專利名稱：一種用于寬帶無線通信系統(tǒng)的頻分雙工傳輸方法
一種用于寬帶無線通信系統(tǒng)的頻分雙工傳輸方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及寬帶無線通信系統(tǒng)中的頻分雙工傳 輸方法。
背景技術(shù)：
寬帶無線通信系統(tǒng)可以通過頻分雙工(Frequency Division Duplexing，以下簡 稱FDD)方法實現(xiàn)信號的全雙工傳輸，即下行(從基站傳輸?shù)接脩粼O(shè)備的通信鏈路)信號和 上行(從用戶設(shè)備傳輸?shù)交镜耐ㄐ沛溌?信號在同樣的時間內(nèi)分別在兩個不同的頻帶上 進行發(fā)送。
寬帶無線通信中的信號傳輸需要克服由信道的多徑效應和多普勒效應所帶來 的頻率選擇性衰落和時間選擇性衰落等問題。正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，以下簡稱 OFDM)和單載波頻域均衡(Single Carrier-Frequency Domain Equalization,以下簡稱SC-FDE)等技術(shù)的提出為解決這個問題提供了切實可行的 手段。
SC-FDE技術(shù)在每個數(shù)據(jù)塊末尾內(nèi)填充循環(huán)前綴(Cyclic Prefix,以下簡稱 CP)形成SC-FDE符號發(fā)送；接收端去除CP后，進行離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform,以下簡稱DFT)得到頻域信號，然后利用信道估計結(jié)果進行頻域均衡，最后進行 離散傅立葉反變換(Inverse Discrete Fourier Transform，以下簡稱IDFT)并轉(zhuǎn)換為串行 數(shù)據(jù)流即得到原始數(shù)據(jù)。SC-FDE技術(shù)可以有效對抗信道衰落，且具有較低的峰均功率比。
OFDM技術(shù)將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成多路并行數(shù)據(jù)，并添加導頻信號，然后進行IDFT得到時 域信號數(shù)據(jù)塊，在時域信號數(shù)據(jù)塊前插入CP形成OFDM符號發(fā)送；接收端去除CP后，進行 DFT得到頻域信號，然后利用信道估計結(jié)果進行頻域均衡，再轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流即得到原始 數(shù)據(jù)。中國專利[CN200810227375. 6]中公開了一種OFDM的改進版本——時頻域聯(lián)合的 正交步頁分復用技術(shù)(Time domain and Frequency domain United Orthogonal Frequency Division Multiplexing,以下簡稱TFU-0FDM)，該技術(shù)用PN序列代替了傳統(tǒng)OFDM技術(shù)中 的CP，這樣既保留了傳統(tǒng)OFDM技術(shù)容易實現(xiàn)信道估計、有效對抗信道衰落等優(yōu)點，又具有 準確且快速獲得同步信息的優(yōu)點。
在寬帶無線通信系統(tǒng)中，為了滿足多個用戶同時進行通信，就要對無線信道進行 多址劃分與識別來區(qū)分不同的用戶。這樣一種支持多用戶共享無線信道的信號傳輸技術(shù)稱 為多址接入技術(shù)。
時分多址(Time Division Multiple Access,以下簡稱TDMA)方案在時間上對無 線資源進行劃分。在TDMA方案中，時間被劃分為時隙，不同用戶在不同時隙中使用無線信 道來實現(xiàn)信道共享。但該方案要求用戶每次使用信道時必須占用全部帶寬，容易導致很高 的峰值功率并因此形成較低的射頻功率，且容易受到深度衰落和窄帶干擾的影響。
(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess, L^lTM 稱0FDMA)是針對OFDM技術(shù)提出來多址接入方案。在OFDMA方案中，整個信道帶寬被劃分為多個正交的子載波，這些子載波分為以下三種類型數(shù)據(jù)子載波，用來傳輸各路用戶信息； 導頻子載波，傳輸訓練序列，用來進行信道估計；空子載波，包括保護子載波和直流子載波， 置為0，不傳輸任何信息。各路用戶信息使用數(shù)據(jù)子載波的一個子集(稱為子信道)，且每一 個子信道在任何時間被專門分配給任意一路用戶信息。將分配后的所有子載波進行IDFT， 并添加CP，最后轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流(稱為一個OFDMA符號)發(fā)送。該方案可以靈活地分配 無線資源，很好地適應各用戶不同的傳輸速率，有效對抗深度衰落和窄帶干擾，但不利于接 收端快速地進行時間同步。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種用于寬帶無線通信系 統(tǒng)的頻分雙工傳輸方法，該方法以時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入(Time domain and Frequency domain United Orthogonal Frequency Division Multiple Access,以下簡 稱TFU-0FDMA)為下行多址接入技術(shù)，以時頻域聯(lián)合的單載波多址接入(Time domain and Frequency domain United-Single Carrier Multiple Access,以下簡禾爾 TFU-SCMA)為上 行多址接入技術(shù)。
本發(fā)明提出的一種用于寬帶無線通信系統(tǒng)的頻分雙工傳輸方法，其特征在于該 方法包括在基站發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入技術(shù)進行下行多址接入，獲得 下行信號；在用戶設(shè)備發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的單載波多址接入技術(shù)實現(xiàn)上行多址接入， 獲得上行信號；采用頻分雙工幀結(jié)構(gòu)對下行信號和上行信號進行雙工傳輸；
所述在基站發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入技術(shù)進行下行多址接入， 獲得下行信號，具體包括以下步驟
(11)分別對要發(fā)送的各路用戶傳輸塊數(shù)據(jù)進行信道編碼和數(shù)字調(diào)制，得到數(shù)字調(diào) 制后的信息；
(12)將調(diào)制后的各路用戶信息和導頻映射到相應數(shù)據(jù)子載波和導頻子載波上，將 所有數(shù)據(jù)子載波劃分為多個子信道，各路用戶信息對應一個或多個子信道；保護子載波和 直流子載波置0 ；導頻用于接收端進行信道估計和時間同步；
(13)對步驟(12)的所有子載波進行離散傅里葉逆變換，得到時域信號；
(14)生成一個偽隨機噪聲序列，將該偽隨機噪聲序列以循環(huán)擴展的方式填充為一 個保護間隔序列，將保護間隔序列與步驟(13)得到的時域信號進行合并，進行并串轉(zhuǎn)換得 到一個時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入符號，即獲得下行信號并發(fā)送；
所述在用戶設(shè)備發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的單載波多址接入技術(shù)實現(xiàn)上行多址接 入，獲得上行信號，具體包括以下步驟
(21)將各用戶設(shè)備發(fā)送端要發(fā)送的傳輸塊數(shù)據(jù)進行信道編碼和數(shù)字調(diào)制，得到數(shù) 字調(diào)制后的信息；
(22)對數(shù)字調(diào)制后的信息進行時頻域聯(lián)合的單載波多址接入調(diào)制，得到時頻域聯(lián) 合的單載波多址接入符號；
(23)根據(jù)基站的調(diào)度信息，各個用戶設(shè)備發(fā)送端在所指定的時隙中發(fā)送時頻域聯(lián) 合的單載波多址接入符號，在其余時隙處于等待發(fā)送狀態(tài)；
采用頻分雙工幀結(jié)構(gòu)對下行信號和上行信號進行雙工傳輸，具體包括
在頻分雙工幀結(jié)構(gòu)中，設(shè)置每幀的持續(xù)時間為10ms，由下行子幀、上行子幀、殘余 時間和保留時間四個部分組成；下行子幀用于傳輸下行信號，占用某一段頻帶，上行子幀用 于傳輸上行信號，占用另一段與下行所占頻帶不重疊且?guī)捪嗤念l帶，殘余時間是每幀 中下行子幀傳輸結(jié)束后的剩余時間，保留時間是每幀中上行子幀開始傳輸前的等待時間； 設(shè)置下行子幀持續(xù)時間為9900US，上行子幀持續(xù)時間為9360US，保留時間為520us。
本發(fā)明的特點及有益效果
本發(fā)明提出的TFU-0FDMA技術(shù)，解決了采用TFU-OFDM調(diào)制時的多址接入問題，具 有靈活地分配無線資源，很好地適應各用戶不同的傳輸速率，有效對抗深度衰落和窄帶干 擾等優(yōu)點。
本發(fā)明提出的TFU-SCMA技術(shù)，解決了采用改進的SC-FDE調(diào)制時的多址接入問題， 改進的SC-FDE技術(shù)是對傳統(tǒng)SC-FDE技術(shù)的改進不僅保留了 SC-FDE技術(shù)發(fā)送端復雜度低 和峰均功率比低等優(yōu)點，而且使得接收端更好地進行同步和信道估計。
本發(fā)明提出的FDD幀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了在TFU-0FDMA技術(shù)和TFU-SCMA技術(shù)下信號的全 雙工傳輸。


圖1是本發(fā)明提出的TFU-0FDMA技術(shù)中信號發(fā)送流程框圖。
圖2是本發(fā)明提出的TFU-0FDMA技術(shù)中子載波分類示意圖。
圖3是本發(fā)明提出的TFU-0FDMA技術(shù)中TFU-0FDMA符號結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明采用的偽隨機噪聲序列生成方法示意圖。
圖5是本發(fā)明提出的TFU-SCMA技術(shù)中信號發(fā)送流程框圖。
圖6是本發(fā)明提出的TFU-SCMA中TFU-SCMA符號結(jié)構(gòu)框圖。
圖7是本發(fā)明提出的FDD幀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明提出的FDD幀中的下行子幀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是本發(fā)明提出的FDD幀中的下行通信數(shù)據(jù)部分資源劃分示意圖。
圖10是本發(fā)明提出的FDD幀中的上行子幀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明提出的適用于寬帶無線通信系統(tǒng)的頻分雙工傳輸方法，結(jié)合附圖及實施例 說明如下
本發(fā)明提出的一種用于寬帶無線通信系統(tǒng)的頻分雙工傳輸方法，其特征在于
該方法包括在基站發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入(TFU-0FDMA)技 術(shù)進行下行多址接入，獲得下行信號；在用戶設(shè)備發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的單載波多址接 入(TFU-SCMA)技術(shù)實現(xiàn)上行多址接入，獲得上行信號；采用頻分雙工(FDD)幀結(jié)構(gòu)對下行 信號和上行信號進行雙工傳輸。
所述在基站發(fā)送端采用TFU-0FDMA技術(shù)進行下行多址接入，獲得下行信號的流 程，如圖1所示，包括以下步驟
(11)分別對要發(fā)送的各路用戶傳輸塊數(shù)據(jù)進行信道編碼和數(shù)字調(diào)制，得到數(shù)字調(diào) 制后的信息；所述信道編碼可以采用卷積碼、低密度奇偶校驗碼或里德-所羅門碼等；所述數(shù)字調(diào)制可以采用多進制相移鍵控或多進制正交幅度調(diào)制等；
(12)將調(diào)制后的各路用戶信息和導頻映射到相應數(shù)據(jù)子載波和導頻子載波上，將 所有數(shù)據(jù)子載波劃分為多個子信道，各路用戶信息對應一個或多個子信道；保護子載波和 直流子載波置0 ；導頻用于接收端進行信道估計和時間同步；具體包括
(12-1)預先設(shè)置各類子載波的位置將所有保護子載波分為左保護帶和右保護 帶，左保護帶和右保護帶分別位于信道頻帶的左、右兩端；直流子載波為一個，位于頻帶中 心；其余的數(shù)據(jù)子載波和導頻子載波分布在左、右保護帶與直流子載波之間，如圖2所示； 數(shù)據(jù)子載波和導頻子載波總個數(shù)Nu滿足NU = 28L, L為正整數(shù)；數(shù)據(jù)子載波和導頻子載波 的具體位置如下
(12-la)將所有的數(shù)據(jù)子載波和導頻子載波連續(xù)地劃分為4L個組，每個組包含6 個數(shù)據(jù)子載波和1個導頻子載波，導頻子載波位于每組的中間位置，設(shè)組的索引號為i，i = 0，1，…，4L-1 ；
(12-lb)將上述所有組分為L個集合，Stl，S1, ...，Sw,每個集合包含4個組，每個 集合中各組所對應的索引號為
S,(k) = L-k + Gl;{l)
其中，S1GO表示第1個集合中第k組所對應的索引號，1 = 0，1，...L-l，k = 0， 1,2, 3，序列由長度為L的置換序列左循環(huán)移位k次得到；不同長度L對應的置換序列 如表1所示；
表1不同長度下的置換序列
權(quán)利要求
1.一種用于寬帶無線通信系統(tǒng)的頻分雙工傳輸方法，其特征在于該方法包括在基站 發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入技術(shù)進行下行多址接入，獲得下行信號；在用 戶設(shè)備發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的單載波多址接入技術(shù)實現(xiàn)上行多址接入，獲得上行信號； 采用頻分雙工幀結(jié)構(gòu)對下行信號和上行信號進行雙工傳輸；所述在基站發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入技術(shù)進行下行多址接入，獲得 下行信號，具體包括以下步驟(11)分別對要發(fā)送的各路用戶傳輸塊數(shù)據(jù)進行信道編碼和數(shù)字調(diào)制，得到數(shù)字調(diào)制后 的信息；(12)將調(diào)制后的各路用戶信息和導頻映射到相應數(shù)據(jù)子載波和導頻子載波上，將所有 數(shù)據(jù)子載波劃分為多個子信道，各路用戶信息對應一個或多個子信道；保護子載波和直流 子載波置0 ；導頻用于接收端進行信道估計和時間同步；(13)對步驟(1 的所有子載波進行離散傅里葉逆變換，得到時域信號；(14)生成一個偽隨機噪聲序列，將該偽隨機噪聲序列以循環(huán)擴展的方式填充為一個保 護間隔序列，將保護間隔序列與步驟(13)得到的時域信號進行合并，進行并串轉(zhuǎn)換得到一 個時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入符號，即獲得下行信號并發(fā)送；所述在用戶設(shè)備發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的單載波多址接入技術(shù)實現(xiàn)上行多址接入，獲 得上行信號，具體包括以下步驟(21)將各用戶設(shè)備發(fā)送端要發(fā)送的傳輸塊數(shù)據(jù)進行信道編碼和數(shù)字調(diào)制，得到數(shù)字調(diào) 制后的信息；(22)對數(shù)字調(diào)制后的信息進行時頻域聯(lián)合的單載波多址接入調(diào)制，得到時頻域聯(lián)合的 單載波多址接入符號；(23)根據(jù)基站的調(diào)度信息，各個用戶設(shè)備發(fā)送端在所指定的時隙中發(fā)送時頻域聯(lián)合的 單載波多址接入符號，在其余時隙處于等待發(fā)送狀態(tài)；采用頻分雙工幀結(jié)構(gòu)對下行信號和上行信號進行雙工傳輸，具體包括在頻分雙工幀結(jié)構(gòu)中，設(shè)置每幀的持續(xù)時間為10ms，由下行子幀、上行子幀、殘余時間 和保留時間四個部分組成；下行子幀用于傳輸下行信號，占用某一段頻帶，上行子幀用于傳 輸上行信號，占用另一段與下行所占頻帶不重疊且?guī)捪嗤念l帶，殘余時間是每幀中下 行子幀傳輸結(jié)束后的剩余時間，保留時間是每幀中上行子幀開始傳輸前的等待時間；設(shè)置 下行子幀持續(xù)時間為9900US，上行子幀持續(xù)時間為9360US，保留時間為520us。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟(12)具體包括(12-1)預先設(shè)置各類子載波的位置將所有保護子載波分為左保護帶和右保護帶，左 保護帶和右保護帶分別位于信道頻帶的左、右兩端；直流子載波為一個，位于頻帶中心；其 余的數(shù)據(jù)子載波和導頻子載波分布在左、右保護帶與直流子載波之間；數(shù)據(jù)子載波和導頻 子載波總個數(shù)Nu滿足NU = 28L, L為正整數(shù)；數(shù)據(jù)子載波和導頻子載波的具體位置如下(12-la)將所有的數(shù)據(jù)子載波和導頻子載波連續(xù)地劃分為4L個組，每個組包含6個數(shù) 據(jù)子載波和1個導頻子載波，導頻子載波位于每組的中間位置，設(shè)組的索引號為i，i = 0， 1,…,4L-1 ；(12-lb)將上述所有組分為L個集合，Stl，S1,. . . SM，每個集合包含4個組，每個集合中 各組所對應的索引號S1GO為S,(k) = L-k+ G^(I)其中，S1GO表示第1個集合中第k組所對應的索引號，1 = 0，1，...L-l，k = 0,1,2, 3，序列巧(/)由長度為L的置換序列左循環(huán)移位k次得到；(12-2)將步驟(12-la)中索引號為&(k)，k = 0，1，2，3，的組所包含的數(shù)據(jù)子載波組 成子信道1，1 = 0，1，. . . L-I ；根據(jù)基站的調(diào)度信息，將各路用戶信息映射到指定的一個或 多個子信道中。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入符號結(jié) 構(gòu)包括保護間隔和數(shù)據(jù)塊兩部分，保護間隔填充上述保護間隔序列，由偽隨機噪聲序列及 其前、后擴展組成；數(shù)據(jù)塊即為步驟(1 得到的時域信號。
4.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述步驟02)具體包括(22-1)將步驟調(diào)制后的的信息轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)塊；(22-2)生成UW序列，并用一個或多個UW構(gòu)成導頻塊；(22-3)對并行數(shù)據(jù)塊后端插入一個UW作保護間隔組成DFT塊；(22-4)在DFT塊前端插入上述導頻塊，由導頻塊和DFT塊組成一個時頻域聯(lián)合的單載 波多址接入符號，即獲得上行信號并進行發(fā)送；
5.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述的下行子幀由N個時頻域聯(lián)合的正交頻分 多址接入符號組成；下行子幀內(nèi)容包括前導、公共控制信息、廣播數(shù)據(jù)和下行通信數(shù)據(jù)； 前導用于初始測距，下行信道質(zhì)量測量，位于下行子幀的最前端，占用N1個時頻域聯(lián)合的正 交頻分多址接入符號；公共控制信息用于傳輸下行通信數(shù)據(jù)的映射信息、上行通信數(shù)據(jù)的 映射信息系統(tǒng)控制消息，位于前導后面，占用N2個時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入符號；下 行子幀中除前導和公共控制信息所占用的時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入符號外，其余的 N3個符號同時傳輸廣播數(shù)據(jù)和下行通信數(shù)據(jù)，而廣播數(shù)據(jù)和下行通信數(shù)據(jù)分別占用不同的 子信道，廣播數(shù)據(jù)部分用于傳輸一路或多路共享的用戶信息，下行通信數(shù)據(jù)部分用于傳輸 多路專有的用戶信息；在下行通信數(shù)據(jù)部分中，將連續(xù)的S個時頻域聯(lián)合的正交頻分多址 接入符號劃分為一個符號組；資源分配基本單元在時間上占用一個符號組、在頻域上占用 一個子信道；各路用戶信息都占用整數(shù)個資源分配基本單元；上述N、N1、隊、N3, S均為正整 數(shù)，且 N 彡 20，1 彡 N1 彡 3，1 彡 N2 彡 10，N3 = N-N1-N2, S ( N-N1-N2, (N-N1-N2)modS = 0 ；所述的上行子幀由K個時隙組成，每個時隙持續(xù)時間為360us，上行子幀內(nèi)容包括隨機 接入和帶寬請求時機部分和上行突發(fā)數(shù)據(jù)部分；前K1個時隙中的每個時隙劃分為4個微時 隙，每個微時隙都是一個用于隨機接入或帶寬請求的發(fā)送時機，需要進行隨機接入或帶寬 請求的UE在某個發(fā)送時機內(nèi)發(fā)送一個承載隨機接入或帶寬請求信息的持續(xù)時間為90us的 時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入符號；其余的K2個時隙用于傳輸上行突發(fā)數(shù)據(jù)，m個上行 突發(fā)塊占用上行突發(fā)數(shù)據(jù)部分的前m個時隙，各個上行突發(fā)塊由一個持續(xù)時間為360us的 時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入符號組成；上述的1(、1(1、1(2、111均為正整數(shù)，且1(>10，0<1(1 < K, K2 = K-KijO < m < K2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于寬帶無線通信系統(tǒng)的頻分雙工傳輸方法，屬于數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括在基站發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的正交頻分多址接入技術(shù)進行下行多址接入，獲得下行信號；在用戶設(shè)備發(fā)送端采用時頻域聯(lián)合的單載波多址接入技術(shù)進行上行多址接入，獲得上行信號；采用頻分雙工幀結(jié)構(gòu)對下行信號和上行信號進行雙工傳輸；本發(fā)明出的TFU-OFDMA技術(shù)，解決了采用TFU-OFDM調(diào)制時的多址接入問題，具有靈活地分配無線資源，有效對抗深度衰落和窄帶干擾等優(yōu)點；本發(fā)明提出的TFU-SCMA技術(shù)，解決了采用改進的SC-FDE調(diào)制時的多址接入問題，不僅保留了SC-FDE技術(shù)發(fā)送端復雜度低和峰均功率比低等優(yōu)點，而且使得接收端更好地進行同步和信道估計。
文檔編號H04L27/26GK102035785SQ20101054394
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者張長, 徐翼, 曾捷, 王海軍, 粟欣, 趙玉瑤, 高暉, 黎靖宇 申請人:清華大學