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CN102208919A - Ofdma系统中利用码分复用导频的快速跳频 - Google Patents

Ofdma系统中利用码分复用导频的快速跳频 Download PDF

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Abstract

提供了在多载波通信系统(例如，OFDMA系统)中支持利用经过码分复用(CDM)的导频的快速跳频的技术。该系统中的每个发射机(例如，每个终端)在所有子带上发送宽带导频，从而使接收机(例如，基站)能够同时估计整个信道的响应。每个发射机的宽带导频可以使用直接序列扩频处理并基于分配给该发射机的伪随机(PN)码而生成。这样，接收机就可以对多个由发射机同时发送的多个宽带导频进行单独地识别和恢复。对于时分复用(TDM)/CDM的导频发送方式，每个发射机以突发方式发送该宽带导频。对于连续CDM导频发送方式，每个发射机连续地发送宽带导频，尽管发射功率电平很低。可以支持任何跳频速率，而不影响导频开销。

Description

OFDMA系统中利用码分复用导频的快速跳频
本申请是申请日为2004年5月7日，题为“OFDMA系统中利用码分复用导频的快速跳频”，申请号为200480019900.5的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2003年5月12日提交的、题为“Fast Frequency Hopping with a Code Division Mulitplexed Pilot in an OFDMA System”、待决的美国临时专利申请No.60/470,107的优先权，后者以引用的方式并入此处。
发明领域
本发明一般涉及通信，更具体地讲，涉及在正交频分多址(OFDMA)通信系统中支持利用码分复用(CDM)导频的快速跳频的技术。
技术背景
在跳频扩频(FHSS)通信系统中，在不同的时间间隔内在不同的频率子带或子载波上发送数据，该时间间隔也称为“跳频周期”。这些频率子带可以由正交频分复用(OFDM)、其它多载波调制技术或一些其它的方式提供。使用FHSS，数据发送以伪随机的方式从一个子带跳频到另一个子带。这种跳频实现了频率分集，并使得数据发送能够更好地抵挡有害的路径效应，例如，窄带干扰、阻塞和衰落等。
OFDMA系统使用了OFDM技术，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)序列对该用户的数据进行发送。FH序列表示在每个跳频周期内用于数据发送的特定子带。可以使用不同的FH序列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，从而使得在每个跳频周期内每个子带仅由一个数据发送使用。通过使用正交的FH序列，可以避免小区内干扰，并且，在获得频率分集益处的同时，多个数据发送之间也不会相互干扰。
OFDMA系统可被部署为具有多个小区，其中，小区通常指基站和/或它的覆盖区域。在一个小区内的给定子带上的数据发送会对相邻小区内的同一子带上的另一个数据发送造成干扰。为了使小区间干扰随机化，通常将每个小区的FH序列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，一个给定小区内某一个用户的数据发送将在足够长的时间段内观测到来自其他小区中其他用户的数据发送的平均干扰。
在任一给定时刻，小区间干扰随不同子带变化很大。考虑到不同子带上干扰的差异，在选择数据发送的数据率时通常使用一个余量。如果干扰变化性很大，则一般需要一个大的余量来获得数据发送的低错包率(PER)。大的余量导致数据发送的数据率的大幅降低，这限制了系统容量。
跳频能够平均小区间干扰并且减少所需的余量。增加跳频速率会带来更好的干扰平均，并且减少所需的余量。对于某些通过多跳频技术对数据进行编码并且不能使用诸如自动请求重发(ARQ)的其它技术的传输类型而言，快速跳频速率对于减轻有害的干扰效应特别有利。
跳频速率一般受到信道估计需求的限制。对于OFDMA系统，数据发送所用的每个子带的信道响应通常由接收机进行估计，然后该子带的信道响应估计被用来对在该子带上接收的数据符号进行相干解调。通常根据在该子带上接收的导频符号，完成每个子带的信道估计。在快速衰落的通信信道中，衰落速率通常阻止接收机对在同一个子带上从前一个跳频接收的导频符号进行组合。因此，为了独立地对每个跳频周期的信道响应进行估计，需要在该跳频周期内发送足够数量的导频符号以便接收机能够获得充分准确的信道响应估计。这些导频符号代表了每个跳频周期的固定开销。在这种情况下，增加跳频速率也会增加导频开销。
所以，现有技术中需要支持快速跳频而又不会增加OFDMA系统的导频开销的技术。
发明内容
本发明提供在多载波通信系统(例如，OFDMA系统)中支持利用CDM导频的快速跳频的技术。系统中的每个发射机(例如，每个终端)在所有的子带上发送宽带导频，以使接收机(例如，基站)能够同时对整个信道响应进行估计。每个发射机的宽带导频可以使用直接序列扩频处理并基于分配给该发射机的伪随机(PN)码而生成。这样，接收机就可以对由多个发射机同时发送的多个宽带导频单独地进行识别和恢复。对于时分复用(TDM)/CDM导频发送方式，每个发射机以突发方式发送宽带导频。对于连续的CDM导频发送方法，每个发射机连续地发送宽带导频，尽管发射功率电平很低。
在发射机处，用分配给该该发射机的PN码对至少一个导频符号进行处理，以获得一个宽带导频的导频码片序列。根据多载波调制方式(例如，OFDM)处理数据符号，以获得数据码片序列。如果要用跳频发送数据符号，则每个跳频周期内数据符号所用的具体子带由分配给该发射机的FH序列确定。对于TDM/CDM导频发送方式，用数据码片序列对导频码片序列进行时分复用，从而获得经过TDM的导频和数据码片序列，然后对其做进一步的处理和发送。对于连续的CDM导频发送方式，将数据码片序列和导频码片序列相加，以获得组合后的导频及数据码片序列，然后对其进行处理和发送。
在接收机处，首先获取接收码片序列。对于TDM/CDM导频发送方式，对接收码片序列进行解复用，从而获得接收导频码片序列和接收数据码片序列。使用分配给该接收机的PN码，对接收导频码片序列(对于TDM/CDM导频发送方式)或接收码片序列(对于连续的CDM导频发送方式)进行处理，以获得从发射机到接收机的多条传播路径的时域信道增益估计。瑞克接收机可以用来在接收机处进行导频处理。对信道增益估计做进一步处理(例如，进行插值操作)，并对其进行变换，以获得多个子带的频域信道响应估计。
对于连续的CDM导频发送方式，可以对接收码片序列执行导频干扰消除(基于信道增益估计)，从而获得接收数据码片序列。对于这两种导频发送方式，根据多载波解调方式(例如，对于OFDM)以及信道响应估计，对接收数据码片序列(如果有的话)或接收码片序列进行处理，以获得恢复的数据符号，该数据符号是由发射机发送的数据符号的估计。如果通过跳频发送数据符号，则在每个跳频周期获得恢复数据符号的特定子带由发射机处所使用的同一个FH序列确定。
这里描述的技术具有各种优点，包括能够支持任何跳频速率而不会影响导频开销。事实上，跳频速率可以像每个跳频周期内一个OFDM符号一样块。快速跳频速率可以改善干扰平均以及减少所需的余量，后者可以提高系统容量的利用。
下面对本发明的各个方面和实施例进行详细说明。
附图简述
通过下面结合附图的详细描述，本发明的特征、本质和优点将变得显而易见，在这些附图中，相同的标记表示相同或功能等效的部件或步骤，其中：
图1示出了跳频OFDMA系统的传统导频发送方式；
图2示出了TDM/CDM导频发送方式；
图3示出了连续CDM导频发送方式；
图4示出了一个示例性的OFDMA系统；
图5A和5B分别示出了终端和基站的框图；
图6A和6B分别示出了发送(TX)导频处理器的框图和TDM/CDM导频发送方式的时序图；
图6C和6D分别示出了TX导频处理器的框图和连续CDM导频发送方式的时序图；
图7A示出了用于TDM/CDM导频发送方式的接收(RX)导频处理器的框图。
图7B和7C分别示出了用于连续CDM导频发送方式的RX导频处理器和导频干扰消除器的框图；
图8A示出了使用TDM/CDM导频发送方式发送宽带导频的处理；
图8B示出了使用连续CDM导频发送方式发送宽带导频的处理；
图8C示出了使用TDM/CDM导频发送方式接收宽带导频的处理；以及
图8D示出了使用连续CDM导频发送方式接收宽带导频的处理。
具体实施方式
这里使用的“示例性的”一词意味着“用作例子、例证或说明”。这里被描述为“示例性”的任何实施例或设计不应被解释为比其他实施例或设计更优选或有优势。
在下面的说明中，“信道增益估计”是从发射机到接收机的传播路径的复信道增益的时域估计。“信道频率响应估计”(或简单地说，“信道响应估计”)是发射机和接收机之间的通信信道的特定子带的信道响应的频域估计(该通信信道可能包括多个传播路径)。可以对信道增益估计进行处理和变换，从而获取信道响应估计，下文将对此做出描述。“信道估计”统指通信信道的信道增益估计、信道响应估计或某些其它类型的估计。
OFDMA系统采用OFDM，OFDM是将整个系统带宽有效地分为多个(N个)正交子带的多载波调制技术。这些子带通常也被称为音频带(tone)、子载波、频率段(bin)和频率子信道。使用OFDM技术，每个子带与可用数据进行调制的相应子载波相关联。在一些OFDM系统中，仅有Ndata个子带用于数据发送，Npilot个子带用于导频发送，Nguard个子带未被使用，而作为保护子带，从而使系统符合频谱掩码要求，其中N＝Ndata+Npilot+Nguard。为简单起见，下面的描述假设所有N个子带均可用于数据发送。
图1表示跳频OFDMA系统的常规导频发送方式100。图1示出了频率-时间平面上的导频和数据发送，其中，垂直轴表示频率，水平轴表示时间。在这个例子中，N＝8，为这8个子波段分配标号1到8。可以定义最多8个业务信道，其中，在每个跳频周期中，每个业务信道使用这8个子带中的一个子带。跳频周期是在给定子带上所花费的持续时间，可以将其定义为等于一个或多个OFDM符号的持续时间。
每个业务信道均与一个不同的FH序列相关联。可以使用一个FH函数f(k，T)生成所有业务信道的FH序列，其中，k表示业务信道数量，T是以跳频周期为单位表示的系统时间。N个不同的FH序列可以用该FH函数f(k，T)中k的N个不同值来生成。每个业务信道的FH序列表示在每个跳频周期内用于该业务信道的特定子带。为清楚起见，图1示出了用于一个业务信道的子带。从图1中可以看出，这个业务信道以伪随机的方式在由它的FH序列所确定的子带之间跳频。
对于常规的导频发送方式100，在每个跳频周期中，一组P个导频符号(用实心方框表示)以与一组数据符号(用斜纹方框表示)进行TDM的方式进行发送，其中，P≥1。通常，P是在每个跳频周期内允许接收机单独地对信道响应进行估计所需的导频符号的数量。P个导频符号表示每个跳频周期所需要的固定开销。当跳频周期缩短时，该固定开销在发送中所占的比例就会变大。因此，跳频速率受导频开销的限制。
这里提供了在多载波通信系统中适用于快速跳频的导频发送方式。这些导频发送方式非常适用于反向链路中，但也可以用于前向链路中。为清楚起见，下面特别针对OFDMA系统中的反向链路对这些导频发送方式进行描述。
图2示出了跳频OFDMA系统的TDM/CDM导频发送方式200。对于这种导频发送方式，每个用户发送一个宽带导频，该宽带导频是与该用户的数据发送进行了时分复用的。在所有的N个子带上发送该宽带导频，从而使接收机(例如，基站)能够同时对整个信道响应进行估计。该宽带导频也可以使用直接序列扩谱处理在时域内生成，如下文所述。
宽带导频具有Tp秒的持续时间，或者Tp＝Np·Ts，其中Np为该宽带导频发送的OFDM符号周期的数量，Ts为一个OFDM符号的持续时间。对于图2中所示的例子，Tp＝2·Ts，其中一个跳频周期对应于一个OFDM符号周期。一般来说，导频持续时间Tp被选择为足够长，以使接收机能够获得每个用户的足够准确的信道响应估计。导频持续时间Tp可能依赖于多个因素，例如，每个用户的可用发射功率值以及所有用户所预期的最坏信道状况等。
每Tw秒发送一次宽带导频，因此宽带导频以Tw秒作为周期。对于图2中所示的例子，Tw＝14·Ts。一般而言，可以选择导频周期Tw比通信信道的相干时间τ短，即，Tw＜τ。相干时间是指通信信道基本恒定的时间间隔。通过选择Tw＜τ，可以保证信道响应估计在宽带导频突发之间的整个Tw秒内都有效。
对于TDM/CDM导频发送方式，导频开销由导频持续时间Tp和导频周期Tw决定，而后两者又取决于通信信道的某些特征(例如，相干时间)。这种导频发送方式能够支持任何跳频速率，而又不会影响导频开销。事实上，跳频速率可以像每个跳频周期内一个OFDM符号(即，符号速率跳频)一样快，对于前面所述的原因，这是很令人满意的。
如图2所示，每个用户的宽带导频以突发形式发送，而不会干扰该用户的数据发送。为了避免一个小区内所有用户的导频对数据的干扰，用户可以在同一个时间间隔内发送他们的宽带导频。在这种情况下，每个小区内所有用户的宽带导频不会干扰他们的数据发送。此外，每个小区内所有用户的数据发送也不会相互干扰，这是因为这些用户使用了正交的FH序列。
所有用户同时发送宽带导频意味着这些宽带导频将相互干扰。为了减轻导频之间的干扰，可以对所有用户的宽带导频进行“正交化”。可以通过多种方式实现宽带导频的正交化，下面对其中的一些方式进行说明。
在一个实施例中，每个用户的导频符号用对该用户唯一的正交码进行“覆盖”。覆盖是一种处理，其中，用一个W码片正交码的所有W个码片乘以待发送的导频符号，从而获得W个覆盖码片，然后对其做进一步的处理和发送。该正交码可以是沃尔什(Walsh)码、正交可变扩频因子(OVSF)码、准正交函数(QOF)等。然后，使用所有用户的公共PN码，将每个用户的覆盖导频扩频到所有N个子带上。通常，任何具有通常与好PN码相关的特性的PN码(例如，平坦的频谱响应、不同时间偏移量处的低互相关或零互相关等)都可以用于频谱扩展。PN码也可被称为是扰码或其它的术语。
在另一个实施例中，每个用户的导频符号使用对于该用户唯一的PN码在所有N个子带上进行频谱扩展。对于该实施例，PN码既用于正交化，还用于频谱扩展。用户特定PN码可以被定义为公共PN码的不同时间偏移，类似于IS-95和IS-2000系统中不同基站所用的短PN码的不同时间偏移。在这种情况下，给每个用户分配一个唯一的时间偏移，并且该用户的PN码可以由所分配的时间偏移来进行标识。该公共PN码可以表示为PN(n)，分配给用户x的时间偏移可以表示为ΔTx，并且，用户x的PN码可以表示为PN(n+ΔTx)。
对于这两个实施例，每个用户的宽带导频均为码分复用和时分复用的。为清楚起见，下面针对这些实施例进行说明，其中，使用用户特定的PN码对每个用户的宽带导频进行频谱扩展，以对来自其它用户的导频干扰进行抑制。
在图2中，宽带导频用CDM进行发送，数据发送用OFDM进行发送。下面对CDM/TDM导频发送方式中在发射机和接收机处的处理进行说明。
图3表示跳频OFDMA系统的CDM导频发送方式300。对于这种导频发送方式，每个用户连续地发送叠加(即，添加)在数据发送之上的宽带导频。此外，宽带导频也是在所有N个子带上发送的，并且，接收机(例如，基站)可以估计整个信道响应。
连续的宽带导频可以用低电平进行发送，同时仍使接收机能够获得高质量的信道响应估计。这是因为接收机能够对多个接收导频码片进行整合/累积，从而根据CDM积分实现很大的信号处理增益，这类似于在CDMA系统中获得的增益。对多个接收码片进行整合是有可能的，这是因为通信信道在多个OFDM符号周期内是相干的。
各用户的连续宽带导频彼此干扰。类似于TDM/CDM导频发送方式，可以对所有用户的宽带导频进行正交化，从而减轻导频与导频之间的干扰。如上所述，实现所有用户的宽带导频的正交化和频谱扩展可以使用(1)不同的正交码和公共PN码，或(2)不同的用户特定PN码。为清楚起见，下面的说明假定每个用户的宽带导频使用用户特定PN码进行正交化和频谱扩展，从而抑制来自其它用户的导频干扰。
每个用户的连续宽带导频也会干扰该用户的数据发送以及其它用户的数据发送。这种导频对数据的干扰如图3中所示，数据符号方框是带阴影的，表示宽带导频叠加在这些数据符号上。然而，如前所述，每个用户的连续宽带导频仅需要少量的发射功率。因此，由于所有用户的宽带导频导致每个用户的数据发送观测到的总导频干扰很小。另外，接收机能够估计和消除由宽带导频所导致的干扰，下面对此进行说明。
对于连续CDM导频发送方式(以及TDM/CDM导频发送方式)，导频开销由宽带导频所用的发射功率值与数据发送所用的发射功率值之比确定。因此，导频开销是固定的，而不依赖于跳频速率。连续CDM导频发送方式可以支持任何跳频速率(包括符号速率跳频)，而不会影响导频开销。
对于TDM/CDM导频发送方式和连续CDM导频发送方式，每个用户的宽带导频通常以预定的功率电平进行发送。然而，也可以由闭合功率控制环路控制的功率电平发送宽带导频。
图4表示支持多用户的示例性OFDMA系统400。系统400包括多个基站410，基站410提供与多个终端420的通信。基站是指用于与终端通信的固定通信站，也可以被称为基站收发机子系统(BTS)、接入点、节点B或一些其它的术语。终端420通常分散在整个系统中，每个终端可以是固定的或移动的。终端也可以被称为移动站、用户设备(UE)、无线通信设备或一些其它的术语。每个终端可以在任何一个给定时刻在前向链路和/或在反向链路上与一个或多个基站通信。这取决于该终端是否为激活的、是否支持软切换以及该终端是否处于软切换状态。前向链路(即，下行链路)是指从基站到终端的通信链路，反向链路(即，上行链路)是指从终端到基站的通信链路。为简单起见，图4中仅显示了反向链路上的发送。
系统控制器430连接到基站410，且可以执行多种功能，例如(1)对于这些基站的协调和控制，(2)这些基站之间的数据寻径，以及(3)访问和控制这些基站所服务的终端。
图5A示出了终端420x的一个实施例的框图，终端420x为OFDMA系统400中的一个终端。为简单起见，图5A中仅示出了终端420x的发射机部分。
在终端420x内部，编码器/交织器512接收来自数据源510的业务数据以及来自控制器540的控制数据和其它数据。编码器/交织器512对接收到的数据进行格式化、编码和交织，从而提供编码数据。然后，调制器514根据一种或多种调制方式(例如，QPSK、M-PSK、M-QAM等)，对编码数据进行调制，从而提供调制符号(或简单地称之为“数据符号”)。每个调制符号是用于该调制符号的调制方式的信号群(signal constellation)中的一个特定点的复数值。
OFDM调制器520执行数据符号的跳频和OFDM处理。在OFDM调制器520中，TX FH处理器522接收数据符号并将这些数据符号提供到由分配给终端420x的业务信道的FH序列确定的适当子带上。该FH序列表示控制器540提供的在每个跳频周期内使用的特定的子带。对于TDM/CDM导频发送方式，TX FH处理器522仅在数据发送期间提供数据符号，如图2中所示。对于连续CDM导频发送方式，TX FH处理器522连续地提供每个跳频周期的数据符号，如图3中所示。在任何情况下，数据符号以由FH序列确定的伪随机方式，动态地在子带之间跳频。对于每个OFDM符号周期，TX FH处理器522提供N个子带的N个“发送”符号。这N个发送符号包括用于数据发送的子带的一个数据符号(如果数据正在发送的话)和未用于数据发送的每个子带的零信号值。
快速傅立叶反变换(IFFT)单元524接收每个OFDM符号周期的N个发送符号。然后，IFFT单元524使用N点IFFT将这N个发送符号变换到时域，从而获得包含N个时域“数据”码片的“变换后”符号。每个数据码片是要在一个码片周期内发送的复数值(码片速率与系统的整个带宽相关)。循环前缀发生器526接收每个变换后符号的N个数据码片，并且重复变换后符号的一部分，以形成包含N+Cp个数据码片的OFDM符号，其中Cp为被重复的数据码片的数量。被重复部分经常称为循环前缀，用于克服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+Cp个码片周期。循环前缀发生器526提供OFDM符号流的数据码片流。
发送(TX)导频处理器530接收数据码片流和至少一个导频符号。TX导频处理器530生成宽带导频，该宽带导频要么是使用数据码片(对于TDM/CDM导频发送方式)进行时分复用的，要么叠加在数据码片上(对于连续CDM导频发送方式)。TX导频处理器530提供“发送”码片流。对于TDM/CDM导频发送方式，每个发送码片为数据码片或导频码片。对于连续CDM导频发送方式，每个发送码片为数据码片与导频码片之和。发射机单元(TMTR)532处理所述发送码片流，从而获得调制信号，该调制信号从天线534发送到基站。
图5B示出了在OFDMA系统400中的一个基站410x的实施例的框图。为简单起见，图5B中仅示出了基站410x的接收机部分。
天线552接收由终端420x发送的调制信号。从天线552接收到的信号被提供给接收机单元(RCVR)554，并由该接收机单元554进行处理，以便提供采样。接收机单元553可以进一步对这些采样进行采样率转换(从接收机取样率到码片速率)、频率/相位校正以及其它的预处理。接收机单元553提供“接收”码片流。
接收(RX)导频处理器560接收并处理接收码片流，从而恢复出由终端420x发送的宽带导频和数据码片。下面对RX导频处理器560的几种设计进行说明。RX导频处理器560将接收数据码片流提供给OFDM解调器570，并且将信道增益估计提供给数字信号处理器(DSP)562。DSP562处理该信道增益，从而获取用于数据解调的信道响应估计，如下所述。
在OFDM解调器570中，循环前缀移除单元572接收所接收数据码片流，并且移除附加在每个接收的OFDM符号上的循环前缀，从而获得所接收的经过变换的符号。然后，FFT单元574使用N点FFT，将所接收到的每个变换后的符号变换到频域，从而获得这N个子带的N个接收符号。RXFH处理器576获取每个OFDM符号周期的N个接收符号，并且提供来自合适子带的接收符号，作为该OFDM符号周期的的接收数据符号。在每个OFDM符号周期获取接收数据符号的特定子带由分配给终端420x的业务信道的FH序列确定。该FH序列由控制器590提供。因为终端420x的数据发送动态地在子带之间跳频，所以RX FH处理器576与终端420x中的TXFH处理器522协同工作，从合适的子带提供所接收的数据符号。由基站410x处的RX FH处理器576使用的FH序列与由基站420x处的TX FH处理器522使用的FH序列相同。另外，基站410x及基站420x处的FH序列是同步的。RX FH处理器576将所接收到的数据符号流提供给解调器580。
解调器580接收所接收到的数据符号，并使用来自DSP 562的信道响道估计对所接收到的数据符号进行相干解调，从而获得恢复的数据符号。信道响应估计针对用于数据发送的子带。解调器580进一步对恢复的数据符号进行反映射，从而获得解调数据。然后，解交织器/解码器582对解调数据进行解交织和解码，从而提供解码数据，该解码数据可以被提供给数据汇584以便存储。通常，基站410x中的单元所执行的处理与终端420x中的相应单元所执行的处理是互补的。
控制器540和590分别控制终端420x和基站410x处的操作。存储器单元542和592分别对控制器540和590使用的程序代码和数据进行存储。控制器540和590也可以执行与导频相关的处理。例如，当应分别对终端420x的宽带导频进行发送和接收时，控制器540和590可以确定时间间隔。
为清楚起见，图5A和图5B分别示出了反向链路上的导频及数据的发送和接收。前向链路上的导频及数据发送可以采用类似或不同的处理。
图6A示出了可用于TDM/CDM导频发送方式的TX导频处理器530a的框图。TX导频处理器530a为图5A中的TX导频处理器530的一个实施例，它包括导频发生器610、乘法器616和复用器(MUX)618。
在导频发生器610中，乘法器612接收导频符号并用PN码PNx(n)乘以该导频符号，从而提供导频码片流。导频符号可以是终端420x和基站410x先验得知的任何实数或复数值。PN码PNx(n)是分配给终端520x的，其中“n”为码片索引。对于该实施例，所述PN码可以表达为PNx(n)＝PN(n+ΔTx)，其中，为每个用户分配一个公共PN码PN(n)的不同时间偏移ΔTx。乘法器614接收导频码片流，并用调整因子Kp对其进行调整，并提供调整后的导频码片。乘法器616接收数据码片流，并用调整因子Kd对其进行调整，并提供调整后的数据码片流。调整因子Kp和Kd分别确定用于宽带导频和数据符号的发射功率。复用器618接收调整后的数据码片流，并用调整后的导频码片对调整后的数据码片流进行复用，从而提供发送码片流。根据控制器540提供的TDM控制，执行这里的复用。
图6B示出了TDM/CDM导频发送方式的时序图。来自TX导频处理器530a的发送码片包括用导频码片进行时分复用的数据码片。TDM控制确定何时将数据码片和导频码片作为发送码片提供。可以将PN码PNX(n)的长度选择为等于一个宽带导频突发的持续时间，即Np·(N+Cp)个码片。或者，PN码长度可以选择为等于多个OFDM符号的持续时间、多个宽带导频突发的持续时间或其它持续时间。
图6C示出了可用于连续CDM导频发送方式的TX导频处理器530b的框图。TX导频处理器530b为图5A中的TX导频处理器530的另一个实施例，其包括导频发生器620、乘法器626和加法器628。
在导频发生器620中，乘法器622接收导频符号，并用分配给终端420x的PN码PNx(n)乘以该导频符号，从而提供导频码片流。乘法器624接收导频码片流，并使用调整因子Kp对导频码片流进行调整，并且提供调整后的导频码片流。乘法器626接收数据码片流，并使用调整因子Kd对该数据码片流进行调整，并且提供调整后的数据码片流。加法器628接收调整后的数据码片，并用调整后的导频码流与之相加，从而提供发送码片流。
图6D示出了连续CDM导频发送方式的时序图。来自TX导频处理器530b的发送码片由叠加(即，添加)在导频码片上的数据码片组成。可以选择PN码PNx(n)的长度为等于一个OFDM符号的持续时间，即，N+Cp个码片。或者，可以选择PN码长度等于多个OFDM符号的持续时间或其它的持续时间。
图6A和6C示出了使用直接序列扩频处理在时域内生成宽带导频。也可以用其它方式生成宽带导频，并且这也在本发明的保护范围之内。例如，可以在频域内生成宽带导频。在该实施例种，TDM导频发送方式，在导频突发周期内可以在N个子带上发送导频符号，或者，对于连续导频发送方式，可以连续发送导频符号。这N个子带上的N个导频符号可以用正交码或PN码进行正交化，从而使基站能够对多个终端同时发送的多个频域宽带导频逐个进行识别和恢复。
图7A示出了可用于TDM/CDM导频发送方式的RX导频处理器560a的框图。RX导频处理器560a为图5B中的RX导频处理器560的一个实施例，包括解复用器(Demux)712和瑞克接收机720。
解复用器712接收从接收机单元554接收到的码片流，并用与终端420x所执行的复用的互补方式，对这些码片进行解复用。该解复用是使用控制器590所提供的TDM控制执行的，如图6B中所示。解复用器712将接收到的数据码片提供给OFDM解调器570，并将接收到的导频码片提供给瑞克接收机720。
在基站410x处接收到的信号可以包括终端420x发送的调制信号的多个实例(或多径分量)。每个多径分量与具体的复信道增益和到达基站410x的具体时间有关。每个多径分量的信道增益和到达时间取决于该多径分量的传播路径。搜索器(图7A中未示出)在接收的信号中搜索强的多径分量，并且提供所发现的每个足够强的多径分量的时机。搜索器在各个时间偏移处将接收到的码片与PN码PNx(n)进行关联，来搜索信号强的多径分量，这类似于CDMA系统中进行的搜索处理。一种用于搜索非连续(即门控的)导频的技术在2001年5月1日提交的、题为“用于搜索门控导频的方法和装置(Method and apparatus for searching a gated pilot)”的美国专利申请No.09/846,963中已有描述。
瑞克接收机720包括M个分支处理器722a至722m，其中M＞1。每个分支处理器722可以被分配用来处理搜索器所发现的不同的多径分量。在每个所分配的分支处理器722中，乘法器724用延时的PN码PNx(n+τi)乘以接收到的导频码片，从而提供解扩频码片。PN码PNx(n+τi)为分配给终端420x的PN码PNx(n)的延时版本，其中，τi为与分支处理器处理的第i个多径分量的到达时间相对应的时间偏移。然后，累加器(ACC)726在Nacc个码片周期内对解扩频码片进行累加，并且为所分配的多径分量提供信道增益估计Gi。累加间隔Nacc取决于ACC控制，并且可以被选择为等于导频突发持续时间、PN码长度或其它时间间隔(导频突发持续时间可以等于或不等于PN码长度)。M个分支处理器722a至722m可以用不同的时间偏移为M个不同的多径分量提供M个信道增益估计。复用器728对来自所分配的分支处理器722的信道增益估计进行复用。来自瑞克接收机720的信道增益估计表示终端420x的通信信道的非均匀间隔时域信道冲激响应，其中，该间隔取决于与这些信道增益估计相关的时间偏移τi。
图7A也示出了DSP 562a，它是图5B中DSP 562的一个实施例。在DSP 562a中，插值器752从瑞克接收机720接收信道增益估计，对这些非均匀间隔信道增益估计执行插值，并提供N个码片间隔增益值，用来表示终端420x的估计信道冲激响应。信道增益估计的插值根据它们的相关时间偏移τi进行。插值也可以使用线性插值或现有技术中已知的其它插值技术完成。FFT单元754从插值器752接收N个码片间隔增益值，对这N个增益值执行N点FFT，从而提供N个频域值。这N个频域值是终端420x的通信信道的N个子带的信道响应的估计值。
对于TDM/CDM导频发送方式，宽带导频以突发形式发送，数据符号在这些导频突发之间发送，如图2所示。FFT 754提供每个宽带导频突发的信道响应估计。插值器756从FFT 754接收该信道响应估计，并对之进行插值，然后提供用于数据发送的每个子带的经过插值的信道响应估计。插值器756可以执行线性插值或其它类型的插值。解调器580使用经过插值的信道响应估计，来对所接收的数据符号进行相干解调。或者，插值器756也可以简单地提供从数据发送的每个子带的最接近导频突发所获得的信道响应估计。
图7B示出了可用于连续CDM导频发送方式的RX导频处理器560b的框图。RX导频处理器560b是图5B中的RX导频处理器560的另一个实施例，包括瑞克接收机720和可选的导频干扰消除器730。
导频干扰消除器730接收来自接收机单元554的接收码片流，并且以下述方式对这些码片进行处理，从而提供接收数据码片。如果不存在导频干扰消除器730，则直接将接收码片作为接收数据码片提供。瑞克接收机720以前面针对图7A所述的方式对接收码片进行接收和处理。可以选择每个累加器726的累加间隔Nacc为一个OFDM符号周期、多个OFDM符号周期、PN码长度或其它时间间隔。瑞克接收机720中的M个分支处理器722a至722m可以为终端420x的估计信道冲激响应提供最多M个信道增益估计。
DSP 562b对来自瑞克接收机720的信道增益估计进行接收和处理，从而为终端420x提供信道响应估计。DSP 562b包括插值器762、FFT单元764和滤波器766。插值器762和FFT单元764分别以前面针对图7A中的插值器752和FFT单元754所作的描述的方式工作。滤波器766对信道响应估计进行滤波，并为每个用于数据发送的子带提供滤波后的信道响应估计。解调器580使用滤波后的信道响估计，对接收数据符号进行相干解调。
图7C示出了RX导频处理器560b中的导频干扰消除器730的实施例的框图。导频干扰消除器730包括K个导频干扰估计器760a至760k，其中K≥1。每个导频干扰估计器760可以用于估计由一个终端引起的导频干扰。为清楚起见，下面描述一个导频干扰估计器760x，用于对来自终端420x的导频干扰进行估计。
导频干扰估计器760x包括M个导频发生器762a至762m以及加法器768。可将每个导频发生器762分配给一个正在由瑞克接收机720处理的不同的多路径分量，即，一个导频发生器762与每个所分配的分支处理器722相关。分配给每个导频发生器762的多径分量与由相关分支处理器722提供的延时PN码PNx(n+τi)和信道增益估计Gi相关。在每个导频发生器762中，乘法器764将导频符号和延时PN码PNx(n+τi)相乘，并且由乘法器766将其进一步与信道增益估计Gi相乘，从而为所分配的多径分量提供导频码片估计。然后，加法器768将来自所有分配的导频处理器762的导频码片估计相加，并且提供由终端420x引起的导频干扰。
加法器770接收所有终端的正在处理的导频干扰，并将它们相加，从而提供总导频干扰。加法器772从接收码片中减去该总导频干扰，从而提供接收数据码片。
图8A示出了在无线多载波通信系统(例如，OFDMA系统)中采用TDM/CDM导频发送方式发送宽带导频的处理810的流程图。用PN码处理至少一个导频符号(例如，在时域中使用直接序列扩频处理)，以获得该宽带导频的导频码片序列(步骤812)。该PN码用于对导频符号进行扩频，并且唯一地标识宽带导频的发送实体。根据多载波调制方式(例如，OFDM)处理数据符号，从而获得数据码片序列(步骤814)。如果使用跳频发送该数据符号，则在每个跳频周期用于数据符号的具体子带由一个FH序列确定。导频码片序列和数据码片序列可以使用两个调整因子进行调整，从而控制宽带导频和数据符号的发射功率。对导频码片序列与数据码片序列进行复用，从而获得经过TDM的导频和数据码片序列(步骤816)。对经过TDM的导频和数据码片序列做进一步的处理和发送(步骤818)。
图8B示出了在无线多载波通信系统中采用连续CDM导频发送方式发送宽带导频的处理830的流程图。用PN码处理至少一个导频符号，从而获得导频码片序列(步骤832)。对数据符号进行处理，从而获得数据码片序列(步骤834)。步骤832和834分别对应于图8A中的步骤812和814。将数据码片序列与导频码片序列相加，从而获得组合后的导频和数据码片序列(步骤836)。对组合后的导频和数据码片序列做进一步处理和发送(步骤838)。
图8C示出了无线多载波通信系统中的处理850的流程图，该处理850用于接收采用TDM/CDM导频发送方式发送的宽带导频。获得接收码片序列(步骤852)，并对其进行解复用，从而获得接收导频码片序列和接收数据码片序列(步骤854)。用一个PN码(例如，用瑞克接收机)处理接收导频码片序列，从而获得多条传播路径的信道增益估计(步骤856)。该PN码是分配给其宽带导频正在被处理的发送实体的。对信道增益估计进行进一步处理(例如，插值)，从而获得码片间隔增益值序列，然后对其进行变换，从而获得多个子带的信道响应估计(步骤858)。
根据多载波解调方式(例如，OFDM)和信道响应估计，处理接收数据码片序列，从而获得恢复的数据符号，恢复的数据符号是由发送实体发送的数据符号的估计值(步骤860)。如果该数据符号采用跳频方式发送，则在每个跳频周期中获得恢复数据符号的具体子带由与发送实体中所用的同一个FH序列确定。
图8D示出了无线多载波通信系统中的处理870的流程图，该处理850接收采用连续CDM导频发送方式发送的宽带导频。获得接收码片序列，所述接收码片序列包括由发送实体发送的组合后的导频和数据码片序列(步骤872)。用发送实体的PN码处理接收码片序列，从而获得信道增益估计(步骤874)。进一步对该信道增益估计进行处理，从而获得多个子带的信道响应估计(步骤876)。
可以对接收码片序列执行导频干扰消除，从而获得接收数据码片序列(步骤878)。步骤878是可选的，故用虚线框表示。导频干扰消除可以通过下述步骤进行：(1)估计由宽带导频引起的干扰(使用多个传播路径的信道增益估计)以及(2)消除来自接收码片序列的估计干扰，从而获得接收数据码片序列。可以用类似的方式估计和消除由多个发送实体引起的导频干扰。根据多载波解调方式和信道响应估计，处理接收数据码片序列(如果进行导频干扰消除的话)或接收码片序列(如果没有进行导频干扰消除的话)，从而获得恢复的数据符号(步骤880)。
这里所述的CDM导频发送方式可以为OFDMA系统提供各种益处。对于TDM/CDM导频发送方式，接收机可以用一次导频发送获取整个宽带信道的估计。对于连续的CDM导频发送方式，接收机可以获取整个宽带信道的估计，即使用户正在发送数据和跳频。对于这两种导频发送方式，跳频速率不再影响导频开销。此外，数据发送可以用任何跳频速率进行跳频，高达和包括每个OFDM符号周期内一次跳频。
因为宽带导频为CDM导频，所以OFDMA系统也可以从CDMA系统的许多优势中获得好处。这些好处包括：
更快的功率控制；
软切换(如果基站是同步的话，则性能更好)；以及
更好的时间分辨率，以至更好的时间跟踪。
基站可以同时接收来自多个终端的调制信号。可以对每个终端的CDM导频进行处理，从而获得该终端的各种测量结果，例如接收导频长度、时间和频率恢复等。这些测量结果可用来支持功率控制、软切换或其它功能。通常对每个终端的发射功率进行控制，从而使得在基站上接收的调制信号不会占用基站处接收机单元内的某些部件(例如，ADC)的全部动态范围。用CDM导频可以获得更快的功率控制，这是因为，导频处理是对码片、而非OFDM符号进行的。更快的功率控制可以为所有终端提供改善的性能。根据码片一级、而非OFDM符号一级的导频处理，也可以获得提高的时间分辨率。使用CDM导频的改善的导频信号强度测量结果，也可以更容易地进行软切换。
这里所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诸如离散多音频(DMT)之类的其它多载波调制技术的系统中。CDM导频可以采用跳频或不采用跳频。
这里所述的技术可以通过发射机或接收机上的各种模块实现。发射机和接收机处的导频和数据处理可以用硬件、软件或软硬结合的方式来实现。对于硬件实现，处理器单元(例如，TX导频处理器530、RX导频处理器560和DSP 562等)可以实现为一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或其它电子单元内实现，从而实现这里所述的功能及其组合。
对于软件实现，发射机和接收机处的导频和数据处理可以用执行这里所述功能的模块实现(例如，过程、功能等)。软件代码可以存储在存储器单元(例如，图5A和5B中的存储器单元542和592)中，并且由处理器(例如，控制器540和590)执行。存储器单元可以实现在处理器的内部或外部，在外部实现的情况下，可以通过现有技术中已知的各种手段与处理器保持通信连接。
通过前面对公开实施例的描述，本领域技术人员可以制造或使用本发明。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员来言是显而易见，并且，这里所定义一般原理也可用于其它实施例，而不脱离本发明的精神或保护范围。因此，本发明并不意在限于这里所示的实施例，而是应包括与这里所披露的原理和新颖性特征相一致的最宽保护范围。

Claims (16)

1.一种在无线多载波通信系统中发送宽带导频的方法，包括：
使用伪随机(PN)码对至少一个导频符号进行处理，以获得宽带导频的导频码片序列；
根据多载波调制方式对数据符号进行处理，以获得数据码片序列；
将所述导频码片序列和所述数据码片序列相加，以获得组合后的导频和数据码片序列；以及
发送所述组合后的导频和数据码片序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无线多载波通信系统为正交频分多址(OFDMA)通信系统，并且其中，所述多载波调制方式为正交频分复用(OFDM)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述数据码片序列的持续时间内连续发送所述宽带导频。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用直接序列扩频处理，在时域内用PN码对至少一个导频符号进行扩频，以获得所述导频码片序列。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PN码唯一地标识所述宽带导频的发送实体。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述系统包括多个子带，并且其中，在由跳频(FH)序列确定的不同时间间隔内的所述多个子带的不同子带上发送所述数据符号。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
用调整因子对所述导频码片序列进行调整，以获得调整后的导频码片，其中，所述调整因子表示所述宽带导频的发射功率电平，并且其中，将所述调整后的码片序列与所述数据码片序列相加。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述系统中的反向链路上发送所述组合后的导频和数据码片序列。
9.无线多载波通信系统中的一种装置，包括：
导频码片序列获取模块，用于使用伪随机(PN)码对至少一个导频符号进行处理，以获得宽带导频的导频码片序列；
数据码片序列获取模块，用于根据多载波调制方式处理数据符号，以获得数据码片序列；
相加模块，将所述导频码片序列与所述数据码片序列相加，以获得组合后的导频和数据码片序列；以及
发送模块，用于发送所述组合后的导频和数据码片序列。
10.一种在无线多载波通信系统中接收宽带导频的方法，包括：
获取接收码片序列，所述接收码片序列包括由发送实体发送的组合后的导频和数据码片序列，其中，所述组合后的导频和数据码片序列是通过在发送实体处将所述宽带导频的导频码片序列和数据码片序列相加而获得的；
使用伪随机(PN)码处理所述接收码片序列，以获得所述发送实体的多个子带的多个信道响应估计；以及
根据多载波解调方式和所述多个信道响应估计，对所述接收码片序列进行处理，以获得所述发送实体的恢复的数据符号。
11.根据权利要求10所述的方法，其中使用PN码处理所述接收码片序列的步骤包括：
获得所述发送实体的多个传播路径的多个信道增益估计；
处理所述多个信道增益估计，以获得码片间隔增益值序列；以及
发送所述码片间隔增益值序列，以获得所述发送实体的所述多个子带的所述多个信道响应估计。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，使用具有多个分支处理器的瑞克接收机获得所述多个信道增益估计，其中，每个分支处理器用于处理所述多个传播路径的不同传播路径，以获得所述传播路径的信道增益估计。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：
估计由所述宽带导频引起的干扰；以及
消除根据所述接收码片序列估计的干扰，以获得接收数据码片序列，并且其中，对所述接收数据码片序列进行处理，以获得所述恢复的数据符号。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述无线多载波通信系统为正交频分多址(OFDMA)通信系统，并且其中，所述多载波解调方式针对正交频分复用(OFDM)。
15.无线多载波通信系统中的一种装置，包括：
接收码片序列获取模块，用于获得接收码片序列，所述接收码片序列包括由发送实体所发送的组合后的导频和数据码片序列，其中，所述组合后的导频和数据码片序列是通过在所述发送实体处将宽带导频的导频码片序列和数据码片序列相加而获得的；
信道响应估计模块，使用伪随机(PN)码处理所述接收码片序列，以获得所述发送实体的多个子带的多个信道响应估计；以及
数据符号获取模块，根据多载波解调方式和所述多个信道响应估计，处理所述接收码片序列，以获得所述发送实体的恢复的数据符号。
16.无线多载波通信系统中的一种装置，包括：
瑞克接收机，用于使用伪随机(PN)码处理接收码片序列，以获得发送实体的多个传播路径的多个信道增益估计，其中，所述接收码片序列包括由所述发送实体发送的组合后的导频和数据码片序列，所述组合后的导频和数据码片序列是在所述发送实体处通过将宽带导频的导频码片序列和数据码片序列相加而获得的；
处理器，用于处理所述多个信道增益估计，以获得多个子带的多个信道响应估计；以及
解调器，用于根据多载波解调方式和所述多个信道响应估计，对所述接收码片序列进行处理，以获得所述发送实体的恢复的数据符号。
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