CN101005473B

CN101005473B - 正交频分复用系统的同步信号发送方法

Info

Publication number: CN101005473B
Application number: CN 200610011242
Authority: CN
Inventors: 夏树强; 赵盟; 胡留军
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: Beijing Zhigu Tech Co Ltd
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: CN101005473A

Abstract

本发明公开了一种正交频分复用系统的同步信号发送方法，其中，在系统带宽内，在导频载波上发送用于实现时间和/或频率同步的导频信号，在所述连续两个导频载波之间有且仅有不发送任何数据的空载波。本发明的正交频分复用系统的同步信号发送方法，在不损失导频信号在信道质量测量或信道估计方面的性能的情况下，实现了系统同步功能，具有精度高，速度快，额外开销小等优点。

Description

正交频分复用系统的同步信号发送方法

技术领域

本发明涉及数字通信领域，特别是涉及一种基于正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplex，OFDM)技术的同步信号发送方法。

背景技术

作为一种多载波传输模式，正交频分复用通过将一高速传输的数据流转换为一组低速并行传输的数据流，使系统对多径衰落信道频率选择性的敏感度大大降低，而循环前缀的引入，又增强了系统抗符号间干扰(Inter-symbolInterference，ISI)的能力，除此之外的带宽利用率高、实现简单等特点使OFDM在无线通信流域的应用越来越广，比如，WLAN系统，基于正交频分复用多址的WiMax系统等都是基于OFDM技术的系统。

“3GPP，TR25.814“Physical Layer Aspects for Evolved UTRA(release 7)”给出了W-CDMA以后长期演进(LTE)的各种技术方案，其中，基于OFDM技术的下行链路方案也是最为引人瞩目的方案。

但是，OFDM系统对同步性能要求非常严格，任何时间或频率上的误差，都会对OFDM系统的性能造成很大的损失。另外，在蜂窝系统中，用户通常处于多个基站的覆盖范围内，用户从多个基站中选择信号最好的基站并与之通信，对于系统链路的稳定性及容量增强都有重要的意义。而这都对OFDM系统的同步信号设计提出了极高的要求。换而言之，恰当的设计同步信号，既能使用户和系统快速准确的获得同步，又不会给系统增加太多的开销，对于OFDM系统具有重要意义。

OFDM系统的同步信号，目前主要有两种设计方法：一是利用OFDM符号的循环前缀作同步信号，另外一种是设计专门的同步信号。

利用OFDM符号的循环前缀作同步信号要求系统中所有小区都用相同的循环前缀，而这一点对有的OFDM系统并不满足，比如前面提及的基于3GPP，TR25.814的OFDM系统，不同的子帧可能会采用不同长度的循环前缀，这就使该方法的应用受到了一定限制，同时，该方法能够检测的最大频率偏置范围是(-0.5Δf，0.5Δf)，其中Δf表示子载波间隔。而对OFDM系统来说，通常希望同步信号能够检测的频率范围是(-Δf，Δf)。

设计专门的同步信号时，发射机发送的同步信号对于接收机是已知的，可以避免第一种方法的弊病，并且可以达到很高的精度，但其增加了系统的开销。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于OFDM系统的同步信号发送方法，避免OFDM符号的不同循环前缀带来的影响，同时在不增加系统开销的情况下使用户和系统快速实现高精度的同步。

为了实现上述目的，本发明提供了一种正交频分复用系统的同步信号发送方法，其中，在系统带宽内，在导频载波上发送用于实现时间和/或频率同步的导频信号，在所述连续两个导频载波之间有且仅有不发送任何数据的空载波。

上述的正交频分复用系统的同步信号发送方法，其中，所述系统带宽为正交频分复用系统的所有系统带宽或部分系统带宽。

上述的正交频分复用系统的同步信号发送方法，其中，所述用于实现时间和/或频率同步的导频信号在正交频分复用系统的所有系统带宽或部分系统带宽内均匀分布。

上述的正交频分复用系统的同步信号发送方法，其中，连续的两个所述用于实现时间和/或频率同步的导频信号的载波之间有且仅有多个所述空载波。

上述的正交频分复用系统的同步信号发送方法，其中，当一帧中所述用于实现时间和/或频率同步的导频信号的个数大于1时，所述用于实现时间和/或频率同步的导频信号在所述帧中无规律分布。

上述的正交频分复用系统的同步信号发送方法，其中，还利用其他导频载波发送用于实现小区识别的导频信号，所述用于实现小区识别的导频信号，不同小区发送的导频序列是正交的或伪正交的，所述的正交或伪正交是频域意义或码域意义上的正交的或伪正交。

本发明的正交频分复用系统的同步信号发送方法，在系统带宽内，利用载波发送用于实现时间和/或频率同步的导频信号，且连续的两个所述用于实现时间和/或频率同步的导频信号的载波之间设置有且仅设置有空载波，在不损失导频信号在信道质量测量或信道估计方面的性能的情况下，实现了系统同步功能，具有精度高，速度快，额外开销小等优点。

附图说明

图1是本发明第一实施例中第一类同步信号的频域表现形式示意图；

图2是本发明第二实施例中第一类同步信号的频域表现形式示意图；

图3是本发明第一实施例中第一类同步信号的时域表现形式示意图；

图4是本发明第一类同步信号和第二类同步信号对应的子帧索引在一帧中位置示意图。

具体实施方式

在蜂窝系统中，为了便于信道质量测量或信道估计，发射机都会周期性的发送一定数目的导频信号，并且导频信号对于接收机来说也是已知的。因此，如果合理的发送导频信号，使其除了可以进行信道质量测量、信道估计外，还具有同步功能，本发明的正交频分复用系统的同步信号发送方法，利用OFDM系统中的导频信号来做同步信号，同时实现信道质量测量、信道估计和同步的功能，使用户和系统能快速准确的获得同步，同时，又不给系统增加太多的开销。

本发明的正交频分复用系统的同步信号发送方法中，为便于描述，首先将导频信号进行分类，系统要发送的导频信号分为三类，第一类是用来实现时间同步(包括帧同步、子帧同步、符号同步)和/或频率同步的导频信号，下面称为第一类同步信号；第二类是用来小区识别的导频信号，下面称为第二类同步信号，第一类和第二类同步信号之外的导频信号为第三类，它们不用于同步，不在本发明的说明范围之内；

本发明的正交频分复用系统的同步信号发送方法中，其中：

对于第一类同步信号，其在整个或部分系统带宽内，第一类同步信号的载波是均匀分布的，并且连续两个第一类同步信号的载波之间，至少有一个不发送任何数据的空载波；同时，在整个或部分系统带宽内，除第一类同步信号的载波外，其它载波都是空载波。

对于第二类同步信号，不同小区发送的导频序列是正交的或伪正交的，这里正交或伪正交可以是频域意义上的正交的或者伪正交，也可以是码域意义上的正交或伪正交，同时，当一帧中第一类同步信号的数目大于1时，第一类同步信号在该帧中的排列也可以是无规律的，即不是均匀的，这样在获得子帧同步的同时还可以获取帧同步。

在本发明的实施例中，以第一类同步信号的载波是均匀分布的情况进行详细说明。

图1是本发明第一实施例中第一类同步信号的频域表现形式示意图，如图1所示，矩形框表示载波，矩形框中有字母“P”的表示该载波是第一类同步信号的载波，矩形框中有字母“N”的表示该载波是空载波，在图1中，第一类同步信号具有如下特征：

特征A：整个系统带宽内，第一类同步信号的载波是均匀分布的，并且连续两个第一类同步信号的载波之间，至少有一个空载波；和

特征B：除第一类同步信号的载波外，其它载波都是空载波。

在图1中，第一类同步信号的载波和空载波是交替出现的，这只是示意说明，实际情况下连续第一类同步信号的载波之间也可以有多个空载波。

图2是本发明第二实施例中第一类同步信号的频域表现形式示意图，如图2所示，矩形框表示载波，矩形框中有字母“P”的表示该载波是第一类同步信号的载波，矩形框中有字母“N”的表示该载波是空载波；矩形框中有字母“D”的表示该载波是数据载波。

在图2中，只是在系统带宽的一部分带宽上满足如下特征：

特征A’：在部分系统带宽内，第一类同步信号的载波是均匀分布的，并且连续两个第一类同步信号的载波之间，至少有一个空载波；

特征B’：除第一类同步信号的载波外，其它载波都是空载波。

这种形式的第一类同步信号在某些情况下非常有用，比如在基于“3GPP，TR25.814“Physical Layer Aspects for Evolved UTRA(release 7)”的LTE系统中，系统带宽可能是1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz或20MHz等多种，为了便于用户和不同系统带宽的系统同步和节省开销，就可以采用这种类型的同步信号，比如可规定满足前面所述特征(特征A’和特征B’)的部分系统带宽为系统带宽的中间1.25MHz，或者规定当系统带宽小于5MHz时，满足前面所述特征(特征A’和特征B’)的部分系统带宽为系统带宽的1.25MHz，否则，满足前面所述特征(特征A’和特征B’)的部分系统带宽为系统带宽的5MHz等多种形式。

图3是本发明中第一类同步信号的时域表现形式示意图，在图3中，第一类同步信号的时域有如下特征：OFDM符号的部分1和部分2是完全相同的，利用这个特征，可以实现系统的频率偏置检测、符号同步、子帧同步和帧同步、频率同步。图3是图1所示第一类同步信号的等价时域表现形式，对于图2所示第一类同步信号，图3是它们通过一个带通滤波器后的时域表现形式。该带通滤波器的通带是满足前面所述特征(特征A’和特征B’)的部分系统带宽。

如上所述，第一类同步信号在时域具有对称性，利用这个特点，接收机可以利用滑动相关的方法获得子帧同步，当然接收机还可以利用其他现有方法，由于不在本发明保护范围内，故不赘述。如图3所示，设OFDM符号的部分1中包含的符号数目为N，接收的数据为x(n)，n＝1，2…。接收机计算下列量度：

R(m)＝∑x(n+m)x^*(n+m+N)，m＝0，2....N-1

|R(m)|对应的峰值点就是第一类同步符号的部分1的起始位置，即第一类同步信号的符号同步。根据循环前缀的长度、一个子帧内的OFDM符号数目，还可以进一步获得子帧同步，假设OFDM符号的循环前缀长度为G，第一类同步符号位于该子帧内的第一个同步符号，则以刚才获得的第一类同步符号的符号定时为基准，该符号定时的前(G+1)个符号就是子帧的起始位置。

设前面所述的|R(m)|的峰值对应的相位设为

子载波间隔Δf，则发射机和接收机的频率偏置估计值F可以表示为：

由于

可以估计的频率偏置F的范围是(-Δf，Δf)，即：所有绝对值小于Δf的频率偏置都可以估计出来，实现频率同步。当然接收机还可以利用其他现有方法，由于不在本发明保护范围内，故不赘述。

在LTE系统中，一个无线帧包括20个子帧，每个子帧中都至少有一个导频符号(第一参考符号)。

把20个子帧中的第一参考符号按照前面所述的方法分类，将第0，4，8，12子帧的第一参考符号设置为第一类同步信号，其它子帧的第一参考符号为第二类同步信号。

按照上述设置，图4给出了一个无线帧中，第一类同步信号和第二类同步信号对应的子帧索引在一帧中位置示意图。其中，s0表示第一类同步信号对应的子帧在无线帧中的位置，s1表示第二类同步信号对应的子帧在无线帧中的位置。

当一个无线帧中第一类同步信号数目大于1时，如果第一类同步信号对应的子帧索引在一个无线帧中是非均匀分布时，利用前面例子中的设置，在获得子帧同步的过程中，R(m)的峰值也是非均匀分布的，利用已知的第一类同步信号索引在一帧中的位置，接收机在获得子帧同步后，还可以方便的获得帧同步。

在利用第一类同步符号获得子帧同步、帧同步和频率偏置估计值F后，接收机可以从接收的数据中提取出接收的第二类同步符号，利用第一步估计的频率偏置估计值F对接收的第二类同步符号进行补充，然后执行快速傅立叶变换，变换后的结果和本地的参考数据进行匹配，匹配最大值对应的小区就是最优小区。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种正交频分复用系统的同步信号发送方法，其特征在于，在系统带宽内，在导频载波上发送用于实现时间和/或频率同步的导频信号，所述导频信号在系统带宽内均匀分布，在所述连续两个导频载波之间仅有空载波，其个数为一个或多个。

2.根据权利要求1所述的正交频分复用系统的同步信号发送方法，其特征在于，所述系统带宽为正交频分复用系统的所有系统带宽。

3.根据权利要求2所述的正交频分复用系统的同步信号发送方法，其特征在于，当一帧中所述用于实现时间和/或频率同步的导频信号的个数大于1时，所述用于实现时间和/或频率同步的导频信号在所述帧中无规律分布。

4.根据权利要求1所述的正交频分复用系统的同步信号发送方法，其特征在于，所述系统带宽为正交频分复用系统的部分系统带宽。

5.根据权利要求4所述的正交频分复用系统的同步信号发送方法，其特征在于，当一帧中所述用于实现时间和/或频率同步的导频信号的个数大于1时，所述用于实现时间和/或频率同步的导频信号在所述帧中无规律分布。

6.根据权利要求1到5中任意一项权利要求所述的正交频分复用系统的同步信号发送方法，其特征在于，还利用其他导频载波发送用于实现小区识别的导频信号，所述用于实现小区识别的导频信号，不同小区发送的导频序列是正交的或伪正交的，所述的正交或伪正交是频域意义或码域意义上的正交的或伪正交。