一種基於ofdm的td－scdma系統無線幀傳輸方法

2023-06-07 05:53:26 1

專利名稱：一種基於ofdm的td－scdma系統無線幀傳輸方法
技術領域：
本發明涉及一種基於正交頻分復用OFDM的時分雙工同步碼分多址TD-SCDMA系統無線幀傳輸方法，具體涉及每個子載波上的常規時隙包括相同數量的OFDM符號，其中若干個子載波中每一個常規時隙的兩個OFDM符號位置上設置導頻符號，且設置導頻符號的子載波在頻域上有一定的間隔Δf，其中Δf為間隔的子載波個數，並在此基礎上進行數據傳輸的方法。
背景技術：
TD-SCDMA是第三代移動通信系統的三種大國際標準中唯一採用時分雙工(TDD)方式，支持上下行非對稱業務傳輸，在頻譜利用上具有較大的靈活性。該系統綜合採用了智能天線、上行同步、聯合檢測和軟體無線電等無線通信中的先進技術，使系統具有較高的性能和頻譜利用率。
隨著社會的發展以及技術的進步，人們對移動通信的要求不斷提高，希望系統能夠提供大容量、高速率、低時延的數據傳輸服務。為了滿足這種日益增長的需求，TD-SCDMA系統同樣需要不斷演進和提高性能。
參見圖1，圖1為現有TD-SCMDA系統的幀結構示意圖。由圖1可知，TD-SCMDA系統的幀長為10ms，每個幀分為兩個5ms的無線子幀。
參見圖2，圖2為現有TD-SCMDA系統的無線子幀結構示意圖，其中每個無線子幀由7個常規時隙(TS0～TS6)和三個特殊時隙構成。其中三個特別時隙分別為DwPTS(下行導頻信道，用於系統的下行同步信息的發送)；UpPTS(上行導頻信道，用於用戶接入的上行同步信息發送)；GP(轉換保護時隙，用於提供下行發送時隙向上行發送時隙轉換的時間間隔)。
對於TD-SCMDA系統無線子幀的7個常規時隙(TS0～TS6)，每個時隙的結構如圖3所示，其中每個時隙有兩個352個chip長度的發送序列，該序列用於發送數據業務；同時，一個長度為144個chip的發送序列是發送數據的的訓練序列(Midamble碼導頻序列)，用於導頻使用；還有一個16個chip的時間長度不發送任何數據，該時隙作為時隙間的保護間隔。
TD-CDMA系統是一個幹擾(或信噪比)受限系統。其容量主要受限於移動信道中的主要幹擾多徑幹擾和多址幹擾；其速率也受限於多徑幹擾產生的時延功率譜擴展與信息符號碼元之間的比值，即相對多徑幹擾比值。OFDM技術是克服多徑幹擾最有效的手段，它通過並行傳送降低傳送速率，增大信息碼元周期，大大削弱了多徑幹擾的影響。它既可增大系統容量又可以提高系統傳送速率，可以克服TD-CDMA系統中存在的這兩方面主要缺點。
另外在寬帶傳輸中，符號間(ISI)幹擾是影響傳輸性能的一個重要的因素．對於OFDM多址接入/復用方式，它將一個寬帶的系統分為多個非常窄的子載波。如一個系統如果在20MHz的帶寬上傳輸數據，OFDM可以將該帶寬分為幾百到幾千個子載波，每個子載波的載波間隔在幾KHz到幾十KHz之間，數據在每個子載波上傳輸。由於每個子載波的帶寬只有幾KHz到幾十KHz，遠小於無線信道的相干帶寬，信號在這種窄帶中傳輸是相當於在平坦信道上傳輸，因此不會造成符號間(ISI)幹擾。
在移動通信系統中，需要在每個小區同時支持多個用戶的通信，而TD-CDMA就是一種較理想的多用戶的多址通信方式，它利用地址碼來正交(或準正交)的區分用戶；另一方面OFDM又可以在多個子載波上進行並行傳送，既可以提高頻譜利用效率，又可以實現較理想的頻率分集的效果，提高抗衰落、抗幹擾的能力。因此在TD-CDMA系統中應用OFDM技術，將會為TD-CDMA系統帶來更良好的特性。
由於目前的144個chip的Midamble碼導頻序列只是使用於TD-SCDMA基於CDMA多址接入方式，不適用於OFDM多址接入/復用方式導頻符號。因此必須為基於OFDM多址接入/復用方式的TD-SCDMA的幀結構和時隙結構尋找一種新的導頻符號設置方式。該導頻符號設置方式必須滿足對TD-SCDMA系統演進的要求，能夠很好地適應OFDM多址接入/復用方式的特點和TD-SCDMA系統的幀結構，提高系統的性能。
採用訓練序列的信道估計方法可以分為基於導頻信道和基於導頻符號這兩種，TD-SCDMA系統是一種多載波系統，具有時頻二維結構，因此採用導頻符號輔助信道估計更靈活。導頻符號輔助方法是在發送端的信號中某些固定位置插入一些已知的符號和序列，在接收端利用這些導頻符號和導頻序列按照某些算法進行信道估計。
在多載波系統中，導頻符號可以同時在時間軸和頻率軸兩個方向插入，在接收端提取導頻符號估計信道傳輸函數。目前，在一個OFDM塊中基於導頻符號的方式中有如下幾種方案時域導頻(佔用一個或者多個OFDM符號，覆蓋所有的子載波)、頻域導頻(佔用一個或者多個子載波，覆蓋所有的子時隙)以及散開的導頻。TD-SCDMA系統比較常用的是時域導頻。時域導頻的最常用方式如圖4所示在每個子載波上的每個TD-SCDMA系統常規時隙的一個固定OFDM符號位置設置導頻符號，圖4中的每一行代表一個子載波的一個TD-SCDMA系統常規時隙，每一塊代表一個OFDM符號，其中顏色為灰色的OFDM符號位置上設置導頻符號。
在實際工作的TD-SCDMA系統中圖4所示的在TD-SCDMA系統常規時隙上設置一個導頻符號的方式在一些情況下不能滿足信號檢測、估值等性能，因此，可以考慮在TD-SCDMA系統常規時隙上設置兩個導頻符號；另一方面，在TD-SCDMA系統中，並不需要每個子載波上的TD-SCDMA系統常規時隙上都設置導頻符號，以提高系統資源的利用率，同時可以靈活配置無線信號的發射功率。

發明內容
本發明基於正交頻分復用OFDM的時分雙工同步碼分多址TD-SCDMA系統無線幀傳輸方法，其特徵在於每個子載波上的常規時隙包括相同數量的OFDM符號，其中若干個子載波中每一個常規時隙的兩個OFDM符號位置上設置導頻符號，且設置導頻符號的子載波在頻域上有一定的間隔Δf，其中Δf為間隔的子載波個數，並在此基礎上進行數據傳輸的方法。該方法可以充分滿足對TD-SCDMA系統演進的性能要求，適應TD-SCDMA系統的時隙結構，提高系統的信號檢測、估值性能，獲取更好的系統性能。
為了達到上述目的，本發明提供了一種基於OFDM多址接入/復用技術的TD-SCDMA系統無線幀傳輸方法，其特徵在於一種基於正交頻分復用OFDM的時分雙工同步碼分多址TD-SCDMA系統無線幀傳輸方法，其特徵在於每個子載波上的常規時隙包括相同數量的OFDM符號，其中若干個子載波中每一個常規時隙的兩個OFDM符號位置上設置導頻符號，且設置導頻符號的子載波在頻域上有一定的間隔Δf，其中Δf為間隔的子載波個數。
所述兩個導頻符號中的第一個導頻符號和第二個導頻符號在所述常規時隙中的符號位置是可變的。
所述第一個導頻符號和所述第二個導頻符號之間間隔的所述OFDM符號數目是可變的。
所有的所述第一個導頻符號都可以在所述常規時隙的相同符號位置。
所有的所述第二個導頻符號都可以在所述常規時隙的相同符號位置。
對於所有的設置了兩個導頻符號的所述常規時隙，其所述第一個導頻符號和所述第二個導頻符號之間間隔的所述OFDM符號數目可以是相同的。
所述各個子載波上的所述常規時隙包括相同數量的所述OFDM符號組成，進一步包括每個所述OFDM符號的CP可以根據實際情況設置為長CP或短CP。
如果所述OFDM符號的所述CP設置為所述長CP，則所述常規時隙中的所述OFDM符號的數量可以設置為9或10。
如果所述OFDM符號的所述CP設置為所述短CP，則所述常規時隙中的所述OFDM符號的數量可以設置為8或9。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果本發明在所述TD-SCDMA系統常規時隙的兩個OFDM符號位置上設置導頻符號；另一方面，按照一定規律有選擇地在一些子載波上的TD-SCDMA系統常規時隙中設置導頻符號，而在其他的子載波上的TD-SCDMA系統常規時隙中不設置導頻符號。這樣既可以適用於各種信道環境的要求，提高信號檢測、估值性能，使接收端獲得更好的性能，又可以靈活配置無線信號的發射功率、並提高系統資源的利用率。


圖1為現有TD-SCDMA系統的幀結構示意圖；圖2為現有TD-SCDMA系統的無線子幀結構示意圖；圖3為TD-SCDMA的常規時隙結構示意圖；圖4為常用基於OFDM的TD-SCDMA系統的時域導頻符號設置示意圖；圖5為短CP對應的TD-SCDMA常規時隙結構示意圖；圖6為長CP對應的TD-SCDMA常規時隙結構示意圖；圖7為短CP時隙結構對應的導頻符號設置示意圖；圖8為長CP時隙結構對應的導頻符號設置示意圖；具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
針對TD-SCDMA系統的特點，考慮到都卜勒效應、相位噪聲的幹擾以及高速下的相干帶寬的影響，可以選擇TD-SCDMA系統OFDM多址接入/復用方式的子載波間隔為15KHz。子載波間隔為15KHz可以很好地適應TD-SCDMA的幀結構和時隙結構特點，充分利用了無線資源。
採用子載波間隔為15KHz，每個長度為0.675ms的TD-SCDMA系統常規時隙可以放置9個或者10個OFDM符號，這時每個符號的CP(CyclicPrefix)有7us左右(考慮了其他一些因素的影響後，可以將CP長度設置在這個值)，由於目前絕大多數應用環境下，單波(Unicast)業務的傳輸都小於7us，例如GSM的信道模型TU(Typical Urban)下的多徑遲延為1us左右，ITU的PB3(Pedestrian B)模型下的多徑遲延約為3us，因此7us的CP長度可以滿足系統普通覆蓋範圍下，單波(Unicast)業務傳輸所需要的消除符號間幹擾所需要的間隔。另一方面，雖然CP的長度越長可以消除更多的子載波間幹擾，但是CP太大將佔用過多的資源，將會造成資源利用率的下降。因此對於單波(Unieast)業務的應用環境，採用足夠大的CP，同時佔用的信道資源較小是一個優化的選擇。
不同的業務傳輸需求，可能會造成CP的長度的變化，如果支持對於MBMS和廣播業務以及系統大覆蓋的要求，可以考慮採用更長的CP。這主要是考慮到MBMS和廣播業務，不同的Node B基站發送相同的信息，為了進行宏分集接收增益，必須將不同的接收數據進行軟合併(Soft Combining)。由於不同的Node B的距離較遠，造成了較大的信號遲延，如果採用較大的CP長度，將會有效地消除不同Node B發送信號的遲延所帶來的幹擾。同樣，對於大覆蓋的Node B，由於覆蓋範圍的增大，造成傳輸信號多徑遲延的增加，也需要考慮加大相應符號的CP長度。對於TD-SCDMA的每個時隙(0.675ms)，如果採用15KHz的子載波間隔，則為了在這種業務或環境中應用，可以採用CP長度為16us左右，這時每個TD-SCDMA時隙所放置的OFDM符號就減少到8個或者9個。
以15KHz為子載波間隔，採用短CP(7us左右)的TD-SCDMA常規時隙結構分別如圖5所示，其中每個TD-SCDMA常規時隙中有9個OFDM符號。
以15KHz為子載波間隔，採用長CP(16us左右)的TD-SCDMA常規時隙結構分別如圖6所示，其中每個TD-SCDMA常規時隙中有8個OFDM符號。
為了使圖5和圖6的TD-SCDMA常規時隙結構能夠更好地傳輸數據，必須增加適當的導頻符號，導頻符號應該使系統傳輸數據的性能滿足要求。
在這裡，我們採用兩列的TDM方式的導頻符號，即導頻符號在OFDM的時域和頻域上是對齊的，在一個TTI中包含了兩列的導頻符號，接收端通過兩列的導頻符號獲取信道信息，進而對接收的符號進行處理。
OFDM導頻符號的設計設計主要基於兩方面的考慮一方面是相干時間的影響；另一個方面是相干帶寬的要求。對於最高速率為350km/h的移動速度，在2.6GHz的載波頻段上，它的都卜勒頻移約為843Hz，因此相干時間約為0.5ms左右。即兩個導頻在時域上的間隔最好不要超過0.5ms。對於相干帶寬的要求，如果ITU的PB3模型時延擴展為3us，其相干帶寬約為67KHz；而採用TU模型，相干帶寬約為187KHz。理論上，子載波間的導頻符號應該不大於相干帶寬。
圖7是第一實施例的示意圖，也就是針對圖5的短CP結構設置導頻符號的圖例。在圖7中，一個TD-SCDMA系統常規時隙內被放置了兩列TDM方式的導頻符號。兩列導頻符號在時域上的位置，以及兩者在時域上的間隔ΔT根據需要可以變化。同時，設置了導頻符號的子載波在頻域上的間隔Δf，根據系統的需要也是可以變化，如可以設置Δf為0，1，2，3等，不同間隔使得導頻符號佔用的信道的資源數目不一樣，在滿足系統要求的情況下，選取一定數量的導頻序列，可以優化系統的性能。在本實施例中，Δf為1，連續設置導頻符號的子載波數為1，也就是說每間隔1個子載波之後的下一個子載波上的TD-SCDMA系統的所有常規時隙內設置兩個導頻符號；ΔT為5，也就是說第一個導頻符號和第二個導頻符號之間間隔5個OFDM符號；第一個導頻符號設置在TD-SCDMA系統常規時隙的第2個OFDM符號位置上，第二個導頻符號設置在TD-SCDMA系統常規時隙的第8個OFDM符號位置上。
對於圖6的長CP的時隙結構，有著相似的導頻符號放置方式。也採用兩列TDM導頻，導頻在時域和頻域上位置和間隔的放置原則與短CP時隙結構中相同。圖8是第二實施例的示意圖，也就是針對圖6的短CP結構設置導頻符號的圖例。在圖8中，一個TD-SCDMA系統常規時隙內被放置了兩列TDM方式的導頻符號。在本實施例中，Δf為1，連續設置導頻符號的子載波數為2，也就是說每間隔1個子載波之後的連續2個子載波上的TD-SCDMA系統的所有常規時隙內設置兩個導頻符號；ΔT為4，也就是說第一個導頻符號和第二個導頻符號之間間隔4個OFDM符號；第一個導頻符號設置在TD-SCDMA系統常規時隙的第2個OFDM符號位置上，第二個導頻符號設置在TD-SCDMA系統常規時隙的第7個OFDM符號位置上。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於正交頻分復用OFDM的時分雙工同步碼分多址TD-SCDMA系統無線幀傳輸方法，其特徵在於每個子載波上的常規時隙包括相同數量的OFDM符號，其中若干個子載波中每一個常規時隙的兩個OFDM符號位置上設置導頻符號，且設置導頻符號的子載波在頻域上有一定的間隔Δf，其中Δf為間隔的子載波個數。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述兩個導頻符號中的第一個導頻符號和第二個導頻符號在所述常規時隙中的符號位置是可變的。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於所述第一個導頻符號和所述第二個導頻符號之間間隔的所述OFDM符號數目是可變的。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於所有的所述第一個導頻符號都在所述常規時隙的相同符號位置。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於所有的所述第二個導頻符號都在所述常規時隙的相同符號位置。
6.如權利要求4或5所述的方法，其特徵在於對於所有的設置了兩個導頻符號的所述常規時隙，其所述第一個導頻符號和所述第二個導頻符號之間間隔的所述OFDM符號數目是相同的。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述各個子載波上的所述常規時隙包括相同數量的所述OFDM符號組成，進一步包括每個所述OFDM符號的CP可以根據實際情況設置為長CP或短CP。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，如果所述OFDM符號的所述CP設置為所述長CP，則所述常規時隙中的所述OFDM符號的數量可以設置為9或10。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，如果所述OFDM符號的所述CP設置為所述短CP，則所述常規時隙中的所述OFDM符號的數量可以設置為8或9。
全文摘要
本發明公開了一種基於正交頻分復用OFDM的時分雙工同步碼分多址TD－SCDMA系統無線幀傳輸方法，其特徵在於每個子載波上的常規時隙包括相同數量的OFDM符號，其中若干個子載波中每一個常規時隙的兩個OFDM符號位置上設置導頻符號，且設置導頻符號的子載波在頻域上有一定的間隔Δf，其中Δf為間隔的子載波個數。這樣既可以適用於各種信道環境的要求，提高信號檢測、估值性能，使接收端獲得更好的性能，又可以靈活配置無線信號的發射功率、提高系統資源的利用率。
文檔編號H04L27/26GK1905427SQ20051008518
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月25日 優先權日2005年7月25日
發明者孫韶輝, 王映民, 索士強 申請人:上海原動力通信科技有限公司