专利名称：一种ofdm通信系统的帧尾插入控制比特方法
技术领域：
本发明可应用于无线通信领域，如移动通信、无线局域网等，特别是采用OFDM(正交频分复用)技术的无线通信系统。
一般的OFDM模型如
图1(见William Y.Zhou，Yiyan Wu，“COFDMAnOverview”，IEEE Transactions on Broadcasting，Vol.41，No.1，March 1995)。从图1可以看出输入数据经过串并转换1以后，每路x比特(为了表述方便，假设每一路数据都是x比特)；每一路数据分别经过映射2，得到子载波符号；M个子载波符号经IFFT(反傅立叶变换)3、并串转换4以及添加保护时隙5后得到1个OFDM符号。
在无线通信系统中，数据的传输通常是采用这样的方式将所要发送的数据分在不同的帧、不同的时隙，并且按照一定的帧格式将数据发送出去。
在基于OFDM的高传输速率的多载波无线通信系统中，为了保证通信质量，要求尽可能及时、可靠地传输系统控制信息。系统控制信息比特，是指保持、维护通信所需的系统指示信息、反映系统运行状态的系统数据等，其中包括功率控制比特、帧结构指示比特等。而系统控制信息比特通常是插在数据流中，随数据发送出去的，因此，必须恰当地插入控制信息比特，使得控制信息的传输时延小、误码率低。
常见的插入系统信息比特的位置有3种帧头、帧的中部、帧尾。在帧头(或帧的中部)插入控制比特，有可能出现下述情况往发送数据帧中插入系统信息比特时，发送数据帧已经完成一部分，系统信息已经来不及插入当前发送数据帧的帧头(或帧的中部)，只能插入下一个发送数据帧的帧头(或帧的中部)。这样一来，系统信息的发送就延迟到下一个数据帧。
现有的在帧尾插入控制比特的方法，都是针对单载波通信系统进行设计的，如图2所示，并没有考虑多载波通信系统的传输特性，因此这些方法并不适用于基于OFDM的多载波通信系统。
通过对OFDM的原理进行分析，可以得知由于采用了OFDM技术，在不同频率的子载波上传输数据，可能会导致误码率的不同。为了避免上述情况的发生，需要将系统信息插入到恰当的位置，使得在传输系统控制信息时误码率低、时延小。
综上所述，需要针对基于OFDM技术的多载波通信系统的传输特性，设计新的帧结构格式。
如前所述，对于每帧发送一次的系统控制信息，如果插入帧的头部或中部，有可能导致系统控制信息被延迟到下一帧才发送。为了避免这种延迟，选择将系统控制信息插入到每一帧的尾部，具体到这一帧的最后一个时隙、最后一个OFDM符号的最后的比特。
通过分析OFDM技术的传输特性，可以知道在OFDM系统中，相对于频率较高的子载波而言，在频率较低的子载波上的符号间干扰要小一些。因此，将控制信息比特放在频率较低的子载波上发送，传输系统控制信息时的误码率较低。
本发明的方法是首先将每帧发送一次的控制信息，插入到该帧的最后一个时隙K的最后一个OFDM符号M的最后比特位；然后将系统控制信息比特映射到频率尽可能低的子载波符号上。
具体地，如图3、图4，假设第i帧有K个时隙，时隙K有M个OFDM符号，最后一个OFDM符号M有N个比特b1、b2…bN(b1最先到达，bN最后达到)。如果第i帧的控制信息有y个比特，那么，这y比特的控制信息将插入bN-y+1…bN这些比特位。然后将包含控制信息的比特位bN-y+1…bN映射到频率尽可能低的子载波符号上去。(图3、图4中，子载波符号d1的频率最低，d2其次，……，dM频率最高。)这时本发明的OFDM通信系统的帧尾插入控制比特方法可以表达为对于每帧发送一次的控制信息，首先将每帧发送一次的控制信息插入到该帧的最后一个时隙K的最后一个OFDM符号M的最后比特位；然后将系统信息控制比特经过映射(2)后，放到频率最低的子载波符号(d1)上；如果子载波符号(d1)装不下系统信息控制比特，剩余系统信息控制比特放到频率次低的子载波符号(d2)上，...，依次类推。
有时出于需要，将多个帧组成一个超帧。本发明的思想也可以用于超帧的控制比特的插入方案。具体地，如果需要在某一超帧内插入系统控制信息，则将这些控制信息插入该超帧的最后一帧、最后一个时隙、最后一个OFDM符号的最后部分的比特位；然后将控制比特映射到频率尽可能低的子载波符号上去。
同理，本发明提出的思想还可以用于时隙的控制比特的插入方案。具体地，如果需要在某一时隙插入控制比特，则将这些控制比特插入到该时隙的最后一个OFDM符号的时间上最后到达的比特位；然后将控制比特映射到频率尽可能低的子载波符号上去。
需要说明的是，本发明的OFDM通信系统的帧尾插入控制比特方法，要求在当前帧(或时隙、超帧)内插入系统信息，不必等到下一帧(或时隙、超帧)才插入系统信息比特；这样就可以减小传输时系统信息的符号间干扰，降低系统控制信息的传输误码率，从而提高系统信息传输的可靠性。
另外，符号映射(调制)单元2对于不同的子载波，可以采用不同阶数的调制方式。
本发明具有以下特点1.方法简便、可靠因为在OFDM系统中，相对于频率较高的子载波而言，在频率较低的子载波上的符号间干扰要小一些。本发明的方法将控制信息比特放在频率较低的子载波上发送，传输系统控制信息时的误码率很低，所以按照本发明所述的步骤来选择系统信息比特的插入位置，可以达到“尽可能快而准地传递系统信息”的目标。
2.适用范围广本发明提出的OFDM通信系统的帧尾插入控制比特方法，适用于使用OFDM技术的无线通信领域，包括未来可能采用OFDM技术的移动通信系统，以及高速率的无线局域网、城域网等等。
从图中可以看出，每帧发送一次的控制信息插入到该帧的最后一个时隙K的最后一个OFDM符号L的最后比特位bN，如果最后比特位bN装不下系统信息控制比特，剩余系统信息控制比特放到次最后比特位bN-1上，...，依次类推。图3是本发明从输入数据到多载波调制的局部框图其中，bN…b2b1是输入比特序列(b1最先到达，bN最后达到)；d1，d2，…dM是子载波符号，子载波频率分别为f1，f2，…fM，并且f1＜f2＜…＜fM；L是OFDM符号；15是比特插入单元，2是符号映射(调制)单元，在实际系统中，每一路子载波的调制比特数可以不同，16是乘法器。
图中 i＝1，2，…，M，m＝1，2，…，M，表示快速傅立叶变换中的离散的载波信号， 表示载波信号 在m时刻上的采样值。
从图中可以看出输入数据通过比特插入单元时，在数据的末尾插入控制比特cycy-1…c2c1，得到一组新的数据cycy-1…c2c1bN-y…b2b1；然后将这一组数据通过串并转换，分配到各路子载波上(图中假设每路子载波有x比特的数据)；将各路子载波上的数据分别通过符号映射(调制)单元2，映射成多个子载波符号d1，d2，…dM；最后将包含有控制比特的子载波符号(在图中为d1)调制到频率尽可能低的子载波(图中频率最低的子载波的频率为f1)上去。如果子载波符号d1装不下系统信息控制比特，剩余系统信息控制比特放到频率次低的子载波符号d2上，...，依次类推。至此，完成了本发明要求的“将控制比特插入帧尾，并映射到频率尽可能低的子载波符号上”。图4为本发明提出的控制比特插入方案示意中，一个超帧内有F个帧，每帧有K个时隙，每个时隙有L个OFDM符号，每个OFDM符号由M个子载波符号(d1，d2，…，dM)组成。其中子载波d1的载频最低，d2其次，……，dM载频最高。
从图中可以看出，系统控制信息将插入到OFDM符号时间上最后到达的比特位bN，然后将包含有控制比特的子载波符号(在图中为d1)调制到频率尽可能低的子载波(图中频率最低的子载波的频率为f1)上去。如果子载波符号d1装不下系统信息控制比特，剩余系统信息控制比特放到频率次低的子载波符号d2上，...，依次类推。至此，完成了本发明要求的“将控制比特插入帧尾，并映射到频率尽可能低的子载波符号上”。
权利要求
1.一种OFDM通信系统的帧尾插入控制比特方法，对于每帧发送一次的控制信息比特，执行下面的步骤首先将每帧发送一次的控制信息比特插入到该帧的最后一个时隙K的最后一个OFDM符号M的最后比特位；其特征是然后将系统信息控制比特经过映射(2)后，放到频率最低的子载波符号(d1)上；如果子载波符号(d1)装不下系统信息控制比特，剩余系统信息控制比特放到频率次低的子载波符号(d2)上，…，依次类推。
2.一种OFDM通信系统的帧尾插入控制比特方法，对于在某一超帧内插入系统控制信息比特，执行下面的步骤首先将这些控制信息比特插入该超帧的最后一帧、最后一个时隙、最后一个OFDM符号的最后部分的比特位；其特征是然后将系统信息控制比特经过映射(2)后，放到频率最低的子载波符号(d1)上；如果子载波符号(d1)装不下系统信息控制比特，剩余系统信息控制比特放到频率次低的子载波符号(d2)上，…，依次类推。
3.一种OFDM通信系统的帧尾插入控制比特方法，对于在某一时隙插入控制比特，它是将这些控制比特插入到该时隙的最后一个OFDM符号的时间上最后到达的比特位；其特征是然后将系统信息控制比特经过映射(2)后，放到频率最低的子载波符号(d1)上；如果子载波符号(d1)装不下系统信息控制比特，剩余系统信息控制比特放到频率次低的子载波符号(d2)上，…，依次类推。
全文摘要
本发明公开了一种OFDM通信系统的帧尾插入控制比特方法，它是通过将系统信息比特插入到最后一个OFDM符号的时间上最后到达的比特位，然后将控制信息比特映射到频率尽可能低的子载波符号上去。该方法规定了系统控制信息比特的插入位置以及所映射到的子载波位置，保证了系统控制信息比特在传输过程中的时延较小、误码率较低。适用于基于OFDM的移动通信系统、无线局域网等领域。
文档编号H04J11/00GK1464654SQ0211386
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月12日 优先权日2002年6月12日
发明者唐友喜, 潘春锦, 李少谦 申请人:电子科技大学