專利名稱：Ofdm通信系統(tǒng)及ofdm通信方法
技術領域：
本發(fā)明涉及OFDM (正交頻分復用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信系統(tǒng)及OFDM通信方法，特別涉及將頻帶分割為多個 頻段并將各頻段分配給移動站而進行OFDM數(shù)據(jù)通信的OFDM通信系統(tǒng) 的基站、移動站及OFDM通信方法。
背景技術：
OFDMA訪問方式
在使用OFDM通信方式的蜂窩移動通信中，己知有稱為OFDMA(正 交步頁分多址，Orthogonal Frequency Division Multiple Access)的如下訪問 方式將頻帶分割為多個頻段，將各個頻帶分配給多個用戶，由此對用 戶進行復用。圖18是示出了關于OFDMA訪問方式的頻帶的用戶分割情 況的圖。在圖18 (A)中，所示的例子是將由31個子載波組成的頻帶分 割為由10個子載波、11個子載波和10個子載波組成的3個頻段，各個 頻段分配給不同的用戶。 下行鏈路中應用OFDMA的情況
圖19示出了在下行鏈路(從基站到移動站的通信)中應用OFDMA 的基站發(fā)送機的結構，圖20示出了移動站接收機的結構。在下行鏈路中， 對每個頻段分配的3個用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)被分配在圖18的1 31的各子載 波上，并輸入給IFFT部1。 IFFT部1對子載波信號進行IFFT處理，將 其轉換成時域信號，保護間隔插入部2在該時域信號中插入保護間隔(GI: Guard Interval )。在此，如圖21所示，保護間隔GI是復制OFDM碼元的 最后部分而得到的。插入GI后的基帶信號通過發(fā)送電路(Tx) 3的DA 轉換器3a轉換為模擬信號，然后通過頻率轉換部3b轉換成中心頻率為 fl的RF信號，經(jīng)帶通濾波器3c限制頻帶，之后被放大并從發(fā)送天線4 進行發(fā)送。圖18 (B)示出了經(jīng)過頻率轉換之后的RF信號的各頻段的帶 寬及中心頻率，將帶寬為Bl (MHz)的頻段分割成帶寬為B2 (MHz) 的三個頻段，并且各頻段的中心頻率為fO、 fl和f2。而且，基站采用如圖22所示的幀格式，以一定間隔插入移動站進行 信道估計所需要的已知導頻信號而進行發(fā)送。幀由n個OFDM碼元構成， 每幀中都插入有導頻碼元和控制數(shù)據(jù)碼元。從發(fā)送天線4發(fā)送出的信號經(jīng)過衰落路徑，被移動站的接收天線5 (圖20)接收，接收電路(Rx) 6將天線所接收的RF信號(圖18 (B)) 轉換為基帶信號。即，通過帶寬為B1的帶通濾波器6a對天線5所接收 的RF信號的頻帶進行限制，然后輸入低噪聲放大器6b，低噪聲放大器 6b將其放大至規(guī)定的功率。混頻器(mixer) 6c將具有解調(diào)對象的頻段的 中心頻率的本地信號與低噪聲放大器6b的輸出信號相乘，將經(jīng)功率放大 之后的RF信號轉換為基帶信號。例如，如果移動站的解調(diào)對象為頻段2, 則本地振蕩器6d產(chǎn)生頻率為fl的本地信號，混頻器6c通過將該本地信 號與RF信號相乘，將其轉換為基帶信號。在此雖然示出的例子是從RF 信號直接轉換為基帶信號，但是也有先轉換為中間頻率的方法。如圖18 (B)所示，經(jīng)基帶轉換后的信號通過具有截止頻率為B2/2 (MHz)的特性A的抗混疊(antialiasing)用低通濾波器6e之后，被輸 入AD轉換器6f。 AD轉換器6f以帶寬B2的2倍的采樣率將信號轉換為 數(shù)字數(shù)據(jù)。最后，截止頻率為B2/2 (MHz)的FIR濾波器6g從經(jīng)AD轉 換后的信號中截取并輸出期望頻段的信號。FFT定時同步電路7從由接收電路6輸出的含有期望頻段的信號的 時域信號中檢測出FFT定時，碼元截取部8以該FFT定時截取碼元而將 其輸入到FFT部9中。FFT部9對截取出的每個碼元進行FFT處理，將 其轉換為頻域的子載波信號。信道估計電路IO計算以一定間隔接收的導 頻碼元與已知的導頻模式(pilotpattem)之間的相關度，從而對每個子載 波進行信道估計，信道補償電路11使用信道估計值對數(shù)據(jù)碼元的信道變 化進行補償。通過上述的處理，對分配在圖18的1 31的各子載波上的 發(fā)送數(shù)據(jù)進行解調(diào)，但是OFDMA接收機只對分配給本站的頻段上的子 載波信號進行解調(diào)即可。在圖20的例子中，F(xiàn)FT部9輸出頻段2上的子 載波信號11 21，信道補償部ll進行信道補償，輸出解調(diào)數(shù)據(jù)。分配給 本站的頻段的信息如圖22所示的幀格式那樣通過在時間上復用的控制信 道通知給移動站。在這之后，將所解調(diào)的子載波信號11 21轉換為串行 數(shù)據(jù)，然后進行解碼，這在圖中未示出。
上行鏈路中應用OFDMA的情況圖23是在上行鏈路(從移動站到基站的通信)中應用OFDMA的移 動站的結構圖，圖24是基站的結構圖。如圖18 (A)所示的頻段1 頻段3分別分配給不同的移動站20, 203。在各移動站2(^ 203中，用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)作為子載波信號1 10、 11 21、 22 31輸入給IFFT部2h 213。 IFFT部21! 213分別對子載 波信號進行IFFT處理，將其轉換成時域信號，保護間隔插入部22！ 223 在該時域信號中插入保護間隔GI。發(fā)送電路(Tx) 23i 233將輸入信號 轉換為模擬信號，然后轉換為對應于各頻段的中心頻率為fO f2的RF 信號，再進行頻帶限制，之后將其放大并從發(fā)送天線2+ 243進行發(fā)送。從各移動站發(fā)送出的OFDM調(diào)制信號經(jīng)過各自的路徑，被基站的接 收天線31 (圖24)接收，接收電路(Rx) 32將RF信號轉換為基帶信號。 即，通過帶寬為Bl的帶通濾波器32a對天線31所接收的RF信號的頻帶 進行限制，然后輸入給低噪聲放大器32b,低噪聲放大器32b將其放大至 規(guī)定的功率?；祛l器32c將從本地振蕩器32d輸出的具有頻段Bl的中心 頻率fl的信號與低噪聲放大器32b的輸出信號相乘，由此將經(jīng)功率放大 之后的RF信號轉換為基帶信號。經(jīng)基帶轉換后的信號通過截止頻率為 Bl/2 (MHz)的抗混疊用低通濾波器32e之后，被輸入AD轉換器32f。 AD轉換器32f采用帶寬Bl的2倍的采樣率將信號轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)并輸 出。FFT定時同步電路33從由接收電路32輸出的含有各頻段的信號的 時域信號中檢測出FFT定時，碼元截取部34按照該FFT定時截取碼元 而將其輸入到FFT部35中。FFT部35對截取出的每個碼元進行FFT處 理，將其轉換為頻域的子載波信號。信道估計電路36計算以一定間隔接
收的導頻碼元與已知的導頻模式之間的相關度，從而對每個子載波進行信道估計，信道補償電路37使用信道估計值對數(shù)據(jù)碼元的信道變化進行 補償。通過上述的處理，對分配在圖18 (A)的1 31的各子載波上的3 個用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)進行解調(diào)。在這之后，將所解調(diào)的子載波信號1 31 轉換為串行數(shù)據(jù)，然后對每個頻段進行解碼，這在圖中未示出。 *保護頻段在下行鏈路中應用OFDMA訪問方式的情況下，移動站通過如圖25 (A)所示那樣具有特性A的接收濾波器(圖20的低通濾波器6e)，截 取出分配給本站的頻段，然后使用具有規(guī)定帶寬的接收機(FFT、信道補 償部等)進行接收處理。此時會發(fā)生如下的問題在由接收濾波器進行 頻帶限制的區(qū)域(具有頻率衰減特性的傾斜區(qū)域)內(nèi)，子載波的波形失 真，從而使得子載波之間失去正交性，干擾成分侵入到頻段的頻帶內(nèi)。因此，如圖25 (B)所示，在頻段邊界設置保護頻段(子載波IO、 11; 21、 22)，通過不將此區(qū)域的子載波用于數(shù)據(jù)傳輸，消除上述干擾的 影響。圖25 (C)示出在移動站，由接收濾波器截取頻段2的方法。如 圖25 (C)所示，設計成接收濾波器的傾斜部分處于保護頻段區(qū)域內(nèi)， 從而能夠消除由于波形失真而產(chǎn)生的干擾影響。另外，在使用如圖25(A) 所示的具有寬帶通特性的接收濾波器的情況下，也因在保護頻段區(qū)域內(nèi) 產(chǎn)生較大的干擾成分，而仍能夠防止干擾成分侵入到頻段內(nèi)而產(chǎn)生的影 響。另一方面，在上行鏈路(從移動站到基站的通信)中應用OFDMA 的情況下，基站一并接收多個頻段的信號并進行OFDM信號處理。 一般 地，如圖21所示，OFDM具有如下的結構設置將信號波形的末尾部分 復制而附加到OFDM碼元的前頭的保護間隔GI，對于多路徑信號或其它 用戶信號等的接收定時不同的信號，也仍保持子載波間的正交性。使用 圖26對這種結構進行簡單說明。基站的FFT定時同步部33 (圖24)測 量同時接收的多個用戶的接收定時(FFT定時)，從接收信號中截取出除 去FFT定時最早的路徑(圖26示例中為用戶1的主波)的保護間隔后的 碼元位置，進行FFT處理。此時，如果所有用戶信號包含在將保護間隔包含在內(nèi)而截取出的碼元中，則根據(jù)FFT的性質(zhì)，能夠保持子載波間的 正交性。但是，在上行鏈路中，由于基站與移動站之間的距離或路徑狀 態(tài)的差異，每個用戶的信號到達基站的定時有很大的差異，存在接收定 時差超過保護間隔的情況，產(chǎn)生失去子載波間的正交性的狀態(tài)。在這種情況下，如圖25 (B)所示，設置保護頻段，能夠減少由于相鄰頻段的 子載波間失去正交性而導致的干擾的影響。另外，在移動通信中，由于基站與移動站的基準頻率會產(chǎn)生小偏差， 所以載波頻率會產(chǎn)生偏移。 一般，移動站通過AFC (自動頻率控制， Automatic Frequency Control)來補償載波頻率偏移，但是由于AFC的性 能因不同終端而各異，所以通過AFC無法補償?shù)念l率偏移根據(jù)每個用戶 而各異。例如已知，當頻率偏移量接近子載波頻率間隔的十分之一時， 由于子載波間干擾的影響，傳輸特性會大幅惡化。在這種情況下，如圖 25 (B)所示，通過設置保護頻段，能夠減少從AFC性能較差的用戶所 使用的頻段中產(chǎn)生的子載波間干擾的影響。如上所述，在使用OFDMA的蜂窩移動通信系統(tǒng)中，通過設置保護 頻段，能夠減少由于子載波間失去正交性而導致的頻段間干擾的影響。 但是，設置保護頻段就是設置不用于通信的頻帶，這會產(chǎn)生降低該頻帶 所相應的頻率利用效率的問題。為了提高頻率利用效率，需要不設置保 護頻段而將所有子載波用于數(shù)據(jù)傳輸，但是如前所述，由于接收濾波器 的影響、頻段間的接收功率差、接收定時差、頻率偏移差等的影響，再 由于子載波間失去正交性而產(chǎn)生的干擾的影響，使得不能提高吞吐量， 不能提高頻率利用效率。作為現(xiàn)有技術，有將被插入保護頻段區(qū)域的子載波用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)?方法(參照專利文獻l)。但是，該現(xiàn)有技術只是示出了當將2個頻段匯 總為1個頻段使用時，保護頻段區(qū)域也用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ鴽]有示 出自適應地決定要將保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸，還是將其作為保護頻 段而不用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。針對這些問題，本發(fā)明的目的是自適應地決定要將保護頻段區(qū)域用 于數(shù)據(jù)傳輸，還是將其作為保護頻段而不用于數(shù)據(jù)傳輸，從而可以提高頻率利用效率。專利文獻l:日本特開2002—319917號發(fā)明內(nèi)容在將頻帶分割為多個頻段、將各頻段分配給移動站而進行OFDM數(shù) 據(jù)通信的OFDM通信系統(tǒng)中，基站對頻段的傳輸特性及相鄰頻段的使用 狀態(tài)進行監(jiān)視，根據(jù)這些頻段的傳輸特性及相鄰頻段的使用狀態(tài)，決定 要將設置于頻段邊界的保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸，還是將其作為保護 頻段而不用于數(shù)據(jù)傳輸。例如，在進行下行鏈路通信時，基站對從移動站接收的規(guī)定頻段的 下行傳輸特性及相鄰頻段的使用狀態(tài)進行監(jiān)視，根據(jù)這些頻段的傳輸特 性及相鄰頻段的使用狀態(tài)，決定要將設置于頻段邊界的保護頻段區(qū)域在 下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸時使用，還是將其作為保護頻段而不用于數(shù)據(jù)傳輸。 然后，基站將該決定出的下行鏈路通信的保護頻段區(qū)域的使用方法通過 控制數(shù)據(jù)通知給移動站。另外，在進行上行鏈路通信時，基站對頻段的上行鏈路通信的傳輸 特性及相鄰頻段的使用狀態(tài)進行監(jiān)視，根據(jù)這些頻段的傳輸特性及相鄰 頻段的使用狀態(tài)，決定要將設置于頻段邊界的保護頻段區(qū)域在上行鏈路 的數(shù)據(jù)傳輸時使用，還是將其作為保護頻段而不用于數(shù)據(jù)傳輸，并將該 上行鏈路通信的保護頻段區(qū)域的使用方法通知給移動站。移動站根據(jù)控制信息關于在下行鏈路通信中將保護頻段區(qū)域用于數(shù) 據(jù)傳輸還是不用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹甘?，對下行發(fā)送數(shù)據(jù)進行解調(diào)。另外， 根據(jù)前述控制信息關于在上行鏈路通信中將保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸 還是不用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹甘荆瑢⑸闲邪l(fā)送數(shù)據(jù)分配給規(guī)定頻段的子載波 而對其進行發(fā)送。根據(jù)本發(fā)明，能夠自適應地決定要將保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸， 還是將其作為保護頻段而不用于數(shù)據(jù)傳輸，從而能夠提高頻率利用效率。


圖1是本發(fā)明的保護頻段的自適應控制說明圖。 圖2是本發(fā)明的基站裝置的結構圖。圖3是OFDM發(fā)送部的結構圖。 圖4是OFDM接收部的結構圖。 圖5是FFT定時同步電路的結構圖。 圖6是延遲曲線的波形圖。圖7是上行鏈路的保護頻段控制部的決定保護頻段使用方法的處理 流程圖。圖8是下行鏈路的保護頻段控制部的決定保護頻段使用方法的處理 流程圖。圖9是移動站的結構圖。圖10是移動站的OFDM接收部的結構示例。圖11是移動站的OFDM發(fā)送部的結構示例。圖12是接收功率測量部的結構圖。圖13是保護頻段附近SIR測量部的結構圖。圖14是接收定時測量部的說明圖。圖15是頻率偏移測量部的結構圖。圖16是相位差計算部的結構圖。圖17是頻率偏移計算部的說明圖。圖18是示出了 OFDMA訪問方式的頻帶的用戶分割情況的圖。圖19是基站的OFDM發(fā)送部的結構圖。圖20是移動站的OFDM接收部的結構圖。圖21是保護間隔GI的說明圖。圖22是幀格式說明圖。圖23是移動站的OFDM發(fā)送部的結構圖。圖24是基站的OFDM接收部的結構圖。圖25是OFDMA訪問方式的保護頻段說明圖。圖26是保持子載波間的正交性的結構說明圖。
具體實施方式
(A)本發(fā)明的概述 ，保護頻段的自適應控制在OFDMA中，根據(jù)接收功率、接收定時或頻率偏移等通信條件有 需要保護頻段的情況和不需要保護頻段的情況。在本發(fā)明中，根據(jù)通信條件，自適應地如圖l (A)示出那樣將保護頻段區(qū)域(子載波IO、 11;21、 22)用于數(shù)據(jù)傳輸，或如圖(B)和(C)示出那樣設置保護頻段。 由此，能夠確實提高頻率利用效率。例如，進行高傳輸速率的數(shù)據(jù)通信的移動站使用16QAM或64QAM 等多值調(diào)制或高編碼率的糾錯編碼。這種情況下，容易受由于相鄰頻段 的子載波間失去正交性而導致的干擾的影響。因此，在進行高傳輸速率 的數(shù)據(jù)通信時設置保護頻段，提高傳輸效率(圖l (B))。另一方面，進 行低傳輸速率的數(shù)據(jù)通信的移動站使用BPSK或QPSK等調(diào)制方法或低 編碼率的糾錯編碼。在這種情況下，由于相鄰頻段的子載波間失去正交 性而導致的干擾的影響不太大。因此，在進行低傳輸速率的數(shù)據(jù)通信時， 不設置保護頻段，其區(qū)域也用于數(shù)據(jù)傳輸，從而提高傳輸效率(圖KA))。 這樣，根據(jù)用戶的傳輸速率自適應地控制設置保護頻段，或者將保護頻 段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸，從而提高頻率利用效率。
下行鏈路的保護頻段的自適應控制當通過下行鏈路將各用戶的信號分配給各個頻段而進行發(fā)送時，基 站決定要將保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸，還是將其作為保護頻段而不用 于數(shù)據(jù)傳輸。然后，使用控制信道將關于是否要給保護頻段分配數(shù)據(jù)的 信息通知給各移動站。通過設置這樣的結構，能夠自適應地控制保護頻 段的使用方法。具體地說，基站通過如下所述的方式進行保護頻段的自 適應控制。(1) 如果在某個頻段沒有要相應分配的用戶，則基站就進行控制， 使得該頻段兩端的保護頻段區(qū)域用于各自相鄰頻段的數(shù)據(jù)傳輸。(2) 如果在某個頻段中應用了比預先設定的傳輸速率高的傳輸速 率，則基站就進行控制，使得該頻段兩端的保護頻段區(qū)域用作保護頻段，而不用于數(shù)據(jù)傳輸(圖l (B))。除了傳輸速率以外，還可以將調(diào)制方式 或編碼率作為判斷標準。(3) 基站可以將來自移動站的反饋信息用作決定保護頻段的使用方法的條件。移動站使用OFDM的各子載波中對時間進行復用得到的導頻碼元，測量下行鏈路的接收功率，通過上行鏈路的控制信道將該信息反 饋給基站。基站對所反饋的每個頻段的接收功率進行比較，在相鄰頻段 間的接收功率差為預先設定的閾值以上的情況下，進行控制，使得將這些頻段之間的保護頻段區(qū)域用作保護頻段，而不用于數(shù)據(jù)傳輸(圖KC))。(4) 另外，移動站使用OFDM的各子載波中對時間進行復用得到 的導頻碼元，測量保護頻段區(qū)域或保護頻段區(qū)域附近的接收SIR(信噪比， Signal to Interference Ratio),將該信息反饋給基站。在所反饋的SIR為預 先設定的閾值以下的情況下，基站進行控制，使得將該保護頻段區(qū)域用 作保護頻段，而不用于數(shù)據(jù)傳輸(圖l (C))。此外，移動站也可以通過 將所測量的SIR與預先設定的閾值迸行比較，來決定保護頻段的使用方 法，并對基站請求保護頻段區(qū)域的使用方法。 上行鏈路的保護頻段的自適應控制在上行鏈路中，基站根據(jù)所測量的信息來決定保護頻段區(qū)域的使用 方法，利用下行鏈路的控制信道等，對移動站指示保護頻段的使用方法。 通過設置這樣的結構，能夠自適應地控制保護頻段的使用方法。具體地 說，基站通過如下的方式進行保護頻段的自適應控制。(1) 如果上行鏈路的某個頻段沒有要相應分配的用戶，則基站就通 知移動站使其將該頻段兩端的保護頻段區(qū)域用于相鄰的各頻段的數(shù)據(jù)傳 輸。(2) 基站使用OFDM的各子載波中對時間進行復用得到的導頻碼 元，測量上行鏈路的每個頻段的接收功率，在相鄰頻段間的接收功率差 為預先設定的閾值以上的情況下，通知移動站使其將這2個頻段間的保 護頻段區(qū)域用作保護頻段，而不用于數(shù)據(jù)傳輸(圖l (C))。(3) 如果分配給上行鏈路的某個頻段的傳輸速率高于預先設定的傳 輸速率，則基站通知移動站使其將該頻段兩端的保護頻段區(qū)域用作保護 頻段，而不用于數(shù)據(jù)傳輸(圖l (B))。除了傳輸速率以外，還可以將調(diào) 制方式或編碼率作為判斷標準。(4) 基站使用OFDM的各子載波中對時間進行復用得到的導頻碼 元，測量保護頻段區(qū)域或保護頻段區(qū)域附近的接收SIR,在其值為預先設 定的閾值以下的情況下，通知移動站使其將該保護頻段區(qū)域用作保護頻 段，而不用于數(shù)據(jù)傳輸(圖1 (C))。(5) 基站使用OFDM的各子載波中對時間進行復用得到的導頻碼 元，測量上行鏈路的每個用戶的延遲曲線。然后，將2個相鄰頻段的接 收定時差與保護間隔的長度進行比較，在該定時差為預先設定的閾值以 上的情況下，通知移動站使其將這2個頻段間的保護頻段區(qū)域用作保護 頻段，而不用于數(shù)據(jù)傳輸(圖l (C))。(6) 基站使用OFDM的各子載波中對時間進行復用得到的導頻碼 元，測量上行鏈路的每個用戶的頻率偏移量。然后，將2個相鄰頻段的 頻率偏移差與子載波頻率間隔進行比較，在頻率偏移差為預先設定的閾 值以上的情況下，通知移動站使其將這2個頻段間的保護頻段區(qū)域用作 保護頻段，而不用于數(shù)據(jù)傳輸(圖1 (C))。(B)實施例 (a)基站圖2是本發(fā)明的基站裝置的結構圖，其表示如下情況如圖1所示， 將由31個子載波組成的頻帶分割為10個子載波、11個子載波和10個子 載波的3個頻段1 3，對各頻段1、 2、 3分配用戶1、 2、 3而進行OFDM傳輸。發(fā)送控制部51針對每個用戶決定編碼率和調(diào)制方式并將其輸入到 用戶數(shù)據(jù)調(diào)制/分配部52、保護頻段控制部53及控制數(shù)據(jù)形成部55。用 戶數(shù)據(jù)調(diào)制/分配部52以從發(fā)送控制部51針對每個用戶指示的編碼率對 用戶數(shù)據(jù)進行編碼，同時根據(jù)所指示的調(diào)制方式(BPSK、 QPSK、 16QAM 等)對用戶數(shù)據(jù)進行調(diào)制，并分配給對應頻段的幀生成部54, 543。另 一方面，保護頻段控制部53通過后述的控制，對各幀生成部54i 543和 控制數(shù)據(jù)形成部55通知在進行下行數(shù)據(jù)傳輸時是否也可以使用各頻段兩
側的保護頻段區(qū)域的情況，換言之通知是否應當在頻段兩側設置保護頻 段的情況。控制數(shù)據(jù)形成部55不僅形成關于每個用戶的編碼率或調(diào)制方式的 數(shù)據(jù)，還形成對下行鏈路及上行鏈路通知、頻段1 3的保護頻段使用方法的數(shù)據(jù)，并分別輸入幀生成部5^ 543。另外，導頻形成部56形成其模 式與各頻段對應的導頻，并分別輸入幀生成部54, 543。各幀生成部54, 543按照圖22中的幀格式所示的定時，對規(guī)定的子載波1 31分配導頻、 控制數(shù)據(jù)、和發(fā)送數(shù)據(jù)。在被指示了將頻段1的保護頻段區(qū)域(子載波10)用作保護頻段的 情況下，幀生成部54,根據(jù)幀格式，對子載波1 9分配頻段1的導頻碼 元、頻段1的控制數(shù)據(jù)碼元、頻段1的發(fā)送數(shù)據(jù)碼元，在被指示了將該 保護頻段區(qū)域可以用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，幀生成部54,根據(jù)幀格式，對 子載波1 10分配這些碼元。在被指示了將頻段2的保護頻段區(qū)域(子載波11和21)用作保護頻 段的情況下，幀生成部542根據(jù)幀格式，對子載波12 20分配頻段2的 導頻碼元、頻段2的控制數(shù)據(jù)碼元、頻段2的發(fā)送數(shù)據(jù)碼元，在被指示 了將該保護頻段區(qū)域可以用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，幀生成部542根據(jù)幀格 式，對子載波11 21分配這些碼元。另外，在被指示將一個保護頻段區(qū) 域(子載波ll)用作保護頻段且將另一個保護頻段區(qū)域(子載波21)可 以用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，幀生成部542根據(jù)幀格式，對子載波12 21 分配頻段2的導頻碼元、頻段2的控制數(shù)據(jù)碼元、頻段2的發(fā)送數(shù)據(jù)碼 元。在被指示了將頻段3的保護頻段區(qū)域(子載波22)用作保護頻段的 情況下，幀生成部543根據(jù)幀格式，對子載波23 31分配頻段3的導頻 碼元、頻段3的控制數(shù)據(jù)碼元、頻段3的發(fā)送數(shù)據(jù)碼元，在被指示了將 該保護頻段區(qū)域可以用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，幀生成部543根據(jù)幀格式， 對子載波22 31分配這些碼元。OFDM發(fā)送部57具有如圖3所示的結構，其工作方式與圖19所說 明的情況相同。即，IFFT部57a對從幀生成部5+ 543輸入的子載波信其轉換成時域信號，保護間隔插入部57b在 該時域信號中插入保護間隔GI，發(fā)送部57c將保護間隔插入部57b所輸 出的基帶信號轉換成中心頻率為fl的RF信號，然后從發(fā)送天線58進行 發(fā)送。另外，從各移動站發(fā)送出的OFDM調(diào)制信號經(jīng)過各個路徑，被基站 的接收天線61接收，輸入OFDM接收部62。 OFDM接收部62具有如圖 4所示的結構，其工作方式與圖24所說明的情況相同。gp，接收電路62a 將RF信號轉換為基帶信號，F(xiàn)FT定時同步電路62b從接收電路62a所輸 出的含有各頻段的信號的時域信號中檢測出FFT定時，碼元截取部62c 按照該FFT定時截取出碼元并將其輸入FFT部62d。 FFT部62d對截取 出的每個碼元進行FFT處理，將其轉換為頻域的子載波信號1 31。信 道估計電路62e計算按照一定間隔接收的導頻碼元與已知的導頻模式之 間的相關度，從而對每個子載波進行信道估計，信道補償電路62f使用信 道估計值對數(shù)據(jù)碼元的信道變化進行補償。圖5是FFT定時同步電路62b的結構圖，其具有運算接收信號與每 個用戶的導頻碼元副本(己知)之間的相關度的相關度運算器62b, 62h 和根據(jù)頻段1 3檢測最快速路徑的最快速路徑檢測部62b4。該FFT定時 同步電路62b根據(jù)每個用戶的導頻碼元副本與接收信號之間的相關度運 算，計算出每個用戶的延遲曲線(參照圖6)，從中檢測出最快速路徑的 定時，即延遲曲線為閾值以上的上升沿定時tl t3中的最初定時，將此 檢測出的定時作為FFT定時輸入到碼元截取部62c中。返回圖2， OFDM接收部62對從移動站通過控制信道發(fā)送來的下行 鏈路的傳輸特性數(shù)據(jù)進行解碼并將其輸入到保護頻段控制部53中，同時 將子載波1 31的信道估計值及延遲曲線(圖6)輸入到頻段1 3的測 量電路63, 633中。下行鏈路的傳輸特性數(shù)據(jù)是指下行接收功率及保護 頻段區(qū)域或其附近的子載波的接收SIR。各頻段的測量電路63
633測量上行鏈路的頻段1 3的傳輸特性并 將其輸入到保護頻段控制部53中。即，測量電路63〗 633包括用于測量 各頻段的上行接收功率的接收功率測量部PWM、用于測量各頻段的保護
頻段附近的子載波的接收SIR的SIR測量部SIM、用于測量各頻段的碼元接收定時的接收定時測量部RTM和用于測量各頻段的頻率偏移的頻率 偏移測量部FOM，其將所測量的上行接收功率、上行接收SIR、接收定 時和頻率偏移輸入給保護頻段控制部53。各測量部的結構將后述。保護頻段控制部53根據(jù)從發(fā)送控制部51輸入的頻段的使用狀態(tài)、 從各測量電路63i 633輸入的上行鏈路的傳輸特性、從OFDM接收部62 輸入的下行鏈路的傳輸特性，分別針對上行鏈路和下行鏈路，決定在下 行數(shù)據(jù)傳輸時是否也可以使用各頻段兩側的保護頻段區(qū)域的情況，即決 定是否應當在頻段兩側設置保護頻段的情況，并通知幀生成部54, 543 和控制數(shù)據(jù)形成部55。(b)決定保護頻段使用方法的處理圖7是上行鏈路的保護頻段控制部53決定保護頻段使用方法的處理 流程圖。保護頻段控制部53判斷對各頻段是否已分配用戶(移動站)(步驟 101)，如果存在未分配用戶的頻段，則決定要將該頻段兩側的保護頻段 區(qū)域用于相鄰頻段的數(shù)據(jù)傳輸(步驟102)。參照圖1 (B)，保護頻段區(qū) 域為子載波IO、 11; 21、 22。因此，例如如果對頻段2未分配用戶，則 決定要將頻段1的子載波10用于數(shù)據(jù)傳輸，將頻段3的子載波22用于 數(shù)據(jù)傳輸。接著，保護頻段控制部53參照傳輸速率或調(diào)制方式或編碼率來檢査 是否存在進行具有高傳輸速率的數(shù)據(jù)通信者(步驟103)。如果存在，則 決定不將該頻段兩側的保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸(步驟104)。例如， 如果頻段2的傳輸速率高，則決定不將頻段1的子載波10用于數(shù)據(jù)傳輸， 決定不將頻段2的子載波11和21用于數(shù)據(jù)傳輸，決定不將頻段3的子 載波22用于數(shù)據(jù)傳輸。接著，保護頻段控制部53對各頻段的上行接收功率進行比較，檢查 是否存在相鄰頻段的接收功率差大者(步驟105)，如果存在，則決定不 將位于相鄰頻段的邊界上的保護頻段區(qū)域的子載波用于數(shù)據(jù)傳輸(步驟 106)。
在步驟105和106的判斷處理結束之后，檢查上行鏈路的各頻段的 保護頻段區(qū)域的接收SIR是否很大(步驟107)，如果接收SIR很大，則 決定要將該保護頻段區(qū)域附近的子載波用于數(shù)據(jù)傳輸，如果接收SIR小， 則決定要將其用作保護頻段(步驟108)。接著，保護頻段控制部53檢查上行鏈路中相鄰頻段的接收定時差是 否大于預先設定的閾值(步驟109)，如果大于預先設定的閾值，則決定 不將位于相鄰頻段邊界上的保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸(步驟110)。最后，保護頻段控制部53檢查上行鏈路中相鄰頻段的頻率偏移差是 否大于預先設定的閾值(步驟111)，如果大于預先設定的閾值，則決定 不將位于相鄰頻段的邊界上的保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸(步驟112)， 然后結束處理。之后保護頻段控制部53對每幀重復上述的處理。圖8是下行鏈路的保護頻段控制部53決定保護頻段使用方法的處理 流程圖，步驟201 204與圖7的步驟101 104的處理相同。在步驟203和204的處理結束之后，保護頻段控制部53對從各移動 站通知的信息(反饋信息)中所包含的下行接收功率進行比較，檢查是 否存在相鄰頻段的接收功率差大者(步驟205)，如果存在，則決定不將 位于相鄰頻段的邊界上的保護頻段區(qū)域的子載波用于數(shù)據(jù)傳輸(步驟206) 。接著，保護頻段控制部53檢查在從各移動站通知的反饋信息中包含 的下行鏈路的各頻段的保護頻段區(qū)域附近的接收SIR是否很大(步驟207) ，如果接收SIR很大，則決定要將該保護頻段區(qū)域的子載波用于數(shù) 據(jù)傳輸，如果接收SIR小，則決定要將其用作保護頻段(步驟208)。之 后保護頻段控制部53對每幀重復上述的處理。(c)移動站圖9是移動站的結構圖，假設在該移動站上分配了頻段2。 從基站發(fā)送出的信號經(jīng)過衰落路徑，被移動站的接收天線71接收，接收信號被輸入OFDM接收部72。OFDM接收部72具有如圖10所示的結構，其工作方式與圖20所說明的情況相同。即，接收電路(Rx) 72a基于天線71所接收的RF信號200580048848.0
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輸出例如頻段2的基帶信號。FFT定時同步電路72b從接收電路72a所 輸出的含有頻段2的信號的時域信號中檢測出FFT定時，碼元截取部72c 按照該FFT定時截取出碼元并將其輸入給FFT部72d。 FFT部72d對截 取出的每個碼元進行FFT處理，將其轉換為頻段2的頻域信號，即子載 波信號11 21。
返回圖9，信道估計電路73計算以一定間隔接收的導頻碼元與已知 的導頻模式之間的相關度，進行子載波11 21的信道估計，控制信道解 調(diào)部74使用信道估計值對控制信道進行解調(diào)，求出關于下行鏈路及上行 鏈路的頻段2的保護頻段使用方法，向數(shù)據(jù)信道解調(diào)部75通知下行鏈路 的保護頻段使用方法DLGB，向幀生成部76通知上行鏈路的保護頻段使 用方法ULGB。
數(shù)據(jù)信道解調(diào)部75使用信道估計值對數(shù)據(jù)信道進行解調(diào)，根據(jù)下行 鏈路的保護頻段使用方法DLGB輸出解調(diào)數(shù)據(jù)。例如，如果保護頻段區(qū) 域的子載波11和21被用作保護頻段，則輸出子載波12 20的解調(diào)數(shù)據(jù)， 如果子載波11和21被用于數(shù)據(jù)傳輸，則輸出子載波11 21的解調(diào)數(shù)據(jù)。
測量電路77使用信道估計值來測量下行接收功率PW及保護頻段區(qū) 域或保護頻段區(qū)域附近的子載波的接收SIR并將其輸入幀生成部76。
幀生成部76根據(jù)從控制信道解調(diào)部74通知的上行鏈路的保護頻段 使用方法ULGB，根據(jù)圖22的幀格式，在頻段2的子載波11 21上分 配導頻碼元、含有下行接收功率PW及接收SIR的控制數(shù)據(jù)碼元、發(fā)送 數(shù)據(jù)碼元并將其輸入OFDM發(fā)送部78。即，如果幀生成部76被指示了 將頻段2的保護頻段區(qū)域用作保護頻段，則根據(jù)幀格式，在子載波12 20上分配導頻碼元、控制數(shù)據(jù)碼元、發(fā)送數(shù)據(jù)碼元，如果被指示了將該 保護頻段區(qū)域可以用于數(shù)據(jù)傳輸，則根據(jù)幀格式，在子載波11 21上分 配這些碼元并輸入OFDM發(fā)送部78。
OFDM發(fā)送部78具有如圖11所示的結構。IFFT部78a對子載波信 號11 21進行IFFT處理，將其轉換成時域信號，保護間隔插入部78b 在該時域信號中插入保護間隔GI，發(fā)送電路(Tx) 78c將輸入信號轉換 為基帶信號，然后將頻率轉換成對應于頻段2的中心頻率為fl的RF信
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號并進行頻帶限制，將其放大之后從發(fā)送天線79進行發(fā)送。 (d)測量電路圖12是圖2的接收功率測量部PWM的結構圖，其也可以使用于圖 9的測量電路77的接收功率測量。信道估計部62e輸出構成頻段的子載波的量的信道估計值 h產(chǎn)HiXexp(jei)(i-l n)，功率計算部81a通過將振幅平方lhf來計算各子載 波的功率，合計部81b利用如下式P=EiN2(i=l n) (1) 計算頻段的總功率P。圖13是圖2的保護頻段附近SIR測量部SIM的結構圖，其也可以 使用于圖9的測量電路77的保護頻段附近SIR測量。平均值計算部85b計算N個碼元的子載波信號的平均值m,期望波 功率計算部85c通過將平均值m的I、 Q軸分量平方并相加來計算m、期 望信號的功率S)。接收功率計算部85d通過將子載波信號的I軸分量 和Q軸分量Hq平方并相加，即通過計算如下式P二H +H(/來計算接收 功率P，平均值計算部85e計算接收功率的平均值，減法器85f從接收功 率的平均值減去m2 (期望波功率S)而輸出千擾波功率I， SIR計算部85g 利用期望波功率S和干擾波功率I根據(jù)如下式SIR=S/I (2) 來計算SIR。當包含期望信號及干擾波的輸入信號為xi(i二l,2，…N)時， 輸入信號的平均值m通過如下式計算得到m=(l/N》i:xi(i=l,2,...N)， 將平均值m平方所得到的是期望波功率S。另一方面，將輸入信號與平 均值之差平方所得到的平均值(方差) 一是干擾波功率I，其通過如下式 計算得到cx2=(l/N>E(xi-m)2(i=l,2，...N)。對上述式進行變形得到ex2 =(1/N). E Ixi卩-(2m/N)' E xi+(l/N). E m2 Kl/N)'E|xi|2-2m2+m2 =[(l/N)'E|xi|2]-m2 (3) 因此，接收功率計算部85d及平均值計算部85e執(zhí)行式(3)右邊第1項的 計算，減法器85f從平均值計算部85e的輸出減去m2 (期望波功率S)
而輸出干擾波功率I， SIR計算部85g執(zhí)行式(2)的計算而輸出SIR。圖14是圖2的接收定時測量部RTM的說明圖，與圖5的結構中相同 的部分采用相同的符號。在接收定時測量部RTM中被輸入從FFT定時同 步電路62b的相關度運算器62l^ 62b3輸出的延遲曲線(參照圖6)，將各 延遲曲線為閾值以上的上升沿定時tl t3測量為來自各用戶的接收定時。圖15是圖2的頻率偏移測量部FOM的結構圖，分別示出頻段1 3 的頻率偏移測量部FOM。各頻段的頻率偏移測量部FOM分別計算每個 子載波的信道估計值hn的相位變化量，根據(jù)其平均值求出頻率偏移量 f。ffset。由于每個用戶的子載波已確定，所以能夠求出每個用戶的頻率偏移 量。由于各頻段的頻率偏移測量部的結構是相同的，所以只對頻段1的 頻率偏移測量進行說明。從頻段1的信道估計部62e,將子載波1 10的信道估計值h, h^ 輸入給頻率偏移測量部的相位差計算部9h 91w。相位差計算部91 , 911()如圖16所示具有延遲電路92和相位差計算部93，將導頻插入間隔 的期間T內(nèi)的信道估計值h, hu)各自的相位變化作為偏移頻率而進行檢 測。即，當基站的基準頻率與用戶(移動站)的頻率之間存在偏移時， 信道估計值的相位出現(xiàn)偏差，偏移越大，則相位偏差越大。因此由延遲 部92將導頻周期內(nèi)的信道估計值hn延遲，相位差計算部93計算并輸出被延遲的信道估計值hn(t-T)與當前的信道估計值、(t)之間的相位差A^Zhn(t)-Zhn(t-T)。頻率偏移計算部94!如圖17所示，利用各子載波的頻率偏移的平均值根據(jù)下式來計算頻段1的偏移頻率其它頻段2和3也可以根據(jù)相同的方式來計算偏移頻率。以上的說明是對子載波數(shù)目為31個且頻段數(shù)目為3個的情況進行說 明的，但是很明顯，本發(fā)明不限于這些數(shù)目。如前所述，根據(jù)本發(fā)明，通過對保護頻段區(qū)域的使用方法進行自適 應性的控制，能夠有效使用頻帶，提高頻率利用效率。此外，基站根據(jù) 路徑特性或移動站的反饋信息、相鄰頻段的使用狀態(tài)，自適應地控制使 用/不使用保護頻段區(qū)域，從而可以提高系統(tǒng)的吞吐量。
權利要求
1.一種OFDM通信方法，該OFDM通信方法將頻帶分割為多個頻段，并將各頻段分配給移動站而進行OFDM數(shù)據(jù)通信，該OFDM通信方法的特征在于，該OFDM通信方法執(zhí)行如下處理對頻段的傳輸特性及相鄰頻段的使用狀態(tài)進行監(jiān)視；以及根據(jù)這些頻段的傳輸特性及相鄰頻段的使用狀態(tài)，決定要將設置于頻段邊界的保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸，還是將其作為保護頻段而不用于數(shù)據(jù)傳輸。
2. —種OFDM通信方法，該OFDM通信方法將頻帶分割為多個頻段， 并將各頻段分配給移動站而進行OFDM數(shù)據(jù)通信，該OFDM通信方法的 特征在于，該OFDM通信方法執(zhí)行如下處理對從移動站接收的下行傳輸特性及相鄰頻段的使用狀態(tài)進行監(jiān)視；以及根據(jù)這些頻段的傳輸特性及相鄰頻段的使用狀態(tài)，決定要將設置于 頻段邊界的保護頻段區(qū)域用于下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸，還是將其作為保護 頻段而不用于數(shù)據(jù)傳輸。
3. 如權利要求2所述的OFDM通信方法，其特征在于，基站通過控 制數(shù)據(jù)將下行鏈路通信的保護頻段區(qū)域的使用方法通知給移動站。
4. 一種OFDM通信方法，該OFDM通信方法將頻帶分割為多個頻段， 并將各頻段分配給移動站而進行OFDM數(shù)據(jù)通信，該OFDM通信方法的 特征在于，該OFDM通信方法執(zhí)行如下處理對頻段的上行鏈路通信的傳輸特性及相鄰頻段的使用狀態(tài)進行監(jiān)視；根據(jù)這些頻段的傳輸特性及相鄰頻段的使用狀態(tài)，決定要將設置于 頻段邊界的保護頻段區(qū)域用于上行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸，還是將其作為保護 頻段而不用于數(shù)據(jù)傳輸；以及將該上行鏈路通信的保護頻段區(qū)域的使用方法通知給移動站。
5. 如權利要求4所述的OFDM通信方法，其特征在于，移動站根據(jù)保護頻段區(qū)域的使用方法的指示，向基站發(fā)送數(shù)據(jù)。
6. 如權利要求2或4所述的OFDM通信方法，其特征在于，當對于 某一個頻段不存在要相應分配的用戶時，基站就將該頻段兩端的保護頻 段區(qū)域用于各自相鄰頻段的數(shù)據(jù)傳輸。
7. 如權利要求2或4所述的OFDM通信方法，其特征在于，當在某個頻段中進行高傳輸速率的數(shù)據(jù)通信時，基站決定不將該頻段兩端的保 護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸。
8. 如權利要求2或4所述的OFDM通信方法，其特征在于，在相鄰頻段的接收功率差大的情況下，基站決定不將相鄰頻段邊界的保護頻段 區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸。
9. 如權利要求2或4所述的OFDM通信方法，其特征在于，在保護 頻段附近的子載波的接收SIR小的情況下，基站決定不將該保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸。
10. 如權利要求4所述的OFDM通信方法，其特征在于，在相鄰頻段的接收定時差大的情況下，基站決定不將相鄰頻段邊界的保護頻段區(qū)域 用于數(shù)據(jù)傳輸。
11. 如權利要求4所述的OFDM通信方法，其特征在于，在相鄰頻段 的頻率偏移差大的情況下，基站決定不將相鄰頻段邊界的保護頻段區(qū)域 用于數(shù)據(jù)傳輸。
12. —種基站，該基站用于將頻帶分割為多個頻段，并將各頻段分配 給移動站而進行OFDM數(shù)據(jù)通信的OFDM通信系統(tǒng)，該基站的特征在于， 該基站包括信息接收部，其從移動站接收反饋信息，該反饋信息是關于下行鏈 路通信的傳輸特性的信息；監(jiān)視部，其對相鄰頻段的使用狀態(tài)進行監(jiān)視； 測量部，其測量上行鏈路通信的各頻段的傳輸特性；以及 頻段控制部，其根據(jù)來自所述移動站的反饋信息、相鄰頻段的使用 狀態(tài)、和頻段的傳輸特性，決定要將設置于頻段邊界的保護頻段區(qū)域用 于數(shù)據(jù)傳輸，還是將其作為保護頻段而不用于數(shù)據(jù)傳輸。
13. 如權利要求12所述的基站，其特征在于，該基站包括OFDM發(fā) 送部，該OFDM發(fā)送部根據(jù)在下行鏈路通信時要使用還是不使用所述保 護頻段區(qū)域，將通過所述各頻段發(fā)送的數(shù)據(jù)分配給子載波并對其進行 OFDM傳輸。
14. 如權利要求13所述的基站，其特征在于，所述OFDM發(fā)送部通過控制數(shù)據(jù)將下行鏈路通信的保護頻段區(qū)域的使用方法通知給移動站。
15. 如權利要求12所述的基站，其特征在于，所述OFDM發(fā)送部通 過控制數(shù)據(jù)將上行鏈路通信的保護頻段區(qū)域的使用方法通知給移動站。
16. —種移動站，該移動站用于將頻帶分割為多個頻段，并將各頻段 分配給移動站而進行OFDM數(shù)據(jù)通信的OFDM通信系統(tǒng)，該移動站的特 征在于，該移動站包括OFDM接收部，其通過規(guī)定頻段從基站接收下行發(fā)送數(shù)據(jù)和控制信息；測量部，其測量下行鏈路通信的傳輸特性； OFDM發(fā)送部，其將該測量的傳輸特性發(fā)送給基站； 控制信息解調(diào)部，其對從基站發(fā)送的控制信息進行解調(diào)；以及 數(shù)據(jù)解調(diào)部，其根據(jù)控制信息關于在下行鏈路通信中要將保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸還是不用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹甘荆瑢ο滦邪l(fā)送數(shù)據(jù)進行解調(diào)。
17. 如權利要求16所述的移動站，其特征在于，所述OFDM發(fā)送部 具有執(zhí)行如下處理的單元根據(jù)所述控制信息關于在上行鏈路通信中要 將保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸還是不用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹甘荆瑢⑸闲邪l(fā)送 數(shù)據(jù)分配給規(guī)定頻段的子載波并對其進行發(fā)送。
全文摘要
在OFDM通信系統(tǒng)中，將頻帶分割為多個頻段，將各頻段分配給移動站而進行OFDM數(shù)據(jù)通信，對頻段的傳輸特性及相鄰頻段的使用狀態(tài)進行監(jiān)視，根據(jù)這些信息，決定要將設置于頻段邊界的保護頻段區(qū)域用于數(shù)據(jù)傳輸，還是將其作為保護頻段而不用于數(shù)據(jù)傳輸。
文檔編號H04J11/00GK101133579SQ200580048848
公開日2008年2月27日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權日2005年3月2日
發(fā)明者關宏之 申請人:富士通株式會社