CN100571240C - 一种无线信号成帧的循环前缀参数设置方法 - Google Patents

Abstract

一种无线信号成帧的循环前缀参数设置方法，设定UE的发射接口采用的基准CP长，以此为基础设置设定帧内第一个符号和其他符号的CP长度，再根据不同的情况，设置帧内每个符号的采样点数。本发明使得对于同一系统下，不同发射带宽的UE在CP和采样点的下降和上升预留时间得以对齐。CP的设定在每一帧中也保持相对均匀。设置出来参数能够使得每个符号在传输中抵制多径干扰的能力最大化。在随机接入时，该方法避免了盲检测。当不同带宽的UE采样率成倍数关系时，不同带宽下的每CP点数之间成同比例倍数关系，使得基带处理过程得到简化，也使得空中接口的设定得到简化。

Description

一种无线信号成帧的循环前缀参数设置方法

技术领域

本发明涉及基于离散傅立叶变换扩频正交频分复用(DFT-S-OFDM)无线信号调制的CP(Cyclic Prefix，循环前缀)参数设置方法。

背景技术

作为一种单载波无线信号的调制方式，DFT扩频正交频分复用(OFDM)将单载波信号通过DFT进行预处理然后将输出子载波等间隔映射到IFFT输入中，IFFT变换的结果作为发射调制的信号源。CP的引入，又进一步增强了系统抗符号间干扰(ISI)的能力，同时还更好地保持了子载波之间的正交性。

DFT变换： $F_d=\underset{k=0}{\overset{D-1}{\mathrm{\Σ}}}{f}_k{e}^{-2\mathrm{\πidk}/D}$

其中k＝0…D-1

IFFT变换： $f_l=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{F}_n{e}^{2\mathrm{\πinl}/N}$

其中l＝0，…，N-1.

基于以上公式，图1给出了DFT-S-OFDM的信号处理结构图。图中的D＜N，F_d(d＝0，…，D-1)在输入IFFT变换前补上N-D个0。其补0的方式是在F_d序列的每个值间补上等个数的0，其余的0在整个序列的左边和右边均分，作为保护带补上。前述方法生成的信号的尾部一定数量的样点拷贝到信号的前面作为循环前缀CP(Cyclic Prefix)，从而形成一个完整的符号(Symbol)。CP可以对信号的多径分量进行保护，防止符号间干扰。根据N点的数值的不同和子载波间隔的不同，符号的长度可变，设备通过发射连续的符号来传输数据。图3演示了设备发射的连续信号。

在DFT-S-OFDM的每一帧信号中，包含了多个符号，符号的长度可以不同。由于数字信号的特性，其采样频率在帧内是不变的。因此，当符号长度和该符号占用的采样点数有着对应关系，因而也和IFFT的输入点值N(如图1)是一致的。

DFT-S-OFDM技术成为3GPP UMTS无线通讯技术长期演进LTE中的上行链路的热门入选技术。作为上行时分复用的技术，DFT-S-OFDM支持不同用户(UE)的时分和频分复用。其中，因为时分复用而留出采样点下降和爬升的时间，无线信号的每一帧的第一个符号的CP还要比帧内其他符号的CP长。根据已实用的方法获得，当带宽为1.25MHz采样率为1.92MHz，较合适的采样点爬升时间为4.17us，即8个采样点。

不同发射带宽的UE设备的DFT-S-OFDM上行信号还可频分复用到一起，为同一无线接入设备接收和解码。其示意图参见图2。

由于不同发射带宽的UE需要频分复用到同一帧，同时他们的采样率，FFT点数等参数不同，因此有可能导致不同带宽CP在时间上不能对齐。因此导致有效CP长度减少，甚至带来UE间的干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提出一种在DFT-S-OFDM(离散傅立叶变换扩频正交频分复用)无线信号成帧中的CP参数设置方法，使得任意两个不同带宽UE发射的所有的符号的CP在时间长度上对齐或者最大可能地对齐。

本发明提出的DFT-S-OFDM无线信号成帧的循环前缀参数设置方法，包括以下步骤

(1)设定UE的发射接口采用的基准CP长：

$L_c=(L_f-L_r-\underset{b=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{L}_b)/S;$ b＝1，...，S

(2)设定帧内第一个符号的CP长度Lc₁＝L_c+L_r，所有其他符号的CP长度Lc_s＝L_c；s＝2，..，S；

(3)当

时，帧内的每个符号s的CP为

个样点；否则，设

对于符号s(s＝1，..，S)，如果则符号的CP长度设置为个样点，其余符号的CP长度设置为

个样点；

其中：L_c为基准CP长，L_f为帧长度；L_r为采样点的下降和上升预留时间，L_b为不含CP的符号长度，S为帧内的符号的个数，F_a为采样频率。

本发明通过给定的方法得出一帧中每一符号的CP的长度进而设定CP，使得对于同一系统下，不同发射带宽的UE在CP和采样点的下降和上升预留时间得以对齐。CP的设定在每一帧中也保持相对均匀。通过本发明设置出来的参数能够使得每个符号在传输中抵制多径干扰的能力最大化。在随机接入时，该方法避免了盲检测。当不同带宽的UE采样率成倍数关系时，不同带宽下的每CP点数之间成同比例倍数关系，使得基带处理过程得到简化，也使得空中接口的设定得到简化。

附图说明

图1DFT-S-OFDM的子载波映射示意图；

图2完整的DFT-S-OFDM信号生成图；

图3空中信号的符号成帧的帧结构图；

图4为本发明应用设备的使用示意图；

图5为本发明实施例中的帧的结构图。

具体实施方式

本发明所应用的场景是：一无线接入系统，该系统以DFT-S-OFDM信号的作为上行无线传输复用，上行接入的UE发射带宽不同，但成倍数关系。

在介绍本发明DFT-S-OFDM信号CP参数设置方法时，先介绍一些参数：采样频率，帧的时间长度，符号数量，去掉CP的符号(称为“块”)长度，复用中的UE发射的最小带宽，以及根据采样频率和最小带宽确定的采样点的下降和上升预留时间。其中采样频率根据UE的发射带宽的不同而不同。其他的参数对于所有的UE都一样。用符号表述为：采样频率F_a/ms，帧长度L_fms，以及帧内每一个符号不含CP的长度(块长度)为L_bms，其中b＝1，...，S。S为帧内的符号的总个数。对于不同发射带宽的UE，上述的采样频率F_a/ms对应一组不同的值。

本发明使用下面步骤来分别为不同发射带宽的UE的无线发射接口设定帧内每一CP的长度：

1、设定UE的发射接口采用的基准CP长：基准CP长为帧长去掉所有的块长，再去掉采样点的下降和上升预留时间，然后再平均分配给每个帧内符号得到的值，即：基准CP的长度是 $L_c=(L_f-L_r-\underset{b=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{L}_b)/S;$

2、设置无线帧参数时，第一个CP的长度为基准CP长度加上采样点的下降和上升预留时间，其他的CP设置为基准CP长，即：设定帧内第一个符号的CP长度Lc₁＝L_c+L_r，所有其他符号的CP长度Lc_s＝L_c，(s＝2，..，S)；

3、根据上述设定的CP长度和采样率，折合成样点数从而设置每一个CP。当CP的长度不对应整数个采样点数时，尽量使去掉预留的下降和上升采样点后的样点数较多的CP均匀分布在帧内。即：当

帧内的每个符号s的CP为

个样点；否则，设

对于符号s(s＝1..S)，如果

则符号的CP长度设置为个样点，其余符号的CP长度设置为个样点。

根据上述方案：

A、由UE的最小发射带宽及其对应的采样率决定采样点的下降和上升预留时间，其他更高带宽的在同样的预留时间下采样点的数目根据采样频率的增加而同比例增加。

B、当

时，所有CP的样点数都完全符合公式

此时产生的CP长度最符合要求。

C、在步骤3中采用

个采样点长的CP对应的符号是在帧内尽量等间隔均匀选择。

D、尽管帧内符号的长度不等，但由于系统是用在同一无线传输场景下的，因此对于每一符号的多径时延扩展是相同的。该方法设置的CP为每个符号都提供了尽可能相近的多径抑制能力，从而是采样点的资源利用达到最大化。当帧内每个CP在去除采样点的下降和上升预留时间后其长度都相等时，设置CP的效果最为理想。

E、当UE进行上行随机接入时，由于不同发射带宽的CP长度对齐，无线接入设备不需要事先知道UE的带宽类型，从而避免了盲检测。

F、由于无线传输接口相对固定，上述设置出的CP长度是事先确定的。UE发射带宽按照整数倍扩展时，其采样率也按照相同的倍数扩展，因而CP的长度也可以按照同样的倍数扩展，即，原来CP的样点乘以一个同样的倍数就得出扩展后的样点数。这样实现起来较简单，设计的移植性较强。

图4所示为本发明实施例的接入系统，包括无线接入设备及其手持用户设备(UE)。本发明应用于UE的DFT-S-OFDM上行信号的参数部分。在本发明的实施例中：

UE发射上行分配带宽可以配置为以下一组值中的一个：10MHz，15MHz，20MHz。该组值均为5M的整数倍，这样便于实现灵活的带宽分配。带宽则可以配置为不同的3组值。分别对应的采样率见表1。采样率和分配带宽成正比。在本实施例中10MHz UE为上行发射最小带宽。通过非本案所提供的方法，设定的采样点的下降和上升预留时间为10M下8个采样点，为1/1920ms。

表1：

分配带宽(MHz)	帧长(ms)	采样率样点/ms	长块(μs/有效子载波数/样点数)	短块(μs/有效子载波数/样点数)	CP长度(μs/样点数)
						20	0.5	30720	66.67/1200/2048	33.33/600/1024	(4.1/126)×7，(4.62/142)×1<sup>＊</sup>
15	0.5	23040	66.67/900/1536	33.33/450/768	(4.08/94)×3，(4.12/95)×4，(4.60/106)×1<sup>＊</sup>
						10	0.5	15360	66.67/600/1024	33.33/300/512	(4.1/63)×7，(4.62/71)×1<sup>＊</sup>

说明：*为含有采样点的下降和上升预留时间的CP。

不论分配的带宽如何，帧的结构如图5。在帧中有6个L黑色的长块和2个黑色的短块，半黑半白的为上升下降时间，白色框为不含上升下降时间的CP。每一个块和位于其前面的CP构成一个符号。对于前述的9个分配带宽，其块长度和帧长度参数是固定的。长块为1/15ms，短块为1/30ms，帧长度为0.5ms。表1中的块长度折合为约数。

根据CP的设置方法，基准CP的长度应为(0.5ms-1/1920ms-6(1/15ms)-2(1/30ms))/8＝63/15360ms。套用上面所述步骤得出针对不同带宽的每个符号样点数值和对应时间长度的约数(见表1)。10M和20M UE的CP所对应的采样点数和不同上行分配带宽/采样频率也成严格正比关系。15M UE和其他带宽UE成近似正比关系，其采用的CP依次为：(4.60/106)，(4.12/95)，(4.08/94)，(4.12/95)，(4.08/94)，(4.12/95)，(4.08/94)，(4.12/95)。参见图5

对应10M UE和20M UE的发射带宽，CP包含的样点数成倍数关系。对于某些特定的时钟频率生成的器件，该特性可以得到很好的利用。采样频率实际上也是由时钟频率变换得出的。通常的变换方法为倍频和分频的方法。

10M UE和20M UE的数据频分复用在一个帧中时，由于每个CP长度和符号的在帧中间的相对位置完全一致，避免了在对不齐的情况而导致的有效CP长度的降低。对于15M UE其位置对齐误差也在1个采样点级别，因此有效的CP长度得到最大化。同时，也很好地避免了UE上行随机接入的盲检测现象。

本发明中的带宽选取、最小发射带宽、采样频率、帧长度、块长度(即不含CP的符号长度)、信号的调制方式等可以进行变换。例如：在另一实施例中，频分复用中的UE发射的最小带宽为5MHz。CP长度的设定原则仍是上述方法。即以5MHz的采样点上升下降时间为准，设置其他带宽的采样上升下降时间。在再一实施例中，信号的调制方式为不加预处理OFDM体制。CP长度的设定原则仍是上述方法。

Claims (1)

1、一种离散傅立叶变换扩频正交频分复用无线信号成帧的循环前缀参数设置方法，包括以下步骤

(1)设定UE的发射接口采用的基准CP长：

$L_c=(L_f-L_r-\underset{b=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{L}_b)/S;b=1,...,S$

(2)设定帧内第一个符号的CP长度Lc₁＝L_c+L_r，所有其他符号的CP长度Lc_s＝L_c；s＝2，..，S；

(3)当时，帧内的每个符号s的CP设置为

个样点；否则，设

对于符号s(s＝1，..，S)，如果

则符号的CP长度设置为个样点，其余符号的CP长度设置为个样点；

其中：L_c为基准CP长，L_f为帧长度；L_r为采样点的下降和上升预留时间，L_b为不含CP的符号长度，S为帧内的符号的个数，F_a为采样频率。

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