宽带无线接入系统及其信号传输和个人媒体服务业务方法
【专利摘要】本发明涉及一种宽带无线接入系统及其信号传输和个人媒体服务业务方法，属于宽带无线通信【技术领域】，该系统下行链路包括设置在基站端依次相连的信源编码器、信道编码器、星座映射器和TFU-OFDMA调制器，设置在终端的依次相连的TFU-OFDMA解调器、星座逆映射器、信道译码器和信源译码器；上行链路包括设置在终端的依次相连的信源编码器、信道编码器、交织器、星座映射器和TFU-SCMA调制器，设置在基站端的依次相连的TFU-SCMA解调器、星座逆映射器、解交织器、信道译码器和信源译码器。该传输方法采用TDD帧结构来实现时分双工。本发明可以非常灵活地分配无线资源，支持各种信道环境和各种业务，支持高速移动环境下的广域覆盖。
【专利说明】宽带无线接入系统及其信号传输和个人媒体服务业务方法
【技术领域】
[0001]本发明属于宽带无线通信【技术领域】，涉及一种宽带无线接入系统及其信号传输、业务方法。
【背景技术】
[0002]随着网络的网间互连协议(Internet Protocol,以下简称IP)化、宽带化、移动化和业务多元化的发展趋势以及社会生活水平的不断提高，传统的、纯粹的话音业务已经不能满足人们的需求，特别是随着互联网的迅猛发展，人们更希望享受到多媒体化、多样化、个性化的通信业务，数据业务量的猛增使人们对通信带宽的需求日益高涨。光纤接入虽然代表了未来宽带接入的方向，但其也存在一定的劣势。光纤接入最大的问题是成本还比较高，尤其是光节点离用户越近，每个用户分摊的接入设备成本就越高，且与无线接入网相t匕，光纤接入网还需要管道资源。应运而生的宽带无线接入技术，由于其自身的特点，正在赢得业界的青睐，相对于光纤接入，宽带无线接入技术有以下几个优点:
[0003](I)组网灵活、建网开通快；
[0004](2)升级维护方便；
[0005](3)用户较密时成本低；
[0006](4)改变了本地电信业务的传统观念，最适于新的电信竞争者开展有效的竞争。这是因为新进入市场的通信运营商由于不具备本地网络资源，有线接入网建设受到客观条件的制约；而有本地网络资源的运营商所广泛采用的光纤加铜缆的传输方式对快速增长的宽带业务很不适应，制约了业务的发展；
[0007](5)可移动的特点，使得宽带无线接入可以作为电信公司有线接入的重要补充。
[0008]尽管宽带无线接入有以上优点，可以解决随时随地的接入问题，提高现有网络的延伸性，但宽带无线接入在我国的实际应用和产业推广过程中却遇到了一定的困难，主要表现在缺乏行业或领域方面的宽带无线接入系统。因此，需要研究建成面向政府信息广播、城市公共信息发布(旅游、购物、餐饮、停车)、娱乐广播与点播、及城市应急多媒体通信(公安、消防)等领域的宽带无线接入系统。
[0009]中国专利[专利号CN201010543952.X]中公开的TFU-OFDMA下行链路传输技术和TFU-SCMA上行链路传输技术，其特点为，基站发送端采用时频联合的正交频分多址接入技术进行下行多址接入，获得下行信号；在用户设备发送端采用时频联合的单载波多址接入技术进行上行多址接入，获得上行信号；采用时分双工帧结构对下行信号和上行信号进行双工传输。
[0010]另一份中国专利申请文件[申请号:2006101676816]中公开的用内容与信道部分共享的个人媒体服务(Personal Media Service,以下简称PMS)业务技术,其特点为，设定一个鉴权认证计费服务器和一个信息分发管理服务器，在用户通过通信网的中低速双向通信网信道向鉴权认证计费服务器请求鉴权通过后，便在互联网或者广播网高速下行广播信道从信息分发管理服务器传来的信息中检索，并通过所述中低双向通信网信道发送信息需求，信息分发管理服务器从鉴权认证计费服务器收到用户信息需求后，便进行信息准备并把调度方案通过下行公共广播信道通知用户，同时在鉴权认证计费服务器中进行计费控制。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是为推进宽带无线接入技术，提出一种宽带无线接入系统及其信号传输和个人媒体服务业务方法，本发明可以灵活地分配无线资源，支持各种信道环境和各种多媒体、流媒体业务，支持高速移动环境下的广域覆盖，并充分考虑到产业化中的终端成本、服务成本和组网成本等因素，为向用户提供廉价的宽带数据业务打下基础。
[0012]本发明提出的宽带无线接入系统，其特征在于:该系统由下行链路和上行链路组成，其中，信号由基站传输到终端的为下行链路，信号由终端传输到基站的为上行链路；所述下行链路包括设置在基站端按信号传输方向依次相连的信源编码器、信道编码器、星座映射器和TFU-OFDMA调制器，设置在终端的按信号传输方向依次相连的TFU-OFDMA解调器、星座逆映射器、信道译码器和信源译码器；所述基站端的TFU-OFDMA调制器的信号输出端通过信道与终端的TFU-OFDMA解调器的信号输入端相连；所述的上行链路包括设置在终端的依次相连的信源编码器、信道编码器、交织器、星座映射器和TFU-SCMA调制器，设置在基站端的依次相连的TFU-SCMA解调器、星座逆映射器、解交织器、信道译码器和信源译码器，所述终端的TFU-SCMA调制器的信号输出端通过信道与基站的TFU-SCMA解调器的信号输入端相连。
[0013]本发明的特点及有益效果:
[0014]本发明所提的宽带无线接入系统(BRad1)采用中国专利[CN201010543952.X]中公开的TFU-OFDMA下行链路传输技术和TFU-SCMA上行链路传输技术，并组合中国专利申请「20061016768161中的用内容与信道部分共享的个人媒体服务(Personal Media Service,以下简称PMS)业务技术，来构建本系统。
[0015]本发明可以灵活地分配无线资源，支持各种信道环境和各种多媒体、流媒体业务，支持高速移动环境下的广域覆盖，也充分考虑到产业化中的终端成本、服务成本和组网成本等因素，为向用户提供廉价的宽带数据业务打下基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明提出的BRad1宽带无线接入系统框图。
[0017]图2是本发明采用的TDD帧结构示意图。
[0018]图3是本发明采用的TDD帧中的下行子帧结构示意图。
[0019]图4是本发明采用的TDD帧中的上行子帧结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]本发明提出的BRad1宽带无线接入系统结合附图及实施例详细说明如下:
[0021]本发明提出的BRad1宽带无线接入系统实施例，如图1所示，其特征在于，该系统基于BRad1技术，由下行链路和上行链路组成，其中，信号由基站传输到终端的为下行链路，信号由终端传输到基站的为上行链路。所述下行链路包括设置在基站端的按信号传输方向依次相连的信源编码器、信道编码器、星座映射器和TFU-OFDMA调制器，设置在终端的按信号传输方向依次相连的TFU-OFDMA解调器、星座逆映射器、信道译码器和信源译码器；所述基站端的TFU-OFDMA调制器的信号输出端通过信道与终端的TFU-OFDMA解调器的信号输入端相连；所述的上行链路包括设置在终端的按信号传输方向依次相连的信源编码器、信道编码器、交织器、星座映射器和TFU-SCMA调制器，设置在基站端的按信号传输方向依次相连的TFU-SCMA解调器、星座逆映射器、解交织器、信道译码器和信源译码器，所述终端的TFU-SCMA调制器的信号输出端通过信道与基站的TFU-SCMA解调器的信号输入端相连。
[0022]其中，信源编码器中的信源编码的方式可以根据信源产生的信息灵活选择，如费诺编码，香农编码等；信道编码器中的信道编码的方式可以为卷积码(Convolut1nalCode,以下简称CC),低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check,以下简称LDPC),里德-所罗门码(Reed Solomon，以下简称RS)等；交织器可以选用随机交织器等；星座映射器中的星座映射方式可以为正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,以下简称QPSK), 16 点正交幅度调制(16-Quadrature Amplitude Modulat1n,以下简称 16QAM)和 64点正交幅度调制(64-Quadrature Amplitude Modulat1n,以下简称 64QAM)。
[0023]星座逆映射器、解交织器、信道译码器和信源译码器中的操作分别为星座映射器、交织器、信道编码器和信源编码器的逆操作。
[0024]本发明提出的BRad1宽带无线接入系统的信号传输和个人媒体服务业务方法实施例详细说明如下:
[0025]本发明提出的BRad1宽带无线接入系统的信号传输方法，其特征在于，该方法包括在下行链路中的信号传输和在上行链路中的信号传输两部分，并且，采用TDD帧结构分别对下行信号和上行信号进行时分双工传输。
[0026]本发明在时长为1ms的TDD帧的上下行子帧帧长分配上，提出如下四种适用的分配方案:
[0027](I)下行子帧为5400us，上行子帧为4320us，保护时间为280us ； (2)下行子帧为4320us，上行子帧为5400us，保护时间为280us ; (3)下行子帧为3960us，上行子帧为5760us，保护时间为280us ;(4)下行子帧为3600us，上行子帧为6120us，保护时间为280us ;可根据具体业务量灵活地进行上下行资源分配。
[0028]所述的下行子帧由N个TFU-0FDMA符号组成；这些TFU-0FDMA符号按照其承载的信息分为公共控制信息、下行通信数据和广播数据三部分；公共控制信息用于由传输下行通信数据的映射信息、上行通信数据的映射信息组成的系统控制消息，位于下行子帧最前面，占用N1个TFU-0FDMA符号；下行通信数据在公共控制信息后面，占用N2个TFU-0FDMA符号；广播数据位于下行通信数据后面，占用N3个TFU-0FDMA符号；上述N、N1, N2, N3均为正整数，且 N 彡 20，I 彡 N1 彡 3，I 彡 N2 彡 N-N1, N3 = N-N1-N20
[0029]所述在下行链路的信号传输包括:基站要发送给终端的原始信息通过信源编码、信道编码、星座映射和TFU-0FDMA调制器对信号进行调制后发送出去，经由信道到达下行链路的接收端，下行链路的接收端接收到的信号依次通过TFU-0FDMA调制器对信号进行解调、星座逆映射、信道译码和信源译码后恢复出原始信息。
[0030]所述的TFU-0FDMA调制器对信号进行调制，具体包括以下步骤:
[0031](a)将星座映射后的各路用户信息和导频映射到相应数据子载波和导频子载波上，将所有数据子载波划分为多个子信道，每路用户信息对应一个或多个子信道；保护子载波和直流子载波置O ;导频用于接收端进行信道估计和时间同步；具体包括以下:
[0032](al)预先设置各类子载波的位置:将所有保护子载波分为左保护带和右保护带，左保护带和右保护带分别位于频带的左、右两端；直流子载波位于频带中心；其余的数据子载波和导频子载波分布在左、右保护带与直流子载波之间；数据子载波和导频子载波总个数Nu满足:NU = 28L(L为正整数)，其分配步骤如下:
[0033]al-Ι)将所有的数据子载波和导频子载波连续地划分为4L个组，每个组包含6个数据子载波和I个导频子载波(导频子载波位于每组的中间位置)，设组的索引号为i，i =O, I,...，4L-1 ；
[0034]al-2)将上述4L个组分为L个集合(S。, S1,…Sm)，每个集合包含4个组，每个集合中各组所对应的索引号S1GO为:
[0035]S,(k) = L-k +Gl (I)
[0036]其中，S1GO表示第I个集合中第k组所对应的索引号，I = O, 1，…L-l，k =
O,1，2，3，序列GAZ(/)由长度为L的置换序列左循环移位k次得到；不同长度L对应的置换序列如表I所示；
[0037]表I不同长度下的置换序列
[0038]
￥1 l|置换序列
6_234105_
12 61741195831002
24 |51822171119139617410233121415160822201
[0039](a2)将步骤(al)中索引号为S1GO (k = O, I, 2，3)的组所包含的数据子载波组成子信道1(1 = O, I, -L-1);根据基站的调度信息，将各路用户信息映射到指定的一个或多个子信道中；
[0040]步骤(a)中在不同子载波总数M下的子载波分配参数如表2所示；
[0041]表2子载波分配参数
[0042]
工作带宽(MHz)|2 |4 |8 —
FFT 长度 M256 512 1024
直流子载波索引In。 —12F256~ 512
左保护带子载波数叱 44 88 176
右保护带子载波数Nr 43 87 175
导频子载波数Nn —2^48~ 96
数据子载波数Nrf_ 144 288 576~
子信道中的子载波数N,, 24 24 24—
子信道数L|6 112 |24
[0043](b)对步骤(a)的所有子载波进行离散傅里叶逆变换，得到时域信号(离散傅里叶逆变换的实现可以采用快速傅里叶逆变换的方法以简化运算复杂度)；
[0044](c)生成一个伪随机噪声序列,将该伪随机噪声序列以循环扩展的方式填充为一个保护间隔序列，将保护间隔序列与步骤(b)得到的时域信号进行合并，且转换为串行数据流(称为一个TFU-OFDMA符号)发送；TFU-OFDMA符号结构包括保护间隔和数据块两部分，保护间隔即是上述保护间隔序列，由伪随机噪声序列及其前、后扩展组成，数据块即为步骤(b)得到的时域信号，包含数据和导频。
[0045]对于上述伪随机噪声序列的生成，一种实施例可以采用线性反馈移位寄存器来生成。一个4阶的伪随机噪声序列生成方法。其中的加号表示模2和，即0+0 = 0,0+1 = 1，1+0 = 1,1+1 = O。假设寄存器1，2，3，4的初始状态分别为0，0，0，1，则通过计算可以得到输出序列为1000100110101111000……可以看出从第16位开始，序列重复第I位的输出。即这是一个周期为15的周期序列。任意取一段长度为15的序列即为所需要的伪随机噪声序列。如取前15位则组成序列100010011010111。
[0046]所述的TFU-OFDMA解调器对信号进行解调，具体步骤如下:
[0047](d)利用TFU-OFDMA符号的保护间隔中的伪随机噪声序列对上述接收到的TFU-OFDMA符号进行符号同步和载波同步，根据得到的符号同步信息将TFU-OFDMA符号中的保护间隔与数据块进行分离，得到分离的保护间隔和数据块；
[0048](e)对上述数据块进行傅里叶变换，得到TFU-OFDMA的频域信号；
[0049](f)在上述频域信号中提取导频，并利用导频对当前信道进行信道估计，根据该信道估计，对该频域信号进行信道均衡；其中，信道估计和信道均衡的算法可以灵活选择已知算法，例如采用基于最小二乘法的信道估计算法和采用迫零均衡的信道均衡算法。
[0050](g)对上述均衡后的频域信号进行子载波逆映射，恢复出各路用户信息；
[0051]所述上行链路的信号传输包括:终端要发送给基站的原始信息依次通过信源编码器、信道编码器、交织器、星座映射器和TFU-SCMA调制器后发送出去，经由信道到达上行链路的接收端，上行链路的接收端接收到的信号依次通过TFU-SCMA解调制器、星座逆映射器、解交织器、信道译码器和信源译码器后恢复出原始信息。
[0052]所述的TFU-SCMA调制器对信号进行调制，具体步骤如下:
[0053](i)生成UW序列，并用一个或多个UW构成导频块(系统性能要求愈高，导频块中的UW个数愈多，但UW的个数不超过4个)，UW序列的长度为2的正整数次幂，长度最大值不超过256。UW用作保护间隔时，UW序列长度不小于信道最大时延的长度。例如，系统带宽为8MHz时，Uff长度可以取64，导频块中包含4个IN。
[0054]长度为U(U为正整数)的UW序列的同相(In-phase，以下简称I)路和正交(Quadrature,以下简称Q)路信号可以分别由下式产生:
【权利要求】
1.一种宽带无线接入系统，其特征在于，该系统由下行链路和上行链路组成，其中，信号由基站传输到终端的为下行链路，信号由终端传输到基站的为上行链路；所述下行链路包括设置在基站端按信号传输方向依次相连的信源编码器、信道编码器、星座映射器和TFU-OFDMA调制器，设置在终端的按信号传输方向依次相连的TFU-0FDMA解调器、星座逆映射器、信道译码器和信源译码器；所述基站端的TFU-0FDMA调制器的信号输出端通过信道与终端的TFU-0FDMA解调器的信号输入端相连；所述的上行链路包括设置在终端的依次相连的信源编码器、信道编码器、交织器、星座映射器和TFU-SCMA调制器，设置在基站端的依次相连的TFU-SCMA解调器、星座逆映射器、解交织器、信道译码器和信源译码器，所述终端的TFU-SCMA调制器的信号输出端通过信道与基站的TFU-SCMA解调器的信号输入端相连。
2.一种基于如权利要求1所述宽带无线接入系统的信号传输方法，其特征在于，该方法包括在下行链路中的信号传输和在上行链路中的信号传输两部分，并且下行链路、上行链路采用TDD帧结构来实现时分双工:该TDD帧的持续时间为10ms，该TDD帧结构由下行子中贞、保护时间和上行子巾贞三部分组成；下行子巾贞用于传输下行信号，上行子巾贞用于传输上行信号，保护时间是下行子帧转换到上行子帧的保护间隔；各部分时长设置采用如下4种方案之任一种:(1)下行子帧为5400US，上行子帧为4320US，保护时间为280us ; (2)下行子帧为4320us，上行子帧为5400us，保护时间为280us ； (3)下行子帧为3960us，上行子帧为5760us，保护时间为280us ； (4)下行子帧为3600us，上行子帧为6120us，保护时间为280us。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述的下行子帧由N个TFU-OFDMA符号组成；这些TFU-OFDMA符号按照其承载的信息分为公共控制信息、下行通信数据和广播数据三部分；公共控制信息用于传输由下行通信数据的映射信息、上行通信数据的映射信息组成的系统控制消息，位于下行子帧最前面，占用N1个TFU-OFDMA符号；下行通信数据在公共控制信息后面，占用N2个TFU-OFDMA符号；广播数据位于下行通信数据后面，占用N3个TFU-OFDMA符号；上述INpNyN3均为正整数，且N彡20，I彡N1彡3，I彡N2彡N-N17N3 =n-n「n2。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述上行子帧由K个时隙组成，每个时隙持续时间为360us，上行子帧包括随机接入和带宽请求时机部分和上行突发数据部分；前1(1个时隙中的每个时隙划分为4个微时隙，每个微时隙都是一个用于随机接入或带宽请求的发送时机，需要进行随机接入或带宽请求的用户(UE)在某个发送时机内发送一个承载随机接入或带宽请求信息的短TFU-SCMA符号，该TFU-SCMA符号持续时间等于90us ;其余的K2个时隙用于传输上行突发数据块；一个上行突发数据块由一个长TFU-SCMA符号(符号持续时间等于360us)组成；m个上行突发数据块占用上行突发数据部分的前m个时隙，m值为当前时刻所有用户需要进行传输的上行突发数据块总数；K、K1, K2、m均为正整数，且K>10，0<K!<K, K2 = K-KijO 彡 m 彡 K2。
5.一种基于如权利要求1所述宽带无线接入系统的个人媒体服务业务方法，其特征在于，该方法基于内容与信道部分共享的个人媒体服务技术，用户通过通信信道向服务器发送请求获得自己需要的数据；具体步骤如下: I)服务器对用户经常发送的请求进行处理，分析出该用户的兴趣所在，并将该用户可能需要的数据存储在服务器的数据库中，以备该用户使用； 2)当用户通过通信信道向服务器发送请求，以获得自己需要的数据时，如果服务器中已经存有用户请求的数据，则直接通过通信信道或者广播信道把客户请求的数据发送给用户； 3)如果用户请求的数据在服务器中没有，服务器将在互联网上搜索，得到用户需要的数据，然后发送给用户。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤2)中如果服务器中已经存有用户请求的数据，则直接通过通信信道或者广播信道把客户请求的数据发送给用户；具体方式包括以下几种； 2-1)如果服务器通过通信信道应答，客户直接从通信信道获得需要的数据； 2-2)如果是服务器通过广播信道应答，则用户从通信信道得到应答消息，应答消息包含从广播信道接收被请求数据的元数据，用户根据收到的元数据(包含广播信道频率、数据项标识、数据项索引信息以及其他辅助信息)获得广播信道接入信息，然后在指定的广播信道监听，等待自己需要的数据项到达。
【文档编号】H04L5/00GK104168097SQ201410190668
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】粟欣, 许希斌, 曾捷, 容丽萍, 刘莉莉 申请人:清华大学