专利名称：动态时频和码序列的资源分配方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及资源分配技术，特别涉及到在OFDM-CDMA多址系统中，包括时频资源和序列资源在内的动态信道分配方法及装置。
背景技术：
码分复用(CDMA)是近年来用于数字蜂窝移动通信的一种先进的无线扩频通信技术。码分复用(CDMA)系统采用直序扩频(DS-SS)，以克服信道中的频率选择性衰落，但其容量受限于多址干扰(简称MAI)，MAI来源于不完备的扩频码的自相关和互相关特性。一种在频率选择性衰落信道中抑制切普间干扰的方法是将CDMA技术和多载波调制，如正交频分复用(OFDM)技术相组合，形成各种OFDM-CDMA系统，以达到更高的频谱效率。多载波CDMA(MC-CDMA)和正交频域码分复用(OFCDM)就是OFDM-CDMA系统的典型代表。考虑到多载波CDMA系统中，正交扩频是在频域进行的特点，David Mottier和Damien Castelain在2000年9月在IEEE VTC’2000期刊第三卷中发表的“A spreadingsequence allocation procedure for MC-CDMA transmission systems”一文中，提到了在基于沃尔什(Walsh)码的多载波CDMA(MC-CDMA)系统中，提供的码序列分配的方法，以减少在非理想信道均衡情况下多信道间的MAI干扰。之后，Qinghua Shi和M.Latva-aho在2002年7月Electronicsletters中发表的“Simple spreading code allocation scheme for downlink MC-CDMA”一文中，基于沃尔什(Walsh)码在频域分布的特点，进一步提供了MC-CDMA系统中的，一个更简化的码序列分配方法。
基于CDMA技术和多载波调制技术，廖敬一，王海等人在“基于可变扩频和跳频的正交时频域的码分多址接入方法”的专利申请中提出了基于可变扩频和跳频的正交时频域的码分多址接入技术(VSFH-OTFCDM)。其思路就是利用跳频和变扩频因子在时频域共同控制正交码道，采用变速率正交扩频，并将扩频信息映射到时频域的子载波，并通过OFDM系统传输。在VSFH-OTFCDM系统中，时间、频率和正交扩频码共同组成了用于数据传输的信道资源。为减少多址干扰，应保证各信道在时间，频率和码域的相互正交性。
VSFH-OTFCDM接入方案和很多OFDM-CDMA多址系统类似，扩频信息都是在以一个或多个OFDM码元中的子载波进行传输，因此为减少多址干扰，多用户间的正交性也需要在时频域得以维持。以下定义一个信道由包含一个或多个时间频率块(TFB)上分配的一个正交扩频序列组成的传输单元。其中，每个时间频率块由时间域和频率域连续的或不连续的子载波组成，为便于信道均衡和系统设计，时间频率块的时间和频率范围应该小于信道相干时间和相干带宽。
当正交扩频码的扩频因子(SF)大于一个TFB块的总子载波数目时，一个信道的时频资源将由多个时间频率块(TFB)组成。按照选取的方法，信道的TFB块组成可以采用静态信道分配方法，即各个信道按预先设定好的方案或公式分配TFB块。这种分配方法的优点是资源分配方法简单，缺点是组成该信道的某些TFB块可能会遭遇到深衰落，从而影响系统性能。另一种信道组成的方法是采用动态信道分配的方法，组成信道的TFB块将可按照其信道特性分配给某信道，比如分配具有良好信道质量的TFB块，避免其遭遇深衰落的影响，从而提高系统性能。
但采用这种动态信道分配的方法，分配给各个信道的TFB块将在OFDM的时间频率域中呈现随机分布，特别当正交扩频码的SF因子大于一个TFB块的总子载波数目时，更需要有效对正交扩频码序列选取，以满足信道分配的时间，频率和码域的正交性，从而减少MAI干扰。也即要求新分配的信道在组成其信道的多个时间频率块的正交扩频码的分配应保证与在这些时间频率块中原有分配的扩频码的正交特性。在OFDM-CDMA多址系统中，当采用正交扩频码进行扩频传输时，其正交特性的维持与信道均衡的性能息息相关。需进一步提出在理想和非理想信道均衡等不同情况下，减少多信道间的MAI干扰的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种包括时频资源和序列资源在内的动态信道分配方法及装置，其中序列分配用于减少系统中的多址干扰。
按照本发明的一方面，一种动态时频和码序列的资源分配方法，包括步骤根据信道质量等参数寻找合适的时间频率资源块，完成对信道的时频资源分配；按照时间频率资源块中已分配的码序列信息，完成在分配的时间频率资源块中的码序列分配。
按照本发明的另一方面，一种动态时频和码序列的资源分配装置，包括调制模块304，对无信道编码或信道编码的信源信息302的调制处理；信道映射模块312，对调制信息进行正交扩频，并将扩频后的信息映射到分配的时频资源；富立叶反变换模块314，对信道映射后的信息进行IFFT处理，通过OFDM系统进行传输；TFB资源分配模块310，根据各TFB中的CQI信息来决定信道分配的TFB块；信道分配和码分配管理模块308，将存储并管理TFB中已分配码集的信息；序列分配模块306，根据管理模块308提供的在对应时频资源TFB块中已分配的码集信息，按照满足多信道码序列的正交特性，并减少多信道间的MAI干扰等需求，在分配的时频资源中完成序列分配。
本发明针对于OFDM-CDMA的多址系统，利用动态时频资源分配给信道具有良好信道质量的时间频率资源；当信道分配的时间和频率资源和其他信道的时频资源部分交叠时，通过码序列资源的合理分配，维护多信道的所有码序列在部分交叠的时间频率资源的正交特性，减少多信道间的MAI干扰，提高信号传输的质量。进一步提供了根据MAI功率对应函数作为判决条件，在非理想均衡情况下，减少多信道间的MAI干扰的方法。该MAI功率对应函数用于确定码序列间的相关程度。
图1是基于OFDM系统的信道的时频资源组成；图2是Walsh码序列组成；图3是基于OFDM-CDMA多址系统的动态信道分配模型；图4是基于OFDM-CDMA多址系统的动态时频资源和序列分配流程；图5是动态时频资源和序列分配实例(SF＝8，TFB子载波数＝4)。
具体实施例方式
本发明提供一种包括时频资源和序列资源在内的动态信道分配方法，其中序列分配用于减少系统中的多址干扰(Multiple Access Interference，MAI)。其核心思想是对于OFDM-CDMA的多址系统，利用动态时频资源分配给信道具有良好信道质量的时间频率资源；当信道分配的时间和频率资源和其他信道的时频资源部分交叠时，通过码序列资源的合理分配，维护多信道的所有码序列在部分交叠的时间频率资源的正交特性，减少多信道间的MAI干扰。进一步提供了根据MAI功率对应函数作为判决条件，在非理想均衡情况下，减少多信道间的MAI干扰的方法。该MAI功率对应函数用于确定码序列间的相关程度。基于OFDM-CDMA的多址系统，信道资源的分配将包括一个或多个时间频率资源块和码序列资源的分配。
本发明提及的动态的信道和序列分配方法主要针对OFDM-CDMA多址系统。如图1所示为基于OFDM时频资源的信道组成。图1-(a)，图1-(b)，图1-(c)分别为基于OFDM系统的信道的时频资源组成的三种方式。在图1所示的时频资源结构10中，由一个或多个子载波102构成一个时间频率块(TFB)104，其中图1-(a)中的时间频率块TFB由频域连续的多个子载波组成，图1-(b)中的时间频率块TFB由时间域连续的多个子载波组成，图1-(c)中的时间频率块TFB由时间和频率域连续的多个子载波组成。
分配在信道106的时频资源可以由一个或多个TFB块组成。采用OFDM-CDMA多址技术，扩频信息将利用由一个或多个TFB块组成的信道的时频资源进行传输。
当扩频因子SF大于一个TFB中的子载波数目后，一个信道将由多个TFB组成。当采用动态信道分配时，组成每个信道的多个TFB块将在OFDM的时间频率域中表现为随机分布。本发明将给出当扩频因子SF大于一个TFB中的子载波数目时的动态信道分配和码序列分配。
包括时频和序列资源在内的信道分配将共同完成对OFDM-CDMA多址系统中的包括时间，频率和扩频码在内的资源分配。其中，动态时间频率块(TFB)资源分配将可依赖信道质量信息(CQI)等参数进行分配。在动态时频资源分配情况下，针对理想均衡和非理想均衡等不同情况，将依据MAI干扰最小的码序列分配原则进行码序列分配。
当组成信道的扩频序列的扩频因子(Spread Factor，SF)大于一个TFB块中的子载波数目时，一个信道将由多个TFB组成。在动态时间频率块(TFB)资源分配下，可根据各TFB块的CQI值的大小等信息来确定组成一个信道的时间频率资源。其中，各TFB块的CQI值可以是该TFB块的信噪比(SNR)参数或者信干比(SIR)参数等。确定各TFB块的CQI值的方法可以是利用信道检测信息，对传输信息的盲检测，在时分双工(TDD)系统中更可利用信道对称特性等。
沃尔什(Walsh)序列被用于扩频传输，并在接收端利用Walsh序列的正交特性完成对扩频信息的解扩。图2为扩频因子SF为1，2，4，8下Walsh码序列组成方式。为了正确完成对在OFDM-CDMA系统中的扩频信息的正交解扩，要求能在接收端解扩时维持扩频信息的正交特性。假定系统在理想均衡情况下，也即接收端在对传输信道进行理想估计和信道均衡下，对于扩频因子SF不大于一个TFB中的子载波数目时，一个信道将由一个TFB组成，这种正交特性将在传输过程中不被破坏。而当扩频因子SF大于一个TFB中的子载波数目时，一个信道将由多个TFB组成，特别当动态时间频率块(TFB)资源分配下，组成每个信道的多个TFB块将在OFDM的时间频率域中表现为随机分布。这样，多个信道可能在时间频率资源中部分交叠，这样即使在理想均衡下，码序列的分配既需要考虑到在组成信道的TFB块中原有的码序列的分配，也需要考虑到沃尔什(Walsh)序列特性。下面将重点介绍理想均衡下码序列的组成方法。假定扩频因子SF＝8，也即扩频序列长为8，每个TFB块含有4个子载波，一个信道的时频资源将由2个TFB组成。
表1.分配的TFB资源和码序列实例
假定已有信道0和信道1被分配，其中，信道0占用TFB块A和C，并被分配的序列是A＝(a1，0a1，1a1，2a1，3a1，4a1，5a1，6a1，7)；信道1占用TFB块B和D，并被分配的序列是B＝(b1，0b1，1b1，2b1，3b1，4b1，5b1，6b1，7)。假定新分配的信道2将占用TFB块A和B，并假定将分配的序列为C＝(c1，0c1，1c1，2c1，3c1，4c1，5c1，6c1，7)。信道2将和信道0在TFB块A上部分交叠，信道2则将和信道1在TFB块D上部分交叠。假定S1、S2和S3分别为在信道0、1和2上传输的数据码元，令C′＝[c1，0，c1，1，c1，2，c1，3，0，0，0，0]，C″＝
，并令C1和C2分别表示序列C的前半部分和后半部分，即为C1＝c1，0，c1，1，c1，2，c1，3]，C2＝[c1，4，c1，5，c1，6，c1，7]。令表达式“表示为两个矢量间的点乘和。则按照正交解扩，为了维护信道分配的正交性，给新分配的信道2分配的码序列C将满足以下特性18A·(S1A+S3C′)=S1...(1)]]>18B·(S2B+S3C′′)=S2...(2)]]>由式(1)和(2)可推得，A·C′=0B·C′′=0...(3)]]>，也即要求序列A的左半部分和序列B的右半部分应和序列C的左半部分C1和右半部分C2分别正交。同时，因为码序列C＝[C1 C2]仍为Walsh序列，因此，C1和C2还将具有以下特点C2＝C1 or C2＝-C1 (4)结合表示式(3)和(4)，可推出码C的生成方法subject.C=[C1,C2]A·C′=0B=C′′=0C2=C1orC2=-C1...(5)]]>由表示式(5)说明当扩频因子SF大于TFB块中的子载波数时，传输扩频序列在多个TFB中传输，不同信道的TFB块资源产生交叠时扩频序列的分配原则，即当分配信道和已有信道在时频资源上有交叠时，应保证在时频资源上交叠处的码的正交特性。按照此原则进行码序列进行分配，将保证理想均衡下的码分配的正交特性，系统无MAI干扰。进一步可以确定理想均衡下的码序列分配方法当扩频因子SF大于TFB块中的子载波数时，在为某信道分配的各个可能的TFB块中，按照其上已分配的Walsh码的部分或全部序列，计算或查表得到与其正交的其他Walsh码的部分或全部序列；按照Walsh码的特性进行序列组合，如对于扩频因子SF为TFB块的子载波数的两倍的情况，只有满足条件(4)的序列可进行组合；继续针对分配给该信道中的多种TFB块组合中进行计算或查表，以确定最终分配的扩频序列。该方法可进一步用于扩频因子SF是TFB块的子载波数的整数倍(＞2)的情况，在这些情况中，组成信道的时频资源将包括多个(＞2)TFB块，动态正交序列资源分配将需要满足各信道在交叠的TFB块中的序列分配正交性。
在实际环境中，由于信道畸变等因素，造成MAI干扰，进而破坏Walsh码的正交性，破坏其正交译码。对于OFDM-CDMA组合的系统，信道均衡将在OFDM的频域完成。常用的检测技术，如等增益合并(Equal GainCombining，EGC)，最小均方差合并(Minimum Mean Square ErrorCombining，MMSEC)等方法可被用于对OFDM-CDMA组合系统进行信道均衡。但这些方法仍旧会造成一定的信道均衡偏差，从而带来MAI干扰，进而影响正交译码。以下将利用MAI功率对应函数进行判决，以确定信道中的码分配过程。具体地说，当与其他信道的时频资源产生部分交叠情况时，应保证找出的扩频码在时频资源上交叠处和已分配码集的正交特性；进一步根据在各信道分配的时频资源中已分配的码集，在剩余码集中按照MAI功率对应函数值最小的方法找出合适的扩频码，该MAI功率对应函数用于确定码序列间的相关程度。采用的寻求最小MAI功率对应函数用算式(6)表示。
ΩK(opt)=argminΩK∈Ω(max(-T(W(j,k)))j∈ΩK,K∈ΩK,j≠k)...(6)]]>其中T(x)=12Σi=0Nc-2|sgn(xi+1)-sgn(xi)|]]>其中，W(j，k)为第j，k序列相乘后得到的新向量，新向量的各向量单元是j，k序列对应单元的乘积值，ΩK为所有可能的码序列集合，T(x)表示向量x过零的转换次数。
图3为基于OFDM-CDMA多址系统的动态信道分配模型。无信道编码或信道编码的信源信息302经由调制模块304进行调制处理，在信道映射模块312，将完成对调制信息的正交扩频，并完成将扩频后的信息映射到分配的时频资源，完成信道映射后的信息将进行IFFT模块314处理，后通过OFDM系统进行传输。系统将根据已分配序列资源和信道条件等信息进行信道分配过程。其中，TFB资源分配模块310将根据CQI信息来决定；选择后的TFB块信息将传达给信道分配和码分配管理模块308；在信道分配和码分配管理模块308中，将存储并管理TFB中已分配码集的信息；序列分配模块306根据管理模块308提供的在对应时频资源TFB块中已分配的码集信息，并按照满足多信道码序列的正交特性，减少多信道间的MAI干扰等需求，在分配的时频资源中完成序列分配。序列分配将根据理想和非理想均衡情况按照各自流程完成。
基于OFDM-CDMA系统的动态时频资源和序列分配流程如图4所示。首先完成时频资源分配，即可根据信道质量CQI等信息寻找合适的TFB资源块400，并从中得出已分配的码序列信息402；之后完成在理想均衡下的码序列分配。在这一过程中，首先在模块404中判断新分配的TFB资源是否和已分配信道的TFB块资源是否交叠，若未交叠，则将根据Walsh序列的特性决定可分配的码序列408。若发生交叠，则可根据公式(5)寻找并合并可行的码序列406；在均衡情况410模块的判决中，若为理想均衡条件，则可输出找出的可行的TFB块集和码序列集合。若非理想均衡，则412将根据MAI功率对应函数(6)作为判决条件以寻找并确定最终的可行序列。
在上述理想和非理想均衡情况下，包括公式(5)中的序列选择和算式(6)中的MAI功率对应函数都只和序列本身有关，而不涉及到信道特性，可按照已分配的序列或其部分来选择，预先将不同序列的组合情况进行计算并存储，在动态信道分配中可通过查表较迅速得到需分配的序列信息。
实施例图5为扩频因子SF为8，TFB子载波数为4下，动态时频资源和序列分配实例。假定已有两个信道分别占用了OFDM码元1中的TFB块A和OFDM码元2中的TFB块D，两个信道分别占用了OFDM码元1中的TFB块B和OFDM码元2中的TFB块E，另两个信道也分别占用了OFDM码元1中的TFB块C和OFDM码元2中的TFB块F。图5中更进一步表示了在TFB块A，B，F中的已有的序列分配。假定在动态时间频率资源分配过程中，OFDM码元1中的TFB块A，B和OFDM码元2中的TFB块F满足要求。码序列的选择过程见表2，3。其中，表2列出了理想均衡情况下，按照公式(5)得出的TFB块和码序列分配的结果。可选的TFB块组合为{TFB-A，TFB-F}和{TFB-B，TFB-F}，在TFB块组合{TFB-A，TFB-F}中可选的码序列为c3或c4，在TFB块组合{TFB-B，TFB-F}中可选的码序列为c1、c2、c7或c8。
表3更进一步列出了非理想均衡情况下，按照公式(6)TFB块和码序列分配的结果。可选的TFB块组合为{TFB B，TFB F}。按照MAI功率对应函数得出的可选的码序列为c1或c2。
表2.理想均衡下可选的TFB块和码序列
表3.非理想均衡下可选的TFB块和码序列
本发明提供包括动态时频资源分配和序列分配的信道分配方法，利用动态时频资源分配给信道具有良好信道质量的时间频率资源，动态序列分配用于减少系统中的多址干扰(Multiple Access Interference，MAI)。提供在理想均衡情况下，维护多信道的所有码序列在部分交叠的时间频率资源的正交特性，减少多信道间的MAI干扰的序列分配方法。其中，序列分配应满足多信道分配中时频资源交叠部分的正交特性，之后通过序列组合完成序列分配，从而满足整个系统的序列分配的正交性。进一步提供在非理想均衡情况下，维护多信道的所有码序列在部分交叠的时间频率资源的正交特性，减少多信道间的MAI干扰的序列分配方法。其中，根据MAI功率对应函数作为判决条件，序列分配应满足多信道分配中时频资源交叠部分的正交特性，并且具有最小MAI功率的对应函数值，之后通过序列组合完成序列分配，减少系统中的多址干扰。提供理想均衡情况和非理想均衡情况下，动态时频资源分配和序列分配的信道分配流程。提供的分配方法只和序列本身有关，而不涉及到信道特性，因而可将这些参数预先计算并存储，在动态信道分配中可通过查表较迅速得到需分配的序列信息，便于系统应用。
权利要求
1.一种动态时频和码序列的资源分配方法，包括步骤根据信道质量等参数寻找合适的时间频率资源块(TFB块)，完成对信道的时频资源分配；按照时间频率资源块中已分配的码序列信息，完成在分配的时间频率资源块中的码序列分配。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述码序列分配包括判断新分配的时间频率资源块是否和已分配信道的时间频率资源块部分交叠；若无部分交叠，则根据满足序列的正交特性以决定分配的码序列。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述完成码序列分配包括如果判断新分配的时间频率资源块和已分配信道的时间频率资源块发生部分交叠；则根据交叠的时间频率资源块中已分配的码序列或部分码序列信息，在交叠的时间频率资源块中寻找可分配的且满足正交特性的码序列或部分码序列，并通过序列组合完成对整个新分配的时间频率资源块中的序列分配。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于还包括如果新分配的时间频率资源块和已分配信道的时间频率资源块发生部分交叠，且在非理想均衡下，在各时间频率资源块中分配的码序列或部分码序列集合中，寻找达到多址干扰(MAI)功率对应函数最小值的码序列或部分码序列；通过序列组合完成对整个新分配的时间频率资源块中的序列分配。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各时间频率块的信道质量值的大小确定组成一个信道的时间频率资源。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，组成一个信道的TFB块为一个或多个。
7.按权利要求3所述的方法，其特征在于，在Walsh正交序列分配中，当分配的序列的扩频因子(SF)等于2N，并等于组成信道的TFB块中子载波数目的两倍时，令C′＝[c1，0，c1，1，...，c1，N-1，0，0，...，0]，C″＝
，C1和C2分别表示序列C的前半部分和后半部分，C1＝[c1，0，c1，1，..，c1，N-1]，C2＝[c1，N，c1，N+1，...，c1，2N-1]，A和B分别表示已分配到序列C1和C2对应的TFB块中的序列。新分配序列C将为序列C1和C2的组合，并满足以下条件subject.C=[C1,C2]A·C′=0B·C′′=0C2=C1orC2=-C1]]>
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，序列选择只和序列本身有关。
9.按权利要求4所述的方法，其特征在于，在非理想均衡情况下，采用等增益合并和最小均方差合并等均衡方法。
10.按权利要求4所述的方法，其特征在于，寻求最小MAI功率对应函数用以下算式表示ΩK(opt)=argminΩK∈Ω(max(-T(W(j,k))))j∈ΩK,k∈ΩK,,j≠k]]>其中T(x)=12Σi=0Nc-2|sgn(xi+1)-sgn(xi)|]]>W(j，k)为第j，k序列相乘后得到的新向量，新向量的各向量单元是j，k序列对应单元的乘积值，ΩK为所有可能的码序列集合，T(x)表示向量x过零的转换次数。。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，MAI功率对应函数都只和序列本身有关，而不涉及到信道特性。
12.一种动态时频和码序列的资源分配装置，包括调制模块(304)，对无信道编码或信道编码的信源信息(302)的调制处理；信道映射模块(312)，对调制信息进行正交扩频，并将扩频后的信息映射到分配的时频资源；富立叶反变换(IFFT)模块(314)，对信道映射后的信息进行IFFT处理，通过OFDM系统进行传输；TFB资源分配模块(310)，根据各TFB中的CQI信息来决定信道分配的TFB块；信道分配和码分配管理模块(308)，将存储并管理TFB中已分配码集的信息；序列分配模块(306)，根据管理模块308提供的在对应时频资源TFB块中已分配的码集信息，按照满足多信道码序列的正交特性，并减少多信道间的MAI干扰等需求，在分配的时频资源中完成序列分配。
全文摘要
一种动态时频和码序列的资源分配方法，包括步骤根据信道质量寻找合适的时间频率资源块，完成对信道的时频资源分配；按照时间频率资源块中已分配的码序列信息，完成码序列分配。本发明对于OFDM－CDMA的多址系统，利用动态时频资源分配给信道具有良好信道质量的时间频率资源；当信道分配的时间和频率资源和其他信道的时频资源部分交叠时，通过码序列资源的合理分配，维护多信道的所有码序列在部分交叠的时间频率资源的正交特性，减少多信道间的MAI干扰，提高信号传输的质量。进一步提供了根据MAI功率对应函数作为判决条件，在非理想均衡情况下，减少多信道间的MAI干扰的方法。该MAI功率对应函数用于确定码序列间的相关程度。
文档编号H04J11/00GK1773897SQ200410090498
公开日2006年5月17日 申请日期2004年11月10日 优先权日2004年11月10日
发明者廖敬一, 王海, 赵英权 申请人:北京三星通信技术研究有限公司, 三星电子株式会社