采用正交频分复用基扩频多址的通信系统 本发明涉及通信系统，具体涉及采用正交频分复用基扩频多址的无线通信系统或其他通信系统。
为了最大限度地增加可以服务的用户数目和数据传输速率(若提供数据服务)，无线通信系统有尽可能高的效率是很重要的。无线通信系统通常是共享的媒体系统，即，固定的可用带宽被无线系统的所有用户分享。这种无线通信系统往往是以所谓的“蜂窝”通信系统实现的，其中被覆盖的地理区域被分成独立的小区，每个小区被一个基站服务。
本领域专业人员都知道，蜂窝无线通信系统中令人满意的特征是，小区内的干扰是尽可能地小，而小区间的干扰是在相邻小区中所有用户上取平均。
1996年8月20日Brajal等人申请的美国专利No.5,548,582中公开一个以前已知的系统。Brajal等人的装置是在无线通信系统中采用的一种通用宽带正交频分复用(OFDM)基扩频多址。然而，Brajal等人的装置用在蜂窝通信系统中不是优化的，不能展示，说明或建议如何优化跳频图，音调分配或带宽重用。
最近以来，试图克服类似于Brajal等人公开的装置中存在的问题和限制。一种这样的尝试是在Laroia等人的美国专利申请序列号No.09/267,471中公开地(1999年3月11日申请)，并转让给最新美国专利申请的受让人。虽然Laroia等人申请中公开的无线蜂窝通信系统在许多应用中运行得很好，它的局限性是仅仅利用特定的跳频序列。因此，干扰可能不是最小化的，且在数据通信应用的服务质量上不是优化的。
利用序列发生器与序列分配器的唯一组合，在逐个时隙基础上产生序列和分配序列，可以克服以前已知的跳频装置中存在的问题和限制。在发射机中，利用序列发生器和序列分配器与用户音调分配器的组合，在逐个时隙基础上给用户产生和分配音调序列。在接收机中，利用序列发生器和序列分配器与用户音调识别器的组合，按照序列分配器分配的序列，在逐个时隙基础上给用户产生序列和识别输入音调序列。
具体地说，时隙中的序列分配是这样的，规定的多个序列分配给特定的用户。这种任务的划分促使利用序列发生器产生的序列具有令人满意的干扰和频率分集性质，并把恰当分配这些序列到一个或多个用户的任务留给序列分配器。序列分配器按照这样的方式运行，保留一个或多个用户的干扰和频率分集性质；还按照这样的方式分配序列，这些序列最大限度地与以前分配的序列重叠，可以进一步提高这些性质。
在本发明的一个实施例中，按照第一规定过程产生拉丁平方基序列。
在本发明第二个实施例中，按照第二规定过程产生拉丁立方基序列。
在本发明第三个实施例中，按照第三规定过程产生规定维数的拉丁超立方基序列。
在本发明的另一个实施例中，利用本发明的原理实现跳频。
图1是在规定带宽中产生规定的多个音调的频域表示；
图2是音调fi的时域表示；
图3是以简化方框图形式表示包括本发明一个实施例的发射机细节；
图4是以简化方框图形式表示包括本发明一个实施例的接收机细节；
图5是以图解的形式说明音调序列的分配；
图6是以图解的形式说明时隙中的序列分配；
图7是以图解的形式说明多个时隙中的序列分配；
图8说明可以采用本发明的多小区环境；
图9是以简化方框图形式表示在跳频应用中可以采用本发明一个实施例的发射机细节；
图10是以简化方框图形式表示在跳频应用中可以采用本发明一个实施例的接收机细节；
图11表示多个频带，每个频带包括多个音调；和
图12表示跳频蜂窝系统中的一个瞬间。
简要地说，正交频分复用(OFDM)系统采用规定频率带宽内的正交音调，同时从多个用户发射数据。具体地说，对于可用于符号传输的任何特定符号周期T和规定带宽W，可用的正交音调数目N是WT。两个正交音调之间的间隔是ρ=1/T。
图1是在规定带宽中产生规定的多个音调的频域表示。在这个例子中，利用带宽W产生总数为N个音调，即，i=1,…,N。各个音调之间相隔为ρ=1/T，其中T是OFDM符号的持续时间。请注意，本发明这个实施例中产生的音调不同于窄带系统中产生的音调。具体地说，在窄带系统中，每个音调的能量严格地限制在该音调频率为中心的窄带宽内；而在宽带系统的OFDM系统中，允许特定音调的能量泄漏到整个带宽W，但是，它们是这样安排的，各个音调之间互不干扰。
图2是符号周期T内音调fi的时域表示。同样请注意，在每个符号周期T内，数据可以在每个音调上基本同时被发射。
图3是以简化方框图形式表示包括本发明一个实施例的OFDM发射机300的细节。具体地说，图中画出序列发生器301，序列分配器302，用户音调分配器303，和用户比特/波形变换器304。用户比特bi经输入终端305提供给用户比特/波形变换器304，其中利用音调{f1,…,fi,…,fm}把这些用户比特变换成用表示的波形，该波形提供给传输的天线306。
序列发生器301产生跳频序列。具体地说，在这个例子中，按照几个过程之一产生序列Si={f0Si,f1Si,…,fkSi,…}。
根据公式fkSi=(ak+si)mod p产生拉丁平方序列，其中p,a和si是整数，p是质数或质数的幂，k是停留时间间隔指数，和拉丁平方序列的周期是p。根据公式fkSi=(a2[kp]+ak+si)]]>mod p产生拉丁立方序列，其中p，a和si是整数，p是质数或质数的幂，是小于的最大整数，k是停留时间间隔指数，和拉丁立方序列的周期是p2。例如，根据公式fkSi=(Σl=1L-1a1[kpl-1]+si)]]>mod p产生L维的拉丁超立方，其中p,a和si是整数，p是质数或质数的幂，是小于的最大整数，k是停留时间间隔指数，和拉丁超立方序列的周期是pl-1。
产生的序列Si作为输入提供给用户音调分配器303。
序列分配器302在时隙持续时间内(即，TSLOT)给用户分配序列。每个时隙TSLOT包括d个停留时间间隔，每个停留时间间隔为Td；而每个停留时间间隔包括y个符号，每个符号的持续时间为T。因此，Td=y·T和TSLOT=d·Td。还注意到，TSLOT包括停留时间间隔k至k+d-1，其中k是停留时间间隔指数。每个停留时间间隔可以包括一个或多个规定的音调。此外，还注意到，不同用户的音调在小区内并不冲突。这是清楚地表示在图5和图6中，图5是以图解的形式说明音调序列的分配，而图6是以图解的形式说明时隙中的序列分配。注意在图5中，分配给第一用户的音调是用实线表示的，标记为m1；而分配给第二用户的音调是用虚线表示的，标记为m2。分配给第一用户的若干个音调用fkSi,fk+1Si,和fk+2Si标识。图6表示序列Si=f0Si,f1Si,…,fnSi,…,和分配到第一用户时隙的音调序列，即，fkSi,…,fk+d-1Si，其中i=1,…,m1。
图7是以图解的形式说明多个时隙中的序列分配。第j时隙中的序列分配是Φj={sj,1,sj,2,···sj,mj},]]>其中mj序列的分配如图7所示。确实，序列是这样分配的，具体地说，图7中所示的是时隙1的Sm1=s1,1,···s1,m1]]>序列和时隙j的Smj=sj,1,···sj,mj]]>序列。 当前的序列分配是这样的，它最大限度地与先前的序列分配重叠。这种安排可以使一个或多个用户有良好的干扰和频率分集。当多个用户需要分配相同的一组序列以促成最大的重叠条件时，必须合并其他的准则，使得与基站之间的用户距离作为连接遮断器。在分配中把优先权给予离当前基站更远的用户，这种考虑是因为，与接近当前基站的用户比较，他们更可能对相邻基站中的信号产生较大的干扰。
从序列分配器302输出的序列分配作为另一个输入提供给用户音调分配器303。
用户音调分配器303响应于从序列发生器301和序列分配器302提供的输出，给特定用户产生音调序列，即，音调{f1,…,fi,…,fm}。音调{f1,…,fi,…,fm}提供给用户比特/波形变换器304，其中利用音调调制用户比特bi以产生输出波形，即，。 请注意。ci可以根据用户比特bi的纠错编码或比特调制中导出。本领域专业人员熟悉这种编码器和调制器，把它们考虑成用户比特/波形变换器304的一部分。
在需要时，波形提供给传输的天线306。
图8表示本发明一个实施例可以采用的多小区环境中的跳频。请注意，给每个小区分配一个不同的常数“a”，其中常数a定义一族序列，在产生特定族的序列中利用到这个常数，如上述的拉丁平方序列，拉丁立方序列，和拉丁超立方序列。
图4是以简化方框图形式表示包括本发明一个实施例的接收机400细节。接收机400中各个单元在结构和功能上大致等同于上述图3中的各个单元，不再对此给以详细的描述。因此，如上所述，用户音调识别器401响应于从序列发生器301和序列分配器302提供的输出，给特定用户产生音调序列，即，音调{f1,…,fi,…,fm}。音调{f1,…,fi,…,fm}提供给用户比特/波形变换器304，其中利用音调解调经天线403接收的波形，即，为的是得到用户比特bi。然后，在需要时，用户比特bI可以作为输出。请注意，ci可以在远端发射机中根据用户比特bi的纠错编码或比特调制导出。所以，必须利用相应的纠错解码器解码ci或比特解调器解调ci。同样，本领域专业人员熟悉这种这种解码器和解调器，把它们考虑成波形/用户比特变换器402的一部分。
请注意，发射机300和接收机400构成移动单元或基站中用于跳频OFDM多址无线系统的收发信机。
图9是以简化方框图形式表示在跳频应用中可以采用本发明一个实施例的发射机900细节。同样，发射机900中各个单元在结构和功能上大致等同于图3的发射机300中已经相同编号的各个单元，不再对此给以详细的描述。发射机300与900之间唯一的差别是利用跳频器902驱动序列发生器901和序列产生过程，在这个例子中是频带B0，B1和B2，即，图11中所示的B{0,1,2}。图11还表示每个波段包括p个音调，小区的带宽是WC。在这个例子中，序列发生器901按照几个过程之一产生音调序列。
序列发生器301产生跳频序列。具体地说，在这个例子中，按照几个过程之一产生序列Si={f0Si,f1Si,…,fkSi,…}。
根据公式fkSi=(ak+si)mod p+Bp产生拉丁平方序列，其中p,a和si是整数，p是质数或质数的幂，B是频带，k是停留时间间隔指数，和拉丁平方序列的周期是p。
根据公式fkSi=(a2[kp]+ak+si)modp+Bp]]>产生拉丁立方序列，其中p,a和si是整数，p是质数或质数的幂，B是频带，是小于的最大整数，k是停留时间间隔指数，和拉丁立方序列的周期是p2。
例如，根据公式fkSi=(Σl=1L-1a1[kpl-1]+si)modp+Bp]]>产生L维的拉丁超立方，其中p,a和si是整数，p是质数或质数的幂，B是频带，是小于的最大整数，k是停留时间间隔指数，和拉丁超立方序列的周期是pl-1。
图10是以简化方框图形式表示在跳频应用中可以采用本发明一个实施例的接收机1000细节。同样，接收机1000中各个单元在结构和功能上大致等同于图4的接收机400中已经相同编号的各个单元，不再对此给以详细的描述。接收机400与1000之间唯一的差别是利用跳频器902驱动序列发生器901和序列产生过程，在这个例子中是频带B0,B1和B2，即，图11中所示的B{0,1,2}。跳频器902和序列发生器901在结构和功能上等同于上述图9中所示的跳频器和序列发生器。
图12表示跳频(band hopping)蜂窝系统中的一个瞬间。借助于一个简单的例子，考虑跳频蜂窝系统中的下一个瞬间，其中小区a1中的频带是这样的，频带B0,B1和B2分别变成B1,B2和B0。然后，例如在小区a3和a7中，频带是这样旋转的，频带B0,B1和B2分别变成B1,B2和B0。所以，在小区邻域中没有频带冲突。
同样请注意，发射机900和接收机1000构成移动单元或基站中用于跳频OFDM多址无线系统的收发信机。
当然，上述的几个实施例仅仅是说明本发明的原理。确实，在不偏离本发明的精神和范围的条件下，本领域专业人员可以设计出多种其他的方法或设备。