CN100584071C - 用于检测通信系统中的用户的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于检测通信系统中的用户的方法。该方法包括：在已经对其执行k点快速傅立叶变换(FFT)的k个子载波信号当中选择i个测距子载波信号；将该i个测距子载波信号乘以测距码；对该乘以测距码的i个测距子载波信号及(k-i)个0执行k点逆快速傅立叶变换(IFFT)；检测经IFFT处理的k个点信号的每个的功率；按照预定方案通过使用k个点信号的功率来估计预期接收信号的功率和干扰信号的功率；并且取决于预期接收信号的功率和干扰信号的功率来检测用户。

Description

用于检测通信系统中的用户的方法及装置
技术领域
本发明一般涉及一种通信系统，具体涉及一种用于检测通信系统中的用户的装置及方法。
背景技术
通常，正在开发的下一代通信系统提供能够向移动站(MS)发射/从移动站接收高速、高容量的数据的服务。电气和电子工程师协会(IEEE)802.16e通信系统是典型的下一代通信系统之一。
在下文，将参考附图1来描述IEEE 802.16e通信系统的配置。
附图1是阐明典型IEEE 802.16e通信系统结构的方框图。
参考附图1，IEEE 802.16e通信系统具有多单元配置，也就是包括小区100和小区150，并进一步包括用于管理该小区100的基站(BS)110，用于管理该小区150的BS 140，以及多个MS 111、113、130、151和153。通过使用正交频分复用(OFDM)/正交频分多址(OFDMA)实现该BS 110和140以及MS 111、113、130、151和153之间的信号交换。在随后描述中，假定IEEE 802.16e通信系统使用OFDMA。
在IEEE 802.16e通信系统中，测距(ranging)，特别是初始测距和定期测距作为要考虑的重要因素。初始测距和定期测距是重要因素，这是因为其影响用户检测以及定义用户参数，特别是诸如信号干扰及噪声比(SINR)的传播延迟参数。如果用户参数估计发生错误，则同步捕获失败。结果，通过相应的BS发送/接收的信号造成了对邻接BS的子通道信号的干扰，不仅测距性能而且IEEE 802.16e通信系统的整体性能都会降低。
当IEEE 802.16e通信系统使用OFDM/OFDMA时，它需要测距子通道和测距码用于执行测距，以及一BS为每个测距类型分配有效测距码。该测距类型被分为初始测距，定期测距，以及带宽请求测距。关于所分配的测距码的信息通过该BS被广播到MS，并且该MS通过基于关于经由该BS广播的测距码信息根据测距码的用途使用测距码来执行测距。
如上所述，虽然测距码根据其用途被分类，该MS仅使用随机选择的其中一个已分类的测距码。结果，在某些情况下，由不同MS发送的相同的测距码会相互冲突。该冲突不但会导致在SINR上的降低，而且导致其它问题。
因此，为了正确地估计用户参数，不但有必要正确检测执行测距(特别是初始测距和定期测距)的用户，而且要正确地检测执行该初始测距和定期测距的被测用户的传播延迟。相应地，需要一种用于正确检测执行初始测距和定期测距的用户，并正确的检测执行该初始测距和定期测距的被测用户的传播延迟的系统以及方法。
发明内容
因此，本发明的目的就在于提供一种用于检测通信系统中的用户的装置及方法。
本发明的另一个目的在于提供一种用于检测通信系统中的用户传播延迟的装置及方法。
根据本发明的一个方面，提供一种用于检测通信系统中用户的装置。该装置包括测距子载波选择器，其用于在已经对其执行k点快速傅立叶变换(FFT)的k个子载波信号当中选择i个测距子载波信号；乘法器，其用于将该i测距子载波信号乘以测距码；逆快速傅立叶变换(IFFT)单元，其用于对该乘以测距码的i个测距子载波信号以及(k-i)个0执行k点IFFT；模方运算器，其用于检测经IFFT处理的k个点信号的每个的功率；预期接收信号/干扰信号功率估计器，其用于按照预定方案通过使用k个点信号的功率来估计预期接收信号的功率和干扰信号的功率；以及用户检测器，其用于取决于预期接收信号功率和干扰信号功率来检测用户。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于检测通信系统中用户的方法。该方法包括下列步骤：在已经对其执行k点快速傅立叶变换(FFT)的k个子载波信号当中选择i个测距子载波信号；将该i个测距子载波信号乘以测距码；对该乘以测距码的i个测距子载波信号及(k-i)个0执行k点逆快速傅立叶变换(IFFT)；检测经IFFT处理的k个点信号的每个的功率；按照预定方案通过使用k个点信号的功率来估计预期接收信号的功率和干扰信号的功率；并且取决于预期接收信号的功率和干扰信号的功率来检测用户。
附图说明
本发明的上述和其它目的，特征和优点将在结合相应附图的详细描述中将得到更加清楚的说明。
图1是阐明一般IEEE 802.16e通信系统配置的方框图；
图2是阐明根据本发明的用户检测装置的内部结构的方框图；
图3是阐明图2的用户检测器的内部结构的方框图；及
图4是阐明根据本发明的用户检测操作的流程图；
具体实施方式
将参照附图详细描述本发明的优选实施例，在随后描述中，为了清楚和简洁，包括在本发明中的已知功能和配置的详细说明将被省略。
本发明旨在提供一种用于检测用户，即在如电气和电子工程师协会(IEEE)802.16e通信系统(其为宽带无线访问(BWA)通信系统)的通信系统中执行测距(如初始测距或者定期测距)的MS的装置和方法，另外本发明旨在提供一种用于检测在电气和电子工程师协会(IEEE)802.16e通信系统中执行初始测距或者定期测距的MS传播延迟的装置和方法，尽管为了方便本发明将参照IEEE 802.16e通信系统来描述，但是本发明不仅仅适用于IEEE 802.16e通信系统而且适用于其它通信系统。
图2是阐明根据本发明的用户检测装置的内部结构的方框图；
在描述图2之前，在本发明中，假定IEEE 802.16e通信系统使用多路输入多路输出(MIMO)技术。另外，假定IEEE 802.16e通信系统的基站(BS)包括用户检测装置，并且BS使用多个接收天线。
参考图2，用户检测装置包括第一天线(ANT#1)211-1以及第二天线(ANT#2)211-2，第一射频(RF)处理器213-1及第二射频(RF)处理器213-2，第一模拟-数字(A/D)转换器215-1及第二A/D转换器215-2，第一保护间隔排除器217-1及第二保护间隔排除器217-2，第一串行-并行(S/P)转换器219-1及第二S/P转换器219-2，第一快速傅立叶变换(FFT)单元221-1及第二快速傅立叶变换(FFT)单元221-2，第一测距子载波选择器223-1及第二测距子载波选择器223-2，测距码产生器225，第一乘法器227-1及第二乘法器227-2，第一0插入器229-1及第二0插入器229-2，第一逆快速傅立叶变换(IFFT)单元231-1及第二IFFT单元231-2，第一模方运算器233-1及第二模方运算器233-2，加法器235，预期接收信号/干扰信号功率估计器237，及用户检测器239。
在经由多径通道经历附加的白高斯(AWGN)噪声后，由IEEE 802.16e通信系统的特定BS管理的小区覆盖范围内的MS发送的信号经过第一天线211-1和第二天线211-2被接收。通过第一天线211-1接收的信号被传送到第一RF处理器213-1中，以及通过第二天线211-2接收的信号被传送到第二射频处理器213-2中。
第一RF处理器213-1把从第一天线211-1提供的信号下变频到中频(IF)带，并将该IF信号输出到第一A/D转换器215-1中。该第一A/D转换器215-1对从第一RF处理器213-1输出的信号进行数字转换，并将该数字信号输出到第一保护间隔排除器217-1。第一保护间隔排除器217-1将保护间隔信号从第一A/D转换器215-1输出的信号中排除，并且将得到的信号输出到第一S/P转换器219-1。保护间隔信号是通过Cyclic Prefix技术插入的信号，其用于复制在一时域中预定数量的OFDM码元的最后样本，并在有效的OFMD码元中插入所复制的样本，或者是通过Cyclic Prefix技术插入的信号，其用于复制在该时域中预定数量的OFDM符号的首批样本，并在有效的OFMD码元中插入所复制的样本。为清楚起见，在此不提供对保护间隔信号的详细描述。
第一S/P转换器219-1对从第一保护间隔排除器217-1输出的信号进行并行转换，并将该并行信号输出到第一FFT单元221-1中。该第一FFT单元221-1对从第一S/P转换器219-1输出的信号进行FFT，并将经FFT处理的信号输出到第一测距子载波选择器223-1中。在此假定该第一FFT单元221-1执行一次k点FFT，并能检测经由第一天线211-1接收的信号的频域谱。第一测距子载波选择器223-1从该第一FFT单元221-1的输出信号中仅选择相应于测距子载波的i个测距子载波信号，并将所选择的测距子载波信号输出到第一乘法器227-1中。
第一乘法器227-1将从第一测距子载波选择器223-1中输出的测距子载波信号与从测距码产生器225输出的测距码相乘，并将得到的信号输出到第一0插入器229-1。在此，该测距码是由i个元素组成的，并且在一对一的基础上使该i个测距子载波信号与该测距码的i个元素相乘。结果，第一乘法器227-1充当一相关器。该第一0插入器229-1在从第一乘法器227-1输出的信号中插入0，并将插入0的信号输出到第一IFFT单元231-1。第一IFFT单元231-1对从第一0插入器229-1输出的信号进行k点IFFT，并将插入0的信号输出到第一模方运算器(norm operator)233-1中。该第一模方运算器233-1对从第一IFFT单元231-1输出信号进行模方运算来计算它的功率值，并把该功率值输出到加法器235中。在此，该模方运算代表数量的平方运算。
相似地，第二RF处理器213-2把从第二天线211-2提供的信号下变频到IF带，并将该IF信号输出到第二A/D转换器215-2中。该第二A/D转换器215-2对从第二RF处理器213-2输出的信号进行数字转换，并将该数字信号输出到第二保护间隔排除器217-2。第二保护间隔排除器217-2将保护间隔信号从第二A/D转换器215-2输出的信号中排除，并且将得到的信号输出到第二S/P转换器219-2。
第二S/P转换器219-2对从第二保护间隔排除器217-2输出的信号进行并行转换，并将该并行信号输出到第二FFT单元221-2中。该第二FFT单元221-2对从第二S/P转换器219-2输出的信号进行FFT，并将该经FFT处理的信号输出到第二测距子载波选择器223-2中。在此假定该第二FFT单元221-2像第一FFT单元221-1那样执行k点FFT，并可检测经第二天线211-2接收的信号的传播延迟分布谱(profilespectrum)。即，当在时域中发生传播延迟时，在频域中发生频移，因此通过使用频移来估计传播延迟成为可能。第二测距子载波选择器223-2从该第二FFT单元221-2的输出信号中仅选择相应于测距子载波的i个测距子载波信号，并将所选择的测距子载波信号输出到第二乘法器227-2中。
第二乘法器227-2将从第二测距子载波选择器223-2中输出的测距子载波信号与从测距码产生器225输出的测距码相乘，并将得到的信号输出到第二0插入器229-2。在此，该测距码是由i个元素组成的，并且在一对一的基础上使测距码的i个元素与该i测距子载波信号相乘。结果，第二乘法器227-2充当相关器。该第二0插入器229-2在从第一乘法器227-2输出的信号中插入0，并将插入0的信号输出到第二IFFT单元231-2。第二IFFT单元223-2对从第二0插入器229-2输出的信号进行k点IFFT，并将插入0的信号输出到第二模方运算器233-2中，该第二模方运算器233-2对从第二IFFT单元231-2输出信号进行模方运算来计算它的功率值，并把该功率值输出到加法器235中。
加法器235将从第一模方运算器233-1与从第二模方运算器233-2输出的信号相加(即组合)，并且将经组合的信号输出到预期接收信号/干扰信号功率估计器237中，该预期接收信号/干扰信号功率估计器237通过使用从加法器235输出的信号来估计预期接收信号的功率/干扰信号的功率。在预期接收信号/干扰信号功率估计器237中对预期接收信号的功率和干扰信号的功率估计的操作将在下文中详细描述。
预期接收信号/干扰信号功率估计器237将从加法器235输出的信号分割成两部分：第一部分用作计算预期接收信号的功率，而第二部分用作计算干扰信号的功率。其中，预期接收信号的功率表示为Es，而干扰信号的功率被表示为N。预期接收信号的功率Es是通过对包括具有从加法器235输出的信号中的最大功率的样本的Nmax个样本的功率取平均而获得的值。干扰信号的功率N是通过对包括具有从加法器235输出的信号中的最小功率的样本的Nmin个样本的功率取平均而获得的值。其中通过各种方案可确定Nmax和Nmin，下文中将对其进行详细描述。
第一方案将Nmax和Nmin的每个确定为预定数。从加法器235输出的信号具有k个点，因为它是通过将从第一模方运算器233-1和第二模方运算器233-2输出的k点信号(即，k个样本信号)加起来而得到的信号。例如，如果Nmax＝1和Nmin＝k＝1024，那么预期接收信号/干扰信号功率估计器237将从加法器235输出的k个点信号中具有最大功率的点信号的功率估计为预期接收信号的功率Es，另外，预期接收信号/干扰信号功率估计器237通过对从加法器235输出的k个点信号(即1024个点信号)的功率取平均来估计干扰信号的功率N。在第一方案中，如果Nmax和Nmin的每个被设置为1，那么预期接收信号/干扰信号功率估计器237将从加法器235输出的信号中具有最大值的点信号的功率估计为预期接收信号的功率Es，而且将从加法器235输出的信号中具有最小值的点信号的功率估计为干扰信号的功率N。结果，第一方案能通过简单的方式来估计预期接收信号的功率Es和干扰信号的功率N。
第二方案通过考虑预定阈值功率来确定Nmax和Nmin。该预定阈值功率包括用作确定Nmax的第一阈值功率以及用作确定Nmin的第二阈值功率。预期接收信号/干扰信号功率估计器237从加法器235输出的k个点信号中选择具有高于或等于第一阈值功率的所有点，并将所有所选择的点的数目确定为Nmax。另外，预期接收信号/干扰信号功率估计器237从加法器235输出的k点信号中选择具有小于或等于第二阈值功率的所有点，并将所有所选择的点的数目确定为Nmin。因此，预期接收信号/干扰信号功率估计器237通过对Nmax个点信号的功率取平均来估计预期接收信号的功率Es，而且通过Nmin个点信号的功率取平均来估计干扰信号的功率N。
第三方案通过考虑从加法器235输出的信号中具有最大功率差的2个连续的点信号，像第一方案一样，将Nmax和Nmin的每个确定为预定数。也就是，如果Nmax＝1和Nmin＝1，那么预期接收信号/干扰信号功率估计器237通过将从加法器235输出的信号中具有最大功率差的两个连续点信号当中具有较高功率的点信号的功率定义为对应于Nmax的点信号的功率，来估计预期接收信号的功率Es。另外，预期接收信号/干扰信号功率估计器237通过将两个连续样本当中具有较低功率的样本的功率定义为对应于Nmin的点信号的功率，来估计干扰信号的功率N。
此外，预期接收信号/干扰信号功率估计器237将具有最大功率的点，即样本点，估计为预期接收信号的定时点。
如上所述，预期接收信号/干扰信号功率估计器237输出预期接收信号的定时点，预期接收信号的功率Es、干扰信号的功率N、预期接收信号的功率Es，及干扰信号的功率N被传送到用户检测器239。该用户检测器239通过将具有一(预定)阈值h的预期接收信号/干扰信号功率估计器237输出的预期接收信号的功率Es和干扰信号的功率N进行比较。用户检测器239通过各种方法检测该用户，下文中将详细进行描述。
在第一方法中，该用户检测器239通过将预期接收信号的功率Es对干扰信号的功率N的比率Es/N与阈值h进行比较来检测用户。即，如果该Es/N超出阈值h，用户检测器239就检测出与对应测距码相关联的用户。
在第二方法中，该用户检测器239通过将预期接收信号的功率Es与阈值h和干扰信号功率N的乘积h*N进行比较来检测用户。即，如果预期接收信号功率Es超出阈值h*N，用户检测器239就检测出与对应测距码相关联的用户。
在第三方法中，该用户检测器239通过将预期接收信号的功率Es对阈值h的比率Es/h与干扰信号的功率N进行比较来检测用户。即，如果该Es/h超出干扰信号的功率N，用户检测器239就检测出与对应测距码相关联的用户。
如上所述，用户检测器239通过将Es/N与阈值h进行比较、将预期接收信号的功率Es与乘积h*N进行比较，或者将Es/h与干扰信号的功率N进行比较来检测用户。当将预期接收信号的功率Es与乘积h*N的进行比较时，该用户检测操作可被最简化地实施。因此，参考图3，将对用户检测器239的内部结构进行描述，该用户检测器239通过将预期接收信号的功率Es与乘积h*N进行比较来检测用户信号。
图3是阐明图2的用户检测器239的内部结构的方框图。
图3示出的用户检测器239的内部结构采用通过将预期接收信号的功率Es与阈值h和干扰信号功率N的乘积h*N进行比较来检测用户的第二种用户检测方法。参考图3，用户检测器239包括比较器311和乘法器313。
从预期接收信号/干扰信号功率估计器237输出的预期接收信号的功率Es被输入到比较器311，干扰信号的功率N被输入到乘法器313，而且阈值h被输入到乘法器313。该乘法器313计算出阈值h和干扰信号的功率N的乘积h*N，并将该乘积h*N输出到比较器311。该比较器311将预期接收信号的功率Es与该h*N进行比较，并且如果预期接收信号功率Es超出该h*N，就检测出与对应测距码相关联的用户。
参考图4，根据本发明的用户检测操作将被详细描述。
图4是阐明根据本发明的用户检测操作的流程图。
参考图4，在步骤411中，用户检测装置对经多个接收天线的每一个天线所接收的信号执行R/F处理。在步骤413中，该用户检测装置对经R/F处理的信号执行A/D转换。在步骤415中，该用户检测装置从经A/D转换的信号中排除保护间隔信号。在步骤417中，该用户检测装置对排除保护间隔后的信号进行S/P转换。
在步骤419中，该用户检测装置对经S/P转换的信号执行FFT。在步骤421中，该用户检测装置从经FFT处理的信号中选择测距子载波信号。在步骤423中，该用户检测装置将所选择的测距子载波信号与对应测距码相乘。在步骤425中，该用户检测装置在该测距子载波信号和测距码的乘积中插入0。
在步骤427中，该用户检测装置对插入0的信号执行IFFT。在步骤429中，该用户检测装置对经IFFT处理的信号执行模方运算来检测其功率值。在步骤431中，该用户检测装置将对于单个接收天线而检测的功率值组合。在步骤433中，该用户检测装置将所组合的信号中具有最大功率的点(即样本点)估计为预期接收信号的定时点，并估计预期接收信号的功率和干扰信号的功率。在步骤435中，该用户检测装置使用预期接收信号的功率Es、干扰信号的功率N及阈值h最终检测到与相对应的测距码相关联的用户。
从前面描述中可以理解，根据本发明的该通信系统可正确地检测执行初始测距或定期测距的用户，从而有助于用户参数的正确检测，并改进整体系统性能。
本发明参考其中的特定优选实施例进行了详细描述和说明，本领域技术人员可以理解，不超出本发明的精神和范围，对本发明形式和细节上的各种变化，都属于附后权利要求所限定的范围。

Claims (18)

1.一种用于检测通信系统中的用户的方法，该方法包括步骤：
在已经对其执行k点快速傅立叶变换FFT的k个子载波信号当中选择i个测距子载波信号；
将该i个测距子载波信号乘以测距码；
对该乘以测距码的i个测距子载波信号及(k-i)个0执行k点逆快速傅立叶变换IFFT；
检测经执行IFFT的k个点信号的每个的功率；
通过对k个点信号的功率当中的Nmax个点信号的功率取平均来估计预期接收信号的功率；
通过对k个点信号的功率当中的Nmin个点信号的功率取平均来估计干扰信号的功率；并且
取决于预期接收信号的功率和干扰信号的功率来检测用户。
2.如权利要求1所述的方法，其中Nmax对应于第一预定数以及Nmin对应于第二预定数。
3.如权利要求2所述的方法，其中如果Nmax＝1和Nmin＝k，那么Nmax个点信号的功率表示k个点信号功率中具有最大功率的点信号的功率。
4.如权利要求2所述的方法，其中如果Nmax＝1和Nmin＝1，那么Nmax个点信号的功率表示k个点信号功率中的具有最大功率差的两个连续点信号中具有较高功率的点信号的功率，而Nmin个点信号的功率表示该两个连续点信号中具有较低功率的点信号的功率。
5.如权利要求1所述的方法，其中Nmax表示具有高于或等于第一阈值的功率的点信号的数目，而Nmin表示具有小于或等于第二阈值的功率的点信号的数目。
6.如权利要求1所述的方法，其中检测用户的步骤包括通过将预期接收信号的功率与第三阈值和干扰信号功率的乘积进行比较来检测用户。
7.如权利要求1所述的方法，其中检测用户的步骤包括通过将预期接收信号的功率对干扰信号的功率的比率与第四阈值进行比较来检测用户。
8.如权利要求1所述的方法，其中检测用户的步骤包括通过将预期接收信号的功率对第五阈值的比率与干扰信号的功率进行比较来检测用户。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括将k个点信号的功率中具有最大功率的点信号的点估计为预期接收信号的定时点。
10.一种用于检测通信系统中的用户的装置，该装置包括：
测距子载波选择器，其用于在已经对其执行k点快速傅立叶变换FFT的k个子载波信号当中选择i个测距子载波信号；
乘法器，其用于将该i测距子载波信号乘以测距码；
逆快速傅立叶变换IFFT单元，其用于对该乘以测距码的i个测距子载波信号以及(k-i)个0执行k点IFFT；
模方运算器，其用于检测经执行IFFT的k个点信号的每个的功率；
预期接收信号/干扰信号功率估计器，其用于通过对k个点信号的功率当中的Nmax个点信号的功率取平均来估计预期接收信号的功率，以及通过对k个点信号的功率当中的Nmin个点信号的功率取平均来估计干扰信号的功率；以及
用户检测器，其用于取决于预期接收信号功率和干扰信号功率来检测用户。
11.如权利要求10所述的装置，其中Nmax对应于第一预定数而Nmin对应于第二预定数。
12.如权利要求11所述的装置，其中如果Nmax＝1和Nmin＝k，那么Nmax个点信号的功率表示k个点信号功率中具有最大功率的点信号的功率。
13.如权利要求11所述的装置，其中如果Nmax＝1和Nmin＝1，那么Nmax个点信号的功率表示k个点信号功率中的具有最大功率差的两个连续点信号中具有较高功率的点信号的功率，而Nmin个点信号的功率表示该两个连续点信号中具有较低功率的点信号的功率。
14.如权利要求10所述的装置，Nmax表示具有高于或等于第一阈值的功率的点信号的数目，而Nmin表示具有小于或等于第二阈值的功率的点信号的数目。
15.如权利要求10所述的装置，其中用户检测器通过将预期接收信号功率与第三阈值和干扰信号功率的乘积进行比较来检测用户。
16.如权利要求10所述的装置，其中用户检测器通过将预期接收信号功率对干扰信号功率的比率与第四阈值进行比较来检测用户。
17.如权利要求10所述的装置，其中用户检测器通过将预期接收信号功率对第五阈值的比率与干扰信号功率进行比较来检测用户。
18.如权利要求10所述的装置中，进一步包括将k个点信号的功率中具有最大功率的点信号的点估计为预期接收信号的定时点。
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