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CN1515093A - 用于在正交频分多址系统中自适应分配导频的方法和装置 - Google Patents

用于在正交频分多址系统中自适应分配导频的方法和装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于在OFDMA通信系统中自适应地分配导频的方法和装置。为了改善相位误差估计性能和最优化分配给每个子信道的导频的数量，OFDMA发射机根据子信道的状态改变用于子信道的导频的数量。因此，将较少的导频分配给处于良好状态的子信道，从而减少了功率损耗，将较多的导频分配给处于坏状态的子信道，从而尽管增加了功率损耗但改善了信道估计性能。

Description

用于在正交频分多址系统中自适应分配导频的方法和装置
技术领域
本发明一般涉及正交频分复用(OFDM)通信系统，特别涉及用于自适应的分配导频以实现正交频分多址(OFDMA)的方法和装置。
背景技术
典型的OFDMA通信系统在相互正交的Nused个载频中发送并行的传输数据。具有空数据的Nguard个载波被作为防护间隔插入在整个频带的两侧。因此，整个NFFT(＝Nused+Nguard)载波携带所述发送数据。Nused个载频包含Npolit个导频和(Nused-Npilot)个数据载波。发射机和接收机两者都知道所述导频。根据所述导频的相位失真来估计通信信道。如果导频的相位失真小，则用少量的导频进行信道估计；另外，对于大的导频相位失真，则需要更多的导频用于可接受的信道估计性能。
在OFDMA中，Nused个载波被划分为Nsubch个子信道。一个子信道是一个用户在其中发送数据的单元。换句话说，用户在一个或多个子信道上发送数据。每个子信道包含Nsubcarrier个副载波。如果每个用户都被连接到OFDMA中的一个子信道上，则子信道对于多达N(＝Nsubch)个用户是可用的。结果用户的数量可以增加。
由于这一优点，已经开发了用于高速数据发送的OFDM无线通信系统，诸如数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、数字地面电视广播(DTTB)、无线局域网(LAN)和无线同步传输模式(ATM)。不用说，为每个用户分配导频的技术对于这些OFDMA通信系统的实现是基本的。
子导频的分配对于采用诸如非对称数字用户线(ADSL)和甚高比特率数字用户线(VDSL)的离散多频音(DMT，discrete multi-tone)的数字无线通信系统同样是重要的。
图1示出了在所述频域中的典型的OFDMA符号结构。参照图1，定义了三个子信道101、102和103。如上所述，一个子信道是一个用户所连接到的单元，Nused个子信道包含数据载波和导频。防护间隔104以一个程序块墙中的波形平滑地衰减信号，从而防止对相邻连接信道的干扰。DC副载波105表示所述频带的中心。
参照图1，整个信道频率被逻辑的划分为子信道1(101)、子信道2(102)和子信道3(103)，以通过多路接入容纳尽可能多的用户。每个子信道包含不同的载波。
图2示出了描述载波如何组成OFDMA子信道的传统的载波分配方法。为了用载波形成子信道，使用了一个特殊的公式。首先决定可变位置导频201的位置，然后根据所述公式决定数据载波202的位置。一个恒定位置的导频203被插入在可变位置导频201和数据载波202之间的预定的位置。
参照图2，为了发送OFDMA符号1，选择可变位置导频210。参考数字205表示指出用于OFDMA符号1的位置的一个索引(index)。实际上，从整个预定频带的Nused个可用载波中选择Nsubch_data个数据载波和Nsubch_pilot个导频以便形成一个子信道。这里，通过用子信道的数量去除导频的数量得到Nsubch_pilot。换句话说，用于用户的子信道包含(Nsubch_data和Nsubch_pilot)个贯穿整个频带的载波。在这种方式下，对于OFDMA符号1，可变位置导频201被定位于索引0、13、27和40处，恒定位置导频203被定位于索引26处，而数据载波被定位于剩余的索引处。如果用户发送OFDMA符号1，则他们使用具有相同位置处的导频的不同子信道中的不同载波做这件事。由于子信道形成公式是用户数量的函数，因此，每个用户都被分配了一个具有不同载波的子信道。
由于OFDMA用户在子信道上发送数据而不管NFFT，因此，用用户的数量去除数据载波的数量和导频的数量，用于载波分配。这里，导频的数量是固定的。这意味着当子信道处于良好状态时没有问题，但是当子信道处于坏状态时，没有精确地估计通信信道的相位误差，从而降低信道估计性能。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种在OFDMA通信系统中使用的方法和装置，用于估计使用他们的导频同时连接到他们的子信道上的用户的子信道状态，并根据一个估计自适应地决定用于每个用户的导频的数量。
本发明的另一个目的是提供一种在OFDMA通信系统中使用的方法和装置，用于自适应地将较少的导频分配给处于良好子信道状态的用户，减少功率损耗，和将较多的导频分配给处于坏子信道状态的用户，从而改善相位误差估计性能。
通过提供在OFDMA系统中使用的自适应分配导频的方法和装置，可以实现上述目的。为了改善相位误差估计性能和最优化分配给每个子信道的导频的数量，OFDMA发送机根据子信道的状态改变用于子信道的导频的数量。因此，更多的导频被分配给处于坏状态的子信道，从而减少了功率损耗消耗，并将更少的导频分配给处于良好状态的子信道，从而尽管增加了功率损耗，但改善了信道估计性能。
附图简述
结合附图，从随后的详细描述中，本发明的上述目的、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1示出了在所述频域中传统的OFDMA子信道的结构；
图2示出了用于形成OFDMA子信道的传统载波分配方法；
图3示出了根据本发明实施例的用于形成OFDMA子信道的自适应导频分配方法；
图4示出了根据本发明实施例的自适应导频分配方法的流程图；
图5示出了根据本发明实施例用于接收自适应分配的导频的操作的流程图；
图6示出了根据本发明实施例的自适应导频分配装置的方框图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的最佳实施例。在下面的描述中，不对已知的功能或结构进行详细的描述，因为他们会在不必要的细节混淆本发明。
本发明有关于调度导频，即，在OFDM通信系统中向每个子信道分配导频以改善相位误差估计性能，从而实现OFDMA。如上所述，在传统OFDMA方案中，为每个子信道指定固定数量的导频，而不管该信道的状态。结果是，处于良好信道环境的子信道引起了不必要的功率消耗，而处于坏信道环境的子信道遭受用于信道估计的导频不足。根据本发明，根据每个子信道的信道环境自适应的分配导频。OFDMA发射机向处于良好状态的子信道分配较少的导频，向处于坏状态的子信道分配较多的导频，从而坏状态子信道可以具有改善的相位误差估计性能。本发明被应用于发送信号的设计和在OFDM通信系统中的无线通信网络的物理层协议的标准化。
本发明的自适应导频分配的特性如下：
(1)根据用户的子信道状态自适应地向每个用户分配导频；
(2)根据子信道状态改变导频的数量，而不管FFT(快速傅立叶变换)大小
(NFFT)、子信道分配方法、和系统可用的导频的位置和数量；
(3)通过将利用其导频进行估计的子信道的比特差错率(BER)与一个阈值相比较，确定将分配给一个子信道的导频的数量；
(4)取代BER，可以将所述导频的能量或功率与所述阈值相比较；和
(5)可以将一个或多个阈值与BER进行比较。
尽管本发明试图在OFDMA中自适应的将导频分配给每一个用户，但是它也可以经过修改被应用于DMT(离散多频音)系统和其他系统。
图3示出了在根据本发明实施例的OFDMA通信系统中的自适应导频分配方法。参照图3，定义了4个子信道，每一个子信道具有2个被分配的导频。这样，系统中总共有8个可用的导频。载波的总数是数据载波和导频的和(Ndata+Npilot)。为了描述清楚，在图3中，根据子信道分开地的显示了导频302、303、304和305，但没有利用子信道区分数据载波301。虽然每个子信道基本上被分配了2个导频，但可以根据子信道的状态改变导频的数量。例如，如果用于子信道3的导频304的BER小于阈值，则将用于子信道3的导频304的数量减少到1。如果用于子信道4的导频305的BER大于阈值，则将用于子信道4的导频304的数量增加到3。如果用于子信道1和2的导频302和303的BER在预定的范围内，则对于子信道1和2的每一个保持2个导频。
图4的流程示出了根据本发明所述实施例在BS中根据与来自OFDMA通信系统中的多个移动站(MS)的前向导频相关的反馈信息向每个子信道自适应地分配导频的操作。这里，将一个用户1使用Luser个子信道作为实施例进行描述，且假设向每个子信道分配2个导频，并且系统可用的导频的总数和每个子信道可用的导频的数量之间的关系是预先设定的，且为MS和BS所知道。因此，不能对处于坏状态的子信道连续地增加导频数量，不能对处于良好状态的子信道连续的减少导频的数量。
参照图4，接收机在步骤401利用分配给每个子信道的导频估计子信道，并计算子信道的BER，在步骤402将子信道索引L设置为1。如在后面的步骤408和409的描述中将要说明的，L位于Luser1之间。如果在步骤403中，第L个子信道的BER(BERL)大于第一阈值(BERTH1)，则在步骤404中将第L个子信道的导频的数量(PL)增加1。如果在步骤403和405中，BERL位于BERTH1和第二阈值(BERTH2)之间，则在步骤406保持PL。如果在步骤405中，BERL小于BERTH2，则在步骤407中减小PL。执行步骤403至407，直到在步骤408中L大于或等于4为止。如果在步骤408中L小于Luser1，则在步骤409中将L增加1并且处理过程返回到步骤403。
在计算出所有子信道的BER和将导频相应地分配给子信道之后，在步骤410中决定导频的位置，并在步骤411中使用与所述导频的数量和位置相关的信息将包含被分配的导频和数据载波的子信道发送给每个用户。
图5的流程示出了根据本发明所述实施例用于在MS中接收导频的操作。当在图4的处理中从一个BS中接收时，使用与用于所述BS的导频的数量和位置相关的信息执行这个操作。
参考图5，在步骤501中，MS接收包含与分配给所述MS的导频的数量和位置相关的数据和信息的子信道，并在步骤502中将子信道索引L设置为1。在步骤503，检测导频的数量和位置，重复该步骤直到在步骤504中L大于或等于Luser1。这里，Luscr1是分配给一个用户的频率数量，其范围是从1到4。如果在步骤504中L小于Luser1，则在步骤505中将L增加1并且处理返回到步骤503。在对分配给所述MS的所有子信道完成步骤503之后，在步骤506，MS利用导频数量和位置信息接收导频。
图6是根据本发明实施例的在BS中的自适应导频分配装置的方框图。参照图6，BS经过接收机601由指定的导频从MS接收导频信号。BER测量器602测量来自MS的子信道的L的BER。BER比较器604将每个BER与BER阈值(BERTH1和BERTH2)进行比较，并根据比较结果确定MS的子信道的状态。导频数量和位置确定器605确定将根据子信道的状态而被分配给每个子信道的导频的数量和位置。导频分配器606根据从导频数量和位置确定器605接收到的导频数量和位置信息将导频分配给子信道。然后BS通过发射机607将数据载波和分配的导频与有关导频数量和位置的信息一起发送给每个用户。
根据本发明的用于OFDMA的自适应导频分配方法，将较少的导频分配给处于良好信道环境的用户，从而减少了功率消耗，将较多的导频分配给处于坏信道环境的用户，尽管增加了功利损耗但改善了相位误差的估计性能。因此，增加了整体信道的估计性能。
虽然已经参考本发明的某一优选实施例说明和描述了本发明，但本领域的技术人员应当明白，可以在不脱离由附加的权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，对本发明在形式和细节上做出各种变化。

Claims (9)

1.一种在正交频分多址(OFDMA)通信系统内的基站(BS)中的导频分配方法，其中，多个移动站(MS)的每一个经由至少一个子信道连接到BS，所述方法包括以下步骤：
确定连接到MS的子信道的状态；
减少用于处于良好状态的子信道的导频的数量；和
增加用于处于坏状态的子信道的导频的数量。
2.如权利要求1所述的导频分配方法，其中，根据子信道的比特差错率(BER)来确定子信道的状态。
3.如权利要求1所述的导频分配方法，其中，根据导频的功率来确定子信道的状态。
4.一种在正交频分多址(OFDMA)通信系统内的基站(BS)中的导频分配方法，其中，多个移动站(MS)的每一个经由至少一个子信道连接到BS，所述方法包括以下步骤：
确定连接到MS的子信道的状态；
减少用于处于良好状态的子信道的导频的数量；
增加用于处于坏状态的子信道的导频的数量；
确定被增加或减少的导频的位置，并将该导频分配在确定的位置；和
发送包含所分配导频的子信道。
5.如权利要求4所述的导频分配方法，其中，根据子信道的比特差错率(BER)来确定子信道的状态。
6.如权利要求4所述的导频分配方法，其中根据导频的功率来确定子信道的状态。
7.一种在正交频分多址(OFDMA)通信系统内的基站(BS)中的导频分配装置，其中，多个移动站(MS)的每一个经由至少一个子信道连接到BS，所述装置包括：
测量器，用于测量连接到MS的子信道的状态；
确定器，用于减少用于处于良好状态的子信道的导频的数量，和增加用于处于坏状态的子信道的导频的数量；
分配器，用于确定被增加或减少的导频的位置，将该导频分配在确定的位置，和发送包含所分配导频的子信道。
8.如权利要求7所述的导频分配装置，其中，测量器根据子信道的比特差错率(BER)测量子信道的状态。
9.如权利要求7所述的导频分配装置，其中，测量器根据导频的功率测量子信道的状态。
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