专利名称：蜂窝环境中接收两个相邻频率分配的数据信号的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及蜂窝环境中用于接收两个相邻频率分配(FA)的数据信号的方法和设备，尤其涉及在频率复用因子为N的蜂窝环境中用于支持使得移动台(MS)能够同时接收来自两个具有相邻FA的基站(BS)的数据信号的帧结构的方法和设备。
背景技术：
已经对蜂窝通信系统提出了克服服务区域和用户容量的限制的建议。在蜂窝通信系统中，服务区域被划分为多个子区域(即，小区)。使用相同FA的两个小区在空间上以足够的距离彼此分离以使得可以在空间上复用频率资源。因此，蜂窝通信系统可以通过增加空间分布信道的数量来容纳大量的用户。
图1是示出了传统的频率复用因子为3的蜂窝系统的示意图。图1(a)示出了频率复用因子为3的小区，图1(b)示出了各自小区中使用的FA。
如图1(a)所示，小区A(101)，B(103)和C(105)各自使用如图1(b)中所示不同的FA(FA1，FA2和FA3)。
图2是说明电气与电子工程师协会(IEEE)802.16d/e系统的帧结构的示意图。在以下的描述中，图1中示出的频率复用因子为3的小区的帧结构将被作为示例。图2中，纵轴为子信道，即，频率资源单元，而横轴为正交频分复用(OFDM)符号，即，时间资源单元。
如图2中所示，小区A(101)，B(103)和C(105)分别使用不同的FA(FA1，FA2和FA3)。每个小区中所使用的帧包括报头域(field)、控制信息域和数据域。
使用报头域以便给用户提供时间/频率同步以及用来获得小区信息。控制信息域包括帧控制头标(FCH)，下行链路媒质接入协议(DL-MAP)，上行链路MAP(UL-MAP)。FCH包含用于解码DL-MAP的信息。DL-Burst包含要发送给基站的信息数据。DL-MAP包含在帧中关于DL-Burst位置的信息以及关于DL-Burst是属于哪一个用户的信息。UL-MAP包含用户数据可以被装载到帧中哪一部分的信息。
数据域被分为DL-Burst和UL-Burst。数据域是可以定位实际数据的域。数据域包含至少一个子信道和至少一个符号。
可以通过减小小区半径或者减小频率复用因子来增加上述蜂窝通信系统中每个单元区域最大所允许的信道数量。频率复用因子是指示频率有效率的参数，即，频率复用因子指示整个频带被分配给多少个小区。当频率复用因子减小时，每个小区最大所允许的频带增大，但是小区边界区域的信干比(SNR)增大。相反，当频率复用因子增大时，小区边界区域的SNR减小，但是每个小区最大所允许的频带减小。因此，考虑移动台所要求的最大SNR来确定频率复用因子。
如上所述，使用频率复用因子可以增加每个单元小区的信道数量。然而，由于两个彼此相邻的基站使用不同的频带，所以移动台不能同时从相邻的的基站接收数据。
发明内容
本发明的一个目标是基本上解决至少上述问题和/或缺点，并且提供至少以下优点。因此，本发明的目标是提供一种在蜂窝环境中同时接收来自具有相邻FA的BS的数据信号的设备和方法。
本发明的另一个目标是提供一种在蜂窝环境中支持能够同时接收来自具有相邻FA的BS的数据信号的帧结构的设备和方法。
本发明的再一目的是提供一种在蜂窝环境中同时接收来自具有相邻FA的BS的数据信号的设备和方法，从而实现分集增益。
根据本发明的一个方面，频率复用因子为N的宽带无线通信系统的基站设备包括副载波映射器和快速付里叶逆变换(IFFT)处理器。当存在使用与该基站的FA相邻的FA的另一基站时，副载波映射器将控制信息映射至预定部分(section)的副载波以使移动台同时接收相邻FA的数据信号。IFFT处理器对映射到副载波的数据进行IFFT处理。
根据本发明的另一方面，在频率复用因子为N的宽带无线通信系统中，移动台设备同时接收两个相邻FA的数据信号。当同时从使用两个相邻FA的两个基站接收到信号时，频率控制器选择用于同时接收两个相邻FA的数据信号的载波。本地振荡器生成经由频率控制器所选的载波。乘法器将接收到的信号与通过本地振荡器生成的载波相乘以生成基带信号。模数(A/D)转换器将来自乘法器的基带信号转换成数字信号。快速付里叶(FFT)变换处理器对来自A/D转换器的数字信号进行FFT处理。副载波解映射器接收来自FFT处理器的输出信号，通过使用映射到两个FA彼此相邻的预定部分的副载波的控制信息来从FFT处理器的输出信号中提取实际数据。
根据本发明的进一步的方面，提供了一种在频率复用因子为N的宽带无线通信系统中用于从基站发射数据的方法。在该方法中，确定是否存在使用与所述基站的FA相邻的FA的另一基站。当有另一基站时，根据定位控制信息来创建帧以使得移动台可以同时接收两个相邻FA的数据。将创建的帧发射至移动台。
仍然是根据本发明的另一方面，提供了一种在频率复用因子为N的宽带无线通信系统中用于在移动台接收两个相邻FA的数据的方法。当从两个基站同时接收信号时，确定两个基站的FA是否彼此相邻。当两个基站的FA彼此相邻时，移动台转换其FA以便与两个基站同时通信。
根据下面结合附图的详细描述本发明的上述以及其它目标、特征和优点将变得更加明显，其中图1是说明频率复用因子为3的传统蜂窝系统的示意图；图2是说明IEEE 802.16d/e系统的帧结构的图；图3是表示根据本发明的从具有相邻FA的两个BS同时接收数据信号的方案的示意图；图4是表示根据本发明的三个相邻FA的帧结构的示意图；图5是表示根据本发明的四个相邻FA的帧结构的示意图；图6是根据本发明的使得MS能够同时接收两个相邻FA的数据信号的BS的框图；图7是表示根据本发明的从基站发射数据至MS的过程的流程图，其使得MS可以同时接收两个相邻的FA的数据；图8是根据本发明的用于同时接收两个相邻FA的数据信号的MS的框图；
图9是表示根据本发明的用于同时接收两个相邻FA的数据信号的过程的流程图。
具体实施例方式
下面将参考附图来描述本发明的优选实施例。在以下的描述中，公知的功能或结构将不再详细地描述，因为不必要的细节描述将使本发明不清楚。
本发明提供了一种在频率复用因子为N的蜂窝环境中用于从具有两个相邻FA的两个基站中同时接收数据信号的设备和方法。以下描述中，在蜂窝环境下发射最大数量信息的MS所占用的带宽被称作“FA带宽”。而且，MS和BS被假设占有同样的带宽。
图3是说明根据本发明的用于从具有相邻FA的两个基站同时接收数据信号的方案的示意图。
参见图3，彼此相邻的第一和第二BS 301和303分别使用不同的频率分配FA1(311)和FA2(313)。第一和第二FA 311和313彼此相邻。MS 305通过转换其FA 315来同时从第一和第二BS 301和303接收数据信号，因而FA 315包含第一FA 311的一部分和第二FA 313的一部分。
现在给出示例以表示MS 305可以仅使用相邻FA 311和313的一部分来选择地接收想要的信号。在下面的描述中，以OFDM通信系统作为示例。
下面的等式(1)表示从BS 301和303发射至MS 305的发射(TX)信号x1(t)和x2(t)。
x1(t)=1NΣk=-N2N2-1X1[k]exp(j2πktNTs)exp(j2πfc1t)]]>x2(t)=1NΣk=-N2N2-1X2[k]exp(j2πktNTs)exp(j2πfc2t)...(1)]]>其中，N为快速傅里叶变换(FFT)的大小，Ts表示抽样时间，fc1和fc2为TX信号x1(t)和x2(t)的载波频率，X1[k]和X2[k]是从BS 301和303发射的TX数据。
由MS 305的接收机在信道h上接收TX信号x1(t)和x2(t)。接收到的信号下变换(down-converted)为等式(2)中的基带信号y(t)
y(t)={Σl=0L-1h1,lx1(t-τ1)+h2,lx2(t-τ1)}exp(-j2πfcmt)...(2)]]>其中，L为发射TX信号x1(t)和x2(t)过程中生成的多径数量，τl为第l条路径的时延，fcm为MS 305的载频，h1和h2为在其上接收TX信号x1(t)和x2(t)的信道。
当假定载频fcm为BS 301和303的平均载频时，可以通过低通滤波以及以抽样时间Ts抽样来将等式(2)中的基带信号y(t)简化为下面等式(3)中的时域信号y[n]。
y[n]=1N[Σl=0L-1{h1,lΣk=0N2-1X1[k+N2]exp(j2π(n-1)kN)+h2,lΣk=N2-1-1X2[k]exp(j2π(n-1)(k+N2)N)}]...(3)]]>其中，N为FFT的大小，L为在发射TX信号x1(t)和x2(t)的过程中生成的多径数量，以及h1和h2为在其上接收TX信号x1(t)和x2(t)的信道。
当由X[k]来表示从BS 301和303发射至MS 305的数据时，等式(3)中的时域信号y[n]可以表达为等式(4)中的时域信号y[n]y[n]=1N[Σl=0L-1{h1,lΣk=-N2-1X[k]exp(j2π(n-1)kN)+h2,lΣk=0N2-1X[k]exp(j2π(n-1)kN)}]...(4)]]>其中，N为FFT的大小，L为在发射TX信号x1(t)和x2(t)的过程中生成的多径数量，h1和h2为在其上接收TX信号x1(t)和x2(t)的信道。
其后，当在等式(4)执行FFT运算时，等式(4)中的时域信号y[n]可以表达为等式(5)中的频域信号Y[t]Y[t]=X[k]Σl=0L-1h1,lexp(-j2πlkN),-N2≤k≤-1X[k]Σl=0L-1h2,lexp(-j2πlkN),0≤k≤N2-1...(5)]]>
从等式(5)中可以看出，即使MS 305只使用BS 301和303的一部分FA 311和313，但是仍然可以正常地从BS 301和303接收数据信号。
然而，为了成功地与BS 301和303通信，MS 305必须能够利用FA 311和313的一部分精确地检测出报头和控制信息。即，MS 305必须能够利用包含在部分FA 311和313中的报头来执行诸如小区识别(ID)、同步、信道估计、以及频偏估计之类的功能。在这一点上，通过组合对应于预定FA带宽的伪噪声(PN)序列和识别BS的扰码来生成报头。
同样，必须利用包含在部分FA 311和313中的控制信息来准确地检测出对应于MS 305的数据位置。
因此，所要求的是仅使用部分FA 311和313就能够精确的接收报头信息和控制信息。
图4和图5是说明根据本发明的帧结构的示意图。图4示出了一种利用三个相邻FA定位帧结构中的控制信息的方法，而图5示出了一种利用四个相邻FA定位帧结构中的控制信息的方法。用于发射最大量控制信息所需的带宽被称作“B_c”。同样，用于报头的主要功能的最小扰码长度所需的带宽被称作“B_p”。同样，MS的频带与每一个FA的频带相交迭的最小带宽被称作“B_m”。
参见图4和5，控制信息被定位在FA彼此相邻的一个部分中，以使得MS可以同时接收相邻FA的数据。例如，控制信息被定位在图4中的第一和第二FA 401和403之间，图4中的第二和第三FA 403和405之间，图5中的第一和第二FA 501和503之间，图5中的第二和第三FA 503和505之间，以及图5中的第三和第四FA 505和507之间。
尤其是，由于第二FA 403、第二FA 503和第三FA 505中的每一个在两侧都有相邻FA，所以控制信息定位在FA 403、503和505中每一个的两侧。在这一点上，定位在FA 403、503和505中每一个的两侧的定位信息可以在所述两侧不相同，因为不同的MS可以定位在FA 403、503和505中每一个的两侧。
如图4和5所示，相邻FA至少以最小带宽B_m彼此交迭。在这一点上，最小带宽B_m必须大于带宽B_m或B_p的最大值。
假设FA的带宽为B，则允许MS同时使用相邻FA的频带转换量B_s最少为FA的带宽B，最大为(B-B_m)。
图6为根据本发明的BS的框图，其中该BS使得MS可以同时接收两个相邻FA的数据信号。
参见图6，BS包括编码器601、调制器603、副载波映射器605、副载波映射控制器607、逆FFT(IFFT)处理器609、串-并(P/S)转换器611、数-模(D/A)转换器613、乘法器615，本地振荡器617。
编码器601以预定的编码速率对来自媒质接入控制(MAC)层的输入信息数据执行信道编码以便输出结果数据到调制器603。调制器603以预定的调制方案对来自编码器601的数据进行调制以便输出结果数据到副载波映射器605。预定的调制方案的示例可以是二进制移相键控(BPSK)调制方案，正交相移键控(QPSK)调制方案，16-QAM(正交振幅调制)方案以及64-QAM方案。
副载波映射器605在副载波映射控制器607的控制之下对来自调制器603的数据进行副载波映射操作以便输出结果数据(即，频域数据)至IFFT处理器609。在这一点上，当存在使用与本BS使用的FA相邻的FA的另一BS时，副载波映射控制器607生成用于将控制信息映射至图4和5所示的彼此相邻的FA部分中的控制信号。
IFFT处理器609对来自副载波映射器605的频域数据进行IFFT处理以便输出时间取样的数据(即，并行数据)至P/S转换器611。P/S转换器611将来自于IFFT处理器609的并行数据转换成串行数据以便将结果数据(即，数字信号)输出至D/A转换器613。D/A转换器613将来自于P/S转换器的数字信号转换为模拟信号以便将模拟的基带信号输出至乘法器615。乘法器615将来自于D/A转换器613的模拟基带信号与来自本地振荡器617的振荡信号相乘以生成射频(RF)信号。乘法器615和本地振荡器617组成了RF处理器。RF信号通过天线发射。
图7是说明根据本发明的用于从BS向MS发射数据的过程的流程图，其使得MS可以同时接收两个相邻FA的数据。
参见图7，为了发射数据至MS，BS在步骤701确定是否存在使用与其FA相邻的FA的相邻BS。如果有，则流程进行至步骤705，如果没有，则流程进行至步骤703，然后至步骤707。在步骤707，发射通用帧之前，在步骤703，BS创建如图2所示的通用帧。
在步骤705，BS将控制信息映射至如图4和图5所示的该BS的FA与相邻BS的FA彼此相邻的部分中。同样，通过BS的完整FA来重复映射用于辨别BS的报头以创建帧。该报头包含用于辨别BS的扰码。
在步骤707，BS发射已创建的帧至MS。至此，BS结束该过程。
图8为根据本发明的同时接收两个相邻FA的数据信号的MS的框图。
参见图8，MS包括频率控制器801、本地振荡器803、乘法器805、模-数(A/D)转换器807，串-并(S/P)转换器809、FFT处理器811、副载波解映射器813，解调器815和解码器817。
频率控制器801生成用于选择要由该MS使用的FA的控制信号。也就是说，因为该MS使用预定带宽，所以频率控制器801生成用于选择是MS的中心频率的载波的控制信号。同样，当同时接收来自使用两个相邻FA的两个BS的信号时，频率控制器801生成用于选择同时接收来自两个相邻BS的数据的载波的控制信号。本地振荡器803在频率控制器801的控制之下生成该载波(即，BS的中心频率)。在这一点上，选择载波，以便该载波包括用于辨别在BS之间的最小带宽的报头信息，以及两个相邻FA的每一个的控制信息。
乘法器805将通过天线接收到的信号与从本地振荡器803接收到的信号相乘，从而创建用于从两个基站同时接收信号的FA。A/D转换器807将来自乘法器805的输出信号转换为数字信号。该数字信号为时间取样的数据(即，串行数据)。
S/P转换器809将来自A/D转换器807的串行数据转换为并行数据。FFT处理器811将来自S/P转换器809的并行数据进行FFT处理以输出频域数据。
副载波解映射器813从FFT处理器811的输出信号(即，副载波值)中提取用实际数据加载的副载波值。根据本发明，使用加载到两个FA彼此相邻的预定部分的副载波中的控制信息来提取每一个FA的实际数据。
解调器815根据预定的解调方案来解调来自副载波解映射器813的实际数据。解码器817以预定的编码速率对来自于解调器815的已解码数据执行信道解码操作，从而恢复信息数据。
图9是示出了根据本发明的同时接收两个相邻FA的数据信号的过程的流程图。
参见图9，MS在步骤901决定是否在步骤901中同时接收来自两个BS的信号。如果如此，则MS进行至步骤903，如果不是，BS再一次执行步骤901。在步骤903，MS确定两个BS所使用的FA都彼此相邻。如果如此，则该MS进行到步骤907，如果不是，该MS进行到步骤905。在步骤905，MS测量两个BS的RX信号强度(例如，导频强度)以选择具有较强RX信号的BS，并且从所选的BS接收数据。至此，MS结束该过程。
在步骤907，MS变换FA以同时接收来自两个BS的数据，如图3所示。至此，MS结束该过程。
如上所述，本发明提供了一种帧结构，其使得在频率复用因子为N的蜂窝环境中MS有可能接收两个相邻FA的数据信号。MS可以同时与使用相邻FA的BS通信。因为两个不同的BS通过独立的路径发射相同的数据，所以MS可以获得宏分集增益。在第一BS容量不足而与第一BS相邻的第二BS容量充足的情况下，MS同时与第一和第二BS通信以使第一BS发射少量的数据，而第二BS发射大量的数据，因此使得能够平衡两个BS之间的负荷成为可能。
尽管已经参考了其某些优选实施例来展示和描述本发明，但是本领域内的技术人员将会理解在形式和细节方面作各种改变都不脱离由附加的权利要求书定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于频率复用因子为N的无线通信系统的基站设备，该设备包括映射器，用于当存在使用与该基站的频率分配(FA)相邻的FA的另一基站时，将控制信息映射到预定部分的副载波，以便移动台同时接收相邻FA的数据信号；和对已映射到副载波的数据进行IFFT处理的逆快速傅里叶变换(IFFT)处理器。
2.如权利要求1所述的基站设备，进一步包括编码器，用于从媒质接入控制(MAC)层接收信息数据并以预定编码速率对接收到的数据进行编码；调制器，用于以预定调制方案对来自编码器的编码数据进行调制，并将结果数据提供给副载波映射器。
3.如权利要求1所述的基站设备，其中，控制信息包括报头和信道分配信息。
4.如权利要求3所述的基站设备，其中，在基站的整个FA中重复映射报头。
5.如权利要求3所述的基站设备，其中，信道分配信息被映射到两个FA彼此相邻的预定部分的副载波。
6.如权利要求3所述的基站设备，其中，当存在分别与FA的两侧部分相邻的FA时，两条信道分配信息被映射至FA两侧部分的副载波。
7.如权利要求6所述的基站设备，其中，取决于使用分配给FA的数据的移动台，两条信道分配信息彼此相同或不同。
8.如权利要求1所述的基站设备，还包括数-模(D/A)转换器，用于将IFFT处理器的输出信号转换为模拟信号；以及射频(RF)处理器，用于将来自于D/A转换器的基带模拟信号转换为射频信号以便将得到的模拟信号通过天线输出至移动台。
9.一种用于在频率复用因子为N的无线通信系统中同时接收两个相邻频率分配(FA)的数据信号的移动台设备，该设备包括频率控制器，用于当同时接收来自两个使用两个相邻FA的基站的信号时，选择载波以同时接收两个相邻FA的数据信号；本地振荡器，用于生成由频率控制器所选的载波；乘法器，用于将本地振荡器生成的载波与接收到信号相乘以生成基带信号。
10.如权利要求9所述的移动台设备，其中，选择载波，以便该载波包括用于辨别基站之间的最小带宽的报头，和两个相邻FA中的每一个的信道分配信息。
11.如权利要求10所述的移动台设备，其中信道分配信息包括在两个FA彼此相邻的预定区域中。
12.如权利要求10所述的移动台设备，其中当两个FA分别与FA的两侧部分相邻时，信道分配信息被包括在FA两侧部分的副载波中。
13.如权利要求10所述的移动台设备，其中在基站的整个FA中配置报头以辨别基站。
14.如权利要求9所述的移动台设备，进一步包括模-数(A/D)转换器，用于将来自乘法器的基带信号转换为数字信号；快速傅里叶(FFT)处理器，用于将来自A/D转换器的数字信号进行FFT处理；和副载波解映射器，用于从FFT处理器接收输出信号，并使用控制信息从来自FFT处理器的输出信号中提取实际数据，该控制信息映射至两个FA彼此相邻的预定部分的副载波。
15.一种用于在频率复用因子为N的无线通信系统中从基站发射数据的方法，该方法包含步骤确定是否存在使用与所述基站FA相邻的频率分配(FA)的另一基站；当存在另一基站时，通过定位控制信息来创建帧以使得移动台可以同时接收两个相邻FA的数据；将已创建的帧发射给移动台。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述控制信息包含报头和信道分配信息。
17.如权利要求16所述的方法，其中，在基站的整个FA中重复映射报头。
18.如权利要求16所述的方法，其中，信道分配信息被映射至两个FA彼此相邻的预定部分的副载波。
19.如权利要求16所述的方法，其中，当存在分别与FA的两侧部分相邻的FA时，两条信道分配信息被映射至FA两侧部分的副载波。
20.如权利要求19所述的方法，其中，取决于使用分配给FA的数据的移动台，两条信道分配信息彼此相同或不同。
21.一种用于在频率复用因子为N的无线通信系统中移动台接收两个相邻频率分配(FA)的数据的方法，该方法包含步骤当同时从两个基站接收信号时，确定两个基站的FA是否彼此相邻；以及当两个基站的FA彼此相邻时，通过变换移动台使用中的FA来同时与两个基站通信。
22.如权利要求21所述的方法，进一步包含当两个基站的FA不是彼此相邻时，测量接收(RX)信号的强度；和从两个基站中选出其检测到的RX信号强度大于另一个基站的RX信号强度的基站。
23.如权利要求21所述的方法，其中，变换移动台使用中的FA包含选择用于同时接收两个相邻FA的数据的载波；和将所选的载波与移动到FA的接收信号相乘以便同时从两个相邻FA接收数据。
24.如权利要求23所述的方法，其中，选择载波，以便该载波包括用于辨别基站之间的最小带宽的报头，以及两个相邻FA中的每一个的信道分配信息。
25.如权利要求24所述的方法，其中信道分配信息包括在两个FA彼此相邻的预定部分中。
26.如权利要求24所述的方法，其中当两个FA分别与FA的两侧部分相邻时，信道分配信息被包括在FA两侧部分的副载波中。
27.如权利要求24所述的方法，其中，在基站的整个FA中配置报头以辨别基站。
全文摘要
提供了一种在蜂窝环境中同时接收两个相邻频率分配(FA)的数据信号的方法和设备。当存在使用与该基站FA相邻的FA的另一个基站时，副载波映射器将控制信息映射至预定部分的副载波以使得移动台同时接收相邻的FA的数据信号。逆快速傅里叶变换(IFFT)处理器对映射到副载波的数据进行IFFT处理。由于两个不同的BS通过独立的路径发射相同的数据，因此MS可以获得宏分集增益。同样，能够平衡两个BS的负荷。
文档编号H04B7/02GK1909547SQ20061015133
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月1日 优先权日2005年8月1日
发明者韩璂荣, 权荣训, 黄晟秀, 尹淳暎, 金容奭, 崔殷铣, 崔嵩润 申请人:三星电子株式会社