CN100579000C - 一种无线通信系统时频资源的复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通信系统时频资源的复用方法，该方法包括：A、在每个传输时间区间TTI中，为无线通信系统中的小区分配时频图案组；B、将该小区内时频平面上的子载波划分为调度频带，给该小区的各个用户或信道分配所划分的调度频带；C、在所述时频图案组中选择时频图案分配给该小区的各个用户或信道，各个用户或信道采用所分配的时频图案在其所分配调度频带内的时频图案单元传输数据，各个用户或信道所采用的时频图案单元无交点。该方法能够保证移动速度慢的用户的多用户分级，实现分集增益，又能保证无线通信系统的移动速度快的用户在使用分配的时频图案传输数据时传输质量不会降低。

Description

一种无线通信系统时频资源的复用方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统分配时频资源的技术，特别涉及一种使用跳频正交频分复用(OFDM)技术的无线通信系统的时频资源的复用方法。

背景技术

20世纪90年代以来，在无线通信系统中以OFDM为主的多载波技术发展起来。OFDM技术将无线通信系统的时频资源在频域内分为若干正交的窄带子信道，高速数据流通过串并变换在各个子信道上并行传输。由于子信道的窄带特性可以克服多径影响，保持子信道之间的正交性，从而保证了小区内部用户之间的干扰很小。

在以OFDM为基础的无线通信系统中还可以引入跳频技术，即在每个传输时间区间(TTI)中，根据预先设置的时频图案来选择每个用户所使用的子载波频率，允许每个用户使用不同的时频图案发送数据。这样，实际上就把以OFDM为基础的无线通信系统更新为使用跳频OFDM技术的无线通信系统。

在基于跳频OFDM技术的无线通信系统中，为同一小区不同用户分配不相交的子载波集，即分配不同的时频图案，不同用户的时频图案模式通常按照以下方式进行设计：保证同一小区内不同用户的时频图案相互正交，以及保证当前小区每个用户受到相邻同频小区的干扰基本是相同的，即干扰平均化。因此，不同用户采用不同时频图案发送数据，使基于跳频OFDM技术的无线通信系统在适当的频率和定时同步的条件下不会产生小区间干扰。另外，跳频OFDM技术还产生了频率分集和小区间干扰平均化的效果。

目前，在基于跳频OFDM技术的无线通信系统中实现时频资源的分配方式为：首先，将无线通信系统中的整个频带划分为多个频率单元并且以频率子带来表示，每个频率子带可以包含一个或者多个子载波；其次，在每个TTI内，在频域以频率子带为单位，在时域以OFDM符号为单位进行跳频，通过Costas序列或者其他序列来生成时频图案，基于不同的时间偏移和频率偏移可以获得不同的时频图案；最后，在无线通信系统的小区内部，基于Costas序列或者其他序列的所有循环频率(或者时域)移位形成一组时频图案组，该组的时频图案都是正交的，将该组时频图案分配给小区内部的用户用于传输数据。同理，在无线通信系统的不同小区，基于Costas序列或者其他序列的所有循环时域(或者频率)移位形成一组时频图案组，将该组时频图案分别分配给不同小区。表现在时频平面上就是在一个TTI内，经过循环移位后的多个时频图案占满整个时频平面，一个小区中的时频图案之间没有交点，任意两个不同小区的时频图案只有很少的交点。这样，就保证了无线通信系统中的不同小区中的不同用户在用不相交的时频图案传输数据时不产生干扰以及小区间的干扰平均化。

上述方案的详细描述过程可以参见申请日为2004年7月27日，申请号为CN200410054667.6，发明名称为“一种通信系统时频资源的分配方法”的中国专利申请。

由上述方案可以看出，无线通信系统内的不同用户收发数据所采用的时频图案都是由各种序列采用伪随机方式随时间或频率变化产生的时频图案组中的时频图案，该时频图案中的时频图案单元可以位于时频平面上的任意子载波上，而不是根据各个用户的需求分配调度频带内的时频图案单元传输数据，从而无法实现无线通信系统内的多用户的时频资源分配的分级增益。

目前，为了实现无线通信系统内的多用户的时频资源分配的分级增益，在无线通信系统中，可以根据各个用户的需求，在采用伪随机方式随时间或频率变化产生时频图案组后，从所产生时频图案组中选择调度频带内的时频图案单元来传输数据。

但是，由于在本TTI中，调度频带的选择都是根据上一个或者上几个TTI的信道估计反馈的信道信息确定的，即选择上一个或者上几个TTI中传输质量好的子载波作为调度频带，对于移动速度快的用户来说，在上一TT1传输质量好的子载波，在本TTI的传输质量不一定好，这会使在本TTI中，移动速度快的用户使用在调度频带内的时频图案单元传输数据的传输质量降低。

因此，在无线通信系统中分配时频资源给各个用户时，如何既能保证移动速度慢的用户的多用户分级，实现分集增益，又能保证无线通信系统的移动速度快的用户在使用分配的时频图案传输数据时传输质量不会降低，也就是如何实现无线通信系统中分配时频资源的多用户复用，成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线通信系统时频资源的复用方法，该方法能够保证移动速度慢的用户的多用户分级，实现分集增益，又能保证无线通信系统的移动速度快的用户在使用分配的时频图案传输数据时传输质量不会降低，从而实现无线通信系统中分配时频资源的多用户复用。

根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无线通信系统时频资源的复用方法，该方法包括：

A、在每个传输时间区间TTI中，为无线通信系统中的小区分配时频图案组；

B、将该小区内时频平面上的子载波划分为调度频带，给该小区的各个用户或信道分配所划分的调度频带；

C、在所述时频图案组中选择时频图案分配给该小区的各个用户或信道，各个用户或信道采用所分配的时频图案在其所分配调度频带内的时频图案单元传输数据，各个用户或信道所采用的时频图案单元无交点。

其中，给该小区内的一个用户分配EP_all和某一适当的SB_子集k的交集，同时，给该小区内的另一个用户分配SB_all和某一适当的FP_子集j的交集，所述SB_子集k表示该用户占用的调度频带，所述子集k为集合{1，2，...，N}的子集，时频平面上的整个频带被划分为N个调度频带，所述FP_子集j表示该用户所分配的时频图案，所述子集j为集合{1，2，...，M}的子集，所述M为占满整个时频平面的时频图案的个数，所述FP_all表示用户占用的时频图案为占满整个时频平面的时频图案，所述SB_all表示用户占用的调度频带为时频平面上的整个频带。

当小区内的用户移动速度快时，步骤B所述分配给该用户所划分的调度频带为该小区内时频平面上的整个频带；

当小区内的用户移动速度慢时，步骤B所述分配给该用户所划分的调度频带为上一个或几个TTI的信道估计反馈的传输质量好的调度频带。

所述移动速度快的用户为移动速度等于或大于120公里/小时；所述移动速度慢的用户为移动速度小于120公里/小时。

步骤B所述的给该小区的各个用户或信道分配的所划分的调度频带为一个或一个以上。

步骤C分配给各个用户或信道的时频图案根据要传输数据的传输速率为一个或一个以上。

当步骤C所述分配给各个用户或信道的时频图案相同时，

所述的各个用户或信道分配的所划分的调度频带不相同。

当步骤C所述分配给各个用户或信道的时频图案不相同时，

所述的各个用户或信道分配所划分的调度频带相同。

步骤A所述的时频图案组是由Costas序列，Latin序列或者线性双曲序列经过频域或时域的循环移位组成；或者由无交点的占满整个时频平面的多个时频图案组成。

从上述方案可以看出，本发明提供的方法为小区中的所有用户生成时频图案组，当小区内的各个用户传输数据时，无线通信系统从时频图案组中给不同用户分别分配时频图案，不同用户采用其所分配的时频图案在其所分配调度频带内的时频图案单元传输数据。更进一步地，本发明也可以给小区内的信道分配时频图案单元传输数据。由于本发明用户采用在其所分配调度频带内的时频图案单元传输数据，因此可以分配不同的调度频带满足不同的用户需求，如给移动速度快的用户分配的调度频带为时频平面上的尽可能多的频带最好是整个频带，给移动速度慢的用户分配的调度频带为传输质量好的调度频带，从而该方法既保证了移动速度慢的用户的多用户分级，实现分集增益，又保证无线通信系统的移动速度快的用户在使用分配的时频图案传输数据时传输质量不会降低，最终实现无线通信系统中分配时频资源的多用户复用。

附图说明

图1为本发明实现无线通信系统时频资源的复用方法流程图；

图2为本发明在实施例中给FP1分配的时频图案示意图；

图3为本发明在实施例中给用户k、用户a和用户b分配的时频图案示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举具体实施例并参照附图，对本发明进行进一步详细的说明。

在无线通信系统中，本发明针对不同需求的用户分配不同类型的时频图案：对于移动速度高的用户，分配的时频图案为按照现有技术所产生的本小区内的时频图案组中的一个或多个时频图案；对于移动速度低的用户，分配的时频图案为按照现有技术所产生的本小区内的时频图案组中的在调度频带内的时频图案单元。这样，既能保证移动速度慢的用户的多用户分级，实现分集增益，又能保证无线通信系统的移动速度快的多用户在使用分配的时频图案传输数据时传输质量不会降低，达到无线通信系统中分配时频资源的多用户复用。

本发明提供的方法，对于无线通信系统小区内的用户所选择的时频图案都是由以下两个参数来确定，一个参数是预先设定的调度频带，另一个是按照现有技术所产生的本小区内的时频图案组。

图1为本发明实现无线通信系统时频资源的复用方法流程图，其具体步骤为：

步骤100、在一个TTI中，在无线通信系统中的小区内生成时频图案组。

该时频图案组内的时频图案可以由序列经过时间或频率的循环移位得到，该序列可以为Costas序列，Latin序列或者线性双曲序列。生成的时频图案组占满整个时频平面。

步骤101、将本小区内时频平面上的子载波划分为调度频带，根据小区内不同的用户需求，给不同的用户分配所划分的调度频带。

划分调度频带根据本小区内的用户需求进行划分，也可以参考本TTI内信道环境的相干带宽。

本小区内的用户可以根据需要，分配一个或多个所划分的调度频带。

分配调度频带的方法为：如果该用户为移动速度高的用户，则分配的调度频带为时频平面上的尽可能多的频带最好是整个频带，即尽量将所划分的所有调度频带都分配给该用户；如果该用户为移动速度低的用户，则设置的调度频带为该用户在上一个或几个TT1内的信道估计反馈的传输质量好的调度频带，即将所划分的具有传输质量好的调度频带分配给该用户。

步骤102、在步骤100的时频图案组中，选择时频图案分配给各个用户，各个用户采用所分配的时频图案在所分配调度频带内的时频图案单元传输数据。

本发明给不同用户分配的时频图案可以相同，但是这些用户设置的调度频带必须不同，从而保证不同的用户不使用相同的时频图案单元传输数据。

当然，根据用户要传输数据的速率，分配给一个用户的时频图案可以为时频图案组中的一个或一个以上的时频图案，如当用户要传输数据的速率为一个TTI传输两OFDM符号时，可以分配两个时频图案。这样就可以使用户所采用的在所设置调度频带内的时频图案单元增多，加快传输数据速率。

具体的实现方法为：

首先，按照现有技术，产生分配给本小区的时频图案组。

设在本小区内，基于序列的所有时间或者频率循环移位的时频图案组为FP_i，i为不同序列的编号，则i∈{1，2，...，M}，M为占满整个时频平面序列的个数。如果某一用户占用一个或者几个时频图案，可以用FP_子集k，子集 $k\⋐\{\mathrm{1,2},\·\·\·,M\}$ 来表示。一个时频图案也可以分配给本小区内的多个用户。

当然，本小区的时频图案组也可以不是由序列的所有时间或者频率循环移位生成的，而是由多个不相关的时频图案生存成的，但是要保证这些不相关的时频图案没有交点，并且所生成的时频图案组可以占满整个时频平面。

其次，设定本小区内的用户所使用的调度频带。

将时频平面上的整个频带划分为很多个频率单元并且以频率子带来表示。每个频率子带可以包含一个或者几个子载波，一个或者几个子载波组成一个调度频带以SB_j表示，其中j代表所选择的调度频带编号，假设整个频带被划分为N个调度频带，则j∈{1，2，...，N}。如果某一用户占用一个或者几个调度频带，则可以用SB_子集k，子集 $k\⋐\{\mathrm{1,2},\·\·\·,N\}$ 来表示。一个调度频带也可以分配给多个用户。

当然，调度频带也可以为时频平面上的整个频带，这时，在本小区内，一个TTI内的所有时频资源可以表示为TF_all，即TF_all＝FP_all＝SB_all。

最后，给本小区内的用户分配时频资源。

当给本小区内其中一个用户k分配时频资源时，分配给该用户的时频资源TF_k为SB_子集k和FP_子集k的交集，即TF_k＝SB_子集k∩FP_子集k。

另外，TF_k的选择也可以表示为

其中，j∈{1，2，...，N}，i∈{1，2，...，M}，即选择几个成对的FP_i和SB_j的交集，再将这几个成对的FP_i和SB_j的交集取并集，得到TF_k。这样做的好处为所选择的时频资源TF_k可以用一个或多个坐标(i，j)来表示。

在本小区中的本TTI内的所有用户都可以按照这种时频资源的分配方式来分配，但是必须要保证各个用户所选择的时频图案没有交点，即某一用户a所选的时频图案和某一用户b所选的时频图案交集为空，以TF_a∩TF_b＝Φ来表示，其中a≠b，Φ表示为空。

为了本小区中的本TTI内的各个用户所选择的时频图案没有交点，本发明给用户分配时频资源TF_s，TF_s必须满足TF_s∈TF_allocated的条件，其中，TF_allocated表示本小区内已经分配给其他用户的时频资源，TF_allocated为在TF_all中TF_allocated的补集。

在本小区中的本TTI内所有可分配的时频资源可以由 ${\mathrm{TF}}_{\mathrm{allocated}}=\underset{k\∈\mathrm{\Ψ}}{\mathrm{\∪}}{\mathrm{TF}}_k$ 来表示，其中Ψ表示在本小区内需要分配的所有用户的集合。

此时，给小区内其中一个用户分配FP_all和某一适当的SB_子集k的交集所得到的时频图案的同时，也给小区内的另一用户分配SB_all和某一适当的FP_子集k的交集所得到的时频图案。

因此，本发明提供的方法分配时频资源灵活，即当一个用户的时频资源SB_子集k已经被确定的情况下，对于另一用户来说，可以选择除SB_子集k的任意一个时频图案；或者当一个用户的时频资源FP_子集k已经被确定的情况下，对于另一用户来说，可以选择除FP_子集k外的某一信道质量比较好的调度频带内的任何时间单元，即OFDM符号。

按照上述方法在本TTI给本小区内的用户分配时频资源时，移动速度高的用户所选择的调度频带可以为时频平面上的尽可能多的最好是整个频带，从而从本TTI内本小区所产生的时频图案组中选择时频平面上的尽可能多的最好是整个频带内的一个或几个时频图案进行数据传输；移动速度低的用户的调度频带可以根据上一个或几个TTI的信道估计反馈的信道信息确定，即确定传输质量好的子载波作为调度频带，从而从本TTI内本小区所产生的时频图案组中选择在调度频带内的一个或几个时频图案传输数据。但是，必须保证的是，在同一TTI内，本小区不同用户所选择的时频图案没有交点。

本发明所述的移动速度高的用户可以为时速等于或大于120公里/小时的用户，本发明所述的移动速度低的用户可以为时速小于120公里/小时的用户。

当然，也可以在本TTI内的本小区所产生的时频图案组中按照上述方法选择一个或几个时频图案分配给本小区的信道，用来进行传输数据。

以下举一个具体的实施例说明本发明，选择子频带个数为N＝17个，每个TTI内OFDM符号数为M＝17个。

假设在本小区内，存在某一用户k在高速移动的情况，必须通过调度频带的频率分集来满足该用户传输数据的要求，另外还存在两个移动速度较低的用户a和b，所需求的数据传输速率相同，为每个TTI内两个OFDM符号。

对于用户k，设置的调度频带为时频平面的整个频带；对于用户a和用户b，在上一个或几个TTI中，用户a在1～8个频率子带上信道估计反馈的信道质量较好，用户b在9～17个频率子带上信道估计反馈的信道质量较好，因此，无线通信系统给用户a设置的调度频带为1～8个频率子带，给用户b设置的调度频带为9～17个频率子带。

假设在本小区内基于Costas序列生成的一个时频图案为：L＝{3，9，10，13，5，15，11，16，14，8，7，4，12，2，6，1，17}，将该时频图案进行所有时间循环移位形成本小区的时频图案组，记为FP_i，i为不同序列的编号，i＝{1，2，...，17}，此时FP₁＝L＝{3，9，10，13，5，15，11，16，14，8，7，4，12，2，6，1，17}，如图2所示。

对于用户a和用户b，将整个频带中的17个频率子带划分为两个调度频带，以SB_j表示，其中j代表所选择的调度频带编号，j＝{1，2}。

此时，对于用户k来说，调度频带宽度相当于整个时频平面的频带，此时则TF_k＝SB_子集k∩FP_子集k可以等于FP₁，即可以选择FP₁作为用户k的时频图案。对于用户a和用户b，来说，分配的时频图案分别为TF_a＝SB_子集a∩FP_子集a和TF_b＝SB_子集b∩FP_子集b。

如图3所示的时频图案，将以■表示的时频图案FP₁分配给用户k，由于用户a和用户b所需求的数据传输速率为每个TTI内两个OFDM符号，故将调度频带SB₁中以

和

表示的FP₂和FP₃分配给调度用户a，将调度频带SB₂中以

和

表示的FP₂和FP₃分配给调度用户b。其中，

表示的FP₂是经过FP₁进行一个时间移位得到的时频图案，

表示FP₃是经过FP₁进行两个时间移位得到的时频图案。

当用户a和用户b所需求的数据传输速率不相同时，这时可以分配本小区的时频图案组内的不同时频图案给用户a和用户b，使用户a和用户b分别选择其所分配的时频图案在其所设置的调度频带内的时频图案单元传输数据。同样地，用户a和用户b所设置的调度频带也可以不相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种无线通信系统时频资源的复用方法，其特征在于，该方法包括：

A、在每个传输时间区间TTI中，为无线通信系统中的小区分配时频图案组；

B、将该小区内时频平面上的子载波划分为调度频带，给该小区的各个用户分配所划分的调度频带；

C、在所述时频图案组中选择时频图案分配给该小区的各个用户，各个用户采用所分配的时频图案在其所分配调度频带内的时频图案单元传输数据，各个用户所采用的时频图案单元无交点，其中，给该小区内的一个用户分配FP_all和某一适当的SB_子集k的交集所得到的时频图案单元，给该小区内的另一个用户分配SB_all和某一适当的FP_子集j的交集所得到的时频图案单元，所述SB_子集k表示用户占用的调度频带，所述子集k为集合{1，2，...，N}的子集，时频平面上的整个频带被划分为N个调度频带，所述FP_子集j表示用户占用的时频图案，所述子集j为集合{1，2，...，M}的子集，所述M为占满整个时频平面的时频图案的个数，所述FP_all表示用户占用的时频图案为占满整个时频平面的时频图案，所述SB_all表示用户占用的调度频带为时频平面上的整个频带。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当小区内的用户移动速度快时，步骤B所述分配给该用户所划分的调度频带为该小区内时频平面上的整个频带；

当小区内的用户移动速度慢时，步骤B所述分配给该用户所划分的调度频带为上一个或几个TTI的信道估计反馈的传输质量好的调度频带。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动速度快的用户为移动速度等于或大于120公里/小时；所述移动速度慢的用户为移动速度小于120公里/小时。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述的给该小区的各个用户分配的所划分的调度频带为一个或多个。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C分配给各个用户的时频图案根据要传输数据的传输速率为一个或多个。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当步骤C所述分配给各个用户的时频图案相同时，

所述的各个用户分配的所划分的调度频带不相同。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当步骤C所述分配给各个用户的时频图案不相同时，

所述的各个用户分配所划分的调度频带相同。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述的时频图案组是由Costas序列，Latin序列或者线性双曲序列经过频域或时域的循环移位组成；或者由无交点的占满整个时频平面的多个时频图案组成。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述某一适当的FP_子集j包括，根据用户要传输数据的速率，从所述为无线通信系统中的小区分配时频图案组中选择的一个或多个时频图案。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述某一适当的FP子集j包括，在所述一个用户的SB_子集k确定后，与所述SB_子集k的交集为空的任意一个时频图案；或者

所述某一适当的SB_子集k包括，在所述另一个用户的FP_子集j确定后，与所述FP_子集j交集为空的某一信道质量比较好的调度频带内的任何时间单元。

Images