CDMA2000无线配置；其特征在于，包括：

用于为用户数据分配资源信道，并且每次为用户数据分配的所有资源信道包含子载波数总数为48或144的正整数倍的装置；

用于对数据进行编码调制生成调制符号的装置；

将调制符号映射到对应的OFDM码元的子载波上的装置。

7.如权利要求6所述的OFDM帧的物理信道映射装置，其特征在于，分配资源信道时复用集中分配方式和离散分配方式。

8.如权利要求7所述的OFDM帧的物理信道映射装置，其特征在于，对于集中分配方式，每个资源信道包含的最小子载波数为36或48的正整数倍；或者，对于离散分配方式，每个资源信道包含的最小子载波数为24或36的正整数倍。

9.如权利要求6、7或8所述的OFDM帧的物理信道映射装置，其特征在于，将导频和公共控制信息映射在每一OFDM帧的前端并且相邻。

10.如权利要求9所述的OFDM帧的物理信道映射装置，其特征在于，每一OFDM帧内除了导频和控制信息占用的符号外剩余符号数为2的倍数，并且每对天线对应的符号上离散分配方式相同。

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