CN1993955B - 具有可配置循环前缀长度的无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

为了以一种减轻时延扩展的有害影响的方式来发送数据，首先确定将要在多个时隙中发送的多个传输的期望覆盖范围。基于所述期望覆盖范围，为这些传输选择循环前缀长度。可以基于每个传输的期望覆盖范围、用于该传输的导频错列等等，从一组允许的循环前缀长度中为该传输选择循环前缀长度。例如，可以为每个局部传输选择较短的循环前缀长度，而为每个广域传输选择较长的循环前缀长度。所选择的循环前缀长度可以用信号被发送到终端。基于所选择的循环前缀长度，对所述传输进行处理(例如，OFDM调制)。可以周期性地、例如在每个超帧中，选择循环前缀长度。

Description

具有可配置循环前缀长度的无线通信系统
根据35U.S.C.§119的优先权要求
本专利申请要求2004年6月4日提交的、题目是“FLO-TDDphysical layer”的临时申请No.60/577,083的优先权，该申请已转让给本申请的受让人，并特此通过引用将其并入此处。
技术领域
本发明总体上涉及通信，并且更明确地涉及在无线通信系统中发送数据的技术。
背景技术
无线通信系统被广泛地用于提供诸如语音、分组数据、多媒体广播、文本消息等等这样的各种通信服务。这些系统可以利用正交频分复用(OFDM)，其是一种能够在多种无线环境中提供良好性能的多载波调制技术。OFDM把整个系统带宽划分成多个(S)正交子频带。这些子带也被称作音调(tone)、子载波、仓(bin)和频道。使用OFDM，每个子带和相应的可以用数据进行调制的载波相关联。在每个OFDM符号周期内，在这S个子带上，可以发送多达S个调制符号。在发送之前，采用S点快速傅里叶逆变换(IFFT)把调制符号变换到时域，以生成包含S个时域采样的变换后的符号。
OFDM的一个关键属性是抗时延扩展的能力，时延扩展是地面通信系统中的一种普遍现象。无线信道的时延扩展是该无线信道的脉冲响应的时间间隔或持续时间。这种时延扩展也是对于发射机经由该无线信道所发送的信号，在接收机处最先和最后到达的信号实例(或多径)之间的差。这些信号实例可以经由直接/视距路径和由环境中的障碍物形成的间接/反射路径进行传播。在接收机接收到的信号是所有到达的信号实例的叠加。
时延扩展引起符号间干扰(ISI)，其是这样一种现象，即接收到的信号中的每个符号使该接收到的信号中的后续的一个或多个符号产生失真。由于影响了接收机正确检测所接收到的符号的能力，该ISI失真降低了性能。通过重复每个变换后的符号的一部分来形成一个OFDM符号，OFDM能够方便地对抗时延扩展。该重复部分被称为循环前缀或防护间隔。循环前缀长度等于每个变换后的符号被重复的采样的数目。
循环前缀长度确定了OFDM所能对抗的时延扩展量。较长的时延扩展长度能够对抗较多的时延扩展。典型地，基于对于系统中给定百分比(例如，95％)的接收机的最大期望时延扩展，设置该循环前缀长度。由于循环前缀表示每个OFDM符号的开销，因此为了降低开销，具有尽可能短的循环前缀长度是可取的。
因此，本领域需要用来减轻时延扩展有害影响同时降低开销的技术。
发明内容
这里描述了以减轻时延扩展有害影响的方式发送数据的技术。这些技术可以被用于各种类型的传输(例如，用户特定(user-specific)传输、多播传输和广播传输)和各种服务(例如，增强的多媒体广播/多播服务(E-MBMS))。
根据本发明的一个实施例，描述了一种装置，其包括控制器和调制器。所述控制器确定将要在多个时隙中发送的多个传输的期望覆盖范围，并且基于所述期望覆盖范围为这些传输选择循环前缀长度。基于所选择的循环前缀长度，所述调制器对所述传输进行处理(例如，OFDM调制)。
根据另一个实施例，提供了一种方法，在其中，确定将要在多个时隙中发送的多个传输的期望覆盖范围。基于所述期望覆盖范围为这些传输选择循环前缀长度。基于所选择的循环前缀长度，对所述传输进行处理。
根据另一个实施例，描述了一种装置，其包括：用于确定将要在多个时隙中发送的多个传输的期望覆盖范围的模块；用于基于所述期望覆盖范围，为这些传输选择循环前缀长度的模块；以及用于基于所选择的循环前缀长度，对所述传输进行处理的模块。
根据另一个实施例，提供了一种方法，在其中，基于数据传输的最大期望时延扩展，从多个循环前缀长度中为所述数据传输选择一个循环前缀长度。基于所选择的循环前缀长度对所述数据传输进行处理。
根据另一个实施例，描述了一种装置，其包括控制器和解调器。所述控制器接收关于为在至少一个时隙内被发送的至少一个传输所选择的至少一个循环前缀长度的信令。所述至少一个循环前缀长度是基于所述至少一个传输的期望覆盖范围而被选择出的。基于所述至少一个循环前缀长度，所述解调器接收并处理(例如，OFDM解调)所述至少一个传输。
根据另一个实施例，提供了一种方法，在其中，接收关于为在至少一个时隙内被发送的至少一个传输所选择的至少一个循环前缀长度的信令。基于所述至少一个循环前缀长度，对所述至少一个传输进行处理。
根据另一个实施例，描述了一种装置，其包括：用于接收关于为在至少一个时隙内被发送的至少一个传输所选择的至少一个循环前缀长度的信令的模块；以及用于基于所述至少一个循环前缀长度，对所述至少一个传输进行处理的模块。
下面进一步详述本发明的各种方面和实施例。
附图说明
图1示出具有不同覆盖范围大小的基站的系统。
图2示出具有局部传输和广域传输的系统。
图3示出OFDM调制器。
图4A、4B和4C分别示出1×、2×和3×错列(staggering)的导频。
图5示出具有过量时延扩展的信道脉冲响应。
图6A到6E示出对于各种EIRP值、小区半径、循环前缀长度以及错列导频的95％覆盖SNR。
图7示出了用于发送数据、导频和开销的3层超帧结构。
图8示出了使用W-CDMA和OFDM的TDD系统的帧结构。
图9和10示出了用于以减轻时延扩展的有害影响的方式来发送数据的两个处理过程。
图11示出基站和终端的框图。
具体实施方式
这里所用到的“示例性的”一词表示“作为例子、实例、或者例证”。这里描述的任何作为“示例性的”实施例不必被解释为相对于其它实施例是优选的或者具有优势。
这里描述的传输技术可以被用于利用诸如OFDM、交织FDMA(IFDMA)(其也被称作分布式FDMA)、集中式FDMA(LocalizedLFDMA)(其也被称为窄带FDMA或经典FDMA)、W-CDMA、cdma2000、和其它调制技术这样的各种无线电技术的无线通信系统。OFDM、IFDMA和LFDMA是多载波无线技术，其有效地把整个系统带宽划分成多个(S)正交子频带。在所有这S个子带上或者在其一个子集上，OFDM发送频域中的调制符号。在这S个子带上均匀分隔的子带上，IFDMA发送时域中的调制符号。LFDMA发送时域中的调制符号，并且典型地是在相邻子带上进行发送。在单播、多播和广播传输中使用OFDM可以被认为是不同的无线电技术。以上给出的无线电技术的列表并非穷举，并且这些传输技术也可以被用于其它以上没有提到的无线电技术。为了清晰，以下描述的是针对OFDM的传输技术。
图1示出具有多个基站110和多个终端120的无线通信系统100。为了简化，图1仅示出了4个基站110a到110d。基站110通常是一个和终端进行通信的固定站，并且也可以被称作接入点、节点B、基站收发系统(BTS)、或者一些其它术语。每个基站110向特定的地理范围102提供通信覆盖。术语“小区”，取决于该术语使用的上下文，可以指基站和/或它的覆盖范围。为了简化，用图1中的理想的圆表示每个基站的覆盖范围。在实际的系统部署中，典型地，每个基站的覆盖范围具有一个与理想的圆不同的形状，并且其取决于各种因素，例如地形、障碍物等等。基站覆盖范围可以有相同或不同的大小。对于图1示出的例子，在图1示出的4个基站中，基站110a具有最大覆盖范围102a，基站110b具有次大覆盖范围102b，基站110c具有再次大覆盖范围102c，而基站110d具有最小覆盖范围102d。
终端可以是固定的或移动的，并且也可以被称作移动台、无线设备、用户设备、用户终端、用户单元、或者一些其它术语。在任意给定时刻，一个终端可以和0个、1个或多个基站在下行链路和/或上行链路上进行通信。下行链路(或前向链路)指的是从基站到终端的通信链路，而上行链路(或反向链路)指的是从终端到基站的通信链路。终端可以分散在整个基站的覆盖范围内。每个终端观测到不同的无线信道，这取决于在系统中该终端相对于基站的位置。
在不同类型的传输中，基站可以广播各种内容(例如，音频、视频、图文电视、数据、视频/音频剪辑等等)。广域传输是系统中所有或多数基站进行广播的传输。不同的广域传输可以由系统中不同组的基站进行广播。局部传输是由用于给定的广域传输的基站的一个子集进行广播的传输。不同的局部传输可以由用于给定的广域传输的基站的不同子集进行广播。局部传输和广域传输可以被看作具有不同覆盖层的传输。每个传输的覆盖范围由所有广播那个传输的基站来确定。
图2示出了具有局部和广域传输的无线通信系统200。系统200包括广域210，该广域包含局域220。广域和局域仅仅是系统中的不同覆盖范围。通常，系统可以包括任意多个广域和任意多个局域。对于给定广域的广域传输被该广域内所有基站进行广播。对于给定局域的局部传输被该局域内所有基站进行广播。
对于图2示出的例子，局域220具有三个基站。如图2所示，局域220内的终端120x可以从这个局域中的所有这三个基站接收相同的局部传输。在终端120x接收的信号是从这三个基站经由直接路径(如图2所示)和间接路径(图2中没有示出)接收到的信号实例的叠加。终端120x用于该局部传输的无线信道是由在局域220中的这三个基站的所有直接和间接路径组成的。
广域210比局域220具有多得多的基站。对于图2中示出的例子，广域210内的终端120y从在两层网格区域212内的19个基站接收相同的广域传输，该两层网格区域212用虚线内的灰色阴影示出。这19个基站包括1个中心基站，在环绕该中心基站的第一层或第一环中的6个基站，以及在环绕该中心基站的第二层中的12个基站。在终端120y接收到的信号是从所有这19个基站经由直接或间接路径接收到的所有信号实例的叠加。终端120y用于该广域传输的无线信道是由在广域212中的这19个基站的所有直接和间接路径组成的。
图1和2示出两种示例性的系统，在其中，由于在系统内的不同位置、不同的基站覆盖范围大小、以及不同类型的传输，不同的终端可以观测到不同的无线信道。这些不同类型的传输可以包括发送到特定终端的单播传输、发送到终端组的多播传输、以及发送到广播覆盖范围内所有终端的广播传输。这些终端将观测到不同的时延扩展。
通常，给定传输的最大期望时延扩展和那个传输的覆盖范围的大小成比例。广播传输的最大时延扩展对于给定百分比的接收那个传输的终端来说，是上限时延扩展。例如，所有接收该广播传输的终端中的95％可以具有比最大期望时延扩展小或者与其相等的时延扩展。如图2所示，通常，对于局部传输，最大期望时延扩展较小，而对于广域传输，最大期望时延扩展较大。
对于给定的实现百分比，用户特定传输的最大期望时延扩展是接收那个传输的终端所观测到的上限时延扩展。例如，在95％的时间内，接收该传输的终端可能观测到小于或等于该最大期望时延扩展的时延扩展。对于用户特定传输，典型地(但不是必然地)，对于具有小覆盖范围的基站，最大期望时延扩展较小，而对于具有大覆盖范围的基站，最大期望时延扩展较大。
可配置循环前缀长度可以用于对抗对于不同类型的传输(例如，局部传输和广域传输)和不同基站覆盖范围大小的不同的最大期望时延扩展。为了降低循环前缀的开销，最大期望时延扩展较小的传输可以使用较短的循环前缀长度。这种传输可以是具有较小覆盖范围的局部传输或用户特定传输。相反，最大期望时延扩展较大的传输可以使用较长的循环前缀长度，以允许终端有效地对抗符号间干扰。这种传输可以是具有较大覆盖范围的广域传输或用户特定传输。
图3示出了基于OFDM的系统中的发射机的OFDM调制器300的框图。典型地，首先，基于编码方案对将要发送的数据进行编码以生成码比特。然后，基于调制方案(例如，M-PSK或M-QAM)把所述码比特映射到调制符号。每个调制符号是该调制方案的信号星座图中的一个复数值。
在每个OFDM符号周期，可以在每个用于传输的子带上发送一个调制符号，并且可以在每个未使用的子带上发送一个零符号(其信号值为0)。调制符号和零符号被称为发射符号。对于每个OFDM符号周期中的总共S个子带，IFFT单元310接收S个发射符号，采用S点IFFT把该S个发射符号变换到时域，并且提供一个包含S个时域采样的变换后的符号。每个采样是将在一个采样周期中进行发送的复数值。并-串(P/S)转换器312对每个变换后的符号中的这S个采样进行串行化。然后，循环前缀发生器314重复每个变换后的符号的一部分(或C个采样)，以形成一个包含S+C个采样的OFDM符号。循环前缀用于对抗时延扩展引起的符号间干扰。一个OFDM符号周期(也可以简单地称其为符号周期)是一个OFDM符号的持续时间并且其等于S+C个采样周期。
基站可以使用频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、码分复用(CDM)和/或一些其它复用方案来发送导频。例如，基站可以周期性地发送可用于时间同步、频率错误估计等等的TDM导频。基站也可以发送可用于信道估计的FDM导频。FDM导频是在分布在总共S个子带上的P个子带上发送的导频，其中S＞P＞1。
图4A示出了采用1×错列的示例性的FDM导频传输方案410。对于1×错列方案410，在一组P个子带上发送FDM导频。该组中的P个子带均匀分布在总共S个子带上，使得该组中的连续子带被D＝S/P个子带的距离分隔开。于是，该组包括子带s1、D+s1、2D+s1等等，其中，起始子带下标s1可以是1和D之间的任何整数值。在每个发送FDM导频的OFDM符号周期中的同一组P个子带上发送该FDM导频。
图4B示出了采用2×错列的示例性的FDM导频传输方案420。对于2×错列方案420，在两组P个子带上发送FDM导频。每个组中的P个子带均匀分布在总共S个子带上。第一组中的P个子带还相对于第二组中的P个子带偏移了D/2个子带。第一组包括子带s2、D+s2、2D+s2、等等，而第二组包括s2′、D+s2′、2D+s2′等等。起始子带下标s2可以是1和D/2之间的任何整数值，而下标s2′可以是s2′＝s2+D/2。在交替的符号周期内，可以在这两个子带组上发送FDM导频，例如，在奇数编号的符号周期内，在第一子带组上进行发送，而在偶数编号的符号周期内，在第二子带组上进行发送。
图4C示出了采用3×错列的示例性的FDM导频传输方案430。对于3×错列方案430，在三组P个子带上发送FDM导频。每个组中的P个子带均匀分布在总共S个子带上。每组中的P个子带还相对于另外两组中的每一组中的P个子带偏移了大约D/3个子带。第一组包括子带s3、D+s3、2D+s3等等，第二组包括子带s3′、D+s3′、2D+s3′等等，而第三组包括子带s3″、D+s3″、2D+s3″等等。起始子带下标s3可以是1和之间的任何整数值，下标s3′可以是而下标s3″可以是
Figure A20058002632500153
其中，表示提供等于或大于x的整数值的上取整运算符。FDM导频可以在这三组子带上循环，例如，在符号周期n内，在第一组子带上发送，然后在符号周期n+1内，在第二组子带上发送，然后在符号周期n+2内，在第三组子带上发送，然后在符号周期n+3内，回到第一组子带上等等。
图4A到4C示出三种示例性的错列导频。在多个子带组上发送一个错列导频(例如，如图4B或4C所示)，这允许终端(1)在频域内更多的子带上对系统带宽进行采样，以及(2)得到较高质量的信道估计。通常，可以在任意多个子带组上发送该FDM导频，并且每个组可以包含任意多个子带。也可以使用各种错列模式来发送该FDM导频，所述错列模式指示在每个符号周期内哪个子带用于该FDM导频。例如，对于4×错列，可以在4个子带组上发送该FDM导频，对于完全错列，在D个子带组上发送FDM导频，等等。
图5示出具有过量时延扩展的无线信道的信道脉冲响应500，该过量时延扩展是大于循环前缀长度的时延扩展。信道脉冲响应由下标从1到Q的Q个信道抽头组成，其中，当存在过量时延扩展时，Q＞C。最前面的C个信道抽头被称作主信道，而剩余的Q-C个信道抽头被称作多余信道。在终端接收到的OFDM符号是由这Q个信道抽头中的每一个与发送的OFDM符号相乘的叠加所组成的。长度为C的循环前缀能够捕获信道抽头1到C的全部能量。该循环前缀不捕获信道抽头C+1到Q的能量。
过量时延扩展引起符号间干扰。由于多余的信道抽头C+1到Q，每个OFDM符号对后一个OFDM符号造成干扰。由于多余的信道抽头，每个OFDM符号也接收到来自前一个OFDM符号的干扰。通过增加循环前缀长度，例如，C＝Q，可以减轻符号间干扰。
过量时延扩展也降低了信道估计性能。如果在P个子带上发送FDM导频，那么基于这个FDM导频，可以获得具有P个信道抽头的信道脉冲响应估计。典型地，选择P等于C。在这种情况下，因为存在自由度数目不足的问题，因此无法估计多余的信道抽头C+1到Q。此外，无线信道的脉冲响应被P个导频子带在频域中进行欠采样(undersample)。这种欠采样引起在时域中多余信道的混叠(aliasing)，使得多余信道抽头C+1出现在主信道抽头1上，多余信道抽头C+2出现在主信道抽头2上，等等。每个混叠的多余信道抽头导致在对相应的主信道进行估计时出现错误。通过使用错列在更多的子带上发送FDM导频，可以减轻由于过量时延扩展引起的信道估计的降级。信道脉冲响应估计(R)的长度取决于用于FDM导频的子带总数，例如，对于1×错列，R＝P，对于2×错列，R＝2P，而对于1×错列，R＝3P。即便面临着过量的时延扩展，错列导频仍旧考虑到奈奎斯特采样，并且因此避免了混叠的信道估计。通常，更多的错列允许接收机得到更长的信道脉冲响应估计，这能够减少在信道估计中的降级量。
可以基于各种因素，例如系统设计参数(例如，系统带宽、子带总数等等)、传输类型、所述传输的期望覆盖范围等等，选择循环前缀长度和导频错列。也可以基于各种性能度量来选择循环前缀长度和导频错列。一种这样的度量是接收到的“有用的”能量与热噪声加干扰的比的累积分布函数(CDF)，其也被称作信干噪比(SNR)。接收到的有用能量是以下几部分的和：(1)落入循环前缀(CP)之内的信道能量，以及(2)能够使用错列导频收集的信道能量。干扰是落在循环前缀之外并且不能使用错列导频收集的信道能量。
对于不同的错列导频的SNR可以被表示为：
Figure A20058002632500171
Figure A20058002632500174
方程(1)
其中，SNR1x、SNR2x、和SNR3x分别是对于1×、2×和3×错列的SNR；
      SNR理想是捕获所有接收到的能量的最佳情况的SNR；以及
      N0噪声功率，其被假设为N0＝2.16×10-13瓦。
在方程组(1)中，“Rx功率”是在终端接收到的总功率。“CP内的Rx功率”是从中心基站接收到的功率加上从其它到终端的传播时延小于循环前缀的基站接收到的功率之和。“CP外的Rx功率”是从所有到终端的传播时延大于循环前缀的基站接收到的功率之和。“用2×错列(或3×错列)收集的Rx功率”是用2×错列(或3×错列)导频收集的从所有基站接收到的功率之和。这种收集的功率基于这样的假设，即，如果从给定基站到该终端的传播时延小于错列长度(其是错列因子和循环前缀长度的乘积)，那么能够收集对于该基站的所有接收到的能量。例如，用2×错列收集的接收到的功率可以表示为：
方程(2)
其中，时延(i)是对于基站i的传播时延，而CPL是循环前缀长度。方程(2)中的求和覆盖了所有其传播时延小于或等于2×错列长度、或2倍循环前缀长度的基站。
在方程组(1)中，SNR1x、SNR2x、SNR3x和SNR理想是随机变量，其是系统内终端位置的函数。通过对具有19个小区2层网格布局(例如，如图2所示在广域210内的阴影范围)的示例性系统进行计算机模拟，可以计算出这些随机变量的值。表1列出了用于计算机模拟的一些参数。
                              表1
  参数 符号      值
  采样率 f<sub>s</sub>      5.4MHz
  采样周期 T<sub>s</sub> T<sub>s</sub>＝1/f<sub>s</sub>      185.19ns
  子带总数 S      1024
  防护子带的数目 G      136
  可用子带的数目 U U＝K-G      888
  导频子带的数目 P      128
  循环前缀长度 C      108个采样
  循环前缀持续时间 T<sub>cp</sub> T<sub>cp</sub>＝C·T<sub>s</sub>      20μs
  窗口持续时间 T<sub>w</sub> T<sub>w</sub>＝W·T<sub>s</sub>      4.074μs
  整个OFDM符号持续时间 Tofdm T<sub>ofdm</sub>＝(S+C+W)·T<sub>s</sub>      213.71μs
对于2千瓦(KW)和10千瓦的有效各向同性辐射功率(EIRP)值进行计算机模拟，这两个EIRP值分别对应于发射功率53dBm和60dBm，具有10dB的发射天线增益。也可以对不同小区半径进行计算机模拟。对于表1示出的示例性系统，对长度为108、154、194和237个采样的循环前缀长度进行计算机模拟，这几个循环前缀长度分别对应于20微秒(μs)、29μs、36μs和44μs。
对于各种不同的EIRP、小区半径和循环前缀长度的组合，在2层布局内中心基站覆盖范围的情况下，对于大量在不同位置的实现进行计算机模拟。每个实现的阴影(shadowing)不同并且基于阴影随机变量确定该阴影。为每个实现确定SNR1x、SNR2x、SNR3x和SNR理想。为了简化，在计算机模拟中不考虑多径。在终端从每个基站接收到的功率是经由直接路径接收到的功率，并且它等于从那个基站发射的功率减去传播路径损失，单位是分贝(dB)。在终端接收到的总功率等于从该2层布局中所有基站接收到的功率之和。基于为这四个随机变量SNR1x、SNR2x、SNR3x和SNR理想中的每一个的所有实现获得的SNR值，获得对于该随机变量的CDF。
“95％覆盖SNR”性能度量用于量化每个随机变量的性能。对于给定随机变量，值为γ的95％覆盖SNR意味着，对于这个随机变量，95％的实现达到值为γ的SNR或更好。例如，对于随机变量SNR理想的95％覆盖SNR可以表示为：
Figure A20058002632500191
方程(3)
其中，SNR理想 95％是随机变量SNR理想的95％覆盖SNR，而Pr(x)表示x出现的概率。
能够对这4个随机变量做出以下观测：
Figure A20058002632500192
方程(4)
这4个随机变量的95％覆盖SNR的不同指示了：(1)给定的循环前缀是否足够长，以及(2)通过导频错列获得的任何改进。
图6A到6E示出计算机模拟的结果。为每个被模拟的EIRP和小区半径的不同组合提供一个图。每个图包括对于四种不同的循环前缀长度的四个多层条形图。每个多层条形图示出对于一个特定的EIRP、小区半径和循环前缀长度的组合，三个随机变量SNR1x、SNR2x和SNR3x的95％覆盖SNR。对于每个多层条形图，随机变量SNR1x的95％覆盖SNR(其是SNR1x 95％)是与交叉线框的顶部相对应的SNR值，随机变量SNR2x的95％覆盖SNR(其是SNR2x 95％)是与黑色填充框的顶部相对应的SNR值，而随机变量SNR3x的95％覆盖SNR(其是SNR3x 95％)是与直线框的顶部相对应的SNR值。对于每个图，垂直坐标轴的最大值对应于SNR理想 95％，如果循环前缀长度足够长能够捕获所有接收到的能量，则其为95％覆盖SNR。
对于每个多层条形图，如果 SNR 2 x 95 % = SNR 1 x 95 % , 则不出现黑色填充框，如果 SNR 3 x 95 % = SNR 2 x 95 % , 则不出现直线框。黑色填充框的高度指示了采用2×错列比采用1×错列所获得的改进量。直线框的高度指示了采用3×错列比采用2×错列所获得的改进量。黑色填充框和直线框的组合高度指示了采用3×错列比采用1×错列所获得的改进量。缺少黑色填充框，则指示采用2×错列没有改进。缺少直线框，则指示采用3×错列没有改进。对于给定的导频错列，由给定图中的4个多层条形图上表示那个导频错列的框的高度的变化示出采用较长循环前缀长度引起的SNR改进。例如，对于1×错列，由4个多层条形图上的交叉线框的高度的变化示出采用较长循环前缀长度引起的SNR改进。
图6A、6B和6C分别示出对于2千瓦EIRP和2千米(Km)、3Km及5Km小区半径的95％覆盖SNR。在这些图中的多层条形图指示出：(1)对于4Km和5Km的小区半径，较长的循环前缀提高了性能，以及(2)应该使用2×错列或3×错列来逼近SNR理想 95％。
图6D和6E分别示出对于10千瓦的EIRP和3Km及6Km小区半径的95％覆盖SNR。在这些图中的多层条形图指示出：(1)在大约3Km小区半径处，循环前缀可以从大约108个采样(20μs)增加到大约151采样(29μs)，以及(2)即便使用3×错列，相对于SNR理想 95％，具有108个采样的循环前缀长度仍有一些损失。
图6A到6E示出的模拟结果是针对特定系统设计、特定传播模型以及特定接收机设计。不同的设计和不同的模型可以得到不同的结果。通常，随着小区半径增长，时延扩展增加，因而为了提高SNR，较长的循环嵌缀长度可以用于较长的时延扩展。在很多实例中，导频错列改进了性能。
图7示出示例性的4层超帧结构700，其可以被用来发送数据、导频和开销。传输时间线被分成多个超帧，每个超帧具有一个预定的持续时间，例如，大约1秒。对于图7示出的实施例，每个超帧包括(1)用于TDM导频和开销/控制信息的头部字段以及(2)用于业务数据和FDM导频的数据字段。TDM导频可用于同步(例如，超帧检测、频率错误估计和定时获取)。TDM导频和FDM导频可用于信道估计。每个超帧的开销信息可以传送对于在那个超帧中发送的传输的各种参数(例如，用于例如局部传输和广域传输这样的不同传输的循环前缀长度)。每个超帧的数据字段被分成K个等长的外部帧以便于数据传输，其中K＞1。每个外部帧被分成N个帧，而每个帧进一步被分成T个时隙，其中N＞1并且T＞1。超帧、外部帧、帧、时隙也可以被称作一些其它术语。
在这里描述的传输技术也可以被用于利用多种无线电技术的系统。例如，这些技术可以被用于这样的系统，其利用：(1)用于语音和分组数据的扩频无线电技术，诸如W-CDMA、cdma2000或直接序列码分多址(DS-CDMA)的一些其它变型，以及(2)用于广播数据的多载波无线电技术，诸如OFDM。
图8示出用于支持W-CDMA和OFDM的时分双工(TDD)系统的示例性的帧结构800。传输时间线被分成多个帧。每个帧具有10毫秒(ms)的持续时间，并且其被进一步分成被指定下标为1到15的15个时隙。每个时隙具有0.667ms的持续时间，并且其包括2560个码片。对于3.84MHz的系统带宽，每个码片具有0.26μs的持续时间。
对于图8示出的例子，时隙1用于下行链路W-CDMA时隙，时隙2到6用于下行链路OFDM时隙，时隙7用于上行链路W-CDMA时隙，而时隙8到15用于下行链路OFDM时隙。对于每个W-CDMA时隙，用于一个或更多物理信道的数据可以被用不同的正交(例如，OVSF)序列信道化、被用扰码进行扩频、被在时域中进行合并，并且被在整个时隙上进行发送。对于每个下行链路OFDM时隙，可以针对将在那个时隙发送的数据生成L个OFDM符号，其中L≥1。例如，在每个下行链路OFDM时隙中可以发送L＝3个OFDM符号，并且，可以基于表1示出的设计参数和所选择的循环前缀长度来生成每个OFDM符号。
对于支持W-CDMA和OFDM的频分双工(FDD)系统，下行链路和上行链路在独立的频带上被同时发送。下行链路上的每个时隙可以被用于W-CDMA或OFDM。
图8的帧结构800可以被并入到图7的超帧结构700中。例如，每个超帧可以包括4个外部帧(K＝4)，每个外部帧可以包括32个帧(N＝32)，而每个帧可以包括15个时隙(T＝15)。如果每个帧具有10ms的持续时间，那么每个外部帧具有320ms的持续时间，而每个超帧具有大约1.28秒的持续时间。
图7和图8示出示例性的超帧和帧结构。在这里描述的技术可以被用于其它系统以及超帧和帧结构。
对于每个用于广播的时隙，在那个时隙被发送的传输的覆盖范围取决于发送同一个传输的相邻基站的个数。如果许多相邻基站发送该同一个传输，那么该传输可以被认为是针对单频网(SFN)，一个终端可以从许多基站接收该传输，而该传输的覆盖范围将是很大的。相反地，如果一个或几个基站发送一个给定的传输，那么，该传输的覆盖范围将是很小的。
可以以各种方式选择可配置循环前缀长度。在一个实施例中，基于不同传输的期望覆盖范围为这些传输选择循环前缀长度。一个传输的期望覆盖范围是这样一个范围，即在这个范围内的终端能够以某个最小信号质量或大于该最小信号质量而接收该传输。期望覆盖范围和最大期望时延扩展是相关的，以致较大的覆盖范围对应较大的最大期望时延扩展。可以为以下传输选择较长的循环前缀长度：(1)被许多相邻基站发送的广播传输、或(2)被一个具有较大覆盖范围的基站发送的用户特定传输。可以基于系统中的基站的可用部署信息和对于正被发送的传输的调度信息，选择循环前缀长度。在另一个实施例中，可以基于每个单个传输的期望覆盖范围，为那个传输选择循环前缀长度。对于所有的实施例，可以经由开销信令或一些其它的手段将所选择的循环前缀长度传送给终端。
可配置循环前缀长度可以是静态、半静态或动态的。例如，如果在固定或相对不变的时隙发送局部传输和广域传输，则这些传输的循环前缀长度可以是静态或半静态的。基于在局部和广域传输中的变化，也可以动态选择循环前缀长度。例如，在每个超帧中，可以基于在该超帧的每个时隙中发送的传输的期望覆盖范围，为那个时隙选择循环前缀长度。可以为每个发送具有大覆盖范围的传输的时隙选择较长的循环前缀长度。可以为每个发送具有较小覆盖范围的传输的时隙选择较短的循环前缀长度。
该系统可以使用固定或可配置的错列导频。可以基于系统设计和期望的操作条件选择固定的错列导频。基于正被发送的那个传输的期望覆盖范围或最大期望时延扩展，可以从多个错列导频(例如，1×、2×、3×等等)中选择一个可配置错列导频。例如，具有较小覆盖范围的局部传输可以使用较少的导频错列，而具有较大覆盖范围的广域传输可以使用较多的导频错列。
图9示出以减轻时延扩展的有害影响的方式来发送数据的处理过程900。首先，基于数据传输的类型、该数据传输的覆盖范围的大小和/或其它因素，估计该数据传输的最大期望时延扩展(方框912)。该数据传输可以是广播传输、用户特定传输或某一其它传输。传输类型可以是局部、广域等等。
基于该数据传输的最大期望时延扩展，从多种可能的循环前缀长度中选择一种循环前缀长度(方框914)。例如，如果该数据传输是局部传输，则选择较短的循环前缀长度，而如果该数据传输是广域传输，则选择较长的循环前缀长度。如果该数据传输具有较小的覆盖范围，则也可以选择较短的循环前缀长度，而如果该数据传输具有较大的覆盖范围，则可以选择较长的循环前缀长度。可以把所选择的循环前缀长度用信号发送到接收该数据传输的(多个)终端(方框916)。基于所选择的循环前缀长度，对该数据传输进行处理(方框918)。为该数据传输生成的每个OFDM符号包括所选择长度的循环前缀。
图10示出以减轻时延扩展的有害影响的方式来发送数据的处理过程1000。可以例如结合图7和图8示出的超帧和帧结构来使用处理过程1000。
首先，确定将在超帧的多个时隙内被发送的多个传输的期望覆盖范围(方框1012)。基于所述期望覆盖范围，为这些传输选择循环前缀长度(方框1014)。可以基于每个传输的期望覆盖范围、用于该传输的导频错列等等，为那个传输从一组允许的循环前缀长度中选择循环前缀长度。例如，可以为每个局部传输选择较短的循环前缀长度，而为每个广域传输选择较长的循环前缀长度。可以用信号向终端发送所选择的循环前缀长度，例如，在该超帧的开销部分中发送(方框1016)。基于所选择的循环前缀长度，对该传输进行处理(方框1018)。基于为每个传输所选择的循环前缀长度，为那个传输生成OFDM符号。
可以周期性地执行处理过程1000，例如，在每个超帧中执行。在这种情况下，确定是否开始了一个新的超帧(方框1020)。如果答案是‘是’，那么该处理过程返回到块1012以便为在该新的超帧中将要发送的传输选择循环前缀长度。也可以在不同于每个超帧的时间间隔中选择循环前缀长度。
图11示出一个基站110和一个终端120的框图。在基站110，发射(TX)导频处理器1110基于所选择的导频错列生成TDM导频和FDM导频。TX数据处理器1120处理(例如，编码、交织以及符号映射)业务数据并且生成数据符号，其是针对业务数据的调制符号。OFDM调制器1122对数据和导频符号执行OFDM调制(例如，如图3所示)，并生成具有所选择的循环前缀长度的OFDM符号。发射机单元(TMTR)1126调节(例如，模拟转换、滤波、放大和上变频)该OFDM符号，并生成从天线1128发送的已调制信号。
在终端120，天线1152接收基站110和系统中的其它基站发送的已调制信号。接收机单元(RCRV)1154调节、数字化并处理从天线1152接收到的信号，并提供输入采样流。OFDM解调器(Demod)1160对输入采样执行解调(例如，与图3示出的OFDM调制互补)，向信道估计器1162提供接收到的导频符号，并向检测器1164提供接收到的数据符号。基于所接收到的导频符号，信道估计器1162得到信道脉冲响应估计和/或信道频率响应估计。检测器1164使用来自信道估计器1162的信道估计，对所接收到的数据符号执行检测(例如，均衡)，并提供数据符号估计，其中所述数据符号估计是对被发送的数据符号的估计。接收(RX)数据处理器1170处理(例如，符号解映射、解交织和解码)所述数据符号估计，并提供解码后的数据。通常，在终端120的处理与在基站110的处理是互补的。
控制器1130和1180分别控制在基站110和在终端120的操作。存储单元1132和1182分别存储控制器1130和1180使用的程序代码和数据。控制器1130和/或调度器1134对上行链路上的传输进行调度并且把系统资源(例如，时隙)分配给所调度的传输。
如上所述，这里描述的传输技术可以用于下行链路上的传输。这些技术也可以用于上行链路上的传输。
这里描述的传输技术可以通过不同的方式实现。例如，这些技术可以在硬件、软件或者它们的组合中来实现。对于硬件实现，用于选择可配置参数(例如，循环前缀长度和/或导频错列)的处理单元和用于处理传输数据的处理单元可以被实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子设备、被设计来执行在这里描述的功能的其它电子单元或者它们的组合中。用于接收所述传输的处理单元也可以被实现在一个或多个ASIC、DSP、处理器、电子设备等之中。
对于软件实现，这里描述的技术可以被用执行在这里描述的功能的模块(例如，过程、函数等等)来实现。软件代码可以被存储在存储单元(例如，图11中的存储单元1132或1182)中，并且被处理器(例如，控制器1130或1180)执行。该存储单元可以在该处理器内部被实现，或者在该处理器外部被实现，在此情况下，通过本领域公知的各种方式，该存储单元可以被通信地耦合到该处理器。
提供了对所公开的实施例的上述说明，使得本领域的任何技术人员都能够制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对本领域的技术人员来说是显而易见的，并且在不背离本发明的精神或范围的情况下，这里所定义的一般性原理可以被应用到其它实施例中。因而，本发明并不是要被限制于这里所示出的实施例，而是要符合与这里所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims (33)

1.一种在无线通信系统中发送数据的装置，包括：
控制器，其确定将在多个时隙中发送的多个传输的期望覆盖范围，并且基于所述期望覆盖范围以及还基于与所述多个传输一同发送的频分复用(FDM)导频，为所述多个传输选择循环前缀长度；以及
调制器，其基于所选择的循环前缀长度，对所述多个传输进行处理。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器在具有预定持续时间的每个时间间隔中确定所述期望覆盖范围、并选择所述循环前缀长度。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器基于所述多个传输中的每一个的期望覆盖范围，从多个循环前缀长度中为该传输选择一个循环前缀长度。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器确定所述多个传输中的每一个是局部传输还是广域传输。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制器为所述多个传输中的每个局部传输选择第一循环前缀长度，并且为所述多个传输中的每个广域传输选择第二循环前缀长度，其中，所述第二循环前缀长度比所述第一循环前缀长度长。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器基于所述期望覆盖范围，从多个错列导频中选择一个错列导频，并且其中，所述调制器还对所选择的错列导频进行处理。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调制器基于为所述多个传输中的每一个选择的循环前缀长度，为该传输生成正交频分复用(OFDM)符号。
8.一种在无线通信系统中发送数据的方法，包括：
确定将要在多个时隙中发送的多个传输的期望覆盖范围；
基于所述期望覆盖范围以及还基于与所述多个传输一同发送的频分复用(FDM)导频，为所述多个传输选择循环前缀长度；以及
基于所选择的循环前缀长度，对所述多个传输进行处理。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
在具有预定持续时间的每个时间间隔中，执行所述确定期望覆盖范围的步骤和所述选择循环前缀长度的步骤。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述为所述多个传输选择循环前缀长度的步骤包括
确定所述多个传输中的每一个是局部传输还是广域传输，
为所述多个传输中的每个局部传输选择第一循环前缀长度，并且
为所述多个传输中的每个广域传输选择第二循环前缀长度，其中，所述第二循环前缀长度比所述第一循环前缀长度长。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述基于所选择的循环前缀长度对所述多个传输进行处理的步骤包括
基于为所述多个传输中的每一个选择的循环前缀长度，为该传输生成正交频分复用(OFDM)符号。
12.一种在无线通信系统中发送数据的装置，包括：
用于确定将要在多个时隙中发送的多个传输的期望覆盖范围的模块；
用于基于所述期望覆盖范围以及还基于与所述多个传输一同发送的频分复用(FDM)导频，为所述多个传输选择循环前缀长度的模块；以及
用于基于所选择的循环前缀长度，对所述多个传输进行处理的模块。
13.根据权利要求12所述的装置，还包括：
用于在具有预定持续时间的每个时间间隔中，确定所述期望覆盖范围并选择所述循环前缀长度的模块。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述用于为所述多个传输选择循环前缀长度的模块包括
用于确定所述多个传输中的每一个是局部传输还是广域传输的模块，
用于为所述多个传输中的每个局部传输选择第一循环前缀长度的模块，以及
用于为所述多个传输中的每个广域传输选择第二循环前缀长度的模块，其中，所述第二循环前缀长度比所述第一循环前缀长度长。
15.根据权利要求12所述的装置，其中，所述用于基于所选择的循环前缀长度对所述多个传输进行处理的模块包括
用于基于为所述多个传输中的每一个选择的循环前缀长度，为该传输生成正交频分复用(OFDM)符号的模块。
16.一种在无线通信系统发送数据的方法，包括：
基于数据传输的最大期望时延扩展以及还基于与所述传输一同发送的频分复用(FDM)导频，从多个循环前缀长度中为所述数据传输选择一个循环前缀长度；以及
基于所选择的循环前缀长度，对所述数据传输进行处理。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
基于所述数据传输的类型，估计所述数据传输的最大期望时延扩展。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
基于所述数据传输的期望覆盖范围，估计所述数据传输的最大期望时延扩展。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述选择循环前缀长度的步骤包括
如果所述数据传输是局部传输，则从所述多个循环前缀长度中选择第一循环前缀长度，并且
如果所述数据传输是广域传输，则从所述多个循环前缀长度中选择第二循环前缀长度，其中，所述第二循环前缀长度比所述第一循环前缀长度长。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述基于所选择的循环前缀长度对所述数据传输进行处理的步骤包括
基于所选择的循环前缀长度，为所述数据传输生成正交频分复用(OFDM)符号。
21.根据权利要求16所述的方法，还包括：
向多个接收机广播所述数据传输。
22.根据权利要求16所述的方法，还包括：
向特定的接收机发送所述数据传输。
23.一种在无线通信系统中接收数据的装置，包括：
控制器，其接收关于为在至少一个时隙中发送的至少一个传输选择的至少一个循环前缀长度的信令，其中，所述至少一个循环前缀长度是基于所述至少一个传输的期望覆盖范围以及还基于与所述至少一个传输一同发送的频分复用(FDM)导频而选择出的；以及
解调器，其基于所述至少一个循环前缀长度，接收并处理所述至少一个传输。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述至少一个传输中的每一个是局部传输或者广域传输，其中，第一循环前缀长度是为每个局部传输选择的，其中，第二循环前缀长度是为每个广域传输选择的，并且其中，所述第二循环前缀长度比所述第一循环前缀长度长。
25.根据权利要求23所述的装置，其中，所述控制器在多个时间间隔中的每一个中接收关于所述至少一个循环前缀长度的信令，每个时间间隔具有预定的持续时间。
26.根据权利要求23所述的装置，其中，所述解调器接收所述至少一个传输中的每一个的正交频分复用(OFDM)符号，并且基于为每个传输选择的循环前缀长度，移除所接收到的该传输的OFDM符号中的循环前缀。
27.根据权利要求23所述的装置，还包括：
信道估计器，其接收与所述至少一个传输一同发送的错列导频，并且基于所接收到的错列导频来得到信道估计；以及
检测器，其使用所述信道估计对所述至少一个传输执行检测。
28.一种在无线通信系统接收数据的方法，包括：
接收关于为在至少一个时隙中发送的至少一个传输选择的至少一个循环前缀长度的信令，其中，所述至少一个循环前缀长度是基于所述至少一个传输的期望覆盖范围以及还基于与所述至少一个传输一同发送的频分复用(FDM)导频而选择出的；以及
基于所述至少一个循环前缀长度，对所述至少一个传输进行处理。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括：
在多个时间间隔中的每一个中，执行所述接收关于至少一个循环前缀长度的信令的步骤和所述对所述至少一个传输进行处理的步骤，每个时间间隔具有预定的持续时间。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述对所述至少一个传输进行处理的步骤包括
接收所述至少一个传输中的每一个的正交频分复用(OFDM)符号，并且
基于为每个传输选择的循环前缀长度，移除所接收到的该传输的OFDM符号中的循环前缀。
31.一种在无线通信系统中接收数据的装置，包括：
用于接收关于为在至少一个时隙中发送的至少一个传输选择的至少一个循环前缀长度的信令的模块，其中，所述至少一个循环前缀长度是基于所述至少一个传输的期望覆盖范围以及还基于与所述至少一个传输一同发送的频分复用(FDM)导频而选择出的；以及
用于基于所述至少一个循环前缀长度，对所述至少一个传输进行处理的模块。
32.根据权利要求31所述的装置，还包括：
用于在多个时间间隔中的每一个中，接收关于所述至少一个循环前缀长度的所述信令、并对所述至少一个传输进行处理的模块，每个时间间隔具有预定的持续时间。
33.根据权利要求31所述的装置，其中，所述用于对所述至少一个传输进行处理的模块包括
用于接收所述至少一个传输中的每一个的正交频分复用(OFDM)符号的模块，以及
用于基于为每个传输选择的循环前缀长度，移除所接收到的该传输的OFDM符号中的循环前缀的模块。
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