CN1981447A - 用于闭环传输的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
在无线通信***中,公开了一种用于闭环传输的方法和装置。根据本发明的优选实施例,动态地预留上行链路帧的时间-频率部分,作为用于上行链路信道探测的探测区。在下行链路帧中将第一消息发射到第一用户站,该第一消息指配了探测区中的时间-频率资源,和探测波形。而且,在指配的时间-频率资源中自用户站接收信号,从所接收的探测信号确定部分信道响应,并且基于该至少部分信道响应,定制针对该用户站的后继传输。
Description
技术领域
本发明通常涉及通信***,特别地,涉及一种用于闭环传输的方法和装置。
发明背景
在移动宽带蜂窝通信***中,存在若干物理层技术,其需要向发射机提供发射机和接收机之间的信道响应的知识。利用发射机和接收机之间的信道响应的传输技术被称为闭环传输技术。闭环传输的一个示例是发射机处的闭环发射天线阵列的使用。闭环发射天线阵列是多个发射天线的阵列,其中馈送到每个天线的信号以适当的方式加权,以便于根据某些预先定义的优化策略控制所发射信号能量的特性。通常,闭环发射天线阵列基于每个发射天线和每个接收天线之间的空间-频率信道响应的知识,对所发射的天线信号进行加权,并且尝试优化由接收设备处理的接收信号的特性。对于单一天线的发射机,发射机可以使用信道知识使信道预均衡,以便于减少甚而消除对接收机处的复接收均衡的需要。在发射机处具有信道响应的知识还可用于选择最佳的调制和编码速率,用于在向接收机发射数据时使用。
通常,存在两种用于向发射机提供每个发射天线和每个接收天线之间的信道知识的方法。此处的讨论集中于蜂窝***的下行链路,其中基站(BS)是发射机,并且用户站(SS)是接收机。
第一种方法基于来自SS的反馈消息,其中SS测量BS天线和SS天线之间的信道响应,并且将反馈消息发射回BS,所述反馈消息包含使BS能够重建下行链路信道响应和执行闭环传输的足够信息。例如,SS可以反馈下行链路信道估计的量化版本。
第二种方法基于TDD***中的RF信道响应的互易性。在静态(即,零速度)TDD***中,RF传播信道是互易的,这意味着给定时间-频率点处的下行链路RF信道矩阵(其中矩阵指每个发射和接收天线之间的信道增益)简单地是相同的时间-频率点处的上行链路RF信道矩阵的矩阵转置。因此在TDD***中,如果数据传输包括导频信号,则有时可自上行链路数据传输得到下行链路信道响应。然而,在现代的数字通信***中,业务(诸如web浏览)通常是非对称的,意味着可能不存在同每个下行链路传输相关联的上行链路传输。或者,在宽带***中,典型的上行链路数据传输可以具有比典型的下行链路数据传输小的带宽。这些问题可能使基于互易性的***中的闭环传输的性能严重劣化。因此,需要一种能够克服这些限制的闭环传输方法和相关联的信令方法。
附图说明
图1是通信***的框图。
图2是将单一数据流传递到具有一个或多个接收天线的接收设备的闭环发射天线阵列的框图。
图3是将多个数据流传递到具有一个或多个接收天线的接收设备的闭环发射天线阵列的框图。
图4是使用闭环发射天线阵列的导向于频域的宽带发射***的框图。
图5是时分双工(TDD)帧的时序图,其中时间被分为下行链路(DL)部分或帧和上行链路(UL)部分或帧,并且下行链路和上行链路帧可以占用相同的频率带宽。
图6是上行链路帧的集成的示图,其示出了上行链路帧的时间-频率部分如何被预留为探测区的不同示例。
图7是示出了从一个上行链路帧到另一上行链路帧,探测区如何动态变化的示例的示图。
图8是示出了非耦合探测方法的TDD帧的示图,其中基站(BS)在DL帧中向用户站(SS)发射消息,指令SS在上行链路探测区中发射探测信号。
图9是示出了跟随有下一下行链路帧中的闭环传输的非耦合探测方法的示图。
图10是示出了下行链路中的非耦合探测方法的操作的流程图。
图11是示出了上行链路中的非耦合探测方法的操作的流程图。
图12是示出了耦合探测方法的时序图,其中同时向用户站(SS)给出下行链路数据分配,其包括在上行链路探测区中发射探测信号的命令。
图13是示出了跟随有闭环传输的耦合探测方法的时序图。
图14是示出了下行链路中的非耦合探测方法的操作的流程图。
图15是示出了上行链路中的非耦合探测方法的操作的流程图。
图16是说明了实现相同的时间-频率资源中的探测信号可分离性的两种方法的时间-频率图。
图17示出了用于提供闭环传输的装置。
图18示出了用于执行信道探测的装置。
发明内容
本发明的一个方面包括一种信令方法,用于向发射设备提供每个发射天线和每个接收天线之间的信道响应的知识,以通过假设的天线阵列校准,经由上行链路信道探测,实现闭环单流和多流发射阵列处理。若干其他的应用方案也是可行的,例如:用于单一发射天线***的预均衡;和确定最佳调制和编码方案,用于在向接收设备发射时使用。为了简化,从以下视点提出了本发明:即向基站(BS)提供所需用于在向用户站(SS)发射时设置闭环天线阵列***中的发射权重的信道知识。应当认识到,本发明应用于这样的情形,即其中BS和SS的作用同此处描述的作用相反。例如,本发明可以应用于这样的情形,其中向SS提供信道知识,以实现从SS到BS的闭环传输。因此,尽管本描述将主要集中于BS执行针对SS的闭环传输的情况,但是术语“源通信单元”将指可以执行针对“目标通信单元”的闭环传输的通信单元(例如,BS、SS或其他的收发信机)。
而且,在本申请中可互换地使用了某些术语:术语“信道响应”。“频率选择性信道简档”、“空间-频率信道响应”,它们均指基站需要的信道响应信息,以便于利用闭环传输技术。还可互换地使用了术语“波形”和“信号”。接收设备可以是基站(BS)、用户站(SS)或其任何组合。而且,发射设备可以是BS、SS或其任何组合。此外,如果***具有转发器、中继器或者其他的相似的设备,则接收设备或发射设备可以是转发器、中继器或者其他的相似的设备。如果BS执行针对转发器/中继器的闭环传输,则转发器和中继器可被视为等同于SS。如果中继器执行针对SS的闭环传输,则转发器和中继器可被视为等同于BS。术语“快速傅立叶变换(FFT)”和“快速傅立叶逆变换(IFFT)”分别指离散傅立叶变换(或相似变换)和离散傅立叶逆变换(或相似变换)。
本发明的一个方面是上行链路上的探测区的动态预留。探测区是上行链路的专用区域,SS可以针对所述区域发射专用的探测波形,所述探测波形使基站能够测量上行链路信道响应,还被称为频率选择性信道简档。通过本领域中已知的硬件校准技术,BS可从所测量的上行链路频率选择性信道简档,确定下行链路信道响应(或者频率选择性信道简档)。应当注意,在某些情况中,SS可以仅在上行链路信道带宽的子集上发射(例如,对于相同的总发射功率,通过增加发射信号的功率谱密度,克服噪声),因此BS可能仅能够确定和使用关于该SS的部分信道响应。
本发明的一个方面是用于确定探测区的存在和特性的可选信令。BS可以通过在上行链路控制信道中发射信息元素(IE)(例如IEEE802.16标准中的UL-MAP),发信号通知探测区的存在。该IE可以指出起始时间(通常是进入UL的波特数目)和持续时间(通常以OFDM的波特数目进行测量)。如果探测波特将不占用完全的上行链路带宽,则IE将包含指定了探测区的频率占用的信息。应当注意,不需要用于指定探测区的信令-相反地,其有助于减少针对特定的SS进行的实际探测指配中的开销。
本发明的一个方面是一种用于指定将由SS使用的上行链路探测传输特性(即,时间-频率探测资源和确切的探测信号)的信令方法。
本发明的一个方面是一种用于指配多个探测波形的方法,该探测波形由不同的SS(或者由相同的SS上的不同天线)在相同的时间-频率资源中发射,但是由于波形的属性,它们可由BS分离。这实现了多个发射天线的同时探测。
本发明的一个方面是一种用于指配SS的方法,用于在上行链路帧中的特定的时间-频率资源中发射探测信号。
本发明的一个方面是一种信令方法,其将下行链路分配给针对SS的数据传输,并且同时指配SS在UL帧中的特定时间-频率资源中发射探测信号。
在本申请的后面章节中描述了本发明的另外的方面。本发明具有许多优点:该信令方法提供了高度的灵活性和信令效率。该方法实现了针对多个SS的UL探测资源的动态分配,并且处理了这样的情况,其中SS具有单一或多个发射天线。该方法还提供了用于使BS能够使得探测波形分离的多种技术,其使得多个SS天线(不论该天线全部位于一个设备上或是位于多个SS上)能够在相同的时间-频率探测资源上探测UL。该信令方法还同确定UL信道响应的其他方法互补。例如,如果BS能够从SS在UL上发射的数据确定UL信道响应,则可以使探测操作停用(或关闭)。作为用于提供多个可分离探测波形的方法的一部分,该信令方法提供了用于在频率上抽选探测传输的手段,以便于增加每个子载波的发射功率,从而更好地支持在低SNR环境中操作的SS。而且,用于探测传输的波形被设计为具有低的峰均功率比,并且借助于其互相关特性而具有抑制其他小区的干扰的能力。最后,由所提出的信令方法提供的探测波形被设计为实现BS处的有效信道估计,由此可以跟踪信道响应中的时间变动。
具体实施方式
现在转到附图,其中相似的参考数字表示相似的部件,图1是通信***100的框图。通信***100包括:多个小区105(仅示出一个),每个小区具有基站(BS,或基站)104,其同多个用户站(SS)101~103通信。如果在下行链路上执行针对SS 101的闭环传输,则BS 104可被称为源通信单元,而SS 101可被称为目标通信单元。如果在上行链路上执行从SS 101到BS 104的闭环传输,则SS 101可被称为源通信单元,而BS 104可被称为目标通信单元。在本发明的优选实施例中,通信***100利用正交频分多路复用(OFDM)或包括自适应调制和编码(AMC)的基于多载波的体系结构。该体系结构还可以包括:使用诸如多载波CDMA(MC-CDMA)、多载波直接序列CDMA(MC-DS-CDMA)、具有一维或两维扩频的正交频分和码分多路复用(OFCDM)这样的扩频技术,或者可以基于较简单的时分和/或频分多路复用/多址技术,或者这些多种技术的组合。然而,在可替换的实施例中,通信***100可以利用其他的蜂窝通信***协议,诸如,但不限于,TDMA或直接序列CDMA。
图2是闭环发射天线阵列的框图,所述闭环发射天线阵列作为向作为具有一个或多个接收天线的目标通信单元一部分的接收设备传递单一数据流的源单元的一部分。在将输入流204馈送到多个发射天线201之前,使用乘法器203使其同发射权重205相乘。使输入流204同发射权重205相乘,其中发射权重基于至少部分信道响应,是定制传输的空间特性的一个示例。用于从信道响应确定发射权重的方法在本领域中是已知的。从多个发射天线201发射的信号通过矩阵信道108传播,并且由多个接收天线202接收。使用乘法器203使在多个接收天线202上接收的信号同接收权重206相乘,并且由求和设备209求和,以产生输出码元流207。在其中发射机仅具有一个天线的实施例中,不能定制发射信号的空间特性;然而,可以基于至少部分信道响应,诸如每个子载波的复增益(例如,在预均衡应用中),或者在发射信号的子载波上使用的调制和编码,定制发射信号的其他特性。
图3是闭环发射天线阵列的框图,所述闭环发射天线阵列作为向作为具有一个或多个接收天线的目标通信单元(例如MIMO***)一部分的接收设备传递多个数据流的源单元的一部分。在将多个输入流304馈送到多个发射天线301之前,使用乘法器303使其同发射权重305相乘。从多个发射天线301发射的信号通过矩阵信道308传播,并且由多个接收天线302接收。使用乘法器303使在多个接收天线302上接收的信号同接收权重306相乘,并且由求和设备309求和,以产生输出多个码元流307。使输入流304同发射权重305相乘,其中发射权重基于至少部分信道响应,是定制传输的空间特性的另一示例。产生输出码元流307的其他的实施例也是可行的,诸如可以使用或不使用接收权重306和乘法器303的最大可能性检测或连续消除。
图4是导向于频域的发射***的框图,诸如正交频分多路复用(OFDM)或循环前缀单载波(CP单载波),其中在传输之前,在频域中执行图2和图3的传输技术。在CP单载波***中,首先通过一个或多个FFT 402使一个或多个数据流401转到频域,并且通过频域加权装置403对该频域数据流加权。在OFDM中,直接将一个或多个数据流401发送到频域加权装置403,而不使用FFT 402。频域加权装置403针对每个子载波或频域中的频率槽(frequency bin),实现了图2和图3的发射部分中示出的加权功能。因此,可在空间上或者频率上,或者此两者上,利用该类型的***,定制发射信号。然后,通过IFFT 404使频域加权装置403的输出转回到时域。添加循环前缀405,如本领域中已知的。然后,在将所发射的信号发送到发射天线407之前,执行发射滤波406。
指定探测区的存在和特性
本发明的一个方面是时分双工(TDD)帧的上行链路(UL)中的探测区的动态预留。图5示出了TDD***的一个帧501的时序图,其通常由两个部分组成:下行链路(DL)帧或间隔502和上行链路帧或间隔503。DL和UL均占用相同的频带,并且在时间上交替。在具有基站(BS)的通信***中,DL用于由用户站(SS)进行的传输,并且UL用于由用户站(SS)进行的传输。TDD帧通常由跟随有一个UL帧的一个DL帧组成,尽管变化方案也是可行的。DL帧和UL帧的相对长度可以根据预期的DL业务和UL业务的相对水平进行调节。
探测区是上行链路TDD帧的专用的时间-频率部分,其被动态预留,用于由SS传输专用的探测波形,以使BS能够测量至少部分的上行链路频率选择性信道简档或信道响应。为了发信号通知探测区的存在和特性,BS可以在控制信道(优选的是UL控制信道,例如,其在IEEE 802.16中被称为UL-MAP)中发射专用的信息元素(IE)。为了进行解释,该IE将被称为Sounding_Zone_Presence_IE()(探测区存在信息元素),其包含确切指定探测区在时间和频率上位于什么位置的信息。应当注意,不需要用于指定探测区的信令;然而,其可以减少通过广播某些对于全部SS均有用的信息而进行的针对特定的SS的实际探测指配中的开销。
所分配的探测区可以位于上行链路帧中的任何时间-频率部分中。及早将探测区置于UL帧中,为基站增加了用于处理所接收的探测波形的可利用时间。晚期将探测区置于UL帧中,通过提供较新的信道信息(同后面的TDD帧相关),实现了对信道时间变化的较好的跟踪。
图6示出了将探测区602安置在UL帧503中的位置的若干示例。可以在上行链路帧503的任何时间-频率部分中动态预留探测区。及早将探测区置于UL帧中,为基站增加了用于处理所接收的探测波形的可利用时间。晚期将探测区置于UL帧中,通过提供较新的信道信息,实现了对信道时间变化的较好的跟踪。应当注意,通过不发射Sounding_Zone_Presence_IE(),可以简单地从帧的UL部分中略去该探测区。可替换地,Sounding_Zone_Presence_IE()中的信息可连同这样的指征一起发射,即所述指征指出某数目的随后帧将带有具有同该IE中指定的特性相同的特性的探测区。这将消除对在每个帧的控制信道中发射Sounding_Zone_Presence_IE()的需要。
可以基于逐个帧动态预留探测区602,如图7所示。图7示出了多个连续的TDD帧501,每个帧由下行链路帧502和上行链路帧503组成。在图7中,探测区602被示出为在某些而非全部的上行链路帧中调度。而且,在图7中,某些上行链路帧被示出为具有分配给探测区的不同的时间-频率资源。通过基于逐个帧更新和发射Sounding_Zone_Presence_IE(),可以将当前的探测区分配发信号通知给SS。通过实现探测区的动态预留,BS能够有效地适应不同的情形。其某些示例如下。在一个示例中,基于需要在预留有探测区的帧中进行探测的SS的预期数目,选择探测区的大小。影响其的一个方面在于,任何时间间隔上的活动的SS的数目可能变动,因此可以据此动态地调节探测区的大小。而且,还可能存在由BS进行的闭环和开环传输的混合,因此可能需要据此改变探测区的大小。为了适应该情况和其他的情形,同时使探测区的开销最小,可以按照从当前帧到下一帧而改变探测区的大小。
在关于如IEEE 802.16的***的优选实施例中,如下构建探测区。使用IEEE 802.16d空中接口标准的OFDMA模式的信令参数提供详细的示例,但是本发明不限于该特定示例。
IEEE 802.16d的OFDMA模式中的频带被分为192个频率槽,其中每个频率槽包含9个OFDM子载波。对于802.16的示例:
为了构建探测区的频率部分,将频带分为32个探测频率块,其中每个块包含192/32=6个频率槽。这意味着每个探测频率块包含54个OFDM子载波。
根据将使用闭环传输的业务的水平,向探测区分配某数目的OFDMA码元间隔(还被称为波特或OFDM码元周期),其可以动态变化。
为了简化,在UL帧的起始或UL帧的末尾处预留探测区。可替换地,可以显式地指出在UL帧中的确切位置,但是这需要Sounding_Zone_Presence_IE()中的额外的信令比特。
根据上文的优选的构建方针,探测区由以某数目探测波特计的32个探测频率块的二维栅格组成,所述探测波特可以根据将使用闭环传输的DL业务的水平而动态地进行调节。
在关于如802.16这样的***的优选实施例中,Sounding_Zone_Presence_IE()消息包含下列信息:
-指出该IE是Sounding_Zone_Presence_IE()的控制码
-码元间隔数目中的探测区长度(3比特)
-探测区的位置(1比特)。如果其被设置为1,则探测区被置于UL帧的末尾。如果其被设置为0,则探测区被置于UL帧的起始。
应当注意,通过指定探测区的起始码元间隔而非使用简单的1比特位置字段,可以将探测区任意地安置在UL帧中的任何码元位置。(该方法将需要多于一个比特)。在可替换的实施例中,如果数据传输和探测传输被构造为它们不会显著地相互彼此干扰,则除了信道探测传输以外,探测区还可以允许某些数据传输发生在探测区中。该实施例可用于使用多载波CDMA形式的***中,其中为占用相同的时间-频率资源的探测传输和数据传输指配不同的且优选地是正交的扩频码。
一旦确定了探测区的特性,存在两种基本的信令方法,用于在用于在探测区中分配时间-频率资源,以使SS将探测波形发射到BS。第一种方法是,使BS生成和发射消息,其可以在DL的控制信道(优选地在UL控制信道中,在IEEE 802.16d***中还被称为UL-MAP)中发射,其指配了在UL上进行探测时由SS使用的时间-频率资源和探测波形(或探测信号)。该探测波形优选地由可分离性模式、可分离性参数和探测序列索引的组合指定,其优选地包括在该消息中。其他的信息,诸如SS利用其他手段已知的BS识别号码,也可以连同由SS接收的消息一同使用,以确定将由SS使用的确切探测波形。
第二种方法是,在DL控制信道中的下行链路数据分配上捎带探测指令。第一种方法被称为“非耦合探测”,而第二种方法被称为“耦合探测”。在下面的章节中描述这两种方法。
在可替换的实施例中,用于预留用于信道探测目的的一部分UL的显式消息(诸如UL_Sounding_Zone_Presence_IE()(上行链路探测区存在信息元素))未被使用,并且由基站执行用于探测目的的UL时间-频率资源的预留,而不通知SS。在该实施例中,BS简单地生成和发射这样的消息,即所述消息为SS指配在UL上进行探测时由SS使用的时间-频率资源和探测波形(或探测信号),其中该探测波形优选地由优选地包括在该消息中的可分离性模式、可分离性参数和探测序列索引的组合指定。
非耦合方法
在第一种方法中,BS预留UL帧的时间-频率部分作为用于UL信道探测的探测区,生成消息并在DL帧中将消息发射到SS。该消息指配或指定了探测区中的时间-频率资源,和探测波形。该探测波形优选地由消息中的可分离性模式、可分离性参数和探测序列索引的组合指配。
使用该方法用于如802.16的***的一个示例是,优选地在控制信道中(并且优选地是在UL控制部分中)定义信息元素(IE)或者消息,其包含指配在UL探测区中应使用的时间-频率资源和在该时间-频率资源中应使用的探测波形的信息。该信息元素向SS告知时间-频率资源和在探测区中进行探测所使用的信号,该信息元素被称为UL_Uncoupled_Sounding_IE()(上行链路非耦合探测信息元素)。在DL帧中接收到来自BS的寻址至SS的UL_Uncoupled_Sounding_IE()之后,SS确定将使用的探测信号,并且在UL帧中的所指配的时间-频率资源中发射该探测信号。如何指定探测信号/波形的特性的详细内容将在以下阐述。
图8包含时间-频率示图,其示出了用于如802.16的***的非耦合探测方法。在该图中,其中,在DL 502中发射的控制信息803包含:UL_Uncoupled_Sounding_IE(),其基本上是所生成并被发射到第一用户站(SS#1)的非耦合探测指配消息808。寻址至SS#1的该非耦合探测指配消息808,通过指配探测区中的时间-频率资源和探测波形,向SS告知在帧的UL部分503中发射上行链路探测传输804。如图8所示,应当注意,控制信息803还可以包含关于SS#1的数据分配,其简单地是预留DL 502的一部分805用于针对SS#1的数据传输的消息。在图8中,数据分配消息和后继的针对SS#1的数据传输、与帧的UL部分中的用于发射探测的命令无关,或者与其是“非耦合”的。换言之,非耦合探测指配消息808(或者UL_Uncoupled_Sounding_IE())独立于信息803中的数据分配消息810。下面的章节描述了一种可替换的实施例,其中关于DL的数据指配和上行链路探测指配耦合在一起,并且在在控制信道中在一个信息元素中发射。
图9包含时间-频率示图,其示出了非耦合探测指配消息808如何在DL 502上实现闭环传输策略。首先,基站在第一帧的DL部分502中的UL控制信道(控制信息803)中发射非耦合探测指配消息808(或者UL_Uncoupled_Sounding_IE())。该消息为SS指配了探测区中的时间-频率资源和探测波形。然后SS根据第一帧的DL部分502中的UL_Uncoupled_Sounding_IE()中提供的指令(基于所指配的时间-频率资源和所指配的探测波形),发射上行链路探测信号804。基站接收探测信号804,以估计或确定至少部分UL信道响应,并且将估计的上行链路信道响应部分变换为下行链路信道响应。然后基于该至少部分信道响应,使用该下行链路信道响应定制针对SS的后继传输的特性,以提供在同由上行链路探测波形804所占用的频带部分一致的频带部分上的闭环传输904。换言之,基于在紧挨在前的帧的UL 503中自SS接收的探测波形804,执行闭环数据传输904。在可替换的实施例中,从探测波形804了解到的信息可用于任何后继帧处执行的闭环数据传输,不必仅用于图9所示的在紧跟在后的帧处执行的该闭环数据传输。关于该情形的一个示例是信道缓慢变动的时候。在该情况中,可以基于从任何数目的先前发射的探测波形所了解到的信息,执行闭环传输,该闭环传输将不仅限于同图9所示的紧挨在前的帧的UL 503中接收的上行链路探测波形804所占用的频带部分一致的频带部分。反之,图9仅示出了关于需要最即时的信道知识的高移动性情况的时序图。定制针对SS的特性以提供闭环传输的示例包括,但不限于:计算并应用关于每个发射天线的复发射权重(空间发射权重),计算并应用关于每个天线的每个用户的复发射权重(空间-频率发射权重),选择适当的调制/编码方案(自适应调制和编码),以及计算并应用针对每个用户的复发射权重以补偿频率选择性衰落(预均衡)。用于从给定的信道响应计算这些类型的发射权重的技术在本领域中是可获得的。
图10是示出了下行链路中的非耦合探测方法的操作的流程图。该过程开始于步骤1001,其中动态预留上行链路帧的时间-频率部分,作为用于UL信道探测的探测区。流程前进至步骤1002,其中生成消息并且在下行链路帧中向SS发射消息,所述消息向SS指配了探测区中的时间频率资源和探测波形,以便于由SS用来探测上行链路信道。对于OFDM***,时间-频率资源是子载波的集合和OFDM码元周期或波特的集合。应当注意,该集合中的子载波不需要是邻接的(例如,参看图6的602),并且码元周期不需要是邻接的。
图11是示出了上行链路中的非耦合探测方法的操作的流程图。该过程开始于步骤1101,其中BS在探测区中的所指配时间-频率资源中接收来自SS的探测信号。流程前进至步骤1102,其中BS从所接收的探测信号(或波形)确定至少部分信道响应(例如,关于部分频带的信道响应信息)。最后,在步骤1103中,基站基于该至少部分信道响应定制针对SS的后继发射的特性(例如,功率、调制和编码水平、发射天线权重、空间特性等),以提供针对SS的闭环传输。
耦合探测方法
用于在UL中告知SS发射探测波形的第二实施例是在控制信道(优选地是DL控制信道,或者IEEE 802.16d的术语中的DL-MAP)中的DL数据分配消息上捎带探测命令。其策略是,使基站在控制信道上发射一个IE或控制消息,(被称为DL_Coupled_Sounding_Allocation_IE()(下行链路耦合探测分配信息元素),其包含两个部分:第一部分预留一部分DL帧,用于针对特定的SS的数据传输。第二部分提供探测指令的缩简集合,其将告知SS在该帧的UL部分中发射探测。为了减少所需用于指定探测波形特性的信令量,DL_Coupled_Sounding_Allocation_IE()中未显式地包括探测波形的频率特性,而是通过IE的第一部分中包含的DL数据分配的频率特性,由SS隐式地得到探测波形的频率特性。该方法具有减少对发信号通知探测波形的频率特性的需要的优点。当BS了解下一TDD帧中的DL将包含具有与当前帧中的DL数据分配相同的频率特性的DL数据分配时,该方法具有优点。在该情况中,BS可以通过发射DL_Coupled_Sounding_Allocation_IE(),并且根据DL中的DL数据分配的频率特性推断所请求的探测波形的频率特性,节约了某些信令信息。
图12包含时序图,其示出了耦合探测方法如何操作。相比于图8,控制信息803(控制信道)中的单一下行链路分配控制消息1215或信息元素(IE)同时指配关于SS#1的DL数据分配1205,并且包含SS所需用于在与下行链路数据分配1205所占用的带部分相同的带部分上发射探测波形1206的信息。由BS使用由SS发射的探测1206,以实现下一帧而非当前帧的DL中的闭环DL数据传输。
这样,如图13所示,第一TDD帧的UL部分503中的探测传输跟随有下一TDD帧的DL中的DL闭环数据传输904。控制信息803(控制信道)中的单一下行链路分配控制消息1215或信息元素(IE)同时指配关于SS#1的DL数据分配1205,并且包含SS所需用于在与下行链路数据分配1205所占用的带部分相同的带部分上发射探测波形1206的信息。由BS使用由SS发射的探测1206,以实现下一帧而非当前帧的DL中的闭环DL数据传输904。在可替换的实施例中,从探测波形1206了解到的信息可用于在任何后继帧处执行的闭环数据传输,不必仅用于图13所示的紧跟在后的帧处执行的闭环数据传输。关于该情形的一个示例是信道缓慢变动的时候。在该情况中,可以基于从任何数目的先前发射的探测波形了解到的信息,执行闭环传输,该闭环传输将不仅限于同图13所示的紧挨在前的帧的UL 503中接收的上行链路探测波形1206所占用的频带部分一致的频带部分。反之,图13仅示出了关于需要最即时的信道知识的高移动性情况的时序图。
图14是示出了下行链路中的耦合探测方法的操作的流程图。该过程开始于步骤1401,其中动态预留上行链路帧的时间-频率部分,作为用于UL信道探测的探测区。流程前进至步骤1402,其中生成消息并且在下行链路帧中向SS发射消息,并且所述消息指配了DL数据的DL帧中的时间-频率资源以使SS接收DL,并且还向SS指配了探测区中的时间频率资源和探测波形,以便于由SS用来探测上行链路信道。在步骤1402中,基于指配给SS用于接收DL数据的时间频率资源,隐式地指配探测区中的频率资源。
图15是示出了上行链路中的非耦合探测方法的操作的流程图。该过程开始于步骤1501,其中BS在探测区中的指配的时间-频率资源中接收来自SS的探测信号。流程前进至步骤1502,其中BS从接收的探测信号(或波形)确定至少部分信道响应(例如,关于部分频带的信道响应信息)。最后,在步骤1503中,基站基于该至少部分信道响应定制针对SS的后继发射的特性(例如,功率、调制和编码水平、发射天线权重、空间特性等),以提供针对SS的闭环传输。
指定探测波形
如前面描述的,在优选实施例中,探测区由以某数目探测波特计的32个探测频率块的时间-频率栅格组成,所述探测波特可以根据将使用闭环传输的DL业务的水平而动态调节。本章节描述了如何向SS分配UL探测区中的时间-频率资源,和如何告知SS发射哪个波形。
在优选实施例中,向将在UL上发射探测信息的SS给予探测分配或指配,该探测分配或指配指定了SS将用于发射探测波形的探测区中的时间-频率资源。在优选实施例中,给予SS的时间-频率资源,由跨越探测区中一个OFDM波特间隔中的频率的探测频率块的邻接的集合组成。其他的实施例,诸如分配非邻接的频率块或者多于一个探测波特,也在本发明的范围内。关键点在于,由探测指配来指定时间-频率资源。
除了用于探测的时间-频率资源以外,SS必需了解在指配的时间-频率资源中将使用什么样的特定发射信号或波形。在优选实施例中,这是通过指定探测波形的若干参数实现的,该参数其包括:
-序列索引。其指定了SS在该时间-频率资源中将使用的特定的序列。如本领域中已知的,由于广义Chirp-Like(Generalized Chirp-like,GCL)序列的低的互相关属性,使该序列基于所述广义Chirp-Like(Generalized Chirp-like,GCL)序列是优先的。然而,也可以使用除了GCL序列以外的序列。有利的是,针对多个共信道基站使用不同的GCL序列的集合,由此低的互相关属性能够抑制自其他的共信道小区发射的其他的GCL序列。在优选实施例中,按如下方式指定用于探测的GCL序列。首先,SS将从BS指令SS探测的邻接的探测频率块的集合(探测带)、以及可分离性类型(或模式)和可分离性参数(将在后文中定义)(它们全部均在接收自BS的消息UL_Uncoupled_Sounding_IE()中定义),计算频域探测序列LS的长度,其等于所占用的子载波的数目。然后SS确定大于LS的最小质数NG。这样,结果探测序列为:
其中k是序列元素索引,而u被称为“序列类索引”,从所指配的序列索引和BS的Cell ID,如下计算u:
v1=1+Cell ID的最低3个比特的十进制值
v2=1+序列索引的十进制值
u=((v1)(v2)-1)mod(NG-1)+1
在可替换的实施例中,序列索引指向预先存储的表中的特定的类索引u。该u用于定义如上文的探测序列。可以通过预先确定的方式或者通过动态分配,将不同的表指配给不同的共信道小区,以能够抑制自其他的共信道小区发射的其他的GCL序列。
-可分离性类型(或模式)标志。该标志指出所使用的可分离性方法,其中可分离性方法指这样的方法,即通过该方法,所发射的多个探测波形可以占用相同的时间-频率资源,同时在BS接收机处是可分离的。第一可分离性类型是使探测波形仅利用或占用时间-频率资源中包含的子载波的子集。这样,不同的SS可以同时使用时间-频率资源中的不相交的子载波群,而不会干扰彼此的SS的探测信号。在优选实施例中,通过使用跨越属于探测分配的子载波的“梳状”结构,提供了不相交的子载波群。换言之,探测波形仅占用时间-频率资源中的每隔N个的子载波。该类型的跨越子载波的占用,是交织频分的形式,并且还可以被称为抽选子载波。其他的SS探测波形可以占用探测分配中的相同的时间-频率资源,但是占用了跨越探测分配的每隔N个子载波的不同的“起始偏移”。利用多个探测波形占用跨越探测分配的每隔N个子载波的不同的集合这一事实,通过本方法实现了可分离性。该类型的探测还被称为频率交织或抽选子载波,利用频率抽选的可分离性,或者利用频分的可分离性,或者通过使不同的探测波形所占用的子载波交织进行分离。该类型的探测在图16中通过元素1601、1602、1603、1604和1620说明。第二可分离性类型使探测波形占用时间-频率指配的每个子载波,并且多个探测波形可以占用相同的时间-频率指配,只要它们具有互相关属性,该互相关属性使BS能够估计来自在相同的时间-频率指配中发射的每个SS的信道响应。该类型的探测序列可分离性在图16中通过元素1611、1612、1613、1614和1621说明。应当注意,在优选实施例中,可分离性标志指出了两个可分离性模式中的一个。然而,如果需要,本发明允许可分离性标志可以指出多于两个可分离性模式。
-可分离性参数:对于上文描述的两种类型的可分离性,如下使用可分离性参数:对于频率交织或抽选子载波可分离性,可分离性参数指定了子载波集合偏移索引(即,由探测波形占用每隔N个的子载波的N个可能集合中的哪一个)。对于跨越探测分配的序列可分离性,可分离性参数提供了额外的信息,其连同序列索引一起,用于确定具体的探测波形。在优选实施例中,序列索引确定了所使用的基本序列,并且可分离性参数指出了在传输之前将在时域中施加到探测波形的循环时移量(在OFDM***中,在IFFT之后)。在该情况中,可分离性参数指出了如何修改自序列索引得到的序列,以获得最终的探测波形。
-多个天线参数:对于具有多个发射天线的SS,该参数指出了SS应在其一个天线上还是在其全部发射天线上进行探测。可替换地,该参数可被扩展为显式地确认由SS探测哪个天线集合。如果该参数指出了探测多个天线,则针对天线1应用可分离性参数,并且隐式地指配剩余的发射天线使用序列中的后继的可分离性参数,同时全部的天线使用相同的时间-频率资源。
图16说明了在由1605标出的一部分探测区上使用的,用于实现探测波形中的可分离性的优选实施例的两种方法。在如图16假设的OFDM***中,频带包括时间-频率元素1606,其由单一OFDM码元周期中的单一OFDM子载波组成。在交织子载波可分离性类型中,将相同的时间-频率资源1620指配给4个SS(或者可能是单一SS上的4个发射天线),而时间-频率资源的某些元素1606被指配给SS发射机#1(1601),某些被指配给SS发射机#2(1602),某些被指配给SS发射机#3(1603),并且某些被指配给SS发射机#4(1604)。由于不同的元素1606被指配给不同的SS发射机,探测传输占用了不同的(不相交)的OFDM子载波集合并因此是正交的,所以在BS接收机处可以实现可分离性。
对于图16中说明的序列正交性类型方法,4个SS发射机(1611~1614)在相同的子载波集合上发射。SS发射机#1使用序列1(1611),SS发射机#2使用序列2(1612),SS发射机#3使用序列3(1613),并且SS发射机#4使用序列4(1614)。借助于序列1611、1612、1613和1614具有适当的互相关属性,在BS处实现了可分离性。
应当注意,在图16中,不同的SS发射机可以全部位于相同的SS上,或者可以位于不同的SS上,或者位于单一天线SS和多个天线SS的组合上。
如上文所解释的,本发明使多个SS能够在相同的时间-频率资源上执行信道探测。在优选实施例中,在应探测多个SS,例如两个SS时,BS将在相同的DL帧中格式化第一消息并将该第一消息发射到第一SS,格式化第二消息并将该第二消息发射到第二SS,其中第一和第二消息指配了UL探测区中的相同的时间-频率资源,但是向第一和第二SS指配了不同的波形。在使用上文描述的优选的探测波形指定方法时,向第一和第二SS指配相同的可分离性模式,但是指配不同的可分离性参数。
在向多个SS发射机(在相同或不同的SS上),例如两个SS指配相同的时间-频率资源用于探测时,BS将接收自第一和第二SS在所指配的时间-频率资源中发射的第一和第二探测信号的合成或总和。然后BS从接收的合成探测信号确定关于第一和第二SS中每一个的至少部分信道响应。这是通过向SS指配可分离波形和处理所接收的合成信号以使信道响应分离(例如,通过利用不相交的子载波或互相关属性的优势)而实现的。在获得信道响应之后,BS可以基于第一SS的至少部分信道响应定制针对至少第一SS的后继发射的特性,以提供针对SS的闭环传输。
用于发射信道探测消息和用于发射探测信号的装置
图17是源通信单元中的装置的框图,其包含:用于发射信道探测消息的单元1700和用于定制针对目标发射单元的发射特性以提供闭环传输的单元1710。用于发射信道探测消息的单元1700由预留单元1701、探测消息单元1702和发射机单元1703组成。预留单元1701动态地预留帧的时间-频率部分,作为用于信道探测的探测区。探测消息单元1702同预留单元1701联接,并且生成信道探测指配消息,该信道探测指配消息指定了探测区中的时间-频率资源和待使用的探测波形。发射机单元1703可操作用于同探测消息单元1702联接,并且发射信道探测指配消息。用于定制针对目标单元的发射特性的单元1710由接收机单元1704、信道响应单元1705和信号定制单元1706组成。接收机单元1704接收在指配的时间-频率资源中自目标单元发射的探测信号。信道响应单元1705同接收机单元1704联接,并且从接收的探测信号确定至少部分信道响应。信号定制单元1706同信道响应单元1705和发射机单元1703联接,并且基于该至少部分信道响应,定制针对目标单元的发生特性。
图18是目标通信单元中的用于发射探测信号的装置1800的框图,所述装置1800由接收机单元1801、探测消息解码单元1802和发射机单元1803组成。接收机单元1801接收来自源通信单元的信道探测指配消息。探测消息解码单元1802同接收机单元1801联接,并且从探测指配消息确定:帧中的时间-频率资源和探测信号,以用于发射探测信号。发射机单元1803同探测消息解码单元1802联接,并且在帧中的所指配的时间-频率资源中发射探测信号。
优选实施例中的消息格式
下面是关于如IEEE 802.16的***的优选消息格式的详细描述,该***使用DL和UL映射,以分别在DL帧和UL帧中指配资源。应当注意,本章节中使用的大部分首字母缩写在IEEE 802.16规范族中定义。在 UL-MAP(UL控制信道) 中,BS可以利用UL_Sounding_Zone_Presence_IE()发射UIUC=15,以向全部的SS指出在帧中的UL探测区的分配。BS可以根据扩展的UL-MAP消息UL_Uncoupled_Sounding_IE()或者扩展的DL-MAP消息DL-MAP_Coupled_Sounding_IE(),命令SS在探测区中的一个或多个OFDMA码元处发射探测信号。
由于仅可以指定在探测区中探测码元的相对位置,因此UL_Sounding_Zone_Presence_IE()中的探测区的定义使其更加有效地用于在随后向(一个或多个)探测码元指定出SS将使用该(一个或多个)探测信号发送探测信号。另外,为了指出绝对探测码元偏移,针对每个待探测的SS,需要在每个UL_Sounding_Zone_Presence_IE()中使用10比特的字段。
语法 | 大小 | 注释 |
UL_Sounding_Zone_Allocation_IE(){ | ||
扩展的UIUC | 4比特 | 0x03 |
探测区长度 | 3比特 | 探测区持续时间(高达8个OFDMA码元) |
OFDMA码元偏移 | 10比特 | 探测区的起始码元 |
} |
在其中包括CID的UL_Uncoupled_Sounding_IE()中,特定于SS的探测指令从基站发射到SS。探测区的定义位于以全部SS为目标的UL_Sounding_Zone_Presence_IE()中。特定于SS的消息UL_Uncoupled_Sounding_IE()指令SS在探测区中的一个或多个特定的码元处发射(一个或多个)特定的探测信号,并且指令SS占用用于这些探测码元中每一个的(一个或多个)特定的频带。在该情况中,探测频率分配独立于(非耦合于)DL-MAP中针对SS的任何DL数据指配的存在或不存在。
语法 | 大小 | 注释 |
UL_Uncoupled_Sounding_IE(){ | ||
扩展的UIUC | 4比特 | 0x04 |
CID | 16比特 | |
Num_used_symbols | 3比特 | 该SS使用的探测码元的数目,从1(比特“000”)到23=8(比特“111”) |
For(i=0;i<Num_used_symbols;i++){ | ||
探测码元索引 | 3比特 | 探测区中的码元索引,从1(比特“000”)到23=8(比特“111”) |
起始频带 | 5比特(或6比特) | 出自32(或48)个带 |
带数目 | 5比特(或6比特) | 所使用的邻接带 |
探测序列索引 | 2比特 | 预先定义的4个成员群中的序列索引(预先定义了在不同的扇区中使用的若干群) |
可分离性标志 | 1比特 | 0:探测所指配的带中的全部子载波;1:探测所抽选的子载波 |
可分离性参数的长度(“L”) | 3比特 | 定义下一字段的长度,其从1(比特“000”)变动到23=8(比特“111”) |
if(Separability flag=0){ | ||
可分离性参数(循环时移索引) | 可变长度 | 循环地使时域码元位移CP长度的倍数(从0到2L-1) |
} | ||
Else { | ||
可分离性参数(抽选偏移) | 可变长度 | 关于第一探测子载波的2L个可能位置中的相对起始偏移位置 |
} | ||
多天线探测模式 | 1比特 | 0:探测第一天线;1:探测全部天线,使用上文定义的序列作为关于第一天线的起始位移或抽选偏移,并且对于每个其他天线,通过剩余的位移或抽选偏移来步进 |
} |
特定于SS的探测指令还可以作为DL-MAP信息的一部分,从BS发射到SS。下面的DL-MAP_Coupled_Sounding_IE()不应被使用,除非UL_Sounding_Zone_Presence_IE()出现在相同的帧中。DL-MAP_Coupled_Sounding_IE()命令SS使用特定的探测信号,在探测区中的一个或多个特定的码元处发射。在该情况中,从DL分配得到探测频带信息(因此被称为“耦合探测”)。
语法 | 大小 | 注释 |
DL-MAP_Coupled_Sounding_IE(){ | ||
扩展的DIUC | 4比特 | |
If(INC_CID==1){ | ||
N_CID | 8比特 | |
For(n=0;n<N_CID;n++){ | ||
CID | 16比特 | |
} | ||
} | ||
OFDMA码元偏移 | 10比特 | |
予信道偏移 | 5比特 | |
提升 | 3比特 | |
No.OFDMA码元 | 9比特 | |
No.子信道 | 5比特 | |
Num_sounding_symbols | 3比特 | 该SS使用的探测码元的数目 |
for(I=0;I<Num_sounding_symbols;I++){ | ||
探测码元索引 | 3比特 | 探测区中的码元索引 |
探测序列索引 | 2比特 | 预先定义的4个成员群中的序列索引(预先定义了在不同的扇区中使用的若干群) |
可分离性标志 | 1比特 | 0:探测所指配的带中的全部子载波;1:探测抽选的子载波 |
可分离性参数的长度(L) | 3比特 | 定义下一字段的长度,其从1(比特“000”)变动到23=8(比特“111”) |
If(Separability flag=0){ | ||
可分离性参数(循环时移索引) | 可变长度 | 循环地使时域码元位移CP长度的倍数(从0到2L-1) |
} | ||
Else{ | ||
可分离性参数(抽选偏移) | 可变长度 | 关于第一探测子载波的2L个可能位置中的相对起始偏移位置 |
} | ||
多天线探测模式 | 1比特 | 0:探测第一天线;1:探测全部天线,使用上文定义的序列作为关于第一天线的起始位移或抽选偏移,并且对于每个其他天线,通过剩余的位移或抽选偏移来步进 |
} |
探测频带信息也可以非耦合于DL分配,其未在此处示出。此外,非耦合和耦合探测消息可以附加到现有的802.16d下行链路消息,以实现消息开销的某种节约,如下面的两个表所示。
语法 | 大小 | 注释 |
MIMO_DL_Basic-Uncoupled_Sounding_IE(){ | ||
扩展的DIUC | 4比特 | 0x05 |
长度 | 4比特 | 字节长度 |
Num_Region | 4比特 | |
for(i=0;i<Num_Region;i++){ | ||
OFDMA码元偏移 | 10比特 | |
子信道偏移 | 5比特 | |
提升 | 3比特 | |
No.OFDMA码元 | 9比特 | |
No.子信道 | 5比特 | |
Matrix_indicator | 2比特 | STC矩阵(参看8.4.8.4) |
Transmit_diversity=最新的TD_Zone_IE()中指出的发射分集模式。if(Transmit_Diversity=01){00=矩阵A01=矩阵B10-11=预留}elseif(Transmit_Diversity=10){00=矩阵A01=矩阵B10=矩阵C11=预留} | ||
闭环MIMO标志 | 2比特 | 00=开环01=闭环TxAA(意味着随后的Num_layer=1)10=闭环MIMO11=闭环SDMA(SS通过使用不同的接收和信道估计算法,据此做出反应) |
Num_layer | 2比特 | |
for(j=0;j<Num_layer;j++){ | ||
if(INC_CID==1){ | ||
CID | 16比特 | |
} |
Layer_index | 2比特 | |
} | ||
} | ||
Num_used_symbols | 3比特 | 该SS使用的探测码元的数目,从1(比特“000”)到23=8(比特“111”) |
for(i=0;i<Num_used_symbols;i++){ | ||
探测码元索引 | 3比特 | 探测区中的码元索引,从1(比特“000”)到23=8(比特“111”) |
起始频带 | 5比特(或6比特) | 出自32(或48)个带 |
带数目 | 5比特(或6比特) | 所使用的邻接带 |
探测序列索引 | 2比特 | 预先定义的4个成员群中的序列索引(预先定义了在不同的扇区中使用的若干群) |
可分离性标志 | 1比特 | 0:探测指配的带中的全部子载波;1:探测抽选的子载波 |
可分离性参数的长度(“L”) | 3比特 | 定义下一字段的长度,其从1(比特“000”)变动到23=8(比特“111”) |
if(Separability flag=0){ | ||
可分离性参数(循环时移索引) | 可变长度 | 循环地使时域码元位移CP长度的倍数(从0到2L-1) |
} | ||
Else{ | ||
可分离性参数(抽选偏移) | 可变长度 | 关于第一探测子载波的2L个可能位置中的相对起始偏移位置 |
} | ||
多天线探测模式 | 1比特 | 0:探测第一天线;1:探测全部天线,使用上文定义的序列作为关于第一天线的起始位移或抽选偏移,并且对于每个其他天线,通过剩余的位移或抽选偏移来步进 |
} |
语法 | 大小 | 注释 |
MIMO_DL_Basic-Uncoupled_Sounding_IE(){ | [来自被示为红色的可接受的贡献80rl的MIMO_DL_Basic_IE()中的现有字段] | |
扩展的DIUC | 4比特 | 0x05 |
长度 | 4比特 | 字节长度 |
Num_Region | 4比特 | |
for(i=0;i<Num_Region;I++){ | ||
OFDMA码元偏移 | 10比特 | |
子信道偏移 | 5比特 | |
提升 | 3比特 | |
No.OFDMA码元 | 9比特 | |
No.子信道 | 5比特 | |
Matrix_indicator | 2比特 | STC矩阵(参看8.4.8.4) |
Transmit_diversity=最新的TD_Zone_IE()中指出的发射分集模式。if(Transmi_Diversity=01){00=矩阵A01=矩阵B10-11=预留}elseif(Transmit_Diversity=10){00=矩阵A01=矩阵B10=矩阵C11=预留} | ||
闭环MIMO标志 | 2比特 | 00=开环01=闭环TxAA(意味着随后的Num_layer=1)10=闭环MIMO11=闭环SDMA(SS通过使用不同的接收和信道估计算法,据此做出反应) |
Num_layer | 2比特 | |
for(j=0;j<Num_layer;j++){ |
if(INC_CID==1){ | ||
CID | 16比特 | |
} | ||
Layer_index | 2比特 | |
} | ||
} | ||
Num_used_symbols | 3比特 | 该SS使用的探测码元的数目,从1(比特“000”)到23=8(比特“111”) |
for(i=0;i<Num_used_symbols;i++){ | ||
探测码元索引 | 3比特 | 探测区中的码元索引,从1(比特“000”)到23=8(比特“111”) |
探测序列索引 | 2比特 | 预先定义的4个成员群中的序列索引(预先定义了在不同的扇区中使用的若干群) |
可分离性标志 | 1比特 | 0:探测所指配的带中的全部子载波;1:探测抽选的子载波 |
可分离性参数的长度(“L”) | 3比特 | 定义下一字段的长度,其从1(比特“000”)变动到23=8(比特“111”) |
If(Separability flag=0){ | ||
可分离性参数(循环时移索引) | 可变长度 | 循环地使时域码元位移CP长度的倍数(从0到2L-1) |
} | ||
Else{ | ||
可分离性参数(抽选偏移) | 可变长度 | 关于第一探测子载波的2L个可能位置中的相对起始偏移位置 |
} | ||
多天线探测模式 | 1比特 | 0:探测第一天线;1:探测全部天线,使用上文定义的序列作为关于第一天线的起始位移或抽选偏移,并且对于每个其他天线,通过剩余的位移或抽选偏移来步进 |
} |
关于探测波形的额外信息
探测波形被选择为使BS能够估计关于所关注的频带的上行链路信道。由于移动设备,特别是手持设备的有限的发射功率,改善上行链路的链路预算是重要的,其可以通过不同的手段实现,诸如,通过仅在较小的带宽上或者在所抽选的子载波上发射,允许功率提升。另一重要手段是,改善OFDM风格的探测波形的PAPR。用作探测波形的良好的候选者是广义Chirp Like(Generalized Chirp Like,GCL)波形,其是非二进制单位幅度序列。对于不同的序列长度,存在许多GCL序列(被称为“类”)。当应用在均匀隔开的OFDM子载波上时,如果时域离散时间信号确切地处于Nyquist采样率时,则时域信号也具有单位幅度。但是由于在全部的实用OFDM***中使用的保护子载波,时域波形等效于在“sinc”脉冲整形滤波器之后执行过采样。结果PAPR将不具有确切的单位幅度,但是对于任何特定的长度,大量的GCL序列仍享受低的PAPR(典型地3~4dB)。
用于探测的GCL序列被表达为
(1)
其中NG是GCL序列的长度(被选择为质数,其在后面解释),并且u被称为类索引,其是在1和NG之间选择的非零整数。该GCL序列具有如下重要属性:
属性1:GCL序列具有恒定的幅度,并且其NG点DFT也具有恒定的幅度。
属性2:任何长度的GCL序列具有“理想的”循环自相关(即同其自身的循环位移版本的相关性是delta函数)
属性3:当|u1-u2|、u1和u2相对NG互质时,任何两个GCL序列之间的循环互相关函数的绝对值是恒定的,并且等于
全部位移处的互相关
(属性3)实际上是关于具有理想的自相关属性的任何两个序列的可实现的最小值(即,使全部位移处的互相关的最大值最小,其等于
)。当在单一扇区或多扇区环境中使用许多潜在的干扰序列时,该属性是重要的。互相关属性允许干扰信号在同所需的信号相关之后,均匀地扩展到时域中。因此,将更加可靠地检测所需用户信道(例如,通过“去噪声”估计器)。
探测波形中的受激子载波的数目通常不是质数。例如,如果探测具有36个子载波的带,则频域探测序列的长度是36。在该情况中,我们提出,选择大于所需长度的最小质数(例如,在上文的示例中是37),然后将其截为所需的长度。替换方案是,选择小于所需长度的最大质数(例如,在上文的示例中是31),然后使其循环扩充到所需的长度。在执行该修改时,仅近似保持这三个属性,但是可以发现,它们保持得非常好,特别是在序列是长的时候。
对于任何所需探测序列长度(例如LS),如前面提及的,由于使用了过采样效应,该过采样效应是通过将序列仅应用到邻接的子载波子集而引入的,这样PAPR将增加很少。但是对于每个长度值,可以预先存储给出了最佳的PAPR的序列类索引。它们可被分为许多个群(Ngr,例如6),且每个群由许多个序列类(Nc1,例如4)组成。因此,不同的群将被指配到相邻的扇区,并且每个扇区可以在其指配的群中使用这些类(序列)中的一个。该群指配从BS扇区被传送到其服务区中的全部用户。在一个实施例中,BS的每个扇区具有识别(ID)号码。存在群和ID号码之间的一一对应。因此,序列可由每个SS存储,并且可由SS基于BS ID选择适当的序列群。
尽管BS以正交的方式将探测波形指配给SS,其中对于每个群仅需要单一的序列,但是在不存在足够的正交波形时,关于每个群的预先指配的Nc1序列给出了使用更多的序列的选项。至少地,所使用的额外的序列将具有最小的互相关性。应当注意,每对序列,不论其来自相同的群或是不同的群,均将具有最小的互相关属性。应当注意,对于最佳的PAPR,GCL序列应激发均匀隔开的子载波(间距可以是1)。如果受激子载波在DC子载波处下降,则应使用GCL序列的对应元素,尽管在采用IFFT之前其可被设置为0。
除了将探测子载波的不相交的子集分配给不同的用户以确保正交性以外,另一方法是,通过由其他的用户发射相同序列的循环位移版本,分离用户信道。例如,第一用户发射(1)中的序列,并且第m个用户发射下列序列:
(2)
其中su(k)在(1)中给出,并且N是FFT大小(其是2048),并且LCP是循环前缀长度。
此处简要地讨论了上行链路信道估计,用于说明如何利用互相关属性的优势。基本上,推荐具有自适应抽头选择的时域估计器,其中获得了时域信道响应,并且将仅包括具有超过噪声功率特定阈值的功率的抽头。该信道估计器可适于瞬态信道延迟简档,当SNR是低的并且信道是稀疏的时候,其是特别有用的。在中等至高的SNR的情况中,由于具有同时域方法相似的性能,因此MMSE信道估计器也是令人满意的。
时域上行链路信道估计器的描述如下。假设基站处关于接收天线n的频域数据是Yn(k),其中k是数据子载波。应当注意,Yn(k)将由关于若干用户或发射天线的上行链路探测组成。首先,通过同GCL序列的共轭相乘,如下获得了噪声信道估计:
下面,通过N点IFFT将噪声估计变换到时域:
其中K是探测子载波的数目。N可以被选择为大于K并且是2的幂的最小的整数。在如(2)中指定的探测波形的情况中,不同用户(或发射天线)的信道在时域中是可分离的。这意味着用户m的时域信道估计简单地是(3)的样本(m-1)LCP~mLCP-1。为了改善低的SNR时的信道估计,提出了抽头选择策略。抽头选择简单地意味着低于某个阈值η的时间抽头被设置为0。因此抽头选择通过尝试使信道估计器同关于每个用户的瞬态功率延迟简档相匹配,改善了关于相对稀疏的信道的信道估计。强于估计的SNR的阈值η=3dB是合理选择的示例。假设抽头选择之后的关于全部用户的时域信道估计被标为
下面,在确定阈值之后,将关于用户m的时域信道估计标为hm,n(l)(其中,明显地,用户m的信道简单地是
这样,关于用户m的频域信道估计是hm,n(l)的N点FFT:
本领域的技术人员将认识到,在不偏离本发明的精神和范围的前提下,可以针对上文描述的实施例,进行广泛的修改、替换和组合,并且该修改方案、替换方案和组合方案应被视为在本发明概念的范围内。目的在于使该修改方案、替换方案和组合方案涵盖于附属权利要求的范围内。
Claims (11)
1.一种用于在信道互易性的假设下使基站(BS)能够确定BS-至-用户站(SS)的信道响应的方法,所述方法包括以下步骤:
确定帧中的上行链路探测区;和
指令所述SS在所述探测区中以一个或多个特定的码元间隔发射特定的探测信号,并且指定在每个探测码元间隔中将被占用的特定的探测频率。
2.权利要求1的方法,其中所述确定所述上行链路探测区的步骤包括以下步骤:确定以下所述帧中的一个或多个OFDM/OFDMA码元间隔,即,所述帧是由SS使用用于发射所述探测信号并且使得所述BS能够确定所述BS和所述SS之间的信道响应。
3.权利要求2的方法,其中所述确定所述上行链路探测区的步骤包括以下步骤:确定非重叠频带,其中每个频带包括多个连续的OFDM/OFDMA子载波。
4.权利要求2的方法,其中所述确定所述上行链路探测区的步骤包括以下步骤:确定非重叠频带,其中每个频带包括18个连续的OFDM/OFDMA子载波。
5.权利要求1的方法,其中所述指令所述SS发射所述特定探测信号的步骤还包括以下步骤:指令所述SS在连续的子载波或者抽选的子载波上发射所述探测信号。
6.一种基站,包括:
预留单元,用于动态地预留帧的时间-频率部分,作为用于信道探测的探测区;
探测消息单元,用于生成信道探测指配消息,所述信道探测指配消息指定了所述探测区中的时间-频率资源,和待使用的探测波形;和
发射机,用于发射所述信道探测指配消息。
7.权利要求6的基站,进一步包括:
接收机单元,用于接收所述用户站在所述帧的所述时间-频率部分中发射的探测信号;
信道响应单元,用于从所述探测信号确定至少部分信道响应;和
信号定制单元,用于基于所述至少部分信道响应,定制针对所述用户站的传输特性,以提供针对所述目标通信单元的闭环传输。
8.权利要求6的基站,进一步包括:用户站已知的识别号码,并且其中所述用户站从至少所述基站识别号码、可分离性模式、可分离性参数和探测序列索引,确定待发射的所述探测波形。
9.权利要求6的基站,其中所述时间-频率部分包括:以整数数目OFDM子载波计的整数数目OFDM(正交频分多路复用)码元周期。
10.权利要求6的基站,其中所述信道探测指配消息进一步包括:多天线探测模式,用于指出用于探测的一个或多个天线的集合,和关于每个所述天线的探测波形。
11.权利要求6的基站,其中所述信道探测指配消息进一步包括:可分离性模式,其指出了在所述时间频率资源中将在每个子载波上进行发射的所述用户站。
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