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CN1655543A - 控制正交频分通信系统自适应调制及编码的装置和方法 - Google Patents

控制正交频分通信系统自适应调制及编码的装置和方法 Download PDF

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CN1655543A
CN1655543A CNA2004100757361A CN200410075736A CN1655543A CN 1655543 A CN1655543 A CN 1655543A CN A2004100757361 A CNA2004100757361 A CN A2004100757361A CN 200410075736 A CN200410075736 A CN 200410075736A CN 1655543 A CN1655543 A CN 1655543A
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carrier allocation
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CNA2004100757361A
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金映秀
李礼勋
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

在本发明中，在将整个频带分成多个用于信号传输的副载波带的OFDMA移动通信系统中，为了给MS分配副载波。BS将整个频带分成L个子频带。BS检测各个MS的信道条件以及根据L子频带中的信道条件来确定各个MS的子频带。BS将确定的子频带中的副载波以预定的副载波间隔分配给各个MS。

Description

控制正交频分通信系统自适应调制及编码的装置和方法
技术领域
本发明通常涉及OFDM(正交频分复用)通信系统，尤其涉及根据信道环境自适应地分配副载波的装置和方法。
背景技术
随着在70年代后期从美国引入了蜂窝移动通信系统，韩国开始在第一代(1G)模拟移动通信系统，AMPS(高级移动电话服务)中提供话音通信业务。在90年代中期，韩国开展第二代(2G)移动通信系统，CDMA(码分多址)来提供话音和低速数据业务。
在90年代后期，韩国为了实现高级的无线多媒体业务，全球漫游，和高速数据业务而部分地开展第三代(3G)移动通信系统，IMT-2000(国际移动通信-2000)。3G移动通信系统被专门用来随着业务数据的数量的高速增加而以高的速率来发送数据。
3G移动通信系统正在向第四代(4G)移动通信系统发展。4G移动通信系统为了如下目标被标准化，该目标是在有线通信网络和无线通信网络之间提供有效内部互连和集成业务，其超越了前几代移动通信系统提供的简单无线通信业务。由此得出结论，在无线通信网络中必须开发出能以在有线通信网络中可用容量水平或接近该水平发送大量数据的技术。
在本文中，将OFDM作为在4G移动通信系统中在有线/无线信道上的高速数据发送的有用计划而进行积极研究。OFDM是MCM(多载波调制)中的一种特殊情况，在MCM中串行符号序列被转换成并行符号序列并且被调制成多个相互正交副载波(或副载波信道)。
OFDMA(正交频分多址)是以OFDM为基础的。在OFDMA中，多个用户共享一个OFDM符号的副载波。OFDMA通信系统是以IEEE(电气和电子工程师协会)802.16a到IEEE802.16e为基础的。IEEE802.16a通信系统是一个使用OFDMA的固定BWA(宽带无线接入)。IEEE802.16e通信系统支持移动站点(MS)的移动性。这两种通信系统都采用2048点IFFT(快速傅里叶逆变换)和使用1702个副载波。其中，166个副载波是导频副载波，其他1536个副载波是数据副载波。1526个副载波被分成总共32个子信道，因此48个副载波形成一个子信道。根据系统环境将子信道分配给多个用户。子信道指的是包括多个副载波的信道。OFDMA通信系统目的是在整个频带上分配系统可用的所有副载波，尤其是数据副载波来获得频率多样性收益。
在OFDMA通信系统中，从发送器，例如在基站(BS)中发送的OFDMA信号的频谱具有针对整个频带上的每个副载波信号的发送功率。由于整个频带上的所有副载波信号以相同的发送功率发送，所以它们应该具有相同的接收功率，因为它们在该频带下具有相同的频率响应特性。在实际的无线信道上，并非如此。为了比较所有副载波信号在上面发送的无线信道的频率响应特征，将分析在相同发送功率上的两个不同的MS，第一和第二MS，虽然有更多的用户共享OFDMA通信系统中的副载波。
第一MS从BS接收所有副载波信号。所接收的副载波信号的频谱不同于从BS发送的副载波信号的频谱。在接收的副载波信号中，一些副载波信号具有等于阈值或高于阈值的频率响应，这意味着它们可以被调制，而其他的信号具有低于阈值的频率响应。例如，第一MS在所有接收的副载波信号中具有四个低于阈值的频率响应的副载波。由于频率选择衰减，第一MS在四个副载波上不能正常接收数据。
同时，第二MS也从BS接收所有副载波信号。所接收的副载波信号的频谱不同于从BS发送的副载波信号的频谱。在接收的副载波信号中，一些副载波信号具有等于阈值或高于阈值的频率响应，这意味着它们可以被调制，而其他的信号具有低于阈值的频率响应。例如，第二MS在所有接收的副载波信号中具有五个低于阈值的频率响应的副载波。由于频率选择衰减，第二MS在五个副载波上不能正常接收数据。
因此，一些副载波可以被MS所用，而其他副载波却不能被MS所用。OFDMA通信系统中的信道特征主要由以下参数来决定。
(1)移动速率：移动速率与多普勒扩展密切相关。多普勒扩展随着MS移动变快而增加，反之亦然。
(2)延迟扩展：延迟扩展与信道环境密切相关。典型地，室外信道环境与室内信道环境相比具有更长的延迟。
(3)上行链路定时误差：OFDMA移动通信系统是参考移动速率，延迟扩展，和上行链路定时误差来设计的。如果OFDMA系统是为最坏的信道环境设计的，那么资源就被大量浪费了。另一方面，如果OFDMA系统是为最好的信道环境设计的，那么系统可靠性就会降低。
将资源(也就是副载波)动态分配给独立的MS对OFDMA移动通信系统的性能来说是非常重要的参数。在这方面，已经对OFDMA通信系统的副载波分配进行了积极研究。
提出的副载波分配方法中的一个在美国专利申请No.2002/0119781 A1中公开，题为“OFDM System with Adaptive Subcarrier Cluster Configuration andSelective Loading”(具有自适应副载波簇配置和选择负载的OFDMA)，作者是Xiaodong Li，Hui Liu，Kemin Li，和Wenzhong Zhang。根据这个方法，根据各个副载波的各个副载波簇的SINR(信号与干扰加噪声之比)来选择调制方案和编码速率。副载波簇是一种包括多个副载波的信道。在簇中的副载波的数目是固定或可变的。在簇中的副载波也可以是连续的或不连续的。所述簇的SINR是副载波的SINR的平均值或最小值。BS根据从各个MS接收到的反馈信息来为下行链路簇决定调制方案和编码速率。信道估计从各个MS接收的上行链路接入信道信号，并且根据信道估计结果为上行链路簇决定调制方案和编码速率。
虽然以上描述的方法改进了资源效率和系统吞吐量，但是它忽略了MS的移动性并且由于为了资源分配而计算各个副载波的SINR而增加了复杂性。
另一个副载波分配方法由美国专利No.6175550B1提出，题为“OFDMwith Dynamically Scalable Operating Parameters and Method Thereof”(可动态调整操作参数的OFDM系统及其方法)，作者是Richard D.J van Nee。OFDM通信系统的整个系统带宽，副载波的数目，每个副载波的比特数目和每个副载波的每个字符的比特数目是可动态调整(scaled)的。也就是说调制方案和编码方法是可动态调整的。动态调整增加了延迟扩展容限和多种信道环境中的SINR，并且使得能够开展多种业务。结果是OFDM系统更加灵活和更加具适应性。然而，这种方法没有考虑在OFDM通信系统中多个访问和它的真实实现是困难的，因此增加了开销。例如，符号持续时间必须被增加来增加延迟扩展容限，这导致在整个频带上的发送速率的降低。
第三副载波分配方法在美国专利No.6563786B1中公开，题为“OFDMSystem with Selectable Rate”(具有可选速率的OFDM系统)，作者是RichardVan Nee，该方法在OFDM通信系统中根据延迟扩展定义了两种操作模式：普通模式和后退模式(fall-back mode)。对于典型的延迟扩展采用普通模式操作，而对于相对较长的延迟扩展采用后退模式操作。在后退模式中，随着延迟扩展的增加而延长保护间隔，从而提供更好的延迟扩展容忍度。
如前所述，资源分配对于OFDMA通信系统中的实际系统性能是非常重要的。由于到目前为止提出的资源分配方法具有如上所述的各自的缺点，所以需要一个新的根据信道条件自适应分配资源的方法。
发明内容
本发明的一个目的是基本上解决至少上面提到的问题和/或缺点，并且至少提供以下的优点。因此，本发明的一个目的是提供在OFDMA移动通信系统中的副载波分配方法。
本发明的另一个目的是提供一种根据OFDMA移动通信系统中的信道特性自适应地分配副载波的方法。
本发明的再一个目的是提供一种在OFDMA移动通信系统中在频率域和时间域中自适应地分配副载波的方法。
上述目的通过提供一种根据OFDMA移动通信系统中的信道条件来自适应地分配副载波的方法来获得。
根据本发明的一个方面，在将整个频带分成多个用于信号传输的副载波带的OFDMA移动通信系统中，对于信号发送，为了将副载波分配给MS，BS将整个频带分成L个子频带。BS检测各个MS的信道条件以及根据L子频带中的信道条件来确定各个MS的子频带。BS将确定的子频带中的副载波以预定的副载波间隔分配给各个MS。
根据本发明的另一个方面，在将整个频带分成多个用于信号传输的副载波带的OFDMA移动通信系统中，对于信号发送，为了将副载波分配给MS，BS将预定的时间域分成L个时间区域。BS检测各个MS的信道条件以及根据L个时间区域中的信道条件来确定各个MS的时间区域。BS将确定的时间区域中的副载波以预定间隔分配给各个MS。
附图说明
本发明的上述的和其他的目的，特征和优点将通过结合下面的附图的详细的说明而变得清楚，其中：
图1是本发明所采用的OFDMA通信系统中的发射机的框图；
图2是描述根据本发明的一个实施例的副载波分配的图表；
图3是描述根据本发明另一个实施例的副载波分配的图表；
图4是描述根据本发明第三实施例的副载波分配的图表；
图5是描述根据本发明第四实施例的副载波分配的图表；
图6是描述根据本发明第五实施例的副载波分配的图表；
图7是描述根据本发明第七实施例的副载波分配的图表；
图8A到8D描述了根据本发明实施例的幅值曲线；和
图9A和9B描述了根据本发明实施例的BER(比特误差率)曲线。
具体实施方式
本发明的优选实施例将参照附图在这里进行描述。在下面的描述中，公知的功能或结构将不再详细描述，因为上述内容的细节在不必要的描述中会使得本发明变得模糊。
本发明提供一种在OFDMA移动通信系统中根据信道条件自适应地分配副载波的方法。尤其，本发明提供一种根据信道条件自适应地分配副载波的方法，该信道环境包括MS的速率，延迟扩展，和定时误差。
图1是本发明所采用的OFDMA通信系统中的发送器的框图。
参照图1，发射机包括CRC(循环冗余校验)插入器111，编码器113，符号映射器115，副载波分配器117，串并转换器(SPC)119，导频符号插入器121，IFFT(快速傅里叶逆变换)123，并串转换器(PSC)125，保护间隔插入器127，数模转换器(DAC)129，和RF(无线频率)处理器131。
当要发送的用户数据比特或控制数据比特生成后，将它们提供给CRC插入器111。用户数据比特或控制数据比特被称为信息数据比特。CRC插入器111将CRC比特插入到信息数据比特中，并且编码器113将从CRC插入器111接收的信息数据比特以预定编码方法例如具有预定编码速率的卷积编码或turbo编码进行编码。
符号映射器115将编码比特以预定调制方法例如BPSK(二进制相移键控)，QPSK(正交相移键控)，或者16QAM(16位正交幅度调制)等方法映射到调制符号。副载波分配器117根据本发明将副载波分配给已调制的符号。SPC119将从副载波分配器117接收的串行调制符号序列转换成并行符号。导频符号插入器121将导频符号插入到并行调制符号中。
IFFT123对从导频符号插入器121接收的信号执行N点快速傅里叶逆变换。PSC125串行化IFFT字符，以及保护间隔插入器127将一个保护间隔插入到串行字符。保护间隔消除了在前一OFDM字符时间发送的OFDM字符和在当前OFDM字符时间发送的当前OFDM字符之间的干扰。保护间隔是循环前缀或循环后缀。通过复制时间域中的OFDM字符的预定数目的最后采样并且将它们插入到有效OFDM字符中来产生循环前缀，同时通过复制时间域中的OFDM字符的预定数目的开始的采样并且将它们插入到有效OFDM字符中来产生循环后缀。
DAC129将从保护间隔插入器127接收的数字信号转换成模拟信号。RF处理器131，包括滤波器和前端单元，处理模拟信号以便它能在空中发送。RF信号通过发送天线在空中发送。
如上所述，根据信道环境整个副载波中的一些可以被MS所用，而其他的不能被MS使用。决定OFDMA移动通信系统的信道特性的参数是MS的速率，延迟扩展，和上行链路定时误差。因此，本发明提供一种通过参考由移动速率，延迟扩展，和上行链路定时误差决定的多普勒扩展来分配副载波的方法。在本发明的一个实施例中，根据移动速率在频率域中分配副载波。在本发明的另一个实施例中，根据移动速率在时间域中分配副载波。在本发明第三实施例中，根据延迟扩展在频率域中分配副载波。在本发明的第四实施例中，根据延迟扩展在时间域中分配副载波。在本发明第五实施例中，根据上行链路定时在频率域中分配副载波。在本发明第六实施例中，根据上行链路定时在时间域中分配副载波。
在本发明中，副载波以预定间隔，例如，M＝2m(m＝0，1，2，3，...)，分配给各个MS。以副载波间隔来分配副载波的操作和设置副载波间隔的理由将在下面进行描述。
图2描述了根据本发明的一个实施例根据移动速率在频率域分配副载波的操作。
根据本发明的一个实施例，OFDMA移动通信系统的整个频带根据移动速率被分成预定数目的子频带，例如，三个子频带。移动速率分为高速，中速，和低速，并且三个子频带映射到三种移动速率。参照图2，整个频带200被分成第一子频带201，第二子频带202，和第三子频带203。在第一子频带201中的副载波被分配给高速MS，在第二子频带202中的副载波被分配给中速MS，在第三子频带203中的副载波被分配给低速MS。
对于高速MS副载波间隔设置为22(＝4)，对于中速MS副载波间隔设置为21(＝2)，对于低速MS副载波间隔设置为20(＝1)。下面将描述各个子频带的不同的副载波间隔。
如前所述，移动速率与多普勒扩展密切相关。多普勒扩展随着移动速率而增加，反之亦然。因此，将第一子频带201中的副载波分配给具有相对宽的间隔为4的高速MS来防止副载波之间的干扰。类似地，将第二子频带202中的副载波分配给具有相对中等的间隔为2的中速MS来防止副载波之间的干扰。将第三子频带203中的副载波分配给具有相对窄的间隔为1的低速MS。第一子频带201中的副载波间隔是最宽的，以便将由高速移动导致的多普勒效应最小化。
下面将参照图2描述根据本发明实施例对上行链路副载波和下行链路副载波的分配。
假设BS服务于OFDMA移动通信系统中的第一到第七MS，BS使用从MS接收的反馈信息或者副载波信号来检测MS的速率。移动速率的检测超越了本发明的范围，因此不在此对其进行描述。BS将间隔为4的第一子频带201中的副载波分配给高速MS作为上行链路副载波，将间隔为2的第二子频带202中的副载波分配给中速MS作为上行链路副载波，将间隔为1的第三子频带203中的副载波，也就是，连续副载波，分配给低速MS作为上行链路副载波，由参考数字210来表示。BS发送上行链路副载波分配信息给七个MS，然后相应地MS发送副载波信号。上行链路副载波分配信息的发送与本发明不直接相关，不在此进行描述。
用与上行链路副载波分配相同的方式，BS将间隔为4的第一子频带201中的副载波分配给高速MS作为下行链路副载波，并由参考数字220来表示，将间隔为2的第二子频带202中的副载波分配给中速MS作为下行链路副载波，并由参考数字230来表示，将间隔为1的第三子频带203中的副载波，也就是，连续的副载波，分配给低速MS作为下行链路副载波，并由参考数字240来表示。BS发送下行链路副载波分配信息给七个MS，然后相应地MS接收副载波信号。下行链路副载波分配信息的发送与本发明不直接相关，不在此进行描述。
在图2描述的例子中，在第一子频带201中的副载波被分配给第一MS作为上行链路和下行链路副载波，在第二子频带202中的副载波被分配给第二和第三MS作为上行链路和下行链路副载波，以及在第三子频带203中的副载波被分配给第四到第七MS作为上行链路和下行链路副载波。通过为高速MS设置相对宽的副载波间隔，消除了由多普勒扩展的增加而导致的干扰被消除。通过为低速MS设置相对窄的副载波间隔，提高了资源效率。
图3是描述根据本发明另一个实施例的根据移动速率在时间域分配副载波的操作的图表。
根据本发明的第二实施例，OFDMA移动通信系统的时间域根据移动速率被分成预定数目的时间区域，例如，三个时间区域。移动速率分为高速，中速，和低速，并且三个时间区域映射到三种移动速率。参照图3，整个时间域300被分成第一时间区域301，第二时间区域302，和第三时间区域303。将在第一时间区域301中的副载波分配给高速MS，将在第二时间区域302中的副载波分配给中速MS，将在第三时间区域303中的副载波分配给低速MS。
对于高速MS副载波间隔设置为22(＝4)，对于中速MS副载波间隔设置为21(＝2)，对于低速MS副载波间隔设置为20(＝1)。下面将描述各个时间区域的副载波间隔的区别。
如前所述，移动速率与多普勒扩展密切相关。多普勒扩展随着移动速率而增加，反之亦然。因此，将第一时间区域301中的副载波分配给具有相对宽的间隔为4的高速MS来防止副载波之间的干扰。类似地，将第二时间区域302中的副载波分配给具有相对中等的间隔为2的中速MS来防止副载波之间的干扰。将第三时间区域303中的副载波分配给具有相对窄的间隔1的低速MS。第一时间区域301中的副载波间隔是最宽的，以便将由高速移动导致的多普勒效应最小化。
下面将参照图3描述根据本发明第二实施例对上行链路副载波和下行链路副载波的分配。
基于BS服务于OFDMA移动通信系统中的第一到第七MS的假定，BS使用从MS接收的反馈信息或者副载波信号来检测MS的速率。移动速率的检测超越了本发明的范围，因此不在此对其进行描述。BS将间隔为4的第一时间区域301中的副载波分配给高速MS作为上行链路副载波，将间隔为2的第二时间区域302中的副载波分配给中速MS作为上行链路副载波，将间隔为1的第三时间区域303中的副载波，也就是，连续副载波，分配给低速MS作为上行链路副载波，由参考数字310来表示。BS发送上行链路副载波分配信息给七个MS，然后相应地MS发送副载波信号。上行链路副载波分配信息的发送与本发明不直接相关，不在此进行描述。
用与上行链路副载波分配相同的方式，BS将间隔为4的第一时间区域301中的副载波分配给高速MS作为下行链路副载波，并由参考数字320来表示，将间隔为2的第二时间区域302中的副载波分配给中速MS作为下行链路副载波，并由参考数字330来表示，将间隔为1的第三时间区域303中的副载波，也就是，连续的副载波，分配给低速MS作为下行链路副载波，并由参考数字340来表示。BS发送下行链路副载波分配信息给七个MS，然后相应地MS接收副载波信号。下行链路副载波分配信息的发送与本发明不直接相关，不在此进行描述。
在图3描述的例子中，在第一时间区域301中的副载波被分配给第一MS作为上行链路和下行链路副载波，在第二时间区域302中的副载波被分配给第二和第三MS作为上行链路和下行链路副载波，以及在第三时间区域303中的副载波被分配给第四到第七MS作为上行链路和下行链路副载波。通过为高速MS设置相对宽的副载波间隔，消除了由多普勒扩展的增加而导致的干扰被消除。通过为低速MS设置相对窄的副载波间隔，提高了资源效率。
图4描述了根据本发明的第三实施例根据MS的延迟扩展在频率域分配副载波的操作。
根据本发明的第三实施例，OFDMA移动通信系统的整个频带根据延迟扩展被分成预定数目的子频带，例如，三个子频带。延迟扩展分为最长的，中等的，和最短的，并且三个子频带映射到三种延迟扩展。参照图4，整个频带400被分成第一子频带401，第二子频带402，和第三子频带403。在第一子频带401中的副载波被分配给具有最长延迟扩展的MS，在第二子频带402中的副载波被分配给具有中等延迟扩展的MS，在第三子频带403中的副载波被分配给具有最短延迟扩展的MS。
将第一子频带401中的副载波分配给具有最长延迟扩展的MS以后，对其应用N/4-点FFT，将第二子频带402中的副载波分配给具有中等延迟扩展的MS以后，对其应用N/2-点FFT，将第三子频带403中的副载波分配给具有最短延迟扩展的MS以后，对其应用N-点FFT。
如前所述，延迟扩展与信道环境相关。典型地，如果MS处于室外信道环境，它具有更长的延迟扩展。延迟扩展最终与OFDMA移动通信系统中的保护间隔长度密切相关，并且保护间隔必须比延迟扩展长。然而，当保护间隔长度增加时，OFDMA移动通信系统的整个传输容量会降低。无限制地增加保护间隔长度，结果是降低了系统效率。
因此，在本发明中，N/4-，N/2-，和N-点FFT被分别用于第一，第二和第三子频带401，402和403。第一子频带401的FFT点尺寸是最小的，以避免否则由于延迟扩展而存发生的符号间干扰，。将N/4-和N/2-点FFT应用于第一和第二子频带401和402，实际上分别将保护间隔长度增加了OFDM符号长度的3/4和1/2。
下面将参照图4描述根据本发明第三实施例对上行链路副载波的分配。
BS从自MS接收的副载波信号中检测其所服务的MS的延迟扩展。延迟扩展的检测超越了本发明的范围，因此不在此描述了。BS将第一子频带401中的副载波作为上行链路副载波分配给具有最长延迟扩展的MS，由参考数字410来表示，将第二子频带402中的副载波作为上行链路副载波分配给具有中等长度延迟扩展的MS，由参考数字420来表示，将第三子频带403中的副载波作为上行链路副载波分配给具有最短延迟扩展的MS，由参考数字430来表示。因此，当FFT点尺寸减小时，循环前缀长度就增加，从而防止延迟扩展导致的误差。然而，如前所述，循环前缀长度的增加降低了数据速率。因此，在短延迟扩展的情况下，通过增加FFT点尺寸而增加数据速率。保护间隔是循环前缀或循环后缀。通过复制时间域中的OFDM字符的预定数目的最后采样并且将它们插入到有效OFDM字符中来产生循环前缀，同时通过复制时间域中的OFDM字符的预定数目的开始的采样并且将它们插入到有效OFDM字符中来产生循环后缀。在本发明中将循环前缀作为示例性的保护间隔。
然后，BS将与延迟扩展相应的上行链路副载波分配信息发送到MS，以及MS相应地发送副载波信号。上行链路副载波分配信息的发送与本发明不直接相关，因此不在此描述。通过设置一个相对小的FFT点尺寸给具有最长延迟扩展的MS，可以防止由延迟扩展的增加而导致的误差。通过设置一个相对大的FFT点尺寸给具有最短延迟扩展的MS，可增加数据速率，因此增加了资源效率。
图5描述了根据本发明的第四实施例根据MS的延迟扩展在时间域分配副载波的操作。
根据本发明的第四实施例，OFDMA移动通信系统的时间域根据延迟扩展被分成预定数目的时间区域，例如，三个时间区域。延迟扩展被分成最长的，中等的，和最短的，并且三个时间区域被映射到三种延迟扩展。参照图5，整个时间域500被分成第一时间区域501，第二时间区域502，和第三时间区域503。在第一时间区域501中的副载波被分配给具有最长延迟扩展的MS，在第二时间区域502中的副载波被分配给具有中等延迟扩展的MS，在第三时间区域503中的副载波被分配给具有最短延迟扩展的MS。
将第一时间区域501中的副载波分配给具有最长延迟扩展的MS以后，对其应用N/4-点FFT，将第二时间区域502中的副载波分配给具有中等延迟扩展的MS以后，对其应用N/2-点FFT，将第三时间区域503中的副载波分配给具有最短延迟扩展的MS以后，对其应用N-点FFT。也就是说，N/4-，N/2-，和N-点FFT被分别用于第一，第二和第三时间区域501，502和503。第一时间区域501中的FFT点尺寸是最小的以增长保护间隔并因此避免可能由于延时扩展而出现的符号间干扰。
下面将参照图5描述根据本发明第四实施例对上行链路和下行链路副载波的分配。
BS从自MS接收的副载波信号中检测其所服务的MS的延迟扩展。延迟扩展的检测超越了本发明的范围，因此不在此描述了。BS将第一时间区域501中的副载波作为上行链路副载波分配给具有最长延迟扩展的MS，将第二时间区域502中的副载波作为上行链路副载波分配给具有中等长度延迟扩展的MS，将第三时间区域503中的副载波作为上行链路副载波分配给具有最短延迟扩展的MS，由参考数字510来表示。因此，当接收器的FFT点尺寸减小时，循环前缀长度增加，从而防止延迟扩展导致的误差。然而，如前所述，循环前缀长度的增加降低了数据速率。因此，在短延迟扩展的情况下，通过增加FFT点尺寸来增加数据速率。然后，BS将与延迟扩展相应的上行链路副载波分配信息发送到MS，以及MS相应地发送副载波信号。上行链路副载波分配信息的发送与本发明不直接相关，因此不在此描述。
用与上行链路副载波分配相同的方法，BS将第一时间区域501中的副载波作为下行链路副载波分配给具有最长延迟扩展的MS，由参考数字520来表示，将第二时间区域502中的副载波作为下行链路副载波分配给具有中等长度延迟扩展的MS，由参考数字530来表示，将第三时间区域503中的副载波作为下行链路副载波分配给具有最短延迟扩展的MS，由参考数字540来表示。BS将与延迟扩展相应的下行链路副载波分配信息发送到MS，以及MS相应地接收副载波信号。下行链路副载波分配信息的发送与本发明不直接相关，因此不在此描述。通过设置一个相对小的FFT点尺寸给具有最长延迟扩展的MS，可以防止由于延迟扩展的增加而导致的误差。通过设置一个相对大的FFT点尺寸给具有最短延迟扩展的MS，可增加数据速率，因此提高了资源效率。
图6描述了根据本发明的第五实施例根据终端定时误差，也就是，上行链路定时误差，在频率域分配副载波的操作。
根据本发明的第五实施例，OFDMA移动通信系统的整个频带根据上行链路定时误差被分成预定数目的子频带，例如，三个子频带。上行链路定时误差分为最长的，中等的，和最短的，并且三个子频带映射到三种上行链路定时误差。参照图6，整个频带600被分成第一子频带601，第二子频带602，和第三子频带603。在第一子频带601中的副载波被分配给具有最长定时误差的MS，在第二子频带602中的副载波被分配给具有中等定时误差的MS，在第三子频带603中的副载波被分配给具有最短定时误差的MS。
将第一子频带601中的副载波分配给具有最长定时误差的MS以后，对其应用N/4-点FFT。将第二子频带602中的副载波分配给具有中等定时误差的MS以后，对其应用N/2-点FFT。将第三子频带603中的副载波分配给具有最短定时误差的MS以后，对其应用N-点FFT。也就是说，N/4-，N/2-，和N-点FFT被分别用于第一，第二和第三子频带601，602和603。第一子频带601的FFT点尺寸是最小的，以避免可能由于定时误差而出现的符号间干扰。
结果，定时误差与移动速率密切相关。随着移动速率的降低，定时误差被缩短。相反，如果移动速率增加，定时误差被延长。如图6所示，当最短长度的定时误差出现时，例如，如果没有定时误差出现(TIMING ERROR＝0)，由参考数字610表示，则应用N-点FFT。如果中等长度的定时误差出现，例如，如果定时误差在-N/4和+N/4之间(TIMING ERROR＝-N/4～+N/4)，由参考数字620和630表示，则应用N/2-点FFT。如果最长的定时误差出现，例如，如果定时误差在-3N/8和+3N/8之间(TIMING ERROR＝-3N/8～+3N/8)，由参考数字640和650表示，则应用N/4-点FFT。
下面将参照图6描述根据本发明第五实施例对上行链路副载波的分配。
BS从自MS接收的副载波信号中检测其所服务的MS的定时误差。定时误差的检测超出了本发明的范围，因此不在此描述了。BS将第一子频带601中的副载波作为上行链路副载波分配给具有最长定时误差的MS，将第二子频带602中的副载波作为上行链路副载波分配给具有中等长度定时误差的MS，将第三子频带603中的副载波作为上行链路副载波分配给具有最短定时误差的MS。因此，当FFT点尺寸减小时，循环前缀长度增加，从而防止定时误差导致的误差。然而，如前所述，循环前缀长度的增加降低了数据速率。因此，在短定时误差的情况下，通过增加FFT点尺寸来增加数据速率。然后，BS将与定时误差相应的上行链路副载波分配信息发送到MS，以及MS相应地发送副载波信号。上行链路副载波分配信息的发送与本发明不直接相关，因此不在此描述。通过设置一个相对小的FFT点尺寸给具有最长定时误差的MS，可以防止由定时误差的增加而导致的误差。想法，通过设置一个相对大的FFT点尺寸给具有最短定时误差的MS，可增加数据速率因此增加了资源效率。
图7描述了根据本发明的第六实施例根据上行链路定时误差在时间域分配副载波的操作。
根据本发明的第六实施例，OFDMA移动通信系统的时间域根据上行链路定时误差被分成预定数目的时间区域，例如，三个时间区域。上行链路定时误差分为最长的，中等的，和最短的，并且三个时间区域映射到三种上行链路定时误差。参照图7，时间域700被分成第一时间区域701，第二时间区域702，和第三时间区域703。在第一时间区域701中的副载波被分配给具有最长定时误差的MS，在第二时间区域702中的副载波被分配给具有中等定时误差的MS，在第三时间区域703中的副载波被分配给具有最短定时误差的MS。
将第一时间区域701中的副载波分配给具有最长定时误差的MS以后，对其应用N/4-点FFT。将第二时间区域702中的副载波分配给具有中等定时误差的MS以后，对其应用N/2-点FFT。将第三时间区域703中的副载波分配给具有最短定时误差的MS以后，对其应用N-点FFT。也就是说，N/4-，N/2-，和N-点FFT被分别用于第一，第二和第三时间区域701，702和703。第一时间区域701的FFT点尺寸是最大的，因为由于定时误差在第一，第二和第三时间区域701，702和703中的保护间隔长度不同。
如图7所示，当最短长度的定时误差出现时，例如，如果没有定时误差出现(TIMING ERROR＝0)，由参考数字710表示，则应用N-点FFT。如果中等长度的定时误差出现，例如，如果定时误差在-N/4和+N/4之间(TIMINGERROR＝-N/4～+N/4)，由参考数字720和730表示，则应用N/2-点FFT。如果最长的定时误差出现，例如，如果定时误差在-3N/8和+3N/8之间(TIMINGERROR＝-3N/8～+3N/8)，由参考数字740和750表示，则应用N/4-点FFT。
下面将参照图7描述根据本发明第六实施例对上行链路副载波的分配。
BS从自MS接收的副载波信号中检测其所服务的MS的定时误差。定时误差的检测超出了本发明的范围，因此不在此描述了。BS将第一时间区域701中的副载波作为上行链路副载波分配给具有最长定时误差的MS，将第二时间区域702中的副载波作为上行链路副载波分配给具有中等长度定时误差的MS，将第三时间区域703中的副载波作为上行链路副载波分配给具有最短定时误差的MS。因此，当FFT点尺寸减小时，循环前缀长度增加，从而防止定时误差导致的误差。然而，如前所述，循环前缀长度的增加降低了数据速率。因此，在短定时误差的情况下，通过增加FFT点尺寸来增加数据速率。然后，BS将与定时误差相应的上行链路副载波分配信息发送到MS，以及MS相应地发送副载波信号。上行链路副载波分配信息的发送与本发明不直接相关，因此不在此描述。通过设置一个相对小的FFT点尺寸给具有最长定时误差的MS，可以防止由定时误差的增加而导致的误差。相反，通过设置一个相对大的FFT点尺寸给具有最短定时误差的MS，可增加数据速率因此增加了资源效率。
图8A到8D描述了根据本发明实施例的接收信号的幅值曲线。
绘制幅值曲线的条件是，移动速率是240km/h(速度＝240km/h)，中心频率是2.3GHz(fc＝2.3GHz)，带宽是10MHz(BW＝10MHz)，以及FFT点尺寸是2048点(FFT尺寸＝2048)。
图8A描述了当以1为间隔(M＝1)发送256个副载波时的幅值曲线，图8B描述了当以2为间隔(M＝2)发送256个副载波时的幅值曲线，图8C描述了当以4为间隔(M＝4)发送256个副载波时的幅值曲线，以及图8D描述了当以8为间隔(M＝8)发送256个副载波时的幅值曲线.从图8A到8D注意到，当在相同环境下副载波间隔越宽，性能就越好。如同先前描述的，由于在高速移动环境下的多普勒扩展，副载波间隔越宽性能就越好。
图9A和9B描述了根据本发明实施例的BER曲线。
绘制BER曲线的条件是，中心频率是2.3GHz(fc＝2.3GHz)，带宽是10MHz(BW＝10MHz)，以及FFT点尺寸是2048点(FFT尺寸＝2048)。
图9A描述了根据副载波间隔在上述条件下的BER曲线。当副载波被更宽的间隔隔开时，BER性能得到改进。
图9B描述了根据移动速率和副载波间隔在上述条件下的BER曲线。当副载波被更宽的间隔隔开时，BER性能得到改进。
根据如上所述的本发明，通过参考包括移动速率，延迟扩展和定时误差的信道条件来分配副载波。结果，整个系统的性能得到提升。根据信道条件给各个MS动态分配副载波使资源效率最大化并优化了能容纳多个终端的多用户环境。
虽然本发明参照其中某些优选实施例进行展示和描述，但是本领域技术人员可以理解只要不脱离由附加的权利要求限定的本发明的精神和范围，可以在形式上和细节上进行各种修改。

Claims (26)

1.一种在正交频分多址(OFDMA)移动通信系统中的基站(BS)将副载波分配给移动终端(MS)的方法，在该正交频分多址(OFDMA)移动通信系统中整个频带被分成多个用于信号传输的副载波带，所述方法包括以下步骤：
将整个频带分成预定数目(L)的子频带；
检测各个MS的信道条件以及根据L子频带中的信道条件来确定各个MS的子频带；和
将确定的子频带中的副载波以预定的副载波间隔分配给各个MS。
2.如权利要求1的方法，其中所述信道条件是移动速率。
3.如权利要求2的方法，其中L是3并且整个频带被分为第一，第二和第三副载波频带，以及其中子频带确定步骤包括以下步骤：
为高速MS选择第一副载波频带；
为中速MS选择第二副载波频带；
为低速MS选择第三副载波频带。
4.如权利要求3的方法，其中副载波分配步骤包括以下步骤：
将第一子频带中的副载波以预定间隔K分配给高速MS；
将第二子频带中的副载波以预定间隔P分配给中速MS；
将第三子频带中的副载波以预定间隔Q分配给低速MS。
5.如权利要求4的方法，其中K大于P和Q，并且P大于Q。
6.如权利要求1的方法，其中所述信道条件是延迟扩展。
7.如权利要求6的方法，L是3并且整个频带被分为第一，第二和第三副载波频带，以及其中子频带确定步骤包括以下步骤：
为具有最大延迟扩展的MS选择第一副载波频带；
为具有中等延迟扩展的MS选择第二副载波频带；
为具有最小延迟扩展的MS选择第三副载波频带。
8.如权利要求7的方法，其中副载波分配步骤包括以下步骤：
将第一子频带中的副载波分配给具有最大延迟扩展的MS，以便应用预定的K-点快速傅里叶变换(FFT)；
将第二子频带中的副载波分配给具有中等延迟扩展的MS，以便应用预定的P-点FFT；
将第三子频带中的副载波分配给具有最小延迟扩展的MS，以便应用预定的Q-点FFT。
9.如权利要求8的方法，其中K小于P和Q，并且P小于Q。
10.如权利要求1的方法，其中所述信道条件是定时误差。
11.如权利要求10的方法，其中L是3并且整个频带被分为第一，第二和第三副载波频带，以及子频带确定步骤包括以下步骤：
为具有最大定时误差的MS选择第一副载波频带；
为具有中等定时误差的MS选择第二副载波频带；
为具有最小定时误差的MS选择第三副载波频带。
12.如权利要求11的方法，其中副载波分配步骤包括以下步骤：将第一子频带中的副载波分配给具有最大定时误差的MS，以便应用预定的K-点快速傅里叶变换(FFT)；
将第二子频带中的副载波分配给具有中等定时误差的MS，以便应用预定的P-点FFT；
将第三子频带中的副载波分配给具有最小定时误差的MS，以便应用预定的Q-点FFT。
13.如权利要求12的方法，其中K小于P和Q，并且P小于Q。
14.一种在正交频分多址(OFDMA)移动通信系统中的基站(BS)将副载波分配给移动终端(MS)的方法，在该正交频分多址(OFDMA)移动通信系统中整个频带被分成多个副载波带，用于信号传输，所述方法包括以下步骤：
将预定时间域分成预定数目(L)的时间区域；
检测各个MS的信道条件以及根据L个时间区域中的各个信道条件来为各个MS确定时间区域；和
将确定的时间区域中的副载波以预定的间隔分配给各个MS。
15.如权利要求14的方法，其中所述信道条件是移动速率。
16.如权利要求15的方法，其中L是3并且整个频带被分为第一，第二和第三时间区域，并且其中时间区域确定步骤包括以下步骤：
为高速MS选择第一时间区域；
为中速MS选择第二时间区域；
为低速MS选择第三时间区域。
17.如权利要求16的方法，其中副载波分配步骤包括以下步骤：
将第一时间区域中的副载波以预定间隔K分配给高速MS；
将第二时间区域中的副载波以预定间隔P分配给中速MS；
将第三时间区域中的副载波以预定间隔Q分配给低速MS。
18.如权利要求17的方法，其中K大于P和Q，并且P大于Q。
19.如权利要求14的方法，其中所述信道条件是延迟扩展。
20.如权利要求19的方法，L是3并且时间域被分为第一，第二和第三时间区域，以及其中的时间区域确定步骤包括以下步骤：
为具有最大延迟扩展的MS选择第一时间区域；
为具有中等延迟扩展的MS选择第二时间区域；
为具有最小延迟扩展的MS选择第三时间区域。
21.如权利要求20的方法，其中副载波分配步骤包括以下步骤：
将第一时间区域中的副载波分配给具有最大延迟扩展的MS，以便应用预定的K-点快速傅里叶变换(FFT)；
将第二时间区域中的副载波分配给具有中等延迟扩展的MS，以便应用预定的P-点FFT；
将第三时间区域中的副载波分配给具有最小延迟扩展的MS，以便应用预定的Q-点FFT。
22.如权利要求21的方法，其中K小于P和Q，以及P小于Q。
23.如权利要求14的方法，其中所述信道条件是定时误差。
24.如权利要求23的方法，其中L是3并且时间域被分为第一，第二和第三时间区域，以及其中的时间区域确定步骤包括以下步骤：
为具有最大定时误差的MS选择第一时间区域；
为具有中等定时误差的MS选择第二时间区域；
为具有最小定时误差的MS选择第三时间区域。
25.如权利要求24的方法，其中副载波分配步骤包括以下步骤：
将第一时间区域中的副载波分配给具有最大定时误差的MS，以便应用预定的K-点快速傅里叶变换(FFT)；
将第二时间区域中的副载波分配给具有中等定时误差的MS，以便应用预定的P-点FFT；
将第三时间区域中的副载波分配给具有最小定时误差的MS，以便应用预定的Q-点FFT。
26.如权利要求25的方法，其中K小于P和Q，并且P小于Q。
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