本发明涉及一种用于在通信网络单元和多个通信设备之间传输数据 的方法以及相应设备。

由于无线通信技术的出现，频谱正成为极其宝贵的商品，为新的无线 通信技术和应用获取可用频谱变得越来越难。因此，今天的目标就是最大 程度利用所有现已分配的频谱。

可以用来实现该最大程度利用所有现已分配的频谱这一目标的途径 是被称为多用户通信的概念。下面描述多用户通信如何工作。

在多用户通信中，多个用户(每个用户都拥有通信设备)简单地共享 同一频道资源。例如，用户A可以使用频道资源TA秒，随后在用户A有 机会再次使用该频道资源之前，用户B可以使用该频道资源TB秒，随后 用户C可以使用该频道资源TC秒。该示例是时分多址(TDMA)多用户 通信技术的简单说明。其它多用户通信技术包括频分多址(FDMA)、码 分多址(CDMA)以及正交频分多址(OFDMA)。

对于所有的多用户通信技术，期望有“用户之间的正交性”特征，使得 利用复杂度低的接收器就能容易地减小用户之间的多址干扰(MAI)。然 而，已知只有两种多用户通信技术具有这种“用户之间的正交性”特征，即 多载波直接序列码分多址(MC-DS-CDMA)和OFDMA。在这点上， MC-DS-CDMA在码域内实现了“用户之间的正交性”特征，而OFDMA 在频域内实现了“用户之间的正交性”特征。

根据本发明一实施例，提供了具有该“用户之间的正交性”特征的第三 多用户通信技术，其通过本申请的各个独立权利要求中限定的方法和设备 来提供。

在本发明的第一方面，一种用于在通信网络单元和多个通信设备之 间传输数据的方法包括：使用划分成至少一个载波信号组的多个载波 信号；确定多个通信设备中的通信设备子集；以及使用所述至少一个 载波信号组，以便在通信网络和通信设备子集中的通信设备之间进行 数据传输。

在本发明的第二方面，一种用于分配划分成至少一个载波信号组的多 个载波信号、以便在通信网络单元和多个通信设备之间传输数据的设备包 括：确定单元，确定所述多个通信设备中的通信设备子集；以及分配单元， 分配所述至少一个载波信号组，以便在通信网络和所述通信设备子集中的 通信设备之间进行数据传输。

作为说明，先前仅由一个通信设备使用的载波信号组，现在能够被确 定数量的通信设备共享。在这点上，该载波信号组能够被分配了独特的扩 展序列组的每个通信设备所共享，该扩展序列用于扩展其所传输的符号。 另外，使用载波信号组时允许共享的通信设备的数量是动态调整的，并且 基于为每个通信设备所确定的信道响应来确定。本发明一实施例的基本思 想可以在OFDMA和CDMA的结合中体现。

本发明的实施例形成于从属权利要求。

如在此所使用的，所述通信网络单元可以是用于发送数据以及从多个 通信设备接收数据的适当设置的站，例如移动无线基站。

类似地，所述通信设备可以是但不限于有线通信设备、电力线通信设 备、无线通信设备、移动无线通信设备、卫星无线通信设备、终端通信设 备或者用户驻地设备。

尽管所提供的用于在通信网络单元和多个通信设备之间传输数据的 方法优选地更常用于无线通信中，但是所述方法也可用于非无线通信比如 电力线通信中。因此，所述通信设备还可以是但不限于无线通信设备或电 力线通信设备。

在一实施例中，确定应被分配至少一个载波信号组的通信设备的数 量，并确定所述多个通信设备中的通信设备子集，使得所述通信设备子集 包括所述数量的通信设备。

该实施例可在下面的示例中进行说明。首先确定通信设备的数量并将 其用N表示，允许所述通信设备使用所确定的至少一个载波信号组。随 后，确定N个适当的通信设备并允许这些通信设备使用所述至少一个载 波信号组进行数据传输。

在一实施例中，确定用于传输所述至少一个载波信号组中的至少一个 载波信号的通信信道的传输特性。

在一实施例中，基于所述传输特性来确定应被分配所述至少一个载波 信号组的通信设备的数量。

该实施例可被说明如下。在前面的示例中，确定N个适当的通信设 备，且允许这些通信设备使用所述至少一个载波信号组进行数据传输。在 该实施例中，用于确定通信设备是否适当的准则是传输特性。

在一实施例中，测量传输特性，且以至少基本固定的时间间隔，基于 传输特性来确定通信设备子集。

在该实施例中，以基本固定的间隔来测量传输特性。一旦测得传输特 性，该传输特性将被用于确定被允许使用所述至少一个载波信号组的通信 设备的数量N。

如果新N值比前一N值大，则另外的适当的通信设备可被增加到被 允许使用所述至少一个载波信号组的通信设备子集中，使得通信设备子集 中的通信设备的数量为N。另一方面，如果新N值比前一N值小，则可 将若干适当的通信设备从被允许使用所述至少一个载波信号组的通信设 备子集中移除，使得通信设备子集中的通信设备数量为N。

在一实施例中，传输特性为通信信道的信道响应。

传输特性不仅可以以固定间隔来测量，而且可以以在相应通信系统操 作期间发生的其它预定事件来测量，例如，在请求传输资源的通信设备数 量高于或低于预定阈值时来测量。作为说明，在相应通信系统的操作期间 动态设置分配给同一载波信号组的通信设备的数量。

在一实施例中，基于所确定的传输特性动态调整通信设备的数量，包 括针对通信设备子集中的每个通信设备确定传输特性，确定通信设备对的 传输特性之间的最大差，确定通信设备对的传输特性之间的最大差是否低 于预定阈值。在通信设备对的传输特性之间的最大差低于第一预定阈值的 情况下，通信设备的数量增加。在通信设备对的传输特性之间的最大差高 于第一预定阈值而低于第二预定阈值的情况下，通信设备的数量不变。在 通信设备对的传输特性之间的最大差高于第二预定阈值的情况下，通信设 备的数量减小。

在一实施例中，对所述通信设备子集中的每个通信设备分配扩展序列 组，并且利用所述扩展序列组，扩展使用所述至少一个载波信号组在通信 网络单元和通信设备之间传输的数据，其中，所述扩展码组包括至少一个 扩展码。

在该实施例中，在被允许使用所述至少一个载波信号组的通信设备子 集中，每个通信设备被分配一个扩展序列组。当在通信网络单元和通信设 备子集中的每个通信设备之间的数据传输占用同一信号空间(或频道资 源)时，利用扩展码组，一个通信设备的数据传输可以不同于另一通信设 备的数据传输。在这点上，利用分配给每个通信设备的扩展序列组，来扩 展所述通信网络单元和通信设备子集中的每个通信设备之间的数据传输。

在一实施例中，分配给通信设备子集中的每个通信设备的扩展序列组 不同于所有分配给通信设备子集中的其它通信设备的扩展序列组。

在一实施例中，分配给通信设备子集中的每个通信设备的扩展序列组 与所有分配给通信设备子集中的其它通信设备的扩展序列组正交或至少 基本正交。

在一实施例中，确定用于传输所述至少一个载波信号组中的至少一个 载波信号的通信信道的传输特性，并且根据通信信道的传输特性来选择分 配给通信设备子集中的每个通信设备的扩展序列的长度。

在一实施例中，所述至少一个载波信号组构成连续的频率范围。

在该实施例中，划分成至少一个载波信号组的多个载波信号可构成连 续的频率范围。划分成至少一个载波信号组的多个载波信号也可以不构成 连续的频率范围。在这种情况下，一些载波信号可构成小的连续频率范围 块，且所述至少一个载波信号组可包括一些小的连续频率范围块，其中每 个小的连续频率范围块与其它小的连续频率范围块隔开。

在一实施例中，所提供的方法还包括使用多址传输技术。在另一实施 例中，从由码分多址或正交频分多址构成的多址传输技术组中选择所述多 址传输技术。

在一实施例中，所提供的方法还包括将多个载波信号划分成至少一个 载波信号组。

在一实施例中，所提供的方法还包括将数据传输的数据符号设置成数 据符号块，并将该数据符号块乘以预变换矩阵。例如，该预变换矩阵可以 是但不限于Walsh Hadamard矩阵，傅立叶变换矩阵，或者作为傅立叶变 换矩阵和相位旋转对角矩阵的乘积的酉矩阵。

从本发明所提供的方法可以看出其具有以下优点。

首先，如所期望的，在本发明的实施例中易于实现“用户之间的正交 性”特征。因此，当使用本发明所提供的方法时，可以利用复杂度低的接 收器容易地减小用户之间的多址干扰(MAI)。

其次，本发明所提供的方法允许例如基于所测量的传输特性来动态调 整使用至少一个载波信号组的通信设备的数量，从而有可能基于通信信道 的情况来优化信道容量。

图1示出了根据本发明实施例的通信系统。

图2示出了说明根据本发明实施例的如何执行块扩展的框图。

图3示出了根据本发明实施例的在频域、时域及码域内的块扩展效果 的说明。

图4示出了根据本发明实施例的具有一种块扩展实现方式的上行路 径发射器的框图。

图5示出了根据本发明实施例的具有另一种块扩展实现方式的上行 路径发射器的框图。

图6示出了根据本发明实施例的具有一种块扩展实现方式的下行路 径发射器的框图。

图7示出了根据本发明实施例的具有另一种块扩展实现方式的下行 路径发射器的框图。

图8示出了根据本发明实施例的具有一种块扩展实现方式以及预变 换块的发射器的框图。

图9示出了根据本发明实施例的具有一种块扩展实现方式以及预变 换块的下行发射器的框图。

图10示出了根据本发明实施例的具有另一种块扩展实现方式以及预 变换块的下行发射器的框图。

图1示出了根据本发明实施例的通信系统100。

通信系统100包括通信系统小区101，该小区包括基站(BS)103以 及多个通信设备105。

在该图示中，基站(BS)103为通信网络单元。该图示还示出了简单 通信系统的示例，其中利用所提供的用于在通信网络单元和多个通信设备 之间传输数据的方法，进行基站(BS)103和多个通信设备105之间的数 据传输。

在随后的描述中，利用基于OFDMA的系统作为说明性示例，讨论 所提供的用于在通信网络单元和多个通信设备之间传输数据的方法。

图2示出了说明根据本发明实施例的如何执行块扩展的框图200。

所提供的用于在通信网络单元和多个通信设备之间传输数据的方法 中的一系列步骤实现了被称为块扩展的特征。如其名称所指示的，在块扩 展时，扩展过程以块级别来执行。例如，就OFDMA系统而言，块扩展 以OFDMA符号级别来执行。

如图2所示，块扩展由块扩展单元201执行。输入符号203被块扩展 单元201得到。在这种情况下，输入符号203被复制3次(总共4个符号)， 且输入符号203的每个复本与不同的扩展序列相乘。每个扩展序列从分配 给特定通信设备(或用户)的扩展序列组中得到，并且每个扩展序列组是 独特的。块扩展单元201输出经过块扩展的4个符号。

图3示出了根据本发明实施例的在频域、时域及码域内的块扩展效果 的说明。更详细地，图3示出了由块扩展单元(例如，图2的块扩展单元 201)处理之前的输入符号301以及由块扩展单元处理之后的输出符号 303。

输入符号301未被扩展，因此，仅能在频域和时域内表示。如果输入 符号301被扩展了，则它们还可以在码域内表示。因而，码域与输入符号 301不相关。

利用图2的块扩展单元201，每个输入符号301将导致4个经过块扩 展的符号的输出。由于总共有4个输入符号，因此将有16个全部经过块 扩展的输出符号。

另外，由于输入符号的4个复本中的每个复本都利用扩展码进行了扩 展(意味着使用4个扩展码)，因而，可以看出在输出符号303侧的码轴 上有4个级别。

从图2和3的图示中可以观察到有关块扩展的一些情况。

第一，从块扩展单元201的输入和输出可以看出，每个符号现在已经 被延展到4个符号时间。利用这种传输时间上的延展，有可能使总的传输 时间变成连续的，例如，如图3所示。

第二，还可以看出，有可能给每个通信设备(或用户)分配若干扩展 码，而不是在典型OFDMA系统中给每个通信设备(或用户)分配若干 时隙。

第三，可以看出，进行或未进行块扩展的数据传输率保持不变。

例如，在图3中，在一个符号时间内传输4个块扩展数据符号，或者 在4个符号时间内总共传输16个块扩展数据符号。然而，这16个块扩展 数据符号仅基于4个数据符号(如图2所示)来获得。因此，有效的数据 传输率仍然为每符号时间一个数据符号。

在OFDMA系统情况下，在一个符号时间内仅传输一个扩展数据符 号，或者在4个符号时间内总共也传输4个扩展数据符号。在这种情况下， 每个扩展数据符号基于一个数据符号来获得。这意味着有效的数据传输率 仅为每符号时间一个数据符号。因而，使用或不使用块扩展，数据传输率 没有变化。

第四，还可以看出，为了保持用于数据传输的总传输功率相同，进行 块扩展的数据传输的瞬时传输功率仅为没有进行块扩展时数据传输的瞬 时传输功率的1/4。

第五，可以看出，利用块扩展，有可能允许另一通信设备(或用户) 组使用同一频率信道资源。这是块扩展区别于传统OFDMA系统之处。 在传统OFDMA系统中，仅允许一个通信设备使用频道资源。在块扩展 情况下，允许多个通信设备使用同一频道资源。

在这方面，可以通过使用扩展码来区分用户的类CDMA技术也适用 于块扩展。在块扩展情况下，通过使用扩展码组来区分用户，每组扩展码 对每个用户唯一。

块扩展提供了“用户之间的正交性”特征。然而，在块扩展情况下，为 了在使用同一频道资源时维持“用户之间的正交性”共享，需要针对所有 通信设备(或用户)的信道响应在块扩展符号组的传输间隔内基本是静态 的。

因此，对于工作在慢衰落信道内的通信设备来说，扩展因子G可以很 大。否则，扩展因子G应保持很小，例如4，2或1。由于在一实施例中， 根据通信信道的当前特性(即慢衰落和快衰落)来设置扩展因子以及相应 的使用同一载波信号子集的通信设备的数量，因此根据本发明的这个实施 例的块扩展方案也被称为自适应块扩展。

在这方面，可以看出在极端情况下，当G＝1时，仅允许一个用户使 用频道资源。

关于在讨论图2和3时使用的术语频道资源，频道资源是指划分成至 少一个载波信号组的多个载波信号。在基于OFDMA的系统中，利用载 波信号组(有时也被称为子载波)来执行数据传输。

划分成至少一个载波信号组的多个载波信号可构成连续的频率范围 是有可能的。划分成至少一个载波信号组的多个载波信号不构成连续的频 率范围也是有可能的。在这种情况下，一些载波信号可构成小的连续频率 范围块，并且所述至少一个载波信号组可包括一些小的连续频率范围块， 其中每个小的连续频率范围块与其它小的连续频率范围块隔开。

图4示出了根据本发明实施例的具有一种块扩展实现方式的上行路 径发射器400的框图。

如在此所使用的，从通信设备的上行传输指的是从通信设备到通信网 络单元方向的传输。

例如，通信网络单元可以是传输和/或接收站，所述传输和/或接收站 通常被战略性地布设。在一实施例中，通信网络单元可以是基站。

与上行传输相反，到通信设备的下行传输指的是从通信网络单元到通 信设备方向的传输。

在图4所示的在OFDMA系统上实现块扩展的上行发射器400中， 来自通信设备k的调制符号首先被传递到串-并(S/P)转换器401，一次 生成Nk个符号输出，这些符号输出可被描述为：

${\bar{s}}_k=\left[\begin{array}{c}{s}_{k,1}\\ ·\\ ·\\ ·\\ s_{k,N_k}\end{array}\right]---\left(1\right)$

然后利用包括至少一个扩展码序列[ck，1...ck，G]的扩展码组对Nk个符 号进行块扩展(SPD块403)，扩展增益为G，生成如下的G个码片块：

同时，插入N-Nk个0(405)，重复G次(407)，以便生成G个零码 片块(null chip block)。在针对通信设备k的数据传输没有足够的数据来 填充所有的载波信号的情况下，需要0来填充剩余的载波信号。

用户k的第i个码片块(即矩阵Ck的第i列)与第i个零码片块一起 被传递给载波信号映射器409，载波信号映射器409的输出用于在OFDM 调制器411上构成第i个OFDM块。由于要构成G个OFDM块，因此有 G个OFDM调制器411。以此方式构成G个OFDM块的过程称为块扩展。

最后，码片块由并-串(P/S)转换器413处理，随后通过通信设备的 天线发射出去。

图5示出了根据本发明实施例的具有另一种块扩展实现方式的上行 路径发射器500的框图。

类似于图4所示的实现方式，来自通信设备k的调制符号首先被传递 给串-并(S/P)转换器501，一次生成NK个符号输出。同时，插入N-NK 个0(503)。

然而，在该实现方式中，NK个符号输出随后被传递给载波信号映射 器505。同样，所插入的N-NK个0首先被传递给串-并(S/P)转换器507， 串-并(S/P)转换器507的输出被传递给第二载波信号映射器(509)。

载波信号映射器(505和509)的输出随后由OFDM调制器511处理， OFDM调制器511的输出随后传递给具有处理增益G的块扩展块513， 生成G个码片块。使[ck，1...ck，G]作为用户k的扩展码，且${\bar{S}}_k=\left[\begin{array}{c}{S}_{k,1}\\ ·\\ ·\\ ·\\ S_{k,N}\end{array}\right]$ 作为 OFDM调制器511的输出。块扩展块513的第i个码片块输出由下式给出：

${\bar{S}}_k{c}_{k,i}=\left[\begin{array}{c}{S}_{k,i}{c}_{k,i}\\ ·\\ ·\\ ·\\ S_{k,N}{c}_{k,i}\end{array}\right]$

码片块随后由并-串(P/S)转换器515处理，然后通过通信设备的天 线发射出去。

可以看出，由于等式(3)对于i从1到G都成立，因此等式(3)与 等式(2)是相同的。因此，图4和5中的实现方式对所发射信号实现了 同样效果。

还可以看出，与图4所示的实现方式中的G个OFDM调制器相比， 在此实现方式中仅需要一个OFDM调制器。因此，这种实现方式可以大 大降低硬件的复杂度。

图6示出了根据本发明实施例的具有一种块扩展实现方式的下行路 径发射器600的框图。

图6的下行发射器用于块扩展OFDMA系统，该系统有k群通信设 备(或用户)，其中每群(即，使用同一载波信号组的每群通信设备)中 可以有多达M个通信设备。

如前所述，执行块扩展以便在每群通信设备内提供“用户之间的正交 性”。更具体地，群1中的每个通信设备(通信设备(或用户)1至通信 设备M1)的调制符号首先被传递给串-并(S/P)转换器601，一次生成 N1个符号输出。然后，利用唯一分配给每个通信设备的扩展码组(其中， 每个扩展码具有扩展增益G1)，(在SPD块603)扩展来自每个通信设备 的N1个符号，生成G1个码片块。

来自同一群内的所有通信设备的码片块随后在加法器块605相加，以 得到每个群的总计码片块。类似地，得到其它群的总计码片块。每个群的 总计码片块随后被传递给相应的载波信号映射器607，然后到OFDM调 制器609，最后到并-串(P/S)转换器611，并-串(P/S)转换器611的输 出随后通过通信网络单元天线发射出去。

针对每个群的扩展增益G依赖于针对该群内通信设备所测量的信道 响应的变化。在遇到快衰落的情况下，推荐应用较小的扩展增益。

图7示出了根据本发明实施例的具有另一种块扩展实现方式的下行 路径发射器700的框图。

类似于图6所示的实现方式，来自于通信设备(或用户)k的调制符 号首先被传递给串-并(S/P)转换器701，一次生成Nk个符号输出。

然而，在该实现方式中，这些符号随后被传递给载波信号映射器703。 同时，插入N-Nk个0(705)，传递给串-并(S/P)转换器707，串-并(S/P) 转换器707的输出被传递给第二载波信号映射器(709)。载波信号映射器 (703和709)的输出随后由OFDM调制器711处理，OFDM调制器711 的输出随后被传递给具有处理增益G的块扩展块713，生成G个码片块。

在图6和图7的比较中，可以看出在图6的实现方式中没有插入N-Nk 个0的插入，而在图7的替选实现方式中插入N-Nk个0，其原因如下。

在图6所示的实现方式中，来自同一群的每个通信设备(或用户)的 码片块相加，以形成总计码片块。类似地，得到其它群的总计码片块。来 自每个群的总计码片块随后被传递给相应的载波信号映射器607，随后到 OFDM调制器609。由于来自不同用户的所有数据符号都被传递给载波信 号映射器607，因此，在该实现方式中不需要插入N-Nk个0。

在图7所示的实现方式中，由于在载波信号映射器(703和709)之 后才进行块扩展，因此需要插入N-Nk个0以便在通过OFDM调制器711 之前拟合成总共N个载波信号。基本上，图6和图7所示的各个实现方 式之间的差别是由于在各个实现方式中功能块的排序方式的不同造成的。

针对所有通信设备重复以上处理。最后，所有用户的码片块相加 (715)，输出随后由并-串(P/S)转换器717处理，并且最后通过通信网 络单元天线发射出去。

图8示出了根据本发明实施例的具有一种块扩展实现方式以及预变 换块803的发射器800的框图。

在该简单的图式中，来自通信设备的映射符号首先由串-并(S/P)转 换块801转换成并行符号，并被馈送到预变换(PT)块803。经预变换的 符号随后被传递给OFDMA调制器805，然后，调制数据在被发射之前进 行块扩展(807)。

可以利用预变换矩阵来实施预变换(PT)块。在OFDMA调制之前 映射符号的预变换用于将每个数据符号扩展到多个(如果不是所有的)载 波信号。预变换能够实现根据所选择的预变换矩阵的各个性能增益。

在上行传输中，所使用的预变换矩阵的大小通常与分配给通信设备的 载波信号的数量相同。因此，在上行传输中使用的预变换矩阵的大小通常 小于快速傅立叶变换(FFT)矩阵的大小。

在下行传输中，预变换矩阵大小可以与较小的上行传输的预变换矩阵 一样小，或者与较大的FFT矩阵一样大(例如，如图9和10中所示)。

不同预变换矩阵的选择可导致性能增益的不同方面。例如，如果所选 择的预变换矩阵是Walsh Hadamard矩阵，则与未使用预变换的系统的峰 均功率比(PAPR)相比，利用预变换的系统的PAPR将被大大减小。

同样，如果所选择的预变换矩阵为傅立叶变换矩阵，则系统成为具有 频域实现方式的单载波FDMA系统。在这种情况下，与选择Walsh Hadamard矩阵作为预变换矩阵的情况相比，PAPR进一步减小。

如果预变换矩阵是作为傅立叶变换和相位旋转对角矩阵乘积的酉矩 阵，则在对应接收器处的错误符号事件将分布良好。这可以用来实现较佳 的误比特率性能。应注意，如果所选择的预变换矩阵为单位矩阵，则预变 换块扩展(PT-BS)OFDMA系统将被缩减成具有块扩展的OFDMA系统。

图9示出了根据本发明实施例的具有一种块扩展实现方式以及预变 换块903的下行发射器900的框图。

图9的标记项对应于图8的标记项。

在图9中，来自通信设备的映射符号首先由串-并(S/P)转换块901 转换成并行符号。之后，来自所有通信设备的并行映射符号被输入到预变 换块903中进行预变换。因此，在该实现方式中的预变换矩阵较大。

图10示出了根据本发明实施例的具有块扩展的另一实现方式以及预 变换块1003的下行发射器1000的框图。

图10的标记项对应于图8和9的标记项。

在图10中，来自通信设备的映射符号首先由串-并(S/P)转换块901 转换成并行符号。之后，来自每个通信设备的并行映射符号被输入到预变 换块1003中进行预变换。这意味着每个通信设备有其自己的预变换块 1003。因此，与图9的情况相比，图10的实现方式中的预变换矩阵可以 较小。

在该实现方式中，所有的预变换符号随后被输入到OFDMA调制器 1005中以构成OFDMA符号。

在所提供的用于在通信网络单元和多个通信设备之间传输数据的方 法的上下文中所描述的实施例对于设备也同样有效。

本申请要求美国临时申请60/757,283(2006年1月9日提交)的权益， 该美国临时申请的全部内容通过引用结合于此，用于所有用途。