在OFDM基多带宽无线系统中增加频谱效率的方法
阅读：1发布：2021-02-17
专利汇可以提供在OFDM基多带宽无线系统中增加频谱效率的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供用于操作多带宽OFDMA系统的方法，其中该方法由于在没有显著影响接收 滤波器 的下层的物理设计的情况中开窗口而获得了增强的带宽效率。该方法包括建立带宽，无线电资源在该带宽上传输 信号 ，该带宽由边带(505)和中心带(510)组成。窄带无线电资源(700)被分配给至少部分在边带(505)内的部分带宽。，下面是在OFDM基多带宽无线系统中增加频谱效率的方法专利的具体信息内容。
1.一种用于管理被配置成为使用不同带宽进行通信的多个移动单元提供无线连接的正交频分多址OFDMA无线通信系统的无线电资源的方法，所述方法包括：
当至少一个第一移动单元所使用的带宽近似等于边带的带宽时，将两个所述边带的至少一个边带中的无线电资源分配给所述至少一个第一移动单元；以及
当至少一个第二移动单元所使用的带宽大于所述边带的带宽时，将中心带中的无线电资源分配给所述至少一个第二移动单元，其中所述中心带由所述边带定界，并且所述中心带的带宽大于所述边带的带宽，以及
其中每个边带的带宽与所述至少一个第一移动单元所支持的最小带宽相匹配。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将无线电资源分配给所述至少一个第二移动单元包括：将所述至少一个第二移动单元调度到所述中心带内的至少一个频率上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述至少一个第二移动单元调度到所述中心带内的至少一个频率上包括：将所述中心带中的子帧或音调分配给所述至少一个第二移动单元。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将无线电资源分配给所述至少一个第一移动单元包括：将所述至少一个第一移动单元调度到所述边带内的至少一个频率上。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述至少一个第一移动单元调度到所述边带内的至少一个频率上包括：将所述边带中的子帧或音调分配给所述至少一个第一移动单元。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将无线电资源分配给所述至少一个第一移动单元和所述至少一个第二移动单元包括下述中的至少之一：将用户数据直接映射到子帧或音调；在执行逆快速傅立叶变换之前预编码所述用户数据并将用户数据映射到子帧或音调；
或者在将所述用户数据映射到子帧或音调之后，分别复用经逆快速傅立叶变换的用户数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述边带的带宽大约是1.25MHz，以及其中将所述两个边带的至少一个边带中的无线电资源分配给所述至少一个第一移动单元包括：当所述至少一个第一移动单元所使用的带宽大约是1.25MHz时，将无线电资源分配给所述第一移动单元。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述中心带的带宽大于或等于10MHz，以及其中将所述中心带中的无线电资源分配给所述至少一个第二移动单元包括：当所述至少一个第二移动单元所使用的带宽大于1.25MHz时，将无线电资源分配给所述第二移动单元。
在OFDM基多带宽无线系统中增加频谱效率的方法
技术领域
[0001] 本发明一般涉及电信，更特别地，涉及无线通信。
背景技术
[0002] 在无线通信领域，例如蜂窝电话通信中，如图1所示的典型的系统100包括分布在一个区域内以由系统提供服务的多个基站130(例如节点基站)。而后，在该地区的各种接入终端120(ATs，也被称为用户设备(UE)，移动装置，等等)可以接入该系统，进而通过一个或多个基站130接入其它互连的电信系统，例如公共交换式电话系统(PSTN)160和数据网络125。典型地，当AT120移动时，当移动通过一地区时，AT120可以通过与一个接一个的基站130通信来保持与系统100的通信。AT120可以与最近的基站130、具有最强信号的基站130、具有足够接受通信的容量的基站130等通信，基站130接着与无线电网络控制器(RNC)138通信，无线电网络控制器138与核心网络165通信。每个RNC138能够支持多个基站130。
[0003] 在采用通用移动电话系统(UMTS)的系统的长期演化中，已经提出将正交频分多址(OFDMA)用于上行链路和下行链路的多址接入方案。由于使用了离散傅立叶变换作为频域调制或多址接入控制的正交设置，OFDMA具有非常高的旁瓣。这些高的旁瓣基本减少了带外发射(OOBE)和乱真发射，这在LTE中是有好处的。
[0004] 尽管例如在TS25.104、基站(BS)无线电发射和接收(FDD)、3GPP中规定的发射功率成形滤波器、能够满足频谱发射要求，即R1-051203、用于OFDM下行链路的开窗口和频谱约束性、LTE方面的贡献，然而朗讯科技指出更好的替换方案是窗口函数。不是滤除所发射的信号，即在时域上执行卷积，窗口处理函数将所发射的信号与精心设计的时间序列相乘。每个OFDM符号，加上所附的循环前置(CP)，由成形序列以点对点的方式相乘(开窗口)。选择该成形功能从而使得它在开始和结束时具有短的过渡期，而在中间时保持不变。它以有效CP减小的微小代价换来了OOBE的减小。该过程如图2所示。
[0005] 窗口函数的好处不仅在于它的实施简单，还在于它具有满足带外发射要求的减小的保护带。该减小的保护带增加了频谱效率，特别是在较宽带宽的系统中。图3示出5MHz、10MHz和20MHz带宽的OFDMA系统，使用约3.6％的窗口函数来提供在UMTS中所要求的保护带的量。
[0006] 注意，在具有相同开窗口数量下，所要求的保护带不会随带宽的增加而增加。因此，在计算CP减小所导致的成本的基础上，由于5MHz、10MHz和20MHz的OFDM系统的频谱约束性所导致的支出大约为13.2％、8.4％和6.0％。这与单载波CDMA系统的25％的典型支出相比已经很好了。
[0007] 应当注意，开窗口对于宽带系统工作良好，但是对于较窄的带，例如1.25MHz带宽的系统，仅有开窗口是不够的。需要进一步的滤波以整形频谱。
[0008] 尽管这样的窗口函数允许更少的保护带并且因此增加了传输边上的频谱效率，但它对接收器的设计提出了挑战，主要在所要求的信道选择方面。信道选择是接收器从自身带中提取信号并拒绝邻近带上的信号的能力。由于在传输边上具有更少的保护带，不仅邻近带上的干扰功率更靠近接收器自己的带，而且附加地，接收器也必须扩展其滤波器通带以匹配从发射器来的扩大的信息带宽。因此，从接收器滤波器的方面考虑，不仅衰减要求增加了(尽管是适度增加)，而且所允许的传输带也显著变短了。这给接收器滤波器设计提出了显著的挑战，特别对于成本敏感的手机单元。
发明内容
[0009] 本发明是针对于上面所陈述的一个或多个问题的结果而提出的。为了提供本发明各方面的基本理解，下面给出本发明的简化的概要。该概要不是本发明的无遗漏的概述。它也不意图标识本发明的关键的或决定性要素或无意于描绘本发明的范围。它的唯一目的是以简化的形式提出一些概念作为在后面讨论的更详细的描述的引子。
[0011] 本发明可以参考以下描述并结合附图加以理解，其中相似的参考数字等同于相似的元件，并且其中：
[0013] 图2是具有循环前置和其波形的OFDM符号的程式化的图示；
[0014] 图3是用于5MHz、10MHz和20MHz的系统以满足UMTS带外发射规格要求的保护带的图示；
[0015] 图4是典型的CDMA系统的频谱的图示；
[0016] 图5是由AT的特定种类所使用的带宽的图示，其中该带宽被分成边带和中心带中；
[0017] 图6是由基站所使用以执行快速傅立叶变换(FFT)处理的可替换的方法的框图；
[0018] 图7是用于在边带中设置窄带AT位置并且依靠固有的更尖锐的接收滤波器以拒绝相邻带干扰的方法的图示；
[0019] 图8是示出现有系统所要求的基站接收段滤波器以包含整个带宽的图示；和[0020] 图9是示出本发明的一个实施例来基本减少基站接收段滤波器以包含少于整个带宽的带宽的图示。
[0021] 尽管本发明具有各种改进和替换形式，其具体的实施例已经通过图中例子的方式示出，并且在此详细的描述。然而应当理解，此处具体实施例的描述无意于将本发明限制为所公开的特定形式，而相反，本发明涵盖所有落于所附的权利要求所定义的本发明的精神和范围内的改进、等价物和替代物。
具体实施方式
[0022] 本发明的示意性实施例如下描述。为了清楚起见，在本说明书中并没有描述实际实施的所有特征。当然可以发现在任何这样的实际实施例的开发中，可以作出许多个关于实施的具体决定以达到开发者的具体目标，例如遵守系统相关的和商业相关的限制，该限制在每个实施中变化。另外，将发现这样的开发效果可能是复杂的并且是耗时的，但它对于掌握了本公开的优点的本领域的普通技术人员来说仍是常规的任务。
[0023] 本发明的一部分和对应的细节描述以软件或运算法则和在计算机存储器中对数据位的操作的符号表示来提出的。这些描述和表示使得本领域普通技术人员可以将他们工作的内容有效地表达给其他本领域普通技术人员。如通常使用的那样，这里使用的术语-运算法则是设计好的以产生预期结果的步骤的自相容序列。该步骤要求对物理量的物理操作。通常，尽管不是必要的，这些量具有能够被存储、转移、合并、比较和进行其它操作的光、电、磁信号。原则上由于惯用法的原因，把这些信号称为比特、数值、元素、符号、特征、术语、数字等已经证明有时是方便的。
[0024] 然而，需要牢记在心的是所有的这些和类似的术语是与合适的物理量相关联的，并且仅仅为了方便给这些量贴了标签。除非另有说明或在讨论中显而易见，诸如“处理”或“计算”或“运算”或“确定”或“显示”等术语均是指计算机系统或类似的电子计算装置的动作和处理，该计算机系统或类似的电子计算装置操作计算机系统的寄存器和存储器中代表物理量或电子量的数据并将其转换为计算机系统的存储器或寄存器或其它这样的信息存储、转移或显示装置中的类似代表物理量的其它数据。
[0025] 也应注意以软件形式所实施的本发明的各方面通常在一些形式的程序存储介质上编码或者在一些类型的传输介质上实施。该程序存储介质可以是磁的(例如，软盘或硬盘)或光的(例如，光盘只读存储器，或“CD ROM”)，并且可以是只读的或任意读写的。类似地，传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤或一些其它本技术领域所熟知的合适的传输介质。本发明不限于任何给定实施的这些方面。
[0026] 现在将参照附图描述本发明。仅为解释的目的，而不是为了掩盖本领域技术人员所熟知的本发明的细节，在图中示意性的描述各种结构、系统和装置。尽管如此，附图也被包括进来以描述并解释本发明的示意性的例子。此处所用的词和短语应当被理解并解释为具有和相关领域的那些技术人员所理解的那些词或短语相一致的意思。没有术语或短语的特殊定义，即，那些不同于本技术领域那些技术人员所理解的普通和通常的意思的定义打算用此处的术语或短语的一致用法所指代。如果术语或短语确实具有特殊意思，即不同于技术人员所理解的意思，那么这样的特殊定义将会以直接地且不含糊地提供该术语或短语的特殊定义的定义方式在说明书中阐述。
[0027] 一般地，下面所写的描述和相关的图片描述了操作多带宽OFDMA系统的方法的实施例，该方法由于在没有显著影响接收滤波器的下层的物理设计下开窗口而获得了增强的带宽效率。一般地，本发明可以应用在具有10MHz、20MHz或更高的带宽的OFDMA系统中。然而，为了示意目的，此处以具有大约20MHz带宽的OFDMA系统来描述本发明。无线系统100支持多个同时工作在整个带宽的AT120。这些AT120可以属于不同的分类，工作在潜在不同的带宽上。例如，高端类A AT120可以工作在宽带宽上，例如10MHz或20MHz上，而提供低的数据速率和声音的低成本的终端的类B AT120可以仅工作在窄带宽上，例如1.25MHz上。无线系统100凭借调度动态地将AT120放在不同的频率上。在此处所描述的本发明示意性实施例中，可以使用频分双工(FDD)系统，其中用于将AT120处的信息载送到基站130的上行链路(UL)与用于将基站130处的信息载送到AT120的下行链路(DL)成对。
[0028] 在下行链路中，基站130使用窗口函数(在时间内约3.6％)和用于20MHz系统的少量的保护带(在频率内约2.5％)。如上所述，这样的系统的带外发射(OOBE)提供在UMTS中所要求的保护带的量。
[0029] 如图5所示，带宽被分为两类：边带505和中心带510。应当理解，两个边带505位于带宽的两端。在本发明的实施例中，每个边带505具有匹配大致是最小的AT120所支持的带宽的带宽，例如，此处描述的示意性实施例中的1.25MHz带宽。尽管中心带510中的子频率(或音调)能够被分配给具有所有接入能力的AT 120，但是边带505中的子帧(或音调)只能被分配给那些具有最低接入能力的AT120(例如那些仅能工作在1.25MHz的AT120)。该部分如下所示：
[0030] 如图6所示，基站130使用合适的快速傅立叶变换(FFT)处理，例如，凭借(1)直接映射用户数据到每个音调600，(2)在IFFT之前预编码605或(3)分离IFFT多路复用610。有利地是，这样的多带多路复用的操作可以在基带数字域中没有或几乎没有附加成本地完成。
[0031] 在这样的方案下，基站130能够利用除了两个小的保护带(其仅占中带宽的约6％)之外的所有20MHz带宽。因此，基站130具有94％的频谱使用效率。
[0032] 该方案没有对接收滤波器施加更严格的技术要求。如图7所示，这是由于将窄带AT700放置在边带中，并且凭借固有的更尖锐的接收滤波器以拒绝来自邻近带的干扰的缘故。包括R/模拟元件的其它部分也未受影响。
[0033] 对于FDD系统，上行链路使用与具有固定频率分隔的下行链路成对的带，频率分隔例如在UMTS中是80MHz。通常，AT120通常基于固定的分隔被设计，例如，如果它的下行链路工作在频率f上，那么上行链路将需要工作在频率f+f_separation上。在本发明的实施例中，这样的基于固定DL/UL分隔的AT120给基站130接收器设计提出了很大的挑战。如图8所示，所要求的基站接收段滤波器800包含了整个带宽。这样严格的要求即便对于能够容忍相对高的成本和复杂性的基站130来说也是不被容许的。
[0034] 在本发明的可替换实施例中，对于系统100，通过带宽的多个定义的单元来动态地具有DL/UL频率分隔，例如对于1.25M的用户，它的UL频率＝DL频率+/-k*1.25M，这是很有用的。因此，用户能够以下述的方式被分配在上行链路中。
[0035] 这样的弹性DL/UL分隔要求可以对基站130中的收发器设计产生影响。图8示出固定的DL/UL分隔使得在基站130处的接收滤波器(800)具有相对尖锐过渡。另一方面，图9示出弹性的DL/UL分隔使得接收滤波器(900)具有相平滑的过渡。滤波器的过渡越尖锐，成本就越高，延迟就越长。
[0036] 本质上，在该提议的方案中，上行链路保持与典型的单载波系统相同的频谱利用效率。换句话说，频谱效率的增益是在下行链路上。这不是一个重要问题，因为可以想象下行链路在数据中心系统中将是主要链路。
[0037] 简言之，该方案相对于典型的单载波CDMA系统获得16％的增益(6％的开销对22％)，而没有或几乎没有附加成本。即便是具有可能更严格的滤波器要求，在LTE标准中所提出的OFDMA系统即便对于20MHz的情况仍具有一定的开销(14％)。该提议的方案在频谱使用效率方面具有显著的优势。
[0038] 那些本领域技术人员将发现在此处的各种实施例中的各种系统层、程序或模块可以是可执行的控制单元。该控制器可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、处理器卡(包括一个或多个微处理器或控制器)，或其它控制或计算装置。在讨论中所指的存储装置可以包括一个或多个机器可读的存储介质用于存储数据和指令。该存储介质包括不同形式的存储器，包括半导体存储装置，例如动态或静态的随机存取存储器(DRAM或SRAM)，可擦写可编程只读存储器(EPROM)，电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)和闪存；磁盘，例如固定磁盘、软盘、可移动磁盘；其它磁介质，包括磁带；和光学介质，例如光盘(CD)或数字视频盘(DVD)。构成各种系统中的各种软件层、程序模块的指令可以存储在各自的存储装置中。当由控制器执行时，该指令使得对应系统执行所编程的行动。
[0039] 上面公开的特定实施例仅是示意性的，正如本发明可以以不同的但对于本领域技术人员来说显然是等价的方式来加以改进和实行。另外，除了在下边的权利要求中所述，不意图限制此处所示的结构或设计的细节。因此，该方法、系统和其部分可以在不同的场合实施，例如无线单元、基站、基站控制器和/或手机转换中心。另外，实施和使用所述的系统所要求的处理电路可以在专用集成电路、软件驱动的处理电路、固件、可编程逻辑器件、硬件、上述组件的分离组件或组合中实施，正像掌握了本公开利益的本领域的普通技术人员将理解的。显然可以改变或改进上面公开的特定实施例，并且所有的这样的变化均考虑在本发明的范围和精神内。因此，此处所寻求的保护在下面的权利要求中阐述。
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