CN101043499A - 在正交频分复用系统中捕获信道上传输信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在正交频分复用系统中捕获信道上传输信号的方法和设备。该系统对可用子载波进行分组，并为每个小区的捕获信道分配一个子载波组。在基站中，子载波分配模块获取表示本小区的捕获信道分到的子载波组的信息；频域映射模块将捕获信道在下行信道各帧中的第一个时间符号映射到所述地理区域捕获信道分到的子载波组上，并按照预先设置的与捕获信道第一个时间符号所在的子载波组之间的关系找到各帧中捕获信道后续时间符号映射用的子载波组；时间符号发射模块在捕获信道上发射由频域映射模块映射在子载波组上的时间符号。因此，有效降低小区边缘用户所受到的相邻小区捕获信道的干扰，加强当前小区捕获信号的接收性能，从而提高小区覆盖效率。

Description

在正交频分复用系统中捕获信道上传输信号的方法和设备

技术领域

本发明涉及采用正交频分复用技术的移动无线数据传输系统，尤其涉及一种在正交频分复用系统中捕获信道上传输信号的方法和设备。

背景技术

随着无线移动通信的发展，用户对无线通信的速率和服务质量提出了越来越高的要求，但是由于无线频谱资源的缺乏限制了无线通信的进一步发展，另一方面，无线信道的多径和时变特性会对其中传输的信号带来很大的损害，这两个实际存在的问题都成为无线通信发展的阻碍。近年来出现的多载波正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术也因为能够很好地克服无线信道的多径特性和比单载波频谱效率高的特点成为研究的热点。这两种技术相互结合成为移动通信系统中的关键技术。

OFDM技术作为具有传输高速率数据业务能力的频分复用技术，一方面，相对于传统的单载波技术而言，OFDM技术能够利用简单的均衡算法提供较高的频谱效率；另一方面，在采用OFDM的系统中，不需要像传统的频分多路复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)那样在相邻的载波之间分配较宽的保护带宽，就可以避免子载波之间的相互干扰，从而节省了带宽。

目前，OFDM技术已被广泛应用在现有的通信系统中，且该技术已经体现在无线局域网标准802.11a中，相关产品也已经获得应用；OFDM和MIMO结合的相关技术也已经在IEEE802.16中完成标准制订。另外，在移动无线通信接入系统中，第三代合作伙伴计划(3GPP)的无线接入网、IEEE 802.20的物理层也正在考虑使用OFDM技术和MIMO技术，以构建具有更高频率效率的移动无线通信接入系统。

图1是一个典型的频率蜂窝复用系统的组网图。其中，两个无线网络控制器(RNC，Radio Network Controller)，即RNC1和RNC2与核心网(CN，CoreNetwork)相连，一些基站(BS，Base Station)分别与这两个RNC相连，其中，BS1、BS2及BS3与RNC1相连，BS4、BS5及BS6与RNC2相连，两个移动台(MS，Mobile Station)，即MS1、MS2与这些基站保持无线连接。图2示出典型的小区全向天线复用方式，简称为小区复用方式，图3示出典型的小区120度定向天线复用方式，简称为扇区复用方式。

采用OFDM技术的数据传输系统具有以下优点：

1)对多径延迟扩展具有较强的容错性。如图4所示，一个OFDM符号时域上包括两个部分：数据部分和循环前缀部分。循环前缀部分由数据部分的末端循环生成，图中数据部分占用的时间为T_data，循环前缀部分占用的时间为T_cp。OFDM技术的容错性表现在：与一个OFDM符号的持续时间Ts相比，典型信道冲击响应的持续时间很小，只占用Ts中一个很小的部分，因此可以通过增加较小的循环前缀即T_cp，以完全克服由多径引起的信号之间的干扰。

2)对频率选择性衰落具有较强的容错性。OFDM技术通过采用信道编码等冗余方案，可以恢复强衰落子载波所携带的数字信号。

3)采用了简单的均衡算法。由于OFDM技术采用频域传递信号，而信道的作用在频域上表现为简单的乘法，从而使采用OFDM技术的数据传输系统在执行信号均衡时，只需要一个简单的单抽头均衡器即可实现。

4)相对于FDM技术而言，OFDM技术具有较高的频谱效率。

虽然采用OFDM技术的数据传输系统具有上述优点，但是要使上述优点能够在系统的实际应用中完全体现出来，特别是要使得OFDM技术和MIMO技术有机地结合使用，必须要解决以下关键技术：符号同步、信道估计和均衡、系统广播信息发射与接收等。这些关键技术与系统的实际使用环境密切相关，也与系统的网络配置要求密切相关。

捕获(Acquisition)信道是一个承载MS接入通信系统小区或扇区前必需信息的信道，这些必需信息包括时间同步、频率同步、扰码等。

发明内容

本发明提出一种在正交频分复用系统中捕获信道上传输信号的方法和设备，以解决现有技术中每个小区Acquisition信道都使用全部可用子载波的问题。

一方面，提出一种在正交频分复用系统中捕获信道上传输信号的方法。该系统内各个地理区域都有各自的捕获信道，该方法包括以下步骤：

A、对可用子载波进行分组，并为每个地理区域的捕获信道分配一个子载波组；

B、一个地理区域内的基站将捕获信道在下行信道各帧中的第一个时间符号映射到该地理区域捕获信道分到的子载波组上；

C、按照预先设置的与捕获信道第一个时间符号所在的子载波组之间的关系，找到各帧中捕获信道的后续时间符号映射用的子载波组；

D、在捕获信道上发射上述映射在子载波组上的时间符号。

上述的子载波组是在可用子载波中连续分布的一组子载波。

上述的子载波组是在可用子载波中离散分布的一组子载波。

上述的离散分布是均匀离散分布。

上述步骤A进一步包括步骤：

A1、对所述系统内的可用子载波和地理区域分别进行分组；

A2、为属于不同组的地理区域捕获信道分配不同的子载波组。

上述属于不同组的地理区域包括相邻的地理区域。

上述步骤B进一步包括步骤：

B1、该基站解析该地理区域使用的伪随机噪声PN序列，获得表示捕获信道分到的子载波组的信息；

B2、根据表示捕获信道分到的子载波组的信息，将捕获信道在下行信道各帧中的第一个时间符号映射到相应的子载波组上。

上述方法中，移动台接入该地理区域时，根据捕获信道占用子载波的情况获得所述地理区域使用的伪随机噪声PN序列的部分信息。

上述地理区域使用的伪随机噪声PN序列还包含捕获信道的时间符号所携带的信息。

上述方法中，移动台接入该地理区域时，根据捕获信道的时间符号所携带的信息获得所述地理区域使用的伪随机噪声PN序列的部分信息。

上述方法中，为该地理区域广播信道分配的一组子载波属于为该地理区域捕获信道分配的子载波组。

上述的地理区域是小区或扇区。

另一方面，提出一种在正交频分复用系统中捕获信道上传输信号的设备。该系统包括至少一个地理区域，每个地理区域都由一个基站管理。该设备位于基站上，包括子载波分配模块、频域映射模块和时间符号发射模块，其中：

子载波分配模块，用于获取表示本地理区域的捕获信道分到的子载波组的信息；

频域映射模块，用于将捕获信道在下行信道各帧中的第一个时间符号映射到该地理区域捕获信道分到的子载波组上，并按照预先设置的与捕获信道第一个时间符号所在的子载波组之间的关系找到各帧中捕获信道的后续时间符号映射用的子载波组；

时间符号发射模块，用于在捕获信道上发射由频域映射模块映射在子载波组上的时间符号。

上述子载波分配模块进一步包括：

伪随机噪声序列存储子模块，用于保存本地理区域使用的伪随机噪声PN序列；

伪随机噪声序列分析子模块，用于读取所保存的伪随机噪声PN序列并进行解析，获得表示捕获信道分到的子载波组的信息。

本发明主要的优点和特点如下：

该发明采用频分的方法规划相邻小区的Acquisition信道所占用的频谱资源，能够有效地降低小区边缘用户所受到的来自相邻小区Acquisition信道的干扰，从而提高当前小区Acquisition信号的接收性能，有利于小区用户捕获acquisition信号来实现同步以及信道估计，从而提高小区的覆盖效率。

附图说明

图1是一个典型的频率蜂窝复用系统的组网图；

图2示出典型的小区全向天线复用方式；

图3示出典型的小区120度定向天线复用方式；

图4示出一个OFDM符号的时域形式；

图5示出实施例1所述的子载波划分；

图6示出一个典型的依据小区编号的小区组网方式；

图7示出一个典型的依据扇区编号的小区组网方式；

图8示出Acquisition信道上各个时间符号占用子载波方式的一个例子；

图9示出实施例2所述的子载波划分；

图10示出实施例3所述的子载波划分；

图11示出实施例4所述的子载波划分；

图12是本发明所述捕获信道上信号传输设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明将给出多小区Acquisition信道的设计方案，具体来讲，针对几种典型的频分方式，给出了与之对应的小区规划方案。

实现本发明的小区基站首先按照特定的频域映射方式，映射Acquisition信道的导频(Pilot)信息到Acquisition信道对应的子载波(按照一定的小区间复用方式)，进一步经过快速傅立叶逆变换(IFFT，Inverse Fast Fourier Transform)、数模转换等过程将生成的OFDM符号发射出去。

本发明的实施例1

在本发明的实施例1中，所有有用的448个子载波被均分成连续的7块，每块包含64个子载波，即第1块包括子载波0-63，第2块包括子载波64-127，第3块包括子载波128-191，第4块包括子载波192-255，第5块包括子载波256-319，第6块包括子载波320-383，第7块包括子载波384-447，如图5所示，不同的小区占用其中一块发射该小区的Pilot信息。利用Acquisition信道Pilot信息进行信道估计可以估计信道特性，为了更好地使用估计出的结果，各小区的广播信道(BCH)使用的子载波应该在各自小区Acquisition信道所使用的子载波范围内。小区基站使用伪随机噪声(PN，Pseudo Noise)序列对数据进行扰码。在系统设计中，规定一个小区/扇区对应一个PN序列。所以，移动台通过某Acquisition信道与BS完成同步时，自然知道小区所使用的PN序列。

小区/扇区的组网方式与子载波的划分方式有关。

在小区组网情形下，针对每一个小区，赋予其一个编号i(1＜＝i＜＝7)，编号为i的小区占用第i块子载波资源。一个典型的依据小区编号的小区组网方式如图6所示。

在扇区组网情形下，针对每一个扇区，赋予其一个编号i(1＜＝i＜＝7)，编号为i的扇区占用第i块子载波资源。一个典型的依据扇区编号的小区组网方式如图7所示。

小区基站中的频域映射模块将编号为i的小区或扇区Acquisition信道的Pilot信息映射到相应的第i个频率块。

一个小区的下行信道包括Acquisition信道、广播信道、以及现有标准中定义的其他信道。因此，下行信道的符号帧包括Acquisition信道的时间符号和其他信道的符号。将一个小区Acquisition信道在各帧中的第一个时间符号映射到该小区Acquisition信道对应的子载波块上，并且按照预先设置的与第一个时间符号所在的子载波块之间的关系查找Acquisition信道在这各帧中的后续时间符号映射在哪个子载波块上。在这每一帧中，Acquisition信道的各个时间符号占用的子载波块可以不同。如图8所示的例子，下行信道各帧包括三个Acquisition信道的时间符号Pilot1、Pilot2以及Pilot3。小区规划时被分配一个PN序列，这个PN序列决定该小区的Acquisition信道在下行信道各帧中第一个时间符号所占用的子载波，进而Acquisition信道在下行信道各帧中的后续时间符号所占用的子载波也按照预定的与第一个时间符号所占用的子载波之间的关系而确定。同时，这个PN序列还决定该小区的Acquisition信道时间符号所携带的信息。因此，可以根据小区的Acquisition信道占用子载波的情况以及时间符号所携带的信息推知该小区所使用的PN序列。

本发明的实施例2

在本发明的实施例2中，所有有用的448个子载波被均分成7块，每块包含离散的64个子载波，第1块包括子载波{0+7*n：0＜＝n＜64}，第2块包括子载波{1+7*n：0＜＝n＜64}，第3块包括子载波{2+7*n：0＜＝n＜64}，第4块包括子载波{3+7*n：0＜＝n＜64}，第5块包括子载波{4+7*n：0＜＝n＜64}，第6块包括子载波{5+7*n：0＜＝n＜64}，第7块包括子载波{6+7*n：0＜＝n＜64}，如图9所示，不同的小区占用其中一块发射该小区的pilot信息。同样，利用Acquisition信道Pilot信息进行信道估计可以估计信道特性，为了更好使用估计出的结果，各小区的广播信道使用的子载波应该在各自小区Acquisition信道所使用的子载波范围内。在系统设计中，规定一个小区/扇区对应一个PN序列。所以，MS通过某Acquisition信道与BS完成同步时，自然知道小区所使用的PN序列。

在小区组网情形下，针对每一个小区，赋予其一个编号i(1＜＝i＜＝7)，编号为i的小区占用第i块子载波资源。一个典型的依据小区编号的小区组网方式如图6所示：

在扇区组网情形下，针对每一个扇区，赋予其一个编号i(1＜＝i＜＝7)，编号为i的扇区占用第i块子载波资源。一个典型的依据扇区编号的小区组网方式如图7所示：

小区基站中的频域映射模块将编号为i的小区或扇区Acquisition信道的Pilot信息映射到相应的第i个频率块。

本发明的实施例3

在本发明的实施例3中，所有有用的448个子载波被均分成3块，每块包含连续的149个子载波，第1块包括子载波0-149，第2块包括子载波150-299，第3块包括子载波300-447，如图10所示，不同的小区占用其中一块发射该小区的Pilot信息。同样，利用Acquisition信道Pilot信息进行信道估计可以估计信道特性，为了更好使用估计出的结果，各小区的广播信道使用的子载波应该在各自小区Acquisition信道所使用的子载波范围内。在系统设计中，规定一个小区/扇区对应一个PN序列。所以，MS通过某Acquisition信道与BS完成同步时，自然知道小区所使用的PN序列。

在小区(或扇区)组网情形下，针对每一个小区(或扇区)，赋予其一个编号i(1＜＝i＜＝3)，编号为i的小区占用第i块子载波资源。小区基站中的频域映射模块将编号为i的小区或扇区Acquisition信道的Pilot信息映射到相应的第i个频率块。

本发明的实施例4

在本发明的实施例4中，所有有用的448个子载波被均分成3块，每块包含离散的149个子载波，第1块包括子载波{0+3*n：0＜＝n＜149}，第2块包括子载波{1+3*n：0＜＝n＜149}，第3块包括子载波{2+3*n：0＜＝n＜149}，如图11所示，不同的小区占用其中一块发射该小区的Pilot信息。同样，利用Acquisition信道Pilot信息进行信道估计可以估计信道特性，为了更好使用估计出的结果，各小区的广播信道使用的子载波应该在各自小区Acquisition信道所使用的子载波范围内。在系统设计中，规定一个小区/扇区对应一个PN序列。所以，MS通过某Acquisition信道与BS完成同步时，自然知道小区所使用的PN序列。

在小区(或扇区)组网情形下，针对每一个小区(或扇区)，赋予其一个编号i(1＜＝i＜＝3)，编号为i的小区占用第i块子载波资源。小区基站中的频域映射模块将编号为i的小区或扇区Acquisition信道的Pilot信息映射到相应的第i个频率块。

图12是实现本发明所述捕获信道上信号传输方法的设备的结构示意图。如图所示，基站包括子载波分配模块、频域映射模块和时间符号发射模块。其中，子载波分配模块用于获取表示本小区的Acquisition信道分到的子载波组的信息；频域映射模块用于将Acquisition信道在下行信道各帧中的第一个时间符号映射到所述地理区域Acquisition信道分到的子载波组上，并按照预先设置的与Acquisition信道第一个时间符号所在的子载波组之间的关系找到各帧中Acquisition信道的后续时间符号映射用的子载波组；时间符号发射模块用于在Acquisition信道上发射由频域映射模块映射在子载波组上的时间符号。

子载波分配模块包括PN序列存储子模块和PN序列分析子模块。其中，PN序列存储子模块用于保存本小区使用的PN序列；PN序列分析子模块用于读取所保存的PN序列并进行解析，获得表示Acquisition信道分到的子载波组的信息。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1、一种在正交频分复用系统中捕获信道上传输信号的方法，该系统内各个地理区域都有各自的捕获信道，包括以下步骤：

A、对可用子载波进行分组，并为每个地理区域的捕获信道分配一个子载波组；

B、一个地理区域内的基站将捕获信道在下行信道各帧中的第一个时间符号映射到所述地理区域捕获信道分到的子载波组上；

C、按照预先设置的与捕获信道第一个时间符号所在的子载波组之间的关系，找到各帧中捕获信道的后续时间符号映射用的子载波组；

D、在捕获信道上发射所述映射在子载波组上的时间符号。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的子载波组是在可用子载波中连续分布的一组子载波。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的子载波组是在可用子载波中离散分布的一组子载波。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的离散分布是均匀离散分布。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤A进一步包括步骤：

A1、对所述系统内的可用子载波和地理区域分别进行分组；

A2、为属于不同组的地理区域捕获信道分配不同的子载波组。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于所述属于不同组的地理区域包括相邻的地理区域。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤B进一步包括步骤：

B1、所述基站解析所述地理区域使用的伪随机噪声PN序列，获得表示捕获信道分到的子载波组的信息；

B2、根据表示捕获信道分到的子载波组的信息，将捕获信道在下行信道各帧中的第一个时间符号映射到相应的子载波组上。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于移动台接入所述地理区域时，根据捕获信道占用子载波的情况获得所述地理区域使用的伪随机噪声PN序列的部分信息。

9、如权利要求7所述的方法，其特征在于所述地理区域使用的伪随机噪声PN序列还包含捕获信道的时间符号所携带的信息。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于移动台接入所述地理区域时，根据捕获信道的时间符号所携带的信息获得所述地理区域使用的伪随机噪声PN序列的部分信息。

11、如权利要求1所述的方法，其特征在于为所述地理区域广播信道分配的一组子载波属于为所述地理区域捕获信道分配的子载波组。

12、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的地理区域是小区或扇区。

13、一种在正交频分复用系统中捕获信道上传输信号的设备，该系统包括至少一个地理区域，每个地理区域都由一个基站管理，该设备位于基站上，包括子载波分配模块、频域映射模块和时间符号发射模块，其中：

子载波分配模块，用于获取表示本地理区域的捕获信道分到的子载波组的信息；

频域映射模块，用于将捕获信道在下行信道各帧中的第一个时间符号映射到所述地理区域捕获信道分到的子载波组上，并按照预先设置的与捕获信道第一个时间符号所在的子载波组之间的关系找到各帧中捕获信道的后续时间符号映射用的子载波组；

时间符号发射模块，用于在捕获信道上发射由频域映射模块映射在子载波组上的时间符号。

14、如权利要求13所述的系统，其特征在于所述子载波分配模块进一步包括：

伪随机噪声序列存储子模块，用于保存本地理区域使用的伪随机噪声PN序列；

伪随机噪声序列分析子模块，用于读取所保存的伪随机噪声PN序列并进行解析，获得表示捕获信道分到的子载波组的信息。

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