TWI455510B - 混合正交分頻多重存取系統及方法 - Google Patents

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TWI455510B TW095114007A TW95114007A TWI455510B TW I455510 B TWI455510 B TW I455510B TW 095114007 A TW095114007 A TW 095114007A TW 95114007 A TW95114007 A TW 95114007A TW I455510 B TWI455510 B TW I455510B
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Description

混合正交分頻多重存取系統及方法
本發明與無線通信系統有關。更特別的，本發明與一種混合正交分頻多重存取系統及方法有關。
未來的無線通信系統將預期提供像是對於用戶無線網際網路存取的廣帶服務。這種廣帶服務需要遍及一無線通道的可靠及高處理能力傳輸，其通常具有時間分散性及頻率選擇性。該無線通道則受到限制頻譜與多路徑凋零所造成內部符號干擾(ISI)的限制。對於下一代無線通信網路而言，正交分頻多工(OFDM)與正交分頻多重存取(OFDMA)則是最有希望的解答。
正交分頻多工具有高頻譜效率，因為在該正交分頻多工系統中使用的該子載波於頻率中重疊，便可遍及子載波利用一種適合的調製編碼方案(MCS)。此外，正交分頻多工的執行很簡單，因為該基帶調變與解調可以利用簡單的反轉快速複立葉轉換(IFFT)及快速複立葉轉換(FFT)操作進行。該正交分頻多工的其他優點則包含一種簡單的接收器結構與多路徑環境中的優良強健特性。
正交分頻多工與正交分頻多重存取已經被許多無線/有線通信系統標準所採用，像是數位聲音廣播(DAB)、走地式數位聲音廣播(DAB－T)、IEEE 802.11a/g、IEEE 802.16、非同步數位用戶專線(ADSL)，並且是考慮在第三代合作伙伴計畫(3GPP)長期發展(LTE)、分碼多重存取2000(CDMA 2000)發展、***(4G)無線通訊系統、IEEE 802.11n等等中採用。
正交分頻多工與正交分頻多重存取的主要問題，是很難消除或控制內部胞元干擾，以達到一的頻率重複利用因子。胞元之間的頻率跳躍與子媒介載波分配合作方式，已經被提出以消除內部胞元干擾。然而，這兩種方法的效率都受到限制。
本發明與一種混合正交分頻多重存取(OFDMA)系統及方法有關。該系統包含一傳輸器與一接收器。該傳輸器包含一第一展開正交分頻多重存取子組件、一第一非展開正交分頻多重存取子組件以及一第一共同子組件。該第一展開正交分頻多重存取子組件展開輸入資料並映射該展開資料至一第一子載波群組。該第一非展開正交分頻多重存取子組件映射輸入資料至一第二子載波群組。該第一共同子組件利用正交分頻多重存取傳輸映射至該第一與第二子載波群組的輸入資料。該接收器包含一第二展開正交分頻多重存取子組件、一第二非展開正交分頻多重存取子組件以及一第二共同子組件。該第二共同子組件利用正交分頻多重存取處理接收資料，以恢復映射至該子載波的資料。該第二展開正交分頻多重存取子組件藉由將使用者資料展開於碼域中的方式恢復該第一輸入資料，而該第二非展開正交分頻多重存取子組件則用於恢復該第二輸入資料。
此後，術語“傳輸器”與“接收器”包含但不侷限為一種使用者配置(UE)、無線傳輸接收單元(WTRU)、移動站、固定式或移動式用戶單元、呼叫器、節點B、基站、位置控制器、存取點，或是任何具有在無線環境中操作能力的裝置形式。
本發明的特徵可以組合於一集成電路(IC)之中，或是配置在包括許多互連單元的電路之中。
本發明可以應用於任何利用正交分頻多重存取(或正交分頻多工)及/或分碼多重存取(CDMA)的無線通信系統，像是IEEE 802.11、IEEE 802.16、第三代(3G)胞元式系統、***(4G)系統、衛星通信系統等等。
第1圖為根據本發明所的示範混合正交分頻多重存取系統10塊狀圖，其包含一傳輸器100與一接收器200。該傳輸器100包含一展開正交分頻多重存取子組件130、一非展開正交分頻多重存取子組件140以及一共同子組件150。在該展開正交分頻多重存取子組件130中，(用於一或多個使用者的)輸入資料101是利用一種展開碼展開，以產生多數個晶片103，而該晶片103接著被映射至子載波。在該非展開正交分頻多重存取子組件140中，(用於一或多個使用者的)輸入位元111則不進行展開便映射至子載波。
該展開正交分頻多重存取子組件130包含一展開器102與一第一子載波展開映射單元104。該非展開正交分頻多重存取子組件140包含一串列轉序列(S/P)轉換器112與一第二子載波映射單元114。該共同子組件150包含一N點反轉離散複立葉轉換(IDFT)處理器122、一序列轉串列(P/S)轉換器124與一循環前綴(CP)***單元126。
假設在該系統中具有N個子載波，且在同時間有K個不同使用者在該系統中通信，在K個使用者之間，便透過該展開正交分頻多重存取子組件130傳輸資料至K S 個使用者。在該展開正交分頻多重存取子組件130與該非展開正交分頻多重存取子組件140中所使用的子載波數目分別為N S 與N O 。N S 與N O 的數值滿足0 N S N 、0 N O N 與N S ＋N O N 的條件。
該輸入資料101由該展開器102展開至為多數個晶片103。該晶片103則由該子載波展開映射單元104映射至該N S 個子載波。該展開可以在時間域中、頻率域中或在兩者之中執行。對一特定使用者而言，在該時間域中與該頻率域中的展開因子則分別為SF t 與SF f 。對該使用者而言其聯合展開因子則為SF joint ，其等於SF t ×SF f 。當SF t ＝1時，該展開只在頻率域中執行，而當SF f ＝1時，該展開便只在時機域中執行。對於使用者i 的頻率域展開則受到分配至該使用者i 的子載波數目N S (i )的限制。該子載波的分配可以是靜態的或動態的。在對於每個使用者i 的N S (i )＝N S 情況中，該展開正交分頻多重存取則變為一種正交分頻多工。
在該展開正交分頻多重存取子組件130中，一子載波可以映射至多於一個的使用者。在這種情況中，映射至相同子載波的兩個或多個使用者的輸入資料101則成為碼多工，並因此應該利用不同的展開碼展開。如果展開是同時在時間與頻率域中執行，在該時間域、該頻率域，獲兩者之中指定至使用者的展開碼便各不相同。
第2圖顯示根據本發明頻率域展開與子載波映射的範例。該輸入資料101是由一多工器202以一展開碼204進行多工處理，以產生多數個晶片103'。該晶片103'由一串列轉序列轉換器206轉換為序列晶片103。該每個序列晶片103接著在傳送至該反轉離散複立葉轉換處理器122之前，都由該子載波映射單元104映射至該子載波之一。
第3圖顯示根據本發明頻率域展開與子載波映射的另一範例。取代由一展開器進行展開碼的東工處理，其利用一重複器302以一晶片比率將每個輸入資料101重複多次以產生晶片103'。該晶片103'接著由一串列轉序列轉換器304轉換為序列晶片103。該每個序列晶片103接著在傳送至該反轉離散複立葉轉換處理器122之前，都由該子載波映射單元104映射至該子載波之一。
替代的，當輸入資料在該時間域中展開時，每個輸入資料都由一展開器展開以產生多數個晶片串流，而該晶片串流接著被映射至子載波。在這種情況中，該時間域展開也可以利用簡單地重複該輸入資料，而不使用一展開碼的方式執行。
共同導引可以在該展開正交分頻多重存取子組件130中使用的子載波上傳輸。為了與其他使用者資料進行分辨，也可以將共同導引展開。
再次參考第1圖，在該非展開正交分頻多重存取子組件140中，不同使用者的輸入位元111由該串列轉序列轉換器112轉換為序列位元113。該子載波映射單元114分配使用者至一或多個子載波，因此每個子載波最多由一個使用者所使用，且來自每個使用者的位元則由該子載波映射單元映射至分配至該使用者的子載波。在子方法中，使用者在該頻率域中為多工的。分配至使用者i的子載波數目則標示為N O (i )，且0 N O (i ) N O 。該子載波分配可以是靜態的或動態的。
根據本發明，該非展開正交分頻多重存取子組件140可以以一種擬隨機方式於每個胞元中執行時間頻率跳躍。藉由時間域跳躍，在一胞元中進行傳輸的使用者則隨時間而改變(換言之，在一或多個正交分頻多工符號或圖框方面)。藉由頻率域跳躍，分配至一胞元中進行傳輸使用者的子載波，便在每一個或數個正交分頻多工符號或圖框處進行跳躍。在此方法中，可以消除並平均在該使用者與胞元之間的內部胞元干擾。
第4圖顯示描述一種根據本發明的時間頻率跳躍範例，其在T0－T6的時間期間內使用10個子載波s0－s9。做為範例，在第2圖中子載波s3、s5、s8是用於展開正交分頻多重存取，而剩餘的子載波則用於非展開正交分頻多重存取。對於分配於非展開正交分頻多重存取的子載波而言，分配至使用者的子載波與時間期間是以一種擬隨機方式跳躍。舉例而言，用於使用者1的資料在T0透過s9、在T1透過s7、在T3透過s7、在T4透過s1與s9傳輸，而用於使用者2的資料則在T0透過s4、在T1透過s6、在T2透過s3、在T4透過s0與s4傳輸。因此，其透過不同的正交分頻多工符號或圖框傳輸資料至不同的使用者，並消除內部胞元干擾。
再次參考第1圖，該晶片105與該資料115被提供至該反轉離散複立葉轉換處理器122。該反轉離散複立葉轉換處理器122將該晶片105與該資料115轉換為時間域資料123。該反轉離散複立葉轉換處理器122可以利用反轉快速複立葉轉換(IFFT)或等價的操作執行。該時間域資料123接著由該序列轉串列轉換器124轉換為串列資料125。接著由該循環前綴***單元126將一循環前綴(也已知為一種護衛期間(GP))加入至該串列資料125。接著夠過該無線通道160傳輸資料127。
該接收器200包含用於正交分頻多重存取的一展開正交分頻多重存取子組件230、一非展開正交分頻多重存取子組件240以及一共同子組件250。該共同子組件250包含一循環前綴移除單元202、一串列轉序列轉換器204、一N點離散複立葉轉換(DFT)處理器206、一等化器208與一子載波解映射單元210。該展開正交分頻多重存取子組件230包含一碼域使用者分離單元214而該非展開正交分頻多重存取子組件240包含一序列轉串列轉換器216。
該接收器200接收透過該通道傳輸的資料201。該循環前綴移除單元202從接收資料201移除循環前綴。在循環前綴移除後，為時間域資料的資料203便由該串列轉序列轉換器204轉換為序列資料205。該序列資料205被提供至該離散複立葉轉換處理器206，便轉換為頻率域資料207，其意味著在N個子載波上的N個序列資料。該離散複立葉轉換可以由快速複立葉轉換或等價操作執行。該頻率域資料207被提供至該等化器208，並在每個子載波執行資料等化。如同在傳統的正交分頻多工系統中，可以使用一種簡單的一階(one－tap)等化器。
在對每個子載波進行等化之後，對應於一特定使用者的資料便由該子載波解映射單元210分離，其是一種在該傳輸器100處由子載波展開映射單元104、114所執行的反向操作。在該非展開正交分頻多重存取子組件240中，該序列轉串列轉換器216將每個使用者資料211簡單地轉換為串列資料217。在該展開正交分頻多重存取子組件230中，在該分離子載波上的資料212則由該碼域使用者分離單元214進一步處理。根據在該傳輸器100處所做的展開方式，便在該碼域使用者分離單元214中，執行對應的使用者分離。舉例而言，如果在該傳輸器100處只在該時間域中執行該展開，便可以使用一種傳統的耙式組合器做為該碼域使用者分離單元214。如果在該傳輸器100處只在該頻率域中執行該展開，便可以使用一種傳統(頻率域)的解展開器做為該碼域使用者分離單元214。如果在該傳輸器100處於該時間域與該頻率域兩者中執行展開，便可以使用一種時間頻率耙式組合器做為該碼域使用者分離單元214。
第5圖為根據本發明所配置的示範時間頻率耙式組合器500塊狀圖。該示範時間頻率耙式組合器500執行在時間域與頻率域兩者中的處理，以恢復在該傳輸器100處於該時間域與該頻率域兩者中展開的資料。應該注意的是該時間頻率耙式組合器500也可以利用不同的方式執行，第5圖中所提供的配置只是範例不是限制，而本發明的觀點也不侷限於第5圖中所顯示的結構。
該時間頻率耙式組合器500包括一解展開器502與一耙式組合器504。對於一特定使用者而言，由第1圖中該子載波解映射單元210為了展開正交分頻多重存取子組件230所分離與收集的資料212，則被遞送至該解展開器502。該解展開器502在該子載波上執行該資料212的頻序域解展開。該解展開器502包含用來多工處理該資料212展開碼共軛508的多數個多工器506、用於加總乘法運算輸出510的加總器512、以及用於正規化該加總輸出514的正規化器516。該解展開輸出518接著由該耙式組合器504處理，以利用時間域組合的方式恢復該使用者的資料。
再次參考第1圖，該傳輸器100、該接收器200或兩者都可以包含多重天線，並可以在傳輸器側、接收器側或兩者處，利用多重天線執行根據本發明的混合正交分頻多重存取。
雖然本發明的特徵與元件已經在較佳實施例中以特定組合方式敘述，每個特徵與元件也可以單獨而不與本發明的其他特徵及元件一起使用，或是與本發明其他特徵與元件一起或單獨進行不同的組合。
10．．．混合正交分頻多重存取系統
101．．．輸入資料
103、103'、105．．．晶片
111．．．輸入位元
113．．．序列位元
115、127、201、203、209、212．．．資料
123．．．時間域資料
125、217．．．串列資料
202．．．多工器(第2圖)
204．．．展開碼(第2圖)
205．．．序列資料
207．．．頻率域資料
211．．．使用者資料
500．．．時間頻率耙式組合器
502．．．解展開器
506．．．多工器
508．．．共軛
510．．．加總乘法運算輸出
514．．．加總輸出
518．．．解展開輸出
CP．．．循環前綴
IDFT．．．反轉離散複立葉轉換
OFDMA．．．正交分頻多重存取
P/S．．．序列轉串列
s0~s9．．．子載波
S/P．．．串列轉序列
T0~T6．．．時間期間
第1圖為根據本發明所配置的示範混合正交分頻多重存取(OFDMA)系統塊狀圖。
第2圖顯示根據本發明頻率域展開與子載波映射的範例。
第3圖顯示根據本發明展開與子載波映射的另一範例。
第4圖顯示根據本發明進行子載波時間頻率跳躍的範例。
第5圖為根據本發明所配置的示範時間頻率耙式組合器塊狀圖。
10．．．混合正交分頻多重存取系統
101．．．輸入資料
103、105．．．晶片
111．．．輸入位元
113．．．序列位元
115、127、201、203、209、212．．．資料
123．．．時間域資料
125、217．．．串列資料
205．．．序列資料
207．．．頻率域資料
211．．．使用者資料
CP．．．循環前綴
IDFT．．．反轉離散複立葉轉換
OFDMA．．．正交分頻多重存取
P/S．．．序列轉串列
S/P．．．串列轉序列

Claims (26)

  1. 一種混合正交分頻多重存取(OFDMA)系統，其包括：一傳輸器，包括：一第一展開正交分頻多重存取子組件，用以展開一第一使用者群組的一第一輸入資料，包括多個使用者的輸入資料，並將該展開資料映射至一第一子載波群組，其中該多個使用者的展開輸入資料映射至該些子載波其中之一，且包含透過複數個展開碼的資料展開，每個展開碼與至多一個使用者相關聯；一第一非展開正交分頻多重存取子組件，用以將第二輸入資料映射至一第二子載波群組，該第二子載波群組中的每個映射至至多一個使用者；以及一第一共同子組件，用以使用正交分頻多重存取而傳輸映射至該第一子載波群組與第二子載波群組的該第一輸入資料與第二資料；以及一接收器，包括：一第二共同子組件，用以利用混合正交分頻多重存取處理所接收的資料，以恢復映射至該子載波的資料；一第二展開正交分頻多重存取子組件，用以恢復該第一輸入資料；以及 一第二非展開正交分頻多重存取子組件，用以恢復該第二輸入資料。
  2. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該第一展開正交分頻多重存取子組件於一時間域與一頻率域至少其中之一中展開該第一輸入資料。
  3. 如申請專利範圍第2項的系統，其中該第一展開正交分頻多重存取子組件以一晶片比率重複該第一輸入資料而展開該第一輸入資料。
  4. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該第一展開正交分頻多重存取子組件與該第一非展開正交分頻多重存取子組件動態地映射該子載波。
  5. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該第一展開正交分頻多重存取子組件於該第一子載波群組上傳輸共同導引。
  6. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該第一非展開正交分頻多重存取子組件在將該第二輸入資料映射至該第二子載波群組中執行時間域跳躍與頻率域跳躍至少其中之一。
  7. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該接收器的第二展開正交分頻多重存取子組件包括一耙式組合器。
  8. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該接收器的第二正交分頻多重存取子組件包括一時間頻率耙式組合器。
  9. 如申請專利範圍第1項的系統，其中至少該傳輸 器與該接收器至少其中之一包括多重天線。
  10. 一種混合正交分頻多重存取(OFDMA)系統，其包括：一傳輸器，包括：一展開器，用於展開第一輸入資料，包括多個使用者資料，該第一輸入資料用於一第一使用者群組以產生晶片，其包括用於透過複數個展開碼產生該多個使用者資料的一晶片，每個展開碼與至多一個使用者相關聯；一第一子載波映射單元，其用於將該晶片映射至一第一子載波群組，其中用於多個使用者資料的該晶片映射至該第一子載波群組中至多一個子載波；一第一串列轉序列(S/P)轉換器，用於將一第二使用者群組的第二輸入資料轉換為第一序列資料；一反轉離散複立葉轉換(IDFT)處理器，用以對該第一子載波映射單元與該第二子載波映射單元的輸出執行反轉離散複立葉轉換，以產生一時間域資料；一第一序列轉串列(P/S)轉換器，用以將該時間域資料轉換為串列資料；以及一循環前綴(CP)***單元，用於將一循環前綴***至該串列資料以進行傳輸；以及 一接收器，包括：一循環前綴移除單元，用於從所接收資料移除一循環前綴；一第二串列轉序列轉換器，用以將該循環前綴移除單元的輸出轉換為第二序列資料；一離散複立葉轉換(DFT)處理器，用於對該第二序列資料執行離散複立葉轉換，以產生頻率域資料；一等化器，用於對該頻率域資料執行等化；一子載波解映射單元，其在該第一使用者群組與該第二使用者群組的等化之後，分離該頻率域資料；一碼域使用者分離單元，其在一碼域中該第一使用者群組的等化之後，分離該頻率域資料，以恢復該第一資料；以及一第二序列轉串列轉換器，其在該第二使用者群組的等化之後，轉換該頻率域資料為串列資料，以恢復該第二輸入資料。
  11. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該展開器於一時間域與一頻率域至少其中之一中展開該第一輸入資料。
  12. 如申請專利範圍第11項的系統，其中該展開器以一晶片比率重複該第一輸入資料而展開該第一輸入資料。
  13. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該第一子載波映射單元與第二子載波映射單元動態地映射該子載波。
  14. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該傳輸器於該第一子載波群組上傳輸共同導引。
  15. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該第二子載波映射單元於該第二輸入資料映射至該第二子載波群組中執行時間域跳躍與頻率域跳躍至少其中之一。
  16. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該碼域使用者分離單元包括一耙式組合器。
  17. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該碼域使用者分離單元包括一時間頻率耙式組合器。
  18. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該傳輸器與該接收器中至少其中之一包括多重天線。
  19. 一種利用混合正交分頻多重存取(OFDMA)以傳輸資料的方法，該方法包括：在一傳輸器處展開第一輸入資料，包括多個使用者資料，該第一輸入資料用於一第一使用者群組以產生晶片，其包括用於透過複數個展開碼產生該多個使用者資料的一晶片，每個展開碼與至多一個使用者相關聯；將該晶片映射至一第一子載波群組，其中用於該多個使用者資料的該晶片映射至該第一子載波群 組中至多一個子載波；將一第二使用者群組的第二輸入資料轉換為第一序列資料；將該第一序列資料映射至一第二子載波群組；對映射至該第一子載波群組與該第二子載波群組的資料輸出執行一反轉離散複立葉轉換(IDFT)，以產生一時間域資料；該時間域資料轉換為串列資料；將一循環前綴(CP)***至該串列資料；以及傳輸該循環前綴***資料；以及在一接收器處接收由該傳輸器所傳輸的資料；從該接收資料移除一循環前綴；將該循環前綴移除資料轉換為第二序列資料；對該第二序列資料執行一離散複立葉轉換(DFT)，以產生頻率域資料；對該頻率域資料進行等化；在該第一使用者群組與該第二使用者群組的等化之後，分離該頻率域資料；在碼域中分離該第一使用者群組的資料，以恢復該第一資料；及將該第二使用者群組的資料轉換為串列資料，以恢復第二輸入資料。
  20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中於一時間 域與一頻率域至少其中之一中進行該第一輸入資料的展開。
  21. 如申請專利範圍第20項的方法，其中以一晶片比率重複該第一輸入資料來執行該第一輸入資料的展開。
  22. 如申請專利範圍第19項的方法，其中動態映射該第一子載波群組與該第二子載波群組。
  23. 如申請專利範圍第19項的方法，更包括該傳輸器於該第一子載波群組上傳輸共同導引。
  24. 如申請專利範圍第19項的方法，其中於將該第一序列資料映射至該第二子載波群組中，至少執行時間域跳躍與頻率域跳躍其中之一。
  25. 如申請專利範圍第19項的方法，其中利用一耙式組合器執行於一碼域中執行分離該第一使用者群組的資料。
  26. 如申請專利範圍第19項的方法，其中利用一時間頻率耙式組合器執行於一碼域中執行分離該第一使用者群組的資料。
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