[发明专利]基于正交频分复用技术的扩频多址

说明书

本发明涉及基于正交频分复用技术(OFDM)的扩频多址，例如，可以用在无线通信系统和其他的通信系统中。

我们希望，无线通信系统有尽可能高的效率，可以使a)服务的用户数目，和b)数据速率(若有数据服务)都最大。无线系统是共用媒体系统，即，有固定的可利用带宽，所有的系统用户一定共享此带宽。这些系统往往是所谓的“蜂窝式”系统，其中覆盖的地区被分割成独立的小区，每个小区由一个基站提供服务。

众所周知，蜂窝式无线系统中两个特别理想的特征是：1)小区内干扰，即，一个用户经受与该用户相同小区内其他用户的干扰，是尽可能地小；和2)小区间干扰，即，一个用户经受与该用户不同的小区内其他用户的干扰，是相邻小区内全部用户所受干扰的平均。大部分现有技术的数字蜂窝式系统是时分多址(TDMA)系统，例如，基于移动通信特别研究组(GSM)的系统，基于中间标准(IS)-136的系统，或基于IS-54的系统，或它们是码分多址(CDMA)系统，例如，基于IS-95的系统。

在现有技术窄带TDMA系统中，相邻基站利用频谱中的不同部分，例如，非重叠的频谱。然而，互相之间远离以避免它们之间干扰的诸基站，即，非相邻的诸基站，可以利用频谱中的相同部分。尽管这个频谱被复用，但每个小区内使用的频谱只是全部可利用频谱的一小部分。小区内的每个用户有其自己唯一的频带和时隙组合，因此，TDMA系统没有小区内干扰，即，这些系统有蜂窝式无线系统的第一理想特征。然而，TDMA系统没有第二理想特征，给定用户只与小区外少量用户干扰，所以，频谱复用是基于最差情况下的干扰，而不是基于平均干扰。其结果是，该系统有低的“频谱”效率。

在现有技术直接序列(DS)-CDMA系统中，整个带宽被每个基站利用，但每个基站利用不同的扩展码。这种CDMA系统比窄带TDMA系统有较高的频谱效率。因此，CDMA系统有蜂窝式无线系统的第二理想特征。然而，CDMA系统没有蜂窝式无线系统的第一理想特征，其原因是，虽然从小区内基站发射的诸信号是正交的，由于信道色散，接收机中接收到的诸信号不一定是正交的。这就导致相同小区内诸用户之间的干扰。

建议的现有技术跳频(FH)-CDMA系统非常类似于窄带TDMA系统，不同的是，它们采用跳频技术以得到蜂窝式无线系统的第二理想特征。尤其是，每个发射机发射窄带信号，周期性地改变载频以获得跳频。然而，不利的是，这种跳频相对而言较慢，减小了系统能够容许的传输路径上给定延迟可以获得的平均量。

1995年4月25日给Roche等人授权的美国专利No.5,410,538公开一种多音调CDMA系统。这种系统基本上是一个OFDM系统，通过确保小区内接收到的诸信号是正交的，以消除小区内干扰。因此，Roche等人的系统具有蜂窝式无线系统的两个理想特征。然而，Roche等人的系统把频谱分成大量的音调，使该系统对移动系统中的多普勒(Doppler)频率漂移十分灵敏。此外，由于每个移动用户在大量音调上发射，移动发射机的峰值对平均值比率非常高，导致移动台中很差的功率效率，功率往往是移动台中一个受限制的资源，这一点是很不利的。

1996年8月20日给Brajal等人授权的美国专利No.5,548,582公开一种基于一般宽带正交频分复用技术(OFDM)的扩频多址。

我们已确认，Brajal等人的系统在蜂窝式系统中使用不是最佳的，其中没有说明如何优化a)跳频图，b)音调分配，或c)带宽复用。我们还确认，单独地和/或集体地优化这些因素，对于得到频谱高效的系统是重要的，即，这种系统具有蜂窝式无线系统中两个特别理想的特征。所以，按照本发明的原理，OFDM多址系统中的整个带宽被分成若干个正交音调，所有的正交音调在每个小区内复用。为了减小移动发射机中的峰值对平均值比率，最好给低位速率用户(例如，话音用户)分配单个正交音调，而不大于非常小数目的正交音调用于与基站的通信。类似地给数据用户分配用于数据通信的音调。然而，分配给每个数据特定用户的音调数目是该用户数据速率的函数。对给定用户的音调分配在可利用的频带内不总是相同的，对每个用户分配的音调随时跳频。