CN101166172A - Ofdm通信系统中导引信号发射与检测的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种OFDM通信系统中导引信号的发射与检测的方法，其包括两个方面：一方面即运用包括导引信号之无线信号的无线通信方法，这种方法包括：利用寻找一个共同波形采集到第一导引信号符；利用从第一导引信号符中采集到的为采集第二导引信号符所需的最少的信息去采集第二导引信号符；以及渐进地从第一导引信号符、第二导引信号符等中采集关键的系统配置信息。另一方面，即是将信道编码后的系统参数调制到导引信号的副载波的无线通信方法。这种方法包括：将系统参数编码调制到调制符上；将调制符映射到所有的副载波上，然后丢弃不可用的副载波上的调制符。同现有技术相比较，本发明使得系统既有灵活多变性又能最大限度地节省系统资源以及简化终端与系统建立过程。

Description

OFDM通信系统中导引信号发射与检测的方法和装置

技术领域本发明涉及无线通信之正交和频分多路复用系统，尤其是涉及运用包括导引信号的无线信号的无线通信系统。

背景技术正交频分多路传送系统(Orthogonal frequency-division multiplexing，简称OFDM)是一种用于在无线通信系统中传送高比特率数据的先进技术。高效的导引信号(Preamble)的设计是OFDM技术商用化的重要部分，因为导引信号的设计直接影响到系统的容量，系统建立的效率以及电池的寿命。

现有技术一般的具有配置灵活参数的OFDM系统中，导引信号一般都特别复杂并耗费太多的系统资源。因此系统建立复杂性是不可避免的，并且终端与系统建立通信的过程变得漫长。这进一步导致移动终端的耗电量增大，使其对电池的容量要求很苛刻。

发明内容本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种简化步骤并具有高效率的OFDM通信系统中导引信号发射与检测的方法和装置。导引信号是所述无线通信系统所必需的，是用来辅助终端与系统建立联系的一种信号。该无线通信方法和设备中，设计良好的导引信号可节约系统资源，可使系统参数的配置更加灵活多变，以适应不同的应用范围并相应地使OFDM系统的建立简单化，而且令终端与系统建立通信的过程变得快捷，同时节约所述终端、通常都是移动终端的耗电量。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

提出一种使用包括导引信号在内的无线信号之无线通信方法，包括如下步骤：

A.通过搜寻通用波形来获取所述导引信号的第一信号符；

B.利用从先前的包括第一信号符在内的各信号符的信息，渐近地获取所述导引信号的各后续信号符；以及

C.利用所述第一信号符和后续各信号符获取嵌入在所述导引信号内的关键的系统配置信息。

上述无线通信方法中，所述渐近地获取各后续信号符的步骤还包括不告知周期性前缀的长度就获取所述各后续的信号符。

上述无线通信方法还进一步包括，在获取第二信号符之后，确定所述周期性前缀的长度，并且再获取第三信号符。

本发明解决所述技术问题还要通过采用以下技术方案来配合实现：

提出一种将系统各参数调制到导引信号的正交副载波上去的无线通信方法，包括如下步骤：

A.将所述系统各参数编码并调制到各调制符上；

B.将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上，包括各护卫副载波；

C.丢弃所述各护卫副载波；

D.发射所述各正交副载波。

上述无线通信方法中，所述将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上这一步骤还包括，基于所述导引信号的各正交副载波之总数映射所述各调制符，该基于所述导引信号的各正交副载波之总数映射所述各调制符与所述导引信号的带宽无关。

上述无线通信方法中，所述将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上这一步骤，使得各接收器能够利用最少数量的可使用副载波来译解系统各参数。

上述无线通信方法还进一步包括如下步骤：

E.接收所述各正交副载波；以及

F.利用不告知护卫副载波数量就接收到的各正交副载波，来解码第一参数数据包。

上述无线通信方法还进一步包括步骤G，利用从所述解码第一参数数据包获得的信息解码第二参数数据包。

本发明解决所述技术问题也可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、使用一种无线通信设备，包括：

A.用于将OFDM系统各参数调制到导引信号的各正交副载波上的装置，该装置又包括

①用于将所述系统各参数编码和调制到各调制符上的组件；

②用于将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上，包括护卫副载波，并且丢弃所述各护卫副载波的组件；

B.用于发射所述各正交副载波的装置。

所述用于映射各调制符的组件是基于所述导引信号的各正交副载波之总数量。

配置所述用于映射的组件要使它与所述导引信号的带宽无关。

所述用于映射的组件使得各接收器能够利用最少数量的可使用副载波来译解系统各参数。

所述无线通信设备还包括：

C.用于接收所述各正交副载波的装置；

D.用于解码第一参数数据包的装置，该装置利用不告知护卫副载波数量就接收到各正交副载波来解码。

所述无线通信设备还进一步包括：用于解码第二参数数据包的装置，该装置利用从所述用于解码第一参数数据包的装置获得的信息来解码。

同现有技术相比较，本发明的技术效果在于：现有技术的无线通信系统为了节约系统资源、简化系统建立，通常都将系统参数固定化，从而牺牲了系统参数设置的灵活性，本发明成功地解决了这一矛盾，使得系统既有灵活多变性又能最大限度地节省系统资源以及简化终端与系统建立过程。

附图说明

图1是采用本发明无线通信方法的OFDM系统中导引信号的结构示意图，图1A示意出其中一种结构，图1B示意出另一种结构；

图2是现有技术将系统参数数据包调制到OFDM信号符副载波上的流程图；

图3是现有技术将系统参数数据包调制到OFDM信号符副载波上的调制方式原理图；

图4是本发明将系统参数数据包调制到OFDM信号符副载波上的流程图；

图5是本发明将系统参数数据包调制到OFDM信号符副载波上的调制方式原理图。

具体实施方式以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

本发明OFDM通信系统中导引信号的发射与检测的方法包括两个方面：

一方面，即运用包括导引信号之无线信号的无线通信方法。这种方法包括：利用寻找一个共同波形采集到第一导引信号符(Preamble Symbol)；利用从第一导引信号符中采集到的为采集第二导引信号符所需的最少的信息去采集第二导引信号符；以及渐进地从第一导引信号符、第二导引信号符等中采集关键的系统配置信息。

另一方面，即是将信道编码后的系统参数调制到导引信号的副载波的无线通信方法。这种方法包括：将系统参数编码调制到调制符上；将调制符映射到所有的副载波上(包括可用的和不可用的副载波上)，然后丢弃不可用的副载波上的调制符。

本发明之使用包括导引信号在内的无线信号的无线通信方法，包括如下步骤：

A.通过搜寻通用波形来获取所述导引信号的第一信号符；

B.利用从先前的包括第一信号符在内的各信号符的信息，渐进地获取所述导引信号的各后续信号符；以及

C.利用所述第一信号符和后续各信号符获取嵌入在所述导引信号内的关键的系统配置信息。

所述步骤B中，所述渐近地获取各后续信号符的步骤还包括不告知周期性前缀的长度就获取所述各后续的信号符。在获取第二信号符之后，确定所述周期性前缀的长度，并且再获取第三信号符。

本发明之将系统各参数调制到导引信号的正交副载波上去的无线通信方法，包括如下步骤：

A.将所述系统各参数编码并调制到各调制符上；

B.将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上，包括各护卫副载波；

C.丢弃所述各护卫副载波；

D.发射所述各正交副载波；

E.接收所述各正交副载波；

F.利用不告知护卫副载波数量就接收到的各正交副载波，来解码第一参数数据包；

G.利用从所述解码第一参数数据包获得的信息解码第二参数数据包。

所述将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上这一步骤还包括，基于所述导引信号的各正交副载波之总数映射所述各调制符。该基于所述导引信号的各正交副载波之总数映射所述各调制符与所述导引信号的带宽无关。

所述将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上这一步骤，使得各接收器能够利用最少数量的可使用副载波来译解系统各参数。

图1A显示了一个依照本发明的无线通信系统中导引信号100的一种结构。导引信号100包括多个导引信号符(简写为PS_x)，这里每个导引信号符PS前都有一个周期性的前缀(cyclic prefix或简写为CP)。每个导引信号符PS可前接或后接一个或多个系统信息数据包(packet)。图1A没有画出系统信息数据包。

发射器所发射的导引信号是以这种方式发出，即，采集下一个导引信号符PS所需的信息是存放在当前的导引信号符PS中。例如图1A所示，采集PS2(106)所需的信息存放在PS1(102)中，采集PS3(108)所需的信息存放在PS2(106)和PS1中，如此等等。

将信息存放在导引信号符PS中可以在时域或频域中用序列(如PN序列)产生一个独特的波形或频谱。一个独特的序列表示系统的一种信息或参数。所需序列数取决于该OFDM符号中所含有的系统参数的多少。

一个终端最初开始寻找PS1(102)以确定导引信号的定位。在一种应用中，PS1还可以加装其它的信息，比如周期性的前缀CP的长度等。这样PS2(106)的准确位置就可以确定了，因为PS2(106)的位置还取决于周期性的前缀CP的长度。一旦PS2(106)知道了，PS2(106)可存放的信息可用来采集PS3(108)。PS2(106)可存放系统的特征信息(ID)。特征信息在一个蜂窝通信网络中可以是一个发射基站所特有PN序列的种子。PS2(106)和PS3(108)以后的信号都是用这个特定的PN序列加码的以区别不同的发射基站。从PS2(106)采获的PN序列的种子以及从PSi得到的CP长度可以用来采集PS3(108)。PS3(108)存放着系统同步或异步发射信息。如果系统信息数据包的解码需要系统时间，系统时间(或仅存放部分系统时间以减少系统资源损耗)也可以存放在PS3(108)中。重复这个过程直到获取最后一个PSn为止。至此终端已经获取了解码第一个系统数据包的必要信息。

在另外一个应用中(如图1B所示)，PS1是一个共用的波型。这个共用的波型只提供导引信号的起始位置，而不包括其它信息，比如上述的CP长度。这样，因为终端在采集了PS1以后仍然不知道CP的长度，PS2(106)的准确位置也就无法知道。但是我们可以将PS2(106)的CP取消或者移到其它位置，比如放在PS2(106)的尾部，这样采集PS2(106)就不需要CP的长度了。CP的长度可以和其它系统参数(例如PN种子)共同存放在PS2(106)中。这样在采集了PS2(106)以后，PS3(108)就可以被准确定位了。

图2是一个传统的将系统数据包加载到一个OFDM符号载波上去的流程。图3是这个过程的图示。系统参数数据包通常是用信道编码器202编码，通过信道交错204，再用调制器206产生调制符302，在OFDM载波上加上不可用副载波(护卫副载波)208、312和314，然后通过特定的映射函数304，将调制符302借助210映射到可用的OFDM载波306上。在这种情况下，映射函数304(映射器)的映射关系取决于可用载波数。不同数量的可用载波数需要不同的映射函数。这样终端在解码系统参数数据包之前必须知道准确的映射函数即准确可用的载波数。因为可用载波数或频宽根据不同的应用场合变化会很大。将准确的载波数存放在PS中因此需要很多的系统资源。

图4，5显示的从调制符到OFDM载波的映射方法解决了传统的弊病。图4是这种新方法的流程图，图5是原理图示。系统参数数据包通常是用信道编码器402编码，用调制器406产生调制符502，然后通过特定的映射函数504，将调制符号映射到所有的OFDM副载波(包括可用和不可用的副载波)408、506上，丢弃不可用护卫副载波上的调制符410。最后经快速傅立叶反变换(412)后发射传播(414)。

图4，5所示的方法使得调制符和OFDM载波间的映射与可用的载波数无关，而只取决于总载波数(包括可用和不可用载波数)。通常总载波数是确定的，不取决于具体的系统频宽。这种映射器408假设所有的载波505、404和506都是可用的，这样此映射器的映射关系也因此是固定的。但是如果一个调制符406被映射到一个不可用的载波上，这个调制符将被丢弃，副载波不被调制。或者换一种说法，在映射后408再加入不可用的副载波410。然后通过快速傅立叶反变化(IFFT)412将信号发送出去(411)。这样，即使终端在不知道可用载波数或频宽的情况下也可以正确的将调制符从载波反映射回来并用于解码。因此导引信号符PS无需携带不可用载波数的信息。当然在系统资源允许的情况下，导引信号符也可携带部分不可用载波数信息。

导引信号中的第一参数数据包包含着用于解码第二参数数据包的信息，比如准确的可用载波数等等。解码了第一参数数据包以后，终端就可以用第一参数数据包中所携带的参数去解码第二参数数据包。解码了第二参数数据包之后，终端就拥有了所有的使用此系统所需要的参数。这样就完成了系统信息的采集任务。

PS1波型通常是一个包含了P周期的周期性波型。在一种实现方法中，接收器可以用一个保守的频宽搜索PS1。接收器用一个周期的波型与在时间t所接受的信号作相关比较，以获得一个相关信号。这个相关信号的幅度与前P-1个相关信号的幅度相加而得到一个检测值。众所周知上述的相关信号的计算可以用更有效的快速傅立叶变换完成。

另一种办法是计算相关信号的距离为PS1周期值的自相关函数值，找出所得的自相关函数的上升和下降沿后便可得到相应的PS1起始和终止时间。

在时间t+Δt上重复这个过程直至检测到PS1。t可以是一个采样点或是N/P的采样点(即一个周期)。

本发明OFDM通信系统中导引信号的发射与检测的无线通信设备，包括：

A.用于将OFDM系统各参数调制到导引信号的各正交副载波上的装置，该装置又包括

①用于将所述系统各参数编码和调制到各调制符上的组件；

②用于将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上，包括护卫副载波，并且丢弃所述各护卫副载波的组件；所述用于映射各调制符的组件是基于所述导引信号的各正交副载波之总数量；

B.用于发射所述各正交副载波的装置；

C.用于接收所述各正交副载波的装置；

D.用于解码第一参数数据包的装置，该装置利用不告知护卫副载波数量就接收到各正交副载波来解码。

配置所述用于映射的第二组件要使它与所述导引信号的带宽无关。所述用于映射的组件使得各接收器能够利用最少数量的可使用副载波来释解系统各参数。用于解码第二参数数据包的装置，该装置利用从所述用于解码第一参数数据包的装置获得的信息来解码。

Claims (15)

1.一种使用包括导引信号在内的无线信号之无线通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.通过搜寻通用波形来获取所述导引信号的第一信号符；

B.利用从先前的包括第一信号符在内的各信号符的信息，渐进地获取所述导引信号的各后续信号符；以及

C.利用所述第一信号符和后续各信号符获取嵌入在所述导引信号内的关键的系统配置信息。

2.按照权利要求1所述的无线通信方法，其特征在于：所述渐近地获取各后续信号符的步骤还包括不告知周期性前缀的长度就获取所述各后续的信号符。

3.按照权利要求2所述的无线通信方法，其特征在于：还进一步包括，在获取第二信号符之后，确定所述周期性前缀的长度，并且再获取第三信号符。

4.一种将系统各参数调制到导引信号的正交副载波上去的无线通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.将所述系统各参数编码并调制到各调制符上；

B.将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上，包括各护卫副载波；

C.丢弃所述各护卫副载波；

D.发射所述各正交副载波。

5.按照权利要求4所述的无线通信方法，其特征在于：所述将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上这一步骤还包括，基于所述导引信号的各正交副载波之总数映射所述各调制符。

6.按照权利要求5所述的无线通信方法，其特征在于：所述基于所述导引信号的各正交副载波之总数映射所述各调制符与所述导引信号的带宽无关。

7.按照权利要求4所述的无线通信方法，其特征在于：所述将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上这一步骤，使得各接收器能够利用最少数量的可使用副载波来译解系统各参数。

8.按照权利要求4所述的无线通信方法，其特征在于：还进一步包括如下步骤：

E.接收所述各正交副载波；以及

F.利用不告知护卫副载波数量就接收到的各正交副载波，来解码第一参数数据包。

9.按照权利要求8所述的无线通信方法，其特征在于，还进一步包括步骤G，利用从所述解码第一参数数据包获得的信息解码第二参数数据包。

10.一种无线通信设备，包括：

A.用于将OFDM系统各参数调制到导引信号的各正交副载波上的装置，该装置又包括

①用于将所述系统各参数编码和调制到各调制符上的组件；

②用于将所述各调制符映射到实质上是所有各正交副载波上，包括护卫副载波，并且丢弃所述各护卫副载波的组件；

B.用于发射所述各正交副载波的装置。

11.按照权利要求10所述的无线通信设备，其特征在于：所述用于映射各调制符的组件是基于所述导引信号的各正交副载波之总数量。

12.按照权利要求10所述的无线通信设备，其特征在于：配置所述用于映射的组件要使它与所述导引信号的带宽无关。

13.按照权利要求10所述的无线通信设备，其特征在于：所述用于映射的组件使得各接收器能够利用最少数量的可使用副载波来译解系统各参数。

14.按照权利要求10所述的无线通信设备，其特征在于：还包括：

C.用于接收所述各正交副载波的装置；

D.用于解码第一参数数据包的装置，该装置利用不告知护卫副载波数量就接收到各正交副载波来解码。

15.按照权利要求14所述的无线通信设备，其特征在于还进一步包括：

E.用于解码第二参数数据包的装置，该装置利用从所述用于解码第一参数数据包的装置获得的信息来解码。

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