Ofdm接入基站中基站發射信號的正交化方法及系統的製作方法
2023-10-26 15:15:17 4
專利名稱：Ofdm接入基站中基站發射信號的正交化方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及正交頻分復用(OFDM)技術的蜂窩通信系統，如第三代移動通信系統、WiMAX、WiBro系統等，特別涉及正交頻分復用接入(OFDMA)基站中基站發射信號的正交化方法及系統。
背景技術：
眾所周知地，在基於OFDMA的小區系統中，在頻率復用係數為1的前提條件下，各小區特別是各個小區的邊緣地區將不可避免地受到臨近小區的同頻幹擾。從而，不僅是處於小區邊緣的用戶的傳輸速率受到極大的限制，而且系統的吞吐量將顯著降低。因此說，臨小區幹擾是影響基於OFDM/OFDMA技術的小區系統性能的最主要因素之一。
如圖1所示的實例中，一個基站所管轄的小區分裂為3個扇區，令其分別為服務小區(Serving Cell)、相鄰小區1(Adjacent Cell 1)和相鄰小區2(Adjacent Cell 2)；而其它臨近小區中與服務小區相對的扇區則定義為幹擾小區1(Interfering Cell 1)和幹擾小區2(Interfering Cell 2)。終端UE1為服務小區邊緣的用戶，而UE2和UE3分別為使用與UE1相同子信道的、幹擾小區1和幹擾小區2中的用戶，則該用戶(UE1)將受到相鄰小區和幹擾小區的同頻幹擾。也就是說，在接收端用戶的基帶接收信號r(t)一般可以表示為r(t)=s(t)m=1MIm(t)---(1)]]>其中s(t)為服務小區傳送給用戶UE1的信號，而Im(t)為來自於相鄰小區和幹擾小區的同頻幹擾信號，M為幹擾的個數。由此不難看出，位於小區邊緣的用戶受到的臨小區幹擾是相當強的(在各小區發射功率相等的條件下，用戶接收端的信號與幹擾噪聲比(SINR)非常低，最差的情況甚至只有-3dB左右)。進而導致了用戶的接收性能急劇惡化，系統的吞吐量迅速下降等負面結果。鑑於此，小區邊緣性能增強(Cell Edge PerformanceEnhancement--CEPE)問題是基於OFDM/OFDMA的系統中非常值得研究和解決的問題。
目前，OFDM/OFDMA系統的CEPE問題是諸如3GPP LTE、WiMAX及WiBro等標準化組織的研究熱點。在當前的協議或標準中還沒有明確的、最終的解決方案。
目前，針對各協議和標準，均有許多提案和建議用以解決小區邊緣的幹擾問題，例如在3GPP LTE中，就有許多提案申請對該問題進行了討論和分析。總的來說，現有的各種技術存在以下主要問題在各種頻率與時間資源調度方法中，頻率復用係數無法真正達到1或接近1；此外，對於絕大多數算法來說，均需要各個基站間對公共的頻率和時間資源進行統一的調度和管理，這在工程實現上有相當大的難度；使用擴頻碼和擾碼的小區區分算法，人為地降低了信息的傳輸率，擴頻因子越大，信息傳輸率的降低就越大；發明內容本發明的目的是提供一種正交頻分復用接入基站中基站發射信號的正交化方法及系統。
按照本發明的一方面，一種OFDMA系統中基站發射信號的正交化方法，在發射端包括步驟a)對原始的信息比特進行編碼、交織和調製等處理；b)將等間隔的子載波分配給一個子信道；並且將信道分為小區邊緣用戶信道和中心區域信道兩部分；c)將調製後的信息符號映射到相應的子載波上；d)對兩部分信道分別進行正交化處理；
e)對小區邊緣用戶而言，根據步驟b)的結果，將OFDM符號分成相應的等長的分段；f)將步驟e)分出的各段乘以與本小區相應的正交化序列；g)將兩部分的OFDM符號相加，形成總的OFDM符號；h)為系統加置循環前綴；i)對基帶信號進行D/A變換、射頻上的處理、以及發射天線上的饋送。
按照本發明的另一方面，一種OFDMA系統中基站發射信號的正交化方法，在接收端包括步驟a)對接收的射頻信號進行卸載、A/D變換等處理，從而變成基帶信號而進行後續處理；b)對小區信號進行分離處理；c)對步驟b)得到的結果進行擴展處理，即將步驟b)中得到的P點結果進行周期性延拓；d)對於小區中心用戶，將接收信號減去c)中的結果；e)對OFDM符號進行解正交化處理；f)對子載波上承載的信息進行提取；g)對數據進行解調、解交織和解碼處理。
按照本發明的另一方面，一種OFDM/OFDMA系統中基站發射信號的正交化系統，在發射端包括a)前處理模塊，對原始的信息比特進行編碼、交織和調製等處理；b)子信號劃分模塊，將等間隔的子載波分配給一個子信道，並將信道分為小區邊緣用戶信道和中心區域信道兩部分；c)信息映射模塊，將調製後的信息符號映射到相應的子載波上；d)正交化處理模塊，對兩部分信道分別進行正交化處理；e)分段模塊，對小區邊緣用戶而言，根據步驟b)的結果，將OFDM符號分成相應的等長的分段；f)正交化模塊，將步驟e)分出的各段乘以與本小區相應的正交化序列；g)求和模塊，將兩部分的OFDM符號相加，形成總的OFDM符號；
h)循環前綴模塊，為系統加置循環前綴；i)數據後處理模塊，對基帶信號進行D/A變換、射頻上的處理、以及發射天線上的饋送。
按照本發明的另一方面，一種OFDM/OFDMA系統中基站發射信號的正交化系統，在接收端包括a)前處理模塊，對接收的射頻信號進行卸載、A/D變換等處理，從而變成基帶信號而進行後續處理；b)分離模塊，對小區信號進行分離處理；c)周期拓展模塊，對步驟b)得到的結果進行擴展處理，即將步驟b)中得到的P點結果進行周期性延拓；d)小區邊緣信號去除模塊，對於小區中心用戶，將接收信號減去c)中的結果；e)解正交化模塊，對OFDM符號進行解正交化處理；f)提取信息模塊，對子載波上承載的信息進行提取；g)數據後處理模塊，對數據進行解調、解交織和解碼處理。
根據本發明的方法，幹擾小區和相鄰小區對服務小區的同頻幹擾可以有效、完整地得以消除，從而改善了小區邊緣區域用戶的通信質量，而且提高了系統的容量。
圖1為OFDM/OFDMA系統中的小區邊緣幹擾的示意圖；圖2為本發明的發射端的處理過程；圖3為本發明的小區邊緣用戶接收端的處理過程；圖4為本發明的小區中心用戶接收端的處理過程；圖5為子信道的劃分方法說明；圖6為OFDM符號的周期循環示意圖；圖7為OFDM符號的正交化設計；圖8為發射端OFDM符號的正交化設計過程。
具體實施例方式
圖1為OFDM/OFDMA系統中的小區邊緣幹擾的示意圖。該圖指明了本發明要解決的問題。然而，圖中的小區的三扇區結構僅為一個實施例，本發明可以擴展到不同的扇區劃分情況。屬於服務小區的UE1在接收某一個子信道的信息時，實際上受到了屬於幹擾小區1用同一個子信道發射給屬於它的用戶UE3的信號，以及屬於幹擾小區2用同一個子信道發射給屬於它的用戶UE2的信號的幹擾，當然這種幹擾也包括與服務小區屬於同一個基站的相鄰小區1和相鄰小區2。因此，本發明的目的就在於將屬於UE1的信號從各種小區間的同子信道幹擾中完全分離出來。
圖2為本發明的發射端的處理過程。
201數據的前處理模塊，用來對原始的信息比特進行編碼、交織和調製等處理；202子信號劃分模塊，用來按照指定的形式劃分子信道，即等間隔的子載波被分配給一個子信道，且第一個子載波一定要在零位置處；203信息映射模塊，用來將調製後的信息符號映射到相應的子載波上；204小區中心區域用戶信道的正交化處理(IDFT)；對分配給小區中心用戶的子信道(子載波組)進行正交化處理(IDFT)處理；205小區邊緣區域用戶信道的正交化處理(IDFT)；對分配給小區邊緣用戶的子信道(子載波組)進行正交化處理(IDFT)；206OFDM符號的分段模塊，用來根據202模塊的結果，將OFDM符號分成相應的等長的分段；207小區正交化模塊該模塊用來對各小區的發射信號進行正交化設計，具體方式為將206模塊分出的各段乘以與本小區相應的正交化序列；208OFDM符號求和模塊；用於將屬於小區邊緣用戶和小區中心用戶的各自的OFDM符號進行求和；209循環前綴模塊用於為系統加置循環前綴；循環前綴的長度要求等於206中分段的整數倍；
210數據後處理用於對基帶信號進行D/A變換、射頻上的處理、以及發射天線上的饋送等。
圖3為本發明的小區邊緣用戶接收端的處理過程。
301接收信號的前處理模塊，用來對接收的射頻信號進行卸載、A/D變換等處理，從而變成基帶信號而進行後續處理；302小區信號分離的處理；通過周期性信號的時間累加，達到去除臨小區同頻信號的目的；303本小區接收信號在時間上的周期拓展模塊；將302的處理結果，從P點的序列在時間上周期延拓為N數據；304信道的解正交化模塊，通常通過離散傅立葉變換(DFT)出來來完成；305提取信息模塊，用來對子載波上承載的信息進行提取；306數據的後處理模塊，用來對數據進行後續的處理，如解調、解交織和解碼等；圖4為本發明的小區中心用戶接收端的處理過程。
401接收信號的前處理模塊，用來對接收的射頻信號進行卸載、A/D變換等處理，從而變成基帶信號而進行後續處理；402小區信號分離的處理；通過周期性信號的時間累加，達到去除臨小區同頻信號的目的；403本小區接收信號在時間上的周期拓展模塊；將302的處理結果，從P點的序列在時間上周期延拓為N數據；404小區邊緣信號去除模塊；將403所得結果在原有接收信號中給予去除；405信道的解正交化模塊，通常通過離散傅立葉變換(DFT)出來來完成；406提取信息模塊，用來對子載波上承載的信息進行提取；407數據的後處理模塊，用來對數據進行後續的處理，如解調、解交織和解碼等；實施例我們現在假設在整個系統中子載波個數為N，在實施例中的具體數值為1024；
在整個系統中子信道個數為Q，在實施例中的具體數值為64；一個子信道中的子載波個數為P，且有N＝P·Q，在實施裡中的具體數值為16；假設子信道1和2分配給了小區邊緣的用戶使用，其它的分配給小區中心區域用戶使用。實際的子載波和子信道的分配原理如圖5所示；即子信道的劃分原則為子載波間總是等間隔分布。
我們現在只考慮一個子信道，即第k個子信道，那麼時域上的OFDM符號可以表示為x(k)(n)=1Np=0P-1X(pQ+k)ej2Nn(pQ+k)]]>=ej2Nnk1Np=0P-1X(pQ+k)ej2pnp---(2)]]>其中，x(k)(n)，n＝0，1，…，N-1為第k個子信道的OFDM符號採樣，X(p·Q+k)，k＝0，1，…，Q-1，p＝0，1，…，P-1。我們現在令m＝0，1，…，P-1以及q＝0，1，…，Q-1，則有x(k)(m+qP)]]>=ej2N(m+qP)k1np=0P-1X(pQ+k)ej2P(m+qP)P]]>=ej2Qqkx(k)(m)---(3)]]>從中我們不難發現一個相當有趣的現象，即整個N點長的OFDM符號除去僅與子信道序列號有關的相位以外，是以P點長度為周期循環的，顯然共有Q個循環，如圖6所示。
綜合地考慮所有的子信道，則均有此規律。特別地，在k＝0時，整個OFDM符號呈現P點的Q個周期延拓。我們將子信道1和2定義為小區邊緣用戶使用的信道，而其它為中心用戶使用的信道。因而，我們可以重新定義，P＝Q＝32。於是，在發射端對OFDM符號中的各周期性的子段進行與本小區相關的正交性加權。根據實施例中的假設，我們現在給出5個幹擾小區的指定的正交化序列C(s)(i)，其中(s)為小區的序列號，i為正交化的序列號碼1.對於服務小區(s＝0)C(0)(i)＝{+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1}
2.對於幹擾小區1(s＝1)C(1)(i)＝{+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1}3.對於幹擾小區2(s＝2)C(2)(i)＝{+1，+1，+1，+1，-1，-1，-1，-1，+1，+1，+1，+1，-1，-1，-1，-1}4.對於相鄰小區1(s＝3)C(3)(i)＝{+1，+1，+1，+1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，+1，+1，+1，+1}5.對於相鄰小區2(s＝4)C(4)(i)＝{-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1，+1}從而，我們發現這5個序列是相互正交的。而與OFDM符號的相乘過程，以服務小區為例，如圖7所示。
然後，該信號經過循環前綴設置(207)以及D/A轉換等射頻處理(208)，發送給屬於本小區的各個用戶。注意，循環前綴必須為P的整數倍。
現在如圖8所示的假設，x1(n)(n＝0，1，...N-1)為小區邊緣用戶使用的子信道形成的OFDM符號1，而x2(n)為小區中心區域使用的子信道形成的OFDM符號2，它們之和為發射端的OFDM符號，xT(n)。那麼，在不考慮噪聲和信號的衰落的前提下，用戶UE1的接收信號為xr(n)=s=04xTs(n)---(4)]]>其中，s代表小區的編號。在接收端，我們根據OFDM符號成明顯周期性的性質，可以做如下處理，z(i)=i=0P-1q=0Q-1C(0)(q)xr(i+qP),i=0,1,...P-1---(5)]]>此處理即為圖3和4中的小區信號分離的處理過程。然後將(5)的P點數據擴展為ye(n)＝ye(i+q·P)＝z(i)，q＝0，1，…，Q-1，n＝0，1，…，N-1(6)此過程為圖3的303過程。而對於小區中心用戶而言，則需增加將小區邊緣信號x1(n)從總接收信號去除的過程，然後再做信道的正交化處理。這樣，我們就成功地去除了其它幹擾小區和鄰近小區的發射信號，得到了只與服務小區相關的信號。
最後，經過如圖3所示的304(子載波的解正交化過程--DFT)、305(從子載波上獲取本小區傳輸的信息符號)以及306(數據的後處理，包括解調、解交織和解碼等處理)從而得到服務小區中用戶所需的信息比特。
權利要求
1.一種OFDMA系統中基站發射信號的正交化方法，在發射端包括步驟a)對原始的信息比特進行編碼、交織和調製等處理；b)將等間隔的子載波分配給一個子信道；並且將信道分為小區邊緣用戶信道和中心區域信道兩部分；c)將調製後的信息符號映射到相應的子載波上；d)對兩部分信道分別進行正交化處理；e)對小區邊緣用戶而言，根據步驟b)的結果，將OFDM符號分成相應的等長的分段；f)將步驟e)分出的各段乘以與本小區相應的正交化序列；g)將兩部分的OFDM符號相加，形成總的OFDM符號；h)為系統加置循環前綴；i)對基帶信號進行D/A變換、射頻上的處理、以及發射天線上的饋送。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述對信道進行正交化處理包括逆離散傅立葉變換。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟b)包括分配給小區邊緣用戶的子載波要求等間隔分配，並且起始點從0開始；子信道的數目與每一個子信道中子載波數目的乘積將等於整個系統中規定的子載波數目。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟e)按下式進行分段x(0)(n)=1Np=0P-1X(pQ+k)ej2Nn(pQ+k)]]>=1Np=0P-1X(pQ)ej2Pnp]]>其中，x(0)(n)，n＝0，1，…，N-1為小區邊緣用戶使用子信道的OFDM符號採樣，且k＝0。令m＝0，1，…，P-1以及q＝0，1，…，Q-1，k＝0則有x(0)(m+qP)]]>=ej2N(m+qP)k1np=0P-1X(pQ+k)ej2P(m+qP)P]]>=x(0)(m).]]>
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟f)包括每P個採樣乘以一個正交化序列採樣，這樣的處理共進行Q次。
6.一種OFDMA系統中基站發射信號的正交化方法，在接收端包括步驟a)對接收的射頻信號進行卸載、A/D變換等處理，從而變成基帶信號而進行後續處理；b)對小區信號進行分離處理；c)對步驟b)得到的結果進行擴展處理，即將步驟b)中得到的P點結果進行周期性延拓；d)對於小區中心用戶，將接收信號減去c)中的結果；e)對OFDM符號進行解正交化處理；f)對子載波上承載的信息進行提取；g)對數據進行解調、解交織和解碼處理。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述對信道進行解正交化包括離散傅立葉變換。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述步驟c)中的子信道至少為一個子信道。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於如果有多個子信道屬於本用戶或所有子信道均屬於一個用戶，則每次選出一個子信道；然後重複進行步驟c)～步驟k)的處理，直到所有的子信道信息均從小區幹擾中分離出來為止。
10.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述步驟b)按下式處理z(i)=i=0P-1q=0Q-1C(0)(q)xr(i+qP)]]>其中，C為發射端的正交化序列。
11.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述對信道進行解正交化處理包括根據發射端對本小區所加的正交化信號與接收信號相乘，每P個採樣與一個正交化序列採樣相乘，共進行Q次相乘，然後進行對位相加。
12.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述的周期延拓包括將所得P點數據結果進行Q-1次的周期延拓，共得到N點數據。
13.一種OFDM/OFDMA系統中基站發射信號的正交化系統，在發射端包括a)前處理模塊，對原始的信息比特進行編碼、交織和調製等處理；b)子信號劃分模塊，將等間隔的子載波分配給一個子信道，並將信道分為小區邊緣用戶信道和中心區域信道兩部分；c)信息映射模塊，將調製後的信息符號映射到相應的子載波上；d)正交化處理模塊，對兩部分信道分別進行正交化處理；e)分段模塊，對小區邊緣用戶而言，根據步驟b)的結果，將OFDM符號分成相應的等長的分段；f)正交化模塊，將步驟e)分出的各段乘以與本小區相應的正交化序列；g)求和模塊，將兩部分的OFDM符號相加，形成總的OFDM符號；h)循環前綴模塊，為系統加置循環前綴；i)數據後處理模塊，對基帶信號進行D/A變換、射頻上的處理、以及發射天線上的饋送。
14.根據權利要求13所述的系統，其特徵在於所述的正交化處理包括採用逆離散傅立葉變換。
15.一種OFDM/OFDMA系統中基站發射信號的正交化系統，在接收端包括a)前處理模塊，對接收的射頻信號進行卸載、A/D變換等處理，從而變成基帶信號而進行後續處理；b)分離模塊，對小區信號進行分離處理；c)周期拓展模塊，對步驟b)得到的結果進行擴展處理，即將步驟b)中得到的P點結果進行周期性延拓；d)小區邊緣信號去除模塊，對於小區中心用戶，將接收信號減去c)中的結果；e)解正交化模塊，對OFDM符號進行解正交化處理；f)提取信息模塊，對子載波上承載的信息進行提取；g)數據後處理模塊，對數據進行解調、解交織和解碼處理。
16.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於所述解正交化模塊包括採用離散傅立葉變換。
17.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於所述分離處理按下式進行z(i)=i=0P-1q=0Q-1C(0)(q)xr(i+qP)]]>其中，C為發射端的正交化序列。
18.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於所述周期性延拓包括共延拓Q-1次，這樣延拓後得到N點數據。
全文摘要
OFDMA系統中基站發射信號的正交化方法，在發射端包括對原始的信息比特進行編碼、交織和調製等處理；將等間隔的子載波分配給一個子信道；並且將信道分為小區邊緣用戶信道和中心區域信道兩部分；將調製後的信息符號映射到相應的子載波上；對兩部分信道分別進行正交化處理；對小區邊緣用戶而言，根據步驟b)的結果，將OFDM符號分成相應的等長的分段；將步驟e)分出的各段乘以與本小區相應的正交化序列；將兩部分的OFDM符號相加，形成總的OFDM符號；為系統加置循環前綴；對基帶信號進行D/A變換、射頻上的處理、以及發射天線上的饋送。本發明的幹擾小區和相鄰小區對服務小區的同頻幹擾可以有效、完整地得以消除，從而改善了小區邊緣區域用戶的通信質量。
文檔編號H04J11/00GK101064703SQ20061007606
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月25日 優先權日2006年4月25日
發明者梁宗闖, 吳昌潤, 洪性權, 趙瑛權, 樸東植 申請人:北京三星通信技術研究有限公司, 三星電子株式會社