用于多输入多输出正交频分复用的装置和方法

专利名称：用于多输入多输出正交频分复用的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及微电子学的领域，更具体地，涉及用于提高蜂窝网络上的数据吞吐量的方法和装置。
背景技术：
蜂窝电话产业不仅在本国而且在全世界也都在经历着指数增长。事实上，公知百 分之二十以上的美国成年人甚至没有传统的固定电话。除了这些没有自己的传统电话的人 之外，几乎百分之九十的成年人拥有无线电话。同时，不断增加的蜂窝电话的使用也使其覆盖范围正在超过传统的固定电话的覆 盖范围。事实上，七分之一的成年人现在仅仅使用蜂窝电话。而在过去，只有当固定电话不 可用或在紧急情况下才使用蜂窝电话，较低的载波速率、家庭套餐(family package)的承 受能力、以及免费的移动到移动电话或亲情号码(friend-to-friend)的促销已经促进了 使用上的显著增长。今天，走进任何公共场所或机构时注意到那里的大多数人使用他们的 蜂窝电话进行谈论已经并不罕见。自从上世纪中叶以来，使用移动电话或移动站通信的能力已经变得可以实现了。 但是，在上世纪90年代期间，提供了所谓的“2G”或第二代移动电话系统，开始了今天我们 正享受到的部署和使用两个方面的增长。这些初始的系统主流上提供了各方之间的语音呼 叫的路由和可靠服务。此外，正如本领域技术人员所理解的，存在许多与语音数据的发送和 接收有关的定时和延迟要求以便保持服务质量。此外，尽管无线蜂窝网络技术正继续提供与处理语音呼叫的能力相关的改进，但 是在该产业内也一直有巨大的吸引力来提供与数据以及语音的处理相关的改进。今天，也 不难发现许多不仅通过蜂窝网络进行语音呼叫而且也查看他们的电子邮件、发送文本消息 并浏览互联网的蜂窝电话用户。因此，许多技术正在发展之中来提高数据的质量和吞吐量。这些所谓“3G”或第 三代蜂窝通信技术针对分组数据而不是语音数据的可靠传送而被高度优化。因此，诸如 EDGE (EnhancedDataratefor GSM Evolution)和 EV-D0 的 3G 数据协议一般不用调制 技术来表征，而更多地通过性能度量(例如，每秒5百万位的吞吐量等)来表征。这是因为， 尽管必须保证给定数据连接最低通信质量的一些延迟和吞吐量，但是传送诸如文本消息之 类的数据所需的定时与传送语音信息所需的定时相比还是逊色很多。尽管以上提到了用于增加吞吐量的技术，但是随着蜂窝电话机现在正被用于传送 与音频和视频文件相关的实时数据，对于数据传送的需要持续增长。因此，网络提供者正在 寻找方式来平衡现有基础设施而同时提供数据吞吐量和用户容量方面的数量级的增加。因此，本发明人已经注意到与使用基于码分多址(CDMA)的数据网络(诸如 EDGE 和EV-DO )来处理非实时数据和对延迟敏感的数据(诸如，互联网协议上语音 (VoIP)数据，以及其它类型的数据)二者有关的低效率。因此，需要的是一种使得基于CDMA的蜂窝数据网络能够处理增加的数据量同时最大化现有基础设施的使用的技术。此外，需要的是一种增加现有的基于CDMA的数据协议的容量以便最大化数据传送速率的装置和方法。还需要的是一种用于利用现有数据网络的不用的带宽但还与遗留蜂窝设备兼容的处理蜂窝数据网络上的分组化的数据的机制。

发明内容
本发明连同其它申请一起目的是解决以上提到的问题并且解决现有技术的其它 问题、缺点和局限性。本发明提供一种用于提高蜂窝分组化的数据网络的性能的高级技术。在一个实施 例中，提供一种无线耦接到多个接入终端的接入节点。接入节点具有编码器、多个复用元件 和发送器。编码器，用于为产生对应于多个数据流的一前同步码信号。多个复用元件，耦接 到所述编码器，被配置为将所述前同步码信号和所述多个数据流转换成相应的前同步码音 调和相应的多个子带，其中所述前同步码音调(tone)指示所述多个子带的配置方案，该多 个子带更包括对应于多个接入终端的多个数据分组。发送器，耦接到所述多个复用元件，用 于向所述多个接入终端发送所述前同步码音调和相应的所述多个子带。本发明的一个方面预期一种无线耦接到多个接入终端的接入节点的方法。该方法 包括产生对应于多个数据流的一前同步码信号。将所述前同步码信号和所述多个数据流 转换成相应的前同步码音调和相应的多个子带，其中所述前同步码音调指示所述多个子带 的配置方案，该多个子带更包括对应于多个接入终端的多个数据分组。以及向所述多个接 入终端发送所述前同步码音调和相应的所述多个子带。本发明的另一方面包含无线耦接到一个或多个接入节点的接入终端。接入终端包 括多个天线、前同步码检测元件和复用均衡和解调元件。该多个天线被配置为接收已被通 过基于码分多址(CDMA)的载波频率的多个子带发送的前同步码音调和多个数据音调。该 前同步码检测元件可操作地耦接到该多个天线，并且被配置为由该前同步码音调确定该多 个数据音调中的一个或多个包括用于由该接入终端接收的一个或多个相应的数据流。该正 交频分复用均衡和解调元件耦接到该前同步码检测元件，并且被配置为将该多个数据音调 中的一个或多个转换成一个或多个相应的数据流。


参考以下描述和附图，本发明的这些及其它目的、特征和优点将得到更好的理解， 其中图1是示出了目前单用户单工媒介访问控制(MAC)层分组的框图；图2是描述目前单用户多路复用MAC层分组的框图；图3是描述目前多用户MAC层分组的框图；图4是示出在根据本发明的接入节点中的用于放置编码的OFDMA前同步码的装置 的框图；图5是示出了根据本发明的基于分组的前同步码结构的框图；图6是详细示出根据本发明的基于子带的前同步码结构的框图7是示出根据本发明的基于层的0FDMA前同步码结构的框图；图8是突出根据本发明的自适应的前同步码格式结构的框图；图9是示出根据本发明的尾比特卷积编码器900的一个实施例的框图；图10是描述根据本发明的示范性OFDM时隙结构的框图；图11是示出根据本发明的SectorParameter消息的图；图12是示出根据本发明的用于锚子带的前向业务信道多用户MAC层分组的格式 的图；图13是描述根据本发明的单用户分组化和多用户分组化的框图；图14是详细描述根据本发明的多用户分组化的格式的图；图15是示出根据本发明的修改的routeupdate消息的图；图16是突出根据本发明的用于执行天线或天线流选择的装置的框图；图17是描述根据本发明的用于子带MIM0-0FDMA的示范性OFDM时隙结构的框图；图18是示出了根据本发明的OFDM系统配置的框图；和图19是示出根据本发明的用于产生用于简单的广播多播服务(BCMCS)的导频的 装置的框图。
具体实施例方式提供以下描述以使得本领域普通技术人员能够做出并使用在特定应用和它的要 求的背景内提供的本发明。但是，对本领域技术人员来说，对优选实施例的各种修改是显而 易见的，并且这里定义的一般原则可以应用于其它实施例。因此，本发明不意欲局限于这里 示出和描述的特定实施例，而是将得到与这里公开的原则和新颖特征一致的最宽的范围。考虑上面对目前无线通信系统内为了分组化数据的可靠发送和接收而采用的蜂 窝通信系统和相关技术的背景讨论，现在将参考图1-3讨论目前机制的局限性。在此之后， 将参考图4-19呈现本发明的讨论。本发明通过提供采用频率分集和空间分集二者来增加 容量和最小化干扰的装置和方法来克服目前系统的缺点。转到图1，示出了用在无线数据通信协议(诸如EDGE 或EV-DO )中的目前 单用户单工媒介访问控制(MAC)层分组100的框图。采用分组100来将数据从单个接入 节点(AN，access node)通过基于CDMA的前向业务信道发送到单个接入终端(AT，access terminal) 0采用分组100来发送单个安全层有效负载101。本领域技术人员也知道，在一 些协议下AN为基站。此外，也知道在一些协议下AT作为移动站或蜂窝电话机。本发明人 注意到，尽管这里讨论与EDGE和EV-D0有关的概念，但是这些概念的这样的使用是为了清 楚而示出的，以便在读者所熟悉的背景下教导本发明的各方面，本发明也预见到除了这些 示出的协议之外的协议。分组100包括耦接到MAC尾部102的有效负载字段101。有效负 载 101 的尺寸可以是 96、224、480、992、2016、3040、4064 或 5088 比特。现在参考图2，示出了描述用在无线数据通信协议中的目前单个用户多路复用 MAC层分组200的框图。采用分组200来将数据从单个AN通过基于CDMA的前向业务信 道发送到单个AT。采用分组200来将一个或多个安全层有效负载203从AN发送到AT。 分组200具有包括N个长度字段的MAC层首标201。分组200也具有MAC首标分隔符 (delimiter) 202，其是可选的。分组200还包括MAC层有效负载203，其具有为目标AT指定
6的N个安全层有效负载。分组200提供可选的填充(pad)字段204以及MAC尾部205，该 MAC尾部205将分组200指定作为单个用户多路复用MAC层分组200。现在转到图3，示出了描述用在无线数据通信协议中的目前多用户MAC层分组300 的框图。采用分组300来将数据从单个AN通过基于CDMA的前向业务信道发送到一个或多 个AT。采用分组300来将一个或多个安全层有效负载305从AN发送到AT。可以采用分组 300来将包括在MAC层有效负载305中的数据(即，安全有效负载)发送到最多八个AT。 由最多八组耦接到相应长度字段302、304的packetinfo (分组信息)字段301、303的为特 定AT提供在该MAC层有效负载305内指定的相应数据的位置。packetinfo字段301、303 包括指定特定的AT的格式字段308和MAC索引字段309，并且该长度字段302、304指定该 MAC层有效负载305内的目标是该特定AT的特定数据。分组300提供可选的填充字段306 以及MAC尾部307，该MAC尾部307将分组300指定作为多用户多路复用MAC层分组。本领域技术人员将理解，参考图1-3讨论的MAC层分组100、200、300的各种形式 表示用于发送分组化数据的目前基于CDMA的无线通信系统的能力的范围。尽管公知采用 这些分组类型100、200、300的协议最适合用于通过无线的基于CDMA的网络发送数据，但是 本发明人已经注意到，由于客观世界的各种条件使得这些类型的使用受到限制，结果大部 分情况下成了干扰(例如，噪声)。换句话说，小区间干扰和小区内干扰降低了可以发送的 数据量，因而在本领域内期望提高性能，特别是考虑用于发送互联网协议上语音(VoIP)的 数据协议的使用的增加。存在大量的目前采用来降低干扰源和干扰频率的干扰控制(IC， interferecontrol)技术，但是本领域技术人员将理解，将这些技术实现在能够以可靠且成 本经济的方式生产的设备中在最好情况下也是相当有挑战的，并且仅仅提供了容量的边际 增益。例如，已知一种这样的技术(线性干扰控制)的性能实际上是降低了过载的CDMA环 境下的性能，诸如是目前采用的几个“D0”网络配置中的一个的共同体验。也理解，另一种 干扰控制技术(非线性IC)实现起来非常复杂以至于它的使用已被通常排除用在目前的设 备中。因此，本发明人已经注意到，在基于CDMA的协议使用之上需要可替换的机制来实 现在存在公共干扰源时数据吞吐量方面的真实且有意义的增加。因此，现在将参考图4-19 来讨论这些技术。本发明利用现有的基于CDMA的协议上的正交频分复用(0FDM)机制来增 加数据吞吐量和容量。此外，本发明预期所谓的多输入/多输出(MIM0)技术的使用以提 供干扰源的减少、较好的覆盖率、和吞吐量的增加。本发明人已经注意到，具有多个天线的 0FDM或0FDMA的采用可以引起优化的现有D0网络的附加维度。此外，这里根据本发明讨 论的技术提供与现有遗留AT的完全的向后兼容。但是对于根据本发明的AT，这里讨论的 0FDMA的使用通过递增的低成本升级将显著地提高现有D0基础设施和设备的性能和工作 效率，因而提供较高的谱效率和扩大的网络覆盖率。在一个方面，根据本发明预期一种0FDMA多用户分组，其提供与如上所述采用现 有MAC层分组100、200、300的设备的向后兼容。本领域技术人员将理解，现有D0协议利用 1. 2288MHz载波。本发明预见将现有载波分成四个子带，每个子带包括0. 3096MHz副载波。 为了实现此目标，定义一种新的字段并增加到现有的系统公用数据中，以使得当AT进入到 根据本发明的AN的小区或扇区时，AT将知道有多少子带被配置用于该特定AN。
在另一个方面，一个或多个用户(即，AT)可以由该AN调度来共享该子带中的一 个或多个。此外，该子带中的一个或多个可以由单个用户占据。应当注意，可互换地使用术 语“AT”、“用户”和“移动站”以便包含根据本发明的用于通过基于CDMA的无线网络发送数 据的移动设备。本发明包括根据本发明的用在MAC层分组中的新的0FDMA前同步码(preamble) 结构。该分组采用尾比特卷积编码来传送每一个子带内的MAC索引以及速率指示符。因此，本发明预期一种新的SectorParameter (扇区参数)消息格式，其 包括利用0FDMA机制的子带掩码(mask)和锚子带(anchor subband)指示符。子 带掩码包括Channe 1 Subband(信道子带)掩码、NeighborSubband(邻居子带)掩 码和ExtendedChannelSubband(扩展的信道子带)掩码。下面将参考图11讨论 SectorParameter消息。其中锚子带指用于终端同步的子带。除了新的SectorParameter消息之外，还示出了新的RouteUpdate (路由更 新)消息格式，以使得根据本发明的AT能够经由几种方法来向AN报告载波干扰(C/I) 噪声比。将参考图15来详细讨论RouteUpdate消息，并且RouteUpdate消息包括4比 特的PreferredSubband(优选子带)字段，通过该字段，AT可以指示哪个子带组合具 有比平均导频强度密度更高的导频强度密度。RouteUpdate消息也包括5比特的字段 SubbandC2IStrength0rder，通过该字段，AT可以指示在AN支持的子带上的C/I分布。本发明还提供子带级别的活动集管理。因此，当根据本发明的AT报告它的活动集 的更新时，它也报告它的活动集中的每个AN的C/I比信息。在一个实施例中，该AT报告它 的活动集中的AN的总子带的C/I次序。在可替换的实施例中，该AT报告它的活动集中的 每个AN的四个子带的C/I次序。在其它方面，本发明提供具有天线选择和VoIP容量提高的每子带MIM0反馈。通 过对C/I敏感的数字速率控制(DRC，digital rate control)报告和子带跳跃的特征来影 响VoIP容量提高。因为已知D0是受干扰限制的，所以本发明人注意到，根据本发明的0FDMA技术的 采用提供用于优化D0网络的新的维度，这些新维度包括在频域中多路复用数据流和子带 小区间干扰管理。通过这里公开的根据本发明的多用户多输入/单输出(MIS0)D0技术的应用，降低 了导频和反馈开销，并且空间分集继续可以通过采用开环MIM0机制来实现。通过0FDMA，本发明支持快速的子带移交，其不需要对其它载波的附加监视。应当 注意，本构思将有助于减轻在移交期间通常关注的“乒乓”问题。根据本发明，预期AT的各种实施例来平衡功耗、由于多个现有无线电接口(例如， GPS、蓝牙、WiFi)引起的技术限制、对于天线间隔的要求、和工作频带。关于天线间隔，推荐 优化空间分集增益，天线间隔应当大于1/2波长，该波长在2GHz时大约为15厘米。因此， 本发明预见包括一个接收天线的AT、包括两个接收天线的另一个AT、和包括四个接收天线 的又一个AT。现在参考图4，示出了描述在根据本发明的AN中用于放置编码的0FDMA前同步码 的装置的框图400。框图400示出了根据本发明的在产生公式GF(16)中的接收指定AT的 8比特MAC ID的里德-索罗门(Reed-Solomon)编码器401。编码器401耦接到0FDM映射
8元件402。其余的前同步码字段被输入到重复元件403，其耦接到加法器404，加法器404将 四个反转的CRC比特添加到重复器403的输出。加法器404的输出提供给尾比特卷积编码 器405，该尾比特卷积编码器405具有1/4的编码速率R和等于9的K，尽管也可以预期其 它的实施例。编码器405的输出提供给块交织器406，其输出由二进制相移键控(BPSK)元 件407接收。BPSK元件407的输出被输入到加扰器408，其输出被输入到前同步码增益元 件 409。业务数据提供给业务增益元件410，并且导频数据被输入到导频增益元件411。与 编码器401的输出一起，前同步码增益元件409、业务增益元件410和导频增益元件411的 输出提供给OFDM映射元件402。这些输出被映射成OFDM音调，也成为OFDM载波，下面将要 更详细地描述。本发明的一个实施例总是考虑在锚子带中发送编码的0FDMA前同步码。对于每个 AN定义锚子带，并且通过发送SectorParameter消息来定义它的定位。因而，由特定AN服 务的每个AT将总是试图解码指定的锚子带以查找前同步码信息。前同步码信息包括:MAC 索引，指示在当前时隙中服务哪个AT;前向链路速率指示符，指示每个分组或AT的调制/ 编码速率；和可选的子带分配或结构信息，但是不局限于此。本发明的另一个实施例包含0FDMA前同步码，其被编码和调制，然后与0FDMA导频 和0FDMA业务进行0FDMA混合。图4示出了该可替换的前同步码的编码和调制，并且如图 所示，通过服务的AT的MAC索引来确定0FDMA前同步码副载波的定位。因而，仅仅服务的 AT能够适当地查找、解调并解码它的预期0FDMA前同步码。现在转到图5，示出了根据本发明的基于分组的前同步码结构500的框图。结构 500包括多个packetinfo (分组信息)字段501、503、505，每个级连到多个分组长度字段 502,504,506中的相应的每一个。在一个实施例中，该多个字段的数目的范围从一到八，基 本上与参考图3讨论的前同步码相似。但是，根据本发明的前同步码500的组成预见具有格 式字段507、MAC索引字段508、2比特子带号字段509、多个子带字段510、511的packetinfo 字段501、503、505，其中通过该多个子带字段510、511来指定用于该AT的子带。多个子带 字段510、511的每一个具有指定该子带的、指定多个0FDM子带中的一个子带的子带索引字 段512、相应的速率指示符字段513和相关的长度字段514。因此，采用根据本发明的0FDMA 技术通过基于分组的前同步码结构500来增加在D0系统中存在干扰的情况下的容量。在另一个实施例中，图6是突出基于子带的0FDMA前同步码600的框图。前同步码 600包括可选的2比特子带尺寸字段601以及一个或多个子带packetinfo字段602、603、 604。子带packetinfo字段602,603,604的每一个包括packetinfo字段605和速率指示 符字段606。packetinfo字段605的每一个包括2比特分组号607以及subpacketinfo字 段对608、610和相应的subpacket长度字段609、611。因此，采用根据本发明的0FDMA技术 通过基于子带的前同步码结构600来增加在D0系统中存在干扰的情况下的容量。根据本发明的前同步码的又一个实施例如图7所示，图7描述基于层的0FDMA前 同步码结构700。前同步码700具有可选的2比特层尺寸701。前同步码也具有多个层 packetinfo字段702、703、704，每个包括对于各个层的packetinfo 705和速率指示符706。 每个packetinfo 705包括2比特分组号以及subpacketinfo字段对708、710和相应的 subpacket长度字段709、711。因此，采用根据本发明的0FDMA技术通过基于层的前同步码结构700来增加在DO系统中存在干扰的情况下的容量。图8示出了自适应的前同步码结构800，其利用基本上与参考图5-7讨论的那些实 施例相似的基于分组、基于子带或基于层的前同步码。在此自适应的实施例中，两比特的前 同步码格式字段801耦接到一个或多个packetinfo字段802、803、804。通过该2比特前同 步码格式字段801的值来指示前同步码结构的类型(即，基于分组、基于子带、或基于层)。 因此，采用根据本发明的0FDMA技术基于逐个分组通过基于自适应的前同步码结构800来 增加在DO系统中存在干扰的情况下的容量。根据图5-8的实施例，根据本发明的DO 0FDMA前同步码的尺寸范围为从10到52 比特，其被嵌入到初始发送给AT的分组中。除了 MAC ID之外，速率指示符字段513、606、 706指示与从AT接收到的DRC反馈相关的调整的数据速率，因而减小了 AT执行多个解码 的负担，另外使得AN能够不考虑接收的DRC反馈。可选的2比特子带尺寸字段601指示 1.2288MHz载波被分成多少个子带。因而，当发送多用户分组时，包括该子带尺寸字段601。当提供多个子带时，仅仅需要8比特MAC ID字段508和2比特速率指示符字段 509的组合。当采用单个1. 2288MHz子带时，它们不是必需的。子带尺寸字段601的值指示采用的子带的数目。在所有实施例中，在32到176个OFDM音调上发送前同步码500、600、700、800，扩
展跨过第一半时隙和整个带宽。在一个实施例中，关于统计地分配子带，预期每个AN的固定的子带位置设置，在 SectorParameter消息中公开广播该分配。图9示出了根据本发明的尾比特卷积编码器900的一个实施例。编码器900包括 多个存储寄存器901、模2加法器902和反相器903，按照如图所示配置以产生编码的0FDMA 前同步码。如参考图4所讨论的，通过里德-索罗门编码器编码第一 8比特MAC ID，但是通 过具有反相的CRC比特的尾比特卷积码来编码该前同步码的其余字段。还如图4所示，对 编码的码元进行加扰、BPSK调制并映射到32-176个0FDM音调。如果将发送多用户分组， 则重复数等于二。否则，重复数被设置为四。对于前同步码、导频和业务的功率增益分别是 可配置的。应当注意，设计附加的编码增益以降低误报警率和检测遗漏率。参考图10，示出了描述根据本发明的示范性0FDM时隙结构1000的框图。结构 1000显示了，发送中的每1/2个时隙包括公共导频和两个或多个0FDMA子带，如上所述。开 头1/2时隙也包括参考图5-8描述的配置之一的根据本发明的前同步码。此外，发送现有 MAC和导频字段。因此，多用户分组将多个AT的子分组放置到不同的子带中，其中四个子带 的上限每1. 2288MHz载波小达0. 3096MHz。通过区分子带传输功率来实现较高的谱效率。可选地，对于每个子带可以使用分层调制。根据本发明的机制考虑灵活且更高效 的0FDMA多用户分组调度。根据本发明的小区间干扰管理比现有传输技术更有利，并且另 外支持小区边界处的AT，特别是那些处于不良的接收状况或那些具有对延迟敏感的服务的 AT。通过使用如下所述的对C/I敏感的DRC报告，根据本发明的0FDMA装置和方法与 传统的OFDM DO完全兼容，在仅当C/I很低且子带信道变化很大时AT对于每个子带报告 DRC时完成该对C/I敏感的DRC报告。否则，报告单个DRC。此外，通过参考图8讨论的自 适应0FDMA前同步码来保持兼容性，其中AN根据采用的0FDMA分组方法而仅仅使用最高效的0FDMA前同步码结构。现在参考图11，示出了根据本发明的SectorParameter消息1100的图。本领域 技术人员将理解，根据本发明的SectorParameter消息1100是现有EV-D0协议采用的消息 的修改版本。因此，差别在于如何分配用于0FDMA的子带。一个预期方法提供子带的动态 分配，并且一个可替换方法包含子带的静态分配。两个方法都通过此消息1100指示子带分 配。如上所述，采用可选的2比特子带尺寸字段来执行动态分配，其中该子带尺寸 字段的值指示1.2288MHz载波被分成多少个子带。当提供多用户分组的发送时，需要此 字段的发送。对于静态子带分配，通过SectorParameter消息1100指示子带结构的信 令，下面将进一步详细地进行描述。对于预期每个AN的锚子带的可替换的实施例，通过 SectorParameter消息1100实现每个AN的每个锚子带的固定。如上所述，锚子带是为了发 送前同步码信息预定义的子带。在操作中，采用SectorParameter消息1100来将扇区特定的信息传送到AT。对 现有SectorParameter消息的修改包括子带掩码，子带掩码包括ChannelSubbandMask、 NeighborChanne 1 SubbandMask 和 ExtendedChannelSubbandMask 字段，它们指示对于当前 AN或相邻AN中的信道的子带配置。该子带配置指示每个1. 2288MHz信道中有多少个子带 以及其中的每个子带具有多大的带宽。对于锚子带实施例，在每个AN中存在对于每个1. 2288MHz载波的锚子带，因而使 得由特定AN服务的每个AT能够解码发送的包含SectorParameter消息1100中所示的字 段的分组。现在转到图12，示出了根据本发明的用于锚子带的前向业务信道多用户MAC层分 组1201的格式的图1200。多用户MAC层分组1201包括非锚子带packetinfo字段、非锚子 带层长度字段、层1第1至第N packetinfo和长度字段、可选的MACheader分隔符字段、非 锚子带MACheader字段1202、MAC层有效负载、可选的填充字段、和MAC层尾部字段。非锚 子带MACheader字段1202包括多达M个非锚packetinfo字段、长度字段和分组子带分配 字段。非锚第M个MAC层有效负载1203包括非锚第M个MAC层有效负载字段以及可选的 填充字段和MAC层尾部。现在参考图13，示出了描述根据本发明的单个用户分组化和多用户分组化的图 1300。图1300包括单层分组1301和多层分组1302。单层分组具有层1第lpacketinfo 字段、第1长度字段、可选的MACheader分隔符字段、MAC层有效负载、可选的填充字段和 MAC层尾部。多层分组1302包括增强层packetinfo字段、增强层长度字段、多达n个的层 lpacketinfo字段和长度字段、可选的MACheader分隔符字段、增强层MACheader字段、MAC 层有效负载、可选的填充字段和MAC层尾部字段。现在参考图14，示出了根据本发明的多用户分组化的格式的图1400。图1400 示出了多层分组1401，其包括增强层packetinfo字段、增强层长度字段、从1到N的层 lpacketinfo和长度字段、可选的MACheader分隔符字段、增强层MACheader字段1402、MAC 层有效负载字段、可选的填充字段和MAC层尾部字段。增强层MACheader字段1402包括层2功率分配字段、层2PN信息字段、从1 到M的层2packetinf0和长度字段、层3功率分配字段、层3PN信息字段、从1到J的层3packetinf0和长度字段、层4功率分配字段、层4PN信息字段、和从1到K的层 4packetinfo和长度字段。层2到层4MAC层有效负载1403被显示为包括具有M个安全层 分组的层2MAC层有效负载字段、可选的填充字段和MAC层尾部。层4MAC层有效负载包括 具有K个安全层分组的层4MAC层有效负载字段、可选的填充字段和MAC层尾部。
应当注意，非锚子带分组的MAC头部作为一个MAC层有效负载而被嵌入，并且在锚 子带的非锚子带MACheader字段中也指示每个非锚分组的子带分配。
现在转到图15，示出了根据本发明的修改的routeupdate消息1500的图。 消息 1500 具有 messageid 字段、messagesequence 字段、refrerencepilotph 字段、 referencepilotstrength 字段、referencekeep 字段、numpilots 字段禾口保留字段° 消 ;窗、1500 也包括以下字段的 numpilots 次出现pilotphase、channelincluded、channel、 pilotstrength、keep 禾口 subbandc2istrengthorder0 subbandsc2istrengthorder 字段是 使得AT能够向AN通知每个子带的C/I强度的参数。AT使用此字段来向AN通知哪个子带 更优选用于子带移交。如上所述，本领域技术人员将充分了解，当AT在相同的载波中的两个AN之间执行 移交时，会存在“乒乓”问题。因为信道衰落，源AN和目的AN的导频强度在一些情况下常 常会变化。另外，当AT在不同的载波之间执行移交时，则很少存在“乒乓”问题，因而AT需 要不断地监视多个载波。因此，本发明提供了子带之间的快速移交，其有效地减轻了“乒乓” 问题同时不用对不同载波进行附加的信号测量。现在参考图16，示出了根据本发明的用于执行天线或天线流选择的装置1600的 框图。装置1600包括无线耦接在一起的AN 1610和AT 1620。为了以成本高效的方式提高现有DO网络基础设施的性能，本发明人注意到，接收 器天线选择是渐近实现MIM0的全潜能的成本最高效的多天线技术，因为它需要很少的射 频链，它对电话机设计的约束很少，并且它呈现出比迄今为止提供的其它技术更低的功率 和更低的生产成本。如果采用以下技术的话，则可实现的谱效率接近于具有完整的射频链的那些技 术 天线选择AT 1620选择用于下一个发射/接收的一些天线； 波束选择AT 1620选择最佳的波束并反馈前同步码消息指示符(PMI，preamble message index)；以及 子带选择:AT 1620计算每个子带的PMI并向AN 1610报告返回该最佳的几个 PMI。AN 1601具有输入到turbo编码器1601的多用户数据，其输出被传递到OFDM映射 元件1602。0FDM映射元件1602的输出提供给天线多路解复用器元件1603，其提供由预编 码器1604接收到的输出。预编码器1604的输出提供给子带调度器1605，其耦接到多达四 个0FDM调制器1606。为了清楚，仅仅描述两个调制器1606。每一个0FDM调制器1606耦 接到各个天线1607。AT 1602通过多达四个的天线1611发送/接收信号，为了清楚，示出了其中的两个 天线。每一个天线1611耦接到相应的快速傅里叶变换(FFT)元件1612，所有的FFT元件 耦接到数字速率控制(DRC)/等级(rank)/PMI计算元件1613、前同步码检测器1614、0FDM
12均衡和解调元件1615、以及信道和干扰估计元件1616。前同步码检测器1614耦接到OFDM 均衡和解调元件1615，其耦接到信道和干扰估计元件1616。OFDM均衡和解调元件1615也 耦接到用户多路解复用流多路复用元件1617，其输出目的是AT的多用户数据。DRC/等级/ PMI计算元件1613产生上述讨论到的反馈指示符，其由AN 1610使用来确定最佳的子带和 天线选择，以有效地与AT 1620通信。在操作中，1.2288MHz载波被分成多达四个子带。对于选择单个接收天线1611 的AT 1620，1. 2288MHz带被分成四个相等的子带，每个的带宽为0. 3072MHz。对于选择两 个或多个接收天线1611的AT 1620，1. 2288MHz带被分成两个相等的子带，每个的带宽为 0.6144MHz。根据AT 1620报告多少反馈，必须获得空间处理增益和频率选择性增益之间的平衡。对于选择较少天线/波束并报告较多子带的AT 1620，将可能有较多的频率域调度增 益。对于选择较多波束和较少子带的AT 1620，将有较多的空间处理增益。转到图17，示出了描述根据本发明的用于子带MIM0-0FDMA的示范性OFDM时隙 结构1700的框图。结构1700显示了，发送中的每1/2个时隙包括公共导频和两个或多个 OFDMA子带，如上所述。开头1/2时隙也包括参考图5-8描述的配置之一的根据本发明的前 同步码。此外，发送现有MAC和导频字段。因此，多用户分组将多个AT的子分组放置到不 同的子带中，其中四个子带的上限小达每1. 2288MHz载波0. 3096MHz。根据图17的实施例 的时隙结构1700不同于图10的结构1000之处在于，区分子带传输功率，因而提供了比图 10的实施例更高的谱效率。因此，每个AT报告每个子带的DRC，甚至以单天线或单码字(SCW)模式。对于单天 线AT实施例，单天线AT报告四个子带的每个的DRC/PMI。对于双天线的AT实施例，双天线 的AT报告两个子带的每个的两个DRC/PMI。四比特指示数据速率请求，3比特指示期望的 服务扇区。信道自身具有64元双正交调制。在一个实施例中，反向链路DRC(R-DRC)被在沃尔什(Walsh)码W(8，32)和W(24， 32)上发送，并且被多路复用在同相(I)和正交(Q)分支上，与多码字(MCW)模式中的DRC 报告相似。应当注意，本发明也提供与VoIP相关的改进。因而，必须考虑对延迟敏感的服务， 诸如VoIP。CDM DO最初是为了高吞吐量、多用户分集调度和具有提前终止的缓慢的功率控 制而被设计且优化的。然而，对延迟敏感的服务对系统优化具有不同的要求，因为关键要求 是延迟本身，后面是对吞吐量和/或用户容量的要求。因此，处于不良的接收状况的用户期 待更多的发送功率，而处于良好接收状况的用户可以需要较少的发送功率。此外，许多对延 迟敏感的服务不需要高吞吐量。因此，对延迟敏感的服务的吞吐量通常被优化为具有受延迟限制的容量而不是多 用户分集。因而，对于优化对延迟敏感的服务的考虑包括时间和频率域二者中的对信道敏 感的调度，其包含优化信道/用户分配，用于节省传输功率并最小化干扰。其它考虑包含频 域中的动态前向功率分配、反向功率控制和提前终止。关于容量，根据本发明的OFDMA技术提供相比较于传统的CDM DO的几个优点。一 个这样的优点是OFDMA提供频率选择性的潜在增益，特别是当它与多用户调度结合时。此 夕卜，对于注水和受延迟限制的单用户容量，公知在低信噪比(SNR)时，具有完整信道质量指示符(CQI)的容量明显大于没有CQI反馈的容量，而在高SNR时，两者之间的差别变得较 小。另外，从多用户调度的观点看，一个挑战是保持弱信道的用户的公平性和最大化强信道 的用户的吞吐量之间的平衡。因此，对于弱信道的用户的完整CQI反馈可以帮助AN对于对 延迟敏感的服务的高效的多用户调度。关于根据本发明的DRC报告，这是帮助AN进行多用户调度的非常好的机制。通常 4比特DRC值被双正交编码，并且DRC测量可以通过CDM时域导频和OFDM频域导频来获得。 一般的C/I可以从CDM导频中获得，并且频率选择性可以通过频域导频观测到。可以优化DRC报告以降低0FDMA的反馈开销。在一个方面，只有当子信道增益之 间存在显著差异时，频率选择性增益才较明显。当AT看见子信道增益相对平坦时或当C/I 比率相对较高时，AT可以对于所有子信道仅仅报告一个DRC。相反，当AT检测到子信道增 益的变化较大且C/I比率不高时，它可以报告多个DRC。关于子带跳跃，对于小区内的或具有可接受的C/I的AT，子带DRC报告是可选的。 如果具有高DRC的AT对于所有子带仅仅反馈单个DRC，则一个选择是使得能够通常通过整 个1. 2288MHz带宽或所有子带发送对于高DRC的分组。在另一个实施例中，也可以通过一 个子带或多个子带发送对于高DRC的分组。被分配用于高DRC的分组的子带不是固定的。 可以应用预定义的子带跳跃。如果具有高DRC的AT反馈具有显著变化的多个子带DRC，则 AN可以调度处于良好子带中的AT没有子带跳跃。转到图18，示出了根据本发明的0FDMA和OFDM的配置的图1800。图1800示出了 多个OFDM小区1802，每个提供子带DRC反馈，特别是对于小区边界的AT。本领域技术人员将理解，公知CDMA20001x是受到干扰限制的，特别是在小区边界 处由于导频干扰、开销信道干扰和业务信道干扰。并且应当注意，本发明提供多个机制来提 高小区边界性能，这些机制包括功率控制和频率再用的干扰管理。这通过采用如上所述的 具有功率管理技术的0FDMA来实现。此外，相邻AN之间的协作通过使用简单的广播多播来 提供宏分集。在考虑AN协作时，众所周知软组合具有简单的接收器设计的优点和3dBSNR 增益的可能。另外，软组合对AN设置了更多的调度限制。然而，对于0FDMA，需要单个业务 模式来在参与的AN之间共享。现在转到图19，示出了根据本发明的用于产生用于简单的广播多播服务(BCMCS) 的导频的装置1900的框图。装置1900示出了导频1901、层1业务1903和层2业务1913。 导频1901由频域旋转(时域延迟)元件1902接收到，其输出通过模2加法器1920增加到 导频的未旋转版本。层1业务1903提供给信道编码元件1904，其输出通过模2加法器1905 增加到加扰元件1910的输出。加法器1905的输出提供给信道交织器元件1906。交织器 1906的输出被输入到重复/截断元件1907，其输出送给调制元件1908。调制元件1908的 输出提供给增益控制元件1909。同样，层2业务提供给信道编码元件1914，其输出通过模2加法器1915增加到加 扰元件1910的输出。加法器1915的输出提供给信道交织器元件1916。交织器1916的输 出被输入到重复/截断元件1917，其输出送给调制元件1918。调制元件1918的输出提供 给增益控制元件1919。增益控制元件1909、1919的输出由加法器1921加在一起。加法器 1920、1921的输出提供给多路复用器1922。在操作上，简单的BCMCS物理层特征包括多于一个扇区可以发送具有相同时间和频率处的相同内容的相同信号流。为了减轻调度限制，可以通过多用户分组和分层发送来发送多播信号流。因此，用于单独对每个层进行信道估计的导频与特定的旋转叠加在一 起。在一个实施例中，仅仅一个多用户分组MAC ID被特别预留具有多播能力。在MAC层，从AT的活动集中的每个扇区为AT分配单播MAC ID和多播MAC ID。多 播MAC ID分配是可选的。由活动集中的每个扇区独立地分配多播MAC ID。如果MAC ID是 可用的，则它们被分配给多播区域内相对较大数目的用户以提高物理层效率。这与软/较 软移交中对AT的MAC ID分配相同，并且对MAC分组结构来说表现得没有变化。AN使用多 播MAC ID通过多用户分组来服务多播分组，其中以所有用户可以支持的最低数据速率将多 播分组发送给多播分组所寻址到的用户。在连接层，AN可以通过业务信道分配(TCA)分配 多播MAC地址。为了软组合来自于不同扇区的简单的BCMCS数据，扇区特定的开销发送与数据发 送分开。数据可以从分开的层发送，该分开的层具有层特定的导频。关于位置服务，CDMA2000位置服务的定位方法包括小区ID(Cell-Id)、增强的前 向链路三边测量(EFLT)、高级的前向链路三边测量(AFLT)和高级全球定位系统(A-GPS)。 通过IS-801消息使能位置服务。尽管公知周期的位置更新有益于网络管理和基于位置的 服务二者，但是开销可能并非微不足道。因此，简化位置辅助开销是提高位置服务的一个考 虑。因而，应当注意，本发明通过简单的广播和多播服务提供周期的GPS辅助服务。具有 GPS能力的AT可以订制由有能力的AN提供的周期的GPS辅助服务。因此，多播MAC ID分 配给该服务。除了一些必需的单播之外，通过多用户分组从AN周期性且同时广播一些GPS 辅助数据，并且必要时，AT可以周期性地更新它的本地GPS数据储存库。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用公开的构思和详细的实施例作为 设计或修改用于执行本发明的相同目的的其它结构的基础，并且可以在不脱离由所附权利 要求书所定义的本发明的范围的情况下，对这里公开的内容做出各种变化、替换和变更。
权利要求
一种无线耦接到多个接入终端的接入节点，包括编码器，用于为产生对应于多个数据流的一前同步码信号；多个复用元件，耦接到所述编码器，被配置为将所述前同步码信号和所述多个数据流转换成相应的前同步码音调和相应的多个子带，其中所述前同步码音调指示所述多个子带的配置方案，该多个子带更包括对应于多个接入终端的多个数据分组；以及发送器，耦接到所述多个复用元件，用于向所述多个接入终端发送所述前同步码音调和相应的所述多个子带。
2.如权利要求1所述的接入节点，其中所述当一第一子带对应的一导频信号强度高于 其他子带的导频信号强度时，该前同步码音调在该第一子带中发送。
3.如权利要求1所述的接入节点，其中所述前同步码信号基于分组，子带或层指示所 述多个子带的配置方案，更包括当基于分组指示时，该前同步信号包括复数个分组信息信号以及对应的分组长度，每 个该分组信息信号用于指示指定给该分组的子带或多个子带；当基于子带指示时，该前同步信号包括复数个子带信息信号以及对应的子带编码速 率，每个该子带信息信号用于指示指定给该子带的分组或多个分组；以及当基于层指示时，该前同步信号包括复数个层信息信号，每个该层信息信号用于指示 指定给该分组的子分组或多个子分组，其中该前同步信号还包括一速率控制索引用于更新分组编解码速率。
4.如权利要求1所述的接入节点，其中当该复数个子带用于多用户时，媒介访问控制层的该复数个数据分组包括对应于多个 层的复数个分组信息信号和分隔符字段；当该复数个子带用于一个单用户和多用户时，该复数个数据分组包括单层分组和多层 分组。
5.如权利要求1所述的接入节点，其中发送器更包括多个天线，该多个复用器根据该 天线的数目将该数据流分为所述多个子带。
6.一种用于无线耦接到多个接入终端的接入节点的方法，包括 产生对应于多个数据流的一前同步码信号；将所述前同步码信号和所述多个数据流转换成相应的前同步码音调和相应的多个子 带，其中所述前同步码音调指示所述多个子带的配置方案，该多个子带更包括对应于多个 接入终端的多个数据分组；以及向所述多个接入终端发送所述前同步码音调和相应的所述多个子带。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述当一第一子带对应的一导频信号强度高于其他 子带的导频信号强度时，该前同步码音调在该第一子带中发送。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述前同步码信号基于分组，子带或层指示所述多 个子带的配置方案，更包括当基于分组指示时，该前同步信号包括复数个分组信息信号以及对应的分组长度，每 个该分组信息信号用于指示指定给该分组的子带或多个子带；当基于子带指示时，该前同步信号包括复数个子带信息信号以及对应的子带编码速 率，每个该子带信息信号用于指示指定给该子带的分组或多个分组；以及当基于层指示时，该前同步信号包括复数个层信息信号，每个该层信息信号用于指示 指定给该分组的子分组或多个子分组，其中该前同步信号还包括一速率控制索引用于更新分组编解码速率。
9.如权利要求6所述的方法，其中当该复数个子带用于多用户时，媒介访问控制层的该复数个数据分组包括对应于多个 层的复数个分组信息信号和分隔符字段；当该复数个子带用于一个单用户和多用户时，该复数个数据分组包括单层分组和多层 分组。
10.如权利要求6所述的方法，更包括多个天线，其中根据该天线的数目将该数据流分 为所述多个子带。
11.一种无线耦接到一个或多个接入节点的接入终端，该接入终端包括多个天线，配置为接收已被通过基于码分多址的载波频率的多个子带发送的前同步码 音调和多个数据音调；前同步码检测元件，耦接到所述多个天线，用于为由所述前同步码音调确定所述多个 数据音调中的一个或多个包括用于由该接入终端接收的一个或多个相应的数据流；和复用均衡和解调元件，耦接到所述前同步码检测元件，并且被配置为将所述多个数据 音调中的一个或多个转换成所述一个或多个相应的数据流。
12.如权利要求11所述的接入终端，其中所述前同步码音调包括基于分组，子带或层 的前同步码。
13.如权利要求11所述的接入终端，其中所述接入终端测量所述多个数据音调的强 度，并向所述多个接入节点的一个或多个发送多个数据速率控制信号，以及其中该多个接 入节点中的一个或多个根据所述多个数据速率控制信号，通过所述多个子带，将后续的发 送映射到该接入终端。
全文摘要
接入节点无线地耦接到多个接入终端，具有子带调度器、多个正交频分复用元件和多个天线。子带调度器被配置为接收预编码的数据，并调度前同步码信号和多个数据流的发送。该多个正交频分复用元件将前同步码信号和多个数据流转换成相应的前同步码音调和相应的多个数据音调。前同步码音调指示该多个数据音调到该多个接入终端中的一个或多个的映射。该多个天线适时地发送相应的前同步码音调和相应的多个数据音调，以用于由该多个接入终端接收。通过基于码分多址(CDMA)的载波频率的多个子带来发送该相应的前同步码音调和相应的数据音调。
文档编号H04L27/26GK101808069SQ20101014506
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者杨鸿魁, 王曙 申请人:美商威睿电通公司