CN100454792C - 扩频多址无线通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

具有最强下行链路信号的基站是通过利用基站发送的一个导频跳频序列的唯一斜率来识别的。利用基于拉丁正方形的导频跳频序列，所有移动用户设备需要做的只是定位导频音在某个时刻的频率，因为后续时刻的导频位置可根据拉丁正方形导频音跳频序列的斜率确定。具有最强接收功率的导频信号的斜率和初始频移，可通过寻找具有最大接收能量的导频位置的一个预测集合的斜率和初始频移来确定。

Description

扩频多址无线通信方法和系统

技术领域

本发明涉及无线通信系统，尤其涉及基于正交频分复用(OFDM)的扩频多址(SSMA)系统。

背景技术

无线通信系统能使充分服务的用户数达到最大，并且如果提供数据业务的话，能使数据传输率达到最大，这是很重要的。无线通信系统一般地为共用媒体系统，即，存在一个为该无线系统内所有用户共用的固定可用带宽。这种无线通信系统常被实现为所谓的“蜂窝力通信系统，其中系统覆盖的区域被分成独立的小区，而且每个小区由一个基站服务。

在这种系统中，移动用户设备能快速识别和同步发送最强信号的基站的下行链路很重要。现有装置为移动用户设备周期性发送训练符号，以检测和同步相关的基站下行链路。在这种装置中，识别发送最强信号的基站发生时延的概率很大，这是因为训练符号一般地在一帧的开始传输。从不同基站发送的训练符号有可能相互之间干扰。事实上业已知道，一旦训练符号之间相互干扰，它们将继续干扰。因此，如果训练符号出错，那么数据也将出错，从而使得传输效率降低。

与试图识别具有最强下行链路信号的基站的现有移动用户设备有关的问题和/或限制通过利用一个基站发送的导频音(pilot tone)跳频序列来解决。具体来说，基站识别是通过确定接收的最强导频信号，即具有最大能量的接收导频信号的斜率来实现的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于基于正交频分复用(OFDM)的扩频多址无线系统中的移动用户设备的设备，所述扩频多址无线系统包括至少两个相邻的基站，所述相邻基站中的每一个在导频序列传输时间周期的至少一部分上，根据多个不同的导频音跳频序列中的一个来传送导频音，所述部分的导频序列时间周期包含多个符号时间周期，所述多个不同导频音跳频序列中的至少一个在每个符号时间周期中包含至少两个导频音，所述至少两个导频音在所述部分的导频序列传输时间周期期间，通过至少一个音而彼此分离，

在所述多个不同导频音跳频序列的每一个中，用于所述部分的导频序列传输时间周期中的每个顺续符号时间周期的导频音的数量是相同的，但是在符号时间周期中由任何一个所述不同的导频音跳频序列使用的音从一个符号时间周期到下一个时间周期在频率上按照一个频率偏移改变，所述频率偏移对应于固定数量的音，

相邻的基站使用不同的频率偏移，以便生成带有不同导频音斜率的导频音跳频序列，其中这些导频音斜率可以根据用于连续符号时间周期中的导频音的频率偏移而确定，

所述设备包括：

接收机，用于接收具有不同导频音斜率的所述多个不同导频音跳频序列中的一个或多个；

响应于所述接收到的一个或多个导频音跳频序列的检测器，所述检测器包括能量累积器，所述能量累积器用于在包含多个符号时间周期的周期上，为具有不同斜率的每个所述导频音跳频序列生成累积的能量测量，所述检测器在所述包含多个符号时间周期的周期上，检测接收到的具有最大累积能量的导频音跳频序列。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于基于正交频分复用(OFDM)的扩频多址无线系统中的移动用户设备的方法，所述扩频多址无线系统包括至少两个相邻的基站，所述相邻基站中的每一个在导频序列传输时间周期的至少一部分上，根据多个不同的导频音跳频序列中的一个在所述多个不同导频音跳频序列的每一个上传送导频音，所述部分的导频序列时间周期包含多个符号时间周期，

用于所述部分的导频序列传输时间周期中的每个顺续符号时间周期的导频音的数量是相同的，但是在符号时间周期中由任何一个所述不同的导频音跳频序列使用的音从一个符号时间周期到下一个时间周期在频率上按照一个频率偏移改变，所述频率偏移对应于固定数量的音，

相邻的基站使用不同的频率偏移，以便生成带有不同导频音斜率的导频音跳频序列，其中这些导频音斜率可以根据用于连续符号时间周期中的导频音的频率偏移而确定，

所述方法包括：

接收具有不同导频音斜率的所述多个不同导频音跳频序列中的一个或多个；并且

响应于所述接收到的一个或多个导频音跳频序列：

在包含多个符号时间周期的周期上，为具有不同导频音跳频斜率的所述多个导频音跳频序列中的每一个生成累积的能量测量；以及

在所述包含多个符号时间周期的周期上，检测接收到的具有最大累积能量的导频音跳频序列。

根据本发明的再一个方面，提供了一种基于正交频分复用(OFDM)的扩频多址无线通信方法，包括以下步骤：

产生多个不同的导频音跳频序列；

在导频序列传输时间周期的至少一部分上，根据所述多个不同的导频音跳频序列中不同的一些来传送导频音，所述部分包含多个符号时间周期，

其中，所述多个不同导频音跳频序列中的至少一个在每个符号时间周期中包含至少两个导频音，所述至少两个导频音在所述部分的导频序列传输时间周期期间，通过至少一个音而彼此分离，在所述多个不同导频音跳频序列的每一个中，用于所述部分的导频序列传输时间周期中的每个顺续符号时间周期的导频音的数量是相同的，但是在符号时间周期中由任何一个所述不同导频音跳频序列使用的音从一个符号时间周期到下一个时间周期在频率上按照一个频率偏移改变，所述频率偏移对应于固定数量的音，每个相邻的基站使用不同的频率偏移，以便生成带有不同导频音斜率的所述导频音跳频序列，其中这些导频音斜率可以根据用于连续符号时间周期中的导频音的频率偏移而确定。

在本发明的一个实施例中，导频音跳频序列基于拉丁正方形(Latin squares)序列。利用基于拉丁正方形的导频音跳频序列，所有移动用户设备需要做的只是定位某个时刻导频音的频率，因为后续时刻的导频音位置可根据拉丁正方形导频音跳频序列的唯一斜率确定。具有最强接收功率的导频音跳频序列的斜率和初始频移可通过应用一个唯一的最大能量检测器确定。接着最好应用导频音跳频序列的这个唯一斜率来识别具有最强下行链路信号的基站。

在一个实施例中，具有最强接收功率的导频信号的斜率和初始频移，可通过寻找具有最大接收能量的导频音位置的一个预测集合的斜率和初始频移来确定。

在另一实施例中，具有最强，即最大接收功率的导频信号的频偏在每个时刻“广估计。这些频偏根据一个指定关系来应用，以确定导频信号的未知斜率和初始频移。

利用导频音跳频序列来识别具有最强下行链路信号的基站的技术优势在于，不存在因利用训练符号序列而导致的固有等待时间。

附图说明

图1示意了频域表示，其中在一个指定带宽内生成指定的多个单音(tone)；

图2示意了单音f_i的时域表示；

图3为包括一个导频跳频序列的时间-频率栅格的图形表示；

图4为拉丁正方形跳频序列的图形表示；

图5以简化的方框图形式示出了具有拉丁正方形导频的OFDM-SSMA蜂窝系统；

图6以简化的方框图形式示出了移动用户设备的结构，在这种移动用户设备中可以有利地采用本发明的一个实施例；

图7以简化的方框图形式示出了可应用于图6的移动用户设备的一个最大能量检测器实施例的结构；

图8以简化的方框图形式示出了可应用于图6的移动用户设备的另一个最大能量检测器实施例的结构；以及

图9为示意可应用于图8的斜率-频移解算器的过程中的步骤流程图。

具体实施方式

图1示意了一个频域表示，其中在一个指定带宽内生成指定的多个单音。在这个例子中，带宽W用来生成总共N个单音，即，i＝1，...N。这些单音间隔Δf＝1/T_s，其中T_s为一个OFDM符号的持续时间。应注意的是，在本发明的这个实施例中应用的单音的产生不同于窄带系统生成的单音。具体来说，在窄带系统中，每个单音的能量严格限制到以该音频为中心的一个窄带，而在属于宽带系统的正交频分复用(OFDM)系统中，特定单音处的能量允许渗透到整个带宽W，但其排列合理，因此各个单音之间不同互相干扰。

图2示意了单音f_i在符号间隙T_s内的时域表示。再次注意到在每个符号间隙T_s内，数据可同时在每个单音上传输。

图3为从一个基站到多个移动用户设备(即，接收机)的一个示例性OFDM信道的图形表示。该OFDM信道表示为时间-频率栅格，即平面。该栅格的每列表示一个OFDM符号间隙的时隙，而每个OFDM符号包括多个单音。在这个例子中，每个符号间隙内有N＝5个单音。这些单音沿频率轴编号，而符号间隙，即，周期沿时间轴编号。如果图3中单音之间的间距为Δf，那么：

单音0对应f；

单音1对应f+Δf；

单音2对应f+2Δf；

单音3对应f+3Δf；

单音4对应f+4Δf。

类似地，如果一个符号间隙的持续时间为T_s，那么：

时间0对应t₀；

时间1对应t₀+T_s；

时间2对应t₀+2T_s；

时间3对应t₀+3T_s；

时间4对应t₀+4T_s；

时间5对应t₀+5T_s；

时间6对应t₀+6T_s。

一般来说，一个导频信号包括从一个基站发送的已知波形，这样移动用户设备(即，接收机)能识别该基站并估计各种信道参数。在基于正交频分复用的扩频多址(OFDM-SSMA)系统中，根据本发明一个方面，导频信号包括在指定符号间隔期间的指定单音上传输的已知符号。在一个给定的符号间隔，用于导频信号的单音称为“导频音”，而作为时间函数的导频音分配称为“导频跳频序列”。再次注意到，当利用导频音跳频序列来识别具有最强下行链路信号的基站时，因使用符号的训练序列而导致的固有时延将不会出现。

由于OFDM-SSMA的物理层基于导频信号，因此导频音上的符号传输功率高于非导频音上的符号。导频音的功率也提高，以便它们可在整个小区内接收。因此，为识别起见，可通过导频音上的接收能量高于非导频音上的能量这个事实来区分导频信号。

在图3中，一个示例性导频音集合由时间-频率栅格(grid)中画阴影线的方格指示。在这个例子中，基站在每个OFDM符号间隔发送一个导频音。在符号间隔(0)期间，单音(1)用作一个导频音；符号间隔(1)期间，单音(3)用作一个导频音；符号间隔(2)期间，单音(0)用作一个导频音；符号间隔(3)期间，单音(2)用作一个导频音；符号间隔(4)期间，单音(4)用作一个导频音；符号间隔(5)期间，单音(1)用作一个导频音；等等。

图4示出了拉丁正方形导频跳频序列的一个例子。对应一个拉丁正方形导频跳频序列的导频信号将称为“拉丁正方形导频信号”，或简单地称为“拉丁正方形导频”。在一个拉丁正方形导频跳频序列中，单音数N为一个质数，而导频信号在每个OFDM符号间隔的N个单音中的固定N_p个单音上传输。在第t个符号间隔的第j个导频音的单音号由下式给出：

σ_s(j，t)＝st+n_j(modN)，j＝1，…，N_p，    (1)

其中s和n_j为整数。公式(1)形式的拉丁正方形导频信号可视为在一个指定的时间-频率栅格(即，平面)，N_p个平行、周期性旋转的直线集合。参数s为直线的斜率，而参数n_j为频偏。在图4的拉丁正方形导频音跳频例子中，N＝11，N_p＝2，n₁＝1，n₂＝5以及s＝2。

频偏和斜率为拉丁正方形导频信号的设计参数。为进行信道估计，应选择频偏和斜率，以便导频音在时间-频率平面接近于均匀分布。均匀分布使得信道估计中最坏情况下的内插误差最小。可通过特定的信道估计器和信道条件下的数值模拟来测试特定的频偏和斜率值。

图5描绘了利用拉丁正方形导频的一种OFDM-SSMA蜂窝系统。该图示出了蜂窝系统中分别标记为BS1和BS2的两个基站501和502。每个基站501、502在蜂窝系统中发送一个拉丁正方形导频。标记为MS的移动用户设备503接收导频信号以及来自蜂窝系统中一个或多个基站的其它传输。由所有基站501、502发送的拉丁正方形导频使用相同总数的单音，N，每OFDM符号相同数量的导频音，Np，以及相同频偏n_j。然而，每个导频信号的斜率s局部是唯一的，意思是说没有两个相邻基站使用相同斜率。每个斜率s取自某一集合 $S\⋐\{\mathrm{0,1},...,N-1\}.$ 使用局部唯一的斜率使得来自相邻基站的导频信号之间的冲突最小。另外，该斜率为每个基站提供了一个唯一识别。在图6中，来自基站BS1(501)的导频信号斜率标记为s₁，而来自BS2(502)的导引信号的斜率标记为s₂。

基站识别的问题是为移动用户设备503估计接收的最强导频信号的斜率s∈S。为进行这种识别，移动用户设备503可利用公用导频信号参数N，N_p和n_j以及可能的斜率集合S来预编程。

一般来说，基站识别的进行先于下行链路和载波同步。由此，移动用户设备503可接收具有未知频率和定时误差的导频信号，而移动用户设备必须能在存在这种误差时执行基站识别。并且，在识别完最强基站的导频跳频序列后，移动用户设备必须同步其定时和载波，以便能确定后续导频音的位置。

为更精确地定义此同步问题，令Δt表示在多个OFDM符号间隔中基站和移动用户设备之间的定时误差，而Δn表示多个单音的频率误差。暂时假定Δt和Δn都为整数误差。小数误差将在之后考虑。在整数的时间和频率误差Δt和Δn的情况下，如果基站发送一个由公式(1)给定的导频序列，那么在移动设备的第t个符号间隔，第j个导频音将出现于下式给出的单音号：

σ_s(j，t+Δt)+Δn＝b(t)+n_j，    (2)

其中：

b(t)＝s(t+Δt)+Δn，    (3)

而且其中b(t)为时刻t的导频频移。公式(2)表示如果已知频移b(t)，那么也可知道在时刻t的导频音位置。而且如果在任意一个时刻确定了频移，如b(0)，那么另一时刻的频移可根据b(t)＝b(0)+st确定。因此，为同步，足以估计任一时刻的频移。值b(0)称为初始频移。

为同步只要求估计初始频移的这个事实是拉丁正方形导频跳频序列的一个特别而有用的特征。一般来说，同步涉及时间和频率误差的估计，因此要求搜索两个参数。然而，对于在此考虑的拉丁正方形序列的同步，只要求估计一个参数。

总之，在OFDM-SSMA蜂窝系统中，每个基站发送一个具有局部唯一斜率的拉丁正方形导频信号。移动用户设备通过估计接收的最强导频信号的斜率来进行基站识别。另外，移动用户设备通过估计其初始频移可同步导频信号。

图6以简化方框图的形式示出了移动用户设备600的结构，它包括本发明提出的用于基站识别的最大能量检测器。一个输入信号通过天线601提供给下变频设备602。该输入信号包括来自一个或多个基站的导频信号。下变频设备602根据移动用户设备600接收的信号产生基带信号r(t)。接收的信号r(t)提供给快速傅立叶变换(FFT)设备603，该设备在每个OFDM符号间隔期间对其进行FFT 以产生Y(t，n)。在本例中，Y(t，n)表示在第t符号间隔的第n个单音上接收的复合值，并提供给最大能量检测器604和接收机605。最大能量检测器604利用来自N_sy个连续OFDM符号的FFT数据Y(t，n)估计具有最大接收强度的导频信号的斜率和初始频移。如上所述，用于基站识别的FFT符号表示为Y(t，n)，t＝0，…，N_sy-1以及n＝0，…，N-1，而接收的最强导频信号的斜率和初始频移估计分别表示为

和

导频斜率

和初始频移估计提供给接收机605，并用于同步接收机605与输入载波，以及用于定位导频信号中的后续符号。

图7以简化方框图形式示出了可用于图6的移动用户设备600的最大能量检测器604实施例的结构。从中可看出，对于拉丁正方形导频音，每个候选斜率s和初始频移b₀＝b(0)对应一个预测的导频音位置集合(t，n)，其中

n＝st+b₀+n_j，j＝1，…，N_p，t＝0，…，N_sy-1    (4)

这些导频音上的符号的接收功率应高于非导频音上的符号。即，能量|Y(t，n)|²平均值在具有最强接收信号强度的导频信号的导频音中是最高的。因此，估计最强导频信号的斜率和频率偏移的自然方式是，寻找在公式(4)的导频音位置的预测集合中具有最大接收能量的斜率和频率偏移。图6的最大能量检测器604的输入为FFT数据Y(t，n)，t＝0，…，N_sy-1以及n＝0，…，N-1。斜率-频移累积器701沿每个可能斜率s和初始频移b₀累积能量。累积能量可由下述信号给出：

$J_0(s,b_0)=\underset{t=0}{\overset{N_{\mathrm{sy}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y(t,\mathrm{st}+b_0\left(\mathrm{mod}N\right))\right|}^2---\left(5\right)$

接着，频移累加器702沿导频频移累积能量，即：

$J(s,b_0)=\underset{j=1}{\overset{N_p}{\mathrm{\Σ}}}{J}_0(s,b_0+n_j)---\left(6\right)$

最大值检测器703估计最大能量的导频信号的斜率和频率偏移作为对应最大累积导频能量的斜率和频率偏移，即

$\hat{s},{\hat{b}}_0=\arg \underset{s,b_0}{\max J}(s,b_0)---\left(7\right)$

其中最大值取自s∈S，而且b₀＝0，...，N-1。

遗憾的是，在某些应用中，上述的公式(5)、(6)和(7)的计算很难在移动用户设备600的可用处理能力下于合理时间内执行。由此，注意到，为在一个单点(s，b₀)计算公式(5)中的J₀(s，b₀)，要求N_sy次加法。因此，为在所有(s，b₀)计算J₀(s，b₀)要求NN_slN_sy次加法，其中N_sl为斜率集合S中的斜率数。类似地，计算公式(6)中的J(s，b₀)要求NN_slN_p次加法。因此，整个能量检测器需要进行O(NN_sl(N_p+N_sy))次基本运算。因此，对于N＝400，N_sl＝200，N_p＝10以及N_sy＝20的典型值，整个能量检测器将要求240万次运算。这使移动用户设备600难于在适当的时间内进行这种计算。

图8以简化方框图形式示出了可应用于图6的移动用户设备的另一最大能量检测器实施例的结构。符号偏移检测器801在每个时刻t估计具有最强接收强度的导频信号的频移。具体来说，该功能块计算：

$[E\left(t\right),n\left(t\right)]=\underset{n}{\max }\underset{j=1}{\overset{N_p}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y(t,n+n_j\left(\mathrm{mod}N\right))\right|}^2---\left(8\right)$

其中E(t)为最大能量值，而n(t)为该最大值的自变量。为理解公式(8)的计算目的，假定最强能量的导频信号的单音出现在公式(4)给出的位置(t，n)。由于接收能量|Y(t，n)|²在这些导频位置通常最大，因此公式(9)的最大化将一般地导致：

n(t)＝st+b₀(mod N)    (9)

而且E(t)一般地为导频信号在时刻t的能量。公式(9)中的值n(t)为导频信号在时刻t的精确的频移估计。注意，有时称n(t)为符号频移估计。

斜率-频移解算器802利用公式(9)和频偏估计n(t)的关系确定未知斜率s和初始频移b₀。由于导频信号仅仅是平均功率高于非导频音，因此公式(9)中的关系不能在所有时间点t保持。因此，斜率-频移解算器802必须足够健壮以解决某些不满足公式(9)的数据点n(t)。为了这种健壮性，值E(t)可用作数据n(t)的可靠性测量。E(t)值较大暗示在频移估计n(t)捕获了大量能量，而且，由此可认为这种值n(t)更为可靠。

实现健壮的斜率-频移解算器802的一种可能方式称为差分方法。

这种方法利用事实：如果n(t)和n(t-1)都满足公式(10)，那么n(t)-n(t-1)＝s。因此，斜率s可通过下式估计：

$\hat{s}=\arg \underset{s\∈S}{\max }\underset{t=0}{\overset{N_{\mathrm{sy}}-1}{\mathrm{\Σ}}}E\left(t\right)1_{\{n\left(t\right)-n(t-1)=s\}}---\left(10\right)$

其中1为指示函数。公式(10)所定义的估计器寻找斜率s，在该斜率上，在满足n(t)-n(t-1)＝s的时间点t，接收的总导频能量E(t)最大。估计该斜率后，初始频移可由下式估计：

${\hat{b}}_0=\arg \underset{b_0=0,\·\·\·,N-1}{\max }\underset{t=0}{\overset{N_{\mathrm{sy}}-1}{\mathrm{\Σ}}}E\left(t\right)1_{\{n\left(t\right)=\mathrm{st}+b_0\}}---\left(11\right)$

该差分方法为公式(10)和(11)给出的过程。

实现斜率-频移解算器802的第二种可能方法称为重复测试方法。图9为示意重复测试解算器的步骤的流程图。

·步骤901：开始过程。

·步骤902：初始化T＝{0，…，N_sy-1}，且E_max＝0。

·步骤903：计算

$t_0=\arg \underset{t\∈T}{\max }E\left(t\right)$

$[E_0,s_0]=\underset{s\∈S}{\max }\underset{t\∈T}{\mathrm{\Σ}}E\left(t\right)1_{\{n\left(t\right)=n\left(t_0\right)+s(t-t_0)\}}---\left(12\right)$

T₀＝{t∈T：n(t)＝n(t₀)+s₀(t-t₀)}

T＝T\T₀

其中E₀为最大值，即，最强值，而s₀为最大值的自变量。

·步骤904：如果E₀＞E_max，转到步骤905。

·步骤905：设置

E_max＝E₀，

$\hat{s}=s_0,---\left(13\right)$

${\hat{b}}_0=n\left(t_0\right)-s_0{t}_0$

接着，转到步骤906。

·步骤904：如果E₀≤E_max，转到步骤906。

·步骤906：如果T未空，返回步骤903，否则通过步骤907结束。

步骤905中的值

和

为最强导频信号的斜率和初始频移的最后估计值。

该重复测试方法中的逻辑如下。集合T为时间集合，并在步骤902被初始化为所有N_sy个时间点。步骤903接着寻找时间t₀∈T以及斜率s₀∈S，以便直线n(t)＝n(t₀)+s₀(t-t₀)上的时间t集合具有最大总导频信号能量。接着从T中清除这条线上的点。在步骤904，如果该候选直线上的总能量大于任何一条前续候选直线，那么在步骤905，斜率和频率偏移估计刷新为该候选直线的斜率和频率偏移。重复步骤903到906直到使用了候选直线中的所有点。

差分方法和重复测试方法需要的计算资源远少于完全最大能量检测器。在这两种方法中，计算量集中于公式(8)的初始符号偏移检测。可证明的是，为在所有N_sy个时间点进行这种最大化需要N_syNN_p次运算。因此，对于值N＝400，N_p＝10以及N_sy＝20，简化的最大能量检测器将需要8万次运算，这比完全能量检测器所需的240万次大为减少。

上述的基站识别方法可通过首先量化FFT数据Y(t，n)进一步简化。例如，在每一时刻t，可通过下式计算量化值Y(t，n)：

$Y_q(t,n)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{if}{\left|Y(t,n)\right|}^2>\mathrm{q\μ}\left(t\right)\\ 0& \mathrm{else}\end{array}\right.---\left(15\right)$

其中q＞1为一个可调整的量化门限，而μ(t)为在时间t的平均接收能量。

$\mathrm{\μ}\left(t\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y(t,n)\right|}^2---\left(16\right)$

量化值Y_q(t，n)可用于替代上述基站识别过程中的|Y(t，n)|²。如果参数q设置得足够高，那么Y_q(t，n)在大部分值n将为0，因此公式(8)的计算可得到简化。

在上述的讨论中，假定基站和移动设备之间的时间误差为OFDM符号间隔的整数倍，而频率误差为音频的整数倍。然而，一般来说时间和频率误差也将有小数分量。小数误差导致导频音在两个时间符号之间分割，并造成频率扩展。这种分割减小了主时间-频率点上的导频功率，使得导频更难于识别。其间，没有正确的下行链路同步，来自基站的数据信号的接收不与导频信号正交，由此造成除相邻基站产生的干扰之外的附加干扰。总之，小数时间和频率误差由此能大大降低基站识别能力。尤其是很难执行最强能量检测过程。

为避免这种小数问题，上述的识别过程应在几个小数偏置上运行。具体来说，对于一个给定的接收信号r(t)，移动用户设备可沿时间轴滑动FFT窗口N_fr，t次，每次包含一个不同的频率采样向量集合。滑动FFT窗口的步幅大小应为符号间隔的1/N_fr，t。类似地，移动用户设备可间隔一个单音的1/N_fr，f沿频率轴滑动FFT窗口N_fr，f次。该识别过程可在从每个小数时间和频偏得到的频率采样上运行。这个过程产生N_fr，tN_fr，f个候选斜率和频率偏移。

为确定使用N_fr，tN_fr，f个候选斜率和频率偏移中的哪一个，移动用户可选择对应最强导频能量的斜率和频移。对一个给定的候选(s，b₀)，导频能量由公式(6)的J(s，b₀)给出。如果使用差分方法，对导频能量的近似可由公式(11)中得到的最强值给出。值E_max可应用于重复测试方法。

当然，上述的实施例仅仅是示意了本发明的原理。实际上本领域的技术人员可设计各种其它方法和装置而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (36)

1、一种用于基于正交频分复用(OFDM)的扩频多址无线系统中的移动用户设备的设备，所述扩频多址无线系统包括至少两个相邻的基站，所述相邻基站中的每一个在导频序列传输时间周期的至少一部分上，根据多个不同的导频音跳频序列中的一个来传送导频音，所述部分的导频序列时间周期包含多个符号时间周期，所述多个不同导频音跳频序列中的至少一个在每个符号时间周期中包含至少两个导频音，所述至少两个导频音在所述部分的导频序列传输时间周期期间，通过至少一个音而彼此分离，

在所述多个不同导频音跳频序列的每一个中，用于所述部分的导频序列传输时间周期中的每个顺续符号时间周期的导频音的数量是相同的，但是在符号时间周期中由任何一个所述不同的导频音跳频序列使用的音从一个符号时间周期到下一个时间周期在频率上按照一个频率偏移改变，所述频率偏移对应于固定数量的音，

相邻的基站使用不同的频率偏移，以便生成带有不同导频音斜率的导频音跳频序列，其中这些导频音斜率可以根据用于连续符号时间周期中的导频音的频率偏移而确定，

所述设备包括：

接收机，用于接收具有不同导频音斜率的所述多个不同导频音跳频序列中的一个或多个；

响应于所述接收到的一个或多个导频音跳频序列的检测器，所述检测器包括能量累积器，所述能量累积器用于在包含多个符号时间周期的周期上，为具有不同斜率的每个所述导频音跳频序列生成累积的能量测量，所述检测器在所述包含多个符号时间周期的周期上，检测接收到的具有最大累积能量的导频音跳频序列。

2、根据权利要求1的设备，其中每个所述导频跳频序列均为基于拉丁正方形的导频跳频序列。

3、根据权利要求1的设备，其中所述接收机产生接收信号的基带版本，并且还包括用于产生所述基带信号的快速傅立叶变换版本的设备，而且向所述检测器提供所述基带信号的快速傅立叶变换版本，以确定具有最强接收功率的导频音。

4、根据权利要求3的设备，其中所述接收机还包括量化器，用于量化所述快速傅立叶变换的结果。

5、根据权利要求3的设备，其中所述检测器为最大能量检测器。

6、根据权利要求5的设备，其中所述最大能量检测器确定在检测到的、具有最强功率的导频音跳频序列中的导频音的斜率和初始频移。

7、根据权利要求6的设备，其中所述最大能量检测器包括：

斜率-偏移累积器，用于沿所述一个或多个接收导频跳频序列的每个可能斜率和初始频移来累加能量，并产生累积的能量信号；

频移累积器，向所述频移累积器提供所述累积的能量信号，用于沿所述一个或多个接收到的导频跳频序列的导频频移来累积能量；以及

最大检测器，向所述最大检测器提供所述频移累积器的输出，用于估计接收的最强导频跳频序列的斜率和初始频移，以作为对应于所述最强累积能量的斜率和初始频移。

8、根据权利要求7的设备，其中所述累积能量由信号J₀(s，b₀)表示， $J_0(s,b_0)=\underset{t=0}{\overset{N_{\mathrm{sy}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y(t,\mathrm{st}+b_0\left(\mathrm{mod}N\right))\right|}^2,$ s为导频信号的斜率，b₀为导频信号的初始频移，Y(t，n)为快速傅立叶变换数据，t＝0，...，N_sy-1，n＝st+b₀(mod N)以及n＝0，...，N-1。

9、根据权利要求7的设备，其中所述频移累积器根据 $J(s,b_0)=\underset{j=1}{\overset{N_p}{\mathrm{\Σ}}}{J}_0(s,b_0+n_j),$ 沿所述一个或多个接收的导频跳频序列的导频频移来累积能量，其中s为导频信号的斜率，b₀为导频信号的初始频移，而n_j为频偏。

10、根据权利要求7的设备，其中所述最大检测器根据 $\hat{s},{\hat{b}}_0=\arg \underset{s,b_0}{\max }J(s,b_0),$ 估计接收的最强导频跳频序列的所述斜率和初始频移，其中为斜率估计，

为初始频移估计，而且其中最大值取自s∈S，且b₀＝0，...，N-1。

11、根据权利要求6的设备，其中所述最大检测器包括频移检测器，用于在给定时间估计接收能量最强的导频跳频序列的频移和估计的最大能量值；以及斜率和频率偏移解算器，响应于所述估计的频移和所述估计的最大能量值，用于生成接收到的最强导频信号的估计斜率和估计初始频移的估计值。

12、根据权利要求11的设备，其中在时刻t的所述估计频移是根据n＝st+b₀(mod N)得到的，其中s为导频信号斜率，t为一个符号时间，而n(t)为频移估计。

13、根据权利要求12的设备，其中所述估计的最大能量值是根据 $[E\left(t\right),n\left(t\right)]=\underset{n}{\max }\underset{j=1}{\overset{N_p}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y(t,n+n_j\left(\mathrm{mod}N\right))\right|}^2$ 得到的，其中E(t)为最大能量值，Y(t，n)为快速傅立叶变换数据，j＝1，...，N_p，而n_j为频偏。

14、根据权利要求13的设备，其中所述斜率是根据 $\hat{s}=\arg \underset{s\∈S}{\max }\underset{t=0}{\overset{N_{\mathrm{sy}}-1}{\mathrm{\Σ}}}E\left(t\right)1_{\{n\left(t\right)-n(t-1)=s\}}$ 估计的，其中n(t)和n(t-1)满足n＝st+b₀(mod N)。

15、根据权利要求13的设备，其中所述频移是根据 ${\hat{b}}_0=\arg \underset{b_0=0,...,N-1}{\max }\underset{t=0}{\overset{N_{\mathrm{sy}}-1}{\mathrm{\Σ}}}E\left(t\right)1_{\{n\left(t\right)=\mathrm{st}+b_0\}}$ 估计的。

16、根据权利要求11的设备，其中所述最大能量检测器根据确定时间t₀∈T，以及斜率s₀∈S检测所述斜率，以便直线n(t)＝n(t₀)+s₀(t-t₀)上的时间t集合具有最大总导频信号能量。

17、一种用于基于正交频分复用(OFDM)的扩频多址无线系统中的移动用户设备的方法，所述扩频多址无线系统包括至少两个相邻的基站，所述相邻基站中的每一个在导频序列传输时间周期的至少一部分上，根据多个不同的导频音跳频序列中的一个在所述多个不同导频音跳频序列的每一个上传送导频音，所述部分的导频序列时间周期包含多个符号时间周期，

用于所述部分的导频序列传输时间周期中的每个顺续符号时间周期的导频音的数量是相同的，但是在符号时间周期中由任何一个所述不同的导频音跳频序列使用的音从一个符号时间周期到下一个时间周期在频率上按照一个频率偏移改变，所述频率偏移对应于固定数量的音，

相邻的基站使用不同的频率偏移，以便生成带有不同导频音斜率的导频音跳频序列，其中这些导频音斜率可以根据用于连续符号时间周期中的导频音的频率偏移而确定，

所述方法包括：

接收具有不同导频音斜率的所述多个不同导频音跳频序列中的一个或多个；并且

响应于所述接收到的一个或多个导频音跳频序列：

在包含多个符号时间周期的周期上，为具有不同导频音跳频斜率的所述多个导频音跳频序列中的每一个生成累积的能量测量；以及

在所述包含多个符号时间周期的周期上，检测接收到的具有最大累积能量的导频音跳频序列。

18、根据权利要求17的方法，其中每个所述导频音跳频序列均为基于拉丁正方形的导频跳频序列。

19、根据权利要求17的方法，其中所述接收步骤产生接收信号的基带版本，

并且还包括产生所述基带信号的快速傅立叶变换版本的步骤，而且所述检测步骤响应于所述基带信号的快速傅立叶变换版本，确定具有最强接收功率的导频序列。

20、根据权利要求19的方法，其中所述接收步骤还包括量化所述快速傅立叶变换结果的步骤。

21、根据权利要求19的方法，其中所述检测步骤检测最大能量。

22、根据权利要求21的方法，其中所述检测所述最大能量的步骤包括步骤：确定在检测到的、具有最强功率的导频音跳频序列中导频音的斜率和初始频移。

23、根据权利要求22的方法，其中所述检测所述最大能量的步骤包括步骤：

沿所述一个或多个接收导频跳频序列的每个可能斜率和初始频移来累积能量，并生成累积的能量信号；

响应所述累积的能量信号，沿所述一个或多个接收导频跳频序列的导频频移来累积能量；以及

响应所述频移累积步骤的输出，估计接收的最强导频跳频序列的斜率和初始频移，以作为对应最强累积能量的斜率和初始频移。

24、根据权利要求23的方法，其中所述累积能量由信号J₀(s，b₀)表示， $J_0(s,b_0)=\underset{t=0}{\overset{N_{\mathrm{sy}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y(t,\mathrm{st}+b_0\left(\mathrm{mod}N\right))\right|}^2,$ 而s为导频信号的斜率，b₀为导频信号的初始频移，Y(t，n)为快速傅立叶变换数据，t＝0，...，N_sy-1，n＝st+b₀(modN)以及n＝0，...，N-1。

25、根据权利要求23的方法，其中所述频移累积步骤包括步骤：

根据 $J(s,b_0)=\underset{j=1}{\overset{N_p}{\mathrm{\Σ}}}{J}_0(s,b_0+n_j),$ 沿所述一个或多个接收的导频跳频序列的导频频移累积能量，其中s为导频信号的斜率，b₀为导频信号的初始频移，而n_j为频率偏置。

26、根据权利要求23的方法，其中所述最大能量检测步骤包括步骤：

根据 ${\hat{b}}_0=\arg \underset{s,b_0}{\max }J(s,b_0)$ 估计接收的最强导频跳频序列的所述斜率和初始频移，其中

为斜率估计，

为初始频移估计，而且其中最大值取自s∈S，且b₀＝0，...，N-1。

27、根据权利要求22的方法，其中所述最大能量检测步骤包括步骤：

在给定时刻估计具有最强接收能量的导频跳频序列的频移，并估计一个最大能量值，以及响应所述估计的频移和所述估计的最大能量值，生成接收的最强导频信号的估计斜率和估计初始频移的估计值。

28、根据权利要求27的方法，其中在时刻t的所述估计频移是根据n＝st+b₀(mod N)得到的，其中s为导频信号斜率，t为一个符号时间，而n(t)为频移估计。

29、根据权利要求28的方法，其中所述估计的最大能量值是根据 $[E\left(t\right),n\left(t\right)]=\underset{n}{\max }\underset{j=1}{\overset{N_p}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y(t,n+n_j\left(\mathrm{mod}N\right))\right|}^2$ 得到的，其中E(t)为最大能量值，Y(t，n)为快速傅立叶变换数据，j＝1，...，N_p，而n_j为频偏。

30、根据权利要求29的方法，其中所述斜率是根据 $\hat{s}=\arg \underset{s\∈S}{\max }\underset{t=0}{\overset{N_{\mathrm{sy}}-1}{\mathrm{\Σ}}}E\left(t\right)1_{\{n\left(t\right)-n(t-1)=s\}}$ 估计的，其中n(t)和n(t-1)满足n＝st+b₀(mod N)。

31、根据权利要求29的方法，其中所述频移是根据 ${\hat{b}}_0=\arg \underset{b_0=0,...,N-1}{\max }\underset{t=0}{\overset{N_{\mathrm{sy}}-1}{\mathrm{\Σ}}}E\left(t\right)1_{\{n\left(t\right)=\mathrm{st}+b_0\}}$ 估计的。

32、根据权利要求27的方法，其中所述最大能量检测步骤包括步骤：

寻找时间t₀∈T，以及斜率s₀∈S，以便直线n(t)＝n(t₀)+s₀(t-t₀)上的时间t集合具有最大总导频信号能量。

33、一种基于正交频分复用(OFDM)的扩频多址无线通信方法，包括以下步骤：

产生多个不同的导频音跳频序列；

在导频序列传输时间周期的至少一部分上，根据所述多个不同的导频音跳频序列中不同的一些来传送导频音，所述部分包含多个符号时间周期，

其中，所述多个不同导频音跳频序列中的至少一个在每个符号时间周期中包含至少两个导频音，所述至少两个导频音在所述部分的导频序列传输时间周期期间，通过至少一个音而彼此分离，在所述多个不同导频音跳频序列的每一个中，用于所述部分的导频序列传输时间周期中的每个顺续符号时间周期的导频音的数量是相同的，但是在符号时间周期中由任何一个所述不同导频音跳频序列使用的音从一个符号时间周期到下一个时间周期在频率上按照一个频率偏移改变，所述频率偏移对应于固定数量的音，每个相邻的基站使用不同的频率偏移，以便生成带有不同导频音斜率的所述导频音跳频序列，其中这些导频音斜率可以根据用于连续符号时间周期中的导频音的频率偏移而确定。

34、根据权利要求33的扩频多址无线通信方法，其中在每个所述导频音跳频序列中，发生在符号时间周期中的导频音的频率间隔是固定的，并且对于所有的所述导频音跳频序列来说是相同的。

35、一种基于正交频分复用(OFDM)的扩频多址无线通信系统，包括：

用于产生多个不同的导频音跳频序列的模块；

至少两个相邻基站，这些基站在导频序列传输时间周期的至少一部分上，根据所述多个不同的导频音跳频序列中不同的一些来传送导频音，所述部分包含多个符号时间周期，

其中，所述多个不同导频音跳频序列中的至少一个在每个符号时间周期中包含至少两个导频音，所述至少两个导频音在所述部分的导频序列传输时间周期期间，通过至少一个音而彼此分离，在所述多个不同导频音跳频序列的每一个中，用于所述部分的导频序列传输时间周期中的每个顺续符号时间周期的导频音的数量是相同的，但是在符号时间周期中由任何一个所述不同的导频音跳频序列使用的音从一个符号时间周期到下一个时间周期在频率上按照一个频率偏移改变，所述频率偏移对应于固定数量的音，每个相邻的基站使用不同的频率偏移，以便生成带有不同导频音斜率的导频音跳频序列，其中这些导频音斜率可以根据用于连续符号时间周期中的导频音的频率偏移而确定。

36、根据权利要求35的系统，其中在每个所述导频音跳频序列中，发生在符号时间周期中的导频音的频率间隔是固定的，并且对于所有的所述导频音跳频序列来说是相同的。

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