使用导频子载波分配的具有多个发射天线的无线通信系统的制作方法

使用导频子载波分配的具有多个发射天线的无线通信系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于使用正交频分复用（OFDM）调制在用于具有多个发射天线的宽带无线移动通信系统的资源块中分配导频子载波的方法。在这种方法中，向由五（5）个或七（7）个OFDM符号组成的资源块分配导频子载波，以便资源块的仅四（4）个OFDM符号被分配用于导频子载波。
【专利说明】使用导频子载波分配的具有多个发射天线的无线通信系统
[0001]本申请是2010年10月9日提交的国际申请日为2009年4月17日的申请号为200980112573.0 (PCT/KR2009/002022)的，发明名称为“使用导频子载波分配的具有多个发射天线的无线通信系统”专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及无线通信系统。具体地，本发明涉及一种在包括多输入多输出(MMO)天线系统的无线通信系统中分配导频子载波的方法。【背景技术】
[0003]电气和电子工程师协会(IEEE) 802.16标准提供了一种支持宽带无线接入的技术和协议。自1999年以来标准化已不断进步，并且在2001年，IEEE802.16-2001被批准。这是基于称为“WirelessMAN-SC”的单载波物理层而建立的。在2003年批准的IEEE802.16a 中，除 “WirelessMAN-SC” 之外，还向物理层添加了 “WirelessMAN-OFDM” 和“WirelessMAN-OFDMA”。在 IEEE802.16a 标准完成之后，修订的 ffiEE802.16-2004 在 2004年被批准。为了修正IEEE802.16-2004的漏洞和错误，在2005年以“勘误表”的形式完成了 IEEE802.16-2004/Corl。
[0004]MIMO天线技术使用多个发射天线和多个接收天线来改善数据发送/接收效率。在IEEE802.16a中引入了 MMO技术并且随后不断更新。
[0005]MIMO技术分成空间复用法和空间分集法。在空间复用法中，由于同时发送不同的数据，所以可以在不增加系统的带宽的情况下以高速发送数据。在空间分集法中，由于经由多个发射天线发送相同的数据以便获得分集增益，所以提高了数据的可靠性。
[0006]接收机需要估计信道以便恢复从发射机发送的数据。信道估计指示补偿信号失真的过程，该信号失真由于因对发送信号进行衰减和恢复引起的快速环境变化而发生。通常，为了信道估计，发射机和接收机需要知道导频。
[0007]在MMO系统中，信号经历对应于每个天线的信道。因此，有必要在考虑多个天线的情况下布置导频。虽然导频的数目随着天线数目的增加而增加，但不可能增加的天线的数目以致提高数据传输速率。
[0008]在现有技术中，根据置换(分散/AMC/PUSC/FUSC)法已经设计并使用了不同的导频分配结构。这是因为在IEEE802.16e中置换方法随着时间轴而彼此分开，因此根据置换方法可以以不同的方式对结构进行最优化。然而，如果在某些时间实例中置换方法共存，则需要统一的基本数据分配结构。
[0009]在现有技术中，由于发生严重的导频开销，所以传输速率减小。另外，由于对邻接的小区或扇区应用相同的导频结构，所以在小区或扇区之间可能发生冲突。因此，需要一种用于在MIMO系统中高效地分配导频子载波的方法。

【发明内容】

[0010]技术问题
[0011]本发明的目的是提供一种无论上行链路/下行链路和特定的置换方案如何在包括MIMO系统的无线通信系统中高效地分配导频子载波的方法。具体而言，本发明用于改善支持由5个OFDMA符号或7个OFDMA符号组成的子帧的通信系统中的信道估计性能。本发明可适用于诸如ΙΕΕΕ802.16m等的新无线通信系统。
[0012]技术解决方案
[0013]可以通过下文所述的本发明的许多方面来实现本发明的目的。
[0014]在本发明的一方面，一种在使用正交频分多址(0FDMA)调制的、用于具有多个发射天线的宽带无线移动通信系统的资源块中分配导频子载波的方法，包括:向资源块分配导频子载波，以便资源块的仅四(4)个OFDMA符号被分配用于导频子载波，其中，资源块具有七(7)个OFDMA符号。
[0015]优选地，四(4)个OFDMA符号的一组OFDMA符号索引号(index number)是(0、1、
5、6)、(0、1、4、5)和(1、2、5、6)中的一个，其中，一组索引号(O、p、q、r)指示资源块中的第(0+1)个OFDMA符号、第(p+1)个OFDMA符号、第(q+Ι)个OFDMA符号和第(r+Ι)个OFDMA符号。优选地，所述多个发射天线由四(4)个发射天线组成，资源块由18个子载波组成，并且为导频子载波分配的每个OFDMA符号包括四(4)个发射天线中的用于第一发射天线的导频子载波、用于第二发射天线的导频子载波、用于第三发射天线的导频子载波和用于第四发射天线的导频子载波。优选地，所述多个发射天线由四(4)个发射天线组成，所述资源块由18个子载波组成，并且为导频子载波分配的每个OFDMA符号包括四(4)个发射天线中的用于第一发射天线的导频子载波、用于第二发射天线的导频子载波、用于第三发射天线的导频子载波和用于第四发射天线的导频子载波。优选地，所述多个发射天线由两(2)个发射天线组成，并且为导频子载波分配的每个OFDMA符号包括两(2)个发射天线中的用于第一发射天线的导频子载波和用于第二发射天线的导频子载波。优选地，所述资源块由4个子载波或6个子载波组成。
[0016]在本发明的另一方面，一种在使用正交频分复用(0FDMA)调制的、用于具有多个发射天线的宽带无线移动通信系统的资源块中分配导频子载波的方法，该方法包括:向资源块分配导频子载波，以便资源块的仅四(4)个OFDMA符号被分配用于导频子载波，其中，所述资源块具有五(5)个OFDMA符号。
[0017]优选地，四(4)个OFDMA符号的OFDMA符号索引号是O、1、3和4，其中，索引号p指示资源块中的第(P+1)个OFDMA符号。优选地，所述资源块由18个子载波组成，所述多个发射天线由四(4)个发射天线组成，并且为导频子载波分配的每个OFDMA符号包括四(4)个发射天线中的用于第一发射天线的导频子载波、用于第二发射天线的导频子载波、用于第三发射天线的导频子载波和用于第四发射天线的导频子载波。优选地，所述多个发射天线由两(2)个发射天线组成，并且为导频子载波分配的每个OFDMA符号包括两(2)个发射天线中的用于第一发射天线的导频子载波和用于第二发射天线的导频子载波。优选地，所述资源块可以由4个子载波或6个子载波组成。
[0018]在本发明的另一方面，一种使用正交频分多址(OFDMA)调制的具有多个发射天线的无线通信系统，该无线通信系统包括:多输入多输出(MIMO)天线；0FDMA调制器，其可操作地连接到所述MIMO天线；以及处理器，可操作地连接到所述OFDMA调制器，其中，所述处理器被配置为向资源块分配导频子载波，以便资源块的仅四(4)个OFDMA符号被分配用于导频子载波，其中，所述资源块具有七(7)个OFDMA符号，四(4)个OFDMA符号的一组OFDMA符号索引号是(0、1、5、6)、(0、1、4、5)和(1、2、5、6)中的一个，其中，一组索引号(O、p、q、r)指示资源块中的第(o+l)个OFDMA符号、第(p+1)个OFDMA符号、第(q+Ι)个OFDMA符号和第(r+Ι)个OFDMA符号。
[0019]在本发明的另一方面，一种使用正交频分多址(OFDMA)调制的具有多个发射天线的无线通信系统，该无线通信系统包括:多输入多输出(MIMO)天线；0FDMA调制器，其可操作地连接到所述MIMO天线；以及处理器，其可操作地连接到所述OFDMA调制器，其中，所述处理器被配置为向资源块分配导频子载波，以便资源块的仅四(4)个OFDMA符号被分配用于导频子载波，其中，所述资源块具有五(5)个OFDMA符号，四(4)个OFDMA符号的OFDMA符号索引号是0、1、3和4，其中，索引号P指示资源块中的第(p+1)个OFDMA符号
[0020]有益效果
[0021 ] 根据本发明，可以在MIMO系统中高效地分配导频子载波。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]被包括进来以便提供对本发明的进一步理解的附图示出了本发明的实施例，并连同说明书一起用于解释本发明的原理。
[0023]图1是具有多个天线的发射机的方框图。
[0024]图2是具有多个天线的接收机的方框图。
[0025]图3示出了帧结构。
[0026]图4示出了部分利用子信道(PUSC)中的两个发射天线的传统导频布置。
[0027]图5示出了完全利用子信道(FUSC)中的两个发射天线的传统导频布置。
[0028]图6示出了 PUSC中的四个发射天线的传统导频布置。
[0029]图7示出了 FUSC中的四个发射天线的传统导频布置。
[0030]图8至图11示出了用于为通信系统分配导频的示例性传统结构，所述通信系统具有用于由6个OFDMA符号组成的正常子帧的2个发射天线。
[0031]图12示出了用于为通信系统分配导频的示例性传统结构，所述通信系统具有用于由18个子载波和6个OFDMA符号组成的正常子帧的4个发射天线。
[0032]图13示出了根据本发明的一个实施例的用于由5个OFDMA符号组成的片(tile)的导频分配结构。
[0033]图14示出了根据本发明的一个实施例的用于由7个OFDMA符号组成的片的导频分配结构。
[0034]图15和图16不出了根据本发明的一个实施例的用于由7个OFDMA符号组成的片的导频分配结构。
[0035]图17和图18示出了根据本发明的一个实施例的用于由5个OFDMA符号组成的子帧的导频分配结构。
[0036]图19和图20不出了根据本发明的一个实施例的用于由7个OFDMA符号组成的子帧的导频分配结构。
[0037]图21至图24示出了根据本发明的一个实施例的用于由7个OFDMA符号组成的子帧的导频分配结构。
[0038]图25示出了根据本发明的一个实施例的用于由5个OFDMA符号组成的子帧的导频分配结构。
[0039]图26示出了根据本发明的一个实施例的用于由7个OFDMA符号组成的子帧的导频分配结构。
[0040]图27和图28示出了根据本发明的一个实施例的用于由7个OFDMA符号组成的子帧的导频分配结构。
【具体实施方式】
[0041]在以下详细说明中，对形成其一部分并以图示的方式示出本发明的特定实施例的附图进行引用。本领域的技术人员应理解的是可以利用其它实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以进行结构、电气和程序改变。只要可能，在图中自始至终使用相同的附图标记来指示相同或类似的部分。
[0042]以下技术可以在各种无线通信系统中使用。广泛地提供无线通信系统以便提供诸如语音和分组数据等各种通信服务。这种技术可以在下行链路或上行链路中使用。通常，下行链路指示从基站(BS)到用户设备(UE)的通信且上行链路指示从UE到BS的通信。BS —般指示与UE通信的固定站且还可以称为节点B、基站收发机系统(BTS)或接入点。UE可以是固定的或移动的，并且还可以称为移动站(MS)、用户终端(UT)、订户站(SS)或无线设备。
[0043]在下文中，将描述用于新系统的高效导频结构。将集中于IEEE802.16m系统来描述新系统，但相同的原理可以适用于其它系统。
[0044]通信系统可以是多输入多输出(MMO)系统或多输入单输出(MISO)系统。MMO系统使用多个发射天线和多个接收天线。MISO系统使用多个发射天线和一个接收天线。
[0045]图1是具有多个天线的发射机的方框图。参照图1，发射机100包括信道编码器120、映射器130、MM0处理器140、子载波分配器150和正交频分多址(OFDMA)调制器160。可以将信道编码器120、映射器13`0、MM0处理器140和子载波分配器150实现为单独的组件或组合在发射机100的单个处理器中。
[0046]信道编码器120根据预定义编码方法对输入流进行编码并构建代码字。映射器130将代码字映射成表示信号星座图上的位置的符号。映射器130的调制方案不受限制且可以包括m相移键控(m-PSK)方案或m正交调幅(m_QAM)方案。
[0047]MIMO处理器140通过使用多个发射天线190_1、…、以及190_Nt的MMO方法来处理输入符号。例如，MIMO处理器140可以基于码本来执行预编码。
[0048]子载波分配器150向子载波分配输入符号和导频。根据发射天线190-1.....以及
190-Nt来布置导频。导频为用于信道估计或数据解调的发射机100和接收机(图2的200)两者所知，并且还称为参考信号。
[0049]OFDMA调制器160调制输入符号并输出OFDMA符号。OFDMA调制器160可以相对于输入符号来执行快速傅立叶逆变换(IFFT)并在执行IFFT之后进一步插入循环前缀(CP)。OFDMA符号经由发射天线190-1、...、以及190_Nt来发送。
[0050]图2是具有多个天线的接收机的方框图。参照图2，接收机200包括OFDMA解调器210、信道估计器210、MIMO后处理器230、解映射器240和信道解码器250。可以将信道估计器220、MM0后处理器230、解映射器240和信道解码器250实现为单独的组件或组合在接收机200的单个处理器中。[0051]由OFDMA解调器210对经由接收天线290-1、...、以及290_Nr接收到的信号进行快速傅立叶变换(FFT)。信道估计器220使用导频来估计信道。MMO后处理器230执行对应于MMO处理器140的后处理。解映射器240将输入符号解映射成代码字。信道解码器250对代码字进行解码并恢复原始数据。
[0052]图3是帧结构的示例。帧是物理规范所使用的固定时间段期间的数据序列，所述物理规范指的是 IEEE 标准 802.16-2004 的第 8.4.4.2 节 “Partl6:Air Interface forFixed Broadband Wireless Access Systems”(在下文中，称为参考文献1，其全部内容通过引用结合到本文中)。
[0053]参照图3，帧包括下行链路(DL)帧和上行链路(UL)帧。时分复用(TDD)是其中在时域中将上行链路和下行链路传输分离但其共享相同的频率的方案。通常，DL帧在UL帧之前。DL帧按照前导、帧控制报头(FCH)、下行链路(DL)映射和上行链路(UL)映射及突发区(DL突发# I?5和UL突发# I?5)的顺序开始。在帧的中间部分(在DL帧与UL帧之间)和帧的最后部分(在UL帧之后)处插入将DL帧与UL帧相互分离的保护时间(guardtime)。发送/接收转换间隙(TTG)是在下行链路突发与随后的上行链路突发之间定义的间隙。接收/发送转换间隙(RTG)是在上行链路突发与随后的下行链路突发之间定义的间隙。
[0054]所述前导用于BS与UE之间的初始同步、小区搜索、频率偏移估计和信道估计。FCH包括关于DL-MAP消息的长度和DL-MAP的编码方案的信息。DL-MAP是其中发送DL-MAP消息的区域。DL-MAP消息定义了下行链路信道的接入。DL-MAP消息包括BS标识符(ID)和下行链路信道描述符(DCD)的配置变化计数。DCD描述应用于当前帧的下行链路突发属性(profile)。下行链路突发属性指的是下行链路物理信道的性质，并且D⑶由BS通过D⑶消息来周期性地发送。
[0055]UL-MAP是其中发送UL-MAP消息的区域。UL-MAP消息定义了上行链路信道的接入。UL-MAP消息包括上行链路信道描述符(U⑶)的配置变化计数和由UL-MAP定义的上行链路分配的有效起始时间。UCD描述上行链路突发属性。上行链路突发属性指的是上行链路物理信道的性质，并且U⑶由BS通过U⑶消息来周期性地发送。
[0056]在下文中，时隙是最小数据分配单位并由时间和子信道来定义。子信道的数目取决于FFT尺寸和时间频率映射。子信道包括多个子载波，且每个子信道的子载波数目根据置换方法而不同。置换指示逻辑子信道到物理子载波的映射。在完全利用子信道(FUSC)中，子信道包括的48个子载波，并且在部分利用子信道(PUSC)中，子信道包括24或16个子载波。段(segment)指示至少一个子信道集合。
[0057]为了将数据映射到物理层中的物理子载波，通常执行两个步骤。在第一步骤中，将数据映射到至少一个逻辑子信道上的至少一个数据时隙。在第二步骤中，将逻辑子信道映射到物理子信道。这称为置换。参考文献I公开了诸如FUSC、PUSC、最佳FUSC (0-FUSC)、可选PUSC (O-PUSC)及自适应调制和编码(AMC)等置换方法。使用相同置换方法的一组OFDMA符号称为置换区，且一个帧包括至少一个置换区。
[0058]FUSC和O-FUSC仅用于下行链路传输。FUSC由包括所有子信道群的一个段组成。子信道被映射到经由所有物理信道分发的物理子载波。映射根据OFDMA符号来改变。时隙由一个OFDMA符号上的一个子信道组成。在O-FUSC和FUSC中分配导频的方法相互不同。[0059]I3USC用于下行链路传输和上行链路传输两者。在下行链路中，每个物理信道被划分成在两个OFDMA符号上包括14个相邻子载波的簇(cluster)。物理信道以六个群为单位来映射。在每个群中，导频在固定的位置处分配到簇。在上行链路中，子载波被划分成由在三个OFDMA符号上四个相邻物理子载波组成的片(tile)。子信道包括六个片。导频分配到片的拐角。O-PUSC仅用于上行链路传输，且片由三个OFDMA符号上的三个相邻物理子载波组成。导频分配到片的中心。
[0060]图4和5分别示出了 PUSC和FUSC中的两个发射天线的传统导频布置。图6和7分别示出了I3USC和FUSC中的四个发射天线的传统导频布置。其引用IEEE标准802.16-2004/Corl-2005 的第 8.4.8.1.2.1.1 节、第 8.4.8.1.2.1.2 节、第 8.4.8.2.1 节和第 8.4.8.2.2 节“Partl6:Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems ；Amendment2:Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed andMobile Operation in Licensed Bands and Corrigenduml，，(在下文中，称为参考文献 2,其全部内容通过引用结合到本文中)。
[0061]参照图4至7，当根据PUSC或FUSC来执行子载波的分配时，导频开销大。特别地，鉴于每个发射天线的导频开销，当与使用至少两个发射天线时相比，使用一个发射天线时，开销更大。
[0062]表1示出了每种置换方法中根据发射天线的数目导频开销。
[0063][表 I]
【权利要求】
1.一种在无线通信设备中发送信号的方法，包括: 产生一个或多个正交频分多址OFDMA信号；以及 通过使用一个或多个资源块来发送所述一个或多个OFDMA信号，每个资源块以18*7矩阵的形式表示18个子载波和7个OFDMA符号， 其中，导频符号的四个集合跨越7个OFDMA符号中的仅第一、第二、第五和第六OFDM符号分布， 其中，在包含导频符号的集合的每个OFDMA符号内，第一和第二出现的导频符号相隔4个子载波，第二和第三出现的导频符号相隔6个子载波，并且第三和第四出现的导频符号相隔4个子载波， 其中，在包含导频符号的集合的每个OFDMA符号内，第一至第四出现的导频符号对应于四个天线或流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，导频符号的每个集合包括导频符号P0、P1、P2和P3，导频符号P0、P1、P2和P3是第一 OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，导频符号P2、P3、PO和Pl是第二OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，导频符号的每个集合包括导频符号P0、P1、P2和P3，导频符号P1、P0、P3和P2是第五OFDMA符号的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，导频符号P3、P2、Pl和PO是第六OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
6.一种在无线通信设备中发送信号的方法，包括: 产生一个或多个正交频分多址OFDMA信号；以及 通过使用一个或多个资源块来发送所述一个或多个OFDMA信号，每个资源块以18*5矩阵的形式表示18个子载波和5个OFDMA符号， 其中，导频符号的四个集合跨越5个OFDMA符号中的仅第一、第二、第四和第五OFDM符号分布， 其中，在包含导频符号的集合的每个OFDMA符号内，第一和第二出现的导频符号相隔4个子载波，第二和第三出现的导频符号相隔6个子载波，并且第三和第四出现的导频符号相隔4个子载波， 其中，在包含导频符号的集合的每个OFDMA符号内，第一至第四出现的导频符号对应于四个天线或流。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，导频符号的每个集合包括导频符号P0、P1、P2和P3，导频符号P0、P1、P2和P3是第一 OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，导频符号P2、P3、PO和Pl是第二OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，导频符号的每个集合包括导频符号P0、P1、P2和P3，导频符号P1、P0、P3和P2是第四OFDMA符号的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，导频符号P3、P2、P1和PO是第五OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
11.一种无线通信设备，包括: 信号产生器，所述信号产生器被配置为产生一个或多个正交频分多址OFDMA信号；以及 多个天线，所述多个天线被配置为通过使用一个或多个资源块来发送所述一个或多个OFDMA信号，每个资源块以18*7矩阵的形式表示18个子载波和7个OFDMA符号， 其中，导频符号的四个集合跨越7个OFDMA符号中的仅第一、第二、第五和第六OFDM符号分布， 其中，在包含导频符号的集合的每个OFDMA符号内，第一和第二出现的导频符号相隔4个子载波，第二和第三出现的导频符号相隔6个子载波，并且第三和第四出现的导频符号相隔4个子载波， 其中，在包含导频符号的集合的每个OFDMA符号内，第一至第四出现的导频符号对应于四个天线或流。
12.根据权利要求11所述的无线通信设备，其中，导频符号的每个集合包括导频符号PO、P1、P2和P3，导频符号PO、P1、P2和P3是第一 OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
13.根据权利 要求12所述的无线通信设备，其中，导频符号P2、P3、PO和Pl是第二OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
14.根据权利要求11所述的无线通信设备，其中，导频符号的每个集合包括导频符号PO、P1、P2和P3，导频符号P1、PO、P3和P2是第五OFDMA符号的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
15.根据权利要求14所述的无线通信设备，其中，导频符号P3、P2、Pl和PO是第六OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
16.一种无线通信设备，包括: 信号产生器，所述信号产生器被配置为产生一个或多个正交频分多址OFDMA信号；以及 多个天线，所述多个天线被配置为通过使用一个或多个资源块来发送所述一个或多个OFDMA信号，每个资源块以18*5矩阵的形式表示18个子载波和5个OFDMA符号， 其中，导频符号的四个集合跨越5个OFDMA符号中的仅第一、第二、第四和第五OFDM符号分布， 其中，在包含导频符号的集合的每个OFDMA符号内，第一和第二出现的导频符号相隔4个子载波，第二和第三出现的导频符号相隔6个子载波，并且第三和第四出现的导频符号相隔4个子载波， 其中，在包含导频符号的集合的每个OFDMA符号内，第一至第四出现的导频符号对应于四个天线或流。
17.根据权利要求16所述的无线通信设备，其中，导频符号的每个集合包括导频符号PO、PU P2和P3，导频符号PO、PU P2和P3是第一 OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
18.根据权利要求17所述的无线通信设备，其中，导频符号P2、P3、PO和Pl是第二OFDMA符号中的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
19.根据权利要求16所述的无线通信设备，其中，导频符号的每个集合包括导频符号PO、P1、P2和P3，导频符号P1、PO、P3和P2是第四OFDMA符号的第一、第二、第三和第四出现的导频符号。
20.根据权利要求19所述的无线通信设备，其中，导频符号P3、P2、Pl和PO是第五OFDMA符号中的第一、第 二、第三和第四出现的导频符号。
【文档编号】H04L25/02GK103763079SQ201310689326
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2009年4月17日 优先权日:2008年7月22日
【发明者】崔镇洙, 郭真三, 任彬哲, 李旭峰 申请人:Lg电子株式会社