專利名稱：用信道頻帶發(fā)送/接收通信信號(hào)的頻帶高效方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電信系統(tǒng)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及用于使用信道頻帶來(lái)高效地發(fā) 送/接收通信信號(hào)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在電信系統(tǒng)中，用戶數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成適合于在信道上傳輸?shù)男盘?hào)，所述信道可以包 括銅線、光纖、自由空間信道等。取決于物理特性，信道具有頻率帶，也稱為信道頻帶，或者 頻帶，信號(hào)可以在其中有效地傳輸?；谛诺篮托诺李l帶，生成通常為電磁信號(hào)的信號(hào)，以使電信系統(tǒng)吞吐量最優(yōu)化， 電信系統(tǒng)吞吐量是電信系統(tǒng)的所有用戶有效地傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。當(dāng)然，訪問信道的電信系統(tǒng) 可以不止一個(gè)。信號(hào)的生成包括兩個(gè)主要的操作調(diào)制操作，包括將用戶數(shù)據(jù)映射為電磁信號(hào)的 物理量改變，電磁信號(hào)的物理量比如是載波相位、頻率和/或幅度；復(fù)用操作，包括在獨(dú)立 的用戶之間，也就是在用戶的數(shù)據(jù)流之間共享信道頻帶。除了高級(jí)調(diào)制方案，比如相移鍵控(PSK)、二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控 (QPSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)等，為了使信道頻帶利用最大化，已經(jīng)提出了幾種復(fù)用技術(shù)。一般地，在已知的電信系統(tǒng)中，未能以高效的方式使用頻帶。事實(shí)上，利用信道的 電信系統(tǒng)的每個(gè)用戶都被靜態(tài)地給予一部分頻帶，下文稱為子頻帶，子頻帶以子頻帶中心 頻率為中心，該中心頻率通常就是對(duì)應(yīng)的副載波的頻率。只有當(dāng)用戶有效地傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才 使用子頻帶，當(dāng)用戶靜默(silent)時(shí)不使用子頻帶。以這樣的方式，每個(gè)子頻帶以及整個(gè) 頻帶的占用(意思是有效使用)取決于用戶的行為。由于并非所有用戶在所有時(shí)刻都進(jìn)行 傳輸，因此出現(xiàn)了部分不活動(dòng)時(shí)間段，導(dǎo)致頻譜效率(意思是承載信息的頻率范圍的幅度 與總的信道帶寬的比率)很低，因?yàn)槊總€(gè)子頻帶為單個(gè)用戶所專用，而不能在不同用戶之 間共享。用戶可以屬于利用不同調(diào)制和/或復(fù)用技術(shù)的不同電信系統(tǒng)。一般地，訪問信道 的每個(gè)電信系統(tǒng)使用信道頻帶的預(yù)定部分。在任何情況下，從實(shí)踐的角度來(lái)看，用戶越少進(jìn) 行傳輸，總頻譜效率就越低。此外，從時(shí)間的角度來(lái)看，信道頻帶是由進(jìn)行有效傳輸?shù)挠脩舭l(fā)射的信號(hào)所占用 的一組已用子頻帶與對(duì)應(yīng)于未進(jìn)行傳輸?shù)挠脩羲鶎Ｓ玫淖宇l帶的空閑頻率間隙交替組成 的。當(dāng)然，由于用戶行為(傳輸與否)隨時(shí)間改變，頻帶占用因此而改變。除了頻譜效率，這樣的頻帶占用對(duì)于只需要在短時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸?shù)哪切┯脩?帶來(lái)了很高的成本。事實(shí)上，通常不管使用的有效時(shí)間是多少，用戶都不得不為其子頻帶付 費(fèi)。例如，像救援隊(duì)或者消防隊(duì)這樣的組織機(jī)構(gòu)，嚴(yán)重地受到這種頻帶分配的影響，因 為他們不得不為專用子頻帶付費(fèi)，而在實(shí)踐中，該專用子頻帶只在少量的時(shí)間，也就是在出 現(xiàn)緊急情況時(shí)使用。這些緊急情況很少，因此幾乎所有時(shí)間專用子頻帶都保持未使用。
除了這些商業(yè)的方面，從技術(shù)角度來(lái)看，保持相鄰子頻帶之間的干擾盡可能低的 必要性進(jìn)一步降低了頻譜效率。事實(shí)上，由于在子頻帶中傳輸?shù)男盘?hào)的頻譜在頻率上不受 限制，每個(gè)信號(hào)頻譜的隊(duì)列延伸超過各自子頻帶的頻率邊界，因此干擾了相鄰子頻帶中傳 輸?shù)男盘?hào)。為了保持干擾可控，在相鄰子頻帶之間引入保護(hù)頻帶。從實(shí)踐的角度來(lái)看，這些 保護(hù)頻帶包括頻帶中未使用的部分，也就是與訪問信道的電信系統(tǒng)中的用戶所使用的子頻 帶交替的空閑頻率間隙。以這樣的方式，由于只是頻譜隊(duì)列被減少的部分與其他傳輸信號(hào)交迭，因此降低 了干擾。遺憾的是，整個(gè)頻帶占用被降低了，導(dǎo)致進(jìn)一步的頻譜效率降低。作為物理信道的典型頻帶占用，子頻帶內(nèi)發(fā)送的信號(hào)可以用幾種已知方式進(jìn)行調(diào) 制和復(fù)用。此外，不同子頻帶中的信號(hào)通常由不同的電信系統(tǒng)利用不同的調(diào)制和復(fù)用技術(shù) 進(jìn)行管理。特別地，最重要的復(fù)用技術(shù)之一是正交頻分復(fù)用(OFDM)。在OFDM系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身可用的整個(gè)信道頻帶被劃分成大量在頻率上緊密間隔、 并且排列在信道頻帶內(nèi)以便彼此正交的副載波。每個(gè)副載波對(duì)應(yīng)于各自的子頻帶，并用低 比特率的傳統(tǒng)調(diào)制方案(PSK、QAM等)對(duì)每個(gè)副載波進(jìn)行調(diào)制，保持?jǐn)?shù)據(jù)速率與在相同子頻 帶中操作的傳統(tǒng)單載波調(diào)制方案的數(shù)據(jù)速率相似。從實(shí)踐的角度來(lái)看，通過使用快速傅里葉變換(FFT)算法來(lái)生成和接收OFDM信號(hào)。OFDM技術(shù)使得傳輸相對(duì)于苛刻的信道條件更加有復(fù)原力(resilient)，而不需要 如信道均衡等復(fù)雜的信號(hào)處理技術(shù)，所述苛刻的信道條件比如是長(zhǎng)銅線中的高頻衰減、窄 帶干擾、由多徑引起的頻率選擇性衰落等。例如，在OFDM系統(tǒng)中，由于OFDM信號(hào)可以被認(rèn) 為是大量慢調(diào)制的窄帶信號(hào)，而不是一個(gè)快速調(diào)制的寬帶信號(hào)，因此可以用簡(jiǎn)單的方式完 成信道均衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，分別根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求13，提供了使用信道頻帶發(fā)送/接收 通信信號(hào)的方法和系統(tǒng)。


為了理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖描述優(yōu)選的實(shí)施例，所述實(shí)施例僅作為非限制性 的例子，在附圖中圖1示出OFDM收發(fā)器的框圖；圖2示出頻帶占用的說明性圖；圖3示出高效的頻帶占用的說明性示例；圖4、圖5和圖6示出在本方法的隨后步驟中圖2的頻帶占用。
具體實(shí)施例方式圖1示出OFDM電信系統(tǒng)1，包括連接到信道3的發(fā)送部分2和接收部分4。信道3 由現(xiàn)有的電信系統(tǒng)S1、52、……、5n所共享。OFDM電信系統(tǒng)1和現(xiàn)有的電信系統(tǒng)5工、52、……、5 是無(wú)線的(比如WiMAX或人造衛(wèi)星)或有線的。所示的OFDM電信系統(tǒng)1使用碼分多址(CDMA)技術(shù)。因此，發(fā)送部分2包括接收 數(shù)據(jù)流CN的調(diào)制器CC，數(shù)據(jù)流CN由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的源和信道編碼塊(圖1中未示 出)發(fā)出的信號(hào)形成。調(diào)制器CC可以是BPSK調(diào)制器、QPSK調(diào)制器、8-PSK調(diào)制器或者任何 已知的調(diào)制器，并且調(diào)制器CC以本身已知的方式輸出由多個(gè)符號(hào)形成的調(diào)制符號(hào)流麗，符 號(hào)是由OFDM電信系統(tǒng)1 一起傳輸?shù)淖钚?shù)據(jù)量。調(diào)制符號(hào)流MN被輸入到重復(fù)編碼器CR， 重復(fù)編碼器CR生成重復(fù)的符號(hào)流VK，在重復(fù)的符號(hào)流VK中，調(diào)制輸入流MN中的每個(gè)輸入 符號(hào)被重復(fù)的次數(shù)等于CDMA碼DK的長(zhǎng)度L。因此，對(duì)于調(diào)制輸入流MN中的每個(gè)輸入符號(hào)， 重復(fù)編碼器CR生成L個(gè)采樣的對(duì)應(yīng)序列，所有采樣都等于該輸入符號(hào)。對(duì)應(yīng)于單個(gè)輸入符 號(hào)的每個(gè)序列的持續(xù)時(shí)間等于輸入符號(hào)本身的持續(xù)時(shí)間，也就是L個(gè)采樣(以下稱為碼片 (chip))的持續(xù)時(shí)間為輸入符號(hào)的持續(xù)時(shí)間的1/L。相當(dāng)于，碼片的頻率是輸入符號(hào)頻率的 L倍。重復(fù)編碼器CR輸出的重復(fù)符號(hào)流VK進(jìn)一步乘以CDMA碼DK，CDMA碼DK是長(zhǎng)度為 L個(gè)碼片、由擴(kuò)展器GC用本身已知的方式以與碼片頻率相等的頻率生成、并且由士 1序列組 成的碼。這種乘法被稱為“擴(kuò)展”，并且表征CDMA技術(shù)，這種乘法使得獲得擴(kuò)展序列WK，所 述擴(kuò)展序列WK的功率譜密度所在的頻帶是擴(kuò)展的信號(hào)目標(biāo)(也就是調(diào)制符號(hào)流MN)的頻 帶的L倍。由于CDMA碼DK的內(nèi)容為士 1碼片，擴(kuò)展序列WK的功率與調(diào)制符號(hào)流麗的功 率相同，且擴(kuò)展序列WK的頻帶是調(diào)制符號(hào)流MN頻帶的L倍，因此，擴(kuò)展序列WK的功率譜密 度是調(diào)制符號(hào)流MN的功率譜密度的1/L。擴(kuò)展序列WK被發(fā)送到串并轉(zhuǎn)換器S/P_tx，串并轉(zhuǎn)換器S/P_tx有兩個(gè)輸入端口和 n_out個(gè)輸出端口，n_0ut等于OFDM電信系統(tǒng)1所采用的OFDM副載波的數(shù)目。如下文中更 詳細(xì)描述的，輸入到串并轉(zhuǎn)換器S/P_tx的擴(kuò)展序列WK的碼片僅在串并轉(zhuǎn)換器本身的η個(gè) (η彡n_out)輸出端口上(如圖1所示)輸出，這將擴(kuò)展序列WK并行化為所謂的OFDM符 號(hào)，也就是η個(gè)碼片的組。從操作的角度來(lái)看，如之后更詳細(xì)討論的，串并轉(zhuǎn)換器S/P_tx的 一個(gè)輸入端口連接到控制器10，控制器10又連接到感測(cè)塊12。串并轉(zhuǎn)換器S/P_tx的η個(gè) 輸出端口連接到逆快速傅里葉變換塊IFFT的η個(gè)輸入端口，逆快速傅里葉變換塊IFFT共 有m個(gè)輸入端口，其中m > η。逆快速傅里葉變換塊IFFT的未與串并轉(zhuǎn)換器S/P_tx的η個(gè) 輸出端口連接的m-n個(gè)端口被饋以零。逆快速傅里葉變換塊IFFT執(zhí)行OFDM符號(hào)的逆快速傅里葉變換，在逆快速傅里葉 變換塊IFFT的m個(gè)輸出端口上輸出m個(gè)IFFT輸出采樣。根據(jù)OFDM技術(shù)，逆快速傅里葉變換塊IFFT的每個(gè)輸入端口對(duì)應(yīng)于OFDM電信系統(tǒng) 1的副載波；因此，當(dāng)串并轉(zhuǎn)換器S/P_tx的輸出端口(例如輸出端口 20)與逆快速傅里葉 變換塊IFFT塊的輸入端口連接時(shí)，使用與逆快速傅里葉變換塊IFFT的被連接的輸入端口 相關(guān)聯(lián)的副載波來(lái)傳輸從輸出端口 20出來(lái)的符號(hào)。逆快速傅里葉變換塊IFFT與并串轉(zhuǎn)換器P/S_tx連接，并串轉(zhuǎn)換器P/S_tx有s個(gè) 輸入端口和一個(gè)輸出端口，其中s大于m。實(shí)踐中，逆快速傅里葉變換塊IFFT的m個(gè)輸出 端口與并串轉(zhuǎn)換器P/S_tx的最后m個(gè)輸入端口連接，而并串轉(zhuǎn)換器P/S_tx的前s-m個(gè)端 口被饋以最后s-m個(gè)IFFT輸出采樣的拷貝，以便保持OFDM符號(hào)的可了解性。最后S_m個(gè) IFFT輸出采樣的s-m個(gè)拷貝形成了所謂的保護(hù)間隔。
并串轉(zhuǎn)換器P/S_tx的輸出最后通過合適的發(fā)射機(jī)，如天線、光源等(圖1中未示 出)連接到信道3。在OFDM電信系統(tǒng)1的接收部分4上執(zhí)行與在發(fā)送部分2進(jìn)行的相反的操作。特 別地，輸入信號(hào)首先由串并轉(zhuǎn)換器S/P_rx進(jìn)行并行化，從而再現(xiàn)OFDM符號(hào)，同時(shí)，去除保護(hù) 間隔。然后，OFDM符號(hào)經(jīng)歷由快速傅里葉變換塊FFT執(zhí)行的快速傅里葉變換操作。特別地， 快速傅里葉變換塊FFT輸出一組碼片，在去除傳輸中插入的零之后，由并串轉(zhuǎn)換器P/S_rx 對(duì)碼片進(jìn)行串行化，輸出序列WK_RX。序列WK_RX中的串行化的碼片與CDMA碼DK相乘，這 個(gè)操作稱為“解擴(kuò)”，并且這樣獲得的序列VK_RX被輸入到重復(fù)解碼器DR，重復(fù)解碼器DR對(duì) 序列VK_RX的L個(gè)碼片求積分，以得到初始調(diào)制輸入流MN的副本MN_RX。最后，星座解碼器 DC對(duì)副本MN_RX進(jìn)行解調(diào)以恢復(fù)數(shù)據(jù)流CN。為了理解本方法，請(qǐng)參考圖2，圖2示出在給定時(shí)刻t0信道3的頻帶占用的說明性 示例。特別地，Bi、B2和B3表示已用子頻帶，也就是在時(shí)刻t0訪問信道3、因此在時(shí)刻t0 有效進(jìn)行傳輸?shù)碾娦畔到y(tǒng)5p52、……、5n的用戶所專用的子頻帶。電信系統(tǒng)5p52、……、 5n利用任意調(diào)制和復(fù)用技術(shù)來(lái)管理其用戶的通信。G1-G4是空閑子頻帶，也就是保護(hù)頻帶 以及分配給在所考慮的時(shí)刻t0未進(jìn)行傳輸?shù)碾娦畔到y(tǒng)5”52、……、5n的用戶的專用子頻 帶二者，這些分配給在考慮的時(shí)刻未進(jìn)行傳輸?shù)碾娦畔到y(tǒng)5”52、……、5n的專用子頻帶，在 其各自的用戶進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)刻變成已用子頻帶。很顯然“空閑子頻帶”和“已用子頻帶”的 定義指的是給定的時(shí)刻，分配給在考慮的時(shí)刻未進(jìn)行傳輸?shù)挠脩舻膶Ｓ米宇l帶必須被認(rèn)為 是空閑子頻帶。為了高效地利用可用的頻帶，合理地占用所有子頻帶，并且使用在已知電信系統(tǒng) 中保持未使用的空閑子頻帶是很重要的。此外，必須在不影響在已用子頻帶中傳輸?shù)男盘?hào)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)頻帶的充分利 用，在已用子頻帶中傳輸?shù)男盘?hào)也就是在時(shí)刻t0訪問信道3的電信系統(tǒng)在專用子頻帶中所 傳輸?shù)男盘?hào)。必須指出的是，可以通過利用任何調(diào)制和/或復(fù)用技術(shù)來(lái)傳輸已用子頻帶中 的信號(hào)。對(duì)于本方法，已用子頻帶簡(jiǎn)單地就是不可用于傳輸?shù)淖宇l帶。圖3示出了如何獲得對(duì)空閑子頻帶的充分利用。特別地，給定具有預(yù)定子頻帶分 配方案的物理信道3，預(yù)定子頻帶分配方案意思是預(yù)定數(shù)目的訪問信道3的電信系統(tǒng)5” 52、……、5n以及專用子頻帶的對(duì)應(yīng)分配，假定未在時(shí)刻t0提供且頻帶為Bsignal的另外 的信號(hào)(furhter signal)稍后要在時(shí)刻tl傳輸。如下面更詳細(xì)說明的，可以通過將另外 的信號(hào)的頻帶Bsignal劃分成適當(dāng)數(shù)量的部分，比如充滿空閑子頻帶，發(fā)送該另外的信號(hào)， 然后簡(jiǎn)單地通過重構(gòu)其頻譜以重構(gòu)該另外的信號(hào)，來(lái)發(fā)送和接收該另外的信號(hào)。為了簡(jiǎn)單，以下描述是指只有一個(gè)另外的信號(hào)的情況，但是本方法可直接擴(kuò)展至 有更多另外的信號(hào)的情況。通過利用OFDM技術(shù)來(lái)獲得對(duì)另外的信號(hào)的傳輸，OFDM技術(shù)規(guī) 定將物理信道3的整個(gè)頻帶細(xì)分為副載波中心頻率彼此正交的子頻帶。事實(shí)上，給定周期 Ts，Ts等于OFDM系統(tǒng)中傳輸?shù)拿總€(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間，OFDM系統(tǒng)的副載波的頻率為基本頻率 的倍數(shù)，基本頻率等于周期Ts的倒數(shù)。由于三角性質(zhì)，在周期Ts上對(duì)任意兩個(gè)副載波進(jìn)行 積分得到零。正交副載波之間是互相獨(dú)立的，并且可以獨(dú)立接通或關(guān)斷，因此可以根據(jù)用戶需 要來(lái)決定是否使用特定的副載波。從而，當(dāng)使用OFDM技術(shù)時(shí)，只要總的已用帶寬等于某個(gè)頻帶Bsignal的寬度，占用該頻帶Bsignal的信號(hào)就不需要在幅度等于該信號(hào)帶寬的單個(gè) 子頻帶上傳輸，而可以在不相鄰的子頻帶上傳輸。更具體而言，由圖1所示的OFDM電信系統(tǒng)1來(lái)完成另外的信號(hào)在空閑子頻帶中的 傳輸。特別地，感測(cè)塊12檢測(cè)n個(gè)空閑副載波，并生成饋送給控制器10的對(duì)應(yīng)信號(hào)。感測(cè) 塊12還計(jì)算可用空閑頻帶長(zhǎng)度，也就是空閑子頻帶長(zhǎng)度之和，并將其提供給擴(kuò)展器GC，擴(kuò) 展器GC使用該可用空閑頻帶寬度來(lái)確定CDMA碼DK的長(zhǎng)度L。控制器10使得擴(kuò)展序列WK被發(fā)送到串并轉(zhuǎn)換器S/P_tx的n個(gè)輸出端口，以及逆 快速傅里葉變換塊IFFT的對(duì)應(yīng)于空閑副載波的輸入上。逆快速傅里葉變換塊IFFT的對(duì)應(yīng) 于已用副載波的輸入以及逆快速傅里葉變換塊IFFT的任意m-n個(gè)輸入端口均被饋以零。串并轉(zhuǎn)換器S/P_tx、逆快速傅里葉變換塊IFFT和OFDM電信系統(tǒng)1的副載波之間 的上述關(guān)系，允許在空閑子頻帶中傳輸另外的信號(hào)。逆快速傅里葉變換塊IFFT的連接到零 的輸入端口表示對(duì)應(yīng)的副載波不被OFDM電信系統(tǒng)1用于傳輸，因?yàn)檫@些端口對(duì)應(yīng)于已用子 頻帶，也就是電信系統(tǒng)5”52、……、5n的正在有效傳輸?shù)挠脩羲褂玫膶Ｓ米宇l帶。更具體 而言，圖1中OFDM電信系統(tǒng)1的說明性表示涉及圖4所示的頻帶占用，圖4與圖2類似地 示出時(shí)刻t0的頻帶占用，以及子頻帶中0FDM副載波的排列?？紤]到逆快速傅里葉變換的 已知頻移特性，并且考慮到相對(duì)于圖4所示的副載波排列添加設(shè)置為零的四個(gè)側(cè)向副載波 (即信道頻帶的每側(cè)有兩個(gè)側(cè)向副載波)，可以了解副載波和圖1所示的逆快速傅里葉變換 塊IFFT的輸入端口之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在圖4中，0FDM電信系統(tǒng)1所使用的副載波由箭頭表 示，而未使用的副載波由叉號(hào)表示。要指出的是，在0FDM電信系統(tǒng)1中，整個(gè)頻帶細(xì)分為子 頻帶是獨(dú)立于有效的頻帶占用而完成的，因此，整個(gè)頻帶的細(xì)分在信道3的任何感測(cè)之前。 當(dāng)0FDM電信系統(tǒng)1接收到另外的信號(hào)的傳輸請(qǐng)求時(shí)，感測(cè)所有副載波，以檢測(cè)保護(hù)頻帶以 及電信系統(tǒng)5”52、……、5n未使用的副載波。然后，0FDM電信系統(tǒng)1接通對(duì)應(yīng)于空閑子頻 帶的所有副載波。在已知的0FDM系統(tǒng)中，當(dāng)信道在頻率上可選擇的情況下，接通和關(guān)斷副載波只 在具有低損耗的子頻帶上傳輸信號(hào)以保持傳輸質(zhì)量，關(guān)斷沿著信道經(jīng)歷高衰減的副載波。根據(jù)本方法，使用空閑子頻帶，也就是在空閑頻率范圍內(nèi)傳輸另外的信號(hào)，以使另 外的信號(hào)不與其他已經(jīng)利用專用子頻帶建立的通信發(fā)生交迭，從而將另外的信號(hào)透明地傳 輸給電信系統(tǒng)5p52、……、5n的用戶；事實(shí)上，電信系統(tǒng)5p52、……、5n的用戶所使用的專 用子頻帶是不變的，因此這些用戶不經(jīng)歷任何通信衰減。通過使用已知的方法和技術(shù)，可以在能夠感測(cè)信道3的終端上容易地實(shí)現(xiàn)所述方 法，以確定副載波頻率，以及確定副載波是否被使用，而不管空閑副載波是對(duì)應(yīng)于分配給在 考慮的時(shí)刻處于靜默的用戶的專用子頻帶，還是對(duì)應(yīng)于保護(hù)頻帶。例如，如圖4所示，假定將整個(gè)頻帶實(shí)質(zhì)上劃分為25個(gè)0FDM副載波，可以通過使 用副載波n. 1、8、9、14、15、16、17、24和25，也就是對(duì)應(yīng)于Gl、G2、G3和G4空閑子頻帶的副 載波，并關(guān)斷其他副載波，來(lái)傳輸另外的信號(hào)。由于保護(hù)頻帶和原先未使用的專用子頻帶現(xiàn)在被0FDM電信系統(tǒng)1用來(lái)承載另外 的信號(hào)，因此由另外的信號(hào)的頻譜隊(duì)列和電信系統(tǒng)5”52、……、5n所傳輸信號(hào)的頻譜隊(duì)列 之間的交迭引起的干擾不再通過空閑頻率間隙而減輕。為了克服這個(gè)問題，根據(jù)CDMA技術(shù) 來(lái)管理對(duì)應(yīng)于另外的信號(hào)的數(shù)據(jù)流。
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如上所述，根據(jù)該技術(shù)，將另外的信號(hào)數(shù)據(jù)流乘以由士 1序列組成的CDMA碼，該碼 長(zhǎng)度等于L。通過執(zhí)行這個(gè)操作，另外的信號(hào)的功率譜密度被擴(kuò)展到是另外的信號(hào)的初始 帶寬的L倍的頻帶上，另外的信號(hào)的初始帶寬是傳輸另外的信號(hào)所嚴(yán)格必需的頻帶。由于 CDMA碼對(duì)功率譜密度的貢獻(xiàn)是歸一化(unitary)的，因此另外的信號(hào)的功率沒有改變，并 且因而其功率譜密度縮小為1/L。因此，另外的信號(hào)的傳輸引起了對(duì)電信系統(tǒng)5p52、……、5n的通信的干擾，但是這 種干擾是熱噪聲量級(jí)，因此不會(huì)明顯地?fù)p害電信系統(tǒng)5”52、……、5n的用戶。在任何情況 下，可以用已知的方法(比如用前向糾錯(cuò)碼)來(lái)管理可能的傳輸錯(cuò)誤。通過以上描述可以明顯看出，CDMA技術(shù)有助于保持由在空閑子頻帶中傳輸?shù)牧硗?的信號(hào)引起的對(duì)電信系統(tǒng)5”52、……、5n根據(jù)信道3的子頻帶分配方案所傳輸信號(hào)的干擾 盡可能低。此外，CDMA技術(shù)有助于限制電信系統(tǒng)5”52、……、5n的用戶根據(jù)子頻帶分配方案 所傳輸?shù)男盘?hào)引起的對(duì)空閑子頻帶中傳輸?shù)牧硗獾男盘?hào)的干擾。事實(shí)上，在接收時(shí)，為了恢 復(fù)另外的信號(hào)，完成了另一與CDMA碼的相乘，該CDMA碼與發(fā)送時(shí)所使用的CDMA碼相同。該 操作將接收信號(hào)的頻帶減小為另外的信號(hào)的初始頻帶Bsignal，并且擴(kuò)展了所有的干擾信 號(hào)，因?yàn)檫@些干擾信號(hào)只經(jīng)歷了一次與CDMA碼的相乘，這樣將其對(duì)另外的信號(hào)的影響降低 至熱噪聲量級(jí)的水平。除了在抵抗干擾方面的這些優(yōu)點(diǎn)，通過采用CDMA技術(shù)和OFDM技術(shù)，可以實(shí)際上 實(shí)現(xiàn)將另外的信號(hào)的頻帶Bsignal劃分到空閑子頻帶中，以及可以管理不止一個(gè)另外的信 號(hào)。事實(shí)上，對(duì)應(yīng)于電信系統(tǒng)1的不同用戶，通過給不同信號(hào)分配不同的CDMA碼來(lái)簡(jiǎn)單地 管理存在的不止一個(gè)另外的信號(hào)。接收時(shí)，與相同的CDMA碼相乘使得可了解哪個(gè)用戶與接 收到的另外的信號(hào)相關(guān)聯(lián)。關(guān)于另外的信號(hào)的頻帶的劃分，為了將另外的信號(hào)的頻帶Bsignal擴(kuò)展到所有空 閑子頻帶上，發(fā)送部分2根據(jù)整個(gè)空閑頻帶(所有空閑子頻帶之和)和另外的信號(hào)的頻帶 Bsignal來(lái)計(jì)算CDMA碼的長(zhǎng)度L。然后，通過將串并轉(zhuǎn)換器S/P_tx的輸出連接到逆快速傅 里葉變換塊IFFT的對(duì)應(yīng)于空閑副載波的所有輸入端口，用OFDM技術(shù)完成將另外的信號(hào)分 配給每個(gè)空閑副載波。從實(shí)踐的角度來(lái)看，本方法一個(gè)時(shí)刻接著一個(gè)時(shí)刻、動(dòng)態(tài)地控制著副載波的接通 或者關(guān)斷，也就是副載波被電信系統(tǒng)5”52、……、5n使用或未使用。事實(shí)上，在真實(shí)的電信 系統(tǒng)中，用戶通過分別將其專用子頻帶設(shè)置為空閑或占用，來(lái)發(fā)起和終止傳輸。此外，另外 的信號(hào)的傳輸出現(xiàn)在有限的時(shí)間內(nèi)，因此導(dǎo)致了頻帶占用的連續(xù)變化。在兩種情況下，本方 法都跟蹤子頻帶分配方案的變化。由于在OFDM系統(tǒng)內(nèi)部控制副載波(接通或者關(guān)斷)很 容易，因此本方法適合于瞬時(shí)頻帶占用。當(dāng)然，只要發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在使用時(shí)均可配置，例 如它們可以是軟件無(wú)線電終端，則可以達(dá)到這樣的結(jié)果。不僅僅在建立傳輸之前，而且在傳輸本身的過程中，都可以通過CDMA在能夠感測(cè) 信道3的OFDM終端上實(shí)現(xiàn)本方法，從而迅速響應(yīng)子頻帶使用的變化。圖5示出在大于tl 的時(shí)刻t2頻帶占用的說明性示例，并且與圖4相比較，示出頻帶占用的時(shí)間演變，假定在時(shí) 刻t0在專用子頻帶B2中進(jìn)行傳輸?shù)挠脩粼跁r(shí)刻t2已經(jīng)終止了傳輸?？梢越油ㄅc專用子 頻帶B2交迭的副載波，也就是副載波n. 10,11,12和13，以傳輸另外的信號(hào)。
相反地，假設(shè)頻帶G3(請(qǐng)參考圖4和圖6)所專屬的用戶，之前處于靜默，在t3時(shí) 刻決定開始通信。在這種情況下，OFDM電信系統(tǒng)1認(rèn)識(shí)到G3子頻帶不再可用于傳輸，因此， 關(guān)斷與G3子頻帶交迭的副載波n. 14、15、16和17，并修改CDMA碼的長(zhǎng)度L，從而使用可用 的副載波n. 1、8、9、24和25來(lái)傳輸另外的信號(hào)。這導(dǎo)致如圖6所示的整個(gè)頻帶占用，其中， B4表示之前的子頻帶G3?；蛘?，如以下更詳細(xì)地說明，不修改CDMA碼的長(zhǎng)度，而是OFDM電 信系統(tǒng)1可以減小可同時(shí)進(jìn)行傳輸?shù)挠脩魯?shù)。在任何情況下，在關(guān)斷對(duì)應(yīng)于子頻帶B4的副 載波之前，有少量的時(shí)間，在該時(shí)間內(nèi)另外的信號(hào)與電信系統(tǒng)5”52、……、5n所傳輸?shù)男盘?hào) 在同一子頻帶B4內(nèi)共存。出現(xiàn)這樣的情況是因?yàn)镺FDM電信系統(tǒng)1在有限時(shí)間內(nèi)對(duì)頻帶占 用的變化作出反應(yīng)。在任何情況下，增大了另外的信號(hào)的帶寬的CDMA技術(shù)保證了良好的傳 輸性能，因?yàn)楦蓴_為熱噪聲量級(jí)。接收時(shí)，使用本方法的OFDM電信系統(tǒng)1的接收部分4基于在發(fā)送部分2上所使用 的用來(lái)發(fā)送另外的信號(hào)本身的副載波所承載的符號(hào)，對(duì)另外的信號(hào)的頻帶Bsignal進(jìn)行重 構(gòu)。為了了解哪個(gè)副載波有效地承載了與另外的信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息，與發(fā)送部分2類似，接 收部分4周期性地感測(cè)信道3，以了解使用的子頻帶和空閑子頻帶。例如，參照?qǐng)D4，該圖示 出時(shí)刻t0的頻帶占用，接收部分認(rèn)識(shí)到副載波n. 1、8、9、14、15、16、17、24和25對(duì)應(yīng)于空閑 子頻帶。假設(shè)另外的信號(hào)在信道3上的傳輸在時(shí)刻tl開始，并假設(shè)信號(hào)通過信道3所需要 的時(shí)間是可以忽略不計(jì)的，接收部分4在時(shí)刻tl認(rèn)識(shí)到在時(shí)刻t0空閑的副載波n. 1、8、9、 14、15、16、17、24和25在時(shí)刻tl被占用了，因此，接收部分4 了解到另外的信號(hào)正在副載波 n. 1、8、9、14、15、16、17、24和25上傳輸。從實(shí)踐的角度來(lái)看，基于在時(shí)刻t0檢測(cè)為空閑的 副載波所承載的信息(符號(hào))，接收部分4重構(gòu)另外的信號(hào)。接收部分4保持對(duì)在時(shí)刻t0 檢測(cè)為空閑的副載波的跟蹤，直到下一次信道3的感測(cè)，例如在時(shí)刻t4執(zhí)行的感測(cè)。接收 部分4采用已知技術(shù)感測(cè)信道3，并保持對(duì)檢測(cè)到的副載波進(jìn)行跟蹤，該已知技術(shù)通過未在 圖1中顯示的已知模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。從操作的角度來(lái)看，必須指出的是，當(dāng)未有效地使用子頻帶的電信系統(tǒng) 52、……、5n開始傳輸數(shù)據(jù)，并因此開始有效地使用其專用子頻帶時(shí)，由于關(guān)斷了對(duì)應(yīng)于所述 專用子頻帶的副載波，本方法具有較少的可用副載波。但是，根據(jù)本方法，0FDM電信系統(tǒng)1 的用戶未減少其吞吐量他們可以保持他們的傳輸比特率恒定，直到這些比特率相對(duì)于允 許給0FDM電信系統(tǒng)1的每個(gè)用戶的最大比特速率要低，該最大比特率等于1/TU，其中Tu為 0FDM符號(hào)時(shí)間。例如，傳輸比特率可以在30Kb/s-300Kb/s之間。事實(shí)上，當(dāng)電信系統(tǒng)5p52、……、5n的用戶接通專用子頻帶時(shí)，OFDM電信系統(tǒng)1的 用戶數(shù)減小，但是有效進(jìn)行傳輸?shù)挠脩舻耐掏铝勘３植蛔?。更具體而言，假設(shè)B為總可用頻帶，N為0FDM副載波的數(shù)目，每個(gè)副載波具有等于 B/N的對(duì)應(yīng)子頻帶。此外，如果利用采用長(zhǎng)度等于L的碼的CDMA技術(shù)進(jìn)行通信的N 個(gè)用戶 共享某個(gè)頻帶W，每個(gè)用戶被給予帶寬等于1/仏*隊(duì))的有用頻帶。根據(jù)本方法，0FDM電信 系統(tǒng)1的每個(gè)用戶利用等于B/(N*L*N )的頻帶。因此，如果副載波的數(shù)目N減少，則通過動(dòng) 態(tài)地改變CDMA碼長(zhǎng)度L，如之前所描述的，或者通過動(dòng)態(tài)地改變可同時(shí)傳輸?shù)挠脩舻臄?shù)目 隊(duì)(也就是可以被同時(shí)傳輸?shù)牧硗獾男盘?hào)的數(shù)目)，仍可以保持給予每個(gè)用戶的頻帶恒定， 從而允許保持用戶傳輸?shù)膫鬏斮|(zhì)量恒定。因此，本系統(tǒng)和方法允許對(duì)于具有專用子頻帶的用戶來(lái)說透明地增加信道3的頻帶的利用。給定具有在多個(gè)現(xiàn)有電信系統(tǒng)5p52、……、5n之中共享的頻帶的現(xiàn)有信道3，有 可能管理更多通信，從而提供更多的服務(wù)，而不會(huì)影響之前已有的通信。更具體而言，不再 需要給很少進(jìn)行傳輸?shù)挠脩舴峙鋵Ｓ眯诺喇?dāng)用戶想要傳輸時(shí)，本技術(shù)允許對(duì)于所述用戶 以及電信系統(tǒng)5”52、……、5n的用戶來(lái)說透明地使用之前未使用的子頻帶。此外，本技術(shù)允許管理在真實(shí)無(wú)線系統(tǒng)中很可能出現(xiàn)的特殊情況。特別地，在具有 專用子頻帶的用戶需要更多帶寬來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)那闆r下，不再需要重新排列所有的子頻帶分 配方案以給該用戶分配一個(gè)或多個(gè)與其專用子頻帶相鄰的子頻帶。通過使用本方法，用戶 被給予額外的子頻帶，即使該額外的子頻帶不與其專用子頻帶相鄰。在要求更多帶寬的用 戶未使用現(xiàn)有電信系統(tǒng)5i、52、……、5n的情況下，同樣如此。最后，很清楚，可以對(duì)這里所描述和說明的系統(tǒng)和方法進(jìn)行的很多變化和更改，所 述變化和更改都落入如所附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。特別地，盡管以硬件部件的方式對(duì)OFDM電信系統(tǒng)1進(jìn)行了描述，但是所有描述的 功能都可以用軟件模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，在可用的空閑子頻帶上分配另外的信號(hào)可以與所描述的不同。例如，根據(jù)另 外的信號(hào)的帶寬和空閑子頻帶的帶寬，可以將另外的信號(hào)分配在一個(gè)或更多個(gè)空閑子頻帶 上，以使所使用的空閑子頻帶的數(shù)目最小化。或者，可以使用任何其他擴(kuò)展算法，該擴(kuò)展算 法介于將一個(gè)或更多個(gè)另外的信號(hào)完全擴(kuò)展到上述所有空閑子頻帶上與最小子頻帶分配 之間。此外，本方法可以僅使用保護(hù)頻帶作為空閑子頻帶，盡管在這種情況下效率降低。
權(quán)利要求
1.一種用于在信道上傳輸另外的信號(hào)的方法，所述信道的傳輸頻帶包括多個(gè)被傳輸信 號(hào)占用的已用子頻帶，其特征在于_檢測(cè)未被所述傳輸信號(hào)占用的空閑子頻帶的存在；以及-使用所述空閑子頻帶來(lái)傳輸所述另外的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在每個(gè)時(shí)刻，所述傳輸頻帶包括保護(hù)頻帶和分配給 外部系統(tǒng)的專用子頻帶，所述已用子頻帶包括在所述時(shí)刻被所述外部系統(tǒng)使用的專用子頻 帶，并且所述空閑子頻帶包括保護(hù)頻帶和/或在所述時(shí)刻未被所述外部系統(tǒng)使用的專用子頻帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，在頻率位于所述空閑子頻帶內(nèi)的正交頻分復(fù)用副 載波上傳輸所述另外的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，利用碼分多址碼來(lái)復(fù)用所述另外的信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，所述另外的信號(hào)具有信號(hào)頻帶，所述方法包括通過控 制所述碼分多址碼的長(zhǎng)度L，將所述信號(hào)頻帶擴(kuò)展至所有空閑子頻帶上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，所述另外的信號(hào)具有信號(hào)頻帶，所述包括在所述空閑 子頻帶的子集中分配所述信號(hào)頻帶。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，包括檢測(cè)多個(gè)另外的信號(hào)，其中，每個(gè)另外的信號(hào)被乘 以相應(yīng)的碼分多址碼。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括改變所述碼分多址碼的長(zhǎng)度L，從而在所述空閑子頻 帶上擴(kuò)展所述另外的信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括檢測(cè)所述空閑子頻帶的數(shù)目變化的步驟，以及改變 同時(shí)傳輸?shù)牧硗獾男盘?hào)的數(shù)目的步驟。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求的方法，包括重復(fù)所述檢測(cè)所述空閑子頻帶的 存在的步驟以及使用所述空閑子頻帶來(lái)傳輸所述另外的信號(hào)和任何另外的信號(hào)的步驟。
11.一種用于接收另外的信號(hào)的方法，所述另外的信號(hào)使用根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一 權(quán)利要求所述的方法在信道上傳輸，其特征在于-檢測(cè)第一子頻帶，所述第一子頻帶在第一時(shí)刻在傳輸信道上是空閑的；-檢測(cè)所述第一子頻帶在第二時(shí)刻是否被占用；-如果在所述第二時(shí)刻所述第一子頻帶被占用，則從所述第一子頻帶中提取接收信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的用于接收的方法，包括重復(fù)所述檢測(cè)第一子頻帶、檢測(cè)所述第 一子頻帶是否被占用、以及提取的步驟。
13.一種用于在信道上傳輸另外的信號(hào)的傳輸系統(tǒng)，所述信道的傳輸頻帶包括多個(gè)被 傳輸信號(hào)占用的已用子頻帶，其特征在于-用于檢測(cè)未被所述傳輸信號(hào)占用的空閑子頻帶的存在的裝置；以及-用于使用所述空閑子頻帶來(lái)傳輸所述另外的信號(hào)的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的傳輸系統(tǒng)，包括用于在頻率位于所述空閑子頻帶內(nèi)的正交頻分 復(fù)用副載波上傳輸所述另外的信號(hào)的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的傳輸系統(tǒng)，還包括用于利用碼分多址碼來(lái)復(fù)用所述另外的 信號(hào)的碼分多址編碼器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的傳輸系統(tǒng)，包括用于計(jì)算所述空閑子頻帶中的可用空閑頻帶的裝置，其中，所述另外的信號(hào)具有信號(hào)頻帶，所述碼分多址編碼器通過控制所述碼分多址碼 的長(zhǎng)度L，將所述信號(hào)頻帶擴(kuò)展至所述可用空閑頻帶上。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的傳輸系統(tǒng)，包括用于計(jì)算所述空閑子頻帶中的可用空閑頻帶的 裝置，其中，所述另外的信號(hào)具有信號(hào)頻帶，所述碼分多址編碼器將所述信號(hào)頻帶擴(kuò)展至所 述可用空閑頻帶的一部分上。
18.根據(jù)權(quán)利要求13-17中任一權(quán)利要求的傳輸系統(tǒng)，包括接收部分，所述接收部分包 括用于在第一時(shí)刻檢測(cè)所述空閑子頻帶的存在的裝置，用于在第二時(shí)刻檢測(cè)所述空閑子頻 帶的存在的裝置，以及用于通過對(duì)在所述第一時(shí)刻和第二時(shí)刻檢測(cè)到的空閑子頻帶進(jìn)行比 較來(lái)檢測(cè)所述另外的信號(hào)的傳輸?shù)难b置。
全文摘要
一種用于在信道上傳輸另外的信號(hào)的方法，所述信道的傳輸頻帶包括多個(gè)被傳輸信號(hào)占用的已用子頻帶。根據(jù)本方法，檢測(cè)未被傳輸信號(hào)占用的空閑子頻帶的存在，并使用空閑子頻帶來(lái)傳輸所述另外的信號(hào)。根據(jù)本方法，利用CDMA碼來(lái)復(fù)用所述另外的信號(hào)，并在頻率位于空閑子頻帶內(nèi)的OFDM副載波上傳輸所述另外的信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L5/00GK102007743SQ200880128621
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月13日
發(fā)明者克里斯蒂娜·卡爾維蒂, 曼努埃拉·洛法羅, 達(dá)米亞諾·代盧卡 申請(qǐng)人:電視廣播有限公司