在无线通信系统中配置导频符号的方法和装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是2007年9月27日提交的申请号为200780036041. 4、名称为'在无线通 信系统中配置导频符号的方法和装置'的分案申请。
技术领域
[0002] 本公开总体上涉及无线通信，并且更具体地，涉及用于配置用在无线通信系统中 的导频符号的方法和装置。
【背景技术】
[0003] 正交频分复用（OFDM)是用于广播高速率数字信号的技术。在OFDM系统中，将一 个单独的高速率数据流分割成若干个并行的低速率子流，使用每个子流对各自的子载波频 率进行调制。应该注意，虽然将本发明就正交幅度调制进行描述，但是本发明同样可应用于 相移键控调制系统。
[0004] OFDM系统中所使用的调制技术称为正交幅度调制（QAM)，其中，对载波频率的相 位和幅度都进行了调制。在QAM调制中，从多个数据比特中生成复QAM符号，其中，每个 符号包括实数项和虚数项，并且每个符号均代表生成该符号的多个数据比特。以能够由复 平面来图形化表示的模式，将多个QAM比特一起进行发送。典型地，该模式被称为"星座 (constellation) "。通过使用QAM调制，OFDM系统可以改善自身的效率。
[0005] 当对信号进行广播时，它可以通过不只一条路径传播到接收机。例如，来自一个单 独的发射机的信号可以沿着直线传播到接收机，并且还可以被物理对象反射成沿着不同的 路径传播到接收机。此外，当系统使用所谓的"蜂窝"广播技术来增加频谱效率时，可以通 过不只一个发射机对打算提供给接收机的信号进行广播。因此，同样的信号将沿着不只一 条路径发送到接收机。无论是人为的（即由从不只一个发射机对同一个信号进行广播造成 的）还是自然的（即由回波造成的），信号的这种并行传播被称为"多径"。应该意识到，虽 然蜂窝数字广播的频谱效率高，但是必须做好准备，以有效地对多径因素进行处理。
[0006] 幸运的是，在出现多径状况（如上所述，当使用蜂窝广播技术时，其必然出现）时， 使用QAM调制的OFDM系统比仅使用单个载波频率的QAM调制技术更加有效。更特别地，在 单载波QAM系统中，必须使用复均衡器，以便对具有与主路径一样强的回波的信道进行均 衡，并且该均衡很难执行。相反，在OFDM系统中，简单地通过在每个符号的起始处插入具有 适当长度的防护间隔，就可以完全消除对复均衡器的需求。因此，当预期出现多径状况时， 使用QAM调制的OFDM系统是优选的。
[0007] 在典型的网格编码方案中，以卷积编码器对数据流进行编码，并且随后将连续的 多个比特合并到成为QAM符号的比特组中。若干个比特在一组中，其中，通过整数"m"对每 组的比特数目进行定义（因此，将每个组称为具有"m元（m-ary)"维度）。虽然"m"的值可 以更大或更小，但是通常"m"的值是4、5、6或7。
[0008] 在将多个比特分组成多比特符号之后，对这些符号进行交织。进行"交织"意味着 在次序上对符号流进行重新排列，从而使得由信道衰减造成的可能误差可以随机化。为了 说明，假设将要发送5个码字。假定在未交织信号的传输期间，出现了暂时性的信道干扰。 在这些情况下，在信道干扰减少之前，可能丢失整个码字，并且将很困难甚至不可能知道所 丢失的码字将要传达何种信息。
[0009] 相反，如果在传输之前对5个码字的字母按顺序进行了重新排列（即"交织"），并 且出现了信道干扰，则可能丢失若干个字母，也许每个码字丢失一个字母。然而，一旦对重 新排列后的字母进行解码，虽然一些码字丢失了一些字母，但是所有5个码字都将出现。显 然，在这些情况下，对于数字解码器来说，充分全面地对数据进行恢复将是相对容易的。在 对m-ary符号进行交织之后，使用上述QAM原理将符号映射到复符号，复用到它们各自的子 载波信道中，并进行发送。
【发明内容】
[0010] 根据本公开的一方面，公开了一种用于构造捕获导频符号的方法。该方法包括生 成至少一个具有至少预定长度的伪随机噪声序列，其中至少一个伪随机噪声序列代表了无 线系统的系统配置，以及用至少一个伪随机噪声序列调制时域符号序列以生成捕获导频符 号。该方法进一步包括将捕获导频符号掩码至指定频率轮廓，以及将已调制的捕获导频符 号放置在帧中，用于无线传输。
[0011] 根据本公开的另一方面，公开了一种用于构造捕获导频符号和放置该符号的帧的 发射机。该发射机包括伪随机噪声序列生成器，用于生成与传送给接收机的预定系统信息 相对应的伪随机噪声序列。该发射机进一步包括调制器，用于通过用伪随机噪声序列调制 时域符号序列来构造捕获导频符号；频谱掩码单元，用于将所述捕获导频符号掩码至指定 频率轮廓；以及组装单元，用于将已调制的捕获导频符号放置在帧中，用于无线传输。
[0012] 根据本公开的又一方面，公开了一种用在无线通信设备中的处理器。该处理器包 括伪随机噪声序列生成器，用于生成与传送给接收机的预定系统信息相对应的伪随机噪声 序列；调制器，用于通过用伪随机噪声序列调制时域符号序列来构造捕获导频符号，频谱掩 码单元，用于将捕获导频符号掩码至指定频率轮廓；以及组装单元，用于将已调制的捕获导 频符号放置在帧中，用于无线传输。
[0013] 根据本公开的再一方面，公开了一种用在无线通信设备中的处理器。该处理器包 括用于生成至少一个具有至少预定长度的伪随机噪声序列的模块，其中至少一个伪随机噪 声序列代表无线系统的系统配置，以及用于用至少一个伪随机噪声序列调制时域符号序列 以生成捕获导频符号的模块。另外，该处理器包括用于将捕获导频符号掩码至指定频率轮 廓的模块；以及用于将已调制且经过掩码的捕获导频符号放置在帧中用于无线传输的模 块。
[0014] 根据本公开的再一方面，公开了一种编码有指令集的计算机可读介质。该指令包 括用于生成至少一个具有至少预定长度的伪随机噪声序列的指令，其中，所述至少一个伪 随机噪声序列代表无线系统的系统配置；用于用至少一个伪随机噪声序列调制时域符号序 列以生成捕获导频符号的指令；用于将捕获导频符号掩码至指定频率轮廓的指令；以及用 于将已调制且经过掩码的捕获导频符号放置在帧中用于无线传输的指令。
【附图说明】
[0015] 图Ia示出了根据一个实施例的信道交织器。
[0016] 图Ib示出了根据另一个实施例的信道交织器。
[0017] 图2a示出了根据一个实施例被放入交织缓冲区中的turbo分组的码比特。
[0018] 图2b示出了根据一个实施例的交织缓冲区，其被排成N/m行、m列的矩阵。
[0019] 图3图示了根据一个实施例的交织交错表。
[0020] 图4示出了根据一个实施例的信道化图。
[0021] 图5示出了根据一个实施例的具有全1移位序列的信道化图，其中全1移位序列 导致特定时隙的长期良好的和差劲的信道估计。
[0022] 图6示出了具有全2移位序列的信道化图，其中全2移位序列导致均匀分布的良 好的和差劲的信道估计交错。
[0023] 图7示出了根据一个实施例的用于实现交织的无线设备。
[0024] 图8示出了物理层分组的示例性帧校验序列计算的框图。
[0025] 图9示出了示例性OFDM符号的持续时间图。
[0026] 图10示出了示例性超帧的结构和信道结构。
[0027] 图11示出了发射机中示例性TDM导频1分组的框图。
[0028] 图12示出了用于对TDM导频1子载波进行调制的示例性PN序列生成器。
[0029] 图13示出了 QPSK调制的示例性信号星座图。
[0030] 图14示出了用于说明发射机中的TDM导频2/WIC/LIC/FDM导频/TPC/数据信道 中的未分配时隙/保留的OFDM符号的固定模式处理的框图。
[0031] 图15是广域识别信道中时隙分配的示例。
[0032] 图16示出了示例性的时隙比特加扰器。
[0033] 图17不出了不例性LIC时隙分配的框图。
[0034] 图18示出了示例性TDM导频2时隙分配的框图。
[0035] 图19示出了用于说明发射机中OIS物理层分组处理的框图。
[0036] 图20示出了示例性广域/局域OIS信道编码器的框图。
[0037] 图21示出了示例性Turbo编码器架构的框图。
[0038] 图22示出了用于计算Turbo交织器输出地址的过程的框图。
[0039] 图23示出了 N = 20的示例性比特交织器操作示例的框图。
[0040] 图24示出了广域OIS信道Turbo编码分组映射到数据时隙缓冲区的框图。
[0041] 图25示出了局域OIS Turbo编码分组映射到数据时隙缓冲区。
[0042] 图26示出了说明发射机中用于处理数据信道物理层分组的过程的框图。
[0043] 图27示出了示例性数据信道编码器的框图。
[0044] 图28示出了对于分层调制而言对基本和增强分量比特进行交织以用于填充时隙 缓冲区的示例。
[0045] 图29示出了占用3个数据时隙缓冲区的数据信道Turbo编码分组。
[0046] 图30示出了对占用3个数据时隙缓冲区的基本和增强分量Turbo编码分组进行 复用的示例。
[0047] 图31示出了占用3个数据时隙缓冲区的数据信道Turbo编码分组的示例。
[0048] 图32示出了在一帧中的3个连续OFDM符号上为多个MLC进行时隙分配的示例。
[0049] 图33示出了 16-QAM调制的示例性信号星座图。
[0050] 图34示出了分层调制的示例性信号星座图。
[0051] 图35示出了 FDM导频的交错分配图。
[0052] 图36示出了时隙的交错分配图。
[0053] 图37示出了示例性OFDM常用操作的框图。
[0054] 图38示出了根据示例来说明加窗的OFDM符号的重叠的图。图33示出了 16-QAM 调制的示例性信号星座图。
[0055] 图39图示了在超帧39中使用的导频捕获符号，其中该符号包括时域中周期波形 的序列。
[0056] 图40示出了包括捕获OFDM符号的超帧的示例性构成。
[0057] 图41示出了用于构造和发射图40所示的帧的示例性发射机4100。
[0058] 图42示出了用于构造和发射包括如图40所示的捕获符号的超帧的方法的流图。
[0059] 图43示出了用于构造和发射包括如图40所示例的捕获导频符号的超帧的发射机 的另一个示例。
【具体实施方式】
[0060] 在实施例中，信道交织器包括比特交织器和符号交织器。图1示出了两种类型的 信道交织方案。两种方案都使用比特交织和交错来实现最大信道分集。
[0061] 图Ia示出了根据一个实施例的信道交织器。图Ib示出了根据另一个实施例的信 道交织器。图Ib的交织器仅使用比特交织器来实现m-ary调制分集，并且使用二维交织交 错表和运行时时隙-交错映射来实现频率分集，该频率分集无需明确的符号交织就提供更 好的交织性能。
[0062] 图Ia示出了输入到比特交织块104的Turbo码比特102。比特交织块104输出交 织比特，交织比特输入到星座符号映射块106。星座符号映射块106输出星座符号映射比 特，星座符号映射比特输入到星座符号交织块108。星座符号交织块108将星座符号交织比 特输出到信道化块110。信道化块110使用交错表112对星座符号交织比特进行交错，并输 出OFDM符号114。
[0063] 图Ib示出了输入到比特交织块154的Turbo码比特152。比特交织块154输出交 织比特，交织比特输入到星座符号映射块156。星座符号映射块156输出星座符号映射比 特，星座符号映射比特输入到信道化块158。信道化块158使用交织交错表和动态时隙-交 错映射160对星座符号交织比特进行信道化，并且输出OFDM符号162。
[0064] 用于调制分集的比特交织
[0065] 图Ib的交织器使用比特交织154来实现调制分集。以一种将相邻的码比特映射 到不同星座符号中的模式对turbo分组的码比特152进行交织。例如，对于2m-Ary调制， 将N比特交织缓冲区分割成N/m块。如图2a中所示（顶部），按顺序将相邻的码比特写入 相邻的块中，随后依次从缓冲区的开头到结束一个接一个地读出。这保证将相邻的码比特 映射到不同的星座符号。同样，如图2b所示（底部），交织缓冲区被排列成N/m行、m列的 矩阵。逐列地将码比特写入缓冲区中，并且逐行读出。由于对于取决于映射的16QAM来说， 星座符号的某些比特比其它比特更可靠，例如，第一个和第三个比特比第二个和第四个比 特更可靠，所以为了避免将相邻的码比特映射到星座符号的同一个比特位置，应该从左到 右以及可替换地从右到左读出各行。
[0066] 图2a示出了根据一个实施例被放到交织缓冲区204中的turbo分组的码比特 202。图2b是根据一个实施例的比特交织操作的图示。如图2b中所示，将Turbo分组的码 比特250放入交织缓冲区252中。根据一个实施例，通过交换第二列和第三列对交织缓冲 区252进行变换，从而创建交织缓冲区254,其中，m = 4。从交织缓冲区254读出Turbo分 组的交织码比特256。
[0067] 为简便起见，如果最高调制级别是16并且如果码比特长度总是被4整除，就可以 使用固定的m = 4。在该情况下，为了改善QPSK的分隔，在被读出之前对中间两列进行交 换。在图2b中（底部）对该过程进行了描述。对本领域的技术人员显而易见的是可以交 换任何两列。对本领域的技术人员也显而易见的是可以按照任何次序放置这些列。对本领 域的技术人员还显而易见的是可以按照任何次序放置这些行。
[0068] 在另一个实施例中，作为第一个步骤，将turbo分组的码比特202分布在多个组 中。注意，图2a和图2b的实施例也都将码比特分布在多个组中。然而，可以根据用于每个 给定组的组比特次序对每个组内的码比特进行混洗，而不是简单地交换行或列。这样，在将 16个码比特分布到4个组中之后，使用对这些组的简单线性排序，这些组的次序可以是{1， 5,9,13}、{2,6,10,14}、{3, 7,11，15}、{4,8,12,16}，并且在混洗之后，这四组共 16 个码比 特的次序可以是{13,9, 5,1}、{2,10,6,14}、{11，7,15, 3}、{12,8,4,16}。注意，交换行或列 是该组内混洗的回归情形。
[0069] 用于频率分集的交织交错
[0070] 根据实施例，信道交织器将交织交错用于星座符号交织，以便实现频率分集。这消 除了对于明确的星座符号交织的需求。在两个级别上进行交织：
[0071] 在交错之内的交织或者交错内交织：在实施例中，以比特反转的形式对交错的 500个子载波进行交织；
[0072] 在交错之间的交织或者交错间交织：在实施例中，以比特反转的形式对8个交错 进行交织。
[0073] 对本领域的技术人员显而易见的是，子载波的数目可以是除了 500之外其它的 数。对本领域的技术人员还显而易见的是，交错的数目可以是除了 8之外其它的数。
[0074] 注意，由于500不是2的幂，因此根据实施例应该使用精简集比特反转操作。下列 代码示出了该操作：
[0075]
[0076] 其中，η = 500, m是使得2m>n的最小整数8,并且bitRev是常规比特反转操作。 [0077] 根据实施例，使用如图3中所描述的交错表，按照信道化器所确定的已分配的时 隙索引，以顺序线性的形式将数据信道的星座符号序列的多个符号映射到相应的子载波 中。
[0078] 图3示出根据一个实施例的交织交错表。示出了 Turbo分组302、星座符号304 以及交织交错表306。还示出了交错3 (308)、交错4 (310)、交错2 (312)、交错6 (314)、交错 1 (316)、交错 5 (318)、交错 3 (320)和交错 7 (322)。
[0079] 在一个实施例中，8个交错中的一个用于导频，即交错2和交错6交替地用于导频。 结果，信道化器可以使用7个交错用于调度。为方便起见，信道化器使用时隙作为调度单 位。将一个时隙定义为OFDM符号的一个交错。使用交错表将时隙映射到特定的交错。由于 使用了 8个交错，那么就存在8个时隙。留出7个时隙用于信道化，而1个时隙用于导频。 在不失一般性的情况下，如图4中所示，将时隙0用于导频而将时隙1到7用于信道化，在 图4中，竖轴是时隙索引402,横轴是OFDM符号索引404,并且粗体条目是在OFDM符号时间 上被分配给相应时隙的交错索引。
[0080] 图4示出了根据一个实施例的信道化图。图4示出了为调度器保留的时隙索引 406以及为导频保留的时隙索引408。粗体条目是交错索引号。具有方框的数字是与导频 相邻并且因此具有良好的信道估计的交错。
[0081] 被方框环绕的数字是与导频相邻并且因此具有良好的信道估计的交错。因为调度 器总是将一块连续的时隙和OFDM符号分配给数据信道，因此显然的是，由于交错间交织， 分配给数据信道的连续时隙将被映射到不连续的交错。于是，就可以实现更多的频率分集 增益。
[0082] 然而，这种静态分配（即，时隙到物理交错的映射表不随着时间变化，其中调度器 时隙表不包括导频时隙）确实遇到一个问题。即，如果一个数据信道分配块（假设是矩形 的）占用了多个OFDM符号，那么被分配给该数据信道的交错不随着时间变化，这将导致频 率分集的损失。补救办法是随着OFDM符号的变化而简单地将调度器交错表（即，除了导频 交错之外）循环移位。
[0083] 图5描述了对于每个OFDM符号将调度器交错表移位一次的操作。该方案成功地 解决了静态交错分配问题，即，在不同的OFDM符号时间，将特定的时隙映射到不同的交错。
[0084] 图5示出了根据一个实施例的信道化图，其中，全1移位序列导致对于特定时隙 502长期的良和差的信道估计。图5示出了为调度器保留的时隙索引506以及为导频保留 的时隙索引508。在横轴上示出了时隙符号索引504。
[0085] 然而，注意到，与优选的具有良信道估计的短期交错和具有差的信道估计的短期 交错的模式相比，所述时隙分配有四个具有良信道估计的连续交错，其后伴随具有差信道 估计的长期交错。在图中，以方框对与导频交错相邻的交错进行标记。对长期的良和差信 道估计问题的解决方法是，使用除了全1移位序列以外的移位序列。有许多序列可以用于 完成该任务。最简单的序列是全2移位序列，即，调度器交错表每OFDM符号移位两次而不 是一次。在图6中示出了显著改善了信道化器交错模式的