專利名稱：一種基于ofdm的td－scdma系統(tǒng)無線幀傳輸方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于正交頻分復用OFDM的時分雙工同步碼分多址TD-SCDMA系統(tǒng)無線幀傳輸方法，具體涉及每個子載波上的常規(guī)時隙包括相同數(shù)量的OFDM符號，其中若干個子載波中每一個常規(guī)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(shù)，并在此基礎上進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?br> 背景技術：
TD-SCDMA是第三代移動通信系統(tǒng)的三種大國際標準中唯一采用時分雙工(TDD)方式，支持上下行非對稱業(yè)務傳輸，在頻譜利用上具有較大的靈活性。該系統(tǒng)綜合采用了智能天線、上行同步、聯(lián)合檢測和軟件無線電等無線通信中的先進技術，使系統(tǒng)具有較高的性能和頻譜利用率。
隨著社會的發(fā)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(tǒng)能夠提供大容量、高速率、低時延的數(shù)據(jù)傳輸服務。為了滿足這種日益增長的需求，TD-SCDMA系統(tǒng)同樣需要不斷演進和提高性能。
參見圖1，圖1為現(xiàn)有TD-SCMDA系統(tǒng)的幀結構示意圖。由圖1可知，TD-SCMDA系統(tǒng)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(xiàn)有TD-SCMDA系統(tǒng)的無線子幀結構示意圖，其中每個無線子幀由7個常規(guī)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，用于系統(tǒng)的下行同步信息的發(fā)送)；UpPTS(上行導頻信道，用于用戶接入的上行同步信息發(fā)送)；GP(轉換保護時隙，用于提供下行發(fā)送時隙向上行發(fā)送時隙轉換的時間間隔)。
對于TD-SCMDA系統(tǒng)無線子幀的7個常規(guī)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(fā)送序列，該序列用于發(fā)送數(shù)據(jù)業(yè)務；同時，一個長度為144個chip的發(fā)送序列是發(fā)送數(shù)據(jù)的的訓練序列(Midamble碼導頻序列)，用于導頻使用；還有一個16個chip的時間長度不發(fā)送任何數(shù)據(jù)，該時隙作為時隙間的保護間隔。
TD-CDMA系統(tǒng)是一個干擾(或信噪比)受限系統(tǒng)。其容量主要受限于移動信道中的主要干擾多徑干擾和多址干擾；其速率也受限于多徑干擾產生的時延功率譜擴展與信息符號碼元之間的比值，即相對多徑干擾比值。OFDM技術是克服多徑干擾最有效的手段，它通過并行傳送降低傳送速率，增大信息碼元周期，大大削弱了多徑干擾的影響。它既可增大系統(tǒng)容量又可以提高系統(tǒng)傳送速率，可以克服TD-CDMA系統(tǒng)中存在的這兩方面主要缺點。
另外在寬帶傳輸中，符號間(ISI)干擾是影響傳輸性能的一個重要的因素．對于OFDM多址接入/復用方式，它將一個寬帶的系統(tǒng)分為多個非常窄的子載波。如一個系統(tǒng)如果在20MHz的帶寬上傳輸數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)在每個子載波上傳輸。由于每個子載波的帶寬只有幾KHz到幾十KHz，遠小于無線信道的相干帶寬，信號在這種窄帶中傳輸是相當于在平坦信道上傳輸，因此不會造成符號間(ISI)干擾。
在移動通信系統(tǒng)中，需要在每個小區(qū)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(qū)分用戶；另一方面OFDM又可以在多個子載波上進行并行傳送，既可以提高頻譜利用效率，又可以實現(xiàn)較理想的頻率分集的效果，提高抗衰落、抗干擾的能力。因此在TD-CDMA系統(tǒng)中應用OFDM技術，將會為TD-CDMA系統(tǒng)帶來更良好的特性。
由于目前的144個chip的Midamble碼導頻序列只是使用于TD-SCDMA基于CDMA多址接入方式，不適用于OFDM多址接入/復用方式導頻符號。因此必須為基于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(tǒng)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(tǒng)的幀結構，提高系統(tǒng)的性能。
采用訓練序列的信道估計方法可以分為基于導頻信道和基于導頻符號這兩種，TD-SCDMA系統(tǒng)是一種多載波系統(tǒng)，具有時頻二維結構，因此采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(fā)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(tǒng)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(shù)。目前，在一個OFDM塊中基于導頻符號的方式中有如下幾種方案時域導頻(占用一個或者多個OFDM符號，覆蓋所有的子載波)、頻域導頻(占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(tǒng)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(tǒng)常規(guī)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(tǒng)常規(guī)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(tǒng)中圖4所示的在TD-SCDMA系統(tǒng)常規(guī)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(tǒng)常規(guī)時隙上設置兩個導頻符號；另一方面，在TD-SCDMA系統(tǒng)中，并不需要每個子載波上的TD-SCDMA系統(tǒng)常規(guī)時隙上都設置導頻符號，以提高系統(tǒng)資源的利用率，同時可以靈活配置無線信號的發(fā)射功率。

發(fā)明內容
本發(fā)明基于正交頻分復用OFDM的時分雙工同步碼分多址TD-SCDMA系統(tǒng)無線幀傳輸方法，其特征在于每個子載波上的常規(guī)時隙包括相同數(shù)量的OFDM符號，其中若干個子載波中每一個常規(guī)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(shù)，并在此基礎上進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。該方法可以充分滿足對TD-SCDMA系統(tǒng)演進的性能要求，適應TD-SCDMA系統(tǒng)的時隙結構，提高系統(tǒng)的信號檢測、估值性能，獲取更好的系統(tǒng)性能。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于OFDM多址接入/復用技術的TD-SCDMA系統(tǒng)無線幀傳輸方法，其特征在于一種基于正交頻分復用OFDM的時分雙工同步碼分多址TD-SCDMA系統(tǒng)無線幀傳輸方法，其特征在于每個子載波上的常規(guī)時隙包括相同數(shù)量的OFDM符號，其中若干個子載波中每一個常規(guī)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(shù)。
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(guī)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(shù)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(guī)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(guī)時隙的相同符號位置。
對于所有的設置了兩個導頻符號的所述常規(guī)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(shù)目可以是相同的。
所述各個子載波上的所述常規(guī)時隙包括相同數(shù)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(jù)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(guī)時隙中的所述OFDM符號的數(shù)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(guī)時隙中的所述OFDM符號的數(shù)量可以設置為8或9。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明在所述TD-SCDMA系統(tǒng)常規(guī)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(guī)律有選擇地在一些子載波上的TD-SCDMA系統(tǒng)常規(guī)時隙中設置導頻符號，而在其他的子載波上的TD-SCDMA系統(tǒng)常規(guī)時隙中不設置導頻符號。這樣既可以適用于各種信道環(huán)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(fā)射功率、并提高系統(tǒng)資源的利用率。


圖1為現(xiàn)有TD-SCDMA系統(tǒng)的幀結構示意圖；圖2為現(xiàn)有TD-SCDMA系統(tǒng)的無線子幀結構示意圖；圖3為TD-SCDMA的常規(guī)時隙結構示意圖；圖4為常用基于OFDM的TD-SCDMA系統(tǒng)的時域導頻符號設置示意圖；圖5為短CP對應的TD-SCDMA常規(guī)時隙結構示意圖；圖6為長CP對應的TD-SCDMA常規(guī)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(fā)明方案，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
針對TD-SCDMA系統(tǒng)的特點，考慮到多普勒效應、相位噪聲的干擾以及高速下的相干帶寬的影響，可以選擇TD-SCDMA系統(tǒng)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。
采用子載波間隔為15KHz，每個長度為0.675ms的TD-SCDMA系統(tǒng)常規(guī)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后，可以將CP長度設置在這個值)，由于目前絕大多數(shù)應用環(huán)境下，單波(Unicast)業(yè)務的傳輸都小于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(tǒng)普通覆蓋范圍下，單波(Unicast)業(yè)務傳輸所需要的消除符號間干擾所需要的間隔。另一方面，雖然CP的長度越長可以消除更多的子載波間干擾，但是CP太大將占用過多的資源，將會造成資源利用率的下降。因此對于單波(Unieast)業(yè)務的應用環(huán)境，采用足夠大的CP，同時占用的信道資源較小是一個優(yōu)化的選擇。
不同的業(yè)務傳輸需求，可能會造成CP的長度的變化，如果支持對于MBMS和廣播業(yè)務以及系統(tǒng)大覆蓋的要求，可以考慮采用更長的CP。這主要是考慮到MBMS和廣播業(yè)務，不同的Node B基站發(fā)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(shù)據(jù)進行軟合并(Soft Combining)。由于不同的Node B的距離較遠，造成了較大的信號遲延，如果采用較大的CP長度，將會有效地消除不同Node B發(fā)送信號的遲延所帶來的干擾。同樣，對于大覆蓋的Node B，由于覆蓋范圍的增大，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。對于TD-SCDMA的每個時隙(0.675ms)，如果采用15KHz的子載波間隔，則為了在這種業(yè)務或環(huán)境中應用，可以采用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，采用短CP(7us左右)的TD-SCDMA常規(guī)時隙結構分別如圖5所示，其中每個TD-SCDMA常規(guī)時隙中有9個OFDM符號。
以15KHz為子載波間隔，采用長CP(16us左右)的TD-SCDMA常規(guī)時隙結構分別如圖6所示，其中每個TD-SCDMA常規(guī)時隙中有8個OFDM符號。
為了使圖5和圖6的TD-SCDMA常規(guī)時隙結構能夠更好地傳輸數(shù)據(jù)，必須增加適當?shù)膶ьl符號，導頻符號應該使系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的性能滿足要求。
在這里，我們采用兩列的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于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。對于最高速率為350km/h的移動速度，在2.6GHz的載波頻段上，它的多普勒頻移約為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。對于相干帶寬的要求，如果ITU的PB3模型時延擴展為3us，其相干帶寬約為67KHz；而采用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于相干帶寬。
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(tǒng)常規(guī)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(jù)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(jù)系統(tǒng)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占用的信道的資源數(shù)目不一樣，在滿足系統(tǒng)要求的情況下，選取一定數(shù)量的導頻序列，可以優(yōu)化系統(tǒng)的性能。在本實施例中，Δf為1，連續(xù)設置導頻符號的子載波數(shù)為1，也就是說每間隔1個子載波之后的下一個子載波上的TD-SCDMA系統(tǒng)的所有常規(guī)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(tǒng)常規(guī)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(tǒng)常規(guī)時隙的第8個OFDM符號位置上。
對于圖6的長CP的時隙結構，有著相似的導頻符號放置方式。也采用兩列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(tǒng)常規(guī)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(xù)設置導頻符號的子載波數(shù)為2，也就是說每間隔1個子載波之后的連續(xù)2個子載波上的TD-SCDMA系統(tǒng)的所有常規(guī)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(tǒng)常規(guī)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(tǒng)常規(guī)時隙的第7個OFDM符號位置上。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)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(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于正交頻分復用OFDM的時分雙工同步碼分多址TD-SCDMA系統(tǒng)無線幀傳輸方法，其特征在于每個子載波上的常規(guī)時隙包括相同數(shù)量的OFDM符號，其中若干個子載波中每一個常規(guī)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(shù)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于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(guī)時隙中的符號位置是可變的。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于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(shù)目是可變的。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于所有的所述第一個導頻符號都在所述常規(guī)時隙的相同符號位置。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于所有的所述第二個導頻符號都在所述常規(guī)時隙的相同符號位置。
6.如權利要求4或5所述的方法，其特征在于對于所有的設置了兩個導頻符號的所述常規(guī)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(shù)目是相同的。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述各個子載波上的所述常規(guī)時隙包括相同數(shù)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(jù)實際情況設置為長CP或短CP。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述OFDM符號的所述CP設置為所述長CP，則所述常規(guī)時隙中的所述OFDM符號的數(shù)量可以設置為9或10。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述OFDM符號的所述CP設置為所述短CP，則所述常規(guī)時隙中的所述OFDM符號的數(shù)量可以設置為8或9。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于正交頻分復用OFDM的時分雙工同步碼分多址TD－SCDMA系統(tǒng)無線幀傳輸方法，其特征在于每個子載波上的常規(guī)時隙包括相同數(shù)量的OFDM符號，其中若干個子載波中每一個常規(guī)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(shù)。這樣既可以適用于各種信道環(huán)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(fā)射功率、提高系統(tǒng)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(yōu)先權日2005年7月25日
發(fā)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