专利名称：跳频ifdma通信系统的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及无线通信，特别地，涉及一种用于无线系统的改进的调制方案。
背景技术：
设计高级蜂窝系统的一个挑战性的方面是发展一种灵活的和有效的物理层调制方案。某些所需的物理层属性包括适度的峰均值功率比，以减少订户单元功率放大器的成本、尺寸和功耗；支持宽范围的数据速率，和基于接收信号质量改变数据速率的能力；支持自适应调制；支持宽带信道(例如，20MHz)的频率分集，即使是在以“窄带”数据速率发射时；和维持小区中的不同用户的传输之间的正交性的能力，以便于使小区内的干扰最小并且使容量最大。
交织频分多址(IFDMA)是一种多载波调制方法，其可以潜在地满足许多上文列出的关于物理层的标准。IFDMA采用正交频分复用(OFDM)和单载波调制的某些所需特性，并且将其组合为一种改进的调制类型。对于IFDMA，基带信号起初作为单载波正交相移键控(QPSK)或者正交幅度调制(QAM)符号流。由于IFDMA起初作为单载波方案(在成块和重复之前)，因此其具有与单载波调制相同的峰均值比，并且提供频率分集。然而，在IFDMA方案中，每个用户必须使用相同数目的子载波进行发射。此外，跳频的能力是不存在的。这阻碍了不同用户对不同数据速率的使用，并且限制了IFDMA在高级通信系统中的灵活性。因此，需要一种改进的调制方案，其提供高度的数据速率灵活性和跳频，同时保持正交性和低峰均值比。
图1是根据本发明的系统的框图；图2是说明图1中示出的系统的发射机的操作的流程图；图3说明了示例性的重复符号块；图4是说明图1的系统使用的调制方案的特性的表格；图5是说明在示例性操作情况下图1的系统用户占用的子载波的频率图；图6是可在图1中示出的系统中使用的第一示例性接收机的框图；图7是说明图6中示出的第一接收机的操作的流程图；图8是说明可在图1中示出的系统中使用的第二示例性接收机的框图；图9是说明图8中示出的第二接收机的操作的流程图；图10说明了在信道上发射的符号块的示例性序列；图11说明了关于多个系统用户的示例性符号块重复；图12说明了关于使用有理数倍数据速率的多个系统用户的示例性符号块重复；图13示出了说明关于块调制码的示例性信道化码分配的码树；图14是信道化码分配的方法的流程图；图15示出了说明关于相位斜波调制码的示例性信道化码分配的码树；图16说明了图1的系统中可包括的接收机接收的异步传输的相对时间位置；并且图17是说明处理异步传输的方法的流程图。
图18说明了利用时变调制码的跳频。
图19是示出通过利用时变调制码执行跳频的发射机的操作的流程图。
图20是示出接收跳频信号的接收机的操作的流程图。
具体实施例方式
为了解决上文提及的需要，此处提供了一种用于提供跳频IFDMA通信系统的方法和装置。通过利用时变IFDMA调制码，在IFDMA系统中发生了跳频。特别地，调制器接收符号流和用户专用IFDMA调制码(bi(t))。调制器的输出包括存在于特定频率或子载波的信号(xi(t))。信号xi(t)利用的实际子载波取决于符号块的重复和所利用的特定的IFDMA调制码。
本发明包括一种用于IFDMA通信系统中的跳频的方法。该方法包括步骤接收符号流，接收第一IFDMA调制码，并且在第一时间周期，使用第一IFDMA调制码调制符号流，以创建存在于第一频率集合处的信号。然后接收第二IFDMA调制码，并且在第二时间周期，使用第二IFDMA调制码调制符号流，以创建存在于第二频率集合处的第二信号。
此外，本发明包括一种用于IFDMA通信系统中的跳频的方法。该方法包括步骤接收符号流，并且通过改变每个第一和第二IFDMA符号周期中使用的IFDMA调制码，使符号流跳频。
此外，本发明包括一种用于在IFDMA系统中接收跳频信号的方法。该方法包括步骤，在第一多个信道上接收符号流，使用第一IFDMA调制码对符号流解调，在第二多个信道上接收符号流，并且使用第二IFDMA调制码对符号流解调。
此外，本发明包括一种装置，其包括符号块重复器，其输出块重复符号流；调制码向量生成器，其输出时变IFDMA调制码；和IFDMA调制器，其接收块重复符号流和时变调制码，并且输出存在于取决于IFDMA调制码的频率集合处的信号。
此外，本发明包括一种基带转换器，其接收跳频IFDMA信号，并且输出存在于多个频率的基带滤波信号，和一种解调器，其接收时变调制码和多个频率，并且基于时变调制码输出解调信号。
现在转到附图，其中同样的数字表示同样的部件，图1是根据本发明的示例性系统100的框图。系统100包括一个或多个发射机102，每个发射机对应于特定的用户，其通过一个或多个接收机104借助于通信信道106进行通信。通信信道106可以是多用户通信系统(诸如蜂窝系统、寻呼系统、移动无线电系统等)中的射频(RF)信道。多个用户(例如，N个用户)，诸如用户i、用户j和用户k，如所说明的，可以同时在信道106上发射数据。发射机102和接收机104可以是移动订户单元，诸如移动电话和寻呼机，和/或基站。发射机102和接收机104可以包括硬件和/或软件部件的适当的组合，用于实现本发明的调制方案。如所示出的，图1中说明的用户i的发射机102包括块重复器108、循环扩展设备110、调制器112、和脉冲整形滤波器114。如下文所将进一步详细描述的，接收机104包括用于使接收信号解调和均衡的过程。
此处针对IFDMA类型的系统中的用户可以具有不同的数据速率，并且可以存在跳频的情况，进一步描述了系统100。公开了实现关于不同数据速率的正交区分的两种编码技术(块调制码和相位斜波调制码)。还详细描述了在不同的用户之间保持正交性的条件，即，无多址干扰(MAI)。
对于IFDMA，基带信号起初作为单载波相移键控(PSK)或者正交幅度调制(QAM)符号流。该符号被分组为块，其在滤波(典型地使用根升余弦滤波器)和传输之前(经由重复器108)重复L次，其中L是整数。符号块的重复使得发射信号的频谱仅在特定的子载波频率处是非零的(即，每个第L个子载波)。因此，脉冲整形之前的发射信号频谱与仅针对正交频分调制(OFDM)信号的每个第L个子载波进行数据符号调制时所观察到的频谱相似。特别地，该类型的OFDM传输有时被称为梳状OFDM。然而，在脉冲整形之后，IFDMA频谱相比于OFDM更迅速地下降。由于信号在每L个子载波中仅占用一个子载波，因此总共L个不同的用户可以同时发射。本发明还适用于不同的用户使用不同的群尺寸的情况(例如，QPSK、M元QAM、8-PSK)。
只要1)IFDMA传输占用不同的子载波集合，其通过IFDMA用户专用调制码(bi(t))实现，2)将循环扩展(或者保护周期)添加到传输，其中循环扩展长于信道脉冲响应，并且3)信号在时间上与接收机104同步，则IFDMA传输保持正交。
因此，调制器112接收符号流和用户专用IFDMA调制码(bi(t))(有时简单地称为调制码)。调制器112的输出包括存在于特定频率的信号(xi(t))，或者子载波。信号xi(t)利用的实际的子载波取决于符号块的重复和所利用的特定的调制码。因此，通过改变调制码(b)，子载波集合改变。然而，应当注意，尽管改变bi(t)将改变所利用的用于传输的子载波，但是子载波的均匀间隔的性质仍将保留。因此，在本发明的优选实施例中，调制码向量生成器105周期性地输出依赖于用户的时变用户专用调制码。通过周期性地改变调制码bi，实现了关于特定用户的跳频。在本发明的优选实施例中，对于每个IFDMA符号，bi变化一次。因此，每个IFDMA符号占用不同的子载波集合。
现在转到图2，示出了说明图1的发射机102的操作的示例。对于移动通信系统100的单一小区中的每个活跃用户i，(i＝1，...，K)，执行Qi个数据符号的块传输d(i)＝[d0(i)，d1(i)，.，d(Qi-1)(i)]。
在步骤152中，将关于用户i的数据符号从串行符号形式转换为并行符号格式，并且其随后由块重复器108接收。在步骤154中，通过Qi个数据(例如，QAM)符号的块重复(Li次)，形成符号块。使用用户专用的块重复速率。块重复使发射信号占用的带宽增加Li倍，并且使得其频谱仅在每个第Li个子载波频率处是非零的(子载波间距＝1/QiLi)。图3中示出了重复符号块的示例。
在图2的步骤156中，在重复符号块的调制和脉冲整形之前，添加保护周期(包括前缀、后缀或此两者的循环扩展)。保护间隔和重复符号块一同形成了IFDMA符号，如图3中所示，其中保护间隔是循环前缀。保护间隔还可以在重复块的调制之后和脉冲整形之前添加。当使用长度为v的循环前缀并且时间索引被标注为从v到QiLi-1时，重复符号块的元素fi是fli=d(lmodQi)il=0...(QiLi-1)---(1)]]>在步骤158中，调制器112应用时变用户专用调制码。该调制码可以是满足此处公开的码分配条件的任何适当的码。在应用用户专用调制码之后，发射符号向量变为xlQi+qi=flQi+qi·blQi+qi=dqi·blQi+qil=0...(Li-1),q=0...(Qi-1)]]>x-li=fQiLi-li·b-lil=1...v---(2)]]>其中bli是分配给具有数据速率Ri(与Qi成比例)的用户i的调制码。
在下面的描述中，数据速率被定义为符号块中的符号数目与重复符号块中的符号的总数目的比，即数据速率＝符号块中符号数目/重复符号块中符号的总数目对于调制码和用户数据速率的正确选择，即使在多路径条件下，只要信道相对于重复符号块的时长缓慢变化，则可以保持不同数据速率用户之间的正交性。为了保持正交性，重复符号块的时长对于所有用户可以是相同的，即N＝QiLii(3)在步骤160中，针对符号向量执行并串转换。然后在信道106上发射之前，使用脉冲整形滤波器114对串行化的向量滤波(步骤162)。
本发明通过使用用户专用的数据块和重复尺寸，以及时变用户专用调制码，提供了多速率的传输，由此向不同的用户提供了不同的数据速率，并且因此提供了高度的数据速率灵活性以及跳频。其还保持了低的峰均值比，并且提供了关于用户专用调制码的两个选择(块调制码和相位斜波调制码)。即使在多路径信道中，这些调制码仍保持不同数据速率之间的正交性(即，小的MAI或者无MAI)。
现在，考虑具有带宽B的示例性系统和具有不同数据速率要求的四个用户。假设Rs是占用整个带宽B的单一的用户所能够获得的最大的数据速率。图4的表格180中给出了用户专用的数据速率要求。同样通过表格列出的是用户专用参数和关于本发明的多速率IFDMA的可能的码分配。本发明可以通过将用户专用符号块和重复尺寸以及用户专用调制码分配给不同的用户，完全满足不同的数据要求，如表格180中示出的。
在频域中，调制码具有使系统100的多种多速率用户的频谱交织的效果。图5中说明了交织的示例。具体地，图5示出了由此处公开的调制方案的四个用户占用的子载波的曲线图190。如由图5所看到的，向较高数据速率的用户(用户A)分配比其他的较低数据速率的用户(用户B、C、D)更多的带宽(子载波)。本发明不限于图5的示例说明的用户数目或者子载波分配方案。
接收机信号处理图6和图8示出了可用作图1的接收机104的两个可替换的接收机的架构。下文进一步详细讨论了这些架构中的每一个。然而，首先描述接收机104的一般操作。在传播通过多路径信道106并且通过加性高斯白噪声破坏之后的来自K个用户的组合接收信号的复包络由下式给出
yl=Σj=1KΣm=0Mxl-mj·pmj+nll=-v...(N-1)---(4)]]>其中pli=tl*hli*rl]]>是关于用户i的等效基带信道脉冲响应(CPR)(维度＝M+1)，其中hl＝等效低通信道冲激响应，tl＝等效发射机基带脉冲，rl＝等效接收机基带脉冲，并且nl＝接收机噪声(AWGN)。如上文所讨论的，接收信号在多个信道上传播，该多个信道取决于发射机当前所使用的调制码bli(t)。
接收机104可以选择式(4)中的接收信号的最后N个样本(即，在移除循环扩展之后)，以解调用户数据。关于用户i的解调过程由下列操作组成使信道脉冲响应pli均衡，使调制码bli(t)相关，和将Li次重复组合。依赖于操作的顺序，如下文描述的两个接收机结构是可行的。显而易见，bli(t)将与发射机当前使用的bli(t)相同，并且将逐帧地变化。在本发明的优选实施例中，改变bli(t)可能引起数据速率和/或信道当前利用的频率的改变。因此，如果数据速率改变，则bli(t)可以在传输过程中改变，或者特别地，可以逐帧地改变，用于跳频。
第一接收机架构图6示出了第一接收机结构200。在该架构中，在使信号同时变用户专用调制码相关之前，执行信道均衡。第一接收机200包括，RF-复基带转换电路204，其包括A/D转换器/采样电路、基带滤波器206、循环扩展移除器208、均衡器210、解调器212、符号块组合器214和符号判决设备216。解调器212、符号块组合器214和符号判决设备216执行它们的针对特定用户的功能。
图7是说明第一接收机200的操作的流程图230。在步骤232中，接收信号向下转换为复基带信号，其由A/D转换器/采样电路204滤波(镜像抑制，相邻信道抑制，避免混叠)和数字化。在步骤233中，基带信号是存在于多个频率处的基带滤波信号--典型地使用同发射脉冲整形滤波器匹配的匹配滤波器。在步骤234中，移除循环扩展。
在步骤236中，使用频域均衡技术，针对每个用户的信道响应，使来自所有用户的采样基带组合接收信号(在移除循环扩展之后--接收机中的关于1x过采样的N个样本)均衡。当每个用户使用正交的子载波集合时(由于用户专用块重复和调制码)，在频域中仅使用一个N点变换，可以同时使所有用户均衡。然而，均衡器系数对于每个用户是不同的，并且仅应用于该用户占用的子载波。因此，步骤236执行共同处理和用户专用处理的组合。可替换地，该均衡可以基于其他的技术，诸如线性横向时域均衡器、判决反馈均衡器、最大似然序列估计、迭代均衡器、符号间干扰(ISI)消除器和涡轮均衡器。
然后，在步骤238中，对于每个用户，通过解调器212使均衡信号码相关。在步骤240中，使相关信号组合，导致了Qi个发射符号的软估计z(i)。如果在发射机中使用了纠错编码，则可以将该软判决传递到前向纠错(FEC)解码器。在步骤242中，基于估计的符号做出逻辑判决，以确定符号值。该符号均可以包括一个或多个比特。
第二接收机架构图8示出了第二接收机结构260。在该架构中，在信道均衡之前执行同用户专用码的相关。第二接收机260包括RF-复基带转换电路264，其包括A/D转换器/采样电路、基带滤波器266、循环扩展移除器268、解调器270、符号块组合器272、均衡器274和符号判决设备276。解调器270、符号块组合器272、均衡器274和符号判决设备276执行它们的针对特定用户的功能。
图9是说明第二接收机260的操作的流程图280。图9示出了关于该类型的接收机结构260的接收机信号处理。在步骤282中，接收信号向下变频转换为复基带信号，其由A/D转换器/采样电路264滤波(镜像抑制，相邻信道抑制，避免混叠)和数字化。在步骤283中，对基带信号进行基带滤波，典型地使用同发射脉冲整形滤波器匹配的匹配滤波器。在步骤284中，移除循环扩展。
在步骤286中，对于每个用户，通过解调器270使来自所有用户的采样基带组合信号(在移除循环扩展之后)相关。在步骤288中，使用用户专用块重复使该相关信号组合。然后使所得到的信号(关于1x接收机过采样的Qi个样本)均衡(时域或频域)，导致了Qi个发射符号的软估计z(i)(步骤290)。可以使用多种技术实现均衡，包括线性横向时域均衡器、判决反馈均衡器、最大似然序列估计、线性频域均衡器、迭代均衡器、ISI消除器和涡轮均衡器。如果使用频域均衡，则对于每个用户，需要Qi点变换。在步骤292中，基于估计的符号做出逻辑判决，以确定符号值。该符号均可以包括一个或多个比特。
接收机分析下列分析基于图6中的第一接收机200。然而，此处得到的分析结果对于图8中示出的第二接收机260同样有效。
分析如下。假设glij是第j个用户的信道脉冲响应plj对等效的第i个用户均衡滤波器elj的响应，即glij=plj*ell.]]>因此，关于用户i的均衡接收信号样本由下式给出zli=Σj=1KΣm=0Mxl-mj·gmij+n~ll=0...(N-1)---(5)]]>为了得到关于正交用户区分的条件，假设无噪声传输(nl＝0)。
这样，zli=Σj=1KΣm=0Mxl-mj·gmijl=0...(N-1)---(6)]]>通过使均衡接收信号样本同对应的第i个用户的调制码bli相关，并且如下组合Li次重复中的信息，可以获得用户i发射的Qi个数据符号的估计，dqi^=Σl=0Ll-1zlQi=qi·(blQi=qi)*q=0...(Qi-1)]]>=Σj=1kΣmgmijΣl=0Li-1xlQi+q-mj·(blQi+qi)*---(7)]]>调制码选择此处描述了两种类型的调制码，块和相位斜波。下面的描述得到了所需用于保持系统100中的不同数据速率用户之间的正交性的条件和码。无论利用何种类型的调制码，允许独立的发射机/接收机的调制码是时变的，由此可以实现跳频。
块调制码假设关于用户i的调制码bli(t)具有如下形式，blQi+ql=cliq=0...(Qi-1),l=0...(Li-1)]]>b-qi=bN-qiq=1...v---(8)]]>其中将如下确定用于正交用户区分的信道化码向量 的属性(和值)。
由式(8)可以看到，关于用户i的调制码bli仅采用Li个不同的值，并且对于重复符号块中的符号块的第l次重复flQi+qiq=0...(Qi-1)]]>中的所有数据符号是恒定的(cli)，如图10的块序列300中示出的。因此由式(2)和式(8)，xlQi+qi=dqi·blQi+qi=dqi·clil=0...(Li-1),q=0...(Qi-1)---(9)]]>或者
其中(a)b＝a mod b和 是向下取整函数，在式(7)中使用式(8)，使用块调制码的用户i发射的Qi个数据符号的估计被给出为，dqi^=Σj=1KΣmgmijΣi=0Li-1xlQi+q-mj·(cli)*q=0...(Qi-1)---(11)]]>现在，考虑用户i的数据速率是用户j的整数倍的情况，即Qi＝wijQjwij＝正整数(12)Lj＝wijLi因此，由式(12)，当重复符号块的时长(N)对于所有用户相同时，关于用户i的数据块的重复次数(Li)比关于用户j的数据块重复次数(Lj)小wij倍，如图11中说明的。图11示出了关于用户i和用户j的示例性符号块重复310～320。使用式(10)和式(12)，对于用户j，可以示为，xlQi+q+Δj=d(q+Δ)Qjj·c(lwij+δj)Ljj,]]> l=0...(Li-1)q=0...(Qi-1)---(13)]]>在式(11)中使用式(13)，并且替换Δ＝-m，使用块调制码的用户i发射的Qi个数据符号的估计可以写为，dqi^=Σj=1KΣmgmij·d(q-m)QjjΣl=0Li-1·c(lwij+δj)Ljjc(l)Lii*q=0...(Qi-1)---(14)]]>现在，假设u和v是长度为L的周期性序列。u和v之间的周期性互相关由下式给出，Ruv(a)=Σl=0L-1ul·v(l+a)L*a=0...(L-1)---(15)]]>定义ulj=c(lwij+δj)Ljjandvli=c(l)Lii*l=0...(Li-1)---(16)]]>式(14)可被重新写为，dqi^=Σj=iKΣmgmij·d(q-m)QjjRuvji(0)q=0...(Qi-1)---(17)]]>由式(16)，序列ulj是利用δj作为抽取相位通过wij得到的clj的抽取版本。现在，由式(17)，关于无MAI或者正交用户区分的条件是，Ruvji(0)={0∀i≠j,∀δjK,aconsti=j---(18)]]>即，不同数据速率用户的块调制码之间的抽取周期性互相关的零滞后分量对于所有抽取相位必须是零。
在上面的分析中，假设在接收机处同步接收用户传输(参看式(4))。对于异步用户的情况(循环扩展是足够长的，能够容忍用户之间的相对信号到达延迟的最坏情况和信道脉冲响应时长)，可以看到，对于无MAI，抽取周期性互相关序列的所有滞后(移位)必须也是零。因此，通常，关于无MAI的条件是，Ruvji(α)=0i≠j,∀δj,∀α---(19)]]>
基于式(19)，使用块调制码(式(17))的用户i发射的Qi个数据符号的估计减小至，dqi^=Σigmij·d(q-m)QiiRuvii(0)q=0...(Qi-1)---(20)]]>对于理想的均衡(完全消除符号间干扰-ISI)或者在非多路径的情况中，gmii={K,aconstm=00m≠0---(21)]]>...dqi^=K·d(q)Qiiq-0...(Qi-1)---(22)]]>相似地，可以看到，如果满足式(19)中的条件，则在较低数据速率用户j的解调中不会导致MAI(式(17))。
总结式(3)、(12)和(19)，在使用式(8)中定义的块调制码的多路径信道中，用于正交用户区分，并且因此对于不同数据速率的用户不存在MAI的条件为1.所有用户的重复符号块的时长是相同的，N＝QiLi-QjLji，j2.关于所有用户的数据速率互为整数倍(K)或者整数的倒数(1/K)，Qi=wijQjorQi=1wijQj,]]>ΣiQi≤N,]]>wij＝正整数i，j3.所有用户的信道化码向量cLi，i和cLj，j之间的抽取周期性互相关序列的所有滞后(移位)是零，Ruvji(α)=0i≠j,∀δj,∀α]]>
关于用户之间的有理数倍数据速率的扩展上文给出的关于块码的正交性条件可被扩展为支持具有有理数倍数据速率的用户，即，如图12中示出的有理数的符号块重复因数，其中，Qi＝wijQjor Lj＝wijLi，ΣiQi≤N,]]>wij＝正有理数i，j图12中说明了重复符号块中的用户i(330～334)和用户j(336～340)的符号块重复的示例。利用正交用户区分支持有理数倍的用户数据速率，诸如图12中的wij＝3/2，提高了用于支持宽范围的用户数据速率要求的调制灵活性。下面是使用块调制码的多路径信道中，用于正交用户区分，并且因此对于不同数据速率的用户不存在MAI的更新的条件。
1.所有用户的重复符号块的时长是相同的，N＝QiLi＝QjLji，j2.关于所有用户的数据速率互为有理数倍，Qi＝wijQjor Lj＝wijLi，ΣiQi≤N,]]>wij＝正有理数i，j3.对于所有可能的抽取相位，所有用户的抽取信道化码向量cLi，i和cLj，j之间的周期性互相关序列的所有滞后(移位)必须是零，Ruvji(α)=0i≠j,∀δi,δj,∀α]]>关于每个码向量的抽取因数具有如下形式，Mr=Lrβij,]]>r＝i，j其中βij＝gcd(Li，Lj)gcd＝最大公因数并且ulj=c(lMj+δj)Ljjandvli=c(lMi+δi)Lii*l=0...(βij-1)]]>其中δi和δj是抽取相位，并且Ruvji(α)=Σl=0βij-1ulj·v(l+α)βiji*α=0...(βij-1)]]>
块信道化码再次参考用于正交用户区分的条件，满足条件#3的正交性要求的特定的信道化码族，基于L维离散傅立叶变换(DFT)矩阵(CL)的行， 通过正确地分配基于DFT的信道化码cL，k，对于满足条件#2的不同数据速率用户，可以实现多路径信道中的正交用户区分，然而大量的分配方案是可行的。在图13中示出了使用码树结构350～380的数个信道化码分配的示例。
如可由图13中的示例码树350～380看到的，原则上，通过将树中的每个节点(处于特定的阶段)细分为b个分支，宽范围的数据速率是可行的。这样，通过每个后继分支实现的数据速率比其父分支的数据速率小b倍。处于码树中的相同深度的所有码具有相同的重复因数，并且因此占用相同数目的子载波。因此，使用码树中的相同深度处的任何码可实现的数据速率是相同的。然而，任何码占用的子载波与码树中相同深度处的所有其他的码占用的子载波是正交的。因此，通过正确地分配遵守下列规则和约束的一个信道化码，可以支持具有不同数据速率要求的用户1.当使用特定的码时，不能使用从该码到根的路径上的和该码下面的子树上的其他码，并且2.树中任何深度处的所有码是关于该维度(L)的DFT基本函数的集合(CL＝{cL，k})。
当发射机/接收机之间利用的码是时变的时候，满足上面的约束的复杂性增加。在本发明的优选实施例中，对于每个IFDMA符号，向量生成器105将用于每个发射机102的特定的信道化码改变一次，确保满足上面的约束。
图14示出了概述用于信道化码分配的方法的流程图400。在步骤401中，接收用户数据速率要求。在步骤402中，确定满足用户数据速率要求的码树中的深度。在判决步骤404中，进行检查以确定当前在所请求的数据速率处是否能够获得任何未使用的码。如果是这样，则将用户分配到可用的码，并且从所分配的码到根的路径上的所有码以及所分配的码下面的子树上的所有码被标注为不可用的(步骤408)。
如果在请求的速率处没有可用的码，则可以重新调度用户，以在晚些时间传输，或者可替换地，可以向用户分配对应于较高或较低数据速率的码(步骤406)。
相位斜波调制码关于相位斜波调制码的分析与上文描述关于块调制码的分析相似。假设关于用户i的调制码bli具有下列形式，bli=e-jlθil=-v...(N-1)---(24)]]>其中确定所需用于正交用户区分的信道化码θi的属性(和值)。由式(24)，关于用户i的调制码bli的相位在整个符号时长中线性增加。因此，由式(2)和(24)，xlQi+qi=dqi·blQi+qi=dqi·exp[-j(lQi+q)θi]l=0...(Li-1),q=0...(Qi-1)---(25)]]>或者xli=d(l)Qiie-jlθil=0...(N-1)---(26)]]>其中(a)b＝a mod b。
在式(7)中使用式(24)，使用相位斜波调制码的用户i发射的Qi个数据符号可被写为，d^qi=Σj=1KΣmgmijΣl=0Li-1xlQi+q-mj·(e-j(lQi+q)θi)*q=0...(Qi-1)---(27)]]>现在，类似于块调制码，考虑用户i的数据速率是用户j的数据速率的整数倍的情况，即Qi＝wijQiwij＝正整数(28)Lj＝wijLi因此，由式(28)，由于对于所有用户，重复符号块的时长(N)是相同的，因此关于用户i的符号块重复的次数(Li)比关于用户j的符号块重复的次数(Lj)小wij倍。
使用式(26)和式(28)，对于用户j，可以示为xlQi+q+Δj=d(q+Δ)Qjje-j(lQi+q+Δ)θj---(29)]]>在式(27)中使用式(29)，并且替换Δ＝-m，使用相位斜波调制码的用户i发射的Qi个数据符号的估计可以写为，d^qi=Σj=1KΣmgmij·d(q-m)QjjΣl=0Li-1·e-j(lQi+q-m)θj·ej(lQi+q)θiq=0...(Qi-1)---(30)]]>或者d^qi=Σj=1KΣmgmij·d(q-m)Qjj·ejmθjejp(θi-θj)·Σl=0Li-1·ejlQi(θi-θj)q=0...(Qi-1)---(31)]]>由式(31)，关于无MAI或者用于正交用户区分的条件是，
Σl=0Li-1·ejlQi(θi-θj)={0∀i≠jK i=j∀Qi---(32)]]>由式(32)，满足式(31)的使用相位斜波调制码的用户i发射的Qi个数据符号的估计减少至dqi^=KΣmgmij·d(q-m)Qiiejmθiq=0...(Qi-1)---(33)]]>对于理想的均衡(完全消除符号间干扰-ISI)或者在非多路径的情况中，如由式(21)指出的，dqi^=K·d(q)Qiiq=0...(Qi-1)---(34)]]>同样地，可以看到，如果满足式(32)中的条件，则在较低数据速率用户j的解调中不会导致MAI(式(28))。
因此，总而言之，由式(3)、(28)和(32)，在关于使用式(24)中定义的相位斜波调制码的不同数据速率用户的多路径信道中，用于正交用户区分，并且因此关于不存在MAI的条件为1.所有用户的重复符号块的时长是相同的，N＝QiLi＝QjLji，j2.关于所有用户的数据速率互为整数倍(K)或者整数的倒数(1/K)，Qi＝wijQj或Qi=1wijQj]]>wij＝正整数i，jΣiQi≤N]]>3.关于所有用户的调制码(并且因此信道化码)必须满足
Σl=0Li-1ejlθi(θi-θj)={O∀i≠jK i=j∀Qi]]>关于用户之间的有理数倍数据速率的扩展如同块调制码，上文给出的关于相位斜波码的正交条件可被扩展为支持具有有理数倍数据速率的用户，即，如图12中示出的有理数的符号块重复因数。利用正交用户区分支持有理数倍的用户数据速率，提高了用于支持宽范围的用户数据速率要求的调制灵活性。下面是使用相位斜波调制码的多路径信道中，用于正交用户区分，并且因此对于不同数据速率的用户不存在MAI的更新的条件1.所有用户的重复符号块的时长是相同的，N＝QiLi＝QiLii，j2.关于所有用户的数据速率互为有理数倍，Qi＝wijQj或Lj＝wijLi，ΣiQi≤N,]]>wij＝正有理数i，j3.关于所有用户的调制码(并且因此信道化码)必须满足Σl=0βij-1ejlQi(θi-θj)={0∀i≠jk i=j∀Qi,]]>K＝常数其中βij＝gcd(Li，Lj)gcd＝最大公因数。
相位斜波信道化码满足上文条件3中的正交性要求的信道化码具有下列形式，θi=θLi,i=2πiQiLi=2πiN---(35)]]>因此，通过正确地分配信道化码θLi，i，对于满足条件2的不同数据速率用户，可以实现多路径信道中的正交用户区分。然而，与块调制码相似，存在大量的可行的分配方案。在图15中示出了使用码树结构420～450的数个信道化码分配的示例。
如可由图15中的示例看到的，通过将树中的每个节点(处于特定的阶段)细分为b个分支，宽范围的数据速率是可行的。这样，通过每个后继分支实现的数据速率比其父分支的数据速率小b倍。处于码树中的相同深度的所有码具有相同的重复因数，并且因此占用相同数目的子载波。因此，使用码树中的相同深度处的任何码可实现的数据速率是相同的。然而，任何码占用的子载波与码树中相同深度处的所有其他的码占用的子载波是正交的。因此，通过正确地分配遵守如下条件的一个信道化码，可以支持具有不同数据速率要求的用户，该条件是，当使用特定的码时，不能使用从该码到根的路径上的和该码下面的子树上的其他码。通过逐个用户地改变码，支持跳频。
如同块信道化码的使用，当发射机/接收机之间利用的码是时变的时候，满足上面的约束的复杂性增加。在本发明的优选实施例中，对于每个IFDMA符号，向量生成器105将用于每个发射机102的特定的信道化码改变一次，确保满足上面的约束。
图14的流程图400示出了信道化码分配的方法，其对于块调制码和相位斜波调制码是相同的。
上文使用块调制码和相位斜波调制码得到的关于正交用户区分的条件对于接收机中的反向顺序的操作同样有效，即，如图8所示的在码相关之后执行均衡的情况。此外，使用频域均衡技术，可以一次使所有用户均衡。
异步用户对于异步用户的情况，需要长度大于用户之间的最坏情况的相对信号到达延迟(PD)的额外的保护周期，以便于保持正交性。然后接收机选择N个符号样本(假设1x过采样)的适当的时间位置(窗口)，其对于所有用户免受多址干扰(MAI)。图16示出了关于三个异步用户的情况。
可以看到，对于长度为v的循环扩展和用户i相对于参考用户(即用户A)的相对延迟/提前Δi，无MAI时间窗口的可能的开始位置Δ(相对于参考用户)满足下列关系，Δmax+v≤Δ≤PD+Δmin+v，Δmax＝max(Δi)，Δmin＝min(Δi)(36)因此，由式(36)，对于相对延迟小于最大延迟PD时的情况，多个未被破坏的N个符号样本窗口是可行的。接收机可以选择这些采样实例中的任何一个用于进一步的处理。
图17示出了对于异步用户的情况，关于时间窗口选择过程的流程图480。在步骤401中，接收机104接收信号。在步骤482中，计算用户相对于参考用户的相对延迟。由这些相对延迟，确定最小延迟和最大延迟(步骤484)。在步骤486中，确定无MAI的可能的窗口时间起点。在步骤488中，选择来自该窗口的样本。在步骤489中，将这些样本提供给接收机的均衡和码相关功能，如结合图5～8描述的。
额外的冗余样本可以用作边信息，用于提高接收的信噪比，并且因此提高接收机中的检测器性能。还应当注意，在前向纠错解码之前，可以使用依赖于用户的解调数据符号的旋转。
用于实现多速率用户的可替换的方法是，将不止一个码分配给特定的用户，并且线性组合单独的码调制信号。然而，该方案可能受到由于调制信号的线性加和引起的大的峰均值比的困扰。此外，其他的多址协议，诸如时分多址(TDMA)或码分多址(CDMA)协议，可以结合此处描述的多速率IFDMA方案使用，或者在此处描述的多速率IFDMA方案之上运行。
图18说明了通过改变用户专用调制码的跳频。为了简化，图19说明了关于四个用户的情况，每个用户具有相同的数据速率和不同的信道化码分配。显而易见，当未利用跳频时，用户专用调制码(bi(t))对于每个用户保持固定。这导致了发射机的发射信号，对于所有的IFDMA符号周期，在特定的子载波频率处(即，在图19的示例中，每第4个子载波)非零。因此，在脉冲整形之前，对于每个用户，发射信号的频谱占用了所有符号周期上的相同的子载波，并且与仅针对正交频分调制(OFDM)信号的每第4个子载波进行数据符号调制时观察到的情况相似。
另一方面，当允许bi(t)随时间变化时，并且特别地，当允许bi(t)针对每个IFDMA符号周期变化时，发生了跳频。应当注意，对于每个符号周期，关于每个发射机的发射信号，与仅针对正交频分调制(OFDM)信号的每第4个子载波进行数据符号调制时观察到的情况相似。因此，对于每个符号周期，用户的传输消耗了所有可用的带宽。显而易见，改变关于每个IFDMA符号周期的bi(t)，导致了发射机的传输的跳频，同时仍保持传输的OFDM性质。特别地，关于图19中的每个发射机的发射信号占用了每第4个子载波(均匀间隔)。通过针对每个IFDMA符号改变用户专用调制码(bi(t))，同时通过正确地分配信道化码保持用户之间的正交性，相比于前一IFDMA符号，每个发射机的发射信号占用不同的子载波集合，其相等地通过每第4个子载波间隔。特别地，在图19中，特定的符号处占用的子载波是前一符号中占用的子载波的循环移位，其中循环移位是一个子载波。
图19是示出发射机的操作的流程图。该逻辑流程开始于步骤1901，其中在第一时间周期中，用户的块重复符号流由调制器112接收。在步骤1903中，第一IFDMA调制码由调制器接收，并且在步骤1905中，利用第一调制码调制符号流。如上文讨论的，调制器112的输出包括存在于第一频率或子载波集合处的信号。信号利用的实际的子载波取决于符号块的重复和所利用的特定的调制码。
在步骤1907中，在第二时间周期中接收第二IFDMA调制码，并且在第二时间周期中利用第二调制码调制符号流(步骤1909)，创建了存在于第二频率或子载波集合处的信号。如上文讨论的，优选地，第一和第二时间周期对应于第一和第二连续的符号周期。该过程在符号流的传输过程中继续，由此对于每个符号周期，利用唯一的IFDMA调制码。
IFDMA信道化码跳跃是有利的，原因在于，其导致了增加的频率分集，并且由于使用不同的信道化码时占用的子载波改变，因此其还改善了其他小区干扰的干扰均匀化。因此，使用IFDMA码树中的相同水平处和/或相同水平处的IFDMA子树处的信道化码的不同用户，可以每个符号或者每数个符号迁移一次，由此实现了额外的干扰均衡化和频率分集。用户将在每次跳跃中占用不同的子载波集合。
图20是示出接收机接收跳频IFDMA信号的操作的流程图。该逻辑流程开始于步骤2001，其中在第一帧中，在基带转换器204处接收来自用户i的在第一多个信道上传播的信号。如上文讨论的，该多个信道取决于发射机当前使用的调制码bli(t)。在步骤2003中，使用第一IFDMA调制码对信号解调。如所讨论的，关于用户i的解调过程由下列操作组成，使信道脉冲响应pli均衡，使调制码bli(t)相关，和将Li次重复组合。
在步骤2005中，在第二帧中接收信号，然而，在第二帧中，在第二多个信道上接收信号。最后，在步骤2007中，使用第二IFDMA调制码对信号解调。
尽管已示出和描述了本发明的具体实施例，但是本领域的技术人员应当认识到，可以以多种方式修改所公开的发明，并且可以设想许多不同于上文具体描述的实施例。因此，本发明的范围由所附权利要求限定，并且等效方案的意义和范围内的所有变化方案涵盖于其中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种用于IFDMA通信系统中的跳频的方法，所述方法包括如下步骤接收符号流；接收第一IFDMA调制码；在第一时间周期，使用第一IFDMA调制码调制符号流，以创建存在于第一频率集合处的信号；接收第二IFDMA调制码；并且在第二时间周期，使用第二IFDMA调制码调制符号流，以创建存在于第二频率集合处的第二信号。
2.权利要求1的方法，其中第一和第二时间周期包括第一和第二符号周期。
3.权利要求1的方法，其中接收第一和第二IFDMA调制码的步骤包括以下至少一个步骤接收第一和第二IFDMA块调制码，或接收第一和第二IFDMA相位斜波调制码。
4.一种用于IFDMA通信系统中的跳频的方法，所述方法包括如下步骤接收符号流；并且通过改变第一和第二IFDMA符号周期的每个周期中使用的IFDMA调制码，使符号流跳频。
5.权利要求4的方法，其中改变IFDMA调制码的步骤包括以下至少一个步骤改变IFDMA相位斜波调制码，或改变IFDMA块调制码。
6.一种用于在IFDMA系统中接收跳频信号的方法，所述方法包括如下步骤在第一多个信道上接收符号流；使用第一IFDMA调制码对所述符号流解调；在第二多个信道上接收所述符号流；并且使用第二IFDMA调制码对所述符号流解调。
7.权利要求6的方法，其中第一和第二符号流是在第一和第二帧上接收的。
8.权利要求7的方法，其中使用第一和第二IFDMA调制码的步骤包括以下至少一个步骤使用第一和第二IFDMA块调制码，或使用第一和第二IFDMA相位斜波调制码。
9.一种装置，包括符号块重复器，其输出块重复符号流；调制码向量生成器，其输出时变IFDMA调制码；和IFDMA调制器，其接收所述块重复符号流和所述时变调制码，并且输出存在于取决于所述IFDMA调制码的频率集合处的信号。
10.权利要求9的装置，其中所述IFDMA调制码包括块调制码或者相位斜波调制码。
11.权利要求9的装置，其中所述时变IFDMA调制码包括逐帧改变的IFDMA调制码。
12.一种装置，包括基带转换器，其接收跳频IFDMA信号，并且输出存在于多个频率的基带滤波信号；和解调器，其接收时变调制码和所述多个频率，并且基于所述时变调制码输出解调信号。
13.权利要求12的装置，其中所述时变调制码包括以下至少一个时变块调制码，或时变相位斜波调制码。
14.权利要求12的装置，其中所述跳频IFDMA信号是逐帧跳频的。
权利要求
1.一种用于IFDMA通信系统中的跳频的方法，所述方法包括如下步骤接收符号流；接收第一IFDMA调制码；在第一时间周期，使用第一IFDMA调制码调制符号流，以创建存在于第一频率集合处的信号；接收第二IFDMA调制码；并且在第二时间周期，使用第二IFDMA调制码调制符号流，以创建存在于第二频率集合处的第二信号。
2.权利要求1的方法，其中第一和第二时间周期包括第一和第二符号周期。
3.权利要求1的方法，其中接收第一和第二IFDMA调制码的步骤包括接收第一和第二IFDMA块调制码的步骤。
4.权利要求1的方法，其中接收第一和第二IFDMA调制码的步骤包括接收第一和第二IFDMA相位斜波调制码的步骤。
5.一种用于IFDMA通信系统中的跳频的方法，所述方法包括如下步骤接收符号流；并且通过改变第一和第二IFDMA符号周期的每个周期中使用的IFDMA调制码，使符号流跳频。
6.权利要求5的方法，其中改变IFDMA调制码的步骤包括改变IFDMA相位斜波调制码的步骤。
7.权利要求5的方法，其中改变IFDMA调制码的步骤包括改变IFDMA块调制码的步骤。
8.一种用于在IFDMA系统中接收跳频信号的方法，所述方法包括如下步骤在第一多个信道上接收符号流；使用第一IFDMA调制码对所述符号流解调；在第二多个信道上接收所述符号流；并且使用第二IFDMA调制码对所述符号流解调。
9.权利要求8的方法，其中第一和第二符号流是在第一和第二帧上接收的。
10.权利要求9的方法，其中使用第一和第二IFDMA调制码的步骤包括使用第一和第二IFDMA块调制码的步骤。
11.权利要求9的方法，其中使用第一和第二IFDMA调制码的步骤包括使用第一和第二IFDMA相位斜波调制码的步骤。
12.一种装置，包括符号块重复器，其输出块重复符号流；调制码向量生成器，其输出时变IFDMA调制码；和IFDMA调制器，其接收所述块重复符号流和所述时变调制码，并且输出存在于取决于所述IFDMA调制码的频率集合处的信号。
13.权利要求12的装置，其中所述IFDMA调制码包括块调制码或者相位斜波调制码。
14.权利要求12的装置，其中所述时变IFDMA调制码包括逐帧改变的IFDMA调制码。
15.一种装置，包括基带转换器，其接收跳频IFDMA信号，并且输出存在于多个频率的基带滤波信号；和解调器，其接收时变调制码和所述多个频率，并且基于所述时变调制码输出解调信号。
16.权利要求15的装置，其中所述时变调制码包括时变块调制码。
17.权利要求15的装置，其中所述时变调制码包括时变相位斜波调制码。
18.权利要求15的装置，其中所述跳频IFDMA信号是逐帧跳频的。
全文摘要
通过利用时变IFDMA调制码，在IFDMA系统中发生了跳频。特别地，调制器接收符号流和用户专用IFDMA调制码(b
文档编号H04B1/69GK1981454SQ200580022361
公开日2007年6月13日 申请日期2005年6月6日 优先权日2004年6月30日
发明者福田昌也, 凯文·L·鲍姆, 林博史, 维贾伊·南贾 申请人:摩托罗拉公司