專利名稱：在正交頻分復(fù)用中產(chǎn)生邊緣旁瓣消除信號(hào)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交頻分多址(OFDMA)，尤其是，涉及產(chǎn)生邊緣旁瓣消除信號(hào)的方法和裝置，其用于減輕用戶間的干擾而不在上行鏈路上引起額外的帶寬損失，以及上行鏈路通信方法以及使用該方法的裝置。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種有效的頻率調(diào)制方法，該方法對(duì)于頻率選擇衰落信道具有魯棒性。最近，OFDM已經(jīng)被明確地視為和鑒定為下一代移動(dòng)通信的候選技術(shù)。OFDM是將高速串行信號(hào)分離成多個(gè)低速并行信號(hào)并將它們分別調(diào)制到正交副載波上用于發(fā)送或接收的一種方法。因此，正交副載波具有經(jīng)歷平坦衰落的窄帶寬以便對(duì)于頻率選擇衰落信道具有廣泛的優(yōu)良特性。另外，副載波之間的正交性能通過使用簡(jiǎn)單的方法，比如通過發(fā)送端插入保護(hù)間隔，因此，接收端不需要在直接序列碼分多址(DS-CDMA)方法中復(fù)雜的均衡器或瑞克接收器。由于這些好的特性，OFDM作為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方法用于數(shù)字廣播、無線局域網(wǎng)(LAN)比如IEEE802.11a或HIPERLAN、固定寬帶無線接入，等。另外，在通用移動(dòng)電信系統(tǒng)(UMTS)中，OFDM已經(jīng)被作為用于調(diào)制/解調(diào)和多路接入的候選技術(shù)。
為了實(shí)現(xiàn)下一代移動(dòng)通信能夠滿足迅速增長(zhǎng)的客戶需求，如超高多媒體服務(wù)，已經(jīng)研究并發(fā)展了各種以O(shè)FDM為基礎(chǔ)的多路存取方法。在這些多路存取方法中的OFDMA方法中，每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)由基于OFDM的正交副載波的子集組成。換句話說，在所有的正交副載波當(dāng)中，M個(gè)相鄰副載波被歸類并定義為單個(gè)子帶，并且將多個(gè)子帶分配給不同的用戶。在使用OFDMA方法的通信系統(tǒng)中，由用戶端，即移動(dòng)臺(tái)發(fā)送到基站的信號(hào)單獨(dú)的經(jīng)歷獨(dú)立頻率偏移。因此，即使接收端，即基站精確地估計(jì)并補(bǔ)償每個(gè)用戶的頻率偏移，用戶之間的干擾仍然存在。
在上行鏈路中，保護(hù)間隔被用來防止每個(gè)用戶的頻率偏移干擾相鄰用戶的子帶。該保護(hù)間隔，其中在相鄰子帶之間的MG副載波不被調(diào)制，用來減小來自相鄰副載波的干擾。然而，當(dāng)多個(gè)保護(hù)間隔被分配時(shí)，盡管與每個(gè)用戶的頻率偏移有關(guān)的信噪比(SIR)有所改善，但是，帶寬損失增加了。另外，當(dāng)使用高帶寬效率調(diào)制方法，如M比特正交幅度調(diào)制(QAM)來充分利用正交多路副載波系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，也需要高的SIR。因此，利用保護(hù)間隔來減弱干擾的方法具有局限性。在傳統(tǒng)的OFDMA方法中，比如，由Concept group beta“OFDMA Evaluation Report---The Multip1e Access Proposal for the UMTSTerrestrial Radio Air Interface(UTRA)，”Tdoc/SMG 896/97，ETSI SMGMeeting No.24，馬德里，西班牙，12月.1997提出的方法，由J.van deBeek和P.O.Borjes son等“A time and Frequency Synchronization Schemefor Multiuser OFDM”提出的方法，和由H.Alikhani，R.Bohnke，及M.SuzukiBDMA(Band Division Multiple Access---A New Air-Interface for 3rdGeneration Mobile System in Europe”，Proc.ACTS Summit，奧爾堡，丹麥，十月.1997，pp.482-488)提出的方法，差分正交相移鍵控(DQPSK)調(diào)制方法和8-DPSK調(diào)制方法被使用，由于子帶由22到25的副載波組成和保護(hù)間隔由2到3的副載波組成，因此，產(chǎn)生最低7.4％到最高的12％的帶寬損失。當(dāng)使用高帶寬效率的調(diào)制方法時(shí)，額外的寬帶損失可能引起傳輸容量的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供上行鏈路通信方法及裝置，用于在正交頻分多址(OFDMA)系統(tǒng)中通過各自的副載波發(fā)送上下邊緣旁瓣消除信號(hào)，該副載波最接近在副載波中發(fā)送的子帶，該副載波包含在保護(hù)間隔中，從而最小化用戶之間的干擾。
本發(fā)明還提供一種方法和裝置，用于產(chǎn)生上下邊緣旁瓣消除信號(hào)，該信號(hào)分別對(duì)應(yīng)發(fā)送終端上每個(gè)用戶的傳送信號(hào)向量與最佳上權(quán)向量的內(nèi)積和發(fā)送終端上每個(gè)用戶的傳送信號(hào)向量與最佳下權(quán)向量的內(nèi)積。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種在正交頻分多址系統(tǒng)中的上行鏈路通信方法，包括在發(fā)送端產(chǎn)生用于上行鏈路的上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)；將上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)分別插入到與分配給用戶的子帶相鄰的保護(hù)間隔中，并對(duì)用戶傳送信號(hào)和上下邊緣旁瓣消除信號(hào)執(zhí)行反向快速傅立葉變換。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在正交頻分多址系統(tǒng)中產(chǎn)生邊緣旁瓣消除信號(hào)的方法，包括輸入用戶傳送信號(hào)向量Xj；
通過執(zhí)行下面的公式產(chǎn)生上和下權(quán)向量wu和wlwu=(A0+AM+1)Ab-2A0,M+1Af(A0+AM+1)2-4A0,M+12]]>和wl=(A0+AM+1)Af-2A0,M+1Ab(A0+AM+1)2-4A20,M+1]]>在此Ap,q=(-1)p-q∫MG+1-max(Δϵ)∞PΔϵ′sinc(α+p)sinc(α+q)dα]]>Ap=∫MG+1-max(Δϵ)∞PΔϵ′(α)sinc2(α+p)dα]]>PΔϵ′(α)=Σm=MG+1∞PΔϵ(m+Δϵ)]]>Af=A0,1+A1,M+1A0,2+A2,M+1...A0,M+AM,M+1]]>Ab=A0,M+AM,M+1A0,M-1+AM-1,M+1...A0,1+A1,M+1]]>和Xj=Xj(Kj)Xj(Kj+1)...Xj(Kj+M-1)]]>和Kj表示確定第j個(gè)用戶子帶的位置的參數(shù)，M表示分配給每個(gè)用戶的副載波數(shù)，PΔε表示兩個(gè)子帶頻移之間的差Δε的概率密度函數(shù)，MG+1表示包括在不同子帶中的兩個(gè)副載波之間的最小距離；并且對(duì)用戶傳送信號(hào)向量與上權(quán)向量執(zhí)行內(nèi)積以產(chǎn)生上邊緣旁瓣消除信號(hào)，以及對(duì)用戶傳送信號(hào)向量與下權(quán)向量執(zhí)行內(nèi)積以產(chǎn)生下邊緣旁瓣消除信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在正交頻分多址系統(tǒng)中的上行鏈路通信裝置，該上行鏈路通信裝置包括發(fā)送端，其包括信號(hào)映射單元，用于將以串行輸入的數(shù)據(jù)流映射為正交相移鍵控(QPSK)信號(hào)或正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)；串-并轉(zhuǎn)換單元，用于將映射為QPSK或QAM信號(hào)的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)；邊緣旁瓣消除信號(hào)產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于發(fā)送端的傳送信號(hào)向量與最佳上權(quán)向量的內(nèi)積的上邊緣旁瓣消除信號(hào)，和對(duì)應(yīng)于發(fā)送端的傳送信號(hào)向量與最佳下權(quán)向量的內(nèi)積的下邊緣旁瓣消除信號(hào)，并且分別將上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)分配給保護(hù)間隔中的副載波；反向快速傅立葉變換(IFFT)單元，對(duì)發(fā)送端的傳送信號(hào)執(zhí)行IFFT，該發(fā)送信號(hào)分配到預(yù)定子帶中的副載波上，并且該單元對(duì)分配到保護(hù)間隔中的副載波上的上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)執(zhí)行IFFT；保護(hù)間隔插入和并-串轉(zhuǎn)換單元，用于將保護(hù)間隔插入到由IFFT單元提供的經(jīng)反向快速傅立葉變換后的數(shù)據(jù)中，將由插入而得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，并輸出正交頻分多路調(diào)制后的數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的其他方面，提供一種在正交頻分多址系統(tǒng)中用于產(chǎn)生邊緣旁瓣消除信號(hào)的裝置，該裝置包括存儲(chǔ)單元，用來存儲(chǔ)上權(quán)向量和下權(quán)向量中的一個(gè)，并根據(jù)邊緣旁瓣選擇信號(hào)以預(yù)定順序讀取上或下權(quán)向量；矩陣運(yùn)算單元，用于對(duì)用戶傳送信號(hào)向量和由存儲(chǔ)單元提供的上或下權(quán)向量執(zhí)行內(nèi)積，由此產(chǎn)生上或下邊緣旁瓣消除信號(hào)。


通過結(jié)合附圖詳細(xì)描述優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚圖1是應(yīng)用本發(fā)明的正交頻分多址(OFDMA)系統(tǒng)中的發(fā)送終端的框圖；圖2是應(yīng)用本發(fā)明的正交頻分多址(OFDMA)系統(tǒng)中的接收終端的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，利用OFDMA方法的上行鏈路通信裝置的發(fā)送終端的框圖；圖4是圖3所示的邊緣旁瓣消除信號(hào)產(chǎn)生單元實(shí)施例的框圖；圖5是頻率分配結(jié)構(gòu)圖，其中邊緣旁瓣消除信號(hào)包含在保護(hù)間隔內(nèi)；圖6顯示了在白噪聲信道中應(yīng)用和不應(yīng)用本發(fā)明的情況下，副載波的平均信號(hào)干擾比(SIR)曲線圖；
圖7表示在白噪聲信道中，應(yīng)用和不應(yīng)用本發(fā)明的情況下，平均誤碼率相對(duì)于信噪比(SNR)的曲線圖；圖8顯示在瑞利衰落信道中，應(yīng)用和不應(yīng)用本發(fā)明的情況下，副載波的平均SIR曲線圖；圖9顯示在瑞利衰落信道中，應(yīng)用和不應(yīng)用本發(fā)明的情況下，平均誤碼率比SNR的曲線圖；具體實(shí)施方式
在下文中，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將參考附圖詳細(xì)描述。在該附圖中，相同附圖標(biāo)記表示同樣的部件。
本發(fā)明依據(jù)兩個(gè)前提。一個(gè)是關(guān)于系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特性，比如由于用戶終端的移動(dòng)性造成的振蕩器的誤差和多普勒頻移，其導(dǎo)致每個(gè)用戶可以預(yù)測(cè)在利用正交頻分多址(OFDMA)方法的上行鏈路期間的頻率偏移。另一個(gè)是個(gè)別用戶的頻率偏移，它是獨(dú)立于統(tǒng)計(jì)特性的。
參考附圖1和2將描述利用本發(fā)明的OFDMA系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端。在圖1和2中，IFFT和FFT分別表示反向快速傅立葉變換和快速傅立葉變換。CP和CP(X)分別表示保護(hù)間隔的插入和保護(hù)間隔的移出。P/S和S/P分別表示并-串轉(zhuǎn)換和串-并轉(zhuǎn)換。
在OFDMA方法中，在N個(gè)副載波中的M個(gè)相鄰隔載波(子信道)被分組并分配給單個(gè)用戶。當(dāng)允許Nj個(gè)用戶同時(shí)與基站通信的用戶環(huán)境被考慮時(shí)，由上行線鏈路的發(fā)送終端產(chǎn)生的第j個(gè)用戶的傳送信號(hào)xj(n)可以表示為公式(1)xj(n)=1NΣk∈BjXj(k)ej2πkn/N,-G≤n≤N-1---(1)]]>在此，N表示經(jīng)歷IFFT即IFFT長(zhǎng)度的副載波數(shù)目，G表示保護(hù)間隔的長(zhǎng)度。在公式(1)中，xj(n)表示第j個(gè)用戶的傳送信號(hào)，在IFFT之后將保護(hù)間隔插入到該信號(hào)中，xj(k)表示第j個(gè)用戶的頻域信號(hào)。另外，在OFDMA方法中個(gè)別用戶的副載波不比互相重疊，因此，在公式(1)中第j個(gè)用戶的副載波的集合Bj必須滿足公式(2)。
Bj＝{k|Kj≤k≤Kj+M-1}(2)在此，Kj表示在第j個(gè)用戶的副載波集合中確定第一個(gè)副載波位置的參數(shù)，換句話說，就是第j個(gè)用戶的子帶位置，M表示分配給每個(gè)用戶的副載波數(shù)。
如公式(1)所示的被調(diào)制的每個(gè)用戶的傳送信號(hào)xj(n)包括在發(fā)送期間的獨(dú)立信道和頻率偏移，并且在上行鏈路的接收端，即基站，接收總共Nj個(gè)傳送信號(hào)。因此，基站的輸入信號(hào)rn由公式(3)表示。
r(n)=1NΣj=1Njej2πϵjn/NΣm=-∞∞hj(m-n)xj(n)+w(n)---(3)]]>這里，εj表示第j個(gè)用戶的頻率偏移，hj(n)表示在第j個(gè)用戶與基站之間的信道響應(yīng)函數(shù)，w(n)表示加性高斯白噪音。
假設(shè)用戶通過基站對(duì)第j個(gè)用戶的頻率偏移進(jìn)行完全估計(jì)和單獨(dú)補(bǔ)償用于用戶，第j個(gè)用戶的重建信號(hào)Yj(l)可以由公式(4)表示。
Yj′(l)=Σk∈Bj′Hj′(k)Xj′(k)δ(k-1)+Σj=1,j≠j′NjHj(l)=Σk∈Bj′Ij(k)+W(l)---(4)]]>在公式(4)中，第一部分對(duì)應(yīng)期望的第j′個(gè)用戶的傳送信號(hào)和相應(yīng)的信道響應(yīng)函數(shù)的乘積，并且第二部分對(duì)應(yīng)為多址干擾的總和。其中，歸于第j′個(gè)用戶的多址干擾Ij(l)可由公式(5)表示。
Ij(l)=Σk∈BjXj(k)·ejπ(k-l+Δϵj)sinc(k-l+Δϵj)---(5)]]>在此，Δεj被定義為εj-εj′并且表示第j′用戶的頻移與第j用戶的頻移之間的差(其中j≠j′)。因此，當(dāng)分別具有用戶頻率偏移ε的信號(hào)被應(yīng)用到基站時(shí)，發(fā)生了由公式(5)表示的干擾。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的上行鏈路通信裝置的發(fā)送終端的框圖。上行鏈路通信裝置的發(fā)送終端包括信號(hào)映射單元31，S/P轉(zhuǎn)換單元32，子帶選擇單元33，邊緣旁瓣消除信號(hào)產(chǎn)生單元34，零插入單元35，IFFT單元36，和保護(hù)間隔插入與P/S轉(zhuǎn)換單元37。
參考圖3，信號(hào)映射單元31將串行輸入的數(shù)據(jù)流映射到正交相移鍵控(QPSK)信號(hào)或正交調(diào)幅(QAM)信號(hào)并提供映射結(jié)果給連接到信號(hào)映射單元31的輸出節(jié)點(diǎn)上的S/P轉(zhuǎn)換單元32。S/P轉(zhuǎn)換單元32將映射到QPSK或QAM信號(hào)的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。子帶選擇單元33選擇由M個(gè)副載波所組成的任意子帶來分配來自S/P轉(zhuǎn)換單元32輸出信號(hào)。邊緣旁瓣消除信號(hào)產(chǎn)生單元34產(chǎn)生上下邊緣旁瓣消除信號(hào)。上下邊緣消除信號(hào)被分別分配給最接近傳送的子帶的、并包含在保護(hù)間隔內(nèi)的多個(gè)副載波中的副載波，并且該信號(hào)分別對(duì)應(yīng)傳送終端的傳送信號(hào)向量與最佳上權(quán)向量的內(nèi)積和傳送終端的傳送信號(hào)向量與最佳下權(quán)向量的內(nèi)積。零插入單元35將0插入到除子帶選擇單元33選擇的子帶以外的頻帶中。IFFT單元35對(duì)信號(hào)執(zhí)行IFFT，該信號(hào)包括選擇的子帶和其上分別分配上下邊緣旁瓣消除信號(hào)的副載波，并將執(zhí)行IFFT所產(chǎn)生的IFFT數(shù)據(jù)提供給保護(hù)間隔插入和P/S轉(zhuǎn)換單元37。保護(hù)間隔插入與P/S轉(zhuǎn)換單元37將保護(hù)間隔插入到IFFT數(shù)據(jù)中，并隨后將它轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，從而輸出OFDM數(shù)據(jù)。
圖4是圖3中所示的邊緣旁瓣消除信號(hào)產(chǎn)生單元34的實(shí)施例框圖。在該實(shí)施例中，邊緣旁瓣消除信號(hào)產(chǎn)生單元34包括存儲(chǔ)單元41和矩陣運(yùn)算單元43。
參見圖4，通過查詢表來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元41，當(dāng)單一子帶包括M副載波時(shí)該查詢表的大小為M×1，并且該查詢表存儲(chǔ)上邊緣旁瓣權(quán)向量wu或下邊緣旁瓣權(quán)向量wl，其是對(duì)應(yīng)于上下邊緣旁瓣消除信號(hào)的變量。由于上邊緣旁瓣權(quán)向量wu的構(gòu)成向量相對(duì)于下邊緣旁瓣權(quán)向量wl的構(gòu)成向量具有逆序(reverseorder)，在查詢表中只配置兩個(gè)權(quán)向量中的一個(gè)，并且根據(jù)邊緣旁瓣選擇信號(hào)以特定的順序讀取查詢表的組成部分，并提供給矩陣運(yùn)算單元43。由于將這兩個(gè)權(quán)向量配置為作為用戶頻移的統(tǒng)計(jì)特征和包含在子帶中的副載波個(gè)數(shù)的函數(shù)，可提前構(gòu)造參考表的格式，并因此，發(fā)送端的復(fù)雜性幾乎不增加。
矩陣運(yùn)算單元43對(duì)來自S/P轉(zhuǎn)換單元32所輸出的用戶傳送信號(hào)向量Xj和來自存儲(chǔ)單元41所輸出的上邊緣旁瓣權(quán)向量wu或下邊緣旁瓣分量wl進(jìn)行內(nèi)積，并產(chǎn)生上或下邊緣旁瓣消除信號(hào)gu或gl。換句話說，矩陣運(yùn)算單元43執(zhí)行與包含在子帶中的副載波個(gè)數(shù)一樣多的乘法與加法，以產(chǎn)生上或下邊緣旁瓣消除信號(hào)gu或gl。
在下文中，參考圖3和4將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
在本發(fā)明中，為了減少如公式(5)表示的干擾，產(chǎn)生用于最小化用戶間干擾的邊緣旁瓣消除信號(hào)并分別通過兩個(gè)副載波傳送，這兩個(gè)副載波分別最接近各自的相鄰于保護(hù)間隔的兩個(gè)子帶，該保護(hù)間隔處于包含在保護(hù)間隔內(nèi)的副載波。該保護(hù)間隔位于兩個(gè)鄰近的子帶之間并包括預(yù)定數(shù)量的副載波，在該副載波上不調(diào)制信息。
第(Kj-1)個(gè)副載波Xj(Kj-1)和第(Kj+M)個(gè)副載波Xj(Kj+M)位于包括M個(gè)副載波的第j個(gè)用戶子帶的前面和后面，根據(jù)它們被插入的位置，通過公式(6)定義下和上邊緣旁瓣消除信號(hào)gl和gu。
gl＝Xj(Kj-1)gu＝Xj(Kj+M) (6)包含下和上邊緣旁瓣消除信號(hào)gl和gu的兩個(gè)副載波分別消除傳送符號(hào)的兩個(gè)邊緣旁瓣以防止干擾。
下面的描述涉及產(chǎn)生下和上邊緣旁瓣消除信號(hào)gl和gu的方法。
當(dāng)下和上邊緣旁瓣消除信號(hào)gl和gu分別通過兩個(gè)副載波傳送時(shí)，在保護(hù)間隔中，第j個(gè)用戶的干擾信號(hào)IjESC(l)由公式(7)表示。
IjESC(l)=lj(l)+guejπ(Kj+M-l+Δϵj)sinc(Kj+M-l+Δϵj)]]>+glejπ(Kj-1-l+Δϵj)sinc(Kj-1-l+Δϵj)---(7)]]>干擾信號(hào)的期望值定量地表示為價(jià)值函數(shù)J，如公式(8)所示。
J=E{Σj′=1,j′≠jNJΣl∈Bj′|IjEBC(l)|2}]]>=∫-∞∞Σj′=1,j′≠jNJΣl∈BJ′|IjESC(l)|2PΔϵj(Δϵj)dΔϵj---(8)]]>在此，PΔεj表示頻移之間的差值Δεj的概率密度函數(shù)。發(fā)生頻率偏移是由于振蕩器和多普勒效應(yīng)之間的不一致性引起的。振蕩器和多普勒效應(yīng)的不一致性可以模擬為獨(dú)立隨機(jī)變量。該隨機(jī)變量具有與振蕩器頻譜和多普勒頻譜的功率譜密度函數(shù)成比例的概率密度函數(shù)。更多的細(xì)節(jié)已經(jīng)公開在P.H.Moose“A technique for orthogonal frequency-division multiplexingfrequency offset correction，” IEEE Trans.Commun.，vol.42，pp.2908-2914，10月.1994的文章中。
通過對(duì)該價(jià)值函數(shù)運(yùn)用偏微分法，并設(shè)置該偏微分結(jié)果為0，可以使該價(jià)值函數(shù)J最小化，如公式(9)所示。
∂J∂gu=∂J∂gl=0---(9)]]>使用公式(9)中所示的聯(lián)立方程，可以使下和上邊緣旁瓣消除信號(hào)gl和gu最優(yōu)化，如公式(10)和(11)所示。
gu=XjT(A0+AM+1)Ab-2A0,M+1Af(A0+AM+1)2-4A0,M+12=wuXj---(10)]]>gl=XjT(A0+AM+1)Af-2A0,M+1Ab(A0+AM+1)2-4A0,M+12=wlXj---(11)]]>換句話說，通過對(duì)傳送終端的每個(gè)用戶傳送信號(hào)向量和最佳的下和上邊緣旁瓣消除信號(hào)gl和gu分別進(jìn)行內(nèi)積可獲得下和上邊緣旁瓣消除信號(hào)gl和gu。
在公式(10)和(11)中使用的變量分別由公式(12)至(14)定義。
Ap,q=(-1)p-q∫MG+1-max(Δϵ)∞PΔϵ′(α)sinc(α+p)sinc(α+q)dα---(12)]]>Ap=∫MG+1-max(Δϵ)∞PΔϵ′(α)sinc2(α+p)dα---(13)]]>PΔϵ′(α)=Σm=MG+1∞PΔϵ(m+Δϵ)---(14)]]>在公式(12)至(14)中，MG+1表示包含在不同子帶中兩個(gè)副載波之間的最小距離。
在公式(10)、(11)中使用的向量Af，Ab，和Xj分別由公式(15)、至(17)定義。
Af=A0,1+A1,M+1A0,2+A2,M+1...A0,M+AM,M+1---(15)]]>
Ab=A0,M+AM,M+1A0,M-1+AM-1,M+1...A0,1+A1,M+1---(16)]]>Xj=Xj(Kj)Xj(Kj+1)...Xj(Kj+M-1)---(17)]]>由于使用變量Ap，q和Ap所產(chǎn)生的下和上邊緣旁瓣消除信號(hào)gl和gu不包括信號(hào)信息Xj(k)，可以提前利用在系統(tǒng)中使用的振蕩器的特征函數(shù)或多普勒頻譜特性來計(jì)算它們。因此，發(fā)送端不執(zhí)行這些計(jì)算來獲得這些變量，它僅提前存儲(chǔ)最佳下和上權(quán)向量wl和wu并將它與傳送信號(hào)向量Xj相乘以獲得下和上邊緣旁瓣消除信號(hào)gl和gu。另外，由于最佳下和上權(quán)向量wl和wu是互相逆序的，它們可以僅存儲(chǔ)在容量為M×1的實(shí)數(shù)查找表中。
圖5是頻率分配結(jié)構(gòu)圖，其中邊緣旁瓣消除信號(hào)包含在保護(hù)間隔內(nèi)。保護(hù)間隔MG設(shè)置在子帶之間，其中一個(gè)被分配第(j-1)用戶，包括M個(gè)副載波的集合Mj-1，另一個(gè)被分配給第j用戶，包括M個(gè)副載波的集合Mj-1。在此，第(j-1)用戶子帶的上邊緣旁瓣消除信號(hào)gj-1u和第j用戶子帶的下邊緣旁瓣消除信號(hào)gjl被分別插入最接近兩個(gè)子帶的副載波中，此副載波處于包括在位于保護(hù)間隔MG中的副載波之中，即分別位于保護(hù)間隔MG的兩端。
本發(fā)明的上述優(yōu)選實(shí)施例可以通過程序來實(shí)現(xiàn)，可以由通用數(shù)字計(jì)算機(jī)通過計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)來執(zhí)行。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)可以是存儲(chǔ)媒體，比如磁存儲(chǔ)介質(zhì)(例如，Rom，軟盤，或硬盤)，光學(xué)可讀介質(zhì)(例如，CD-ROM和DVD)，或載波(例如，通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送)。
下面，本發(fā)明性能的評(píng)估結(jié)果將參考圖6至9來描述。
在評(píng)估中，單個(gè)OFDM信號(hào)總共包括1024個(gè)副載波。在這1024個(gè)副載波當(dāng)中，256個(gè)副載波被用于脈沖整形。分配給用戶的每個(gè)子帶包括22個(gè)副載波。設(shè)置在兩個(gè)鄰近子帶之間以減輕兩個(gè)相鄰子帶之間的干擾的保護(hù)間隔包括兩個(gè)副載波。因此，在單個(gè)OFDM信號(hào)中可以分配給用戶32個(gè)子帶。在這32個(gè)子帶中，為每個(gè)用戶專門選擇任意的子帶。
圖6是表示在白噪聲信道中，在將本發(fā)明用于和不用于8和32個(gè)用戶的情況下，22個(gè)副載波k的平均信號(hào)干擾比(SIR)曲線圖。假設(shè)功率被完全控制，以便從發(fā)送端，即單個(gè)用戶終端輸出的傳送信號(hào)被接收端，即基站以相同的強(qiáng)度接收。虛線表示在傳統(tǒng)技術(shù)下，只用保護(hù)間隔來減輕干擾的情況。實(shí)線表示根據(jù)本發(fā)明提出在所有發(fā)送端將邊緣旁瓣消除信號(hào)插入傳送信號(hào)的情況。當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，對(duì)于幾乎所有的副載波，平均SIR提高了大約10dB。
圖7是表示在白噪聲信道中應(yīng)用16QAM方法時(shí)，在不執(zhí)行信道編碼的情況下，平均誤碼率對(duì)信噪比(SNR)的曲線圖。通常情況下，隨著用戶數(shù)量的增加，增加了大量干擾，因此，即使在非常高的SNR情況下，平均誤碼率不會(huì)降低。本發(fā)明降低平均誤碼率，以便當(dāng)存在8個(gè)用戶時(shí)，它表現(xiàn)出好的性能，就像單個(gè)用戶發(fā)送信號(hào)沒有干擾一樣。
圖8表示在瑞利衰落信道中，將本發(fā)明用于和不用于8和32個(gè)用戶的情況下，包含在單一子帶中的22個(gè)副載波的平均SIR曲線圖。假設(shè)功率被完全控制，以便從各個(gè)用戶端輸出的傳送信號(hào)以顯示瑞利分布的強(qiáng)度到達(dá)接收端。當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，類似于圖6的情況，對(duì)于幾乎所有的副載波，平均SIR提高了大約10dB。。
圖9是表示當(dāng)將16QAM方法用于瑞利衰落信道時(shí)，在不執(zhí)行信道編碼的情況下，平均誤碼率對(duì)SNR的曲線圖。類似于圖8中的情況，假設(shè)從各個(gè)用戶端輸出的傳送信號(hào)以顯示瑞利分布的強(qiáng)度到達(dá)接收端。與圖7的情況相似，當(dāng)存在8個(gè)用戶，本發(fā)明表現(xiàn)出好的性能，就像單個(gè)用戶發(fā)送信號(hào)沒有干擾一樣。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)發(fā)送端產(chǎn)生上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)，分別將它們插入到保護(hù)間隔中，并且當(dāng)在應(yīng)用OFDMA的上行鏈路通信系統(tǒng)中發(fā)送該傳送信號(hào)時(shí)，對(duì)傳送信號(hào)和上下邊緣旁瓣消除信號(hào)執(zhí)行IFFT，以便最小化用戶間的干擾，而不引起額外的帶寬損失。另外，本發(fā)明可以和使用窗口的傳統(tǒng)干擾抑制算法一起使用。
由于上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于用戶發(fā)送端的傳送信號(hào)向量與最佳上權(quán)向量的內(nèi)積和發(fā)送端的傳送信號(hào)向量與最佳下權(quán)向量的內(nèi)積，因此可以只利用存儲(chǔ)器、乘法器和加法器來產(chǎn)生它們，該存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)與分配給每個(gè)用戶的子帶同樣大的實(shí)數(shù)查詢表，該乘法器和加法器與子帶一樣大。因此，本發(fā)明可以減輕用戶間的干擾而不增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。
盡管已經(jīng)顯示并描述了本發(fā)明的少數(shù)實(shí)施例，顯然對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說在不脫離本發(fā)明原理和精神的情況下，可以允許對(duì)元素的修改，其范圍由附加的權(quán)利要求及其等價(jià)物所定義。
權(quán)利要求
1.一種在正交頻分多址系統(tǒng)中的上行鏈路通信方法，包括在發(fā)送端產(chǎn)生用于上行鏈路的上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)；將上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)分別插入到與分配給用戶的子帶相鄰的保護(hù)間隔中，并對(duì)用戶傳送信號(hào)和上下邊緣旁瓣消除信號(hào)執(zhí)行反向快速傅立葉變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的上行鏈路通信方法，其中上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)分別通過副載波發(fā)送，該副載波最接近于包含在相應(yīng)的保護(hù)間隔中的副載波中的子帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的上行鏈路通信方法，其中通過對(duì)用戶發(fā)送端的傳送信號(hào)向量與最佳上權(quán)向量執(zhí)行內(nèi)積以及通過對(duì)用戶發(fā)送端的傳送信號(hào)向量與最佳下權(quán)向量執(zhí)行內(nèi)積來分別獲得上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)。
4.一種在正交頻分多址系統(tǒng)中產(chǎn)生邊緣旁瓣消除信號(hào)的方法，包括輸入用戶傳送信號(hào)向量Xj；通過執(zhí)行下面的公式產(chǎn)生上和下權(quán)向量wu和wlwu=(A0+AM+1)Ab-2A0,M+1Af(A0+AM+1)2-4A0,M+12]]>和wl=(A0+AM+1)Af-2A0,M+1Ab(A0+AM+1)2-4A20,M+1]]>在此Ap,q=(-1)p-q∫MG+1-max(Δϵ)∞PΔϵ′sinc(α+p)sinc(α+q)dα]]>Ap=∫MG+1-max(Δϵ)∞PΔϵ′(α)sinc2(α+p)dα]]>PΔϵ′(α)=Σm=MG+1∞PΔϵ(m+Δϵ)]]>Af=A0,1+A1,M+1A0,2+A2,M+1...A0,M+AM,M+1]]>Ab=A0,M+AM,M+1A0,M-1+AM-1,M+1...A0,1+A1,M+1]]>和Xj=Xj(Kj)Xj(Kj+1)...Xj(Kj+M-1)]]>和Kj表示確定第j個(gè)用戶子帶的位置的參數(shù)，M表示分配給每個(gè)用戶的副載波數(shù)，PΔε表示兩個(gè)子帶頻移之間的差Δε的概率密度函數(shù)，MG+1表示包括在不同子帶中的兩個(gè)副載波之間的最小距離；并且對(duì)用戶傳送信號(hào)向量與上權(quán)向量執(zhí)行內(nèi)積以產(chǎn)生上邊緣旁瓣消除信號(hào)，以及對(duì)用戶傳送信號(hào)向量與下權(quán)向量執(zhí)行內(nèi)積以產(chǎn)生下邊緣旁瓣消除信號(hào)。
5.一種計(jì)算機(jī)可讀記錄媒體，用于存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中用于執(zhí)行權(quán)利要求1的方法的程序。
6.一種在正交頻分多址系統(tǒng)中的上行鏈路通信裝置，該上行鏈路通信裝置包括發(fā)送端，其包括信號(hào)映射單元，用于將以串行輸入的數(shù)據(jù)流映射為正交相移鍵控(QPSK)信號(hào)或正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)；串-并轉(zhuǎn)換單元，用于將映射為QPSK或QAM信號(hào)的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)；邊緣旁瓣消除信號(hào)產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于發(fā)送端的傳送信號(hào)向量與最佳上權(quán)向量的內(nèi)積的上邊緣旁瓣消除信號(hào)，和對(duì)應(yīng)于發(fā)送端的傳送信號(hào)向量與最佳下權(quán)向量的內(nèi)積的下邊緣旁瓣消除信號(hào)，并且分別將上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)分配給保護(hù)間隔中的副載波；反向快速傅立葉變換(IFFT)單元，對(duì)發(fā)送端的傳送信號(hào)執(zhí)行IFFT，該發(fā)送信號(hào)分配到預(yù)定子帶中的副載波上，并且該單元對(duì)分配到保護(hù)間隔中的副載波上的上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)執(zhí)行IFFT；保護(hù)間隔插入和并-串轉(zhuǎn)換單元，用于將保護(hù)間隔插入到由IFFT單元提供的經(jīng)反向快速傅立葉變換后的數(shù)據(jù)中，將由插入而得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，并輸出正交頻分多路調(diào)制后的數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的上行鏈路通信裝置，其中上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)分別通過副載波發(fā)送，該副載波最接近于包含在相應(yīng)保護(hù)間隔中的副載波中的預(yù)定子帶。
8.一種在正交頻分多址系統(tǒng)中用于產(chǎn)生邊緣旁瓣消除信號(hào)的裝置，該裝置包括存儲(chǔ)單元，用來存儲(chǔ)上權(quán)向量和下權(quán)向量中的一個(gè)，并根據(jù)邊緣旁瓣選擇信號(hào)以預(yù)定順序讀取上或下權(quán)向量；矩陣運(yùn)算單元，用于對(duì)用戶傳送信號(hào)向量和由存儲(chǔ)單元提供的上或下權(quán)向量執(zhí)行內(nèi)積，由此產(chǎn)生上或下邊緣旁瓣消除信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中當(dāng)單個(gè)子帶包括M個(gè)副載波時(shí)，存儲(chǔ)單元通過具有M×1大小的查詢表來實(shí)現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中上或下邊緣旁瓣消除信號(hào)是發(fā)送端頻率偏移的統(tǒng)計(jì)特征和包含在子帶中的副載波數(shù)的函數(shù)。
全文摘要
提供一種用于產(chǎn)生邊緣旁瓣消除信號(hào)的裝置，和在正交頻分多址(OFDMA)系統(tǒng)中應(yīng)用該裝置的上行鏈路通信裝置。該上行鏈路通信裝置包括發(fā)送端。該發(fā)送端包括信號(hào)映射單元，串－并轉(zhuǎn)換單元，邊緣旁瓣消除信號(hào)產(chǎn)生單元，反向快速傅立葉變換(IFFT)單元，保護(hù)間隔插入與并－串轉(zhuǎn)換單元。邊緣旁瓣消除信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于發(fā)送端的傳送信號(hào)向量和最佳上權(quán)向量的內(nèi)積的上邊緣旁瓣消除信號(hào)，并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于發(fā)送端的傳送信號(hào)向量和最佳下權(quán)向量的內(nèi)積的下邊緣旁瓣消除信號(hào)，并分別將上和下邊緣旁瓣消除信號(hào)分配到保護(hù)間隔中的副載波上。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1510856SQ200310122269
公開日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者俞化善, 洪大植, 樸明熙, 金暎秀, 鄭炳章 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社, 延世大學(xué)校