专利名称：Ofdm系统的实时服务和非实时服务的多路复用的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据通信。更详细地说，本发明涉及一个新颖并改进了的通信系统，它使用多载波调制，并具有高效率、改进了的性能、以及提高了的适应性。
背景技术：
一个现代日间通信系统应能支持多种操作。一个这样的通信系统是一个符合“TIA/EIA/IS-95 Mobile Station-Base Station Compatibility Standard forDual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System”标准的的码分多址(CDMA)系统，下文中简称该标准为IS-95标准。该CDMA系统通过一个陆地上的连接来支持用户间的话音和数据通信。美国专利号为4,901,307、题为“SPREAD SPECTRUMMULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIALREPEATERS”以及美国专利号为5,103,459、题为“SYSTEM AND METHOD FORGENERATING WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM”的专利中均揭示了多址通信系统中CDMA技术的应用。这两个专利均通过引用结合于此并转让给本发明的受让人。
一个服从IS-95标准的CDMA系统能通过前向或反向的通信连接来支持用户间的话音和数据通信。一般来说，每个话音呼叫或每个话务数据传输都被分配到一个具有可变但受限的数据速率的专用信道。根据IS-95标准，话务或话音数据以高达14.4Kbps的数据速率被分成持续时间为20毫秒的编码信道帧。然后这些帧通过分配的信道进行传输。美国专利号为5,504,773、题为“METHOD ANDAPPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION”的专利中描述了的在固定尺寸的编码信道帧中传送话务数据的方法。该专利通过引用结合于此并转让给本发明的受让人。
话音和数据服务的特性和要求之间存在一些重要的差异。其一就是话音服务利用严格固定的延迟标准，而数据服务通常允许可变的延迟存在。语音帧的总的单路延迟一般应小于100毫秒。相反地，数据帧的延迟通常是一个可变参数，它能用来优化数据通信系统的总效率。
容忍更高的延迟允许聚集话务数据并以突发的形式传输，这可以提供更高的效率和性能水平。例如，数据帧可以使用更高效的需要更长延迟的纠错编码技术，而话音帧则不能允许这样长的延迟的存在。相反地，话音帧则局限于使用延迟较短的效率较差的编码技术。
话音和数据服务间另一个重要的差异在于，前者一般对所有用户均要求一个固定公共的服务等级(GOS)，而后者通常则是不需要的。对于提供话音服务的数字通信系统来说，这通常转化为对所有用户的固定并相等的传输速率以及语音帧的最大可容忍差错率。相反地，对于数据服务来说，用户的GOS各不相同，它一般是一个可被优化而提高系统总效率的参数。数据通信系统的GOS通常被定义为传输一定数量的数据而产生的总延迟。
话音和数据服务间还有一个重要的差异在于，前者需要一个在CDMA系统中由软切换提供的可靠的通信连接。软切换使两个或多个基站产生冗余的传输来提高可靠性。然而数据传输则不需要这种额外的可靠性，因为错误接收的数据帧可以再次传输。对于数据服务来说，支持软切换所需的发送功率可被更有效地用在传输额外的数据上。
正因为上文提到的重大差异，设计一个对话音和数据服务均能提供有效支持的通信系统就成为一个挑战。IS-95 CDMA系统能有效传输话音数据，也能传输话务数据。为了话音数据优化了按照IS-95设计的信道结构和数据帧格式。美国专利申请序列号为08/963,386、题为“METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKETDATA TRANSMISSION”、于1997年11月3日存档的专利中揭示了一个为数据服务而提高的基于IS-95的通信系统。该专利通过引用结合于此并转让给本发明的受让人。
随着对无线话音和数据通信不断增长的需求，一个能提供话音和数据服务的更高效、性能更优的无线通信系统是合乎需要的。
发明内容
本发明提供了一个能支持具有不同延迟需求的多种类型的服务的新颖并改进了的通信系统。例如，这些服务类型包括需要短的单向延迟的“全双工实时”(FDRT)服务(如，话音)；可容忍稍长的单向延迟的“半双工实时”(HDRT)服务，只要延迟的变化不大(如，视频，音频)；对延迟不敏感的“非实时”(NRT)服务(如，分组数据)，及其他。这些不同服务类型的数据可用各种机制来进行有效的传输，下文中描述了一些机制。
本发明的一个实施例提供了一个用在多载波通信系统中的发射机单元，它可通过配置支持多种服务类型。发射机单元包括一个或多个编码器、一个码元映像元件、和一个调制器。每个编码器接收各自的信道数据流并将其编码以生成一个相应的编码的数据流。码元映射元件接收并映射从编码的数据流中得到的数据以生成调制码元向量，每个调制码元向量包括一组用来调制一组音调来生成OFDM码元的数据值。每个编码的数据流中的数据都被映射到包括一个或多个音频的特定的一组音调的“电路”上。解调器解调调制码元向量来产生一个适合传输的已调制的信号。传输单元还可包括一组标度元件，这些标度元件用一组标度因子对编码的数据流进行定标以提供功率调节。
调制器可包括一个反向傅立叶变换器、一个循环前缀脉冲生成器、和一个上变频转换器。反向傅立叶变换器接收调制码元向量并对每个调制码元向量生成一个时域表示以提供相应的OFDM码元。循环前缀脉冲生成器重复每个OFDM码元的一部分以生成一个相应的发送码元。上变频转换器调制该发送码元以生成已调制的信号。
每个电路都可以被定义为包括若干来自许多OFDM码元的音调(以提供时间和频率的分集)、若干来自一个单独OFDM码元的音调、所有来自一个或多个OFDM码元的音调、或者其他一些音调的组合。该电路可以具有相同或不同的尺寸。
每个信道数据流的数据可以以数据分组的形式传输。每个数据分组都可以被定义为包括各个字段并依赖于特定的实现方式。在一个实现中，每个数据分组都包括一个表示将用于传输下一个数据分组的电路中的改变的数据类型标识符、一个表示将用于传输下一个数据分组的特定电路的电路标识符、以及一个用于有效负载的数据字段。在另一个实现中，每个分组包含一个用户标识符，它表示计划中的分组接收者和用于有效负载的数据字段。
信道数据流可在多个时隙上传输，每个时隙都包括若干OFDM码元。每个时隙还可被分成两个或多个部分，每部分都包括一个或多个OFDM码元并被用来支持一种或多种类型的服务。例如，每个时隙的一个部分可用来支持要求短延迟的全双工实时服务，另一个部分可用来支持要求更宽裕的延迟的半双工实时和/或非实时服务。
为了提高效率，一个特定信道数据流的全速率数据可通过第一电路进行传输，而速率较低的数据可通过第二电路传输。第二电路可以每隔X个时隙(X＞1)进行传输或者可以是一个较低容量的电路。可以通过在当前电路上传输的数据分组的一个字段中或者通过一个控制信道来发送使用新电路的指示。在收到了使用新电路的指示已被接收的应答之后才可以使用新电路。
在另一个特定的执行过程中，发送机单元包括一个或多个耦合到各个编码器的覆盖元件。每个覆盖元件用一个分配给该已编码数据流的特殊Walsh序列接收并覆盖一个相应的已编码数据流，来生成一个相应的已覆盖数据流。然后标度元件用相应的标度因子对已覆盖数据流进行定标并生成已定标的数据流。一个加法器接收已定标的数据流并将其相加以提供一个组合的数据流，并将其送至调制器。每个Walsh序列可在用于Walsh序列的每个OFDM码元的多个音调上传输。Walsh序列的长度也能与每个OFDM码元中音调的数量相匹配。例如，一个长度为128的Walsh序列可用于具有128个音调的OFDM码元，每个Walsh序列的128个芯片可以在一个OFDM码元的128个音调上进行传输。
本发明的另一个实施例提供了一种生成并传输一个能支持多种类型的服务的已调信号的方法。根据该方法可以接收一个或多个信道数据流，每个信道数据流都由一个特定的编码方案进行编码以生成一个相应的已编码数据流。已编码数据流中的数据被映射以生成调制码元向量，每个调制码元向量都包括用来调制若干音调以生成一个OFDM码元的若干数据值。来自每个已编码数据流的数据都被映射到相应的一组一个或多个电路，每个电路包括相应的一组一个或多个音调。已编码数据流可以用相应的标度因子进行定标以提供功率调节。然后对调制码元向量进行调制以提供一个适合传输的已调信号。
在一个多载波调制中，每个调制码元向量先被转换成一个时域表示以提供一个相应的OFDM码元。然后重复每个OFDM码元的一部分以生成一个相应的发送码元，进一步对发送码元进行处理以生成已调信号。
本发明还提供了一个能接收并处理通过上述方法产生的已调信号的接收单元。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的特征、目的和优点将变得更加清楚。附图中相同的元件以相同的标号标识，其中图1是一个多输入多输出(MIMO)通信系统；图2说明了从发送机单元的发送天线发出的一次发送的特别示例；图3是一个表示数据处理器的一个实施例和图1所示的通信系统中的调制器的框图；图4A和4B是表示信道数据处理器的两个实施例的框图，该信道数据处理器可用来处理像控制、广播、话音或话务数据这样的一个信道数据流；图5A到5C是表示用来生成图2所示发送信号的处理单元的一个实施例的框图；图6是一个表示接收机单元的一个实施例的框图，该接收机单元具有能够用来接收一个或多个信道数据流的多个接收天线；图7所示的曲线说明了根据一个实施例用一个通信系统的若干操作模式所能实现的频谱效率；图8A是一个表示可用来传输不同类型服务的结构的一个实施例；图8B和8C是用来传输数据的两个分组结构的特定实施例；图9是一个表示一个数据处理器和一个调制器的一个实施例的框图，它们可用来对正交OFDM音调上的多用户进行多路复用；图10是一个表示一个数据处理器和一个调制器的一个实施例的框图，它们可以用正交(如，Walsh)码来对相同OFDM音调上的多用户进行多路复用。
具体实施例方式
图1是一个能实现本发明的若干实施例的多输入多输出(MIMO)通信系统100的框图。可以操作通信系统100来提供天线、频率和时间的分集的组合来提高频谱效率、改进性能并增强适应性。频谱效率的提高表现为每秒每赫兹(bps/Hz)能够传输更多的比特来在任何时候任何地点更好地利用有效的系统带宽。以下将详细描述获得更高频谱效率的技术。性能的改进可以量化，如对于一个已知链路的载波对噪声加干扰比(C/I)，可以用一个较低的误码率(BER)或误帧率(FER)来量化。适应性的增强表现为能够容纳有不同的且一般是根本不同的需要的多个用户。这些目标可以通过使用多载波调制、时分复用(TDM)、多个发送和/或接收天线、及其他技术而得到部分实现。以下将进一步详细描述本发明的特征、方面、以及优点。
进行通信的如图1所示，通信系统100包括与第二系统120第一系统11O。系统110包括一个(发送)数据处理器112，它(1)接收或生成数据，(2)处理数据以提供天线、频率、或时间的分集、或以上几者的组合，(3)为若干调制器(MOD)114a到114t提供已处理的调制码元。每个调制器114进一步处理调制码元并生成一个适合发送的RF已调信号。然后，调制器114a到114t中产生的RF已调信号码元从相应的天线116a到116t通过通信链路118发送到系统120。
在图1所示的实施例中，系统120包括若干接收天线122a到122r，它们接收发送的信号并将接收到的信号传送到相应的解调器(DEMOD)124a到124r。如图1所示，每个接收天线122可以从一个或多个发送天线116接收信号，这取决于若干因素，诸如系统110所用的操作模式、发送和接收天线的方向、通信链路的特征、及其他。每个解调器124用一个与发送机处所用的解调方案互补的方案对相应的接收信号进行解调。解调器124a到124r中的已解调码元被送到一个(接收)数据处理器126作进一步处理来产生输出数据。以下将进一步描述发射机和接收机单元的数据处理过程。
图1只显示了从系统110到系统120的前向链路传输。该配置可用于数据广播及其他单向数据传输的应用中。一个双向的通信系统中还有一个从系统120到系统110的反向链路，尽管为了简化并未在图1中显示。对于双向通信系统来说，每个系统110和120都可作为一个发送机单元或一个接收机单元，或者进发地兼作两者，这取决于数据怎样发送和接收。
为了简化，图中的通信系统100包括一个发送机单元(如，系统110)和一个接收机单元(如，系统120)。也可以对通信系统作其他的变化和配置。例如，在一个多用户、多路通信系统中，可以用一个单独的发送机进发地将数据传输到若干接收机单元中。同样，接收机单元可以用一个类似IS-95 CDMA系统中软切换的方法同时从若干发送机单元中接收数据。本发明的通信系统可以包括任意数量的发送机和接收机单元。
如图1所示，每个发送机单元可以包括一个单独的发送天线或若干发送天线。同样如图1所示，每个接收机单元可以包括一个单独的接收天线或若干接收天线。例如，该通信系统可以包括一个具有若干天线的中心系统(如，类似于IS-95 CDMA系统中的一个基站)，这些天线发送数据到若干远程系统中，或从这些远程系统中接收数据。一些远程系统可能包括一个天线，而其余的可能包括多个天线。通常，随着发送和接收天线数量的增加，天线分集也增加并且如下所述地改善了性能。
在这里一个天线指的是分布于空间中的一个或多个天线元件的集合。天线元件物理上处于一个单独站点或被分散到若干站点。物理上同处于一个单独站点的天线元件可以用作一个天线阵(譬如对一个CDMA基站来说)。一个天线网络由天线阵或元件的集合构成，它们在物理上是相互分开的(如，若干CDMA基站)。设计一个天线阵或一个天线网络，使其能形成波束并从天线阵或网络发射多个波束。例如，设计一个CDMA基站，使其能将直到三个波束从同一个天线阵发送到一个覆盖区域(或扇区)的三个不同部分。由此，这三个波束可被视作从三个天线而来的三个发送过程。
本发明的通信系统被设计成能提供一个能支持具有不同需求和能效的定户单元的多用户、多路通信方案。该方案使多种类型的服务有效地共享系统的总有效带宽W(如，1.2288MHz)，这些服务可以有完全不同的对数据速率、延迟、以及服务质量(QOS)的要求。
这种完全不同类型的服务的例子包括话音服务和数据服务。话音服务一般具有低数据速率(如8kbps到32kbps)、短处理延迟(如，3msec到100msec的总单向延迟)、以及在一段延长的时间内持续使用通信信道的特性。话音服务所用的短延迟要求一般在呼叫的持续过程中将系统资源的一小部分专门分配给每个话音呼叫。相反地，数据服务具有“突发的”的特性，能在偶发的时间内传送不定量的数据。数据的数量从突发到突发和用户到用户都变化巨大。为了更高的效率，本发明的通信系统应能根据需要给话音服务分配一部分可用的资源并把剩下的资源分配给数据服务。在本发明的一些实施例中，也会把一小部分可用的系统资源用于某些数据服务或某几种类型的数据服务。
每个定户单元能达到的数据速率的分配在某个最小和最大瞬时值之间(例如，从200kbps到20Mbps)发生巨大的变化。在任何给定瞬时特定定户单元所能达到的数据速率会受若干因素影响，譬如可用发送功率的数量、数据链路的质量(即C/I)、编码方案、及其他。每个定户单元对数据速率的要求也会在一个最小值(例如，对于一个话音呼叫是8kbps)直到最大所能支持的瞬时峰值速率(例如，对突发数据服务是20Mbps)之间产生巨大的变化。
话音和数据话务的比例一般是一个随时间变化的随机变量。根据本发明的某些方面，为了进发地支持这两种类型的服务，本发明的通信系统应能根据话音和数据话务的数量动态地分配可用资源。下面描述了一个动态分配资源的方案。前述美国专利申请序列号为08/963386的专利中描述了另一种分配资源的方案。
本发明的通信系统能提供前文描述的特征和优势，并能支持具有完全不同要求的不同类型的服务。上述特征可通过使用天线、频率、或时间分集、或几者的组合来实现。在本发明的一些实施例中，可以独立地实现并动态地选择天线、频率、或时间分集。
就象这里用到的，天线分集指的是在多于一根天线上的数据发送和/或接收，频率分集指的是在多于一个子带上的数据发送，而时间分集指的是在多于一个时间周期上的数据发送。天线、频率、和时间分集还可包括子范畴。例如，发送分集指的是使用多于一根发送天线来改进通信链路的可靠性，接收分集指的是使用多于一根接收天线来改进通信链路的可靠性，而空间分集指的是使用多根发送和接收天线来改进通信链路的可靠性和/或提高通信链路的容量。发送和接收分集可以结合使用，在不提高链路容量的情况下改进通信链路的可靠性。因此可以实现天线、频率、和时间分集的各种不同组合，这在本发明的范围之内。
频率分集通过使用一个多载波调制方案来产生，譬如正交频分复用(OFDM)，它使数据在工作带宽的多个子波段上进行发送。时间分集可由在不同时间发送数据来实现，这可以方便地用时分复用(TDM)来实现。下面进一步详细描述了本发明的通信系统的这些各个方面。
根据本发明的一个方面，天线分集的实现通过在发送机单元使用若干(NT)发送天线，或在接收机单元使用若干(NR)接收天线，或同时在发送机和接收机单元使用多根天线。在一个陆地通信系统中(例如，一个蜂窝系统、一个广播系统、一个MMDS系统、及其他)，来自发送机单元的一个RF已调信号可以通过若干传输路径到达接收机单元。传输路径的特性一般根据若干因素随时间而产生变化。如果使用多于一根发送或接收天线，且如果发送和接收天线间的传输路径是独立的(即不相关的)，这至少在某种程度上为真，那么正确接收发送信号的可能性将随着天线数量的增加而增加。一般来说，随着发送和接收天线的增加，分集也增加并且性能也得到改善。
在本发明的一些实施例中，天线分集根据通信链路的特性动态地产生以提供所需的性能。例如，一些类型的通信(例如，信令)、一些类型的服务(例如，话音)、一些通信链路的特性(例如，低C/I)、或者一些其他条件或情况都要用到较高程度的天线分集。
正如这里用到的，天线分集包括发送分集和接收分集。对于发送分集来说，数据通过多根发送天线进行发送。一般地，为了达到需要的分集，要对发送天线上发出的数据进行额外的处理。例如，从不同发送天线发出的数据会被延迟或者被及时重排，或由可用的发送天线进行编码和交织。同样，频率和时间分集也能结合不同的发送天线而使用。对于接收分集来说，多根接收天线接收已调信号，分集可简单地由接收通过不同传输路径的信号来实现。
根据本发明的另一个方面，频率分集可由使用一个多载波调制方案来实现。一个具有许多优势的这样的方案便是OFDM。使用了OFDM后，总传输信道基本上被分成若干(L)条并行子信道，它们用来发送相同的或不同的数据。总传输信道占有总工作带宽W，每条子信道的子波段宽度为W/L并且在不同的中心频率下汇集。每条子信道也可视作一个独立的数据传输信道，如下所述，它涉及一个特定的(而且或许是独特的)处理、编码、及调制方案。
为了产生频率分集，数据可以在任何规定的两组或多组子波段上被分割和发送。例如，对一个特定定户单元的发送可以在时隙1时发生在子信道1、在时隙2时发生在子信道5、在时隙3时发生在子信道2、等等。作为另一个例子，一个特定定户单元的数据可以在时隙1时在子信道1和2上传送(例如，两个子信道上的发送数据相同)、在时隙2时在子信道4和6上传送、在时隙3时只传送子信道2、等等。随着时间在不同子信道上传输数据能提高存在频率选择性衰落和信道失真的通信系统的性能。下文描述了OFDM调制的其他好处。
根据本发明的另一方面，时间分集通过在不同时间发送数据来实现，这可以更方便地用时分复用(TDM)来实现。对于数据服务(也或许对话音服务)来说，数据传输可选择在能免除通信链路的时间相关退化的时隙中发生。时间分集也可使用交织方法来实现。
例如，对一个特定定户单元的传输发生在时隙1到x上，或发生在可能时隙的子集1到x上(例如，时隙1，5，8，依此类推)。每个时隙发送的数据数量可以是变化的或者固定的。由于如脉冲噪声和干扰等的存在，在多个时隙上进行传输能提高正确接收数据的可能性。
天线、频率、及时间分集的组合使本发明的通信系统能产生稳健的性能。天线、频率、和/或时间分集提高了正确接收至少一些发送数据的可能性，这些数据随后用于(例如，通过解码)纠正一些可能发生于其他传输过程的错误。天线、频率、及时间分集的组合也使该通信系统能进发地提供具有完全不同的数据速率、处理延时、及服务质量要求的不同类型的服务。
本发明的通信系统可以设计为工作在若干不同的通信模式下，每个通信模式都使用天线、频率、或时间分集、或几者的组合。通信模式包括，例如，分集通信模式和MIMO通信模式。通信系统也能支持分集和MIMO通信模式的各种组合。同样也能实现其他通信模式，这在本发明的范围之内。
分集通信模式使用发送和/或接收分集、频率、或时间分集、或几者的组合，它一般用于提高通信链路的可靠性。在分集通信模式的一个实施例中，发送机单元从接收机单元已知的有限的可能组态中选定一个调制和编码方案(即，组态)。例如，每个辅助和公共信道都与一个所有接收机单元已知的特定组态有关。当对一个特殊用户使用分集通信模式时(例如，对一个话音呼叫或一个数据传输过程)，模式和/或组态由接收机单元先验地(例如，从先前的设定)或者通过协商(例如，通过一个公共信道)已知。
在分集通信模式下，数据的传输在一个或多个子信道上、从一根或多根天线、并在一个或多个时间周期内进行。分配的子信道可以与同一根天线有关，或者可以与不同的天线有关。在被称作“纯”分集通信模式的一个分集通信模式的常见应用中，数据从所有可用的发送天线发送至目标接收机单元。纯分集通信模式可以用在数据速率要求低或C/I很低、或两者皆为真的情况下。
MIMO通信系统在通信链路的两端都使用天线分集，它一般既用于改进数据链路的可靠性又能提高数据链路的容量。MIMO通信系统还结合天线分集而使用频率和/或时间分集。MIMO通信模式，在此也称作空间通信模式，使用了下文描述的一个或多个处理模式。
分集通信模式一般比MIMO通信模式具有较低的频谱效率，尤其在高C/I电平时。然而，在低到中等C/I值时，分集通信模式达到可比的效率并能更方便地实现。一般地，MIMO通信模式的使用能产生更好的频谱效率，尤其在中等到高的C/I值时。因此，当数据速率要求处于中等到高的范围时，使用MIMO通信模式则更为有利。
通信系统能同时支持分集和MIMO通信模式。通信模式可以以各种方式被应用，为了提高适应性，可以在一个子信道基础上独立地应用。MIMO通信模式一般用于特定的用户。然而，每个通信模式都独立地用在每个子信道上，跨越子信道的一个子集、跨越所有子信道、或根据一些其他基础。举个例子来说，在不同的子信道上，MIMO通信模式可以用于一个特殊用户(例如，一个数据用户)，而同时分集通信模式可以用于另一个特殊用户(例如，一个话音用户)。分集模式也可以用于具有更高的路径损耗的子信道上。
本发明的通信系统也能设计为支持若干处理模式。当为发送机单元提供有表示通信链路条件(即，“状态”)的信息时，发送机单元进行额外的处理来进一步改进性能并提高效率。发送机单元可以使用完全信道状态信息(CSI)或部分CSI。完全CSI包括每个子波段的所有成对的发送和接收机天线之间传播路径(即，幅度和相位)的足够表征。完全CSI也包括每个子波段的C/I。完全CSI包含于一组复增益值的矩阵中，如下所述，这些值描述了从发送天线到接收天线的传输路径的条件。部分CSI包括子波段的C/I。根据完全CSI和部分CSI，发送机单元先对数据进行预处理，再将其送至接收机单元。
在完全CSI处理模式的一个特殊实施例中，发送机单元对发送机天线处的信号进行预处理，其方式对特定的接收机单元来说是唯一的(例如，对分配给该接收机单元的每个子波段都进行预处理)。只要信道从被接收机单元测量并随后送回发送机且用来对发送进行预处理的时刻开始没有很大的变化，预定的接收机单元可以对该发送进行解调。在该实施例中，只能用与用来预处理发送信号的CSI有关的接收机单元对一个基于完全CSI的MIMO通信进行解调。
在部分CSI或无CSI处理模式的一个特殊的实施例中，发送机单元使用一个普通的调制和编码方案(例如，在每个数据信道传输上)，然后它由所有接收机单元解调(理论上)。在部分CSI处理模式的一个实施例中，一个单独的接收机单元可以确定它的C/I，由此可以为该接收机单元选定使用在所有天线上的调制(例如，对可靠的传输)。其他接收机单元试图对传输进行解调，且如果它们具有适当地C/I就能成功地恢复传输。一个普通(例如，广播)信道可以使用无CSI处理模式来到达所有的用户。
下面简要描述了完全CSI处理过程。当发送机单元处的CSI可用时，一个简单的方法便是把多输入多输出信道分解为一组独立的信道。当发送机处的信道转移函数给定时，左特征向量可用于发送不同的数据流。特征值给定时，每个特征向量所用的调制符号集由该模式的可用C/I确定。如果H是一个 矩阵，它给出特定时间处NT个发送机天线元件和NR个接收机天线元件的信道响应，x是信道输入的NT维向量，于是接收到的信号可以表示为，其中 是一个代表噪声加干扰的NR维向量。由信道矩阵及其共轭转置相乘而形成的哈密顿矩阵的特征向量分解可以表示为，其中符号*表示共轭转置，E是特征向量矩阵， 是一个特征向量的对角矩阵，这两个矩阵的维数均为 。发送机使用特征向量矩阵E转换一组NT个调制码元b。来自NT根发送天线的已发送调制码元可表示为因此，对所有的天线来说，预处理可以通过一个矩阵乘法操作来实现，表示为方程(1)其中，，...和 是一个特定的子信道在发送天线1，2，...NT处相应的调制码元，每个调制码元都能如下所述地用M-PSK，M-QAM等生成；E是与发送天线和接收天线之间的传输损耗有关的特征向量矩阵；以及，，... 是预处理的调制码元，可表示为，，以及因为H*H是哈密顿矩阵，特征向量矩阵是酉矩阵。因此，如果b的元素具有相同的功率，那么x的元素也具有相同的功率。接收到的信号可以表示为接收机实行信道匹配滤波器的操作，然后乘以右特征向量。信道匹配滤波操作的结果是向量z，可表示为方程(2)其中新的噪声项的协方差可表示为即，噪声的组成部分独立于特征值给出的方差。z的第i个分量的C/I为 ，的第i个对角元素。
因此发送机单元可以为每个基于特征值给出的C/I的特征向量选择一个调制符号集(即，信号星座图)。只要信道条件在接收机处测量CSI时并报告以及用CSI来预处理发送过程之间并没有显著的变化，则通信系统的性能会等效于一组C/I已知的独立AWGN信道。
例如，假设MIMO通信模式应用于一个从四根发送天线发送到一个特定子信道的信道数据流上。信道数据流被多路分离成四个数据子流，每个发送天线对应一个数据子流。然后用基于该子波段和该发送天线的CSI而选定的特定调制方案(例如，M-PSK、M-QAM、或其他)对每个数据子流进行调制。由此，四个数据子流生成了四个调制子流，每个调制子流包括一个调制码元流。用上述方程(1)所示的特征向量矩阵来对这四个子流进行预处理，从而生成预处理后的调制码元。这四个预处理后的码元流被相应地送至四根发送天线的四个组合器中。每个组合器把接收到的预处理后的码元和其他子信道的调制码元相结合，从而生成相关发送天线的一个调制码元向量流。
基于完全CSI的处理过程一般使用于MIMO通信模式下，其中对于每个所分配的子信道，并行数据流被发送至每个信道特征模式上的一个特定用户处。每个所分配的子信道中传输只在可用特征模式的一个子集下发生时(例如，为了实现光束转向)，也可以进行类似的基于完全CSI的处理过程。因为与完全CSI处理过程有关的代价(例如，发送机和接收机单元处提高了的复杂度、从接收机单元到发送机单元间传输的提高了的开销，等等)，完全CSI处理过程可用于MIMO通信系统的某些情况下，其中会有合理的性能和效率的额外增加。
在完全CSI不可用的情况下，传输通道(或部分CSI)上可用的并能用于在传输前对数据进行预处理的描述信息减少了。例如，每个子信道的C/I是可用的。则可用C/I信息来控制来自各个发送天线的传输过程，从而在所关心的子信道中产生所需的性能并提高系统容量。
正如这里用到的，基于完全CSI的处理模式表示使用完全CSI的处理模式，基于部分CSI的处理模式表示使用部分CSI的处理模式。基于完全CSI的处理模式包括完全CSI MIMO模式，它在MIMO通信模式下应用基于完全CSI的处理过程。基于部分CSI的模式包括部分CSI MIMO模式，它在MIMO通信模式下应用基于部分CSI的处理过程。
在使用完全CSI或部分CSI处理过程以使发送机单元用可用信道状态信息(例如，特征模式或C/I)对数据进行预处理的情况下，需要来自接收机单元的反馈信息，它使用了一部分反向链路容量。因此便存在与基于完全CSI或部分CSI的处理模式相关的代价。这项代价应被分解成使用哪个处理模式的选择。基于部分CSI的处理模式需要较少的额外开销并在一些情况下更加有效。基于无CSI的处理模式不要求额外开销，并且在一些其他情况下也能比基于完全CSI或部分CSI的处理模式更为有效。
如果发送机单元具有CSI并且使用代表通信链路特性的特征模式来发送独立信道数据流，那么这种情况下所分配的子信道一般是唯一地被分配给单个用户。反之，如果所有用户使用公共的调制和编码方案(即，发送机处使用的CSI并非是针对特定用户的)，那么在该处理模式中传送的信息可能根据它们的C/I而被不止一个用户接收并解码。
图2是一个说明本发明的通信系统的至少一些方面的框图。图2表示来自一个发送机单元的NT根发送天线之一的传输过程的一个特例。图2中，水平轴是时间，纵向轴是频率。在该例中，传输信道包括16个子信道并用来发送一个OFDM码元序列，每个OFDM码元都能覆盖所有16个子信道(图2顶部示出了一个OFDM码元，它包括了所有16个子信道)。图中也说明了一个TDM结构，数据传输在其中被分成若干时隙，每个时隙的持续时间为一个调制码元的长度(即，每个调制码元用作TDM间隔)。
可用的子信道可以用来发送信令、话音、话务数据、及其他。在图2所示的例子中，时隙1处的调制码元对应于导频数据，它阶段性发送以帮助接收机单元同步并且实行信道估计。也能使用其他技术来在时间和频率上分配导频数据，这在本发明的范围之内。此外，如果所有的子信道都被使用(例如，一个码片持续时间约为1/W的PN码)，那么在导频间隔期间应用一个特殊的调制方案是有利的。导频调制码元的传输一般发生在一个特定的帧速率上，它一般应选择得足够快从而能准确跟踪通信链路中的变化。
导频传输未用到的时隙可以用来传输各种类型的数据。例如，保留子信道1和2来发送控制和广播数据至接收机单元。这些子信道上的数据一般预计由所有的接收机单元所接收。然而，控制信道上的一些信息可能是针对特定用户的，于是可被相应地编码。
话音数据和话务数据可在剩下来的子信道上传送。如图2所示的例子中，时隙2到9上的子信道3用于话音呼叫1，时隙2到9上的子信道4用于话音呼叫2，时隙5到9上的子信道5用于话音呼叫3，时隙7到9上的子信道6用于话音呼叫5。
剩余的可用子信道和时隙可用于话务数据的传输。如图2所示的例子中，数据1的传输用了时隙2上的子信道5到16以及时隙7上的子信道7到16，数据2的传输用了时隙3和4上的子信道5到16以及时隙5上的子信道6到16，数据3的传输用了时隙6上的子信道6到16以及时隙8上的子信道7到16，数据5的传输用了时隙9上的子信道7到11，数据6的传输用了时隙9上的子信道12到16。数据1到6的传输可以表示话务数据对一个或多个接收机单元的发送。
本发明的通信系统灵活地支持话务数据的传输。如图2所示，一个特定的数据传输(例如，数据2)可以发生在多个子信道和/或多个时隙上，多个数据传输(例如，数据5和6)可以发生在一个时隙中。一个数据传输(例如，数据1)也能发生在不相邻的时隙上。系统还可以设计为支持在一个子信道上的多个数据传输。例如，话音数据可以和话务数据多路复用并在一个单独的子信道上传输。
数据传输的多路复用可能潜在地从OFDM码元到码元变化。此外，通信模式随着用户的不同而不同(例如，从一个话音或数据传输到其他)。例如，话音用户可使用分集通信模式，数据用户可使用MIMO通信模式。这些特征概念可延伸至子信道层。例如，一个数据用户可以在具有足够C/I的子信道中使用MIMO通信模式，而在其余的子信道中使用分集通信模式。
天线、频率、及时间分集可以通过从多根天线、在不同子波段的多个子信道上、并在多个时隙上传输数据而相应地实现。例如，一个特定传输(例如，话音呼叫1)的天线分集可以通过在一个特定子信道的两根或多根天线上传输该(话音)数据来实现。一个特定传输(例如，话音呼叫1)的频率分集可以通过在不同子波段中的两个或多个子信道(例如，子信道1和2)上传输数据来实现。天线和频率分集的组合可以通过从两根或多根天线发送数据并在两个或多个子信道上传输而获得。时间分集可以通过在多个时隙上传输数据来实现。例如，如图2所示，时隙7上的数据1的传输是时隙2上的数据1的传输的一部分(例如，新的或重复的)。
为了获得期望的分集，相同或不同的数据可以从多根天线和/或在多个子波段上传送。例如，数据可以传输在(1)自一根天线的一个子信道上，(2)自多根天线的一个子信道(例如，子信道1)上，(3)自所有NT根天线的一个子信道上，(4)自二根天线的一组子信道(例如，子信道1和2)上，(5)自多根天线的一组子信道上，(6)自所有NT根天线的一组子信道上，或(7)自一组天线的一组子信道(例如，在一个时隙处来自天线1和2的子信道，在另一个时隙处来自天线2的子信道1和2，等等)上。因此，可以用子信道和天线的任意组合来产生天线和频率分集。
根据本发明的某些能产生最大适应性并能实现高性能和效率的实施例，每个时隙处的每个发送天线的每个子信道都能视作一个独立的发送单元(即，一个调制码元)，它能用来发送任意类型的数据，譬如导频、信令、广播、话音、话务数据、及其他、或几者的结合(例如，多路复用的话音和话务数据)。在该设计中，一个话音呼叫可以随着时间而被动态地分配到不同的子信道中。
如下所述，通过保持调制码元之间的独立性可以进一步实现适应性、性能、和效率。例如，每个调制码元可由一个调制方案(例如，M-PSK，M-QAM，及其他)生成，该方案导致在该特定的时间、频率和空间处资源的最佳利用。
需放置若干限制条件来简化发送机和接收机单元的设计和实现。例如，一个话音呼叫可在呼叫持续过程中或者在直到已实行子信道重分配之前分配给一个特定的子信道。同样，信令和/或广播数据可以指定分给一些固定的子信道(例如，控制数据分给子信道1，广播数据分给子信道2，如图2所示)，这样接收机单元能先验得知为了接收数据应解调哪些子信道。
同样，在传输的持续过程中或直到新的调制方案分配之前，每个传输信道或子信道都被限制于一个特定的调制方案(例如，M-PSK、M-QAM)。例如，如图2所示，子信道3上的话音呼叫1可以使用QPSK，子信道4上的话音呼叫2可以使用16-QAM，时隙2上的数据1的传输可以使用8PSK，时隙3到5上的数据2的传输可以使用16-QAM，等等。
TDM的使用容许话音数据和话务数据的传输、以及可预期资源的各种分配中存在更大的适应性。例如，可以给一个用户在每个时隙分配一个子信道或者，等效地，每四个时隙分配四个子信道、或其他一些分配方案。TDM使数据在指定的时隙聚集并传送从而达到改进了的效率。
如果话音活动在发送机处完成，那么在没有话音传输的时间间隔里，发送机可以把其他用户分配给子信道，从而使子信道的效率最大化。在闲置话音周期内没有可用的传输信号时，发送机能减少(或关闭)子信道中发送功率，从而降低干扰水平，该干扰水平呈现给系统中正在网络中的其他小区内使用相同子信道的其他用户。同样的特征也可以延伸到额外开销、控制、数据、及其他信道。
在一个连续时隙的一小部分可用资源的分配一般会导致较低的延迟，并且更适合像话音这样的延迟敏感服务。用TDM进行的传输能产生更高的效率，代价是可能的额外延迟。本发明的通信系统可以分配资源以满足用户的要求并且达到高效率和高性能。
图3是一个表示图1所示系统110的数据处理器112和调制器114的一个实施例的框图。合计的包括所有由系统110发送的数据的输入数据流被提供给数据处理器112中的多路分离器(DEMUX)310。多路分离器310把输入数据流分解成若干(K)个信道数据流，S1到SK。每个信道数据流可以对应于一个信令信道、一个广播信道、一个话音乎叫、或者一个话务数据的发送。每个信道数据流被提供给相应的编码器312，它用一个特定的编码方案对数据进行编码。
编码过程包括差错纠正编码或差错检测编码，或两者都有，它们用于提高链路的可靠性。特别地，这样的编码可包括交织、卷积编码、Turbo编码、Trellis编码、分组编码(例如，Reed-Solomon编码)、循环冗余检验(CRC)编码、及其他。美国专利申请序列号为09/205511、编于1998年12月4日、题为“Turbo CodeInterleaver Using Linear Congruential Sequences”的专利以及题为“Thecdma2000 ITU-R Candidate Submission”的文件中进一步详细描述了Turbo编码，后者在下文中被称作IS-2000标准，两者均通过引用结合于此。
编码可以在按每个信道的基础上实现，即，在每个如图3所示的信号数据流上进行。然而，编码过程的实现也可以发生在聚合的输入数据流上、在若干信道数据流上、在一个信道数据流的一部分上、通过一组天线、通过一组子信道、通过一组子信道和天线、通过每个子信道、在每个调制码元上、或在一些其他时间、空间和频率单位上。然后，来自编码器312a到312k的编码后的数据传送至数据处理器320，它处理数据并生成调制码元。
在一个实施例中，数据处理器320把每个信道数据流分配给一个或多个子信道、在一个或多个时隙上、并且在一根或多根天线上。例如，对于一个对应于一个话音呼叫的信道数据流，数据处理器320可以对该呼叫所需的任何多的时隙而在一根(如果未用到发送分集)或多根天线(如果用到发送分集)上分配一个子信道。对一个对应于一个信令或广播信道的信道数据流，数据处理器320可以在一根或多根天线上分配指定的子信道，这同样取决于否使用发送分集。然后数据处理器320把剩余的可用资源分配给对应于数据发送的信道数据流。由于数据发送的突发性质和对延迟的更大的容差，数据处理器320可以分配可用的资源，从而实现高性能和高效率的系统目标。因此，为了达到系统目标，数据发送是“按计划的”。
在把每个信道数据流分配给其相应的时隙、子信道、天线之后，信道数据流中的数据就用多载波调制进行调制。在一个实施例中，用OFDM调制来提供众多的好处。在OFDM调制的一个实施例中，每个信道数据流中的数据分组成块，每块都有特定数量的数据比特。然后，每块中的数据比特被分配给一个或多个与该信道数据流相关的子信道。
然后，把每块中的比特多路分解成单独的子信道，每个子信道传送数量可能不同的比特(即，根据子信道的C/I以及是否使用MIMO处理)。对每个这样的子信道，用与该子信道相关的一个特定的调制方案(例如，M-PSK或M-QAM)把比特分组成调制码元。例如，用16-QAM，信号星座图由复平面上的16个点组成(即，)，复平面中的每个点传送信息的4个比特。在MIMO处理模式下，子信道中的每个调制码元代表调制码元的一个线性组合，其中每个码元都选自不同的信号星座图。
L个调制码元的集合组成一个L维调制码元向量V。调制码元向量V的每个元素与一个特定子信道相关，该特定子信道具有一个传送调制码元的独特的频率或音调。这L个调制码元的集合都是两两正交的。在每个时隙和对每根天线，用一个快速傅立叶反变换(IFFT)把对应于L个子信道的L个调制码元组合成一个OFDM码元。每个OFDM码元包括来自分配给该L个子信道的信道数据流的数据。
在1990年5月刊登在IEEE Communications Magazine上、由John A.C.Bingham写的题为“Multicarrier Modulation for Data TransmissionAn Idea Whose TimeHas Come”的论文中进一步详细描述了OFDM调制，它通过引用结合于此。
因此，数据处理器320接收并处理对应于K个信道数据流的编码后的数据，从而产生NT个调制码元向量到，对每根发送天线有一个调制码元。在一些实现中，一些调制码元向量在不同发送天线预定的特定的子信道上会具有重复的信息。把调制码元向量 到 提供给相应的调制器114a到114t。
图3所示的实施例中，每个调制器114包括IFFT30、循环前缀生成器332和上变频转换器334。IFFT330把接收到的调制码元转化成它们的时域表示，称为OFDM码元。IFFT330可设计成在任意数量的子信道(例如，8，16，32等等)上实现IFFT。在一个实施例中，对于每个转换为OFDM码元的调制码元向量来说，循环前缀生成器332重复OFDM码元的一部分时域表示以形成特定天线的发送码元。该循环的前缀确保发送码元在多径延迟传播存在时保持其正交属性，因而如下所述地改善了抵抗有害的路径效应的性能。IFFT330和循环前缀生成器332在该领域中众所周知，此处不描述其细节。
来自每个循环前缀生成器332的时域表示(即，每根天线的发送码元)接着被上变频转换器334处理，转换成一个模拟信号，并被调制到RF频率，并被调整(例如，放大和滤波)以产生经RF调制后的信号然后从相应的天线116发送出来。
图3也示出数据处理器320的一个实施例的框图。每条信道数据流的编码后的数据(即编码数据流，X)被提供给相应的信道数据处理器322。如果信道数据流将发送在多个子信道和/或多根天线上(在至少一些发送上没有重复)，信道数据处理器322把信道数据流多路分离成若干(多达)数据子流。每条数据子流响应特定天线处的特定子信道上的一个发送。在典型的实施例中，因为一些子信道用于信令、话音和其它类型的数据，所以数据子流的数量少于。接着处理数据子流以产生每条分配的子信道的相应子流，接着提供给组合器324。组合器324把分派给每根天线的调制码元组合成调制码元向量，它接着被提供作为调制码元向量流。然后把NT根天线的NT条调制码元向量流提供给随后的处理框(即，调制器114)。
在提供最佳适应性、最佳性能和最高效率的一个设计中，可以单独并独立地选择每个子信道中在每个时隙上将被发送的调制码元。该特性考虑到在时间、频率和空间这所有三度中可用资源的使用。因此每个调制码元发送的数据比特数量可能不同。
图4A是信道处理器400的一个实施例的框图，它可以用来处理一条信道数据流。信道数据处理器400可以用来实现图3中的一个信道数据处理器322。信道数据流的发送可发生在多个子信道(例如，像对图2中的数据1那样)上并且也可以从多根天线发生。每个子信道和每条天线上的发送可以代表非重复的数据。
在信道数据处理器400中，多路分离器420接收编码后的数据流X并将其多路分离成若干子信道数据流Xi，l到Xi，M，一条子信道数据流对应于一条用来发送数据的子信道。数据的多路分离可以是均匀的也可以是非均匀的。例如，如果已知一些关于发送路径的信息(即，已知完全CSI或部分CSI)，多路分离器420可能把更多的数据比特引入能发送更多bps/Hz的子信道。然而，如果不知道任何CSI，多路分离器420可均匀地把大致相同数量的比特引入每条分配的子信道。
接着，每条子信道数据流被提供给相应的空间分集处理器430。每个空间分集处理器430可以进一步把接收到的子信道数据流多路分离成若干(最高达NT)数据子流，每条数据子流对应于一条用来发送数据的天线。因此，在多路分离器420和空间分集处理器430之后，编码后的数据流X1可被多路分离成多达条数据子流，它们从多达NT根天线发送到多达L条子信道上。
在任何特定时隙，每个空间分集处理器430可产生多达NT个调制码元并提供给NT个组合器400a到440t。例如，分配给子信道1的空间分集处理器430a可以通过NT为天线1的子信道1提供多达NT个调制码元。每个组合器440接收L条子信道的调制码元，把每个时隙的调制码元组合成一个调制码元向量，并把该调制码元向量作为一个调制码元向量流V提供给下一个处理级(例如，调制器114)。
信道数据处理器400也可以设计成提供必要的处理以实现上述的完全CSI或部分CSI处理模式。CSI处理可以根据可用的CSI信息和选定的信道数据流、子信道、天线等来进行。CSI处理也可以选择性地和动态地被启动或禁用。例如，CSI处理可以对一个特定发送而启动而对某些其它发送禁用。CSI处理可以在某些条件下启动，例如，当发送链路具有足够的C/I时。
图4A中的信道数据处理器400提供高级别的适应性。然而，一般不是所有信道数据流都需要这种适应性。例如，一个话音呼叫的数据通常发送在话音持续过程中的一条子信道上，或直到该子信道己被重新分配这样的时间。对于这些信道数据流来说，信道数据处理器的设计可以大大简化。
图4B是处理的框图，可以使用于像用于额外开销的数据、信令、话音或业务数据这样的一条信道数据流。空间分集处理器450可用来实现图3中的一个信道数据处理器322并可用来支持像话音呼叫这样的信道数据流。一个话音呼叫一般在多个时隙分配给一条子信道(例如，图2中的话音1)并从多根天线发送。编码后的数据流X提供给空间分集处理器450，它把数据分组成块，每块带有用来产生调制码元的特定数量的比特。来自空间分集处理器450的调制码元接着被提供给一个或多个与用来发送该信道数据流的一根或多根天线有关的组合器440。
为了进一步了解本发明，现在描述用来产生图2所示的发送信号的发送机单元的一个特定实现。在图2中的时隙2，控制数据在子信道1上发送，广播数据在子信道2上发送，话音数据1和2各自被分配给子信道3和4，话务数据在子信道5到16上发送。在这个例子中，假定发射机单元包括四根发送天线(即NT＝4)并且对四根天线产生四个发送信号(即，四个RF调制的信号)。
图5A是一部分处理单元的框图，用来产生图2中的时隙2的发送信号。输入数据流被提供给多路分离器(DEMUX)510，它把该数据流多路分离成对应于图2中的控制、广播、话音1、话音2和数据1的五条信道数据流S1到S5。每条信道数据流被提供给相应的编码器512，它使用为该流选定的编码方案对数据进行编码。
在这个例子中，信道数据流S1到S5是用发送分集进行发送的。因此，每条编码后的数据流X1到X3被提供给相应的信道数据处理器532，它们产生该流的调制码元。从每个信道数据处理器532a到532c得到的调制码元接着被提供给所有四个组合器540a到540d。每个组合器540接收到所有分配给与该组合器有关的天线的16条子信道的调制码元，在每个时隙组合每条子信道上的码元以产生调制码元向量，并且把该调制码元向量作为调制码元向量流V提供给一个相关的调制器114。如图5A所示，信道数据流S1从所有四根天线发送到子信道1上，信道数据流S2从所有四根天线发送到子信道2上，信道数据流S3从所有四根天线发送到子信道3上。
图5B是一部分处理单元的框图，用来处理那些用于处理信道数据流S4的编码后的数据。在该例中，信道数据流S4是用空间分集(并非用于信道数据流S1到S3的发送分集)进行发送的。根据空间分集，数据在多根天线上被多路分离并且发送(进发地在每条分配的子信道中或在不同的时隙上)。编码后的数据流X4被提供给产生该流的调制码元的信道处理器532d。这种情况下的调制码元是选自码元字符表的调制码元的线性组合，它们对应于信道的每个特征模式。在该例中有四个显著的特征模式，每个都能传输不同数量的信息。作为一个例子，假设用到四个特征模式，特征模式1具有的C/I容许可靠地发送64-QAM(6比特)，特征模式2容许16-QAM(4比特)，特征模式3容许QPSK(2比特)，特征模式4容许BPSK(1比特)。从而，所有四个特征模式的组合容许同时发送总共13信息比特，它作为相同子信道中的所有四根天线上有效的调制码元。该每根天线上分配的子信道的有效的调制码元是与每个特征模式有关的单独码元的线性组合。这在上面方程(1)中给出的矩阵相乘已作描述。
图5C是一部分处理单元的框图，用来处理信道数据流S5。编码后的信道数据流X5被提供给多路分离器(DEMUX)530，它把信道数据流X5多路分离成十二条子信道数据流X5，11到X5，16，每条子信道数据流对应于每个分配的子信道5到16。每条子信道数据流接着被提供给相应的子信道数据处理器536，它产生相关子信道数据流的调制码元。来自子信道数据处理器536a到5361的该子信道码元流接着被供给相应的多路分离器538a到5381。每个多路分离器538把接收到的子信道码元流多路分离成四个码元子流，每个码元子流对应于一根特定天线处的一个特定子信道。来自每个多路分离器538的该四个码元子流接着被供给四个组合器540a到540d。
在图5C描述的实施例中，子信道数据流被处理以产生子信道码元流，接着被多路分离成四个码元子流，每个码元子流对应于每根天线的一个特定子信道。该实现与图4A描述的不同。在图4A描述的实施例中，分配给一个特定子信道的子信道数据流被多路分离成若干数据子流，每个数据子流对应于一根天线，它们接着被处理以产生相应的码元子流。图5C中的多路分离过程在码元调制之后进行，而图4A中的多路分离过程在码元调制之前进行。也可以用其它的实现方式，它们在本发明的范围之内。
图5C中子信道数据处理器536和多路分离器538的每个组合方式和图5B中子信道处理器532d和多路分离器534d的组合方式相似。来自每个多路分离器538的每条码元子流的速率平均是来自相关信道处理器536的码元流的速率的四分之一。
图6是接收机单元600的一个实施例的框图，该接收机单元带有多根接收天线，可用来接收一条或多条信道数据流。来自一根或多根发送天线的一个或多个发送信号可由每根天线610a到610r接收并路由至相应的前端处理器612。例如，接收天线610a可以从若干发送天线接收到若干发送信号，接收天线610r可类似地接收到多个发送信号。每个前端处理器612调节(例如，滤波和放大)接收到的信号，把调节后的信号下变频转换到一个中频频率或基带，并且对该下变频转换后的信号进行采样和量化。每个前端处理器612一般进一步用接收到的导频来解调与特定天线有关的采样以产生“相干的”采样，该相干采样接着被提供到相应的FFT处理器614，每个处理器用于每根接收天线。
每个FFT处理器614产生接收采样的变换后的表示并且提供相应的调制码元向量流。来自FFT处理器614a到614r的调制码元向量流接着被提供给多路分离器和组合器620，它把来自每个FFT处理器614的调制码元向量流信道化成若干(最高达L)子信道码元流。根据所用的(例如，分集或MIMO)通信模式，来自所有FFT处理器614的子信道码元流接着先于解调和解码而被处理。
对于用分集通信模式发送的信道数据流来说，来自所有用来发送信道数据流的天线的子信道码元流被提供给组合器，它组合时间、空间和频率上的冗余信息。组合的调制码元流接着被提供给(分集)信道处理器630并且相应地被解调。
对于用MIMO通信模式发送的信道数据流来说，用来发送信道数据流的所有子信道码元流被提供给MIMO处理器，它把每个子信道中接收到的调制码元正交化成不同的特征模式。MIMO处理器进行上面方程(2)所描述的处理并且产生若干独立码元子流，它对应于用于该发送机单元所用的特征模式数量。例如，MIMO处理器可以用左特征向量与接收到的调制码元相乘来产生调节后的调制码元，它对应于先于发送机单元处的完全CSI处理器的调制码元。该(调节后的)码元子流接着被提供到(MIMO)信道处理器630并相应地被解调。从而，每个信道处理器630接收到一个调制码元流(对分集通信模式)或若干码元子流(对MIMO通信模式)。调制码元的每条流或子流接着被提供给相应的解调器(DEMOD)，它实现一个解调方案(例如，M-PSK，M-QAM或其它)，该方案与用于处理的子信道的发送机单元处所用的解码方案互补。对于MIMO通信模式，来自所有分配的解码器的解码后的数据可以接着被独立地解码成或多路复用成一个信道数据流，然后再根据发送机单元使用的编码和调制方法而被解码。对于分集和MIMO通信模式来说，来自信道处理器630的信道数据流可接着被提供给相应的解码器640，它实现的解码方案与对信道数据流用于发送机单元的方案互补。来自每个解码器540的解码后的数据表示对该信道数据流的发送数据的估计。
图6表示接收机单元的一个实施例。也可构思一些其它设计并在本发明的范围之内。例如，接收机单元可设计成只有一根接收天线，或可设计成能够同时处理多个(例如，话音、数据)信道数据流。
如上所述，多载波调制用于本发明的通信系统中。特别地，可以使用OFDM调制来产生若干包括在多径环境中改善的性能、实现复杂度的降低(在相对意义上来说，对于操作的MIMO模式)和适应性等好处。然而，也可以使用多载波调制的其它变体，这在本发明的范围之内。
因为发送天线和接收机天线之间的传播环境所引起的多径延迟扩展或微分路径延迟，OFDM调制可以改善系统的性能。通信链路(即，RF信道)具有延迟扩展，它可能会大于系统工作带宽W的倒数。因此，使用具有小于延迟扩展的发送码元持续时间的调制方案的通信系统会遭受码间干扰(ISI)。该ISI使接收到的码元失真并且增加不正确检测的可能性。
根据OFDM调制，发送信道(或工作带宽)被基本地分成若干(许多)用于传递数据的并行子信道(或子带)。因为每条子信道具有的带宽一般远小于通信链路的相干带宽，所以用OFDM调制可以大大地降低或消除链路中延迟扩展引起的ISI。相反地，大多数传统的调制方案(例如，QPSK)对ISI是敏感的，除非发送码元速率和通信链路的延迟扩展相比很小。
如上所述，循环前缀可以用来防止多径的有害效应。循环前缀是OFDM码元的一部分(通常是前部，在IFFT之后)，它被回绕至码元的后部。该循环前缀用于保持OFDM码元的正交性，该正交性通常被多径所损坏。
作为一个例子，考虑一个信道延迟扩展低于10微秒的通信系统。每个OFDM码元都有附加其上的一个循环前缀，它确保总码元在多径延迟扩展存在的情况下保持其正交性。因为循环前缀不传递任何附加信息，因此它基本上是额外的开销。为了保持良好的效率，选择循环前缀的持续时间为总发送码元持续时间的一小部分。对于上面的例子来说，用5％的开销来考虑为该循环前缀，对于一个10微秒的最大信道延迟扩展来说200微秒的发送码元持续时间是足够的。该200微秒的发送码元持续时间对应于每条子带的5kHz的带宽。如果总系统带宽为1.288MHz，则可以提供250条大约为5kHz的子信道。在实际应用中，使子信道的数量为二的乘方比较方便。因此，如果发送码元持续时间增加到205微秒并且系统带宽被分成M-256个子带，那么每个子带的带宽为4.88kHz。
在本发明的某些实施例中，OFDM调制可以降低系统的复杂度。当通信系统结合MIMO技术时，与发送机单元有关的复杂度会变得重要，尤其当存在多径时。OFDM调制的应用允许每个子信道通过所使用的MIMO处理而以一种独立的方式被处理。因此，当使用MIMO技术时，OFDM调制可以大大地简化接收机单元处的信号处理。
OFDM调制在多个用户间共享系统带宽W时也能提供附加的适应性。尤其，OFDM码元的可用发送空间可以在一群用户问共享。例如，低速率的话音用户可分得OFDM码元的一个子信道或子信道的一部分，而其余的子信道被分配给基于累积总需求的数据用户。此外，用于额外开销、广播和控制数据可以在一些可用的子信道或(可能)子信道的一部分中传输。
如上所述，每个时隙处的每条子信道与一个调制码元有关，该调制码元选自某些像M-PSK或M-QAM这样的字符表。在某些实施例中，选择L条子信道的每条中的调制码元从而最有效地使用该子信道。例如，可以用QPSK来产生子信道1，用BPSK来产生子信道2，用16-QAM来产生子信道3，依此类推。因此，对于每个时隙，对L条子信道最多产生并组合L个调制码元以产生该时隙的调制码元向量。
一条或多条子信道可以被分配给一个或多个用户。例如，每个话音用户可以分配一个单独的子信道。其余的子信道被动态地分给数据用户。在这种情况下，其余的子信道可以分配给一个单独的数据用户或在多个数据用户间分配。此外，某些子信道可被预定以发送用于额外开销、广播和控制数据。在本发明的某些实施例中，可能需要用一种伪随机的方式把子信道分配从(可能)调制码元到码元间改变，从而增加分集并且提供某些干扰平均。
在CDMA系统中，控制每个反向链路传输的发送功率从而使在最小发送功率时基站也能达到所要求的帧出错率(FER)，因此使对系统中其它用户的干扰最小。在CDMA系统的前向链路上，也调节发送功率以提高系统容量。
在本发明的通信系统中，可以控制前向和反向链路上的发送功率来使干扰最小并使系统容量最大。功率控制可以通过各种方式实现。例如，功率控制可以在每条信道数据流、在每个子信道、在每根天线或在某些其它测量单元上实现。当工作在分集通信模式时，如果来自一根特定天线的路径损耗很大，则会降低或屏蔽来自该天线的发送，因为接收机单元可能没有获得任何东西。同样地，如果发送发生在多个子信道上，则受到最大路径损耗的子信道上只能发送较少的功率。
在一个实施例中，可以用类似于用在CDMA系统中的反馈装置来实现功率控制。功率控制信息可以从接收机单元周期性地或自主地被发送到发送机单元以引导该发送机单元来增加或减少其发送功率。例如，根据接收机单元处的BER或FER可以产生功率控制比特。
图7显示了说明频谱效率的曲线，该频谱效率与本发明的通信系统的通信模式有关。在图7中，对于给定比特出错率的每个调制码元的比特数目是作为若干系统组态的C/I的函数给出的。符号NT×NR代表组态的维数，NT＝发送天线数目，NR＝接收天线数目。图7中模拟了二个分集组态(即1×2和1×4)和四个MIMO组态(即2×2、2×4、4×4和8×4)并提供其结果。
如曲线所示，对一个给定的BER每码元的比特数量范围从小于1bps/Hz到将近20bps/Hz。在低C/I值时，分集通信模式和MIMO通信模式的频谱效率相似，效率的改善较不明显。然而，在高C/I值时，用MIMO通信模式所提高的频谱效率是变得更加惊人。在某些MIMO组态及对某些条件来说，瞬时的改善可以达到20倍。
从这些曲线中可以观察到，频谱效率一般随着发送和接收天线数量的增加而增加。一般在较低的NT×NR时会限制该改善。例如，分集组态1×2和1×4都渐近地达到大约6bps/Hz。
在检查可达到的各数据速率时，可以把图7中给定的频谱效率值以子信道为基础应用于结果，以获取对于该子信道的可能的数据速率范围。作为一个例子，对于工作在C/I为5dB的一个定户单元来说，该定户单元可达到的频谱效率在1bps/Hz和2.25bps/Hz之间，这取决于所使用的通信模式。因此，在一个5kHz的子信道中，该定户单元可以支持的最大数据速率在5kbps和10.5kbps之间。如果C/I是10dB，每个子信道中同样的定户单元可以支持的最大数据速率在10.5kbps和25kbps之间。由于有256条可用的子信道，工作在10dB C/I的定户单元的最大支持的数据速率即为6.4Mbps。因此，给定定户单元所需的数据速率和定户单元的工作C/I时，系统可以分配所需数量的子信道来满足这些要求。在数据服务的情况下，每个时隙分配的子信道数量的变化可以取决于，例如，其它业务负载。
通信系统的反向链路可设计成与前向链路相似的结构。然而，除广播和公共控制信道之外，还可以有定义在特定子信道内或者在帧的特定调制码元位置内、或两者内的随机接入信道。一些或所有定户单元可能用这些来把短的请求(例如，注册、资源请求、等等)发送到中央站。在公共接入信道中，定户单元可使用公共的调制和编码。其余的信道可分配给如前向链路中的单独用户。在一个实施例中，资源的分配和去分配(在前向和反向链路上)可以由系统控制并且在前向链路的控制信道上通信。
反向链路上的一个设计上的考虑是最近定户单元和最远定户单元之间的最大微分传输延迟。在该延迟相对于循环前缀持续时间小的系统中，可能不必在发送机单元处进行纠正。然而，在该延迟大的系统中，扩展循环前缀以计及增加的延迟。在一些情况下，可能对往返行程时延有一个合理的估计并且纠正发送时间从而使码元在正确的瞬间到达中央站。通常有某些残留误差，所以可以进一步扩展循环前缀以容纳这个残留误差。
在通信系统中，复盖范围内的一些定户单元可以接收到来自多于一个中央站的信号。如果由多个中央站发送的信息在两个或多个子信道上和/或从两根或多根天线中是冗余的，则定户单元可以用一个分集组合方案对接收到的信号进行组合和解调。如果使用的循环前缀足以处理最早和最晚到达之间的微分传输延迟，那么信号可以(乐观地)在接收机中正确地被组合并解调。该分集接收在OFDM的广播应用中是众所周知的。当子信道被分配给特定定户单元，一个特定子信道上的相同信息可以从若干中央站被发送到一个特定的定户单元。这个概念与用于CDMA系统中的软切换类似。
上述的通信系统可以用于各种应用并提供各种服务。这样的服务包括，例如，实时服务、非实时服务、或多路复用在一起的实时和非实时服务。通信系统支持的服务可以通过各种方式定义并分类(例如，通过与服务有关的服务质量(QoS))。作为一个例子，所支持的服务可以分成以下定义的三种类型.全双工实时(FDRT)服务--要求短的单向延迟的服务(例如，话音)；.半双工实时(HDRT)服务--能容忍较长单向延迟的服务，只要延迟变化不大(例如，图像、声音)；以及.非实时(NRT)服务--对延迟不很敏感的服务(例如，分组数据)。也可以支持另外的和/或不同的服务，这在本发明的范围之内。例如，广播服务、寻呼服务和其它可支持的服务。同样地，也可以定义另外的和/或不同的服务类型，这也在本发明的范围之内。
一旦服务被定义和分类，它们可以用许多方式被多路的复用。例如，HDRT和NRT服务可以在一个单独数据传送中被复用而使HDRT服务具有给定的较高优先级。FDRT服务也可以与HDRT和NRT服务进行多路复用，这可能用到一个不同的多路复用方案。可以用各种多路复用方案来发送所支持的服务。下面将进一步详细描述一些这样的方案。
图8A是用来发送各种类型服务的结构的一个实施例的框图。在这个实施例中，支持的服务在时隙中被多路复用并发送(为了简化只在图8A中示出一个时隙)。每个时隙覆盖N个OFDM码元810a到810n，其中N可以定义为任何整数。在一个实施例中，每个时隙进一步被分成若干分区802(为了简化只在图8A中示出两个分区)。每个分区802可以包含任意数量的OFDM码元并且可以用来支持任何类型的服务。例如，分区802a可用来支持FDRT服务(例如，话音)，而分区802b可用来支持HDRT和/或NRT服务(例如，分组数据)。也可以实现其它结构并且这也在本发明的范围之内。
用来支持FDRT服务的分区和用来支持HDRT和NRT服务的分区都每一个可以由多个用户共享。分区的共享可以通过各种多路复用方案实现。例如，共享可以由下列方式实现.在不同的(正交的)OFDM音调上多路复用多个用户；.用Walsh码在公共的OFDM音调上多路复用多个用户；.用分组切换在公共的OFDM音调上多路复用多个用户；以及.把多个用户分配给它们相应的OFDM码元。下面进一步详细描述这些多路复用方案。也可以定义其它多路复用方案并且这在本发明的范围之内。
图9是数据处理器912和调制器914的一个实施例的框图，用于在正交的OFDM音调上多路复用多个用户。信道数据流S1到SK可用来携带相应的用户1到K的数据。可以用额外的信道数据流(例如SL)来携带用于控制、信令、广播和其它用于额外开销的信道的数据。每条信道数据流被提供给相应的编码器922，它使用为该信道所选择的特定编码方案对接收到的数据进行编码。例如，编码方案可包括卷积编码、Turbo编码或根本不编码。来自编码器922a到9221的编码后的数据流X1到XL接着被提供给相应的乘法器924a到9241，它们也接收相应的标度因数G1到GL。每个乘法器用接收到的标度因数对接收到的数据流进行定标以提供对该数据流的功率调节。
来自乘法器924a到9241的定标后的数据流接着被提供给并行至串行转换器(P/S)926，它把接收到的数据流多路复用成一个组合的数据流。码元映像单元928接着接收该组合的数据流并且使该流中的数据交错(即，重新排序)以提供时间分集。如下所述，码元映像单元928进一步把每条接收到的数据流中的数据映射到分配给该数据流的音调上。码元映像单元928的输入是调制码元向量V的一个流，它被提供给调制器914。
在调制器914中，IFFT930接收到调制码元向量V并将其转换成它们的的时域表示，称作OFDM码元。在一个实施例中，对于每个转换成OFDM码元的调制码元向量，循环前缀生成器932重复OFDM码元的时域表示的一部分以形成发送码元。如上所述，该循环前缀确保发送码元在存在多径延迟扩展时保持其正交属性，因此改善了抵抗有害路径效应的性能。来自循环码元生成器932的发送码元接着由上变频转换器934进行处理，被转换成模拟信号、被调制成RF频率、并且被调节(例如，放大和滤波)以产生RF调制的信号，它接着从天线916中发送。
在一个实施例中，码元映像单元928把每个信道数据流(例如，每个用户)的码元映射到分配给该信道的一组音调上。参考图8A，每个分区包含若干OFDM码元，参考图1，每个OFDM码元包含若干发送在若干子信道上的音调。因此，每个分区中的若干码元可用于发送信道数据流。
在一个实施例中，每个多用户分区中的可用音调被分组成若干组音调。每组音调被称作一个“电路”并且被分配给一个特定信道。因此L条信道数据流可以分配给L个电路。也可以给一条特定信道数据流分配一个或多个分区中的多个电路(例如，分区802a中的一个或多个电路和分区802b中的一个或多个电路)。同样地，一个用户也可以分配有多个信道数据流或这一个信道数据流在多个用户间共享。多个信道数据流也可以共享相同的电路。
每个电路可以定义为包含任意数量的音调。可以给高速率电路分配较多的音调，对低速率电路分配较少的音调。同样，每个电路可以分配有来自任何OFDM码元的任何音调。因此，每个OFDM码元的音调可以分配给一个或多个电路。为了改善频率和时间分集，可以选择每个电路的音调从而使来自不同OFDM码元的不同音调被分配给该电路。例如，一个特定电路可分配有第一个OFDM码元的音调1、第二个OFDM码元的音调2，等等。
对不同类型的服务可以被定义并被用于不同类型的电路。例如，可以定义第一电路类型包含来自不同OFDM码元的不同的音调，可以定义第二电路类型包含来自一个或多个OFDM码元的所有音调。第一电路类型(例如，在分区802a中)可以用来支持FDRT服务，而第二电路类型(例如，在分区802b中)可以用来支持HDRT和NRT服务。根据第二电路类型，每个OFDM码元可以分配给一个特定的HDRT或NRT用户。
电路可以定义为静态的音调组或者动态地被配置。例如，通信系统可以定义每个可用于分配的电路并在此后通知每个用户终端所分配的电路及其定义(例如，在对话启动期间)。该电路的动态定义使电路用户化以匹配支持的服务，并且能导致对可用资源的改进的利用。
电路可以定义成相同尺寸，每个电路具有携带特定数量比特的容量。另一方面，电路可以设计成具有不同尺寸。电路尺寸可以基于通信系统中用户的统计数字或某些其它准则。例如，如果更多的用户在利用低速率的服务，则可定义更多的低速率电路。作为选择地或额外地，电路可以基于支持的特定服务和/或用户要求来定义。具有较多音调的高速率电路可被分配给高速率服务，具有较少音调(或发送频率较低的)的低速率电路可被分配给低速率服务。
电路一般是先验定义的，先于一个呼叫处理(例如，电路号码0包含音调x，y，z，等等)。一个或多个电路可以分配给特定的通信会话，分配的电路可被提供给一个用户终端，例如，通过描述怎样配置前向链路的控制信道系统参数消息。
图8B是分组结构820的一个特定实施例的框图，可用于在通信系统中发送数据。分组结构820包括分组类型字段822、电路标识符字段824和数据字段826。分组类型字段822用来标志分配给用户终端的电路是否会为下一个待发送给终端的分组而变化。分组类型字段822也可以用来通知用户终端关于发送方案的变化。例如，对话音服务，分组类型字段822可用来标志从话音活动到无声的变化，反之亦然，如下所述，每个标志都与一个不同的发送方案有关。表1示出对分组类型字段822的特定定义。
表1
如果分组类型字段822指示将用于下一个分组的电路会不同，那么电路标识符字段824可以用来识别将被用于下一个分组的特定的电路。如下所述，电路标识符字段824既可以提供新电路的标识又可以提供其它信息(例如，发送方案)。电路标识符字段824一般只用在当有信息要被发送的情况下(例如，对于电路或发送方案的变化)。否则，电路标识符字段824是一个空字段。
数据字段826可用来携带发送的有效负载(例如，数据)。数据字段也可以用来携带其它信息，譬如控制数据、CRC比特、等等。
分组类型字段822可以用几个的比特(例如，2比特)来实现，电路标识符字段824可用少量的比特(例如，8-10比特)来实现。每个分组中的剩余比特可用于数据字段826。这导致一种有效的分组格式，其中需要很少的额外开销比特。
每个分组可以被分成适当维度以适合一个时隙中的一个电路。然而，分组也可以被分段并用一个或多个时隙上的多个电路发送。可以为有效的数据发送选择分组的尺寸。对能容忍较长处理延迟的服务，低速率的发送可以被被集合并装配成一个较大的分组(例如，20毫秒或40毫秒的数据)，它能被更有效地处理和发送。
分组结构820支持带内信令，它标志电路分配的变化和新电路的标识。该信息也可以通过控制信道来提供。然后，用户终端处理该控制信道以接收电路分配的变化。也可以使用其它的把电路信息传递给用户终端的信令方案并且这在本发明的范围之内。
对于话音数据，可以使用各种发送方案来降低无声周期期间(例如，暂停)或低活动性期间发送的数量。在无声周期期间，“辅助噪声”一般被发送到用户终端。这个噪声可以以低于完全语音的速率发送。在一个发送方案中，在无声周期期间，每X个时隙发送一个全速率分组(例如，X可以是4，6，8，16或某些其它值)。该方案允许多达X个用户在无声周期期间共享同样的电路，每个用户分配给X个时隙的其中之一。在另一个发送方案中，可以用一个包含较少音调的低速率电路来发送辅助噪声。该低速率电路可以在每个时隙、或每几个时隙被发送(但一般频度不会比每X个时隙更频繁)。在还有一个发送方案中，可以为辅助噪声发送一个全速率电路但却在较低的速率下(例如，用一个低速码)。该全速率电路一般与用于活动语音的电路相同。在无声周期期间该全速率电路的发送功率可以降低。也可以设想各种在较低比特速率下发送辅助噪声(或其它数据)的其它发送方案并且这在本发明的范围之内。
上面描述的能在无声周期期间降低发送数量的发送方案也可以用于在低于全速率下发送的任意数据。例如，具有低频率内容的语音活动可用较少的比特表示并且可用低速率电路或较低频度发送的全速率电路来发送。由此，当将要在电路和/或发送方案中做出变化时，用户终端即可收到通知。
分组格式820支持对语音活动和无声的不同电路的使用。当用户状态从活动变为无声时，可以适当地设置用户分组的分组类型字段822以通知用户终端对下一个(例如，噪声)分组使用电路标识符字段824识别出的电路。电路标识符824也能识别用于携带该用户终端的辅助噪声的特定时隙。此后，在无声周期期间，可以每隔X时隙(在一个发送方案中)发送噪声分组来更新在终端播放的辅助噪声。这样，每个用于无声的电路可由多达X个用户共享。
在一种补充的方式中，当用户状态从无声变为活动时请求全速率电路。规划器接收到该请求并把选自可用全速率电路池的一个全速率电路分配给用户。分配的电路的标识在下一个分组中被发送给用户终端。
若可用的全速率电路库为空，在电路变得可用之前不会发生语音削波。语音削波的可能性可以通过适当地调整连接的呼叫数来降低，该连接的呼叫数是如果检测到语音削波则可由呼叫许可政策调整的参数。如果把许多用户多路复用在一起，则来自话音活动的静态多路复用增益增大并且语音削波的可能性降低。信道和电路分配协议可设计成在不大大降低来自话音活动的静态多路复用增益时使语音削波的可能性最小。
各种信令方案也可以用来当语音活动从无声变为活动时发信号给用户终端。在一个方案中，用辅助噪声分组内的分组类型字段822在带内取得信令。如上所述，对某些发送方案来说可以每X个时隙发送噪声分组。为了降低无声周期器件的信令延迟，可以用较小的电路以较高的速率发送较小的噪声分组。在另一个信令方案中，可以用一个控制信道来通知用户终端已发生转变为全速率话音并且发送将用于下一个全速率分组的电路的标识。对于该信令方案，无声周期内的终端监控控制信道接收电路信息。
可以实现各种机制来确保适当地实现向新电路的变化。在一个机制中，用户终端在接收到包含电路变化的分组时向基站发送一个肯定应答。为了降低额外开销的数量，终端可以在接收到电路变化分组之后向基站发送一个单独位。该确认应答位通知基站终端已成功地对前面的分组进行解码并且准备好用新电路接收数据。基站可以继续用旧电路发送直到它接收到确认应答。一接收到确认应答，基站就用新电路发送，而旧电路被放回可用电路池中。
可以用若干方案来处理因为各种原因而产生的电路变化的否定确认。例如，否定确认的产生可能是由于用户终端错误地对分组进行解码并且未发送确认位，但是基站错误地检测到确认位的发送。在这种情况下，基站开始在新电路上发送而终端继续对旧电路进行解码。否定确认的产生也可能是由于用户终端适当地对分组进行解码并且发送确认位，但是基站未能检测到该确认。在这种情况下，基站继续在旧电路上发送而终端开始对新电路进行解码。
否定确认的可能性可以用加强的确认协议来降低。例如，可以对确答位进行编码从而能检测并/或纠正发送错误。也可以实现一个恢复方案，由此只要用户终端丢失前向链路(例如，当基站在旧电路上发送时作为终端对新电路解码的结果，或者反之亦然)，用户终端就通知基站。作为恢复方案的一部分，基站只要接收到信道丢失消息就可以在控制信道上把电路分配消息发送到终端。然后终端就可重新开始使用包括在电路分配消息中的信息。也可以设计其它为了确保适当地实现电路中变化的其它机制并且这在本发明的范围之内。
如上所述，可以通过用分组切换在相同的OFDM码元上多路复用多个用户来共享一个分区。在这个多路复用方案中，每个分组都包含对打算使用该分组的特定用户的标识。例如，每个分组可以用上述的一个电路来发送。然而，在这个方案中，电路并非个别地被分配给用户。取而代之的是，每个用户终端处理所有发送的分组，摘取每个分组中的用户标识，对指向终端的分组进行解码并且忽略其余的分组。可以定义不同尺寸的电路并且用它们来有效地发送数据。
图8C是分组结构840的一个特定实施例的框图，可用来发送用户定向的数据。分组结构840包含用户标识(ID)字段842和数据字段844。用户ID字段842包含该分组指定的特定用户的标识，数据字段844包含该分组的有效负载(例如，数据)。用户ID可以分配给每个用户，例如，在会话初始化期间。
可以用不同于用于数据字段844的编码方案使用户ID字段842作为报头实现。例如，用户ID可以是分配给用户终端的一个特定Walsh序列或PN偏移。这使该用户终端能快速地确定该分组是否是预定给它的。作为替代，用户ID可以作为编码后的序列实现。
一个8位用户ID字段可支持多达256个用户。对于全速率分组，用户ID额外开销并不会大大地影响发送的效率。对较低速率的分组，额外开销可能是分组的一大部分并且可能损害效率。可以通过在较不频繁发送的全速率分组中积累并发送较低速率的数据来降低低速率分组的额外开销。
图10数据处理器1012和调制器1014的一个实施例的框图，用于用正交(例如，Walsh)码在相同的OFDM音调上多路复用多个用户。与图9相似，信道数据流S1到SL可用于为用户携带用于控制、信令、广播和其它额外开销的数据。每条信道数据流被提供给相应的编码器1022，它用为该信道选定的特定编码方案对接收到的数据进行编码。来自编码器1022a到10221的编码后的数据流X1到XL接着被提供给相应的乘法器1024a到10241，它们也接收相应的标度因子G1到GL。每个乘法器1024用接收到的标度因子对接收到的数据流进行定标，以提供该数据流的功率控制。
来自乘法器1024a到10241的定标后的数据流接着被提供给相应的乘法器1026a到10261，它们也接收相应的Walsh序列W1到WL。每个乘法器1026用接收到的Walsh序列覆盖该接收到的数据流，以提供覆盖后的数据流。来自乘法器1026a到10261的该覆盖后的数据流被提供给加法器1027并被组合，从而产生组合的数据流。码元映像单元1028接收该组合的数据流并且交错流中的数据以提供时间分集。码元映像单元1028的输出是一个调制码元向量V的流，它接着被提供给调制器1014。
调制器1014包含IFFT1030、循环前缀生成器1032和工作方式类似IFFT930的上变转换器1034、图9中的循环前缀生成器932，以及上变频转换器934。调制器1014产生一个从天线1016发送的RF调制后的信号。
在如图10所示的实施例中，用相应的Walsh序列覆盖每个用户的数据并且在公共音调上发送。这些音调携带与一个或多个用户有关的数据。对于多个用户，通过使用Walsh序列可以保持用户数据的正交性。
在一个特定实施例中，Walsh序列的长度与每个OFDM码元的音调数匹配。例如，长度为128的Walsh序列可以用于带有128个音调的OFDM码元。每个Walsh序列的128个码片可以发送在一个OFDM码元的128个音调上。然而，也可以使用其它Walsh序列长度并且这在本发明的范围之内。此外，每个Walsh序列可以映像到多个OFDM码元或一个OFDM码元的一部分，这些变化也在本发明的范围之内。例如，如果Walsh序列长度为64，每个OFDM码元带有128个音调，那么可以把两组Walsh序列映像到每个OFDM码元上。
可以用各种调制方案来调制被覆盖的OFDM码元。这些调制方案包括QPSK、QAM及其它。
在用户终端处，用分配给该终端的特定Walsh序列来处理并去覆盖这些音调。因为多个用户的数据已用正交Walsh序列覆盖，所以可以通过用相同的Walsh序列进行去覆盖来恢复先前由特定Walsh序列覆盖的数据。先前由其它Walsh序列覆盖的数据是正交的并且(理想地)在去覆盖中总计为零。
如果该Walsh覆盖后的数据(即，Walsh序列)通过OFDM码元的多个音调发送，则如果音调独立地衰落时Walsh序列的正交性会减弱。例如，这可在随频率选择性衰落而发生。如果发送信道的频率响应不均匀，则可用信道均衡来重新得到正交性。可以通过确定OFDM码元中每个音调的信道增益并且用确定的信道增益来均衡信道并使其大致均匀来实现均衡。例如，如果一个特定音调具有信道损耗离标称值为YdB，可以由用户终端把该音调放大YdB。在这种方式中，当存在频率选择衰落时可以保持正交性。
因为在该多路复用方案中多个用户共享相同的音调，可以控制每个用户的发送功率来有效地利用可用的资源。当保持特定层次的性能时可以降低具有较高信号对噪声加干扰(Eb/Io)比的用户的发送功率。该发送功率的节约可以接着用于某些其它用户。例如，功率控制的实现可以通过使用一个类似用于IS-95CDMA系统的方案，用户终端借此把功率控制命令(例如，一个帧擦除位)发送到基站，然后基站据此调节该终端的发送功率。
上面描述的多路复用方案可以用于各种应用。例如，这些方案可用于移动的、固定的和其它应用。
对于固定的应用，对于前向链路发送可以在基站处使用一根定向的天线，用户终端处可以提供两根接收天线来实现接收分集。该配置能提供导致大容量(例如，在前向链路上可用1.25MHz为一百个或更多的话音用户服务)的高的载波对干扰比(C/I)。对于Walsh覆盖多路复用方案，固定的和使用定向天线的应用中的信道估计可以更为准确。这允许发送信道的更准确的均衡以保持Walsh覆盖后的数据的正交性。
对于移动的应用，可以使用像用在IS-95CDMA系统中所用的这样的软切换来把移动用户终端从一个基站转移到另一个。为了实现软切换，基站控制器可请求软切换中的所有基站在一个公共电路或公共OFDM音调上发送用户分组。可以协调基站来实现这点。作为替代，软切换中的基站可以在可供它们使用的电路上发送分组。用户终端可以把接收到的信号数字化并且对采样处理以恢复由基站发送的分组。对来自基站的发送的处理可以用不同的参数(例如，不同的PN偏移量，不同的电路)实现。用户终端也能组合处理后的结果(类似于由瑞克接收机实现的)来产生具有改善的性能的组合的结果。
至此已描述了上面用于从基站到用户终端的前向链路发送的多路复用、发送和信令方案。这里描述的至少一些概念可以应用于从用户终端到基站的反向链路发送中。
如上所示，发送机单元和接收机单元各自用各种处理单元实现，这些处理单元包括各种类型的数据处理器、编码器、IFFT、FFT、多路分离器、组合器，等等。这些处理单元可以用各种方式实现，譬如专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器、微控制器、微处理器或其它设计的用于实现这里描述的功能的电子电路。同样，处理单元的实现可以用一个通用处理器或一个特别设计的处理器，它们工作以执行能实现这里描述的功能的指令编码。因此，这里描述的处理单元可以用硬件、软件或它们的组合来实现。
提供前文对优先实施例的描述以使任何该领域的技术人员可以制造并使用本发明。对那些该领域的技术人员来说，对这些实施例的各种修改都是显而易见的，这里定义的普通原理可以应用于其它实施例而无需使用创造能力。因此，本发明并不试图局限于这里所示的实施例，而是符合与这里揭示的原理和新颖特性一致的最宽泛的范围。
权利要求
1.一个用在多载波通信系统中的发送机单元，其特征在于包括一个或多个编码器，每个编码器可有效地接收并编码一个相应的信道数据流以产生对应的编码后的数据流；耦合到一个或多个编码器的码元映像单元，可用来从一个或多个编码后的数据流接收并映射数据以产生调制码元向量，其中每个调制码元向量包含用来调制多个音调以产生OFDM码元的多个数据值，来自每条编码后的数据流的数据被映射到相应的一组一个或多个电路，其中每个电路包含特定的一组一个或多个音调；以及一个耦合到码元映像单元的调制器，可用来接收并调制该调制码元向量以提供调制后的信号。
2.如权利要求1所述的发送机单元，其特征在于，还进一步包括耦合到一个或多个编码器的一个或多个定标单元，每个定标单元可用于特定的标度因子接收并定标相应的编码后的数据流以产生对应的定标后的数据流，它接着被提供给码元映像单元。
3.如权利要求1所述的发送机单元，其特征在于，该调制器包含一个反向傅立叶变换，可用于接收调制码元向量并且产生每个调制码元向量的时域表示以提供对应的OFDM码元，一个耦合到反向傅立叶变换的循环前缀生成器，可用于重复每个OFDM码元的一部分以产生对应的发送码元；以及一个耦合到循环前缀生成器的上变频转换器，可用于调制发送码元以产生调制后的信号。
4.如权利要求1所述的发送机单元，其特征在于，每条信道数据流的数据是以数据分组的形式发送的。
5.如权利要求4所述的发送机单元，其特征在于，每个分组包含指示将用来发送下一个分组的电路中的变换的分组类型标识符，以及指示将用于发送下一个分组的特定电路的电路标识符。
6.如权利要求4所述的发送机单元，其特征在于，一个或多个信道数据流的发送发生在多个时隙上，并且每个时隙包含多个OFDM码元。
7.如权利要求6所述的发送机单元，其特征在于，通过每隔特定数量的时隙在特定电路上发送一个分组来实现低速率发送。
8.如权利要求6所述的发送机单元，其特征在于，每个时隙被分成两个或多个分区，每个分区包含一个或多个OFDM码元并支持一种或多种服务类型。
9.如权利要求8所述的发送机单元，其特征在于，每个时隙的第一分区支持具有第一处理延迟要求的第一种服务类型，每个时隙的第二分区支持具有第二处理延迟要求的第二种服务类型。
10.如权利要求9所述的发送机单元，其特征在于，第一种服务类型是全双工实时服务，第二种服务类型是半双工实时服务或非实时服务，或两者皆是。
11.如权利要求6所述的发送机单元，其特征在于，特定信道数据流的全速率数据是通过第一电路发送的而较低速率的数据流是通过第二电路发送的。
12.如权利要求11所述的发送机单元，其特征在于，第二电路每隔特定数量的时隙发送一次。
13.如权利要求11所述的发送机单元，其特征在于，第二电路具有的容量低于第一电路的容量。
14.如权利要求11所述的发送机单元，其特征在于，使用第二电路的指示是在第一电路上所发送的分组的一个字段中被发送的。
15.如权利要求11所述的发送机单元，其特征在于，使用第一电路的指示是在一个控制信道上发送的。
16.如权利要求11所述的发送机单元，其特征在于，一个新电路是在接收到对收到使用新电路的指示的一个确认之后被利用。
17.如权利要求1所述的发送机单元，其特征在于，每个电路包含来自多个OFDM码元的多个音调。
18.如权利要求1所述的发送机单元，其特征在于，每个电路包含来自一个单独OFDM码元的多个音调。
19.如权利要求1所述的发送机单元，其特征在于，每个电路包含来自一个或多个OFDM码元的所有音调。
20.如权利要求1所述的发送机单元，其特征在于，用于发送数据的电路是被定义为具有相等的容量。
21.如权利要求1所述的发送机单元，其特征在于，还进一步包括耦合到一个或多个编码器的一个或多个覆盖单元，每个覆盖单元可有用于用分配给该编码后的数据流的特定Walsh序列接收并覆盖相应的编码后的数据流，以产生对应的覆盖后的数据流。
22.如权利要求21所述的发送机单元，其特征在于，还进一步包括耦合到一个或多个覆盖单元的一个或多个定标单元，每个定标单元可用于用特定标度因子接收并定标相应的覆盖后的数据流，以产生对应的定标后的数据流。
23.如权利要求22所述的发送机单元，其特征在于，还进一步包括耦合到一个或多个定标单元的加法器，可有效地接收并加总一个或多个定标后的数据流。
24.如权利要求21所述的发送机单元，其特征在于，每个Walsh序列是在用于该Walsh序列的每个OFDM码元的多个音调上发送的。
25.如权利要求21所述的发送机单元，其特征在于，Walsh序列的长度与每个OFDM码元中音调的数量匹配。
26.如权利要求4所述的发送机单元，其特征在于，每个分组包含一个指示该分组的预定的接收者的标识符。
27.一个用于多载波通信系统中的发送机单元，其特征在于包括一个或多个编码器，每个编码器可用来接收并编码一个相应的信道数据流以产生对应的编码后的数据流；耦合到一个或多个编码器的码元映像单元，可用来从一个或多个编码后的数据流接收并映射数据以产生调制码元向量，其中每个调制码元向量包含用来调制多个音调来产生OFDM码元的多个数据值，来自每条编码后的数据流的数据被映射到相应的一组一个或多个电路，每个电路包含特定的一组一个或多个音调；以及一个耦合到码元映像单元的反向傅立叶变换，可用于接收调制码元向量并且产生每个调制码元向量的时域表示以提供对应的OFDM码元，一个耦合到反向傅立叶变换的循环前缀生成器，可用于重复每个OFDM码元的一部分以产生对应的发送码元；以及一个耦合到循环前缀生成器的上变频转换器，可用于调制发送码元以产生调制后的信号，并且其中一个或多个信道数据流的发送发生在多个时隙上，并且每个时隙包含多个OFDM码元，而且特定信道数据流的全速率数据是通过第一电路发送的而较低速率数据是通过第二电路发送的。
28.一种产生并发送调制后的信号的方法，其特征在于包括接收一个或多个信道数据流；用特定编码方案对每个信道数据流进行编码以产生对应的编码后的数据流；映射来自一个或多个编码后的数据流的数据以产生调制码元向量，其中每个调制码元向量包含用来调制多个音调以产生OFDM码元的多个数据值，来自每个编码后的数据流的数据被映射到相应的一组一个或多个电路上，且其中每个电路包含特定的一组一个或多个音调；以及调制该调制码元向量以提供调制后的信号。
29.如权利要求28所述的发送机单元，其特征在于，还进一步包括用特定的标度因子对每个编码后的数据流进行定标以产生对应的定标后的数据流。
30.如权利要求28所述的发送机单元，其特征在于，还进一步包括产生每个调制码元向量的时域表示以提供对应的OFDM码元；重复每个OFDM码元的一部分以产生对应的发送码元；以及调制发送码元以产生调制后的信号。
31.一种接收机单元包括可用于接收调制后的信号的天线；耦合到天线并用以处理收到的信号以生成采样的前端处理器；耦合到前端处理器的傅立叶变换，可用于从前端处理器中接收到采样并产生采样的变换后的表示；耦合到傅立叶变换的处理器，可用于处理变换后的表示以产生对应于正在处理的特定发送的码元流；以及耦合到处理器的解码器，可用于接收并解码该码元流以产生解码后的数据，其中通过用特定的编码方案对一个或多个信道数据流进行编码来产生调制后的信号，从而产生一个或多个编码后的数据流，映射来自一个或多个编码后的数据流的数据以产生调制码元向量，并且调制该调制码元向量以提供调制后的信号，且其中每个调制码元向量包括用于调制多个音调以产生OFDM码元的多个数据值，来自每个编码后的数据流的数据被映射到相应的一组一个或多个电路，每个电路包含相应的一组一个或多个音调。
全文摘要
用于OFDM通信系统中的发送机和接收机单元，可以配置以支持多种服务类型。发送机单元包括一个或多个编码器、一个码元映像单元和一个调制器。每个编码器接收并编码相应的信道数据流以产生对应的编码后的数据流。码元映像单元接收并映射来自编码后的数据流的数据以产生调制码元向量，每个调制码元向量包含一组用于调制一组音调以产生OFDM码元的数据值。调制器调制该调制码元向量以产生适合发送的调制后的信号。来自每个编码后的数据流的数据被映像到相应的一组一个或多个“电路”上。每个电路可定义成包含来自若干OFDM码元的若干音调、来自一个单独的OFDM码元的若干音调、来自一个或多个OFDM码元的所有音调或者音调的某些其它组合。该电路可具有相同或不同的尺寸。不同的电路可以用于全速率数据(例如，活动语音)和低速率数据(例如，无声周期)。
文档编号H04L12/56GK1448015SQ01814271
公开日2003年10月8日 申请日期2001年7月11日 优先权日2000年7月12日
发明者A·贾拉利, J·R·沃顿, M·沃勒斯 申请人:高通股份有限公司