专利名称:多载波无线通信系统中的多用户信号接收方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信技术，更具体地说涉及一种多载波无线通信系统中的多用户信号接收方法。
背景技术：
随着无线用户终端数量的不断增长，以及无线用户终端对于通信速率的需求不断增长，无线通信系统的容量和无线通信系统的频率效率始终是无线通信系统演进过程中的核心问题。为此，旨在提供更高频谱效率与更大系统容量的技术解决方案一直是无线通信技术的研究热点之一。其中，多载波(Multi-carrier)无线通信技术由于其良好的抗衰落(Fading)性能和高速的数据传输速率正在获得人们的广泛关注。
在使用多载波无线通信技术的系统中，如多载波-码分多址(MC-CDMAMulti-carrier-Code Division Multiple Access)系统与正交频分复用(OFDMOrthogonal Frequency DivisionMultiplexing)系统，在系统可用的频率资源内配置了多个载波，每个所述的载波被称为一个子载波(Sub-carrier)，系统中的一个无线发射机与一个无线接收机间的信号传输同时在多个所述的子载波上进行。由于在所述的多载波无线通信系统中，系统可用的频率资源被划分为多个较窄的频率单元，信号在多个较窄的频率单元上并行传输，从而信号在无线信道中传输时可以更好的抵抗频率选择性(Frequency Selective Fading)衰落，获得更高的传输吞吐率(Throughput)。
在多载波无线通信系统中，根据各用户终端信号传输速率的需求或信号传输质量的要求，所述子载波应可同码道、时隙或发射功率等无线通信资源一样被分配。在西门子(中国)有限公司向中华人民共和国国家知识产权局提交的专利申请号为200510115002.6的专利申请中，提出了一种多载波无线通信系统中的子载波分配方法首先，将多载波无线通信系统拥有的子载波沿频率轴划分为子频带，每个子频带由沿频率轴依次排列的至少一个所述的子载波组成；然后，对所述子频带上的无线信道冲激响应功率进行测量；最后，由所述系统中的控制节点根据所述无线信道冲激响应功率的测量值为所述系统中的用户终端分配供其使用的子频带。在所述的子载波分配方法中，一个所述的子频带被作为子载波分配过程中的基本单位，由多载波无线通信系统中的控制节点为系统中的用户终端进行分配，因而避免了使用一个子载波作为基本单位的子载波分配方法的缺点，可以降低子载波分配过程中的信令开销；同时在存在大量无线用户终端的多载波无线通信系统中，提供了一种多用户的子载波分配机制，消除了多个所述用户终端间的子载波请求冲突。
使用所述的子载波分配方法，在为一个用户终端分配了一个或一个以上供其传输信号的子频带后，现有技术中普遍采用快速傅立叶变换(FFTFast Fourier Transform)的方法来实现所述用户终端和其控制节点间的多载波信号传输。例如，在所述多载波信号的发送端，使用一个Nc点的离散傅立叶变换(DFTDiscrete Fourier Transform)装置来对所述用户终端的信号进行多载波调制，其中Nc表示所述用户终端的信号传输所占用的子载波数量；在所述多载波信号的接收端，使用一个Nc点的反离散傅立叶变换(IDFTInverse Discrete FourierTransform)装置来对所述用户终端的多载波信号进行解调。使用所述的多载波信号传输方法，信号的调制与解调过程均可使用数字信号处理的方法加以实现，因而可简化多载波无线通信系统的实施过程，降低系统成本。
在一个存在多个用户终端的多载波无线通信系统中使用所述的多载波信号传输方法时，所述的傅立叶变换装置将不仅需要完成信号的调制与解调过程，还同时需要完成多用户信号的复用(Multiplex)与解复用(De-multiplex)过程。当各用户终端的发送信号之间存在时间偏移或频率偏移时，在使用所述的傅立叶变换变换装置对多用户接收信号进行解复用的过程中，各用户终端的接收信号之间将产生较为严重的相互干扰，这种多个用户终端间的相互干扰将在由用户终端至控制节点的上行链路中表现的尤为显著，对系统中各用户终端间的同步精度和定时精度都会产生很高要求，因而也限制了所述的多载波信号传输方法在多用户终端的多载波无线通信系统中的应用。
发明内容本发明的目的在于提供一种多载波无线通信系统中的多用户信号接收方法，可以在一个存在多个用户终端的多载波无线通信系统中，对接收信号中各用户终端的信号有效的进行解复用，同时还可增强多用户信号的解复用过程对于各用户信号之间的时间偏移和频率偏移的鲁棒性(Robustness)，减少各用户终端接收信号之间的相互干扰；并且还可使多载波无线通信系统在实施的过程中仍具有较低的实现复杂度。
上述的发明目的通过以下的技术方案加以实现多载波无线通信系统中的多用户信号接收方法，其中所述系统拥有的子载波被沿频率轴划分为子频带，每个子频带由沿频率轴依次排列的至少一个所述的子载波组成；在所述系统中，一个用户终端的信号同时在至少一个所述的子频带上传输，同时传输信号的不同用户终端所使用的子频带互不相同；包括步骤如下(1)使用一个滤波器组对所述多用户信号中的各用户信号进行分离；(2)使用一个傅立叶变换装置对所述分离后的单用户多载波调制信号进行解调。
在所述系统中，一个用户终端所使用的子频带由所述系统中的控制节点根据无线信道的状态信息为所述用户终端自适应的分配。所述的子频带被进一步分类为传输信号的子频带与保护子频带，其中所述传输信号的子频带用于传输信号，由所述控制节点为所述用户终端进行分配；所述保护子频带用于在所述传输信号的子频带之间形成保护间隔；相邻的两个所述传输信号的子频带之间存在至少一个所述的保护子频带。
在所述步骤(1)中，所述的滤波器组由至少一个带通滤波器组成，所述带通滤波器的数量与同时传输信号的用户终端数量相等；所述的滤波器组也可由一个原型滤波器和所述原型滤波器的频移滤波器组成，所述滤波器的数量与同时传输信号的用户终端数量相等；所述的滤波器组还可由一个多相滤波器组和一个傅立叶变换装置组成。
在所述步骤(2)中，还包括使用一个无线信道估计装置对所述的解调信号进行信道补偿的步骤。
所述的多载波无线通信系统为一个多载波无线移动通信系统，所述的多用户信号为所述系统中的一个小区基站收到的上行链路多用户信号。
所述的多载波无线通信系统也可为一个多载波无线局域网系统。
以下将通过具体实施例并结合附图对本发明的目的及特征加以详细说明，这些具体实施例是说明性的，不具有限制性。
图1为本发明方法中的子频带划分示意图。
图2为本发明方法具体实施例中步骤(1)的示意图。
图3为本发明方法具体实施例中步骤(2)的示意图。
具体实施方式图1、图2和图3构成了本发明方法的一个具体实施例。
根据本发明的方法，在一个多载波无线通信系统中，系统拥有的子载波将被划分为子频带，并且所述的子频带被作为子载波分配的基本单位，由系统中的控制节点根据无线信道的状态信息为所述用户终端自适应的分配，所述无线信道的状态信息可以是信道的冲激响应功率值、无线信道的载波干扰比或无线信道的质量指示等信息。设所述的多载波无线通信系统为一个多载波无线移动通信系统或多载波无线局域网系统，所述的系统拥有2048个子载波。则将所述的2048个子载波沿频率轴f划分为若干个子频带，每个子频带可以包括一个子载波，两个相邻的子载波，或者沿频率轴排列的多个子载波。一个用户终端可由所述控制节点为其分配一个或一个以上的所述子频带，所述用户终端的信号则同时通过所述的子频带进行传输。为了减少不同子频带上的信号传输间的相互干扰，所述的子频带还可被进一步划分为传输信号的子频带与保护子频带，其中所述传输信号的子频带用于传输信号，所述保护子频带用于在所述传输信号的子频带之间形成保护间隔，相邻两个所述传输信号的子频带之间存在至少一个所述的保护子频带。所述系统中的子载波被划分为子频带后的示意图如图1所示。
当所述的多载波无线通信系统中存在多个用户终端时，同时传输信号的不同用户终端所使用的子频带互不相同，即在所述系统中通过频分复用的方式为不同的用户终端提供多址接入。接下来，根据本发明的方法，当所述不同用户终端的传输信号到达接收机一端时，对所述多用户信号的接收方法包括步骤如下(1)使用一个滤波器组对所述多用户信号中的各用户信号进行分离；(2)使用一个傅立叶变换装置对所述分离后的单用户多载波调制信号进行解调。即在本发明的方法中，对所述多用户信号的接收过程被分解为多用户信号的解复用过程和单用户信号的解调过程，而非现有技术中将多用户信号的解复用过程和单用户信号的解调过程合一的方法。
所述多用户信号的解复用过程通过一个滤波器组来完成，所述的滤波器组由至少一个带通滤波器组成，所述带通滤波器的数量与同时传输信号的用户终端数量相等，每个所述带通滤波器的滤波特性由其相应用户终端的传输信号所使用的子频带决定。所述的带通滤波器组可以用多个数字滤波器加以实现，但这样的实现成本相对较高；所述的带通滤波器组也可以用多个数字基带滤波器加频率搬移加以实现，所述多个数字基带滤波器的滤波特性分别由所述系统中的子频带划分决定，一个所述带通滤波器的滤波特性则通过选择相应的数字基带滤波器，并结合频率搬移的数字信号处理过程加以实现，这样便可降低所述带通滤波器组的实现成本。当所述系统中的每个子频带由相等数量的子载波组成，并且所述系统中同时传输信号的各用户终端被分配以相等数量的子频带时，各所述用户终端所使用的子频带从频率轴上观察互为对方的频移版本，则此时所述的滤波器组可由一个基带滤波器和所述基带滤波器的频移版本组成，所述的基带滤波器可以采用原型滤波器(Prototype Filter)加以实现；或者，所述的滤波器组可以更为简单的采用一个多相滤波器组(Poly-phase Filter Bank)和一个傅立叶变换装置加以实现，如图2所示其中，所述的多用户信号在到达接收机一端后将通过一个串/并转换器被依次输入到所述多相滤波器的各个支路，所述支路的数量与所述用户终端的数量相等，M代表所述用户终端的数量，hm(n)，m＝1，...，M表示各多相滤波器的相位输出特性；然后，经所述多相滤波器组进行相位变换后的信号被输入到一个M点的傅立叶变换装置，进而完成对各用户信号的低通滤波和频率搬移的滤波过程，从而完成对所述多用户信号的解复用过程。
随后，所述解复用后的各用户终端的多载波信号被分别进行解调，对每个所述用户终端的解调过程由一个傅立叶变换装置完成，如图3所示，其中Nc表示所述用户终端用于传输信号的子载波数量。为了进一步消除信号传输中的符号间干扰，当一个用户终端的信号在发送时各发送符号间被填充了循环字头的情况下，对所述用户终端的解调过程中也将相应包括去除循环字头的步骤。此外，为了消除无线信道的衰落特性对于信号判决过程的影响，在所述的解调过程中还可包括使用一个无线信道估计装置对所述的解调信号进行信道补偿的步骤。
使用本发明的方法，当各用户终端的发送信号之间存在时间偏移或频率偏移时，在对所述的多用户信号进行接收时，通过对所述多用户信号的解复用过程和单用户信号的解调过程的分别进行，可以增强多用户信号的解复用过程对于各用户信号之间的时间偏移和频率偏移的鲁棒性，使得所述多个用户终端间的相互干扰得到有效的抑制。尤其在由用户终端至控制节点的上行链路中，例如，在一个多载波无线移动通信系统的上行链路中，使用本发明的方法可以为所述的多载波无线通信系统带来显著的系统性能增益。同时，本发明的方法在实施的过程中仍具有较低的实现复杂度，从而使多载波无线通信系统可具有较低的实现成本。
权利要求
1.多载波无线通信系统中的多用户信号接收方法，其中所述系统拥有的子载波被沿频率轴划分为子频带，每个子频带由沿频率轴依次排列的至少一个所述的子载波组成；在所述系统中，一个用户终端的信号同时在至少一个所述的子频带上传输，同时传输信号的不同用户终端所使用的子频带互不相同；其特征在于包括步骤如下(1)使用一个滤波器组对所述多用户信号中的各用户信号进行分离；(2)使用一个傅立叶变换装置对所述分离后的单用户多载波调制信号进行解调。
2.如权利要求
1所述的方法，其特征在于所述系统中的一个用户终端所使用的子频带由所述系统中的控制节点根据无线信道的状态信息为所述用户终端自适应的分配。
3.如权利要求
2所述的方法，其特征在于所述的子频带被进一步分类为传输信号的子频带与保护子频带，其中所述传输信号的子频带用于传输信号，由所述控制节点为所述用户终端进行分配；所述保护子频带用于在所述传输信号的子频带之间形成保护间隔；相邻的两个所述传输信号的子频带之间存在至少一个所述的保护子频带。
4.如权利要求
1所述的方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所述的滤波器组由至少一个带通滤波器组成，所述带通滤波器的数量与同时传输信号的用户终端数量相等。
5.如权利要求
1所述的方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所述的滤波器组由一个原型滤波器和所述原型滤波器的频移滤波器组成，所述滤波器的数量与同时传输信号的用户终端数量相等。
6.如权利要求
1所述的方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所述的滤波器组由一个多相滤波器组和一个傅立叶变换装置组成。
7.如权利要求
1所述的方法，其特征在于在所述步骤(2)中，还包括使用一个无线信道估计装置对所述的解调信号进行信道补偿的步骤。
8.如权利要求
1所述的方法，其特征在于所述的多载波无线通信系统为多载波无线移动通信系统。
9.如权利要求
8所述的方法，其特征在于所述的多用户信号为所述系统中的一个小区基站收到的上行链路多用户信号。
10.如权利要求
1所述的方法，其特征在于所述的多载波无线通信系统为多载波无线局域网系统。
专利摘要
本发明提供了一种多载波无线通信系统中的多用户信号接收方法，其中所述系统拥有的子载波被沿频率轴划分为子频带，每个子频带由沿频率轴依次排列的至少一个所述的子载波组成，一个用户终端的信号同时在至少一个所述的子频带上传输，同时传输信号的不同用户终端所使用的子频带互不相同。在对所述的多用户信号接收时，对所述多用户信号的解复用过程和单用户信号的解调过程分别进行，所述多用户信号的解复用过程由一个滤波器组完成；所述单用户信号的解调过程由一个傅立叶变换装置完成。使用本发明的方法，可增强多用户信号的解复用过程对于各用户信号之间的时间偏移和频率偏移的鲁棒性，从而减少所述接收过程中各用户信号之间的相互干扰；并且还可使多载波无线通信系统在实施的过程中仍具有较低的实现复杂度。
文档编号H04L27/26GK1992696SQ200510135522
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月30日
发明者强剑锋, 常疆 申请人:西门子(中国)有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan