CN101222241B - 一种IEEE802.16e系统中前缀干扰的降低方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种IEEE802.16e系统中前缀干扰的降低方法，预先计算前缀载波集合中任意两个前缀伪噪声码序列的互相关值，包括：选择分配给初始扇区的前缀伪噪声码序列对应的前缀载波集合中的索引值；据具体组网频率复用方式确定对初始扇区存在干扰的同频扇区数目；依互相关值计算相关性干扰并据最小化相关性干扰的原则选择分配给每一所述同频扇区的前缀伪噪声码序列对应的前缀载波集合中的索引。这种方法能最大化降低由于前缀伪噪声码序列之间非理想的互相关特性导致的前缀之间的同频干扰，从而改善组网情况下的前缀覆盖。

Description

一种IEEE802.16e系统中前缀干扰的降低方法 

技术领域

本发明涉及无线通讯，具体涉及一种电子电气工程师协会IEEE802.16e系统中前缀干扰的降低方法。 

背景技术

近年来，正交频分复用OFDM技术由于能够有效对抗多径干扰和窄带干扰、频谱效率高而成为了无线通信物理层技术的主流技术，OFDMA+多输入输出MIMO技术相比第3代的码分多址CDMA技术具有天然的技术优势，更适合于宽带移动通信系统，被公认为是下一代移动通信系统的核心技术之一。WiMAX，即全球微波接入兼容(Worldwide Interoperability forMicrowave Access)，采用OFDMA技术为物理层核心技术且兼顾移动性和宽带特征的WiMAX IEEE802.16e标准是下一代移动通信标准的强有力竞争者。 

在OFDMA系统中，在时域上划分为多个OFDM符号，而在频域上则划分为多个子信道，每个子信道则是一组子载波的集合。通常一个子信道与一个或者几个符号交叉构成的时频区域称为时隙(Slot)，是OFDMA系统最小的分配单位。这样在逻辑上就可以将OFDMA帧的物理层资源用时隙-子信道构成的二维矩形表格表示。而为终端分配的物理层资源则是以时隙为单位的资源块，一般是类似矩形块(如IEEE 802.16e)，这是一种二维的时间-频率结构，。 

如图1示为WiMax IEEE802.16e系统的帧结构图，从图1可以看出，每帧的起始为前缀Preamble，前缀Preamble由114个具有良好互相关特性的伪噪声码PN序列构成，而Preamble序列的选择是由段标识Segment ID和小区标识IDCELL确定。终端MS的下行同步必须先要搜索到Preamble，因此，Preamble的覆盖情况对下行同步非常关键，Preamble的覆盖范围确定 了整个扇区的覆盖范围。在WiMax组网过程中，对于相临的同频扇区，由于前缀Preamble占用的物理子载波完全相同，同频干扰的影响则相对更大，因此，如何降低同频Preamble之间的干扰，对改善Preamble的覆盖则非常重要。 

在IEEE802.16e中，协议规定总共有三个前缀载波集合，每个前缀载波集合有38个前缀PN序列可以选择。每个段segment中的子载波相隔为3。 

segment0使用前缀载波集合0 

segment1使用前缀载波集合1 

segment2使用前缀载波集合2 

在通常的组网配置中，在选择Preamble序列配置同频相临扇区的时候，一般是选择顺序分配或随机分配等方式，这种常规的Preamble配置方式并没有考虑Preamble序列之间的相关性特点，造成有的同频小区由于选择的Preamble序列互相关性较差，同频小区Preamble之间干扰增加；因此，在实际的组网配置中，为了最大化的降低Preamble之间的干扰，需要充分利用Preamble PN序列的互相关性计算结果出现有正有负的特点，采用干扰抵消的原则达到最优的配置。 

Preamble PN序列互相关性计算如下： 

假设某Segment包含的Preamble PN序列为{A0，A1，.....A^N-1}，在IEEE802.16e中，每个Segment中的Preamble PN序列为38个，因此，这里N＝38，每个Preamble PN序列的长度为L。每个Segment的Preamble PN序列可以表示如下： 

需要注意的是，序列做相关运算的时候，序列元素需要做映射。规则是0映射为1，1映射为-1。 

任意两个Preamble PN序列的互相关计算如下： 

$C_{(A_m,A_n)}=\underset{i=0}{\overset{i=L-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{mi}}\×a_{\mathrm{ni}},0\≤m,n\≤N-1---(1-1)$

对具有良好互相关特性的PN序列集要求如下： 

$C_{(A_m,A_n)}=\underset{i=0}{\overset{i=L-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{mi}}\×a_{\mathrm{ni}}=L,m=n$

$C_{(A_m,A_n)}=\underset{i=0}{\overset{i=L-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{mi}}\×a_{\mathrm{ni}}$ 计算出的绝对值越小越好    m≠n 

                                (1-2) 

对于IEEE802.16e Preamble PN序列来说，不同序列之间的互相关特性差异还是比较大，序列互相关的一致性比较差，但此序列有一个最大的特点就是不同PN序列计算出的互相关值有正值也有负值，因此，在组网临区配置的时候，我们可以充分利用这一特性，采用互补的方法达到干扰抵消的目的，但是目前没有这样的技术或没有这样的技术被公开。 

发明内容

本发明需要解决的技术问题是如何提供一种IEEE802.16e系统中前缀干扰的降低方法，能够充分利用Preamble PN序列之间互补的互相关特性，以降低由于Preamble PN序列之间非理想的互相关特性带来的Preamble PN序列之间的干扰，从而达到改善组网情况下Preamble覆盖的目的。 

本发明的上述技术问题这样解决，提供一种IEEE802.16e系统中前缀干扰的降低方法，预先计算前缀载波集合中任意两个前缀伪噪声码PreamblePN序列的互相关值，包括以下步骤： 

(一)两层干扰情况 

A)以初始扇区为中心扇区，选择分配给中心扇区的前缀伪噪声码序列对应的前缀载波集合中的索引Preamble Index值； 

B)根据具体的组网频率复用方式确定对中心扇区存在干扰的同频扇区数目； 

C)依所述互相关值计算相关性干扰C_Interference并根据最小化相关性干扰C_Interference的原则选择分配给每一所述存在干扰的同频扇区的前缀伪噪声码Preamble PN序列对应的前缀载波集合中的索引Preamble Index值。 

(二)多层干扰情况 

该降低方法还包括：以所述存在干扰的同频扇区为新中心扇区，根据具体的组网频率复用方式确定对新中心扇区存在干扰的同频扇区数目，依所述互相关值计算相关性干扰并根据最小化相关性干扰的原则选择分配给每一对新中心扇区存在干扰的同频扇区的前缀伪噪声码Preamble PN序列对应的前缀载波集合中的索引Preamble Index值；其中，所述对新中心扇区存在干扰的同频扇区中原先已确定所述索引Preamble Index值的同频扇区，其索引Preamble Index值不变。 

按照本发明提供的降低方法，所述相关性干扰C_Interference等于对应所述互相关值和。 

按照本发明提供的降低方法，所述相关性干扰C_Interference等于对应所述互相关值加权和，所述加权是同频扇区的距离加权。 

按照本发明提供的降低方法，所述最小化相关性干扰C_Interference是指所述相关性干扰C_Interference绝对值最小，等于零或接近于零。 

按照本发明提供的降低方法，所述互相关值计算包括对前缀载波集合中前缀伪噪声码Preamble PN序列元素进行“0”到“1”和“-1”到“1”的映射。 

按照本发明提供的降低方法，所述前缀载波集合有三种。 

按照本发明提供的降低方法，所述步骤A)中选择分配是顺序选择前缀载波集合中第一个前缀伪噪声码序列或随机选择。 

按照本发明提供的降低方法，所述步骤B)中组网频率复用方式定义为c×n×s，其中：c为每簇中的基站数，n是频率复用的总信道(或信道组)数，s是每基站的扇区数，具体是1×1×3、1×1×1、1×3×3、2×6×3或4×12×3。 

(备注：频率规划的基本单位是小区簇，以簇为单位在覆盖区域内进行频率复用，簇是一组N个小区的集合，这N个小区使用了全部可用的频谱资源，但各小区工作频率却不同，簇内各小区分布方式和频率分配方案决定了频率复用模式) 

按照本发明提供的降低方法，所述步骤C)采用遍历或邻域搜索算法。 

本发明提供的一种IEEE802.16e系统中前缀干扰的降低方法，利用Preamble PN序列之间互补的互相关特性给存在干扰的同频扇区选择分配满足最小化相关干扰的Preamble PN，能够最大化降低由于Preamble PN序列之间非理想的互相关特性导致的Preamble序列之间的同频干扰，从而改善组网情况下的Preamble覆盖。 

附图说明

图1是IEEE802.16e系统帧结构示意图； 

图2是本发明实施例中频率复用方式(1×3×3)的组网示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。 

首先，说明本发明主要步骤： 

第一步： 

1)根据系统当前配置采用的FFT点数，根据公式(1-1)计算出各Segment下对应的Preamble PN序列集之间的互相关特性值。 

2)在组网配置同频相邻的扇区时，要满足各同频相邻小区的PreamblePN序列与中心小区的Preamble PN序列计算出的互相关值总和为0或尽量接近为0。 

所述步骤2)中具体包括以下处理过程： 

2.1)首先选择分配给初始扇区(中心扇区)的Preamble PN序列索引值(可以根据协议中确定的顺序选择对应Segment的第一个Preamble Index或随机选择一个Preamble PN序列)，不失一般性，假定初始扇区分配的Preamble PN序列为A0。 

2.2)根据具体的组网频率复用方式(如(1×1×3)、(1×1×1)、(1×3×3)、(2×6×3)、(4×12×3)等方式)。确定对中心扇区存在干扰的同频扇区数目，不失一般性，假设中心扇区周围有j个同频干扰扇区。 

2.3)中心扇区周围j个同频干扰扇区对中心扇区的相关性干扰计算如下： 

$C_{\mathrm{Interference}}=\underset{i=0}{\overset{i=j}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{(A_0,A_i)}$

$=\underset{i=1}{\overset{i=j}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{k=L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{0k}\×a_{\mathrm{ik}}---(1-3)$

根据步骤1)中计算出的各Preamble序列之间的互相关值表，采用遍历或邻域搜索等算法为周围同频相邻的扇区选择恰当的Preamble序列，使公式(1-3)中的计算结果值绝对值最小。 

2.4)同理，在确定更外层的同频扇区Preamble PN序列的时候，也要满足使公式(1-3)的计算结果最小化的原则，但除此原则之外，还要满足某些同频相邻扇区的Preamble PN序列在前面的计算中已经确定的约束条件。 

第二步，如图所示，以FFT点数为1024及Segment0在频率复用方式(1×3×3)的组网模式下为例来说明常规的Preamble配置情况下的干扰情况及根据本发明的方法实施后的优化结果进一步详细说明本发明： 

在这里仅考虑两层的干扰情况(多层的干扰情况也类似)，图2中与中心扇区相邻同频扇区的Preamble PN序列配置为{A1，A2，..........A9}，总共9个同频干扰扇区，其中，中心小区Preamble配置为A0(A0选择为PreambleIndex 0)，为了简单起见，我们只考虑Segment0的前32个Preamble Index的配置选择情况，A0(Preamble Index0)与Segment0的前32个Preamble PN序列的互相关性计算结果如下表1-1： 

表1-1 Segmen0下Preamble PN序列互相关计算结果 

Preamble1 Index	Preamble2 Index	互相关值
			0	0	284
0	1	-10
			0	2	-4
0	3	14
			0	4	10
0	5	-26

0	6	-4
			0	7	-16
0	8	-18
			0	9	8
0	10	4
			0	11	2
0	12	-6
			0	13	12
0	14	-2
			0	15	10
0	16	8
			0	17	2
0	18	-8
			0	19	-14
0	20	-4
			0	21	18
0	22	-2
			0	23	-6
0	24	-28
			0	25	-18
0	26	8
			0	27	14
0	28	20
			0	29	18
0	30	6
			0	31	22

(一)常规的Preamble PN序列规划配置 

对于常规的Preamble PN序列规划配置，对同频相邻扇区都是按照Preamble Index的顺序进行配置，如图2所示，扇区A0，A1，......A9配置的Preamble Index对应为Preamble Index(0)，Preamble Index(1)，.......PreambleIndex(9)(如下表1-2)。 

表1-2 Segment0 A0～A9 Preamble Index顺序配置 

A0	Preamble Index(0)
		A1	Preamble Index(1)
A2	Preamble Index(2)
		A3	Preamble Index(3)
A4	Preamble Index(4)
		A5	Preamble Index(5)
A6	Preamble Index(6)
		A7	Preamble Index(7)
A8	Preamble Index(8)
		A9	Preamble IndeX(9)

因此，周围同频扇区(A1，A2，......A9)对中心扇区A0的干扰总和计算如下： 

$C_{\mathrm{Interference}-\mathrm{to}-A0}=\underset{i=1}{\overset{i=9}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{A_0{A}_i}---(1-4)$

根据上表(1-2)，AO与(A1，A2，.....A9)的互相关计算结果可以计算出式(1-4)： 

$C_{\mathrm{Interference}-\mathrm{to}-A0}=\underset{i=1}{\overset{i=9}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{A_0{A}_i}$

$=(-10)+(-4)+14+10+(-26)+(-4)+(-16)+(-18)+\left(8\right)$

$=-46$

而中心扇区A0(Preamble Index0)的自相关计算结果如下： 

R_A0*A0＝284 

因此，我们可以计算出中心扇区A0的由于非理想的互相关特性带来的Preamble PN序列之间干扰与由于自相关带来的有效信号能量之间的比值如下：C_{Interference-to-A0}/R_A0*A0＝|-46/284|＝46/284. 

从上面的分析及计算可以看出，采用常规的这种顺序配置，由于Preamble PN序列之间的互相关性带来的干扰绝对值为46/284，这个干扰对解调性能会有比较大的影响。如果我们采用本发明的配置方法，可以达到尽可能的降低由于Preamble PN序列之间的非理想的互相关特性带来的影响。 

(二)本发明方法 

假设扇区A0，A1，......A9配置的Preamble Index对应为按照如下表1-3所设置，将A5设置为Preamble Index(15)，根据上表(1-2)，A0与(A1，A2，.....A9)的互相关计算结果可以计算出式(1-4)： 

$C_{\mathrm{Interference}-\mathrm{to}-A0}=\underset{i=1}{\overset{i=9}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{A_0{A}_i}$

$=(-10)+(-4)+14+10+\left(15\right)+(-4)+(-16)+(-18)+\left(8\right)$

$=-5$

而中心扇区A0(Preamble Index0)的自相关计算结果如下： 

R_A0*A0＝284 

因此，我们可以计算出中心扇区A0的由于非理想的互相关特性带来的Preamble PN序列之间干扰与由于自相关带来的有效信号能量之间的比值如下：C_{Interference-to-A0}/R_A0*A0＝|-5/284|＝5/284，对比上面的将A5设置为PreambleIndex(5)的情况，将A5配置成Preamble Index(15)已经大大降低了周围小区的干扰. 

表1-3 Segment0 A0-A9 Preamble Index优化配置 

A0	Preamble Index(0)
		A1	Preamble Index(1)

A2	Preamble Index(2)
		A3	Preamble Index(3)
A4	Preamble Index(4)
		A5	Preamble Index(15)
A6	Preamble Index(6)
		A7	Preamble Index(7)
A8	Preamble Index(8)

A9	Preamble Index(9)

更进一步，如下表1-4所示，为达到 $C_{\mathrm{Interference}-\mathrm{to}-A0}=\underset{i=1}{\overset{i=9}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{A_0{A}_i}$ 绝对值最小化的目的，在配置同频小区A0～A9的时候，采用表1-4的优化配置方法，把A5的Preamble Index配置为Preamble Index(28)，根据下表(1-3)，A0与(A1，A2，.....A9)的互相关计算结果可以计算出式(1-4)： 

$C_{\mathrm{Interference}-\mathrm{to}-A0}=\underset{i=1}{\overset{i=9}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{A_0{A}_i}$

$=(-10)+(-4)+14+10+\left(20\right)+(-4)+(-16)+(-18)+\left(8\right)$

$=0$

而中心扇区A0(Preamble Index0)的自相关计算结果如下： 

R_A0*A0＝284 

因此，我们可以计算出中心扇区A0的由于非理想的互相关特性带来的Preamble PN序列之间干扰与由于自相关带来的有效信号能量之间的比值如下：C_{Interference-to-A0}/R_A0*A0＝|0/284|＝0。 

因此，对比表1-2和表1-4两种配置情况下C_{Interference-to-A0}计算结果，可以看出采用表1-4的优化配置理论上可以将周围同频小区对中心小区A0Preamble的干扰完全消除，采用表1-4的优化配置可以极大的改善组网情况下Preamble的覆盖性能。 

表1-4 Segment0 A0～A9 Preamble Index优化配置 

A0	Preamble Index(0)
		A1	Preamble Index(1)
A2	Preamble Index(2)
		A3	Preamble Index(3)
A4	Preamble Index(4)
		A5	Preamble Index(28)
A6	Preamble Index(6)
		A7	Preamble Index(7)
A8	Preamble Index(8)
		A9	Preamble Index(9)

在实际的网络配置中，还可以根据实际各小区与目标小区的距离远近考虑各同频小区影响的权重，在公式1-4的干扰计算中充分权重因子。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种IEEE802.16e系统中前缀干扰的降低方法，其特征在于，预先计算前缀载波集合中任意两个前缀伪噪声码序列的互相关值，还包括以下步骤：

(一)两层干扰情况：

A)以初始扇区为中心扇区，选择分配给中心扇区的前缀伪噪声码序列对应的前缀载波集合中的索引值；

B)根据具体的组网频率复用方式确定对中心扇区存在干扰的同频扇区数目；

C)依所述互相关值计算相关性干扰并根据最小化相关性干扰的原则选择分配给每一所述存在干扰的同频扇区的前缀伪噪声码序列对应的前缀载波集合中的索引值；

(二)多层干扰情况：

该降低方法还包括：以所述存在干扰的同频扇区为新中心扇区，根据具体的组网频率复用方式确定对新中心扇区存在干扰的同频扇区数目，依所述互相关值计算相关性干扰并根据最小化相关性干扰的原则选择分配给每一对新中心扇区存在干扰的同频扇区的前缀伪噪声码序列对应的前缀载波集合中的索引值；其中，所述对新中心扇区存在干扰的同频扇区中原先已确定所述索引值的同频扇区，其索引值不变。

2.根据权利要求1所述降低方法，其特征在于，所述相关性干扰等于对应所述互相关值和。

3.根据权利要求1所述降低方法，其特征在于，所述相关性干扰等于对应所述互相关值加权和，所述加权是同频扇区的距离加权。

4.根据权利要求2或3所述降低方法，其特征在于，所述最小化相关性干扰是指所述相关性干扰绝对值最小。

5.根据权利要求1所述降低方法，其特征在于，所述互相关值计算包括对前缀载波集合中前缀伪噪声码序列元素进行“0”到“1”和“-1”到“1”的映射。

6.根据权利要求1所述降低方法，其特征在于，所述前缀载波集合有三种。

7.根据权利要求1所述降低方法，其特征在于，所述步骤A)中选择分配是顺序选择前缀载波集合中第一个前缀伪噪声码序列或随机选择。

8.根据权利要求1所述降低方法，其特征在于，所述步骤B)中组网频率复用方式定义为c×n×s，其中：c为每簇中的基站数，n是频率复用的总信道数，s是每基站的扇区数，具体是1×1×3、1×1×1、1×3×3、2×6×3或4×12×3。

9.根据权利要求1所述降低方法，其特征在于，所述步骤C)采用遍历或邻域搜索算法。

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