专利名称：正交频分复用多载波无线通信系统中入网方法
技术领域：
本发明有关于无线网络通信，尤其是有关于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)多载波系统中的入网(network entry)。
背景技术：
在当前无线通信系统中，通常利用5MHz 10MHz的无线电带宽以最多达 到100Mbps的峰值(peak)传输率。下一代无线通信系统将采用更高的峰值传输 率。举例来说，国际无线通信咨询委员会(ITU-R)要求高级国际移动通信(称之 为IMT-Advanced，如第四代行动通信系统)有1Gbps的峰值传输率。然而，当 前的传输技术难以执行100bps/Hz的传输频谱效率(spectrumefficiency)。可预 见在今后的几年也仅能达到15bps/Hz的传输频谱效率。因此，下一代无线通 信系统将需要更大的无线电带宽(即至少40MHz)以实现1Gbps的峰值传输率。
OFDM是高效复用协议，用以在频率选择信道执行高传输率，而不受载 波间干扰(inter-carrier interference)的扰乱。OFDM已被正EE 802.16m和长期 演进技术(Long-Term Evolution, LTE)标准草案所采纳，且OFDM预作为下一 代无线通信系统的基础。基于OFDM，己开发各式各样的多个访问方案(如 OFDMA、 OFDM/CDMA及OFDM/TDMA)且已应用在多用户(multi-user)无线 系统中。
图l(先前技术)是对OFDM系统利用更大无线电带宽的两个典型架构示 意图。在传统OFDM系统中，单射频(Radio Frequency, RF)载波用于运载--个宽带(wideband)无线电信号，而在OFDM多载波系统中，多个RF载波用于运载多个窄带无线电信号。在图1的示例中，传统OFDM系统1利用单RF 载波#1运载宽带无线电信号#1，其中宽带无线电信号#1通过一个频道 (frequency channel)弁l(即40MHz带宽，4096FFT)传输。另一方面，OFDM多 载波系统11利用四个^载波#1 #4运载四个窄带无线电信号#1 #4，其中 每个窄带无线电信号#1 #4通过相应的10MHz频道針 存4(即10MHz带宽， 1024FFT)传输。
相较于传统OFDM系统，OFDM多载波系统具有多个优势。首先，由于 对每个载波具有更小的FFT大小(size)，因此OFDM多载波系统对上行链路 (uplink)传输具有更低的峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio, PAPR)。 其次，OFDM多载波系统更易于支持旧式(legacy)OFDM系统的后向兼容性 (backward compatibility)。例如，OFDM多载波系统中的频道划分为10MHz 带宽以适应旧式WiMAX系统。再次，相同的频道带宽和参数可以更好的再 利用(reuse)当前的硬件设计，如旧式物理(physical， PHY)层设计。最后，在 OFDM多载波系统中，于移动台(Mobile Stations, MSs)中可更灵活的支持不 同数目的载波及执行不同等级的服务能力(service capabilities).鉴于这些优势， OFDM多载波系统已成为IEEE 802.16m和进阶长期演进技术(LTE-Advanced) 标准草案中的基线(basdine)系统架构，以满足高级国际移动通信的需求。因 此期望提供一种统一的入网程序(procedure)以使能OFDM多载波系统的运作。
发明内容
为正交频分复用多载波无线通信系统提供一个统一的两阶段入网程序。 在第一阶段的共用入网程序期间，移动台选择一个可用射频载波作为主要载 波以执行入网和测距。移动台还同基站交换多载波能力信息。在第二阶段的 附加入网程序期间，若移动台和基站均支持多载波能力，移动台则通过多个 频道使能多载波传输。在使能多载波传输之前，通过对次要载波传输测距请 求，移动台可选择性地执行附加测距。作为对测距请求的响应，基站可通过主要载波回复测距请求。
在一个新颖方面，基站传输入网允许指标以协助移动台选择主要载波。 入网允许指标包括优选一个或多个可用载波的信息。在一个实施例中，此种 优选基于负载平衡状况。通过从基站接收如此信息，在入网程序的初始阶段， 移动台能够选择一载波作为主要载波并大的负载平衡。在另一个实施例中， 此种优选基于其它网络参数以达到其它目的，例如避免子载波失准运作。
在另一个新颖方面，在OFDM无线系统中，统一的两阶段入网程序在单
载波基站、多载波基站、单载波移动台及多载波移动台之间是兼容的。根据 共用入网程序期间所交换的多载波能力信息，移动台决定是否进行第二阶段 的附加入网程序。若移动台或基站支持单载波能力，那么仅对主要载波执行 入网，而无需附加入网。另一方面，若基站和移动台均支持多载波能力，移 动台可在重新配置其硬件后使能多载波传输，并且对次要载波执行附加测距。 其它实施例及其优势详述如下。此处并无意图限制本发明，本发明由所 附权利要求内容所界定。
下列图示用于说明本发明实施例，其中相同的标号代表相同的组件。
图l(先前技术)是对OFDM系统利用更大无线电带宽的两个典型架构示 意图。
图2是根据一个新颖方面说明OFDM无线网络的入网程序的示意图。 图3是根据一个新颖方面在OFDM多载波系统中入网程序的方法流程图。 图4是多载波基站的简化方块示意图。 图5是多载波移动台的简化方块示意图。
图6是在没有入网允许指针的共用入网程序期间的例子示意图。
图7是在有入网允许指针的共用入网程序期间的例子示意图。
图8是在共用入网程序期间选择主要RF载波以避免子载波失准运作的例子示意图。
图9是表明在单载波基站、多载波基站、单载波移动台及多载波移动台
间的入网能力示意图。
图10是在OFDM无线系统中执行附加入网和使能多载波传输的例子示意图。
图11是在OFDM无线系统中激活次要载波以同时支持多载波的数据传输 的示意图。
图12是OFDM无线系统中在激活用于数据传输的次要RF载波之前的具 有测距程序的附加入网示意图。
具体实施例方式
如下详述本发明的一些实施例，并参阅相关
。 图2是根据一个新颖方面说明OFDM无线网络20的入网程序的示意图。 OFDM无线网络20是多载波通信系统，其包括多载波基站BS22及多载波移 动台MS24。且多载波基站BS22及多载波移动台MS24均支持四个RF载波 #1 #4。为了访问无线网络，多载波移动台MS24需要通过多载波基站BS22 执行入网程序以与多载波基站BS22同步时间和频率，且协定其它网络能力和 参数。如图2所示，入网程序分为两个阶段第一阶段为共用(common)入网 程序；第二阶段为附力B(additional)入网程序。在共用入网程序期间，多载波移 动台MS24首先选择一个RF载波(如图2中所示的RF载波#2)作为主要 (primary)RF载波执行入网。在共用入网程序期间多载波移动台MS24还与多 载波基站BS22交换多载波能力。在附加入网程序期间，多载波移动台MS24 可通过次要(secondary)RF载波(如图2中所示的RF载波#3)选择性地执行附加 测距(ranging)程序。成功完成测距程序之后，多载波移动台MS24接着使能多 载波传输，以便RF载波#2与RF载波#3同时支持数据传输。
图3是详细描述在OFDM无线网络20中入网程序的方法流程图。多载波移动台MS24于第一阶段的共用入网程序开始，其中共用入网程序可应用于 单载波移动台或多载波移动台。在步骤30，多载波移动台MS24扫描也许可 用于执行入网的所有下行链路(downlink)载波。在步骤31，多载波移动台MS24 接着与下行链路载波建立同步。在步骤32，多载波移动台MS24接收来自多 载波基站BS22的信息，该信息有关于是否允许已同步下行链路载波执行入 网。若不允许，则多载波移动台MS24返回至步骤31，继续下一可用(available) 载波。若允许，则多载波移动台MS24选择该载波作为主要载波且进行步骤 33以获得该主要载波的上行链路参数。在步骤34，多载波移动台MS24对该 主要载波执行测距。在共用入网程序期间，于步骤35，多载波移动台MS24 也与多载波基站BS22交换基本能力和多载波能力。于步骤35中交换的信息 包括多载波基站BS22与多载波移动台MS24是否支持单载波及/或多载波能 力、天线数目及/或多载波基站BS22与多载波移动台MS24所支持的RF载波 数目。
于共用入网程序中成功完成测距后，在步骤36，多载波移动台MS24则 通过主要载波与多载波基站BS22建立初始连线。接着，多载波移动台MS24 进入第二阶段的附加入网程序。在与多载波基站BS22交换了多载波能力后， 在步骤37，多载波移动台MS24首先确定是否使能多载波传输。若否(如多载 波基站BS22不支持多载波能力)，则多载波移动台MS24进行步骤40并通过 主要载波开始运作及传输数据。若是，则在步骤38，多载波移动台MS24接 收来自多载波基站BS22的次要载波的参数。在步骤39，多载波移动台MS24 对次要载波执行测距。对次要载波成功完成测距后，则于步骤40，多载波移 动台MS24使能多载波传输，且多载波移动台MS24能够同时通过主要载波和 次要载波传输数据。
图4是多载波基站BS22的简化方块示意图。多载波基站BS22包括共用 介质访问控制(Media Access Control, MAC)模块42、可适性多载波控制器44、 多个物理层模块(如所示PHY1 PHY4)、多个RF收发器(如所示RF1 RF4)、多个天线及复用器46，其中复用器46连接PHY模块及RF收发器。每个PHY 模块、RF收发器及天线形成如图4所示的一个传输模块。每个传输模块对应 一个RF载波的运作。共用MAC模块42耦接于可适性多载波控制器44及多 个传输模块。通过利用共用MAC模块，MAC层设计可适用于不同的RF载 波和天线组态。多载波基站的统一收发器架构尤其适用于上述图2和图3所 说明的统一入网程序。
图5是多载波移动台MS24的简化方块示意图。相似于图4中所示的多 载波基站BS22，多载波移动台MS24包括共用MAC模块52、可适性多载波 控制器54、多个PHY模块(如所示PHY1 PHY4)、多个RF收发器(如所示 RF1 RF4)、多个天线及复用器56，其中复用器56连接PHY模块及RF收发 器。再次通过利用共用MAC模块，多载波移动台MS24的MAC层设计可适 用于不同的RF载波和天线组态。根据本发明多载波移动台的统一收发器架构 尤其适用于统一入网程序。
在一新颖方面，于共用入网程序期间，基站可传输入网允许(allowance) 指标至移动台以协助移动台作出更好的主要载波选择。图6是表明在共用入 网程序期间选择主要RF载波的一个实施例的示意图。如图6所示，五个多载 波移动台MS1 MS5扫描可用RF载波，之后选择一个RF载波作为主要RF 载波以通过多载波基站BS62执行入网。多载波基站BS62为移动台提供四个 可用载波#1 #4以执行入网，但是多载波基站BS62并不提供其中哪个载波 更优或哪个并非更优的附加信息。于是，每个移动台随机选择一个载波作为 其主要载波。在图6所示的例子中，多载波移动台MS1选择载波#4，多载波 移动台MS2选择载波存2，多载波移动台MS3和MS4各选择载波W，多载波 移动台MS5选择载波#1。若如此随机选择主要载波导致负载不平衡(load unbalance),那么多载波基站BS62不得不利用网络小区内切换(intra-cell handover)程序以切换移动台的主要载波。
图7是表明在共用入网程序期间选择主要RF载波的另一个实施例示意图。如图7所示的例子中，多载波基站BS62传输入网允许指标72至移动台 MS1 MS5。入网允许指标72包括诸如将特定载波作为主要载波是否更优的 信息。这种优选基于负载平衡及其它网络参数。在图7所示的例子中，载波 #1具有最轻的负载且首选作为主要载波。通过经由入网允许指标72从多载波 基站BS62接收如此信息，在入网程序的初始阶段(initial stage),多载波移动 台MS1 MS5能够选择RF载波W作为其主要载波且实现负载平衡。除了初 始入网，所提出的允许指标也可用于切换再进入(reentry)程序。
图8是在共用入网程序期间选择一主要RF载波以避免子载波失准 (misalignment)运作的例子示意图。除达到负载平衡外，入网允许指标可作为 其它目的以协助主要载波的选择。在一个OFDM系统中，有时通过每个频道 所传输的无线电信号的中心频率(center fr叫uency)不同于OFDM系统中的定 义。如图8所示，多载波基站BS82支持两个RF载波载波#1与载波#1。。 载波#1运载无线电信号#1且由频道#1传输。载波#2运载无线电信号#2且由 频道#2传输。无线电信号#1的中心频率与频道#1的预定义中心频率一致，而 无线电信号#2的中心频率与频道#2的中心频率相比则发生了偏移。结果，由 于在初始阶段未知中心频率，因此多载波移动台MS84可能无法通过频道#2 与多载波基站BS82连接。在图8所示的例子中，多载波基站BS82传输入网 允许指标86至多载波移动台MS84，以引导多载波移动台MS84选择载波#1 作为主要载波。由此，多载波移动台MS84将不会浪费额外的时间扫描难于 与其建立连接的剩余载波。
在另一个新颖方面，于共用入网程序期间，移动台和基站也可交换多载 波能力，以使统一的两阶段(two-stage)入网程序在单载波基站、多载波基站、 单载波移动台及多载波移动台之间是兼容的。图9是表明在OFDM无线系统 90中单载波基站、多载波基站、单载波移动台及多载波移动台间的入网能力 示意图。OFDM无线系统90包括单载波基站、多载波基站、单载波移动台及 多载波移动台的混合，例如单载波基站BS92、多载波基站BS96、单载波移动台MS94及多载波移动台MS98。在第一情境(scenario)中，多载波移动台 MS94通过单载波基站BS92执行入网，其中单载波基站BS92仅支持RF载波 #1。在新颖的两阶段入网程序下，在第一阶段的共用入网期间，多载波移动 台MS94首先选择载波#1作为主要载波且执行测距。由于单载波基站BS92 不支持多载波能力，因此不再需要第二阶段的附加入网。在第二情境中，单 载波移动台MS98通过多载波基站BS96执行入网。单载波移动台MS98仅支 持RF载波W，而多载波基站BS96支持四个RF载波W 糾。在新颖的两阶 段入网程序下，单载波移动台MS98在第一阶段的共用入网期间选择载波#1 作为主要载波且执行测距。由于单载波移动台MS98不支持多载波能力，因 此不再需要第二阶段的附加入网。由此，统一的两阶段入网程序与OFDM无 线系统90中的单载波基站、多载波基站、单载波移动台及多载波移动台兼容。 若基站和移动台均支持多载波能力，那么可在选择主要载波和交换多载 波能力之后，执行第二阶段的附加入网程序。图IO和图11是在OFDM无线 系统100中执行附加入网和使能多载波传输的例子示意图。OFDM无线系统 100包括多载波基站BS102与多载波移动台MS104。多载波基站BS102支持 通过系统操作员(opemtor)所指定的四个lOMHz载波#1 #4传输无线电信号， 多载波移动台MS104支持通过20MHz载波(利用2048FFT)传输。如图10所 示，对于初始入网，多载波移动台MS104选择载波W作为主要载波且开启中 心1024FFT以支持lOMHz的载波#1。通过无效(null)中心1024点外的FFT， 多载波移动台MS104仅传输lOMHz的波形无线电信号。多载波移动台MS104 控制其频率合成器(frequency synthesizer)调整中心频率以扫描传输自多载波 基站BS102的下行链路信号。结果，多载波移动台MS104的中心频率与载波 #1相同。
图11是在OFDM无线系统100中激活次要载波以同时支持多载波的数据 传输的示意图。在图11所示的例子中，多载波移动台MS104激活载波#2作 为多载波传输的次要载波。当激活次要载波时，多载波移动台MS104不得不变换其中心频率位置以确保其2048FFT能够覆盖载波#1和载波#2的带宽。因 此，多载波移动台MS104则需要一些时间以重新配置其RF频率合成器及基 带硬件。此外，多载波移动台MS104还需要使能软件控制实体(entity)以通过 次要载波处理发送信号(signaling)。于是，在使能多载波传输之前需要保留--短时间段以用于多载波移动台MS104进行重新配置并且接着执行测距。
图12是OFDM无线系统中在激活用于数据传输的次要RF载波之前的具 有测距程序的附加入网示意图。在图12所示的例子中，主要载波用于通过频 道#1运载无线电信号，次要载波用于通过频道#2运载无线电信号。在已为初 始测距选择主要载波并为了数据传输连接主要载波后，移动台对次要载波执 行附加测距程序。移动台分别利用测距信道126和128传输测距请求(ranging request)122禾B 124。典型地，基站可通过次要载波回复测距响应(ranging respome)。然而，如图12所示，基站可通过主要载波中存在的连接回复测距 响应130。因此，当移动台通过次要载波执行测距时，将不会中断主要载波的 通信。
虽然本发明己就较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发 明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作 各种的变更和润饰。因此，本发明的保护范围当视之前的权利要求书所界定 为准。
权利要求
1.一种方法，其特征在于，包括(a)在正交频分复用无线网络中，由移动台通过利用主要射频载波执行共用入网程序；(b)与基站交换多载波能力信息；以及(c)若所述移动台和所述基站均支持多载波能力，则使能通过多个频道的多载波传输。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，更包括(d)根据接收自所述基站的入网允许指标获得所述主要射频载波以执行所述共用入网程序。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(d)中获得所述主要载波系根据所述入网允许指标扫描多个载波且选择所述多个载波中的一个载波作 为所述主要射频载波，以执行所述共用入网程序。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述入网允许指标包括优选一个或多个可用载波的信息。
5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述入网允许指标包括加载 一个或多个可用载波的信息。
6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤(a)中的所述执行包含获 得所述主要载波的上行链路参数及对所述主要载波执行测距。
7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述共用入网程序包括支持 初始入网或切换再入网的运作。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中交换的所述多载波 能力包括所述移动台和所述基站是否支持多载波运作的信息。
9. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤(b)中交换的所述多载波 能力包括所述移动台和所述基站同时支持的天线数目或载波数目的信息。
10. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，更包括(d) 在使能多载波传输之前利用次要载波执行测距；以及(e) 接收所述次要载波的测距响应。
11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述次要载波是所述移动 台通过所述基站不执行入网运作的载波。
12. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述次要载波的所述测距 响应通过所述主要载波回复。
13. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对多载波传输使能次要载波， 且其中步骤(c)中的所述使能包含转换所述移动台的中心频率及重新配置硬 件。
14. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动台支持单载波运作 或多载波运作，且其中所述基站支持单载波运作或多载波运作。
15. —种无线装置，其特征在于，包括 第一传输模块，通过第一频道运作于第一射频载波； 第二传输模块，通过第二频道运作于第二射频载波；以及 可适性多载波控制器，在正交频分复用无线网络中选择所述第一射频载波以通过基站执行共用入网程序，其中所述无线装置与所述基站交换多载波 能力，若所述基站支持多载波能力，则使能所述第二射频载波以通过所述第 二频道进行数据传输。
16. 如权利要求15所述的无线装置，其特征在于，所述可适性多载波控 制器根据所述基站提供的入网允许指标选择所述第一载波。
17. 如权利要求15所述的无线装置，其特征在于，使能所述第二载波以 进行数据传输之前，所述无线装置对所述次要载波执行第二测距。
18. 如权利要求17所述的无线装置，其特征在于，所述无线装置通过所 述第一频道对所述次要载波接收测距响应。
19. 如权利要求15所述的无线装置，其特征在于，所述次要载波相邻于所述第一载波，且其中在使能所述第二载波之前转换用于数据传输的中心频。
20. 如权利要求15所述的无线装置，其特征在于，更包括共用介质访问控制层，耦接于所述第一传输模块与所述第二传输模块， 其中所述共用介质访问控制层还耦接于所述可适性多载波控制器。
21. —种方法，其特征在于，包括(a) 在正交频分复用无线网络中，由基站从移动台接收主要射频载波的入 网请求；(b) 与所述移动台交换多载波能力信息；以及(C)若所述移动台和所述基站均支持多载波能力，则通过多个频道接收数 据信号。
22. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，更包括(d)提供入网允许指标给所述移动台。
23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述入网允许指标包括优选一个或多个射频载波的信息。
24. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，步骤(b)中交换的所述多载 波能力包括所述移动台及所述基站是否支持多载波运作的信息。
25. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，步骤(b)中交换的所述多载 波能力包括所述移动台及所述基站同时支持的天线数目或载波数目的信息。
26. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，更包括(d) 通过所述第二载波接收数据信号之前，对所述次要载波接收第二入网 请求；以及(e) 传输所述次要载波的测距响应。
27. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述次要载波的所述测距 响应系通过所述主要载波回复。
28. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述移动台支持单载波运作或多载波运作，且其中所述基站支持单载波运作或多载波运作。
全文摘要
为正交频分复用多载波无线通信系统提供一个统一的两阶段入网程序。在第一阶段，移动台通过利用主要射频载波执行共用入网程序，然后同基站交换多载波能力信息。在一个实施例中，基站传输入网允许指标以协助移动台选择主要载波。入网允许指标包括优选一个或多个可用载波的信息。在第二阶段，若移动台和基站均支持多载波能力，移动台则通过多个频道使能多载波传输。在使能多载波传输之前，通过对次要载波传输测距请求，移动台可选择性地执行附加测距。在一个实施例中，基站通过主要载波回复测距响应以回应测距请求。
文档编号H04W74/00GK101682923SQ200980000316
公开日2010年3月24日 申请日期2009年5月5日 优先权日2008年5月5日
发明者傅宜康 申请人:联发科技股份有限公司