专利名称：一种发射机的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统领域，具体地-说涉及一种用于OFDM(正交频分复用)通信的改进交织方法。
背景技术：
OFDM (正交频分复用)是一种以相对较低复杂性实现在强噪声信道上传输高数据速率的传输技术，并且应用于数字音频广播(DAB)和数字视频广播(DVB)中。OFDM具有一些良好的性质，例如高的频谱效率和信道散射的鲁棒性，因此，它将很可能用于诸如数字移动无线通信之类的未来宽带应用中。
简要地说，在OFDM系统中，待传输的数据被调制扩频到大量载波上，并且由这些载波中的每个载波转送的数据速率正比于载波数目而因此降低。这些载波具有相等的、精确选定的频率间隔，并且子载波的频带不是分开的而是重叠的。通过使用IFFT(快速傅里叶逆变换)作为调制，以这样的方式选择子载波的间隔对于某子载波调制的信号，能从接收的信号中正确地恢复，而所有其它信号为零。进行载波间隔的选择以保证其正交性，这也是正交频分复用的由来。
设计适当的OFDM系统把散射衰落信道转变成为无需先进的时域均衡器的平坦衰落信道。这提供了明显的实施优点，因为不需要均衡器并因此降低了收发信机的复杂性，但是这也导致了系统不能获得信道所提供的频率分集。与单载波通信系统相反(对于单载波通信系统，设计良好的均衡器可捕获信道中的可用频率分集)，OFDM系统必须借助于特定的方法来达到无线环境提供的更高阶分集性能。 这在有关OFDM的文献中是很公知的，并且捕获信道频率分集的一个可接受的方法是使用编码(例如巻积码或turbo码)，它的输出比特纟皮调制扩频在所有的子载波上。正i口在S.K. Wilson和J.M.Cioffi的'A comparison of a single-carriersystem using a DFE and a coded OFDM system in a broadcast Rayleigh-fadingchannel'(信息论国际讨论会(ISIT), 1995年9月)中描述的那样，只要编码的分集重数大于信道的频率分集重数，则此方法就可捕获可用频率分集。
因为OFDM有效地创建了 一组平坦衰落信道，因此设计来改善平坦衰落信道上的通信性能的^壬^J^支术都可以应用到OFDM上。
一种改善平坦衰落信道中通常未编码(即没有冗余被加到信息比特流上)通信信号的分集性能的方法是增加调制符号的分集重tt，即增加所谓的调制分集。在"Signal Space Diversity: A Power-and Bandwidth-Efficient DiversityTechnique for the Rayleigh Fading Channel"(正EE信息论学报，第44巻，第4期，1998年7月，Joseph Boutros和Emanuele Viterbo )中分析了此备选分集技术。通过把某些旋转应用到传统的信号星座上，以使任何两个星座点获得最大数量的相异分量的方式来增加调制分集。已传输的信号矢量的衰落因此分散在许多分量上并且实现了更好的噪声效应防护，因为那些分量受到不同的衰落影响，并且没有两个点会同时被破坏。在这个文献中示出当调制分集较大时，多维的QAM(正交调幅)星座变得对衰落不敏感。
可是，上述文献假定了理想交织并且没有利用OFDM系统的任何特殊特性，特别是没有利用多用户OFDM系统的任何特性(在多用户OFDM系统中，每个OFDM符号间隔内，单用户只使用总可用频谱的一部分)。调制分集的缺点在于在非理想交织的情况下，性能增益可能是^t不足道的。
在Dennis L. Goeckel和Ganesh Ananthaswamy的"On the Design ofMultidimensional Signal Sets for OFDM Systems" (IEEE通信学报，第50巻，第3期，2002年3月)中进一步得到相关的现有技术。在这个文献中，为常规的OFDM传输系统开发了"合并若干个子载波、传送来自一个多维星座中的符号"。建议了一种编码调制技术从多维复信号集合中选取符号，然后所选定符号的每一维用OFDM系统选定的子载波调制，这样获得分集增益。在这个文献中，在每个OFDM符号间隔中，星座符号分量的传输用分散的子载波调制。这种方法有一些缺点。首先，这个文献没有描述对多用户系统的应用。即使它能应用到多用户系统中，则由于子载波的分散特性，也导致难于进行信道估计。其次，由于特定的、非标准的、非旋转的星座结构，使得检测更复杂；第三，高斯信道中的性能不是最佳的。
在频率选择性衰落信道上，典型的未编码的OFDM系统实现的分集明显少于使用适当信道均衡器的未编码的单载波系统。 一种重现OFDM系统频率分集的方法是在子载波上应用编码/交织，另一方法是采用高分集符号星座(编码后的比特所映射的有限实值矢量集合)，该高分集符号星座具有通常所说的信号空间分集或调制分集的分量交织。第一个方法的优点是信道编码冗余后带来的分集产生了附加的性能增益，但是代价是带宽的增加。第二个方法的优点是不必增加任何带宽(没有冗余)就可获得频率分集。可是，两个方法都要求适当的交织方案分别把符号和符号分量去相关。
因为一个交织方案可能产生比另一个交织方案明显更差的性能，所以所希望的是提供OFDM交织方案，该方案优化所有编码的OFDM系统中的分集性能，所有编码的OFDM系统包括，利用冗余编码(比如巻积码)的OFDM系统以及利用非冗余编码(比如调制分集)的OFDM系统。
进一步地，另一个目的是在多用户OFDM的情况下，系统中的所有用户都能够获得分集增益。
因此，需要一种可优化OFDM系统的分集性能的OFDM交织方法。
发明内容
本发明的目的是在OFDM系统中提供一种交织方法，该方法使用于创
建频率分集的分集方法的分集性能优化。
本发明进一步的目的是为OFDM系统的所有用户提供分集增益。本发明的再一目的是与已知的多用户OFDM系统相比，提供更高的
频率分集而不需要增加带宽。调制分集不向数据流增加任何冗余，并且在保持数据速率的同时能够因此获得分集性能增益。
才艮据本发明的第一方面，通过一种在OFDM系统中的交织方法、 一种应用于OFDM系统中的发射机和一种用于在至少 一个发射才几和一个接收初j之间的信号通信的OFDM无线通信系统来实现这些目的。
根据本发明，提供一种在OFDM系统中用于交织的方法，其中所述方法利用了 OFDM系统的二维时间-频率结构。该方法包括如下步骤把可用频带划分成若干个子频带，每个子频带只包括必要的相邻频率；把星座符号序列映射到OFDM单元序列，其中，定义一个OFDM单元为一组星座符号，在此步骤之后，星座符号只以组方式或者OFDM单元的方式而被处理；交织OFDM单元序列，其中，每个OFDM单元可以一皮映射到所述子频带之一上。优选地，对于OFDM单元的实部和虚部，分别地、分离地执行所述交织。
根据本发明的一个实施例，把可用的OFDM频带宽度划分成若干个子频带的步骤包括把频带划分成为相等大小的子频带。这个特征提供了简单的可用资源管理。例如，可以以 一种简单的方式执行对大量用户的信道分配。使用不相等频率的子频带也是可能的，并且因此向移动通信系统的运营商提供很大的设计灵活性。
根据本发明的另 一实施例，该方法是在星座映射步骤之后执行的。因此，这是在现有技术中没有执行的附加交织。这个附加交织步骤，利用了 OFDM系统的时间-频率相关结构，提供了附加的分集。
根据本发明的另一实施例，映射星座符号序列的步骤包括在星座符号的旋转以及星座符号分量的交织之后，把星座符号映射到OFDM单元上。根据这个特征，在星座符号的分量的交织之后执行附加交织，从而提供了附加的分集。
根据本发明的另一实施例，交织步骤是所述OFDM单元序列的时间和频率映射，其中，分配给每个OFDM单元可用的传输时间间隔和可用的频谱内的唯一的时间和频率频带。借助于此，OFDM平坦衰落信道的特定时间-频率相关被考虑，并且获得了信道附加的频率分集。
根据本发明的另一实施例，所使用的映射方式是随机化的时间-频率映射。可看出这个随机映射方式提供优良的分集性能，但是也同样可以使用其它方式。例如，对于不同的用户，可能使用只在时间或频率上不同的映射方式。
本发明还涉及一种发射机，该发射机包括用于执行该交织方法的装置。本发明还涉及一种包括至少 一个所述发射机的通信系统。
上述的相应优点分别由本发明实施例提供的发射机和系统来实现。
当把本发明应用到turbo编码系统(或使用软判决的其它方法)时，改善了馈送给迭代解码器的第一级的软比特。因此，被解码的比特具有比没有获得此分集的系统低的误概率。
而且，当应用到多用户系统时，系统中的所有用户借助于本发明将获得类似的分集改善。
本发明还提供一种方法，它能够很容易与现有的OFDM标准合并，从而使其成为很有吸引力的备选方案。
图l示出了现有技术的方法。图2示出了 OFDM系统的基础。
图3示出了根据本发明的OFDM发射机基带级的最后一级、OFDM单元的图例以及频带的分组。
图4示出了典型的下行链路发射机处理链路。图5示出了根据本发明的OFDM发射机处理链路的末级。图6a-d示出了用于本发明中可仿效的时间-频率映射方式。图7-8示出了一些实验结果。
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具体实施例方式
正如在绪言部分中解释的，OFDM有效地创建了一组平坦衰落信道，并
且被设计来改善平坦衰落信道上的通信性能的任何技术都可以应用到
OFDM上。可是，OFDM平坦衰落信道的特定相关结构-提供了特殊的改善 机会，这一点被本发明的发明者意识到。具体地说，诸如OFDM之类的多 载波系统具有二维结构(时间维和频率维)，该结构分别从频率相关和时间相 关为设计者提供了分集增益的条件。
在多用户OFDM系统中，单用户在每个OFDM符号间隔内^f又仅4吏用总 的可用频谱的一部分。它提供了附加的时间-频率交织的机会，例如将现有 的数据比特的交织和星座映射相结合，也能够获得信道潜在的频率分集增 益。
正^口早先4苗述的,在Joseph Boutros和Emanuele Viterbo的文献"Signal Space Diversity: A Power匿and Bandwidth-Efficient Diversity Technique for the Rayleigh Fading Channel" (IEEE信息论学报，第44巻，第4期，1998年7 月)中提供了一个实现调制分集的方法。正如早先解释的，增加调制分集的 关键是以使任何两个星座点获得尽可能多的相异分量的方式来把某些旋转 应用到传统的信号星座上。这样的旋转操作将不改变AWGN(加性高斯白噪 声)信道上的性能，但是将改善平坦瑞利(Rayleigh)衰落信道上的性能。此 类改良性能的基本必要条件是传输信号的实部和虚部是不相关的。为了创 建这个必要条件，在信号正交分支之一中引入所谓的分量交织器。分量交织 器破坏了同相和正交信号分量之间的相关性，以致传输的星座符号的所有分 量中只有一个分量经历深度衰落。
上述现有技术的方法如图1所示。本发明的发明者已经认识到在OFDM 系统中能够调整并实现按照本发明完成的这个方法。图2说明了 OFDM系 统中的FFT(快速傅里叶变换)和循环前缀把散射信道变换成为平坦瑞利衰落 信道，并且本发明的发明者已经认识到调制分集因此适用于OFDM系统。
9相应地，本发明涉及一种方法，该方法与上面参考文献中所描述的调制分集
增益相比，基于OFDM单元在时间和频率的间隔，通过在多用户OFDM中 适当的时间-频率交织来进一步放大分集增益。OFDM单元的时间-频率交 织器使得每一对OFDM单元对接收的星座符号在频域和时域中尽可能不相关。
现在参考图3，将描述OFDM发射机的一些基本特征以及根据本发明的 特征。这里，定义OFDM单元为映射到总的可用频谱内的若干相等子频带 之一的一组星座符号。根据本发明，优选地，总频谱被分成相等的子频带。 相等的频率子频带是优选的，因为有助于资源管理(例如更容易地分配可用 资源)，但是划分成为非相等频率的子频带也是可能的。OFDM单元被馈送 到快速傅里叶逆变换(IFFT)处理器中，在此，完成脉沖形成和调制。在接收 机中，利用快速傅里叶变换完成相反的操作，这为本领域技术人员所公知。 然后信号被馈送到并串单元(P/S)，在此，N个并行数据流被合并成为一个数 据流。此后，添加循环前缀。
现在参考图4，图4描述了在移动通信系统的下行链路上由发射机完成 的典型处理。首先对比特块进行循环冗余校验(CRC),然后例如使用巻积 编码或turbo编码来进4于编码。然后，作为结果的比特块^皮穿孔并被交织和 映射到复数星座上。在这一级之后，这里就有一块Ns个复数值的星座符号。 细节请参考第三代合伙计划3GPP TS 25.212 V5.2.0(2002-09)(例如第4.2章)。
本发明的一个实施例与发射机处理链路的最后部分有关Ns个星座符号 到OFDM物理资源上的映射(由子载波指针和OFDM符号间隔指针表征)， 或者物理信道映射。可是，根据本发明的交织方法可以在传输链路中的别处 执行。最终，Ns个星座符号中的每一个符号通过这个OFDM物理信道映射 为OFDM符号间隔以及FFT的一部分(子载频)。本发明把OFDM物理信道 映射的通用结构细分成三个阶段，正如将参考图4描述的。
与参考上面在每个OFDM符号间隔中使用分散的子载波来传输星座符 号分量的现有技术方法相比("On the Design of Multidimensional Signal Setsfor OFDM Systems"),本发明对相邻的子载波进行分组。虽然大部分子频带 频率彼此相邻，但是一些偏离的频率可以形成子频带的一部分。这些偏离的 频率将用于非用户业务，例如导频信号。子载波的这类聚集通过提供更好的 信道估计条件而简化了信道估计。OFDM信道估计方法通常利用相邻子载波 之间的信道衰落的强相关性。因此，已知一个频率的衰减，该已知可用来估 计相邻频率的衰减或者衰落。因此，降低了发送导频信号(即，已知信号序 列)的需要，不需要为每个频率发送一个导频信号，并且由此可以节省缺乏 的资源并且提高用户数据的数据速率。
因此有两个相矛盾的方面 一方面希望组与组之间的间隔尽可能大，以 便实现分集；另一方面希望组与组之间的间隔尽可能小，因为这将有助于信 道估计。本发明和解了这两个方面，因为可用频带净皮分成若干个子频带(即， 基本上只有相邻的子载波组被聚集)并且同时提供了调制分集(通过适当的时 间-频率交织)。
正如前面解释的，OFDM单元的时间-频率交织器4吏得每一对OFDM 单元对接收的星座符号在频域和时域中尽可能不相关。特别地，并且参考图 4，才艮据本发明的OFDM时间-频率交织器由如下三个基本阶段组成
l.星座符号序列到OFDM单元序列的映射。在这一阶段之后，星座符 号只以组的方式或者OFDM单元的方式被处理。具体地说，在星座符号的 旋转以及星座符号分量的交织之后，完成星座符号到OFDM单元上的映射。
2.0FDM单元交织。OFDM单元序列被交织。这是一个附加的(当使用 于所述示例时)交织，它在现有技术中没有被执行，并且优选地，对于OFDM 单元的实部和虚部分别地进行交织。
3.0FDM单元序列的时间-频率映射(即一组星座符号)。其中，每个 OFDM单元净皮分配可用的传输时间间隔和可用的频i普内的唯 一 的时间和频 率频带。
阶段2和3提供期望的分集增益。如果上述三个阶段对于不同用户是相
似的，则系统的所有用户将得到相似的分集改善。例如，如果在开头两个阶段中执行相同的交织，并且只是用于第三阶段中的映射模式不同，则在时间 和/或频率中有偏移。
首先，在星座映射之后，作为结果的Ns个星座符号被映射到Nofdm个
OFDM单元上。每个OFDM单元在这里只是一组星座符号，并且通常所有 的OFDM单元包含相等数量的星座符号。分组星座符号以使每一组都可以 映射到特定的频率子频带上。
其次，通过考虑无线信道的2维相关特性，OFDM单元交织器用来优化 比特交织器的性能(早先出现在发射机链路中，参见图3)。 OFDM单元交织 器可以由NoFDM个连续的OFDM单元的置换矢量I来描述。通过设置置换矢 量1=[1 2 3…Notdm]，可以使OFDM单元交织器显而易见。
才艮据优选实施例，分别地映射OFDM单元的实部和虛部。由此获得更 好的分集增益，并且更有效率地抵抗存在于系统中的噪声影响，因为假定这 两个分量都不经历深度衰落。信号的实部被映射到一个特定子频带上并且虚 部被映射到其它子频带上。
最后，被交织的OFDM单元序列映射到物理信道上。为此目的，如上 所述，整个可用OFDM频带分成NB个频率子频带。单个物理信道在Nsym—int 个OFDM单元间隔持续时间内只使用1/Nb的急的可用合计资源，意思是说 可能有高达NB个并行用户或者对于单个用户有高达NB个并行物理信道，实 现了单个用户的极快的数据速率。
OFDM单元的大小(即星座符号数目)是这样的以使在每个OFDM符号 间隔内每个频率子频带包含一个OFDM单元。这指的是在每个OFDM符号 间隔中可以传输最多有NB个并行OFDM单元。
当执行第三阶段的时间-频率(T-F)映射时，每个用户可以指定特定的 模式，参见图6a-d。在图6a-d中，说明了用于第三阶段中的不同模式，并 且示出四个不同的可仿效的模式，NB=15和Nsym—inrl2以及NOFDM=12。注
意NoF醒-Ns，int不必定是这情况。如果这些参数不同，则NRN，,个资
源能适合超过NB个OFDM单元的N0FDM流。图6d中随机化的T-F映射D是一个优选实施例，并就误比特率和误帧 率方面示出了 ITU-信道VA120(120 km/h的车辆A,细节参见3GPP TR 25.890 VI.0.0, 2002-05)和PB3(3km/h的步行者B，细节参见3GPP TR 25.890 Vl.O.O， 2002-05)如图6a-d所示的在某些信道环境中T-F映射的最佳性能 A-D。图7示出了一些测试结果，说明了图6a-d的T-F映射的性能。在图7 中，绘制了 ITU规定的信道环境(车辆A， 120km/h)的如图6a-d所示的映射 时的误比特率(BER)。图6d中随机化的T-F映射D是优选实施例，并且示 出了正如在图8中所能够看到的在一定信道环境中的最佳性能。在图8中， 再一次绘制了 ITU规定的信道环境(车辆A, 120km/h)的如图6d所示的映射 时的误比特率(BER)。在编码和未编码的情况以及有调制分集和没有调制分 集的情况而进行测试。在turbo解码器中进行八次迭代。正如可以看到的， 根据本发明的调制分集方法极大地改善了性能。
OFDM单元的时间-频率映射由每个OFDM单元的两个参数来表征 一个指示OFDM符号时间间隔， 一个指示所选定的频率子频带。这些参数 可以集中在包含于范围{1， Nofdm》中的OFDM符号间隔索引的T矢量和包 含于范围{1， NB)中的每个OFDM单元相应的子频带索引的F矢量中。对于 OFDM单元的第k个输入，它的T-F映射由第k个位置处对应的T和F值 来确定。
使用的映射将在任何信道环境中产生最佳分集性能。应该如此使每一 对OFDM单元对接收的星座符号在频域和时域中尽可能不相关。
划分信号分量的一个典型方式是把它们分别划分成为实部和虚部，或者 等同地，把它们划分成为同相和正交分量。当根据本发明的方法结合调制分 集来改善性能时，重要的是分别地交织实部和虚部。当根据本发明的方法通 常用于改善编码的OFDM系统的性能时，可以^換照其它的方式完成OFDM 单元序列的交织。
在一个实施例中可以借助于试错法(trial-and-error )来完成映射，或者 在另一个实施例中可以根据信道的选择来完成之。正如本领域公知的，软判决解码给解码带来了更强的确定性，因为考虑
了接收信号(硬判决)的符号以及幅度的度量。在OFDM系统中数据被调制到 若干个载波上，并且不同的载波将具有不同的信噪比并且将因此经历不同的
虚部，则两个分量都丢失的概率很小，或者换一种说法，则接收到至少一个 未恶化的分量的概率较大。因此，当把本发明应用到turbo编码的系统时(或 者使用软判决的其它系统)，则改善了馈送给第 一级迭代解码器的软比特。 因此，被解码的比特将具有比没有获得此分集的系统更低的误概率。
本发明能够用于基于多用户OFDM的传输系统中第三代蜂窝系统的高 速下行共享信道(HS-DSCH)。
本发明提供一种能够很容易与现有标准合并或者很容易增加到现有标 准上的方法，例如ETSI3GPPTS 25 212V5.2.0(2009-09)， 3GPP TSG RAN: 多路复用和信道编码(FDD)(版本5)。本发明因此是非常具有吸引力并且具有 实用性的备选方案。
本发明结合了优选实施例进行了描述。很明显，考虑到上述描述，很多 的选择、修改、变化和使用对本领域技术人员来说将是显而易见的。例如， 结合信道映射级已经描述了根据本发明的交织方法。可是，本发明不限制于 此，根据本发明的交织方法可以用于第一(并且可能唯一的)交织，或者作为 传输链中其它地方的交织步骤。本领域技术人员能够实现在接收链路中完成 对应的解交织。
权利要求
1.一种发射机，其特征在于所述发射机包括用于把可用频带划分成为若干个子频带的装置，每个子频带包括相邻的频率；用于把星座符号序列映射为OFDM单元序列的装置，其中，定义一个OFDM单元为一组星座符号，在此之后，星座符号只以组的方式被处理；用于交织OFDM单元序列的装置；和用于将每个OFDM单元映射到所述子频带之一上的装置。
2. 如权利要求l所述的发射机，其特征在于所述用于把可用频带划分成 为若干个子频带的装置包括把频带划分成为相等大小的子频带的装置。
3. 如权利要求l所述的发射机，其特征在于所述用于把可用频带划分成 为若干个子频带的装置包括把频带划分成为非相等大小的子频带的装置。
4. 如权利要求l-3任何一个所述的发射机，其特征在于所述用于交织 OFDM单元序列的装置包括用于分别地交织信号分量的装置。
5. 如权利要求4所述的发射机，其特征在于所述用于交织OFDM单元序 列的装置包括用于分别分离地交织实部和虚部的装置。
6. 如权利要求l-3任何一个所述的发射机，其特征在于所述用于把星座符 号序列映射为OFDM单元序列的装置包括用于在旋转星座符号之后把星座符 号映射到OFDM单元上的装置。
7. 如权利要求l-3任何一个所述的发射机，其特征在于所述交织是OFDM 单元序列的时间和频率映射，其中，为每个OFDM单元分配可用传输时间间隔 和可用频i普内的唯一的时间和频率频带。
8. 如权利要求l-3任何一个所述的发射机，其特征在于所使用的每个 OFDM单元被映射到所述子频带之一上的映射模式是随机化的时间-频率映 射。
9. 如权利要求l-3任何一个所述的发射机，其特征在于该发射机用于多用户环境中。
全文摘要
本发明涉及一种发射机，该发射机包括用于把可用频带划分成为若干个子频带的装置，每个子频带包括相邻频率；用于把星座符号序列映射为OFDM单元序列的装置，其中，定义一个OFDM单元为一组星座符号，在此之后，星座符号只以组的方式被处理；用于交织OFDM单元序列的装置，和用于将每个OFDM单元映射到所述子频带之一上的装置。
文档编号H04L1/00GK101677309SQ20091016889
公开日2010年3月24日 申请日期2003年2月14日 优先权日2003年2月14日
发明者布兰尼斯拉夫·M·波波维奇, 雅普·范·德·毕克 申请人:华为技术有限公司