CN101480008B

CN101480008B - 在正交频分多址系统中生成用于自适应信道估计的导频图案的方法、利用该导频图案的传送/接收方法及其设备

Info

Publication number: CN101480008B
Application number: CN2007800237871A
Authority: CN
Inventors: 黄胜铉; 金昌周; 宋明善; 严重善
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2027-04-24
Also published as: US7903691B2; US9867166B2; KR101275806B1; JP2009534982A; EP2568651A3; US20110116516A1; CN102394738B; KR20070104865A; EP2568651A2; US20110116411A1; US8861551B2; JP5061182B2; US20140376493A1; US8855144B2; US20090274174A1; EP2011295B1; JP2012105355A; CN102394738A; EP2011295A1; CA2796382A1

Abstract

本发明提供了用于生成能够执行自适应信道估计的导频图案的方法、以及使用该导频图案的基站的方法和设备与终端的方法和设备。导频图案基于频域和时域中的从先前正交频分多址(OFDMA)码元的导频到当前OFDMA码元的副载波位置的距离，而选择导频码元位置，使得维持低导频密度，从而有效传送数据，并甚至在差信道环境中能够获得稳定的信道估计性能。另外，根据基站和终端之间的信道环境确定最小突发分配尺寸，这保证适于信道环境的信道估计性能，并改善粒度、信道估计等待时间、和信道估计存储容量。

Description

在正交频分多址系统中生成用于自适应信道估计的导频图案的方法、利用该导频图案的传送/接收方法及其设备

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的导频图案，并更具体地，涉及用于生成能够在维持低导频密度的同时使得由于差信道环境中的内插导致的信道估计性能降级最小化的导频图案的方法、以及能够通过使用生成的导频图案自适应地控制信道估计性能、粒度、信道估计等待时间(latency)、信道估计存储容量(size)等以适于基站和终端之间的信道环境的传送和接收方法。

背景技术

在无线通信系统中，信道环境影响接收的信号，并由此必须补偿信道环境的影响。为了这样做，在无线通信系统中的发射机和接收机之间的数据传送期间，在时域和频域中插入预定导频码元。接收机使用两个连续导频码元来执行信道估计，以补偿两个导频码元之间的数据码元的信道恶化。

结果，当导频码元之间的间隔减小、而导频码元的密度增加时，改善了信道估计性能。然而，帧中的导频码元的比率增加，这降低了信息传送效率。

图1和2示出了现有正交频分复用(OFDM)系统中使用的导频图案的示例。

图1示出了IEEE 802.16e微波存取全球互通(WiMAX)标准中的下行链路部分使用子信道(PUSC)模式中使用的导频图案，而图2示出了欧洲电信标准协会(ETSI)地面(手持)数字视频广播(DVB-T(H))模式中使用的导频图案。

参考图1，在导频图案中，每2个正交频分多址(OFDMA)码元重复地在副载波中插入导频。在该结构中，尽管接收机收集充足的OFDMA码元以用于信道估计，但是时隙中的导频间隔总是固定为4，从而为了补偿导频之间的数据副载波的信道恶化，不得不执行内插，并对应地不能避免由于内插导致的性能降级。

参考图2，在导频图案中，每4个OFDM码元重复地在副载波中插入导频。在该结构中，尽管收集4个OFDM码元以用于信道估计，但是导频间隔总是固定为3，从而也不能避免由于内插导致的信道估计性能降级。

另外，现有导频图案具有这样的结构，其中不可能根据信道环境自适应地控制信道估计性能、粒度、信道估计等待时间、和信道估计存储容量。

所以，需要能够在维持低导频密度的同时使得由于内插导致的信道估计性能降级最小化的导频图案、以及使用该导频图案的自适应信道估计方法。

发明内容

技术问题

本发明提供了一种用于生成能够在维持低导频密度的同时使得由于差信道环境中的内插导致的信道估计性能降级最小化的导频图案的方法。

本发明还提供了一种用于使用生成的导频图案自适应地控制信道估计性能、粒度、信道估计等待时间、信道估计存储容量等以适于基站和终端之间的信道环境的方法。

本发明的目的和优点将在包括本发明示范实施例的以下描述中进行解释。另外，可容易理解的是，可利用所附权利要求及其组合中公开的手段来实现本发明的这些目的和优点。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种用于生成导频图案的方法，包括以下步骤：(a)确定作为以下部分的时隙的尺寸，在该部分中，在时域和频域中重复导频图案；(b)将时域中的该时隙内的第一OFDMA(正交频分多址)码元中的任意副载波确定为导频插入位置；(c)计算从时域中的时隙内的所有先前OFDMA码元的导频、到第一OFDMA码元之后的当前OFDMA码元中的排除其中插入了时域中的时隙内的所有先前OFDMA码元的导频的副载波的每一剩余副载波的、每一剩余副载波的频率-时间距离；(d)比较剩余副载波的频率-时间距离集之中的最小距离；和(e)将具有最大频率-时间最小距离的副载波确定为导频插入位置。

该方法还可包括步骤：(f)当在比较频率-时间距离集之中的最后最小距离之后、具有相同最大值的副载波的数目为两个或更多时，计算仅沿频率方向的、从时域中的时隙内的所有先前OFDMA码元的导频到具有相同最大值的每一副载波的、具有相同最大值的每一副载波的频率距离；(g)比较频率距离集之中的最小距离；和(h)将具有最大频率最小距离的副载波确定为导频插入位置。

该方法还可包括步骤：(i)当在比较频率距离集之中的最后最小距离之后、具有相同最大值的副载波的数目为两个或更多时，将具有频率距离集之中的最后最小距离的相同最大值的副载波中的任意一个确定为导频插入位置。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于基站的传送和接收方法，包括以下步骤：(a)根据预定标准确定终端的最小突发分配尺寸；(b)根据该最小突发分配尺寸生成其中用于信道估计的导频间隔能够改变的导频图案；和(c)基于该导频图案生成传送信号。

该方法还可包括步骤：(d)对于从终端接收的信号，基于有关所确定的上行链路突发区域的信息，在信道估计等待时间之后估计信道。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于终端的传送和接收方法，包括以下步骤：(a)从基站接收根据其中用于信道估计的导频间隔能够改变的导频图案而传送的信号；(b)从接收的信号中检测上行/下行链路突发区域；和(c)基于有关检测的下行链路突发区域的信息，在信道估计等待时间之后，对于接收的信号估计信道。

该方法还可包括步骤：(d)生成其中用于信道估计的导频间隔能够改变的导频图案；和(e)根据基于有关检测的上行链路突发区域的信息确定的上行链路突发区域中的导频图案，来生成传送信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于生成导频图案的设备，包括：时隙确定器，用于确定作为以下部分的时隙的尺寸，在该部分中，在时域和频域中重复导频图案；距离计算器，用于计算从时域中的时隙内的先前OFDMA码元的导频、到第一OFDMA码元之后的当前OFDMA码元中的排除其中插入了时域中的时隙内的先前OFDMA码元的导频的副载波的每一剩余副载波的、每一剩余副载波的频率-时间距离；距离比较器，用于比较剩余副载波的频率-时间距离集之中的最小距离；和位置确定器，用于将具有最大频率-时间最小距离的副载波确定为导频插入位置，并将时域中的时隙内的第一OFDMA码元中的任意副载波确定为导频插入位置。

当在比较频率-时间距离集之中的最后最小距离之后、具有相同最大值的副载波的数目为两个或更多时，该距离计算器可计算仅沿频率方向的、从时域中的时隙内的所有先前OFDMA码元的导频到具有相同最大值的每一副载波的、具有相同最大值的每一副载波的频率距离，该距离比较器可比较频率距离集之中的最小距离，和该位置确定器可将具有最大频率最小距离的副载波确定为导频插入位置。

当在比较频率距离集之中的最后最小距离之后、具有相同最大值的副载波的数目为两个或更多时，该位置确定器可将具有频率距离集之中的最后最小距离的相同最大值的副载波中的一个确定为导频插入位置。

根据本发明的另一方面，提供了一种基站的传送和接收设备，包括：突发确定器，用于根据预定标准确定终端的最小突发分配尺寸；导频图案发生器，用于根据该最小突发分配尺寸生成其中用于信道估计的导频间隔能够改变的导频图案；和传送信号发生器，用于基于该导频图案生成传送信号。

该设备还可包括接收信号处理器，用于对于从终端接收的信号，基于有关所确定的上行链路突发区域的信息，在信道估计等待时间之后，估计信道。

根据本发明的另一方面，提供了一种终端的传送和接收设备，包括：信号接收机，用于从基站接收根据其中用于信道估计的导频间隔能够改变的导频图案而传送的信号；突发区域检测器，用于从接收的信号中检测上行和下行链路突发区域；接收信号处理器，用于基于有关检测的下行链路突发区域的信息，在信道估计等待时间之后，对于接收信号估计信道。

该设备还可包括：导频图案发生器，用于生成其中用于信道估计的导频间隔能够改变的导频图案；和传送信号发生器，用于根据基于有关检测的上行链路突发区域的信息确定的上行链路突发区域中的导频图案，来生成传送信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读介质，其上包含用于运行生成导频图案的方法、用于基站的传送和接收方法、以及用于终端的传送和接收方法的计算机程序。

有利效果

导频图案基于频域和时域中的从先前正交频分多址(OFDMA)码元的导频到当前OFDMA码元的副载波位置的距离而选择导频码元位置，使得在时隙中的最后OFDMA码元中，所有导频副载波位置处的信道信息被拷贝并用于信道估计。所以，可维持低导频密度，允许有效传送数据，防止由于差环境中的内插导致的性能降级，并获得稳定的信道估计性能。

另外，使用导频图案来执行信道估计。所以，根据基站和终端之间的信道环境确定最小突发分配尺寸，保证适于该信道环境的信道估计性能，并自适应地改善粒度、信道估计等待时间、和信道估计存储容量。

附图说明

图1示出了IEEE 802.16e微波存取全球互通(WiMAX)标准中的下行链路部分使用子信道(PUSC)模式中使用的导频图案。

图2示出了欧洲电信标准协会(ETSI)地面(手持)数字视频广播(DVB-T(H))模式中使用的导频图案。

图3是用于解释根据本发明实施例的正交频分多址(OFDMA)系统的发射机中的生成导频图案的方法的流程图。

图4A到4E是用于解释用于根据图3示出的实施例生成导频图案的导频插入顺序的图。

图5A到5D示出了通过应用图3的方法生成的各种时隙长度的导频图案的示例。

图6是根据本发明实施例的用于生成导频图案的设备的框图。

图7是用于解释根据小区中的终端位置而变得不同的信道环境的示例的图。

图8是用于解释使用重叠导频结构根据图7所示每一终端的信道估计进行自适应信道估计的、可在根据本发明实施例生成的导频图案中选择的OFDMA码元的数目的图。

图9示出了图7示出的终端的粒度、信道估计等待时间、信道估计存储容量、和传送信道环境之间的关系。

图10是示出了根据本发明实施例的使用信道状态信息选择自适应导频图案的基站A和用户终端B之间的信号处理流的框图。

图11A和11B是用于解释根据本发明实施例的用于基站的通过确定最小突发分配尺寸来传送和接收数据的方法的流程图。

图12A和12B是用于解释根据本发明实施例的用于终端的用于传送和接收数据的方法的流程图。

具体实施方式

发明模式

现在将参考附图来详细描述本发明的示范实施例。相同的附图标记在图中表示相同的元件。在该描述中，可省略公知功能和结构的详细描述，以免遮蔽本发明的本质。

另外，当部分“包括”组件时，这意味着该部分可包括其他组件，并不排除任何组件，除非以别的方式描述。

图3(图3A和3B)是用于解释根据本发明实施例的正交频分多址(OFDMA)系统的发射机中的生成导频图案的方法的流程图。

该导频图案是用于在频域和时域中安排导频码元的图案。

在OFDM/OFDMA通信系统中，根据用户向数据帧分配突发，并根据突发分配尺寸，来确定用于信道估计的OFDMA码元的数目。在根据当前实施例的导频图案中，用于信道估计的OFDMA码元中的导频间隔可根据最小突发分配尺寸而改变，使得通过根据信道环境改变最小突发分配尺寸，可优化粒度、信道估计等待时间、和信道估计存储容量，并可获得稳定的信道估计性能。

参考图3，为了形成导频图案，确定导频尺寸(操作S301)。根据当前实施例，时隙是其中在时域和频域中重复导频图案的部分，并且时隙由其中在频域中重复导频图案的频率导频间隔和其中在时域中重复导频图案的时间导频间隔定义。时隙的尺寸被表示为时隙内的频域中的副载波的数目和时域中的OFDMA码元的数目，并可根据目标系统的信道特性来进行选择。

确定其中确定了导频插入位置的当前OFDMA码元是时隙的第一OFDMA码元(操作S302)。

当当前OFDMA码元是时隙的第一OFDMA码元时，将OFDMA码元中的任意副载波确定为导频插入位置(操作S303)。将包括第一OFDMA码元的OFDMA码元中的每一个中的导频位置用作用于确定下一OFDMA码元的导频位置的基准。

对于从时隙的第二OFDMA码元开始的每一OFDMA码元，计算频率方向和时间方向上的、从所有先前导频到排除其中插入了时隙的先前OFDMA码元中的导频的副载波行的当前剩余副载波中的每一个的距离。由此，获得频率-时间距离(操作S304)。尽管也可使用对角距离，但是频率-时间距离意味着频率方向和时间方向上的每一距离之和。应用加权因子，以计算频率方向和时间方向上的每一距离，并且加权因子可根据系统和环境而不同。利用先前OFDMA码元的两个连续导频中的与当前副载波更接近的导频，来计算频率-时间距离。

对于剩余副载波计算的频率-时间距离集之中的距离值被彼此依次比较，并将具有最大值的副载波确定为导频插入位置(操作S305到S309)。

例如，当在第四OFDMA码元中存在四个剩余副载波时，这四个剩余副载波中的每一个具有三个频率-时间距离值，因为根据三个先前(第一、第二、和第三)OFDMA码元的每一导频计算频率-时间距离。这三个频率-时间距离值的集合被称为频率-时间距离集，并且作为这四个副载波的频率-时间距离集之中的相应最小值的四个值被称为第一最小距离集。接下来，作为这四个副载波的频率-时间距离集之中的相应第二最小值的四个值成为第二最小距离集，并按照这种方式，还构造第三最小距离集。

返回图3，对频率-时间距离集之中的第一最小距离集之中的值进行彼此比较(操作S305)。

确定具有第一最小距离集之中的相同最大值(其后，也称为最大距离)的副载波的数目是否是二或更大(操作S306)。

当具有第一最小距离集之中的相同最大值的副载波的数目是一时，将这一个副载波确定为导频插入位置(操作S307)。

当具有第一最小距离集之中的最大距离的副载波的数目设置为二或更多时，确定第一最小距离集是否是要在当前OFDMA码元中比较的最后最小距离集(操作S308)。

当第一最小距离集不是最后最小距离集时，对于具有当前最小距离集之中的相同最大距离的副载波，对下一最小距离集之中的值进行彼此比较(操作S309)，并将具有最大距离的副载波确定为下一导频插入位置(操作S307)。

当具有相同最大距离的副载波的数目仍然为二或更多时，即使已比较了最后最小距离集之中的值，但是对于具有相同最大距离的两个或更多副载波，仍然计算仅频率方向上的从先前OFDMA码元的导频到所述两个或更多副载波的每一个的距离(其后，称为频率距离)(操作S310)。由于频率方向的改变比时间方向的改变快，所以，优选的是，比较频率方向上的距离，以便选择适当导频位置。

将频率距离进行彼此比较(操作S311)，并将具有最大频率距离的副载波确定为导频插入位置(操作S312)。当每一副载波的频率距离值的数目为一或更多时，与操作S305到S309类似，将频率距离值从最小一个开始进行彼此比较，并根据比较结果，将具有最大值(其后，也称为最大频率距离)的副载波确定为导频插入位置。

例如，在第四OFDMA码元中，当在频率-时间集的最后最小距离中具有相同最大距离的剩余副载波的数目为二时，两个剩余副载波中的每一个具有三个频率距离值，因为计算从三个(第一、第二、和第三)先前OFDMA码元的导频到剩余副载波中的每一个的频率距离。这三个频率距离值的集合被称为频率距离集，而选择为两个副载波的频率距离集之中的相应最小值的两个值被称为第一频率最小距离集。接下来，选择为两个副载波的频率距离集之中的相应第二最小值的两个值被称为第二频率最小距离集，并且类似地，还构造第三频率最小距离集。

返回图3，当具有相同最大值的副载波数目为二或更多时，即使已比较了频率距离集之中的最后最小距离集之中的值，也将具有相同最大值的副载波中的任意一个的位置确定为导频插入位置(操作S313)。

确定当前OFDMA码元是否是时隙中的最后OFDMA码元(操作S314)。

当当前OFDMA不是最后OFDMA码元时，为了通过执行操作304到313来确定下一OFDMA码元的导频插入位置，将OFDMA码元索引增加1(操作S315)。重复操作304到313，直到该时隙内的最后OFDMA码元为止。

每隔与时间导频间隔相同的间隔，就在频域中重复定位在频域和时域中具有相同尺寸的时隙(即，具有相等频率导频间隔和时间导频间隔的时隙)的每一OFDMA码元中插入的导频。

为了便于描述，将包括频域中的五个副载波(即，第一(第a)到第五(第e)副载波)和时域中的五个OFDMA码元(即，第一(第m)到第五(第q)OFDMA码元)的时隙具有时隙尺寸5的情况用作示例。本领域技术人员将理解的是，该方法可应用到频域中的时隙尺寸与时域中的时隙尺寸不同、或者时隙尺寸小于或大于5的情况。

参考图4A，在第a副载波中插入第一时隙，该第a副载波是作为该时隙的第一OFDMA码元的第m OFDMA码元中的任意副载波。按照5的间隔在第m OFDMA码元中重复插入该导频。

参考图4B，在作为第二OFDMA码元的第n OFDMA码元中，第b、c、d、和e副载波(而不是第m OFDMA码元的导频所插入到的第a副载波行)成为第二导频所要插入到的候选位置。

从作为先前导频位置的第m OFDMA码元中的第a副载波到第n OFDMA码元中的第b副载波的频率-时间距离为2，这是通过将频域中的距离1与时域中的距离1相加而计算得到的。按照这种方式，从作为先前导频位置的第m OFDMA码元中的第a副载波到第c、d和e副载波的频率-时间距离分别为3、3和2。使用比第m OFDMA码元中的上导频更接近第d和e副载波的下导频，来计算距离该第n OFDMA码元中的第d和e副载波的频率-时间距离。在以上示例中，应用加权因子1，来计算频率方向和时间方向上的每一距离。然而，如上所述，可根据系统和环境向该方向应用不同的加权因子。

所以，在第n OFDMA码元中的第b、c、d和e副载波处计算的频率-时间距离集是(2)、(3)、(3)和(2)，并且因为每一副载波的频率-时间距离的数目是1，所以最小距离集是{2，3，3，2}。

具有最小距离集之中的最大值(即，具有最大距离)的副载波是具有距离3的第c和d副载波。由于第c和d副载波的最大距离均为3，并且没有要进一步比较的最小距离集，所以仅在频域中计算从第c和d副载波的位置到先前导频(第m OFDMA码元中的第a副载波、或与第m OFDMA码元中的第a副载波相距该频率导频间隔的副载波)的距离，并将这些距离彼此比较。

这里，频率距离都为2，使得将第c和d副载波之一任意选择为其中插入了导频的副载波。在图4B的示例中，将第n OFDMA码元中的第c副载波选择为导频位置。

参考图4C，在作为第三OFDMA码元的第o OFDMA码元中，第b、d、和e副载波(而不是其中插入了作为先前码元的第m和第n OFDMA码元的导频的第a和c副载波行)成为第三导频所要插入到的候选位置。

从第m和第n OFDMA码元中的每一个的导频位置到第o OFDMA码元中的第b、d和e副载波的频率-时间距离被依次计算为(3，2)、(4，2)和(3，3)。第一最小距离集是{2，2，3}，其中2被选择为第b副载波的距离(3，2)中的最小值， 2被选择为第d副载波的距离(4，2)中的最小值，而3被选择为第e副载波的距离(3，3)中的最小值。在第e副载波的第一最小距离集中，最大距离是3。因此，第o OFDMA码元中的导频插入位置是第e副载波。

参考图4D，在作为第四OFDMA码元的第p OFDMA码元中，第b和d副载波(而不是其中插入了作为先前码元的第m、n和o OFDMA码元的导频的第a、c和e副载波行)成为第四导频所要插入到的候选位置。

从第m、n和o OFDMA码元中的每一个的导频位置到第p OFDMA码元中的第b和d副载波的频率-时间距离被依次计算为(4，3，3)和(5，3，2)。第一最小距离集是{2，3}，其中3被选择为第b副载波的距离(4，3，3)中的最小值，而2被选择为第d副载波的距离(5，3，2)中的最小值。在第b副载波的第一最小距离集中，最大距离是3。因此，第p OFDMA码元中的导频插入位置是第b副载波。

参考图4E，在作为时隙中的第五和最后OFDMA码元的第q OFDMA码元中，最后导频插入位置仅是剩余第d副载波。

当假设信道环境在时隙期间不显著改变时，可使用先前OFDMA码元的导频码元用于最后OFDMA码元。所以，可从所有导频副载波的位置拷贝信道信息用于信道估计，这防止由于内插引起的性能降级。由于可从最后OFDMA码元中的所有导频副载波的位置拷贝信道信息，所以最大导频间隔总是1。

在图5A到5D的每一个中，每一副载波中的数字依次示出了从包括第一OFDMA码元的导频的先前OFDMA码元的导频到当前OFDMA码元的每一副载波的频率-时间距离。最左边的数字是从时隙中的第一OFDMA码元的导频到当前副载波位置的频率-时间距离，而最右边的数字是从后续OFDMA码元的导频到当前副载波位置的频率-时间距离。

图5A示出了其中按照Z字形插入了导频的具有时隙尺寸2的导频图案。在该结构中，导频密度非常高，因此该图案最好用作帧的前同步结构，而不是重复导频图案。

图5B示出了具有时隙尺寸7的导频图案。当使用4个OFDMA码元用于信道估计时，导频间隔不超过3，并且当使用与时隙尺寸相同数目的7个 OFDMA码元时，导频间隔可以是1，这允许在没有内插的情况下的稳定信道估计性能。

图1和5B示出的导频图案具有相同导频密度。然而，尽管在图1中使用两个或更多OFDMA码元用于信道估计，但是不能将导频间隔减少到小于4。所以，不能避免差信道环境中的信道估计性能降级。

图5C示出了具有时隙尺寸8的导频图案。在该情况下，当所使用的用于信道估计的OFDMA码元的数目是1、2、4或8时，可获得规则间隔导频图案，这允许在没有内插的情况下的稳定信道估计性能。

图5D示出了具有时隙尺寸12的导频图案。当使用4个OFDMA码元时，导频间隔不超过4，而当使用与时隙尺寸相同数目的12个OFDMA码元时，导频间隔可以为1，这允许在没有内插的情况下可获得稳定信道估计性能。

图2和5D示出的导频图案具有相同导频密度。然而，尽管在图2中使用四个或更多OFDMA码元用于信道估计，但是导频间隔不能减少到小于3。所以，不能避免差信道环境中的信道估计性能降级。

图6是根据本发明实施例的用于生成导频图案的设备的框图。在以下描述中将省略以上描述的多余描述。

参考图6，用于生成导频图案的设备包括时隙确定器610、距离计算器620、距离比较器630、和位置确定器640。

时隙确定器610确定作为在频域和时域中重复导频图案的部分的时隙的尺寸。可根据目标系统的信道特性来选择时隙的尺寸。

距离计算器620针对在时隙的第一OFDMA码元之后的每一OFDMA码元，而计算从先前OFDMA码元的导频到排除其中插入了该时隙的先前OFDMA码元中的导频的副载波的每一剩余副载波的频率-时间距离。该频率-时间距离是频率轴和时间轴中从先前OFDMA码元的导频到副载波的距离之和。当距离比较器630比较频率-时间距离集之中的最后最小距离集之中的值、并且具有相同最大最小距离的副载波的数目为两个或更多时，距离计算器620计算从先前OFDMA码元的导频到所述两个或更多副载波中的每一个的仅频率方向上的频率距离。

距离比较器639依次比较每一剩余副载波中的频率-时间距离集之中的最小距离(在从第一最小距离到最后最小距离的范围内)，直到选择了具有最大频率-时间最小距离的单一副载波为止。关于距离比较，对具有当前频率-时间最小距离的相同最大值的副载波执行下一频率-时间最小距离的比较。当具有相同最大最小距离的副载波的数目为两个或更多时，即使已对频率-时间集之中的最后最小距离进行了彼此比较，距离比较器630也比较该距离计算器620所计算的频率距离。从频率距离集之中的最小距离开始依次执行频率距离比较，并且对具有当前频率最小距离的相同最大值的副载波执行下一频率最小距离的比较。

位置确定器640将时隙内的第一OFDMA码元中的任意副载波位置确定为导频插入位置，并且从第二OFDMA码元中，将具有最大频率-时间最小距离的副载波确定为导频插入位置。当具有相同最大频率-时间最小距离的副载波的数目为两个或更多时，即使已对频率-时间集之中的最后最小距离进行了彼此比较，位置确定器640也将具有最大频率距离的副载波确定为导频插入位置。其后，当具有相同最大最后频率最小距离的副载波的数目为两个或更多时，将所述两个或更多副载波中的任意副载波确定为导频插入位置。

图7到10示出了根据OFDMA系统中的基站和终端之间的信道环境、而自适应地应用根据本发明实施例设计的导频图案的示例。

当设计OFDMA系统中的导频图案时要考虑的因素主要是粒度、导频密度、传送效率、信道估计等待时间、信道估计所需的存储容量、和信道估计性能。粒度是有效支持用于通过因特网协议传输语音的服务等的具有小尺寸的突发数据所需的特性。导频密度是导频副载波对数据副载波的比率必须低以获得高传送效率的特性。信道估计等待时间代表在维持低导频密度的同时为了从信道估计所需要的导频收集信道信息而不得不接收的OFDMA码元的数目。当信道估计等待时间增加时，用于存储信道估计所需要的过去数据的存储容量也增加。当更多使用有关导频的信道信息时，信道估计性能变得稳定。然而，如果导频的数目不足，则不得不在导频副载波之间的数据副载波位置处执行内插。不能同时满足这些需求。然而，通过使用根据信道环境的信道估计性能的容限，可自适应地改善其它类型性能。

图7是用于解释根据小区中的终端位置而改变的信道环境的示例的图。

类型I终端位于基站附近，并因此具有非常好的信道环境，其具有高信号强度和频繁的视线(in-of-sight)信号。类型II终端比类型I终端稍微远离基站，并因此具有相对好的信道环境，但是经受一些多径干扰。类型III终端比类型II终端稍微远离基站，并因此具有差信道环境并经受严重多径干扰。类型IV终端在小区的边缘并因此具有非常差的信道环境，其几乎没有视线信号、具有非常低的信号强度、并具有严重的来自相邻小区的干扰和多径干扰。

以上示例描述了四种类型信道环境。然而，本领域技术人员将理解的是，这些类型可根据环境而不同。而且，本领域技术人员将理解的是，可以通过使用各种方法来确定信道环境。

在以上示例中，时隙的尺寸包括频域中的8个副载波和时域中的8个OFDMA码元，每一OFDMA码元中的副载波中的数字代表每一OFDMA码元中的确定为导频插入位置的副载波位置的顺序。

参考图8，根据当前实施例的导频图案可根据信道环境改变导频码元密度(用于信道估计的频率导频间隔)。当信道环境好时，最小突发分配单元(尺寸)小。所以，接收机处的信道估计等待时间减小，并且用于信道估计的频率导频间隔增加。

类型I终端具有好信道环境，使得最小突发分配尺寸为1个OFDMA码元，并因此用于信道估计的频率导频间隔变为8。

类型II终端具有相对好的信道环境，使得最小突发分配尺寸为2个OFDMA码元，并因此用于信道估计的频率导频间隔变为4。

类型III终端具有差信道环境，使得最小突发分配尺寸为4个OFDMA码元，并因此用于信道估计的频率导频间隔变为2。

类型IV终端具有非常差的信道环境，使得最小突发分配尺寸为8个OFDMA码元，并因此用于信道估计的频率导频间隔变为1。

根据分配给类型I、II、III和IV终端的最小突发分配尺寸的导频结构可根据导频图案和终端的信道环境而改变。然而，由于由导频副载波间隔确定信道估计性能，所以最好选择具有规则导频间隔的结构。当导频间隔不规则时，最大导频间隔成为信道估计性能中的关键因素。

图9示出了根据图7示出的终端的传送信道环境的粒度、信道估计等待时间、和信道估计存储容量之间的关系。

由于类型I终端具有非常好的信道环境，所以可通过使用与图8示出的类型I位置对应的导频结构，来获得稳定的信道估计性能。所以，类型I终端利用单一OFDMA码元执行信道估计，使得要分配的突发尺寸小，信道估计等待时间和存储容量小，而粒度极好。

由于类型II终端具有相对好的信道环境，所以可使用与图8示出的类型II位置对应的导频结构，来获得稳定的信道估计性能。所以，类型II终端使用两个OFDMA码元执行信道估计，这依然给予极好的粒度、低信道估计等待时间、和低存储容量。

由于类型III终端具有相对差的信道环境，所以可使用与图8示出的类型III位置对应的导频结构，来获得稳定的信道估计性能。所以，类型III终端使用四个OFDMA码元执行信道估计，这恶化了粒度，并增加了信道估计等待时间和存储容量。

由于类型IV具有非常差的信道环境，所以不得不使用与图8示出的类型IV位置对应的导频结构，来保证稳定的信道估计性能。所以，使用时隙中的8个OFDMA码元来执行信道估计，这恶化了粒度，并增加了信道估计等待时间和存储容量。然而，可拷贝来自其它OFDMA码元的导频副载波的信道信息，以用于该时隙的最后OFDMA码元中的所有副载波，这防止由于内插引起的信道估计性能降级。假设在时隙期间该信道不在时域中发生显著改变，则可将该时隙中的先前OFDMA码元的导频信道信息拷贝到该时隙中的最后OFDMA码元。

根据本发明当前实施例生成的导频图案可根据基站和终端之间的信道环境自适应地选择可用于信道估计的导频结构，这允许资源的有效应用。

图10示出了i)以下流向，其中基站A使用从用户终端B接收的反馈信道状态信息或基站A自己预先设置的信道状态确定标准算法，而确定用户终端B的最小突发分配单元(尺寸)，并将信号传送到用户终端B，而用户终端B检测从基站A接收的信号中的最小突发分配尺寸并执行信道估计，和ii)以下流向，其中用户终端B基于所检测的最小突发分配尺寸而向基站A传送信号，而基站A基于预先分配给用户终端B的最小突发分配尺寸而处理从用户终端B接收的信号，并执行信道估计。

参考图10，基站A包括发射机和接收机。发射机包括突发区域确定器1000、传送信号发生器1010、导频图案发生器1020、和信号发射机1030。接收机包括信号接收机1040和接收信号处理器1050。用户终端B包括发射机和接收机。发射机包括传送信号发生器1090、导频图案发生器1103、和信号发射机1100。接收机包括信号接收机1060、接收信号处理器1070、和突发区域检测器1080。

在基站A的发射机中，突发确定器1000基于预先设置的确定标准而确定最小突发分配尺寸。该确定标准可以是从终端接收的信道状态信息或在基站中自己预先设置的信道状态确定标准算法。突发确定器1000将最小突发分配尺寸确定为信道状态允许的那样小。突发确定器1000包括用于基于确定标准确定信道环境的信道环境确定器1001、用于基于信道环境确定终端的最小突发分配尺寸的最小突发分配尺寸确定器1003、和用于确定包括该最小突发分配尺寸的信息的上行和下行链路突发区域的上行/下行链路突发区域确定器1005。该信道环境可被设置为包括终端相对于基站的位置信息。终端的最小突发分配尺寸是时域中的时隙尺寸，从1个OFDMA码元到时隙中的OFDMA码元的数目。

在传送信号发生器1010中，帧编码器1011将突发确定器1000确定的上行/下行链路突发区域的信息编码到帧报头中。基带处理器1013包括串并转换器、快速逆傅立叶变换器、循环前缀(CP)插入单元、和并串转换器，并根据导频图案发生器1020的控制信号将数据码元和导频码元插入到从帧编码器1011输出的信号中，以执行OFDMA调制。

在信号发射机1030中，数模(D/A)转换器1031将从传送信号发生器1010输出的数字信号转换为模拟信号，而无线发射机(也称为射频(RF)前端)1033将模拟信号上变频为RF信号，并传送该RF信号。

导频图案发生器1020生成其中用于信道估计的导频间隔可根据最小突发分配尺寸而改变的导频图案，并生成用于根据导频图案控制要插入的导频的位置的信号。根据本发明的实施例，通过基于从作为其中在时域和频域中重复导频的部分的时隙内的先前OFDMA码元中的导频位置、到排除其中插入了先前OFDMA码元的导频的副载波的各行的当前OFDMA码元中的副载波的、频率和时间方向上的距离，确定该时隙内的每一OFDMA码元中的导频位置，来生成导频图案。导频图案发生器1020生成的导频图案可参考图3到5如上那样描述，因此将省略其详细描述。

在基站A的接收机中，信号接收机1040从用户终端B接收信号，无线电接收机1041将RF信号下变频为中频(IF)信号，而模数(A/D)转换器1043将模拟信号转换为数字信号。在接收信号处理器1050中，基带处理器1051基于突发确定器1000确定的上行链路突发区域来解调转换的数字信号，而帧解码器1053通过执行帧解码来恢复接收信号。基带处理器1051包括串并转换器、快速傅立叶变换器、和并串转换器，并根据上行链路最小突发尺寸对信道估计等待时间之后接收的数据进行解调，并估计信道。

在用户终端B的接收机中，信号接收机1060通过无线信道从基站A接收信号。在信号接收机1060中，无线电接收机(也称为RF前端)1061将RF信号下变频为IF信号，而A/D转换器1063将模拟信号转换为数字信号。从基站A接收的信号是根据其中用于信道估计的导频间隔能够改变的导频图案传送的信号。根据本发明的实施例，通过基于从作为其中在时域和频域中重复导频的部分的时隙内的先前OFDMA码元中的导频位置、到排除其中插入了先前OFDMA码元中的导频的副载波的各行的当前OFDMA码元中的副载波的、频率和时间方向上的距离，确定该时隙内的每一OFDMA码元中的导频位置，来生成导频图案。

在接收信号处理器1070中，基带处理器1071解调接收信号，而帧解码器1073通过执行帧解码而恢复接收信号。基带处理器1071包括串并转换器、快速傅立叶变换器、和并串转换器，并根据稍后将描述的突发区域检测器1080检测的下行链路最小突发尺寸对信道估计等待时间之后接收的数据进行解调，并估计信道。

在突发区域检测器1080中，下行链路突发区域检测器1081基于从接收信号的帧报头恢复的信息来检测下行链路突发区域，而上行链路突发区域检测器1083检测上行链路突发区域。

用户终端B的发射机根据与所检测的有关上行链路突发区域的信息对应的最小突发分配尺寸，来向基站A传送数据。在传送信号发生器1090中，帧编码器1091将所检测的包括最小突发分配尺寸的上行链路突发区域信息编码到帧报头中，而基带处理器1093根据导频图案发生器1103的控制信号插入导频。基带处理器1093生成其中用于信道估计的导频间隔能够改变的导频图案，以便生成传送信号，并且基带处理器1093包括串并转换器、快速逆傅立叶变换器、循环前缀(CP)插入单元、和并串转换器，用于对要传送的数据执行OFDMA调制。在信号发射机1100中，D/A转换器1101将从传送信号发生器1090输出的数字信号转换为模拟信号，并且无线电发射机(也称为RF前端)1105将模拟信号上变频为RF信号并传送RF信号。

图11A和11B是用于解释根据图10示出的实施例的从基站的观点出发传送和接收数据的方法的流程图，而图12A和12B是用于解释从用户终端的观点出发传送和接收数据的方法的流程图。在以下描述中将省略以上描述的多余描述。

参考图11A，基站基于预先设置的确定标准确定终端的最小突发分配尺寸。例如，基站可基于从终端接收的信道状态信息(操作S1110)或基站自己预先设置的信道状态确定标准算法，来确定最小突发分配尺寸。

基站基于接收的信道状态信息来确定信道环境(操作S1115)，基于信道环境确定终端的最小突发分配尺寸(操作S1120)，并确定包括最小突发分配尺寸信息的上行/下行链路突发区域(操作S1125)。可利用例如终端与基站的距离的参数，来设置信道环境。当终端和基站之间的信道环境好时，最小突发分配尺寸小。时域的最小突发分配尺寸在时域中的1个OFDMA码元和时隙尺寸之间的范围内。当最小突发分配尺寸减小时，用于信道估计的频率导频间隔增加。

接下来，传送信号基于根据本发明当前实施例生成的导频图案而生成，并被传送到终端(操作S1130)。

参考图12A，终端从基站接收根据导频图案传送的信号(操作S1210)。

终端从接收信号的帧报头中检测上行/下行链路突发区域(操作S1215)。

在信道估计等待时间之后，基于检测的下行链路突发区域来估计用于接收信号的信道(操作S1220)。

参考图12B，终端基于检测的上行链路突发区域信息来检查和使用要传送的数据的上行链路突发区域(操作S1250)，并生成其中用于信道估计的导频间隔能够改变的导频图案。

基于导频图案在所确定的上行链路突发区域中生成传送信号(操作S1255)。

参考图11B，基站从终端接收信号(操作S1150)。

基站响应于接收信号，在信道估计等待时间之后，基于根据向终端传送信号时的信道环境所确定的上行链路突发区域，来估计信道(操作S1155)。

在其中用于信道估计的导频间隔能够改变的导频图案中，每一OFDMA 码元携带有关先前OFDMA码元的导频信息，使得时隙中的最后OFDMA码元中的所有副载波可没有内插地使用导频信息。所以，可根据时隙中OFDMA码元的位置来确定导频间隔。因此，可根据信道环境选择合适的导频结构。参考图3到9来提供详细描述。

为了便于描述，已使用OFDMA系统作为示例。然而，本领域技术人员将理解的是，本发明也可应用到OFDM系统。

本申请要求2007年4月24日向韩国知识产权局提交的美国专利申请第10-2007-0040013号的权益、2006年4月24日提交的美国临时专利申请第60/794328号和2006年9月19日提交的美国专利第60/845571号的权益，通过引用在这里合并其全部公开。

本发明也可实施为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可存储其后可由计算机系统读取的数据的任何数据储存装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置、和载波(例如通过因特网的数据传送)。计算机可读记录介质也可通过与网络耦接的计算机系统分发，使得按照分布方式存储和运行计算机可读代码。而且，用于实现本发明的功能程序、代码、和代码段可由本发明所属领域的技术人员容易地解释。

尽管已参考本发明的示范实施例而具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，可在这里进行形式和细节的各种改变，而不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围。示范实施例应仅在描述的意义上考虑，而不是为了限制的目的。所以，本发明的范围不由本发明的详细描述限定，而由所附权利要求限定，并且该范围内的所有差别将被解释为包括在本发明中。

Claims

1.一种用于生成导频图案的方法，包括以下步骤：

(a)确定作为以下部分的时隙的尺寸，在该部分中，在时域和频域中重复导频图案；

(b)将时域中的该时隙内的第一OFDMA(正交频分多址)码元中的任意副载波确定为导频插入位置；

(c)针对第一OFDMA码元之后的当前OFDMA码元的每一剩余副载波，计算从时域中的该时隙内的所有先前OFDMA码元的导频到排除其中插入了时域中的该时隙内的所有先前OFDMA码元的所述导频的副载波的每一剩余副载波的频率-时间距离，其中该频率-时间距离是沿频率方向和时间方向的从先前OFDMA码元的导频到剩余副载波的距离之和；

(d)比较剩余副载波的频率-时间距离集之中的最小距离；和

(e)当具有最大频率-时间最小距离的副载波的数目为一时，将具有最大频率-时间最小距离的副载波确定为导频插入位置。

2.根据权利要求1的方法，

其中对频率-时间距离集之中的第一最小距离到最后最小距离反复执行步骤(d)，直到具有最大频率-时间最小距离的副载波的数目为一为止，和

其中比较具有当前频率-时间最小距离的相同最大值的副载波的接下来的频率-时间最小距离。

3.根据权利要求2的方法，其中该第一最小距离是频率-时间距离集之中的最小值，而该最后最小距离是频率-时间距离集之中的最大值。

4.根据权利要求2的方法，还包括：

(f)当在比较该频率-时间距离集之中的最后最小距离之后、具有相同最大值的副载波的数目为两个或更多时，针对具有相同最大值的每一副载波，计算仅沿频率方向的、从时域中的时隙内的所有先前OFDMA码元的导频到具有相同最大值的每一副载波的频率距离；

(g)比较频率距离集之中的最小距离；和

(h)将具有最大频率最小距离的副载波确定为导频插入位置。

5.根据权利要求4的方法，

其中对频率距离集之中的第一最小距离到最后最小距离反复执行步骤(g)，直到具有最大频率最小距离的副载波的数目为一为止，和

其中比较具有当前频率最小距离的相同最大值的副载波的接下来的频率最小距离。

6.根据权利要求5的方法，其中该频率距离集之中的第一最小距离是频率距离集之中的最小值，而该频率距离集之中的最后最小距离是频率距离集之中的最大值。

7.根据权利要求5的方法，还包括：

(i)当在比较频率距离集之中的最后最小距离之后、具有相同最大值的副载波的数目为两个或更多时，将具有频率距离集之中的最后最小距离的相同最大值的副载波中的任意一个确定为导频插入位置。

8.根据权利要求1的方法，其中反复执行步骤(c)到(e)，直到时域中的时隙内的最后OFDMA码元为止。

9.一种用于生成导频图案的设备，包括：

时隙确定器，用于确定作为以下部分的时隙的尺寸，在该部分中，在时域和频域中重复导频图案；

距离计算器，用于针对第一OFDMA码元之后的当前OFDMA码元的每一剩余副载波，计算从时域中的该时隙内的先前OFDMA码元的导频到排除其中插入了时域中的该时隙内的先前OFDMA码元的所述导频的副载波的每一剩余副载波的频率-时间距离，其中该频率-时间距离是沿频率方向和时间方向的从先前OFDMA码元的导频到剩余副载波的距离之和；

距离比较器，用于比较剩余副载波的频率-时间距离集之中的最小距离；和

位置确定器，用于当具有最大频率-时间最小距离的副载波的数目为一时，将具有最大频率-时间最小距离的副载波确定为导频插入位置，并将时域中的时隙内的第一OFDMA码元中的任意副载波确定为导频插入位置。

10.根据权利要求9的设备，

其中该距离比较器对频率-时间距离集之中的第一最小距离到最后最小距离执行比较，直到具有最大频率-时间最小距离的副载波的数目为一为止，和

其中该距离比较器比较具有当前频率-时间最小距离的相同最大值的副载波的接下来的频率-时间最小距离。

11.根据权利要求10的设备，其中该第一最小距离是频率-时间距离集之中的最小值，而该最后最小距离是频率-时间距离集之中的最大值。

12.根据权利要求11的设备，

其中当在比较频率-时间距离集之中的最后最小距离之后、具有相同最大值的副载波的数目为两个或更多时，该距离计算器针对具有相同最大值的每一副载波，计算仅沿频率方向的、从时域中的时隙内的所有先前OFDMA码元的导频到具有相同最大值的每一副载波的频率距离，

其中该距离比较器比较频率距离集之中的最小距离，和

其中该位置确定器将具有最大频率最小距离的副载波确定为导频插入位置。

13.根据权利要求12的设备，

其中该距离比较器对频率距离集之中的第一最小距离到最后最小距离执行比较，直到具有最大频率最小距离的副载波的数目为一为止，和

14.根据权利要求13的设备，其中该频率距离集之中的第一最小距离是频率距离集之中的最小值，而该频率距离集之中的最后最小距离是频率距离集之中的最大值。

15.根据权利要求13的设备，其中当在比较频率距离集之中的最后最小距离之后、具有相同最大值的副载波的数目为两个或更多时，该位置确定器将具有频率距离集之中的最后最小距离的相同最大值的副载波中的任意一个确定为导频插入位置。

16.根据权利要求9的设备，其中反复执行该距离比较和该位置确定，直到时域中的时隙内的最后OFDMA码元为止。