一種蜂窩通信系統中優化導頻的方法和裝置的製作方法
2023-05-27 02:26:31 1
專利名稱：一種蜂窩通信系統中優化導頻的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於無線通信技術領域，特別是一種蜂窩通信系統中優化導頻的方法和裝置。
背景技術：
針對2G無線蜂窩通信網絡的不足，3G無線蜂窩標準採用了更複雜的無線通信技術、更高集成度的微電子技術和射頻技術，因此其數據傳送能力有了質的改善。同時，為了滿足對數據應用的進一步需求，目前正在制定新的無線蜂窩網絡標準。相對於現有的各種標準，新的無線蜂窩網絡標準需要實現更高的頻譜效率、更小的時延、靈活的帶寬分配方式等需求。
由於相干解調能夠比非相干解調取得更好的頻譜效率，3G無線蜂窩系統全部採用了相干解調。預計將來的無線蜂窩系統仍然會採用相干解調，以取得比現有3G無線蜂窩系統更高的頻譜效率。為了實現相干解調，接收機必須知道參考信號，因此需要在發送端設計導頻。
在一個典型的蜂窩通信系統中，下行導頻可以分為公共導頻和專用導頻。公共導頻是所有用戶都可以使用的共享參考信號，而專用導頻是每個用戶獨享的參考信號。公共導頻的原理在於無線傳播是一個廣播系統，小區裡所有的用戶都能夠收到基站發送的信號，因此公共導頻能夠充分得到利用。在現有的3G標準中，下行信號接收主要依賴於公共導頻。上行的情況有所不同，由於各個用戶到基站的傳播特性各不相同，因此每個用戶發送的導頻只能用於解調自己的信號。因此上行沒有公共導頻，只有專用導頻。
由於導頻需要佔用一定的功率和頻率資源，因此其是一種額外開銷。在保證一定的解調性能的前提下，導頻開銷應當是越少越好。現有的蜂窩通信系統，比如全球移動通信系統(GSM)、寬帶碼分多址系統(WCDMA)、CDMA、CDMA2000系統等，都是假定用戶的移動速度是未知的。由於蜂窩通信系統需要同時滿足高速移動的用戶和低速移動的用戶的通信需求，因此它們的協議設計都必須要滿足較差情況下的性能要求，這就使得在現有蜂窩系統導頻設計中，需要預留一定冗餘來同時滿足高速移動和低速移動下的性能需求，這就增大了導頻開銷，從而極大地降低了蜂窩系統的頻譜效率。比如，專門用於某一個用戶的專用導頻在時間上的密度是取決於該用戶的移動速度的，如果移動速度越高，都卜勒頻偏就越大，信道的變化越快，因此導頻的密度也就應該越高，那麼為了滿足高速移動用戶的性能要求，通常需要按照比較高的密度來設置導頻，這樣對低移動速度的用戶而言就造成了浪費，從而極大地降低了蜂窩系統的頻譜效率。
發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的是提出一種蜂窩通信系統中優化導頻的方法，以提高蜂窩系統的頻譜效率。
本發明的另一目的是提出一種蜂窩通信系統中優化導頻的裝置，以提高蜂窩系統的頻譜效率。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的一種蜂窩通信系統中優化導頻的方法，該方法包括以下步驟A、設定不少於一個的導頻圖案，所述導頻圖案在時間上的導頻密度不同；B、確定移動臺的移動速度，並根據所述移動速度為所述移動臺確定導頻圖案。
該方法進一步包括，預先設定不少於一個的移動速度範圍，所述移動速度範圍與導頻圖案相對應；步驟B為確定該移動臺的移動速度，進一步確定該移動速度所屬的移動速度範圍，並為該移動臺選擇與該移動臺所屬的移動範圍相對應的導頻圖案。
所述移動臺的移動速度快，則為所述移動臺選擇時間上導頻密度高的導頻圖案；所述移動臺的移動速度慢，則為所述移動臺選擇時間上導頻密度低的導頻圖案。
所述移動臺的移動速度所屬的移動速度範圍的平均速度快，則為所述移動臺選擇時間上導頻密度高的導頻圖案；所述移動速度所屬的移動速度範圍的平均速度慢，則為所述移動臺選擇時間上導頻密度低的導頻圖案。
步驟A所述設定不少於一個的導頻圖案為設定不少於一個的專用導頻圖案；步驟B所述確定移動臺的移動速度為確定移動臺的即時移動速度。
步驟A所述設定不少於一個的導頻圖案為設定不少於一個的專用導頻圖案；步驟B所述確定移動臺的移動速度為確定移動臺在預定時間內的平均移動速度。
步驟A所述設定不少於一個的導頻圖案為設定不少於一個的公共導頻圖案；步驟B所述確定移動臺的移動速度為確定小區內所有移動臺在預定時間內的平均移動速度，所述為移動臺確定導頻圖案是為小區內所有移動臺確定公共導頻圖案。
所述步驟B為周期性地確定移動臺的移動速度，並且周期性地為移動臺確定導頻圖案。
所述確定移動臺的移動速度為基站確定所述移動臺的移動速度，或者所述移動臺自身確定其移動速度。
所述確定移動臺的移動速度為根據電平交叉率或根據都卜勒頻譜來確定所述移動臺的移動速度。
所述的蜂窩通信系統為以下任一系統CDMA系統、GSM系統、WCDMA系統、CDMA2000系統、TDMA系統、FDMA系統、TDD系統、FDD系統。
一種蜂窩通信系統中優化導頻的裝置，該裝置包括移動速度確定單元，用於確定移動臺的移動速度，並且向所述導頻圖案選擇單元發送所述移動速度；導頻圖案選擇單元，用於根據移動速度為所述移動臺確定導頻圖案；數據信道，用於傳送數據信號；數據信號及導頻復用單元，用於對確定的導頻圖案中的導頻以及所述數據信號進行復用；其中移動速度確定單元與導頻圖案選擇單元連接，數據信道與數據信號及導頻復用單元連接，數據信號及導頻復用單元進一步與導頻圖案選擇單元連接。
所述的移動速度估計單元為電平交叉率移動速度估計單元或都卜勒頻譜移動速度估計單元。
該裝置進一步包括用於處理中射頻收發信號的中射頻處理單元，所述中射頻處理單元與數據信號及導頻復用單元連接。
一種基站，包括如上任一所述的優化導頻的裝置。
一種移動臺，包括如上任一所述的優化導頻的裝置。
從上述技術方案可以看出，在本發明中，首先設定不少於一個的導頻圖案，其中導頻圖案在時間上的導頻密度不同；然後確定移動臺的移動速度並根據移動速度為移動臺確定導頻圖案。因此，應用本發明後，並不需要預留冗餘來同時滿足高速移動和低速移動下的性能需求，而是能夠根據移動臺的移動速度對導頻在時間上的密度進行優化，從而極大地提高了蜂窩系統的頻譜效率。同時，在本發明中，還能夠根據移動速度的高低，將移動速度按照一定範圍進行劃分，而不用特別精確地確定移動速度，因此應用本發明並不會帶來實現複雜度。
圖1為根據本發明實施例的蜂窩通信系統中優化導頻的方法流程圖。
圖2為根據本發明實施例的低速下的示範性導頻圖案。
圖3為根據本發明實施例的中速下的示範性導頻圖案。
圖4為根據本發明實施例的高速下的示範性導頻圖案。
圖5為根據本發明實施例的電平交叉率的示意圖。
圖6為根據本發明實施例的都卜勒頻譜和移動速度的關係示意圖。
圖7為根據本發明實施例的蜂窩通信系統中優化導頻的裝置示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點表達得更加清楚明白，下面結合附圖及具體實施例對本發明再作進一步詳細的說明。
本發明的主要思想是根據移動臺的移動速度來優化導頻結構。首先設定不少於一個的導頻圖案，其中導頻圖案在時間上的導頻密度不同；然後確定移動臺的移動速度，並根據移動臺的移動速度為移動臺確定導頻圖案。這樣，本發明便能夠根據移動臺的移動速度對導頻在時間上的密度進行優化，進而降低導頻開銷，提高頻譜效率。
圖1為根據本發明實施例的蜂窩通信系統中優化導頻的方法流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟步驟101設定不少於一個的導頻圖案，所述導頻圖案在時間上的導頻密度不同；在這裡，首先設計一組導頻圖案，不同導頻圖案的區別為在時間上的導頻密度不同。如果導頻圖案在時間上的導頻密度越高，從該導頻得到的性能估計就越好，但是導頻所佔用的資源開銷也就越大；如果導頻圖案在時間上的導頻密度越低，從該導頻得到的性能估計就越不好，但是導頻所佔用的資源開銷也就越小。
導頻圖案在時間上的導頻密度不同。舉例來說，對於一個位於2GHz載波的無線鏈路，它的最大都卜勒頻率為fd=vfc=2*1093*108v=20v3,]]>其中v是以米每秒為單位的速度，c為光速。通常要求導頻在時間上的間隔小於0.1/fd。如果導頻和數據等其它信道是時分復用的，那麼可以為各種移動速度下的用當N＝4時，h(k)=13i=k2H(i+,i-k)k=0,1,213i=03+kH(i+,i-k)k=-1,-2,-3]]>若將坐標原點定位在插值點，變量x表示採樣點到插值點的距離，則基於6點信息(N＝4)的內插核函數即採樣點的加權函數為h6(x)=13H(-x,0)-3x-212[H(-x,0)+H(1-x,1)]-2x-113[H(-x,0)+H(1-x,1)+H(2-x,2)]-1x013[H(1-x,1)+H(2-x,2)+H(3-x,3)]0x113[H(2-x,2)+H(3-x,3)]1x213H(3-x,3)2x3]]>從圖5可以看到其邊緣比圖4更平滑，邊緣的振鈴效應沒有圖4明顯，說明其圖像質量比圖4要高。
從由圖6所實施的內插結果如表1所示表1 內插後圖像PSNR(dB)比較
表1為將圖6-1由300×300亞採樣到150×150後，經6點全相位DCT核函數內插將圖像變回300×300的結果；將圖6-2由256×256亞採樣到128×128後，經6點全相位DCT核函數內插將圖像變回256×256的結果；將圖6-3由512×512亞採樣到256×256後，經6點全相位DCT核函數內插將圖像變回512×512的結果；將圖6-4由500×500亞採樣到250×250後，經6點全相位DCT核函數內插將圖像變回500×500的結果。
由表1可以看出6點全相位DCT核函數內插比6點立方內插效果要好。
步驟102確定移動臺的移動速度並根據移動速度為所述移動臺確定導頻圖案。
在這裡，首先確定當前移動臺的移動速度，然後根據移動速度選擇一個能夠在解調性能和導頻開銷之間取得較好折中的導頻圖案。優選地，移動臺的移動速度快，則為移動臺選擇時間上導頻密度高的導頻圖案；移動臺的移動速度慢，則為移動臺選擇時間上導頻密度低的導頻圖案。
此處可以利用多種技術手段來確定移動臺的移動速度。例如，根據電平交叉率來估計移動臺的移動速度，或者根據都卜勒頻譜來估計移動臺的移動速度。
在根據電平交叉率來估計移動臺的移動速度時，移動速度的高低決定了信號包絡變化的快慢，也就是在一定時間內，包絡電平經過某一值的次數的多少。
圖5為根據本發明實施例的電平交叉率的示意圖。在圖5中，示出了兩條信號包絡曲線在時間上的一個片斷，其中實線曲線表示一個低速用戶在一段時間上的信號包絡，虛線曲線表示一個高速用戶在一段時間上的信號包絡，水平虛線為參考水平。由圖可知，實線和參考水平的交點有1個，虛線和參考水平的交點有6個，因此虛線的變化速度快，這就意味著其移動速度高。利用電平交叉率來判斷移動臺的移動速度對於本領域技術人員是明顯的，在申請號為02806555和200410045916的中國專利中分別各給出了屬於此類方法的詳細介紹，在此省去對其詳細說明。
另外，通過估計都卜勒頻譜，同樣可以得到移動速度的估計值。圖6為根據本發明實施例的都卜勒頻譜和移動速度的關係示意圖。
在圖6中，實線所表示的都卜勒頻譜的最大頻偏要比虛線所表示的都卜勒頻譜的最大頻譜要大，因此實線所表示的用戶的移動速度高。通過估計都卜勒頻譜來估計移動臺的移動速度對於本領域技術人員是明顯的，申請號為02810944和02156255的中國專利各給出了屬於此類方法的詳細介紹，在此省去對其詳細說明。
另外，所估計的移動臺的移動速度可以為移動臺在某個時刻的即時移動速度，也可以是移動臺在某個時間段內的平均移動速度。並且此處的速度估計既可以由基站執行，也可以由移動臺執行。同樣，速度估計也可以基站和移動臺同時執行。
當僅由基站或者移動臺中的一方執行速度估計時，可以通過顯式的或者隱式的方法通知對方速度估計結果。顯式是指設置專門的速度測量指示信令；隱式是指通過其它隱含速度信息的指令來通知，比如有幾種在時間上導頻密度不同的導頻圖案，分別對應於不同的移動速度，這樣在指示導頻圖案的時候也就同時指示了移動速度。
由於有幾種導頻圖案可選，因此在使用某種導頻圖案的時候，需要通過其它方法通知對方當前使用的導頻圖案。一種可以採用的方法是預先通知對方會在將來某個時刻切換導頻圖案。另外一種可以採用的方法是伴隨導頻傳送一個導頻圖案指示信息，使得對方能夠依據該信息來判斷當前的導頻圖案。
以上過程中，當步驟101中設定的是公共導頻圖案時，此時步驟102中確定移動臺的移動速度可以為確定小區內所有移動臺在預定時間內的平均移動速度，並且當平均移動速度快時，為小區內所有移動臺選擇時間上導頻密度高的公共導頻圖案；當平均移動速度慢時，為小區內所有移動臺選擇時間上導頻密度低的公共導頻圖案。
以上過程中，當步驟101中設定的是專用導頻圖案時，此時步驟102中確定移動臺的移動速度可以為確定移動臺的即時移動速度，並且當即時移動速度快時，為移動臺選擇時間上導頻密度高的專用導頻圖案，當即時移動速度慢時，為移動臺選擇時間上導頻密度低的專用導頻圖案。同樣，當步驟101中設定的是專用導頻圖案時，此時步驟102還可以確定移動臺在預定時間內的平均移動速度，並且當平均移動速度快時，為移動臺選擇時間上導頻密度高的專用導頻圖案，當平均移動速度慢時，為移動臺選擇時間上導頻密度低的專用導頻圖案。
優選地，可以周期性地確定移動臺的移動速度，並且周期性地為移動臺確定導頻圖案，其中移動臺的移動速度同樣與為其確定的導頻圖案在時間上的導頻密度成正比。
在以上過程中，還可以預先設定不少於一個的移動速度範圍，其中平均移動速度快的移動速度範圍與在時間上導頻密度大的導頻圖案相對應；然後確定該移動臺的移動速度，並且進一步確定該移動速度所屬的移動速度範圍，其中為該移動臺選擇與該移動臺所屬的移動範圍相對應的導頻圖案。比如，通常會根據移動速度的高低，將移動速度簡單的分成2～4類，並且平均移動速度快的移動速度範圍與在時間上導頻密度大的導頻圖案相對應，因此移動速度的估計不必特別精確，從而不會增加本發明的實現複雜度。
圖7為根據本發明實施例的蜂窩通信系統中優化導頻的裝置示意圖。如圖7所示，該裝置包括移動速度確定單元701、導頻圖案選擇單元702、數據信道703和數據信號及導頻復用單元704，其中移動速度確定單元701與導頻圖案選擇單元702連接，導頻圖案選擇單元702與數據信號及導頻復用單元704連接，數據信道703與數據信號及導頻復用單元704進一步連接。
移動速度確定單元701用於確定移動臺的移動速度，並且嚮導頻圖案選擇單元702發送所述移動速度；導頻圖案選擇單元702，用於根據移動速度確定移動臺的導頻圖案；數據信道703，用於傳送數據信道中的數據信號；數據信號及導頻復用單元704，用於對確定的導頻圖案中的導頻以及所述數據信號進行復用。
優選地，當移動臺的移動速度快，導頻圖案選擇單元702則為所述移動臺選擇時間上導頻密度高的導頻圖案；當移動臺的移動速度慢，導頻圖案選擇單元702則為所述移動臺選擇時間上導頻密度低的導頻圖案。數據信號及導頻復用單元704還可以進一步連接中射頻處理單元，以用於處理中射頻的收發信號。另外，移動速度估計單元701可以為電平交叉率移動速度估計單元，或都卜勒頻譜移動速度估計單元。
圖7所示的優化導頻的裝置既可以適用於基站，還可以適用於移動臺。
當該優化導頻的裝置應用於移動臺中時，移動臺優選可以根據自身的移動速度來調整上行專用導頻。具體地，移動速度確定單元701確定移動臺的移動速度，並嚮導頻圖案選擇單元702發送確定的移動速度，導頻圖案選擇單元702根據移動速度確定移動臺的上行專用導頻圖案；數據信號及導頻復用單元對確定的上行專用導頻圖案中的上行專用導頻以及數據信道中的數據信號進行復用，並且通過中射頻處理單元向基站發射。
當該優化導頻的裝置應用於基站中時，基站優選可以根據某一用戶的移動速度來優化該用戶的下行專用導頻。此時，中射頻處理單元704與移動速度估計單元701相連接。具體地，具體地，移動速度確定單元701確定移動臺的移動速度，並嚮導頻圖案選擇單元702發送所述移動速度，導頻圖案選擇單元702根據移動速度確定移動臺的下行專用導頻圖案；數據信號及導頻復用單元對確定的下行專用導頻圖案中的下行專用導頻以及數據信道中的數據信號進行復用，並且通過中射頻處理單元向移動臺發射。
由於下行公共導頻是所有用戶共享的，所以通常不能夠僅僅依據個別用戶的移動速度來調整下行公共導頻。但不能排除根據速度來微調公共導頻。比如說，靠近交通幹道的宏小區裡所有用戶的平均速度會比寫字樓中的微小區裡所有用戶的平均速度高，因此前者的導頻密度可以比後者高一些。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種蜂窩通信系統中優化導頻的方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟A、設定不少於一個的導頻圖案，所述導頻圖案在時間上的導頻密度不同；B、確定移動臺的移動速度，並根據所述移動速度為所述移動臺確定導頻圖案。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法進一步包括，預先設定不少於一個的移動速度範圍，所述移動速度範圍與導頻圖案相對應；步驟B為確定該移動臺的移動速度，進一步確定該移動速度所屬的移動速度範圍，並為該移動臺選擇與該移動臺所屬的移動範圍相對應的導頻圖案。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述移動臺的移動速度快，則為所述移動臺選擇時間上導頻密度高的導頻圖案；所述移動臺的移動速度慢，則為所述移動臺選擇時間上導頻密度低的導頻圖案。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述移動臺的移動速度所屬的移動速度範圍的平均速度快，則為所述移動臺選擇時間上導頻密度高的導頻圖案；所述移動速度所屬的移動速度範圍的平均速度慢，則為所述移動臺選擇時間上導頻密度低的導頻圖案。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於，步驟A所述設定不少於一個的導頻圖案為設定不少於一個的專用導頻圖案；步驟B所述確定移動臺的移動速度為確定移動臺的即時移動速度。
6.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於，步驟A所述設定不少於一個的導頻圖案為設定不少於一個的專用導頻圖案；步驟B所述確定移動臺的移動速度為確定移動臺在預定時間內的平均移動速度。
7.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於，步驟A所述設定不少於一個的導頻圖案為設定不少於一個的公共導頻圖案；步驟B所述確定移動臺的移動速度為確定小區內所有移動臺在預定時間內的平均移動速度，所述為移動臺確定導頻圖案是為小區內所有移動臺確定公共導頻圖案。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟B為周期性地確定移動臺的移動速度，並且周期性地為移動臺確定導頻圖案。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述確定移動臺的移動速度為基站確定所述移動臺的移動速度，或者所述移動臺自身確定其移動速度。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述確定移動臺的移動速度為根據電平交叉率或根據都卜勒頻譜來確定所述移動臺的移動速度。
11.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的蜂窩通信系統為以下任一系統碼分多址CDMA系統、全球移動通信系統GSM、寬帶碼分多址WCDMA系統、CDMA2000系統、時分多址TDMA系統、頻分多址FDMA系統、時分雙工TDD系統、頻分雙工FDD系統。
12.一種蜂窩通信系統中優化導頻的裝置，其特徵在於，該裝置包括移動速度確定單元，用於確定移動臺的移動速度，並且向所述導頻圖案選擇單元發送所述移動速度；導頻圖案選擇單元，用於根據移動速度為所述移動臺確定導頻圖案；數據信道，用於傳送數據信號；數據信號及導頻復用單元，用於對確定的導頻圖案中的導頻以及所述數據信號進行復用；其中移動速度確定單元與導頻圖案選擇單元連接，數據信道與數據信號及導頻復用單元連接，數據信號及導頻復用單元進一步與導頻圖案選擇單元連接。
13.根據權利要求11所述的優化導頻的裝置，其特徵在於，所述的移動速度估計單元為電平交叉率移動速度估計單元或都卜勒頻譜移動速度估計單元。
14.根據權利要求11所述的優化導頻的裝置，其特徵在於，該裝置進一步包括用於處理中射頻收發信號的中射頻處理單元，所述中射頻處理單元與數據信號及導頻復用單元連接。
15.一種基站，其特徵在於，包括如權利要求11-14中任一所述的優化導頻的裝置。
16.一種移動臺，其特徵在於，包括如權利要求11-14中任一所述的優化導頻的裝置。
全文摘要
本發明公開了一種蜂窩通信系統中優化導頻的方法，該方法包括以下步驟A.設定不少於一個的導頻圖案，所述導頻圖案在時間上的導頻密度不同；B.確定移動臺的移動速度並根據所述移動速度為移動臺確定導頻圖案。應用本發明以後，能夠根據移動臺的移動速度來對導頻在時間上的密度進行優化，進而降低導頻開銷，並且提高頻譜效率。
文檔編號H04Q7/22GK1859056SQ20051010956
公開日2006年11月8日 申請日期2005年10月25日 優先權日2005年10月25日
發明者蔣培剛 申請人:華為技術有限公司