专利名称：一种通信系统时频资源的分配方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统分配时频资源的技术，特别涉及一种使用正交频分复用(OFDM)技术的通信系统的时频资源的分配方法。
背景技术：
利用地理区域进行区分的无线通信系统，例如蜂窝无线通信系统，通过划分地理上不同的通信区域而实现频率重用，以提高无线通信系统的容量。每一个通信区域可以被称为一个小区(cell)。采用简单的复用因子为一的频率资源分配时，不同小区采用相同的频率，因而工作于同一频率的不同小区的信号之间会相互干扰。
OFDM技术将无线通信系统的时频资源在频域内分为若干正交的窄带子信道，高速数据流通过串并变换在各个子信道上并行传输。由于子信道的窄带特性可以克服多径影响，保持子信道之间的正交性，从而保证了小区内部用户之间的干扰很小。在PCT/04/000128，名称为“Multiplexing scheme ina communication system”的专利申请中给出一种OFDM通信系统时频资源的分配方法，在保证小区内干扰很小的情况下，能够做到小区间干扰的平均化。该方法的一个特征是不需要频率规划，特别适用于频率重用因子为一的情况。具体的，包含如下几步生成一个基准时频图案；由该基准时频图案生成一组正交时频图案；每个TTI，对该组正交时频图案进行随机变化的循环移位；把得到的时频图案分配给一个或多个用户和/或业务信道。
在PCT/04/000128中，对正交时频图案进行随机变化的循环移位可以是时间的，或者是频率的。把得到的时频图案分配给一个或多个用户和/或业务信道时，可以采用随机的方式。基准时频图案可以通过Costas序列生成。下面是PCT/04/000128中的一个具体的实施例。
采用OFDM技术的无线通信系统的时频资源是由“时域”和“频域”形成的二维平面。该方案中，整个无线通信系统分配的带宽在频域被预先分成N个子载频(subcarrier)，连续n个子载频叉构成一个子频带(subbands)，整个用户和/或业务信道可用的频域资源被分成 个子频带，把子频带作为一个基本频率单元。同时，一个传输时间区间(TTI)由M个基本时间单元构成，每个基本时间单元为1个OFDM符号，因而一个TTI内的时频平面就是由M个基本时间单元和F个基本频率单元形成的二维格点的集合。
一个时频图案定义为时频平面上的一组二维格点，一个TTI内的时频资源可以被分割成一组互相正交的时频图案，通过分配时频图案给一个或者多个用户和/或者信道，实现时频资源的共享。
在PCT/04/000128中，每个时频图案可以按基本时间单元指标的顺序，写成由各基本时间单元内占用的基本频率单元指标的序列的形式。例如，序列P＝{p(0)，p(1)，p(2)，...，p(M-1)}对应的时频图案为第k个基本时间单元内占用的频率单元的指标为p(k)。
时频图案可以由一个长为F的Costas序列构造如下TFPgengric＝{p(0)，p(1)，p(2)，...，p(F-1)}。
其中，长度为F的Costas序列{pi)定义为{0，1，2，...F-1}的一个置换序列，满足pi+n-pi≠pj+n-pj，当i≠j，并且i+n，i，j+，n，j∈{0，1，...F，-1}。
时频图案TF00由TFPgeneric生成，TF00的长度为M当M＜＝F时，TF00(k)=p(k)]]>k＝0，1，2，...(M-1)；即时频图案由TFPgeneric的前M位组成的序列片断生成；当M＞F时，TF00(k)=p(k)]]>当k＝0，1，2，..(F-1)；TF00(k)=p(M-k-1)]]>当k＝F，(F+1)，...，(M-1)；
即时频图案由TFPgeneric级联上其前(M-F)个元素的逆序生成；记TF00(k)=s00(k)]]>k＝0，1，2，...，(M-1)。
时频图案TF00经过频域循环移位f后生成的时频图案为TFf0(k)=sf0(k)]]>k＝0，1，2，...(M-1)，其中sf0(k)=(s00(k)+f)modF.]]>不同的频域循环移位生成不同的正交的时频图案，一共可以生成F种正交的时频图案，这组时频图案将用来分配给同一小区内一个或者多个用户和/或业务信道。每一个TTI内，选择的时频图案由上述的这组时频图案经过随机的时域循环移位生成，比如其中的时频图案TFf0经过时域循环移位t后生成的图案为TFft(k)=sft(k)]]>k＝0，1，2，...(M-1)，其中sft(k)=sf0((k+t)modM).]]>一共可以有M种不同的时域循环移位。
为了减少小区间时频图案冲突，各小区有一个本小区特定的多值扰码序列，用来控制随TTI变化的时域循环偏移t。由于扰码序列具有伪随机性，所以即使两个小区在某个TTI选择了的时域循环偏移量导致同步，它们在下一个TTI再同步的可能性非常小。
两个小区在某个TTI选择了相同的时域循环偏移量的概率为1/M，一旦出现这种情况，就会导致两个小区生成的时频图案是相同的，此时会出现业务信道受到邻小区完全干扰的情况，导致较大的误码率。为了进一步降低业务信道所受的干扰，小区内用户的业务信道可以在每个TTI内随机选择小区内生成的F个正交的时频图案中的任何一个。此时，在小区的时频资源没被完全占用的情况下，每个时频图案和邻小区完全重叠的概率小于1/M，但大于1/(M*F)。例如当M＝12，F＝15，可用的总的时频图案个数只有15*12种，即使在最随机的情况下，一个小区内用户业务信道采用的时频图案刚好也被临小区用户业务信道采用的概率大于1/(15*12)。
PCT/04/000128中的时频资源的分配方式可以在完全不需要资源规划的情况下工作。它利用时间偏移量的随机化来尽量避免小区间时频图案的完全重叠，并利用频率偏移量的随机化来进一步减少业务信道重叠的概率。PCT/04/00128的实施例中因为可用的时间偏移量和频率偏移量比较有限，这种随机化还不够充分，会导致小区间业务信道的较大颗粒度重叠的概率较高，在符号同步系统下表现为时频图案的完全重叠，在符号不同步系统下表现为时频图案内每个符号的部分重叠。出现较大颗粒度重叠的时候，会导致较高的误码率。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通信系统时频资源的分配方法，该方法不需要任何资源规划，在保证小区内干扰小的同时，使小区间的干扰充分平均化。
根据上述目的，本发明的主要技术方案是这样实现的一种通信系统时频资源的分配方法，应用于使用正交频分复用技术的无线通信系统，该方法包括A、设置用于分配通信系统时频资源的一个以上的时频图案；B、截取时频图案的一种宽度或者多种宽度的循环滑动窗内的片断形成片断时频图案；C、根据得到的片断时频图案形成多个不同的片断时频图案组，每组内的片断时频图案互相正交；D、在每个传输时间区间内，随机变化选择一组或者一组以上的片断时频图案组；E、分配选定的片断时频图案组内的时频图案给该传输时间区间内的一个或者多个用户和/或业务信道。
该方法进一步包括采用步骤E所述的时频图案发送数据流的过程发送方将要发送的一个或者多个用户和/或业务信道的数据流映射在相应的分配给一个或者多个用户和/或业务信道的时频图案上进行发送。
该方法进一步包括采用步骤E所述的时频图案接收数据流的过程
接收方根据步骤E所述的一个或者多个用户和/或业务信道占用的时频图案从接收的数据流中解映射出相应的一个或者多个用户和/或业务信道的数据。
步骤A所述一个以上的时频图案满足二维相关性质由多个组构成，同一组内的时频图案互相正交，不同组的时频图案之间交点至多为一个。
步骤A所述的一个以上的时频图案是满足二维相关性质的组数最大的时频图案集合。
步骤B所述对时频图案进行片断截取的循环滑动窗为时间域的、或频率域的、或时间域和频率域组合的。
步骤B所述对时频图案进行片断截取的一种宽度或者多种宽度的循环滑动窗采用固定时间或/和频率窗口位置的循环滑动窗。
步骤C所述形成多个不同的片断时频图案组的过程为对每个给定的窗口宽度，固定滑动窗的位置，遍历由一个以上的时频图案形成的一个时频图案组内的互相正交的时频图案，得到由片断时频图案形成的对应的片断时频图案组内的互相正交的片断时频图案；再遍历一个以上的时频图案形成的多个时频图案组，则形成多个片断时频图案组。
步骤D所述的随机变化选择是由小区指定的多值伪随机序列确定。
步骤D所述在每个传输时间区间内，随机变化选择的一个或者一个以上的片断时频图案组的过程为随机变化选择的一个或者一个以上的片断时频图案组要无重叠地填满传输时间区间内的时频资源。
步骤E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案给一个或多个用户和/或业务信道的方式根据每个传输时间区间随机变化。
当步骤A所述的一个以上的时频图案超出了无线通信系统占用的频域基本单元总个数时，在步骤B中进行窗宽为频域基本单元总个数的频域循环滑动窗的片断截取。
步骤A所述的一个以上的时频图案通过设置的一个以上的序列生成，生成方式为
设置的序列表示的时频图案是各基本时间单元对应的频率单元指标的映射；或者是各基本频率单元对应的时间单元指标的映射。
所述通过设置的一个以上的序列生成一个以上的时频图案时，生成方式中的基本频率单元是一个子载频。
所述设置的一个以上的序列是Costas序列、或者拉丁方序列、或者修改的拉丁方序列、或者线性双曲序列、或者修改的线性双曲序列。
当所述序列为Costas序列时，该序列由Welch构造得到。
当所述序列是Costas序列时，该方法进一步包括步骤C所述不同的片断时频图案组是采用对每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个时间平移，遍历不同的频移得到一个片断时频图案组内的互相正交的时频图案，再遍历不同的时间平移得到不同的片断时频图案组；步骤E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案给一个或者多个用户和/或业务信道是通过选取循环频率移位量实现的；或者步骤C所述不同的片断时频图案组是采用对每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个频率平移，遍历不同的时间平移得到一个片断时频图案组内的互相正交的时频图案，再通过遍历不同的频率平移得到不同的片断时频图案组；步骤E所述分配选定的正交片断时频图案组内的时频图案作为一个或者多个用户和/或业务信道是通过选取循环时间移位量实现的。
当所述时频资源的时频图案是根据拉丁方序列、或者修改的拉丁方序列、或者线性双曲序列、或者修改的线性双曲序列形成时，该方法进一步包括步骤C所述不同的片断时频图案组是采用对每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个时间平移，遍历不同的乘法因子得到一个片断时频图案组内的互相正交的时频图案；再遍历不同的时间平移得到不同的片断时频图案组；步骤E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案给一个或者多个用户和/或业务信道是通过选取不同乘法因子的方式实现的；或者步骤C所述不同的片断时频图案组是通过对每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个乘法因子，遍历不同的时间平移得到一个片断时频图案组内的互相正交的时频图案，再遍历不同的乘法因子得到不同的片断时频图案组；步骤E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案作为用户的业务信道是通过选取时间平移量的方式实现的。
从上述方案可以看出，本发明通过截取具有很好相关性质的较长时频图案的片断形成多个片断时频图案，再由片断时频图案形成多个片断时频图案组，每个TTI随机的选择片断时频图案组，再由选定的时频图案组的片断时频图案以某种随机的方式形成一个或者多个用户和/或业务信道占用的物理资源。而PCT/04/000128中的实施例中只利用了在M＜＝F情况下一个时频图案的一个片断，或者只利用了在M＞F情况下两个时频图案的两个片断，来形成基准时频图案，再利用基准时频图案的循环平移，来生成时频图案组。
本发明的这种片断化方法，增加了传输时间区间内可以采用的时频图案的个数，同时又完全继承了长时频图案很好的相关性质，降低了不同小区业务信道完全重合的概率。进一步地，本发明在一个传输时间区间内的时频资源可以用多个片断时频图案组填充，这样不同小区在一个传输时间区间内完全重合的概率就更小了，取而代之的是更多较小颗粒度的重叠，改变了重叠的时频资源的分布。
本发明与现有技术不同的是，频域可以在子载频的基础上先形成大量小粒度的时频图案，然后按照用户的业务需求选取若干时频图案生成用户业务信道，这种方式可进一步增加传输时间区间内可用的时频图案的个数，降低用户业务信道完全重合的概率。
进一步地，本发明中时频图案不仅可以由Costa序列得到，例如，本发明中给出利用Welch构造生成的具有很好二维相关性质的Costas序列。而且还可以采用拉丁方序列、或者修改的拉丁方序列、或者线性双曲序列、或者修改的线性双曲序列等具有很好二维相关性质的序列得到。本发明提供的方法不需要任何时频资源规划，保持小区内干扰较小的同时，使得小区间的干扰充分平均化。
图1为本发明实施例中一个长序列对应的时频图案示意图。
图2为本发明实施例中一个小区的一个用户的业务信道分配的时频图案示意图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进行进一步详细说明。
本发明中，基于OFDM技术的蜂窝无线通信系统的时频资源表示为由时域和频域形成的二维平面，一个TTI内的时频平面是由M个基本时间单元和N个基本频率单元形成的二维格点的集合。通常，基本时间单元为一个OFDM符号时间，一个基本频率单元为一个子载频。当然，基本时间单元也可以由多个OFDM符号组成，基本频率单元也可以由多个子载频组成，即由多个子载频构成的子频带组成。时频图案定义为时频平面上的一组二维格点，一个TTI的时频平面可以由一组正交的时频图案组成。通过将时频图案分配给一个或者多个用户和/或业务信道，实现时频资源的共享。
本发明的通信系统时频资源的分配方法，其具体实现步骤为步骤100、按照一定的规则设置时频资源的一个以上的时频图案；步骤101、截取步骤100形成的多个时频图案的相同宽度或不同宽度的循环滑动窗内的片断形成新的片断时频图案；步骤102、由步骤101的新的片断时频图案组成多个不同的片断时频图案组，每组内的片断时频图案是正交的；步骤103、在每个传输时间区间，随机变化选择一组或者多组步骤102所述的片断时频图案组；步骤104、分配选定的片断时频图案组内的时频图案给该传输时间区间内一个或者多个用户和/或业务信道。
以下分别对每个步骤进行详细的说明在步骤100中所设置的一个以上的时频图案，满足二维相关性质每组内的时频图案之间是正交的，不同组之间的时频图案之间交点为一个。
步骤100中的时频图案可以由满足二维相关性质的序列生成，序列满足的二维相关性质为由不同的组构成，每组内序列之间是正交的，不同组之间的序列交点至多一个。可以用数学语言描述为对不同的t，f，序列p(t，f，i)，i＝0，1，...，L-1，满足性质1)对f1≠f2，p(t，f1，i)≠p(t，f2，i)，i＝0，1，...，L-12)对t1≠t2，f1，f2，序列p(t1，f1，t)，t＝0，1，...，L-1和序列p(t2，f2，i)，i＝0，1，...，L-1相同元个数至多一个。
这里整数变量t用来标识不同的组，整数变量f用来标识组内不同的序列。
由序列形成时频图案，形成的方式有两种，第一种为序列表示为不同时间单元对应的频率单元指标，即p(t，f，i)表示第i个时间单元内占用的频率单元的指标，定义为方式1；第二种为序列表示为不同频率单元对应的时间单元指标，即p(t，f，i)表示第i个频率单元内占用的时间单元的指标，定义为方式2。
用来形成步骤100中设置的时频图案的序列，可以是Costas序列。Costas序列可以参考文献“Solomon W.Golomb and Oscar Moreno，“On Periodicityproperties of Costas Arrays and A Conjecture on Permutation Polynomials”，IEEE Tran.On Information Theory，Vol.42，No.6 November 1996。”由指数或者对数Welch构造生成的Costas序列的生成方法如下。p是一个素数，g是它的一个原根，则由{g1，g2，...，gp-1}形成的长为p-1的序列是一个Costas序列。
不妨假设通信系统占用的频率基本单元的数目N为p或p-1。利用指数Welch构造，则定义S00={p(0),p(1),...,p(p-2)},]]>p(k)＝gk+1；或者对数Welch构造，则定义S00={p(0),p(1),...,p(p-2)},,]]>其中p(k)＝log(k+1)，loggi→i，i＝0，1，...，p-2。
定义Sf0={sf0(0),sf0(1),sf0(2),...,sf0(p-2)},]]>其中sf0(k)=(s00(k)+f)modp.]]>f可以取值0，1，...，p-1，一共有p种，下标表示序列值域的modp平移。定义Sft={sft(0),sft(1),sft(2),...,sft(p-2)},]]>其中sft(k)=sf0((k+t)mod(p-1)).]]>t可以取值0，1，...，p-2，一共有p-1种，上标表示序列的定义域的mod(p-1)的平移。
对于sft(i),i=0,1,...,p-2,]]>f∈{0，1，...，p-1}，t∈{0，1，...，p-2}，定义多个序列p(t，f，i)，i＝0，1，...，p-2，f∈{0，1，...，p-1}，t∈{0，1，...，p-2}，p(t,f,i):=sft(i),]]>由Welch构造知道，p(t,f,i)=sft(i),]]>i＝0，1，...，p-2，f∈{0，1，...，p-1}，t∈{0，1，...，p-2}，不同的t对应不同的序列组，不同的f对应组内不同的序列，满足性质1)和2)。还可以定义多个序列p(t，f，i)，i＝0，1，...，p-2，p(t,f,i):=stf(i),]]>i＝0，1，...，p-2，t∈{0，1，...，p-1}，f∈{0，1，...，p-2}则同样满足性质1)和2)，一点不同是这样定义的每个序列组内的序列没有占满整个值域
。
设通信系统占用时频平面上N个子载频，当N＝p时，可以采用Sft={sft(0),sft(1),...,sft(p-2)}]]>表示每个时间单元对应的频率单元指标，如sft(k)表示第k个时间单元对应的频率单元的指标是sft(k)，即序列生成时频图案的方式1，此时性质1表明对同一个t，不同的频率平移f对应的时频图案之间是正交的；性质2表明，对于两个不同的时间循环平移t对应的两个时频图案，交点至多有一个。
当N＝p-1时，可以采用Sft={sft(0),sft(1),...,sft(p-2)}]]>表示每个频率单元对应的时间指标的值，即序列生成时频图案的方式2，此时性质1表明，对于同一个频域循环平移t，不同的时间平移f对应的时频图案之间是正交的；性质2表明，对于具有两个不同的频域循环平移t的时频图案交点至多有一个。
本发明通过Welch构造的Costas序列得到的时频图案，在能够填满时频平面的同时，保持了至多只有一个交点的很好的性质。而PCT/004/000128中的T4构造得到Costas序列生成的时频图案交点更多。
本发明步骤100中的一个以上的时频图案是满足二维相关性质的组数最大的时频图案的集合，即如果还有一个时频组可以加入已经满足二维相关性质的时频组，仍然保持二维相关性质，则本发明采用更大的时频图案组的集合。根据J.H.van Lint and R.M.WilsonA Course in Combinatorics，SecondEdition，Cambridge University Press 1992，2001 Latin squares理论，知道n阶的Latin squares的最大组数是n-1。Costas序列形成的是(q-1)*q长方形的Latin squares，通过增加一列(q-1，.q-2，...，0)T，则形成q阶的Latin squares。因此，Costas序列形成的组数最大是q-1组。证明了Costas序列生成的步骤100中的时频图案是组数最大的。其它的序列，例如拉丁方序列，修改的拉丁方序列，线性双曲序列和线性双曲序列，可以同样证明组数最大的性质。通过选择完备的时频图案，可以获得最大的随机化。
步骤100中设置的时频图案，可以超出通信系统占用的子载频，在后续步骤中可以通过截取得到通信系统占用的子载频上的时频图案，例如Costas序列情况下，可以选择一个不小于通信系统占用的子载频的最小的素数。步骤100中设置的时频图案，也可以不占满通信系统占用的子载频。
步骤101中，对步骤100中的时频图案截取循环滑动窗内的片断，这里循环滑动窗可以是时域上的，也可以是频域上的，还可以是时域上和频域上的组合。
当截取循环滑动窗宽度为S的时域循环滑动窗内的片断时，通常情况下，滑动窗的宽度S小于步骤100中的时频图案的时间长度T。例如，在PCT/004/000128的一个例子中，子载频的个数有705个，一个TTI内的OFDM符号为12个。在频率单元为子载频的情况下，步骤100中可以选择p＝709的Costas序列sft(i)生成的时频图案，生成的时频图案元素个数为p-1，序列采用方式1生成时频图案时，时频图案的长度L＝p-1＝708，这时可以选择时域滑动窗的宽度S为TTI内OFDM符号的个数12，远小于时频图案的长度708。步骤100中的每个时频图案可以截取T个长度为S的时间片断。
当截取滑动窗的宽度R的频域循环滑动窗内的片断时，通常情况下，滑动窗的宽度R小于步骤100中的时频图案的频率指标最大值F。步骤100中的每个时频图案可以截取F个长度为R的频率片断。
片断的截取还可以在时域和频域上同时进行。步骤100所述的时频图案超出通信系统占用的频域基本单元总个数时，在步骤101中进行时域循环滑动窗截取时，同时进行窗宽为频域基本单元总个数的频域循环滑动窗的截取。这相当于去掉了每个片断时频图案中频率指标大于频域基本单元总个数的点，也即去掉了那些超出频率资源范围的点。例如，在Costas序列Sft(i)情况下，当通信系统占用的频率子载频个数N不为p或p-1时，则可以选择一个大于N的最小素数p生成长为p-1的Costas序列，在上述时频图案形成过程中，步骤101中片断的截取还需要在原来的时域滑动窗截断的基础上进行频域的截断，去掉频率指标不属于{0，1，...，N-1}的时频图案中的点。这相当于又进行了窗宽为N的频域滑动窗的截断。在进行片断截取时，通常只采用一种窗宽的时域或者频域或者时域和频域组合的滑动窗。也可以采用多种窗宽的滑动窗，这种方式通常应用在一个传输时间区间内的时频平面需要由多个不同宽度的片断时频图案组的时频图案无重叠填满的情况下。
由于步骤100中的一个以上的时频图案组成的集合，通常满足其中的一个时频图案的时间或/和频率循环平移仍然属于这个集合，例如Costas序列生成的时频图案的时间循环移位和频率循环移位仍在时频图案集合内。因此，步骤101中，对步骤100中的一个以上的时频图案进行一种或多种窗口宽度的循环滑动窗的截取时，可以固定循环滑动窗口的时间或/和频率位置，即对步骤100中所属的时频图案进行片断截取的一种宽度或者多种宽度的循环滑动窗采用固定时间或/和频率窗口位置的循环滑动窗。即只保留不重复的片断时频图案。
步骤102中，对步骤101形成的新的片断时频图案集合，组成多个不同的片断时频图案组，每组内的时频图案是正交的。
如果选择步骤100的一个以上的时频图案，满足二维相关性质可以分成多个组，每个组内的时频图案是互相正交的，不同的组之间的交点为n个，则步骤102所述形成多个不同的片断时频图案组的过程为对每个给定的窗口宽度，固定滑动窗的位置，遍历由步骤100设定的一个以上的时频图案形成的一个时频图案组内的互相正交的时频图案，得到由片断时频图案形成的对应的片断时频图案组内的互相正交的片断时频图案；再遍历步骤100的一个以上的时频图案形成的多个时频图案组，则形成多个片断时频图案组。进一步，可以改变不同的滑动窗口位置，得到片断时频图案组。当步骤100中的时频图案集合满足一个集合中的时频图案的时间或/和频率平移仍属于集合的情况下，可以固定滑动窗的时间或/和频率窗口位置。
这样形成的片断时频图案组仍满足二维相关性质，并且不会增加总的交点个数。例如，不同片断时频图案组的两个长度为S的片断时频图案分别来自同一个步骤100的长时频图案的不同时间平移或至多有n个交点的两个步骤100中的长时频图案。由“长时频图案至多有n个交点或者长时频图案的不同时间平移至多有n个交点”可知，两个片断时频图案也最多只有n个交点，并且一旦这两个片断时频图案出现n1个交点，则对应的，这两个长时频图案的S等分的其它的成对的片断时频图案至多有n-n1个交点。由于考虑的通信系统可以不要求时间同步，因此通常要求步骤100中的时频图案的不同时间平移之间得到两个时频图案之间的交点至多为n个。
在利用Costas序列Sft(i)形成时频图案的情况下，满足上面的所有要求。具体的，固定一个t∈{0，1，...，p-2}，固定一个窗口位置，遍历f∈{0，1，2，...，p-1}，则得到一个片断时频图案组内的互相正交的时频片断。遍历所有的t∈{0，1，...，p-2}，则得到多个不同的片断时频图案组。在序列生成时频图案的方式1时，f表示频率平移，t表示时间平移，即片断时频图案组内部的正交时频图案是通过频率平移得到的，不同的片断时频图案组是通过不同的时间平移得到。在序列生成时频图案的方式2时，f表示时间平移，t表示频率平移，即片断时频图案组内部的正交时频图案时通过时间平移得到的，不同的片断时频图案组是通过不同的频率平移得到的。
步骤103中，对步骤102中得到的片断时频图案组，根据小区的特定选取方式，每个TTI随机地选取一组或多组。
对于用时间域或/和频率域的循环滑动窗生成的片断时频图案组，则一个TTI内的时频平面可以分割成不同的块，每块选择一个片断时频图案组，无重叠的填满通信系统一个TTI内的时频平面。例如，一个TTI的长度为2n，则可以选择长度为n的两个片断时频图案组的所有片断时频图案无重叠的填满TTI内的时频平面。TTI内的时频平面可以由不同长度的片断时频图案组内的时频图案填充，不同长度的片断时频图案由步骤101中的不同宽度的循环滑动窗的截取得到。在步骤100中的时频图案占用的频率子载波没有占满通信系统的频率资源时，通过多个片断时频图案组，也可以填满TTI内的时频平面。
这里，选取小于TTI时间和/或频率长度的片断时频图案组填满TTI内的时频平面，可以减小资源分配的颗粒度，保持总的冲突量的概率不变的情况下，改变冲突的概率分布，进一步减少了大颗粒度完全冲突的概率。
每个传输时间区间内的片断时频图案组的选择可以采用类似于宽带码分多址(WCDMA)系统的取多值的扰码的形式，随机取值。
当两个小区在同一时刻选择了步骤102中相同的正交片断时频图案组，则由选择的随机性知道，下一次两者再次选择相同正交片断时频图案组的可能性是很小的。
具体的，在利用Costas序列Sft(i)形成时频图案的情况下，在序列通过方式1生成时频图案时，t表示不同的时间平移，即步骤103通过随机选择不同的时间平移来选择不同的片断时频图案组；在序列通过方式2生成时频图案时，t表示不同的频率平移，即步骤103通过随机选择不同的频率频移来选择不同的片断时频图案组。
步骤104中，每个传输时间区间内，小区内一个或者多个用户和/或业务信道可以映射到步骤103中选取的片断时频图案组的一个或者多个时频图案上，即一个小区内一个或者多个用户和/或业务信道在该传输时间区间内由片断时频图案组内的一个或者多个不同的片断时频图案组成。特别在基本频率单元采用子载频时，通过需要复用多个片断时频图案来输出更高速率的业务数据，这时一个用户的一个业务信道通常占用多个时频图案。
在步骤104中，每个传输时间区间内随机化区间内，小区内的一个或者多个用户和/或业务信道占用步骤103中选取的片断时频图案组内的一个或者多个时频图案，可以采用随机的方式。当小区内时频资源没有完全占用时，随机的方式可以进一步降低两小区的两个用户同时采用完全相同的时频图案的可能性。
具体的，在利用Costas序列Sft(i)形成时频图案的情况下，在序列通过方式1生成时频图案时，f表示不同的频率平移，即步骤104通过选择不同的频率平移来分配片断时频图案组内的时频图案给一个或者多个用户和/或业务信道；在序列通过方式2生成时频图案时，f表示不同的时间平移，即步骤103通过选择不同的时间平移来分配的片断时频图案组内的时频图案给一个或者多个用户和/或业务信道。方式1时，可以利用连续的频率平移指标来形成由多个时频图案组成的业务信道；方式2时，可以利用连续的时间平移指标来形成由多个时频图案形成的业务信道。在通过连续时频图案形成业务信道的时候，每个TTI可以随机地选择业务信道的开始的指标。
无线通信系统除了业务信道以外，一般还包括信令信道，公共导频信道等其它信道。考虑到这些公共信道的设计时，使用本发明提供的方法，可以预留一些时频资源给公共信道等其它信道使用。
针对上述方法，设计无线通信系统中的一种发射设备，实现步骤100～步骤104，根据一个或者多个用户和/或业务信道占用的时频图案，将一个或者多个用户和/业务信道的数据映射在时频平面上发射。这种设备，可以是无线通信系统中的下行链路的发射设备，也可以是无线通信系统中的上行发送设备。因此，建立一个完全不需要资源规划的无线通信系统，此无线通信系统至少包含一个这样的发射设备。
针对上述的发射设备，相应地，可以设计无线通信系统中的接收设备，接收设备实现步骤100～步骤104，并且根据一个或多个用户和(或)业务信道占用的时频图案，从接收的数据流中提取出相应的数据。发射设备至少包扩数据的编码，调制，时频资源分配，IFFT，D/A等单元；接收设备则至少包括数据的A/D，FFT，时频资源解映射，解调，译码等单元。
本发明中，步骤100中的时频图案可以采用拉丁方序列(Latin squaresequences)或者修改后的拉丁方序列生成。拉丁方序列构造方式参考文献“Flarion Technologies，INC.US 6553019 B1，Communications systememploying orthogonal frequency diVision multiplexing based spread spectrummultiple access，4/22，2003”。
设序列长度N为一个素数，修改后的拉丁方序列构造如下S00={s00(0),s00(1),s00(2),...,s00(N-2)},]]>其中s00(i)=i+1,]]>此序列进行乘数为f的乘法运算后得到序列Sf0={sf0(0),sf0(1),sf0(2),...,sf0(N-2)},]]>其中sf0(i)=(f·s00(i))modN]]>f可以取值1，2，...，N-1，一共有N-1种。
Sf0经过循环移位t，得到的序列为Sft={sft(0),sft(1),sft(2),...,sft(N-2)},]]>其中sft(i)=(sf0(i)+t)modN]]>t可以取值0，1，2，...，N-1，一共有N种。
我们可以定义p(t,f,i)=stf(i).]]>步骤100中，可以由序列生成时频图案的方式1或者方式2形成时频图案。为了简单，我们仅采用方式2形成时频图案为例子，即stf(i)表示第i个基本频率单元对应的时间单元是stf(i)这时t表示乘法因子，f表示平移。明显，这样定义的p(t，f，i)满足性质1)和性质2)。
步骤101中，采用长度为S＜N-1的时域滑动窗截取步骤100中的长时频图案。
步骤102中，固定一个乘法因子t∈{1，2，...，N-1}，固定一个时域滑动窗位置，则所有的时间移位f∈{0，1，2，...，N-1}得到的片断时频图案形成一个片断时频图案组内的正交的时频图案。遍历所有的t∈{1，2，...，N-1}，得到所有的窗宽为S的片断时频图案组。
步骤103中，在长度为S的TTI区间内，根据小区特定的取值为{1，2，...，N-1}的扰码，随机选择一个乘法因子t∈{1，2，...，N-1}，来选定一个片断时频图案组。
步骤104中，片断时频图案组选定后，随机选择片断时频图案组内的不同时间移位的时频图案分配给一个或者多个用户和(或)业务信道。
如果定义p(t,f,i)=sft(i),]]>则步骤102中不同的片断时频图案组是采用不同的时间平移的方式得到的；步骤104中用户的业务信道所分配的片断时频图案是通过选取不同乘法因子的方式实现的。这时，选择一个片断时频图案组填不满每个TTI内的时频平面，而是根据t值的不同，在时频平面上空一个不同的子载波，这时可以随机选择用频率域窗口宽度为一的片断时频图案组填满这一个子载频，保证好的相关性质。
如果修改上面的定义，S00={s00(0),s00(1),s00(2),...,s00(N-1)},]]>其中s00(i)=i,]]>其它不变，则是拉丁方序列。这时，定义(t,f,i)=stf(i),]]>可以采用方式2形成时频图案，其余的步骤类似。
该情况下，步骤102中不同的片断时频图案组是通过不同的乘法因子的方式得到的；步骤104中用户的业务信道所分配的片断时频图案是通过选取不同的时间平移量的方式实现的。类似地，可以采用线性双曲序列(Linearhyperbolic sequences)或者修改后的线性双曲序列。线性双曲序列的构造方式参考Flarion Technologies.INC.WO/03001696 A2，Method of toneallocation for tone hopping sequences.03/01.2003。
修改后的线性双曲序列构造如下，定义S00={s00(0),s00(1),s00(2),...,s00(N-2)},]]>其中s00(i)=i+1.]]>此序列进行因子为f的乘法运算后得到序列Sf0={sf0(0),sf0(1),sf0(2),...,sf0(N-2)},]]>其中sf0(i)=(f·(s00(i))-1)modN,]]>这里 定义为(s00(i))-1=(s00(i))-1s00(i)≠0∈GF(N)0s00(i)=0]]>f可以取值1，2，...，N-1，一共有N-1种。
Sf0经过循环移位t，得到的序列为Sft={sft(0),sft(1),sft(2),...,sft(N-2)},]]>其中sft(i)=(sf0(i)+t)modN]]>t可以取值0，1，2，...，N-1，一共有N种。
同样，可以定义p(t,f,i)=stf(i)]]>或者(t,f,i)=sfi(i).]]>可以由方式1或者方式2形成时频图案。
如果修改上面的定义，S00={s00(0),s00(1),s00(2),...,s00(N-1)},]]>其中s00(i)=i,]]>其它不变，则是线性双曲序列。时频资源的分配方法与上面类似。
拉丁方序列或者线性双曲序列利用不同的乘法因子形成时频图案组内的不同的时频图案时，不同的时频图案之间不会正交，可以通过将交点分配给某一个时频图案来完成正交化。
下面举一个简单的例子进行说明。设基本频率单元是子载波，基本时间单元是OFDM符号，并设置频域有N＝17子载波，并设TTI长度和片断的长度，即随机化区间的长度，相同，一个TTI内有S＝4个OFDM符号，并设置同一小区内的业务信道个数也是4个。由指数Welch构造生成Costas序列，先由有限域F17，的原根3的幂得到长为N-1＝16的Costas序列L＝{3，9，10，13，5，15，11，16，14，8，7，4，12，2，6，1}它有16种互相正交的时域循环移位，每个时域循环移位又有17种互不相交的频率循环移位，记为p(t，f，i)，i＝0，1，...，15；t＝0，1，2，...，15；f＝0，1，2，...，16，t表示时域循环移位量，f表示频率循环移位量。这些序列满足二维相关性质，此时t用来标示不同的组，每组内时频图案是由其第一个时频图案，即f＝0对应的时频图案经过不同循环频移形成。
这里采用方式1作为序列形成时频图案的方式，即序列的标号k的项对应的值表示时频图案在标号k的时间单元内占用的频率单元的值。序列p(0，0，)＝L对应的图案如图1所示。
由不同位置的滑动窗的窗宽为M＝4的时域滑动窗截取每个这样的长时频图案，都可以得到16种互不相交的长为4的片断时频图案，注意到起始位置为t0的时域滑动窗截取p(t，f，i)得到的片断，和起始位置为0的时域滑动窗截取p(t+t0，f，i)得到的片断是相同的，因而互不相同的片断时频图案是17*16＝272种。
因为时域滑动窗位置和时间循环移位量t的上述这种关系，片断时频图案组的形成只需要固定t，遍历其所有时域滑动窗或者只需要固定滑动窗位置，遍历t即可，不同的时域滑动窗位置对应不同的正交片断时频图案组，共有16组，每组内17个片断时频图案，同组内的时频图案是同一个时频图案的不同频率循环移位生成，并可以填满整个TTI内的时频平面。如此形成的片断时频图案组仍满足同一组内的时频图案没有交点，不同组的任意两个时频图案至多有一个交点。
记这样得到的片断时频图案为Lij＝0，1，2，...，15；j＝0，1，2，...，16，i表示不同的滑动窗位置，也就是组号，j表示不同的循环频域移位量。
每个TTI各小区的扰码序列将指示所选用的正交片断时频图案组，也就是指示不同的i值。不同小区独立进行，因而可能出现选择完全相同的i的情况。假设当前TTI小区A选择i＝3的正交组，小区B选择i＝6的正交组。
由于同一小区内的业务信道个数是4个，每个业务信道是由当前TTI所选正交片断时频图案组内的4个或5个片断时频图案组成，组成同一个业务信道的这几个图案可以为下标j连续的，也可以是不连续的。两个小区每个TTI可以随机选择业务信道占用的时频图案，比如小区A在当前TTI的业务信道1由{L03，L13，L23，L33}组成，业务信道2由{L43，L53，L63，L73}组成，业务信道3由{L83，L93，L103，L113}组成，业务信道4由{L123，L133，L143，L153}组成，小区B在当前TTI的业务信道1由{L36，L46，L56，L66}组成，业务信道2由{L76，L86，L96，L106}组成，业务信道3由{L116，L126，L136，L146}组成，业务信道4由{L156，L166，L06，L16}组成，这种情况下两个小区的任意两个业务信道的交点至多为4个。
例如，某个用户占用了小区B的第3个业务信道{L116，L126，L136，L146}，则L116={5,10,8,2},]]>L126={6,11,9,3},]]>L136={7,12,10,4},]]>L146={8,13,11,5},]]>如图2所示，它由4个片断时频图案组成，图中每种底纹代表一个时频图案。
对N不是素数或者素数减一的情形，如果仍采用Welch构造形成基准序列，则可以选择一个大于N的最小素数p生成长为p-1的Costas序列。比如N＝14时，采用大于14的最小素数p＝17，构造的Costas序列的p＝17种互不相交的循环频率移位将得到步骤100的多个序列，当序列中值域出现大于13的情况则去掉该值对应的时频平面中的点。
这种情况下，不同的片断时频图案组是采用不同时间平移的方式得到的；用户的业务信道分配的正交片断时频图案组内的时频图案是通过选取不同的循环频率移位量实现的。
另一方面，步骤100设置的时频图案也可以这样分组，每组内时频图案是由其第一个时频图案经过不同循环时移形成。不同组的第一个时频图案是L的不同循环频移。方式1映射的情况下，可以记为序列p(t，f，i)，i＝0，1，...，15；t＝0，1，2，...，16；f＝0，1，2，...，15，t表示频域循环移位量，f表示时域循环移位量。此时t用来标示不同的组，每组内时频图案是由其第一个时频图案经过不同循环时移形成。
仍由不同位置的窗宽为M＝4的时域滑动窗截取每个这样的长时频图案，都可以得到16种互不相交的长为4的片断时频图案，注意到固定频率移位t，其所有不同位置的时域滑动窗截取的片断组成的片断时频图案组是相同的，因而只需要固定时域滑动窗位置，遍历所有频率移位t即可。例如固定滑动窗位置为0，遍历所有频率移位t得到不同的正交片断时频图案组，共有17组，每组内16个片断时频图案，同组内的时频图案是由同一个长时频图案的不同时域循环移位生成。
这种情况下，不同的片断时频图案组是采用不同频率平移的方式得到的；用户的业务信道分配的正交片断时频图案组内的时频图案是通过选取不同的循环时间移位量实现的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种通信系统时频资源的分配方法，应用于使用正交频分复用技术的无线通信系统，其特征在于，该方法包括A、设置用于分配通信系统时频资源的一个以上的时频图案；B、截取时频图案的一种宽度或者多种宽度的循环滑动窗内的片断形成片断时频图案；C、根据得到的片断时频图案形成多个不同的片断时频图案组，每组内的片断时频图案互相正交；D、在每个传输时间区间内，随机变化选择一组或者一组以上的片断时频图案组；E、分配选定的片断时频图案组内的时频图案给该传输时间区间内的一个或者多个用户和/或业务信道。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括采用步骤E所述的时频图案发送数据流的过程发送方将要发送的一个或者多个用户和/或业务信道的数据流映射在相应的分配给一个或者多个用户和/或业务信道的时频图案上进行发送。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括采用步骤E所述的时频图案接收数据流的过程接收方根据步骤E所述的一个或者多个用户和/或业务信道占用的时频图案从接收的数据流中解映射出相应的一个或者多个用户和/或业务信道的数据。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述一个以上的时频图案满足二维相关性质由多个组构成，同一组内的时频图案互相正交，不同组的时频图案之间交点至多为一个。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤A所述的一个以上的时频图案是满足二维相关性质的组数最大的时频图案集合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述对时频图案进行片断截取的循环滑动窗为时间域的、或频率域的、或时间域和频率域组合的。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述对时频图案进行片断截取的一种宽度或者多种宽度的循环滑动窗采用固定时间或/和频率窗口位置的循环滑动窗。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述形成多个不同的片断时频图案组的过程为对每个给定的窗口宽度，固定滑动窗的位置，遍历由一个以上的时频图案形成的一个时频图案组内的互相正交的时频图案，得到由片断时频图案形成的对应的片断时频图案组内的互相正交的片断时频图案；再遍历一个以上的时频图案形成的多个时频图案组，则形成多个片断时频图案组。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D所述的随机变化选择是由小区指定的多值伪随机序列确定。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D所述在每个传输时间区间内，随机变化选择的一个或者一个以上的片断时频图案组的过程为随机变化选择的一个或者一个以上的片断时频图案组要无重叠地填满传输时间区间内的时频资源。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案给一个或多个用户和/或业务信道的方式根据每个传输时间区间随机变化。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当步骤A所述的一个以上的时频图案超出了无线通信系统占用的频域基本单元总个数时，在步骤B中进行窗宽为频域基本单元总个数的频域循环滑动窗的片断截取。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述的一个以上的时频图案通过设置的一个以上的序列生成，生成方式为设置的序列表示的时频图案是各基本时间单元对应的频率单元指标的映射；或者是各基本频率单元对应的时间单元指标的映射。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述通过设置的一个以上的序列生成一个以上的时频图案时，生成方式中的基本频率单元是一个子载频。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述设置的一个以上的序列是Costas序列、或者拉丁方序列、或者修改的拉丁方序列、或者线性双曲序列、或者修改的线性双曲序列。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，当所述序列为Costas序列时，该序列由Welch构造得到。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，当所述序列是Costas序列时，该方法进一步包括步骤C所述不同的片断时频图案组是采用对每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个时间平移，遍历不同的频移得到一个片断时频图案组内的互相正交的时频图案，再遍历不同的时间平移得到不同的片断时频图案组；步骤E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案给一个或者多个用户和/或业务信道是通过选取循环频率移位量实现的；或者步骤C所述不同的片断时频图案组是采用对每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个频率平移，遍历不同的时间平移得到一个片断时频图案组内的互相正交的时频图案，再通过遍历不同的频率平移得到不同的片断时频图案组；步骤E所述分配选定的正交片断时频图案组内的时频图案作为一个或者多个用户和/或业务信道是通过选取循环时间移位量实现的。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，当所述时频资源的时频图案是根据拉丁方序列、或者修改的拉丁方序列、或者线性双曲序列、或者修改的线性双曲序列形成时，该方法进一步包括步骤C所述不同的片断时频图案组是采用对每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个时间平移，遍历不同的乘法因子得到一个片断时频图案组内的互相正交的时频图案；再遍历不同的时间平移得到不同的片断时频图案组；步骤E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案给一个或者多个用户和/或业务信道是通过选取不同乘法因子的方式实现的；或者步骤C所述不同的片断时频图案组是通过对每个给定窗口宽度，固定滑动窗位置，对于一个乘法因子，遍历不同的时间平移得到一个片断时频图案组内的互相正交的时频图案，再遍历不同的乘法因子得到不同的片断时频图案组；步骤E所述分配选定的片断时频图案组内的时频图案作为用户的业务信道是通过选取时间平移量的方式实现的。
全文摘要
本发明公开了一种通信系统时频资源的分配方法，该方法包括A、设置用于分配通信系统时频资源的一个以上的时频图案；B、截取时频图案的一种宽度或者多种宽度的循环滑动窗内的片断形成片断时频图案；C、根据得到的片断时频图案形成多个不同的片断时频图案组，每组内的片断时频图案互相正交；D、在每个传输时间区间内，随机变化选择一组或者一组以上的片断时频图案组；E、分配选定的片断时频图案组内的时频图案给该传输时间区间内的一个或者多个用户和/或业务信道。该方法不需要任何资源规划，保持小区内干扰较小的同时，使得小区间干扰充分平均化。
文档编号H04L5/26GK1728695SQ20041005466
公开日2006年2月1日 申请日期2004年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者曲秉玉, 马莎 申请人:华为技术有限公司