专利名称：宽带正交频分复用系统中实现信道对称性的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及时分双工的宽带OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)系统，尤其涉及宽带OFDM系统中实现信道对称性的方法及装置。
背景技术：
OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，将频域内的给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，将高速的串行信号通过串并转换变换为多个并行的低速率的信号并通过上述的正交子信道完成信号传输。由于各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。
传统的TDD(Time Division Duplex，时分双工)系统采用相同的载波进行上下行传输，可以对上行方向的信道进行估计，在下行方向上利用已获得的信道估计值进行一些预处理操作，比如利用上行信道估计用户方向的信息，然后在下行方向上进行波束赋形。这样，传统的TDD系统具有上下行信道对称的特点。
在TDD的宽带OFDM系统中，用户可以使用多个子载波进行数据传输，即用户信息可以映射在多个子载波上并行传输。在多数情况下，同一个用户的上行与下行传输会映射到不同的子载波上，如果将上行传输所获得的信道估计值直接应用于该用户的下行传输，会影响信息传输的可靠性。而且，在现有技术中，上下行子载波的映射是分别独立进行的，一个方向上使用的子载波与另一个方向所使用的子载波不具有相关性。
可见，只有在极其偶然的情况下，当上下行传输所使用的各个子载波完全相同的时候，TDD的宽带OFDM系统才具有上下行的信道对称性。换言之，现有技术中TDD的宽带OFDM系统还不能实现上下行信道对称性。
发明内容
本发明要解决的是现有技术中TDD的宽带OFDM系统不具有上下行的信道对称性的问题。
本发明所述宽带时分双工正交频分复用OFDM系统中实现信道对称性的方法包括以下步骤通信节点在接收信息时获得信息传输所使用的分布式子载波的信道估计值；根据所获得的信道估计值，通过插值计算通信节点发送信息时可用子载波的信道估计值；通信节点由计算得出的信道估计值，进行信息发送时的预处理。
可选地，所述通过插值计算可用子载波的信道估计值具体为当发送时的可用子载波位于接收时获得信道估计值的子载波范围之内时，通过对获得的信道估计值进行向内插值，计算出发送时可用子载波的信道估计值。
可选地，所述通过插值计算可用子载波的信道估计值具体为当发送时的可用子载波位于接收时获得信道估计值的子载波范围之外时，通过对获得的信道估计值进行向外插值，计算出发送时可用子载波的信道估计值。
可选地，所述通过插值计算可用子载波的信道估计值具体为当发送时的可用子载波包括位于接收时获得信道估计值的子载波范围之内的部分和位于所述范围之外的部分时，通过对获得的信道估计值进行向内插值，计算出位于所述范围之内的部分发送时可用子载波的信道估计值；通过对获得的信道估计值进行向外插值，计算出位于所述范围之外的部分发送时可用子载波的信道估计值。
优选地，所述通信节点信息发送的子载波映射为子载波的局部式映射。
可选地，所述方法还包括通信节点在信息发送的预处理后，向与其通信的对端发送信息。
本发明提供了一种用于宽带时分双工正交频分复用OFDM系统的实现信道对称性的装置，包括接收子载波模块、可用子载波模块、计算模块和预处理模块，其中接收子载波模块用来从接收信息中获得信息传输所使用的分布式子载波的信道估计值；可用子载波模块用来确定信息发送时的可用子载波；计算模块用来根据接收子载波模块获得的信道估计值，通过插值计算出信息发送时可用子载波的信道估计值；预处理模块用来根据计算模块计算出的信道估计值，进行信息发送时的预处理。
可选地，计算模块计算信息发送时可用子载波的信道估计值的具体方法为当发送时的可用子载波位于接收子载波模块获得信道估计值的子载波范围之内时，通过对获得的信道估计值进行向内插值，计算出所述可用子载波的信道估计值；当发送时的可用子载波位于接收子载波模块获得信道估计值的子载波范围之外时，通过对获得的信道估计值进行向外插值，计算出所述可用子载波的信道估计值。
本发明还提供了一种应用实现信道对称性方法的基站，包括上行接收单元、处理单元和下行发送单元，其中上行接收单元用来接收上行信息，并获得上行信息所使用的分布式子载波的信道估计值；处理单元用来根据上行接收单元获得的上行信道估计值，通过插值计算出下行可用子载波的信道估计值；下行发送单元用来根据处理单元计算出的下行信道估计值，进行下行信息预处理和下行信息传输。
本发明还提供了一种应用实现信道对称性方法的用户终端，包括接收单元、运算单元和发送单元，其中接收单元用来接收信息，并获得信息所使用的分布式子载波的信道估计值；运算单元用来根据接收单元获得的信道估计值，通过插值计算出发送单元可用子载波的信道估计值；发送单元用来根据运算单元计算出的信道估计值，进行信息预处理和信息发送。
本发明利用接收信息中分布式子载波的信道估计值，通过插值运算得出发送时子载波的信道估计值，将其用于信息发送的预处理，在TDD宽带OFDM系统上下行所使用的子载波不完全相同的情况下，实现了信道的对称性。
图1为宽带OFDM系统中子载波的局部式映射示意图；图2为宽带OFDM系统中子载波的分布式映射示意图；图3为本发明所述实现信道对称性方法的流程图；图4为发送时的可用子载波位于接收时获得信道估计值的子载波范围之内时的子载波分配示例图；图5为发送时的可用子载波位于接收时获得信道估计值的子载波范围之外时的子载波分配示例图；图6为发送时的可用子载波部分位于接收时获得信道估计值的子载波范围之内，部分位于所述范围之外时的子载波分配示例图；图7为本发明所述实现信道对称性的装置的结构图。
具体实施例方式
在宽带OFDM系统中，进行信息传输前需要建立传输信息与子载波之间的映射关系。一般有如下两种映射方式其一是局部式映射(LocalizedMapping)，即使用连续的多个子载波；其二是分布式映射(DistributdMapping)，即使用非连续的多个子载波。如果用虚线表示未被本次信息传输使用的子载波，而用实线表示本次传输所使用的子载波，则局部式映射所使用的子载波如图1所示，而分布式映射所使用的子载波如图2所示。
局部式映射的主要优点是可以利用宽带OFDM系统的频率选择性，选择适合其信息传输的子载波组进行传输，同时使用链路自适应技术，让发送端通过改变信息的传输码率或者传输功率，来适应不同子载波上的信道特性。分布式映射的主要优点是可以利用宽带OFDM系统的频率分集，使用分布于整个系统带宽内的离散子载波进行信息传输，所使用的子载波分散得越远，获得的频率分集效果越明显。
局部式映射一般用于低速移动环境下的数据业务传输，此时信道的时变特性不明显；而分布式子载波一般用于高速移动环境下的数据业务传输和控制信息、反馈信息的传输，以适应高速情况下信道明显的时变特性，而且通过频率分集为控制信息和反馈信息提供快速的、可靠的传输。
在局部式映射方式下，用户使用多个连续的子载波进行信息传输。虽然根据TDD系统上下行信道的对称性，理论上上行与下行使用相同的子载波进行信息传输会获得较好的传输性能，但是由于上下行业务的不对称性特点，用户的上行传输与下行传输使用相同的子载波基本上是不可行的。
对于分布式映射来说，子载波离散地分布在频带内，所占用的频带较宽。如果上下行一个方向上使用分布式映射来进行信息传输，接收信息的通信节点就可以通过对接收信号进行信道估计，获得较宽频带上的信道特性，只要另外一个方向上传输所使用的频带位于获得信道估计值的带宽范围附近，就可以利用获得的信道估计值进行通信节点的发送预处理操作，进行另外一个方向上的信息传输，从而实现上下行信道的对称性。
图3所示为本发明所述实现信道对称性方法的流程图。在步骤S010，通信节点接收到与其通信的对端以子载波分布式映射方式发送的信息。
在步骤S020，通信节点记录接收信息所使用的子载波的起始位置a和终止位置b；在接收信息的同时，通信节点还获得接收信息所使用的多个分布式子载波的信道估计值。
记录子载波的起止位置a和b是为了标明接收信息所使用的分布式子载波的范围[a，b]。不失一般性，可以将子载波按照从低频到高频的顺序依次编号，则起始位置a为接收信息所使用的分布式子载波中频率最低的子载波的编号，终止位置b为频率最高的子载波的编号。
通信节点采用现有技术中的方法即可从接收信息中获得分布式子载波的信道估计值。
在步骤S030，通信节点确定发送信息时可用的子载波。
在步骤S040，判断发送时可用的子载波是否都位于[a，b]范围之内，如果是，执行步骤S050；如果否，执行步骤S060。
在步骤S050，利用获得的[a，b]范围内的多个分布式子载波的信道估计值，通过向内插值的方法，计算出发送时可用子载波的信道估计值，转步骤S090。
在步骤S060，判断发送时可用的子载波是否都位于[a，b]范围之外，如果是，执行步骤S070；如果否，执行步骤S080。
在步骤S070，利用获得的[a，b]范围内的多个分布式子载波的信道估计值，通过向外插值的方法，计算出发送时可用子载波的信道估计值，转步骤S090。
在步骤S080，发送时可用的子载波包括位于[a，b]范围之内的部分和位于[a，b]范围之外的部分。利用获得的[a，b]范围内的多个分布式子载波的信道估计值，通过向内插值的方法计算出位于[a，b]范围之内的部分发送时可用子载波的信道估计值；通过向外插值的方法计算出位于[a，b]范围之外的部分发送时可用子载波的信道估计值。
从步骤S040至S080，通信节点利用接收信息时获得的[a，b]范围内的多个分布式子载波的信道估计值，通过插值算法得出发送时可用子载波的信道估计值。本发明中通过插值算法来根据已知的某些子载波的信道特性，较为准确地估算其他未知子载波的信道特性，提供在上下行不同的子载波上实现信道对称性的基础。
采用何种插值算法可以根据本发明具体应用的设备和环境来确定，例如采用一次线性插值算法、二次插值算法等。插值算法在现有技术中已有多种实现方式，此处不再赘述。
在步骤S090，通信节点由计算出的发送时可用子载波的信道估计值，进行信息发送的预处理。
本步骤中根据信道对称来进行子载波映射，既可以采用局部式子载波映射方式，也可以采用分布式子载波映射方式。本发明推荐采用局部式子载波映射方式，因为这样可以尽可能地使通信节点发送时所使用的子载波位于接收时所使用的子载波范围内、或尽可能地接近接收时所使用的子载波范围，利用插值算法得到的这些子载波的信道估计值具有更高的准确度，从而更好地实现信道对称性。
另外，根据获得的各个子载波上的信道估计值，进行信息发送的预处理操作包括多种方式，比如进行链路自适应、波束赋形等。在进行波束赋形时，通信节点可以通过获得的各个子载波上的信道估计值计算波束赋形的权值。一种典型的波束赋形的权值计算方法是取信道估计值的共轭即可。在进行波束赋形时，通信节点使用计算出的权值，乘以需要发送的信息数据，获得预处理后的信息数据。
在步骤S100，通信节点向对端发送信息，实现上下行的信道对称。
本发明的上述方法可以用于根据上行传输的信道估计值进行下行传输，也可以用于根据下行传输的信道估计值进行上行传输。
以下举例说明通信节点如何根据接收方向所使用的子载波的信道估计值，来确定发送方向所使用的子载波。将子载波按从低频到高频排序后，通信节点接收方向所使用的分布式子载波的编号分别为15、20、25、30、35、40、45、50、55和60，则该子载波的起止位置分别为a＝15，b＝60。
图4所示为通信节点在发送方向可用的子载波位于[a，b]范围之内的情况。此时，可以利用从接收方向上获得的[a，b]范围之内的10个分布式子载波的信道估计值，由向内插值算法获得在发送方向的可用子载波的信道估计值。根据发送方向子载波的信道估计值计算结果，通信节点对发送信息进行预处理，并使用子载波的局部式映射方式，在编号为45至56的子载波上进行信息发送。
图5所示为通信节点在发送方向可用的子载波位于[a，b]范围之外的情况。此时，可以利用从接收方向上获得的[a，b]范围之内的10个分布式子载波的信道估计值，由向外插值算法获得在发送方向的可用子载波的信道估计值。根据发送方向子载波的信道估计值计算结果，通信节点对发送信息进行预处理，并使用子载波的局部式映射方式，在编号为61至72的子载波上进行信息发送。
图6所示为通信节点在发送方向可用的子载波部分位于[a，b]范围之内，部分位于[a，b]范围之外的情况。此时，可以利用从接收方向上获得的[a，b]范围之内的10个分布式子载波的信道估计值，由向内插值算法获得在发送方向位于[a，b]范围内的可用子载波的信道估计值，由向外插值算法获得在发送方向位于[a，b]范围外的可用子载波的信道估计值。根据发送方向子载波的信道估计值计算结果，通信节点对发送信息进行预处理，并使用子载波的分布式映射方式，在编号分别为6、10、14、18、22、26、30、34、38和42的子载波上进行信息发送，其中子载波6、10、14位于[a，b]范围之外，子载波18、22、26、30、34、38和42位于[a，b]范围之内。
图7所示为本发明所述的用于宽带OFDM系统的实现信道对称性的装置。计算模块720分别与接收子载波模块710、可用子载波模块730和预处理模块740连接，可用子载波模块730和预处理模块740连接。
接收子载波模块710从接收信息中获得接收方向本次信息传输所使用的分布式子载波的信道估计值，供计算模块720在计算下次发送时可用子载波的信道估计值时使用。
可用子载波模块730用来确定信息发送时的可用子载波。
计算模块720从接收子载波模块710读出接收方向获得的分布式子载波的信道估计值，确定接收方向所使用的分布式子载波的范围；根据从可用子载波模块730中得到的发送方向的可用子载波，通过插值计算出下次信息发送时可用子载波的信道估计值。当发送方向的可用子载波位于接收方向所使用的子载波范围之内时，对获得的信道估计值进行向内插值，计算出该范围内发送方向可用子载波的信道估计值；当发送方向的可用子载波位于接收方向所使用的子载波范围之外时，对获得的信道估计值进行向外插值，计算出该范围外发送方向可用子载波的信道估计值。
预处理模块740根据计算模块720计算出的信道估计值，结合可用子载波模块730输出的可用子载波，进行信息发送时的预处理。
本发明所述实现信道对称性的方法可以用于基站与用户终端之间的上下行传输，也可以用于用户终端之间的信息传输。
对应用本发明所述实现信道对称性的方法的基站，可以用上行接收单元、处理单元和下行发送单元来描述涉及子载波映射的部分。其中上行接收单元接收上行传输的用户信息，并获得上行信息传输所使用的分布式子载波的信道估计值；处理单元根据上行接收单元获得的上行信道估计值，通过插值计算出下行可用子载波的信道估计值；下行发送单元根据处理单元计算出的下行信道估计值，进行下行信息预处理和下行信息传输。
对应用本发明子载波映射方法的用户终端，可以用接收单元、运算单元和发送单元来描述涉及子载波映射的部分。其中接收单元接收发送至本用户终端的信息，并获得该信息传输所使用的分布式子载波的信道估计值；运算单元根据接收单元获得的信道估计值，通过插值计算出发送单元可用子载波的信道估计值；发送单元根据运算单元计算出的信道估计值，进行发送信息预处理和信息发送。
时分双工的宽带OFDM系统中分布式子载波映射方式可以提供较宽频带范围的信道估计值，本发明通过利用多个子载波的信道估计值来对另一个传输方向的子载波信道进行较为准确的估算，从而实现了上下行信道的对称性。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种宽带时分双工正交频分复用OFDM系统中实现信道对称性的方法，其特征在于，包括以下步骤通信节点在接收信息时获得信息传输所使用的分布式子载波的信道估计值；根据所获得的信道估计值，通过插值计算通信节点发送信息时可用子载波的信道估计值；通信节点由计算得出的信道估计值，进行信息发送时的预处理。
2.如权利要求1所述宽带时分双工OFDM系统中实现信道对称性的方法，其特征在于，所述通过插值计算可用子载波的信道估计值具体为当发送时的可用子载波位于接收时获得信道估计值的子载波范围之内时，通过对获得的信道估计值进行向内插值，计算出发送时可用子载波的信道估计值。
3.如权利要求1所述宽带时分双工OFDM系统中实现信道对称性的方法，其特征在于，所述通过插值计算可用子载波的信道估计值具体为当发送时的可用子载波位于接收时获得信道估计值的子载波范围之外时，通过对获得的信道估计值进行向外插值，计算出发送时可用子载波的信道估计值。
4.如权利要求1所述宽带时分双工OFDM系统中实现信道对称性的方法，其特征在于，所述通过插值计算可用子载波的信道估计值具体为当发送时的可用子载波包括位于接收时获得信道估计值的子载波范围之内的部分和位于所述范围之外的部分时，通过对获得的信道估计值进行向内插值，计算出位于所述范围之内的部分发送时可用子载波的信道估计值；通过对获得的信道估计值进行向外插值，计算出位于所述范围之外的部分发送时可用子载波的信道估计值。
5.如权利要求2至4任意一项所述宽带时分双工OFDM系统中实现信道对称性的方法，其特征在于所述通信节点信息发送的子载波映射为子载波的局部式映射。
6.如权利要求5所述宽带时分双工OFDM系统中实现信道对称性的方法，其特征在于，所述方法还包括通信节点在信息发送的预处理后，向与其通信的对端发送信息。
7.一种用于宽带时分双工正交频分复用OFDM系统的实现信道对称性的装置，其特征在于，包括接收子载波模块、可用子载波模块、计算模块和预处理模块，其中接收子载波模块用来从接收信息中获得信息传输所使用的分布式子载波的信道估计值；可用子载波模块用来确定信息发送时的可用子载波；计算模块用来根据接收子载波模块获得的信道估计值，通过插值计算出信息发送时可用子载波的信道估计值；预处理模块用来根据计算模块计算出的信道估计值，进行信息发送时的预处理。
8.如权利要求7所述用于宽带时分双工OFDM系统的实现信道对称性的装置，其特征在于，计算模块计算信息发送时可用子载波的信道估计值的具体方法为当发送时的可用子载波位于接收子载波模块获得信道估计值的子载波范围之内时，通过对获得的信道估计值进行向内插值，计算出所述可用子载波的信道估计值；当发送时的可用子载波位于接收子载波模块获得信道估计值的子载波范围之外时，通过对获得的信道估计值进行向外插值，计算出所述可用子载波的信道估计值。
9.一种应用权利要求1所述方法的基站，其特征在于，包括上行接收单元、处理单元和下行发送单元，其中上行接收单元用来接收上行信息，并获得上行信息所使用的分布式子载波的信道估计值；处理单元用来根据上行接收单元获得的上行信道估计值，通过插值计算出下行可用子载波的信道估计值；下行发送单元用来根据处理单元计算出的下行信道估计值，进行下行信息预处理和下行信息传输。
10.一种应用权利要求1所述方法的用户终端，其特征在于，包括接收单元、运算单元和发送单元，其中接收单元用来接收信息，并获得信息所使用的分布式子载波的信道估计值；运算单元用来根据接收单元获得的信道估计值，通过插值计算出发送单元可用子载波的信道估计值；发送单元用来根据运算单元计算出的信道估计值，进行信息预处理和信息发送。
全文摘要
本发明公开了一种宽带时分双工OFDM系统中实现信道对称性的方法，包括通信节点在接收信息时获得信息传输所使用的分布式子载波的信道估计值；根据所获得的信道估计值，通过插值计算通信节点发送信息时可用子载波的信道估计值；通信节点由计算得出的信道估计值，进行信息发送时的预处理。本发明利用接收信息中分布式子载波的信道估计值得出发送时子载波的信道估计值，在TDD宽带OFDM系统上下行所使用的子载波不完全相同的情况下，实现了信道的对称性。
文档编号H04L27/26GK1972257SQ200510124198
公开日2007年5月30日 申请日期2005年11月21日 优先权日2005年11月21日
发明者索士强, 王映民 申请人:上海原动力通信科技有限公司