CN1567764A - 多用户ofdma系统中新的子信道生成和分配方法 - Google Patents
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Abstract
一种多用户正交频分复用多址接入通信系统中新的子信道生成和分配方法，包括步骤：正交频分复用多址接入通信系统具有256个子载波，标号为[－128：127]；可使用的有用子载波为200个，标号为[－100：－1，1：100]，其中标号为－88，－63，－38，－13，13，38，63，88用来传输导频信号；当所有有用子载波划分为两个子信道时，S1：包含子载波的标号为[－100：－76，－50：－26，1：25，51：75]，其中标号为－38－88 13 88的子载波放置导频信号；S2：包含子载波的标号为[－75：－51，－25：－1，26：50，76：100]，其中标号为－13 88－63 38的子载波放置导频信号。本发明方法划分的子信道有如下特点，子信道具有良好的频率分集效果；子信道的导频信号得到平均分配和分散分布，非常容易得到功率峰平比很低的子信道的接入前导，很容易应用到多天线系统。引进一种新的子信道接入前导，该子信道接入前导具有较低功率峰平比。
Description
技术领域
本发明涉及正交频分复用多址接入(OFDMA)通信技术领域，具体地说，本发明涉及OFDMA通信系统物理层中新的子信道产生和分配方法。
背景技术
正交频分复用(OFDM)技术作为一种无线通信系统的高速传输技术早在60年代就提出来了。近些年来，由于数字信号处理技术和ASIC技术的飞速发展，OFDM系统的实现已经成为现实，OFDM技术再度受到关注和研究。OFDM作为下一代移动无线通信系统技术已经得到国内外公认。
OFDMA系统是基于OFDM技术的多址接入通信系统，在OFDMA系统中，所有的可用子载波被划分为子信道，根据划分方法不同，子信道可以含有一个或多个子载波。不同的子信道可以在同一时间内分配给不同的用户。这样更有效利用频带，提高系统容量。同时由于子信道的使用，降低了功率峰平比，有利于用户终端的移动化和提高小区的覆盖范围。
当某一用户使用某一子信道时，该用户只需要在该指定的子信道上传输数据。在很多OFDMA系统中，为了同步和信道估计的目的，用户在传输数据之前或在传输过程中传输一些训练符号，我们称为接入前导(Preamble)。
实际OFDMA系统中的Preamble都是在频域上对已知的序列在特定的子信道上做IFFT得到，我们称该种序列为频域训练序列。
在高性能城域网规范Hiperman和IEEE802.16e的256FFTOFDM物理层中，共有256个子载波，标号为-128到127，但实际只用了标号为-100到100的200个子载波，其中零子载波不用。
除了256FFTOFDM模式以外，Hiperman还采用256FFTOFDMA模式，目前802.16e也采用256FFTOFDMA模式。256OFDMA模式是将整个可用的子载波划分为16个子信道。用户在使用这些子信道时，可以对这些子信道组合使用。对应每一子信道组合，都应有一种频域训练序列。
在设计子信道划分时，应该考虑到以下几个设计原则：
1：子信道的子载波分布应该具有良好的频率分集效果。这样要求子信道中的子载波尽量分散。
2：每个子信道的导频信号数量应该尽量相等。
3：导频信号在子信道中的分布应该尽量分散。
5：对应子信道的接入前导要求具有很低的功率峰平比，这样能够避免非线性失真，更好估计同步和信道参数。
当前系统中例如高性能城域网规范(Hiperman)和802.16e的256OFDMA物理层中子信道划分没有完全符合上述的设计原则
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种新的子信道划分和分配方法。
为实现上述目的，一种多用户正交频分复用多址接入通信系统中新的子信道生成和分配方法，包括步骤：
正交频分复用多址接入通信系统具有256个子载波，标号为[-128:127]；
可使用的有用子载波为200个，标号为[-100:-1，1:100]，其中标号为-88，-63，-38，-13，13，38，63，88用来传输导频信号；
当所有有用子载波划分为两个子信道时，S1：包含子载波的标号为[-100:-76，-50:-26，1:25，51:75]，其中标号为-38-88 13 88的子载波放置导频信号；
S2：包含子载波的标号为[-75:-51，-25:-1，26:50，76:100]，其中标号为-13 88-63 38的子载波放置导频信号。
本发明方法划分的子信道有如下特点，子信道具有良好的频率分集效果；子信道的导频信号得到平均分配和分散分布，非常容易得到功率峰平比很低的子信道的接入前导，很容易应用到多天线系统。引进一种新的子信道接入前导，该子信道接入前导具有较低功率峰平比。
附图说明
图1是OFDMA发射机；
图2是OFDM发射机；
图3是循环前缀操作后的时域信号，CP表示循环前缀；
图4是子信道的接入前导。其中Tg表示循环前缀的长度，Tb表示一个OFDM数据符号的长度。
具体实施方式
OFDMA通信系统是以OFDM技术为核心的一种通信系统。OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定频带分成许多正交子载波，在每个子载波上进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的无线信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子载波是相对平坦的，在每个子载波上进行的是窄带传输，信号带宽小于无线信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。
OFDMA系统基本原理是将整个OFDM子载波划为很多子载波组，我们称之为子信道。不同的用户在同一时间可以使用不同的子信道。OFDMA系统不仅继承了OFDM的优点，同时还具有更灵活的数据传输率，更大的系统容量和更大的覆盖范围。OFDMA系统中，除了用来传输有用数据外，为了更好估计信道参数，少量的子载波还用来传输导频信号。
OFDMA系统将整个频带从低到高划分为N个子载波，标号为[-N/2:N/2-1]，一般情况下，为了防止邻道干扰，位于频带边沿的子载波不被使用。同时为了实现上的方便，标号为零的子载波也不被使用。不使用的子载波置零，即不放置任何信号。
本发明针对的OFDMA系统基本参数为：
1)总的子载波数目为256，标号为[-128:127]。
2)使用的子载波数目为200，标号[-100:-1，1:100]；
3)用于传输导频的子载波数目为8，标号为[-88，-63，-38，-13，13，38，63，88]；
4)位于保护带的子载波为55，标号为[-128:-101，101:127]；
OFDM系统中，如图2所示，串行数据符号被分成块{pj|j＝-N/2，...，N/2-1}(其中N为IFFT长度，j对应OFDM调制子载波标号)，并行放置在相应的子载波上进行快速反傅立叶变换(IFFT)得到OFDM符号
IFFT后，对该OFDM数据信号进行循环前缀操作之后，经过数模变换和上变频通过天线发射出去。
pj可以含有导频信号，另外，如果pj是为频域训练序列的话，那么得到的OFDM符号为接入前导。
循环前缀操作之后的时域信号如图3所示。
对应于本发明的系统参数，pj只在使用的子载波即标号为[-100:1，1:100]上放置有用符号(数据符号，导频或频域训练序列)，在其他的子载波上为零。
对应于OFDMA系统，如图1，如果某一用户使某一子信道时，当生成数据符号时，调制映射器出来的数据调制符号经过串并转换器生成与使用的子信道对应的符号块，通过子信道生成器选择相应的子信道，通过子信道装载映射器把对应的符号块相应的放置在子信道的子载波上，同时在相对应的子载波上放置导频信号。。当要生成子信道的接入前导时，通过子信道频域序列生成器生成与该子信道相对应的频域序列后，通过子信道生成器选择相应的子信道，然后通过子信道装载映射器把对应的频域序列相应的放置在子信道的子载波上。子信道装载映射器出来的pj只在该用户使用的子信道上的子载波上含有用信号，在其他的子载波上为零。然后对pj进行IFFT操作。
本发明子信道划分方法如下：
1)当所有有用子载波划分为两个子信道时：
S1：[-100:-76，-50:-26，1:25，51:75]，其中标号为-38-881388的子载波放置导频信号。
S2：[-75:-51，-25:-1，26:50，76:100]，其中标号为-1388-6338的子载波放置导频信号。
2)当所有有用子载波划分为四个子信道时：
S3：[-100:-89，-50:-39，1:12，51:62]；
S4：[-87:-76，-37:-26，12:25，64:75]；
S5：[-75:-64，-25:-14，26:37，76:87]；
S6：[-64:-51，-12:-1，39:50，89:100]；
S3和S4使用导频规则为：
规则一：当其中的一个子信道使用标号为-38，63的子载波放置导频时，那么另外一个子信道只能使用标号为-88，13的子载波放置导频信号。
规则二：当其中的一个子信道使用标号为-88，63的子载波放置导频时，那么另外一个子信道只能使用标号为-38，13的子载波放置导频
S5和S6使用导频的规则为
规则一：当其中的一个子信道使用标号为-13，88的子载波放置导频时，那么另外一个子信道只能使用标号为-63，38的子载波放置导频信号。
规则二：当其中的一个子信道使用标号为-13，38的子载波放置导频时，那么另外一个子信道只能使用标号为-63，88的子载波放置导频
3)当所有有用子载波划分为八个子信道时
S7：[-94:-89，-44:-39，1:651:56]；
S8：[-100:-95，-50:-45，7:12，57:62]；
S9：[-81:-76，-31:-26，14:19，64:69]；
S10：[-87:-82，-37:-32，20:25，70:75]；
S11：[-69:-64，-19:-14，26:31，76:81]；
S12：[-75:-70，-25:-20，32:37，82:87]；
S13：[-56:-51，-6:-1，39:44，89:94]；
S14：[-62:-57，-12:-7，45:51，95:100]；
S7，S8，S9，S10使用导频规则为：
规则一：S7，S8，S9，S10分别使用标号为-38，63，13，-88的子载波放置导频。
规则二：S7，S8，S9，S10分别使用标号为-38，13，63，-88的子载波放置导频。
规则三：S7，S8，S9，S10分别使用标号为-88，63，13，-38的子载波放置导频。
规则四：S7，S8，S9，S10分别使用标号为-88，13，63，-38的子载波放置导频。
S11，S12，S13，S14使用导频规则为：
规则一：S11，S12，S13，S14分别使用标号为-13，88，38，-63的子载波放置导频。
规则二：S11，S12，S13，S14分别使用标号为-13，38，88，-63的子载波放置导频。
规则三：S11，S12，S13，S14分别使用标号为-63，88，38，-13的子载波放置导频。
规则四：S11，S12，S13，S14分别使用标号为-63，38，88，-13的子载波放置导频。
4)当所有有用子载波划分为16个子信道时：
S15：[-91:-89 -41:-39 1:3；51:53]；
S16：[-94:-92，-44:-42，4:6，54:56]；
S17：[-97:-95；-47:-45；7:9；57:59]；
S18：[-100:-98；-50:-48；10:12；60:62]；
S19：[-78:-76，-28:-26，14:16，64:66]；
S20：[-81:-79；-31:-29；17:19；67:69]；
S21：[-84:-82；-34:-32 20:22；70:72]；
S22：[-87:-85；-37:-35 23:25 73:75]；
S23：[-66:-64 -16:-14 26:28 76:78]；
S24：[-69:-67，-19:-17，29:31 79:81]；
S25：[-72:-70，-22:-20，32:34 82:84]；
S26：[-75:-73，-25:-23，35:37，85:87]；
S27：[-53:-51 -3:-1 39:41，89:91]；
S28：[-56:-54，-6:-4，42:44，92:94]；
S29：[-59:-57，-9:-7，45:47，95:97]；
S30：[-62:-60，-12:-10，48:51 98:100]；
S15到S30不使用任何子载波来放置导频。
上述1)2)3)和4)划分的任一子信道可以分配给任何用户，具体该用户使用那一子信道，取决于通信环境。
作为本发明划分的子信道特定使用情况，某一用户使用以下任一子信道时：
S1，S2。
使用标号为-38，63的子载波放置导频的S3和使用标号为-88，13的子载波放置导频的S4
使用标号为-13，88的子载波放置导频的S5和使用标号为-63，38的子载波放置导频的S6
分别使用标号为-38，63，13，-88，-13，88，38，-63的子载波放置导频的S7，S8，S9，S10，S11，S12，S13，S14。
S15到S30
当生成以上某一子信道的接入前导时，对应于该子信道的频域训练序列可以从下面的序列抽取而得：
Seq(-100:100)＝[-1-i1+i1+i-1-i-1+i-1-i-1-i1+i1+i-1-i-1+i-1-i-1+i-1-i1+i1+i-1-i-1+i-1-i-1-i1+i1+i-1-i-1+i-1-i-1-i1-i-1-i-1-i1+i1+i-1-i1-i-1-i-1-i1+i1+i1-i-1-i1-i-1-i-1-i1+i1+i-1-i1-i-1-i-1-i1+i1+i-1+i-1-i-1+i-1+i-1+i1-i-1+i-1-i-1+i-1+i-1+I1-i-1-i1-i1+i1-i1-i1-i-1+i1-i1+i1-i1-i1-i-1+i1+i1+i-1-i1+i1-i1+i1+i1+i-1-i1+i1-i1+i-1-i-1-i-1-i1+i-1-i-1+i-1-i-1-i-1-i1+i-1-i-1+i-1-i0-1+i1-i1-i1-i-1-i1-i1-i-1+i-1+i-1+i1+i-1+i-1+i-1+i1-i1-i1-i-1-i1-i1-i-1+i-1+i-1+i1+i-1+i1-i1+i1-i-1+i1-i1-i-1+i-1-i-1+i1-i-1+i-1+i1+i1-i1+i1-i-1+i1-i1-i-1+i-1-i-1+i1-i-1+i-1+i1+i-1+i1+i-1-i-1-i1+i-1-i1-i-1-i1+i1+i-1-i1+i-1-i1-i-1-i1+i1+i-1-i1+i-1+i1+i-1-i-1-i1+i-1+i-1+i1-i1-i-1-i1-i1-i1-i-1+i-1+i1+i-1+i-1+i1-i1-i-1+i-1+i1+i-1+i-1+i-1+i1-i1-i-1-i1-i]*W；
这里只给出标号为从-100到100子载波上训练符号的值，其他位置为零，即标号为-128到-101和101到127的子载波上为零，其中W为一确定的系数，可以是任意实数或复数。该序列为一复数序列，序列的元素为复数，代表QPSK调制。
根据上述的频域训练序列，当使用某一子信道的用户要生成对应于该子信道的接入前导时，在序列Seq上对应于该子信道中的子载波标号的位置上抽取元素对应放在该子信道的子载波上。如果该子信道使用导频，那么同时在序列Seq上对应于该子信道使用的导频标号的位置上抽取元素对应放在相应导频的子载波上。其他的子载波不使用，即放置零。然后进行IFFT操作。生成的接入前导如图4所示。
Claims (12)
1.一种多用户正交频分复用多址接入通信系统中新的子信道生成和分配方法，包括步骤：
正交频分复用多址接入通信系统具有256个子载波，标号为[-128:127]；
可使用的有用子载波为200个，标号为[-100:-1，1:100]，其中标号为-88，-63，-38，-13，13，38，63，88用来传输导频信号；
当所有有用子载波划分为两个子信道时，S1：包含子载波的标号为[-100:-76，-50:-26，1:25，51:75]，其中标号为-38 -88 13 88的子载波放置导频信号；
S2：包含子载波的标号为[-75:-51，-25:-1，26:50，76:100]，其中标号为-13 88 -63 38的子载波放置导频信号。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：
当所有有用子载波划分为四个子信道时：
S3：包含子载波的标号为[-100:-89，-50:-39，1:12，51:62]；
S4：包含子载波的标号为[-87:-76，-37:-26，12:25，64:75]；
S5：包含子载波的标号为[-75:-64，-25:-14，26:37，76:87]；
S6：包含子载波的标号为[-64:-51，-12:-1，39:50，89:100]；
同时，每个子信道还含有另外两个子载波来传输导频信号，使用规则为：
S3和S4使用导频规则为：
当其中的一个子信道使用标号为-38，63的子载波放置导频时，那么另外一个子信道只能使用标号为-88，13的子载波放置导频信号；
S5和S6使用导频的规则为
当其中的一个子信道使用标号为-13，88的子载波放置导频时，那么另外一个子信道只能使用标号为-63，38的子载波放置导频信号。3.按权利要求2所述的方法，其特征在于：S3和S4使用导频规则为：
当其中的一个子信道使用标号为-88，63的子载波放置导频时，那么另外一个子信道只能使用标号为-38，13的子载波放置导频；
4.按权利要求2所述的方法，其特征在于：S5和S6使用导频的规则为：
当其中的一个子信道使用标号为-13，38的子载波放置导频时，那么另外一个子信道只能使用标号为-63，88的子载波放置导频。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于：
当所有有用子载波划分为八个子信道时
S7：包含的子载波标号为[-94:-89，-44:-39，1:6 51:56]；
S8：包含的子载波标号为[-100:-95，-50:-45，7:12，57:62]；
S9：包含的子载波标号为[-81:-76，-31:-26，14:19，64:69]；
S10：包含的子载波标号为[-87:-82，-37:-32，20:25，70:75]；
S11：包含的子载波标号为[-69:-64，-19:-14，26:31，76:81]；
S12：包含的子载波标号为[-75:-70，-25:-20，32:37，82:87]；
S13：包含的子载波标号为[-56:-51，-6:-1，39:44，89:94]；
S14：包含的子载波标号为[-62:-57，-12:-7，45:51，95:100]；
同时，每个子信道还含有另外一个子载波来传输导频信号，使用规则为：
S7，S8，S9，S10使用导频规则为：
S7，S8，S9，S10分别使用标号为-38，63，13，-88的子载波放置导频；
S11，S12，S13，S14使用导频规则为：
S11，S12，S13，S14分别使用标号为-13，88，38，-63的子载波放置导频。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于：S7，S8，S9，S10使用导频规则为：
S7，S8，S9，S10分别使用标号为-38，13，63，-88的子载波放置导频；
S11，S12，S13，S14使用导频规则为：
S11，S12，S13，S14分别使用标号为-13，38，88，-63的子载波放置导频。
7.按权利要求5所述的方法，其特征在于：S7，S8，S9，S10使用导频规则为：
S7，S8，S9，S10分别使用标号为-88，63，13，-38的子载波放置导频；
S11，S12，S13，S14使用导频规则为：
S11，S12，S13，S14分别使用标号为-63，88，38，-13的子载波放置导频。
8.按权利要求5所述的方法，其特征在于：S7，S8，S9，S10使用导频规则为：
S7，S8，S9，S10分别使用标号为-88，13，63，-38的子载波放置导频。
S11，S12，S13，S14使用导频规则为：
S11，S12，S13，S14分别使用标号为-63，38，88，-13的子载波放置导频。
9.按权利要求1所述的方法，其特征在于：当所有有用子载波划分为16个子信道时：
S15：包含的子载波标号为[-91:-89，-41:-39，1:3，51:53]；
S16：包含的子载波标号[-94:-92，-44:-4，4:6，54:56]；
S17：包含的子载波标号为[-97:-95；-47:-45；7:9；57:59]；
S18：包含的子载波标号为[-100:-98；-50:-48；10:12；60:62]；
S19：包含的子载波标号为[-78:-76，-28:-26，14:16，64:66]；
S20：包含的子载波标号为[-81:-79；-31:-29；17:19；67:69]；
S21：包含的子载波标号为[-84:-82；-34:-32 20:22；70:72]；
S22：包含的子载波标号为[-87:-85；-37:-35 23:25 73:75]；
S23：包含的子载波标号为[-66:-64 -16:-14 26:28 76:78]；
S24：包含的子载波标号为[-69:-67，-19:-17，29:31 79:81]；
S25：包含的子载波标号为[-72:-70，-22:-20，32:34 82:84]；
S26：包含的子载波标号为[-75:-73，-25:-23，35:37，85:87]；
S27：包含的子载波标号为[-53:-51 -3:-1 39:41，89:91]；
S28：包含的子载波标号为[-56:-54，-6:-4，42:44，92:94]；
S29：包含的子载波标号为[-59:-57，-9:-7，45:47，95:97]；
S30：包含的子载波标号为[-62:-60，-12:-10，48:5198:100]；
每一子信道不使用任何子载波来放置导频。
10.按前述权利要求之一所述的法，其特征在于：系统可以分配任一子信道给某一用户使用。当该用户使用某一子信道时，只在该子信道上传输信号放置有用信号，其他的子载波不使用，即置零。
11.按权利要求1所述的方法，其特征在于：用户在使用的子信道中的子载波中放置频域训练序列，其他不用的子信道放置零，进行反傅立叶变换来形成正交频分复用子信道接入前导。
12.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：
用户可以使用以下任一子信道：
S1，S2，
使用标号为-38，63的子载波放置导频的S3和使用标号为-88，13的子载波放置导频的S4，
使用标号为-13，88的子载波放置导频的S5和使用标号为-63，38的子载波放置导频的S6，
分别使用标号为-38，63，13，-88，-13，88，38，-63的子载波放置导频的S7，S8，S9，S10，S11，S12，S13，S14，
S15到S30。
13.按权利要求11所述的方法，其特征在于：
当生成某一子信道的接入前导时，对应于该子信道的频域训练序列可以从下面的序列抽取而得：
Seq(-100:100)＝[-1-i1+i1+i-1-i-1+i-1-i-1-i1+i1+i-1-i-1+i-1-i-1+i-1-i1+i1+i-1-i-1+i-1-i-1-i1+i1+i-1-i-1+i-1-i-1-i1-i-1-i-1-i1+i1+i-1-i1-i-1-i-1-i1+i1+i1-i-1-i1-i-1-i-1-i1+i1+i-1-i1-i-1-i-1-i1+i1+i-1+i-1-i-1+i-1+i-1+i1-i-1+i-1-i-1+i-1+i-1+i1-i-1-i1-i1+i1-i1-i1-i-1+i1-i1+i1-i1-i1-i-1+i1+i1+i-1-i1+i1-i1+i1+i1+i-1-i1+i1-i1+i-1-i-1-i-1-i1+i-1-i-1+i-1-i-1-i-1-i1+i-1-i-1+i-1-i0-1+i1-i1-i1-i-1-i1-i1-i-1+i-1+i-1+i1+i-1+i-1+i-1+i1-i1-i1-i-1-i1-i1-i-1+i-1+i-1+i1+i-1+i1-i1+i1-i-1+i1-i1-i-1+i-1-i-1+i1-i-1+i-1+i1+i1-i1+i1-i-1+i1-i1-i-1+i-1-i-1+i1-i-1+i-1+i1+i-1+i1+i-1-i-1-i1+i-1-i1-i-1-i1+i1+i-1-i1+i-1-i1-i-1-i1+i1+i-1-i1+i-1+i1+i-1-i-1-i1+i-1+i-1+i1-i1-i-1-i1-i1-i1-i-1+i-1+i1+i-1+i-1+i1-i1-i-1+i-1+i1+i-1+i-1+i-1+i1-i1-i-1-i1-i]*W。
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