專利名稱:蜂窩環境中接收兩個相鄰頻率分配的數據信號的方法和設備的制作方法
技術領域:
本發明通常涉及蜂窩環境中用于接收兩個相鄰頻率分配(FA)的數據信號的方法和設備,尤其涉及在頻率復用因子為N的蜂窩環境中用于支持使得移動臺(MS)能夠同時接收來自兩個具有相鄰FA的基站(BS)的數據信號的幀結構的方法和設備。
背景技術:
已經對蜂窩通信系統提出了克服服務區域和用戶容量的限制的建議。在蜂窩通信系統中,服務區域被劃分為多個子區域(即,小區)。使用相同FA的兩個小區在空間上以足夠的距離彼此分離以使得可以在空間上復用頻率資源。因此,蜂窩通信系統可以通過增加空間分布信道的數量來容納大量的用戶。
圖1是示出了傳統的頻率復用因子為3的蜂窩系統的示意圖。圖1(a)示出了頻率復用因子為3的小區,圖1(b)示出了各自小區中使用的FA。
如圖1(a)所示,小區A(101),B(103)和C(105)各自使用如圖1(b)中所示不同的FA(FA1,FA2和FA3)。
圖2是說明電氣與電子工程師協會(IEEE)802.16d/e系統的幀結構的示意圖。在以下的描述中,圖1中示出的頻率復用因子為3的小區的幀結構將被作為示例。圖2中,縱軸為子信道,即,頻率資源單元,而橫軸為正交頻分復用(OFDM)符號,即,時間資源單元。
如圖2中所示,小區A(101),B(103)和C(105)分別使用不同的FA(FA1,FA2和FA3)。每個小區中所使用的幀包括報頭域(field)、控制信息域和數據域。
使用報頭域以便給用戶提供時間/頻率同步以及用來獲得小區信息。控制信息域包括幀控制頭標(FCH),下行鏈路媒質接入協議(DL-MAP),上行鏈路MAP(UL-MAP)。FCH包含用于解碼DL-MAP的信息。DL-Burst包含要發送給基站的信息數據。DL-MAP包含在幀中關于DL-Burst位置的信息以及關于DL-Burst是屬于哪一個用戶的信息。UL-MAP包含用戶數據可以被裝載到幀中哪一部分的信息。
數據域被分為DL-Burst和UL-Burst。數據域是可以定位實際數據的域。數據域包含至少一個子信道和至少一個符號。
可以通過減小小區半徑或者減小頻率復用因子來增加上述蜂窩通信系統中每個單元區域最大所允許的信道數量。頻率復用因子是指示頻率有效率的參數,即,頻率復用因子指示整個頻帶被分配給多少個小區。當頻率復用因子減小時,每個小區最大所允許的頻帶增大,但是小區邊界區域的信干比(SNR)增大。相反,當頻率復用因子增大時,小區邊界區域的SNR減小,但是每個小區最大所允許的頻帶減小。因此,考慮移動臺所要求的最大SNR來確定頻率復用因子。
如上所述,使用頻率復用因子可以增加每個單元小區的信道數量。然而,由于兩個彼此相鄰的基站使用不同的頻帶,所以移動臺不能同時從相鄰的的基站接收數據。
發明內容
本發明的一個目標是基本上解決至少上述問題和/或缺點,并且提供至少以下優點。因此,本發明的目標是提供一種在蜂窩環境中同時接收來自具有相鄰FA的BS的數據信號的設備和方法。
本發明的另一個目標是提供一種在蜂窩環境中支持能夠同時接收來自具有相鄰FA的BS的數據信號的幀結構的設備和方法。
本發明的再一目的是提供一種在蜂窩環境中同時接收來自具有相鄰FA的BS的數據信號的設備和方法,從而實現分集增益。
根據本發明的一個方面,頻率復用因子為N的寬帶無線通信系統的基站設備包括副載波映射器和快速付里葉逆變換(IFFT)處理器。當存在使用與該基站的FA相鄰的FA的另一基站時,副載波映射器將控制信息映射至預定部分(section)的副載波以使移動臺同時接收相鄰FA的數據信號。IFFT處理器對映射到副載波的數據進行IFFT處理。
根據本發明的另一方面,在頻率復用因子為N的寬帶無線通信系統中,移動臺設備同時接收兩個相鄰FA的數據信號。當同時從使用兩個相鄰FA的兩個基站接收到信號時,頻率控制器選擇用于同時接收兩個相鄰FA的數據信號的載波。本地振蕩器生成經由頻率控制器所選的載波。乘法器將接收到的信號與通過本地振蕩器生成的載波相乘以生成基帶信號。模數(A/D)轉換器將來自乘法器的基帶信號轉換成數字信號。快速付里葉(FFT)變換處理器對來自A/D轉換器的數字信號進行FFT處理。副載波解映射器接收來自FFT處理器的輸出信號,通過使用映射到兩個FA彼此相鄰的預定部分的副載波的控制信息來從FFT處理器的輸出信號中提取實際數據。
根據本發明的進一步的方面,提供了一種在頻率復用因子為N的寬帶無線通信系統中用于從基站發射數據的方法。在該方法中,確定是否存在使用與所述基站的FA相鄰的FA的另一基站。當有另一基站時,根據定位控制信息來創建幀以使得移動臺可以同時接收兩個相鄰FA的數據。將創建的幀發射至移動臺。
仍然是根據本發明的另一方面,提供了一種在頻率復用因子為N的寬帶無線通信系統中用于在移動臺接收兩個相鄰FA的數據的方法。當從兩個基站同時接收信號時,確定兩個基站的FA是否彼此相鄰。當兩個基站的FA彼此相鄰時,移動臺轉換其FA以便與兩個基站同時通信。
根據下面結合附圖的詳細描述本發明的上述以及其它目標、特征和優點將變得更加明顯,其中圖1是說明頻率復用因子為3的傳統蜂窩系統的示意圖;圖2是說明IEEE 802.16d/e系統的幀結構的圖;圖3是表示根據本發明的從具有相鄰FA的兩個BS同時接收數據信號的方案的示意圖;圖4是表示根據本發明的三個相鄰FA的幀結構的示意圖;圖5是表示根據本發明的四個相鄰FA的幀結構的示意圖;圖6是根據本發明的使得MS能夠同時接收兩個相鄰FA的數據信號的BS的框圖;圖7是表示根據本發明的從基站發射數據至MS的過程的流程圖,其使得MS可以同時接收兩個相鄰的FA的數據;圖8是根據本發明的用于同時接收兩個相鄰FA的數據信號的MS的框圖;
圖9是表示根據本發明的用于同時接收兩個相鄰FA的數據信號的過程的流程圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖來描述本發明的優選實施例。在以下的描述中,公知的功能或結構將不再詳細地描述,因為不必要的細節描述將使本發明不清楚。
本發明提供了一種在頻率復用因子為N的蜂窩環境中用于從具有兩個相鄰FA的兩個基站中同時接收數據信號的設備和方法。以下描述中,在蜂窩環境下發射最大數量信息的MS所占用的帶寬被稱作“FA帶寬”。而且,MS和BS被假設占有同樣的帶寬。
圖3是說明根據本發明的用于從具有相鄰FA的兩個基站同時接收數據信號的方案的示意圖。
參見圖3,彼此相鄰的第一和第二BS 301和303分別使用不同的頻率分配FA1(311)和FA2(313)。第一和第二FA 311和313彼此相鄰。MS 305通過轉換其FA 315來同時從第一和第二BS 301和303接收數據信號,因而FA 315包含第一FA 311的一部分和第二FA 313的一部分。
現在給出示例以表示MS 305可以僅使用相鄰FA 311和313的一部分來選擇地接收想要的信號。在下面的描述中,以OFDM通信系統作為示例。
下面的等式(1)表示從BS 301和303發射至MS 305的發射(TX)信號x1(t)和x2(t)。
x1(t)=1NΣk=-N2N2-1X1[k]exp(j2πktNTs)exp(j2πfc1t)]]>x2(t)=1NΣk=-N2N2-1X2[k]exp(j2πktNTs)exp(j2πfc2t)...(1)]]>其中,N為快速傅里葉變換(FFT)的大小,Ts表示抽樣時間,fc1和fc2為TX信號x1(t)和x2(t)的載波頻率,X1[k]和X2[k]是從BS 301和303發射的TX數據。
由MS 305的接收機在信道h上接收TX信號x1(t)和x2(t)。接收到的信號下變換(down-converted)為等式(2)中的基帶信號y(t)
y(t)={Σl=0L-1h1,lx1(t-τ1)+h2,lx2(t-τ1)}exp(-j2πfcmt)...(2)]]>其中,L為發射TX信號x1(t)和x2(t)過程中生成的多徑數量,τl為第l條路徑的時延,fcm為MS 305的載頻,h1和h2為在其上接收TX信號x1(t)和x2(t)的信道。
當假定載頻fcm為BS 301和303的平均載頻時,可以通過低通濾波以及以抽樣時間Ts抽樣來將等式(2)中的基帶信號y(t)簡化為下面等式(3)中的時域信號y[n]。
y[n]=1N[Σl=0L-1{h1,lΣk=0N2-1X1[k+N2]exp(j2π(n-1)kN)+h2,lΣk=N2-1-1X2[k]exp(j2π(n-1)(k+N2)N)}]...(3)]]>其中,N為FFT的大小,L為在發射TX信號x1(t)和x2(t)的過程中生成的多徑數量,以及h1和h2為在其上接收TX信號x1(t)和x2(t)的信道。
當由X[k]來表示從BS 301和303發射至MS 305的數據時,等式(3)中的時域信號y[n]可以表達為等式(4)中的時域信號y[n]y[n]=1N[Σl=0L-1{h1,lΣk=-N2-1X[k]exp(j2π(n-1)kN)+h2,lΣk=0N2-1X[k]exp(j2π(n-1)kN)}]...(4)]]>其中,N為FFT的大小,L為在發射TX信號x1(t)和x2(t)的過程中生成的多徑數量,h1和h2為在其上接收TX信號x1(t)和x2(t)的信道。
其后,當在等式(4)執行FFT運算時,等式(4)中的時域信號y[n]可以表達為等式(5)中的頻域信號Y[t]Y[t]=X[k]Σl=0L-1h1,lexp(-j2πlkN),-N2≤k≤-1X[k]Σl=0L-1h2,lexp(-j2πlkN),0≤k≤N2-1...(5)]]>
從等式(5)中可以看出,即使MS 305只使用BS 301和303的一部分FA 311和313,但是仍然可以正常地從BS 301和303接收數據信號。
然而,為了成功地與BS 301和303通信,MS 305必須能夠利用FA 311和313的一部分精確地檢測出報頭和控制信息。即,MS 305必須能夠利用包含在部分FA 311和313中的報頭來執行諸如小區識別(ID)、同步、信道估計、以及頻偏估計之類的功能。在這一點上,通過組合對應于預定FA帶寬的偽噪聲(PN)序列和識別BS的擾碼來生成報頭。
同樣,必須利用包含在部分FA 311和313中的控制信息來準確地檢測出對應于MS 305的數據位置。
因此,所要求的是僅使用部分FA 311和313就能夠精確的接收報頭信息和控制信息。
圖4和圖5是說明根據本發明的幀結構的示意圖。圖4示出了一種利用三個相鄰FA定位幀結構中的控制信息的方法,而圖5示出了一種利用四個相鄰FA定位幀結構中的控制信息的方法。用于發射最大量控制信息所需的帶寬被稱作“B_c”。同樣,用于報頭的主要功能的最小擾碼長度所需的帶寬被稱作“B_p”。同樣,MS的頻帶與每一個FA的頻帶相交迭的最小帶寬被稱作“B_m”。
參見圖4和5,控制信息被定位在FA彼此相鄰的一個部分中,以使得MS可以同時接收相鄰FA的數據。例如,控制信息被定位在圖4中的第一和第二FA 401和403之間,圖4中的第二和第三FA 403和405之間,圖5中的第一和第二FA 501和503之間,圖5中的第二和第三FA 503和505之間,以及圖5中的第三和第四FA 505和507之間。
尤其是,由于第二FA 403、第二FA 503和第三FA 505中的每一個在兩側都有相鄰FA,所以控制信息定位在FA 403、503和505中每一個的兩側。在這一點上,定位在FA 403、503和505中每一個的兩側的定位信息可以在所述兩側不相同,因為不同的MS可以定位在FA 403、503和505中每一個的兩側。
如圖4和5所示,相鄰FA至少以最小帶寬B_m彼此交迭。在這一點上,最小帶寬B_m必須大于帶寬B_m或B_p的最大值。
假設FA的帶寬為B,則允許MS同時使用相鄰FA的頻帶轉換量B_s最少為FA的帶寬B,最大為(B-B_m)。
圖6為根據本發明的BS的框圖,其中該BS使得MS可以同時接收兩個相鄰FA的數據信號。
參見圖6,BS包括編碼器601、調制器603、副載波映射器605、副載波映射控制器607、逆FFT(IFFT)處理器609、串-并(P/S)轉換器611、數-模(D/A)轉換器613、乘法器615,本地振蕩器617。
編碼器601以預定的編碼速率對來自媒質接入控制(MAC)層的輸入信息數據執行信道編碼以便輸出結果數據到調制器603。調制器603以預定的調制方案對來自編碼器601的數據進行調制以便輸出結果數據到副載波映射器605。預定的調制方案的示例可以是二進制移相鍵控(BPSK)調制方案,正交相移鍵控(QPSK)調制方案,16-QAM(正交振幅調制)方案以及64-QAM方案。
副載波映射器605在副載波映射控制器607的控制之下對來自調制器603的數據進行副載波映射操作以便輸出結果數據(即,頻域數據)至IFFT處理器609。在這一點上,當存在使用與本BS使用的FA相鄰的FA的另一BS時,副載波映射控制器607生成用于將控制信息映射至圖4和5所示的彼此相鄰的FA部分中的控制信號。
IFFT處理器609對來自副載波映射器605的頻域數據進行IFFT處理以便輸出時間取樣的數據(即,并行數據)至P/S轉換器611。P/S轉換器611將來自于IFFT處理器609的并行數據轉換成串行數據以便將結果數據(即,數字信號)輸出至D/A轉換器613。D/A轉換器613將來自于P/S轉換器的數字信號轉換為模擬信號以便將模擬的基帶信號輸出至乘法器615。乘法器615將來自于D/A轉換器613的模擬基帶信號與來自本地振蕩器617的振蕩信號相乘以生成射頻(RF)信號。乘法器615和本地振蕩器617組成了RF處理器。RF信號通過天線發射。
圖7是說明根據本發明的用于從BS向MS發射數據的過程的流程圖,其使得MS可以同時接收兩個相鄰FA的數據。
參見圖7,為了發射數據至MS,BS在步驟701確定是否存在使用與其FA相鄰的FA的相鄰BS。如果有,則流程進行至步驟705,如果沒有,則流程進行至步驟703,然后至步驟707。在步驟707,發射通用幀之前,在步驟703,BS創建如圖2所示的通用幀。
在步驟705,BS將控制信息映射至如圖4和圖5所示的該BS的FA與相鄰BS的FA彼此相鄰的部分中。同樣,通過BS的完整FA來重復映射用于辨別BS的報頭以創建幀。該報頭包含用于辨別BS的擾碼。
在步驟707,BS發射已創建的幀至MS。至此,BS結束該過程。
圖8為根據本發明的同時接收兩個相鄰FA的數據信號的MS的框圖。
參見圖8,MS包括頻率控制器801、本地振蕩器803、乘法器805、模-數(A/D)轉換器807,串-并(S/P)轉換器809、FFT處理器811、副載波解映射器813,解調器815和解碼器817。
頻率控制器801生成用于選擇要由該MS使用的FA的控制信號。也就是說,因為該MS使用預定帶寬,所以頻率控制器801生成用于選擇是MS的中心頻率的載波的控制信號。同樣,當同時接收來自使用兩個相鄰FA的兩個BS的信號時,頻率控制器801生成用于選擇同時接收來自兩個相鄰BS的數據的載波的控制信號。本地振蕩器803在頻率控制器801的控制之下生成該載波(即,BS的中心頻率)。在這一點上,選擇載波,以便該載波包括用于辨別在BS之間的最小帶寬的報頭信息,以及兩個相鄰FA的每一個的控制信息。
乘法器805將通過天線接收到的信號與從本地振蕩器803接收到的信號相乘,從而創建用于從兩個基站同時接收信號的FA。A/D轉換器807將來自乘法器805的輸出信號轉換為數字信號。該數字信號為時間取樣的數據(即,串行數據)。
S/P轉換器809將來自A/D轉換器807的串行數據轉換為并行數據。FFT處理器811將來自S/P轉換器809的并行數據進行FFT處理以輸出頻域數據。
副載波解映射器813從FFT處理器811的輸出信號(即,副載波值)中提取用實際數據加載的副載波值。根據本發明,使用加載到兩個FA彼此相鄰的預定部分的副載波中的控制信息來提取每一個FA的實際數據。
解調器815根據預定的解調方案來解調來自副載波解映射器813的實際數據。解碼器817以預定的編碼速率對來自于解調器815的已解碼數據執行信道解碼操作,從而恢復信息數據。
圖9是示出了根據本發明的同時接收兩個相鄰FA的數據信號的過程的流程圖。
參見圖9,MS在步驟901決定是否在步驟901中同時接收來自兩個BS的信號。如果如此,則MS進行至步驟903,如果不是,BS再一次執行步驟901。在步驟903,MS確定兩個BS所使用的FA都彼此相鄰。如果如此,則該MS進行到步驟907,如果不是,該MS進行到步驟905。在步驟905,MS測量兩個BS的RX信號強度(例如,導頻強度)以選擇具有較強RX信號的BS,并且從所選的BS接收數據。至此,MS結束該過程。
在步驟907,MS變換FA以同時接收來自兩個BS的數據,如圖3所示。至此,MS結束該過程。
如上所述,本發明提供了一種幀結構,其使得在頻率復用因子為N的蜂窩環境中MS有可能接收兩個相鄰FA的數據信號。MS可以同時與使用相鄰FA的BS通信。因為兩個不同的BS通過獨立的路徑發射相同的數據,所以MS可以獲得宏分集增益。在第一BS容量不足而與第一BS相鄰的第二BS容量充足的情況下,MS同時與第一和第二BS通信以使第一BS發射少量的數據,而第二BS發射大量的數據,因此使得能夠平衡兩個BS之間的負荷成為可能。
盡管已經參考了其某些優選實施例來展示和描述本發明,但是本領域內的技術人員將會理解在形式和細節方面作各種改變都不脫離由附加的權利要求書定義的本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種用于頻率復用因子為N的無線通信系統的基站設備,該設備包括映射器,用于當存在使用與該基站的頻率分配(FA)相鄰的FA的另一基站時,將控制信息映射到預定部分的副載波,以便移動臺同時接收相鄰FA的數據信號;和對已映射到副載波的數據進行IFFT處理的逆快速傅里葉變換(IFFT)處理器。
2.如權利要求1所述的基站設備,進一步包括編碼器,用于從媒質接入控制(MAC)層接收信息數據并以預定編碼速率對接收到的數據進行編碼;調制器,用于以預定調制方案對來自編碼器的編碼數據進行調制,并將結果數據提供給副載波映射器。
3.如權利要求1所述的基站設備,其中,控制信息包括報頭和信道分配信息。
4.如權利要求3所述的基站設備,其中,在基站的整個FA中重復映射報頭。
5.如權利要求3所述的基站設備,其中,信道分配信息被映射到兩個FA彼此相鄰的預定部分的副載波。
6.如權利要求3所述的基站設備,其中,當存在分別與FA的兩側部分相鄰的FA時,兩條信道分配信息被映射至FA兩側部分的副載波。
7.如權利要求6所述的基站設備,其中,取決于使用分配給FA的數據的移動臺,兩條信道分配信息彼此相同或不同。
8.如權利要求1所述的基站設備,還包括數-模(D/A)轉換器,用于將IFFT處理器的輸出信號轉換為模擬信號;以及射頻(RF)處理器,用于將來自于D/A轉換器的基帶模擬信號轉換為射頻信號以便將得到的模擬信號通過天線輸出至移動臺。
9.一種用于在頻率復用因子為N的無線通信系統中同時接收兩個相鄰頻率分配(FA)的數據信號的移動臺設備,該設備包括頻率控制器,用于當同時接收來自兩個使用兩個相鄰FA的基站的信號時,選擇載波以同時接收兩個相鄰FA的數據信號;本地振蕩器,用于生成由頻率控制器所選的載波;乘法器,用于將本地振蕩器生成的載波與接收到信號相乘以生成基帶信號。
10.如權利要求9所述的移動臺設備,其中,選擇載波,以便該載波包括用于辨別基站之間的最小帶寬的報頭,和兩個相鄰FA中的每一個的信道分配信息。
11.如權利要求10所述的移動臺設備,其中信道分配信息包括在兩個FA彼此相鄰的預定區域中。
12.如權利要求10所述的移動臺設備,其中當兩個FA分別與FA的兩側部分相鄰時,信道分配信息被包括在FA兩側部分的副載波中。
13.如權利要求10所述的移動臺設備,其中在基站的整個FA中配置報頭以辨別基站。
14.如權利要求9所述的移動臺設備,進一步包括模-數(A/D)轉換器,用于將來自乘法器的基帶信號轉換為數字信號;快速傅里葉(FFT)處理器,用于將來自A/D轉換器的數字信號進行FFT處理;和副載波解映射器,用于從FFT處理器接收輸出信號,并使用控制信息從來自FFT處理器的輸出信號中提取實際數據,該控制信息映射至兩個FA彼此相鄰的預定部分的副載波。
15.一種用于在頻率復用因子為N的無線通信系統中從基站發射數據的方法,該方法包含步驟確定是否存在使用與所述基站FA相鄰的頻率分配(FA)的另一基站;當存在另一基站時,通過定位控制信息來創建幀以使得移動臺可以同時接收兩個相鄰FA的數據;將已創建的幀發射給移動臺。
16.如權利要求15所述的方法,其中,所述控制信息包含報頭和信道分配信息。
17.如權利要求16所述的方法,其中,在基站的整個FA中重復映射報頭。
18.如權利要求16所述的方法,其中,信道分配信息被映射至兩個FA彼此相鄰的預定部分的副載波。
19.如權利要求16所述的方法,其中,當存在分別與FA的兩側部分相鄰的FA時,兩條信道分配信息被映射至FA兩側部分的副載波。
20.如權利要求19所述的方法,其中,取決于使用分配給FA的數據的移動臺,兩條信道分配信息彼此相同或不同。
21.一種用于在頻率復用因子為N的無線通信系統中移動臺接收兩個相鄰頻率分配(FA)的數據的方法,該方法包含步驟當同時從兩個基站接收信號時,確定兩個基站的FA是否彼此相鄰;以及當兩個基站的FA彼此相鄰時,通過變換移動臺使用中的FA來同時與兩個基站通信。
22.如權利要求21所述的方法,進一步包含當兩個基站的FA不是彼此相鄰時,測量接收(RX)信號的強度;和從兩個基站中選出其檢測到的RX信號強度大于另一個基站的RX信號強度的基站。
23.如權利要求21所述的方法,其中,變換移動臺使用中的FA包含選擇用于同時接收兩個相鄰FA的數據的載波;和將所選的載波與移動到FA的接收信號相乘以便同時從兩個相鄰FA接收數據。
24.如權利要求23所述的方法,其中,選擇載波,以便該載波包括用于辨別基站之間的最小帶寬的報頭,以及兩個相鄰FA中的每一個的信道分配信息。
25.如權利要求24所述的方法,其中信道分配信息包括在兩個FA彼此相鄰的預定部分中。
26.如權利要求24所述的方法,其中當兩個FA分別與FA的兩側部分相鄰時,信道分配信息被包括在FA兩側部分的副載波中。
27.如權利要求24所述的方法,其中,在基站的整個FA中配置報頭以辨別基站。
全文摘要
提供了一種在蜂窩環境中同時接收兩個相鄰頻率分配(FA)的數據信號的方法和設備。當存在使用與該基站FA相鄰的FA的另一個基站時,副載波映射器將控制信息映射至預定部分的副載波以使得移動臺同時接收相鄰的FA的數據信號。逆快速傅里葉變換(IFFT)處理器對映射到副載波的數據進行IFFT處理。由于兩個不同的BS通過獨立的路徑發射相同的數據,因此MS可以獲得宏分集增益。同樣,能夠平衡兩個BS的負荷。
文檔編號H04B7/02GK1909547SQ20061015133
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月1日 優先權日2005年8月1日
發明者韓璂榮, 權榮訓, 黃晟秀, 尹淳暎, 金容奭, 崔殷銑, 崔嵩潤 申請人:三星電子株式會社