CN101282128B - 宽带无线通信系统前导增强方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于正交频分复用技术的宽带无线通信系统前导增强方法，在原系统的每个无线帧增加一个新的前导码符号。本发明还公开了一种正交频分复用系统中移动台端的小区搜索方法，包括帧同步步骤、频率同步、小区ID组信号提取识别步骤和小区ID组内信号提取识别步骤。采用本发明的正交频分复用系统发射端前导码增强方法及小区搜索方法，通过在原前导码符号附近设置新的增强前导码，同时设计时域对称的具有PN序列的前导码，提高了前导码的检测概率，提高了系统对频率偏移的适应范围。通过小区分组消息的引入，使得系统支持的小区数目大大增加，实现简单，小区搜索时间短。
Description
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(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM)技术的宽带无线通信系统前导增强的方法。
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，又进一步增强了系统抗符号间干扰(Inter-symbol Interference，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系统以及下一代移动通信系统等都是基于OFDM技术的系统。
对于基于小区结构的移动通信系统，一般的基站必须广播基站信息给用户端，例如，WiMAX通过FCH(Frame Control Header)告诉用户端广播的资料是利用什么方式做信道编码、重复几次等等，然后，用户端即可根据这个information element(信息单元)解出基站广播出来的重要信息。
用户端在接收时，要先做同步，因此，在FCH之前，要传送两端都已知的信号，称为preamble(前导码)，提供用户端做(帧检测)，cell ID检测，频偏估计，采样时刻估计等等，在做好信道估计及补偿后，即可开始解FCH。
由于FCH是已知的編码方式因此用户端可直接对FCH解码，之后，再根据由preamble所解出來的segment，cell ID去判断对那些子載波(subcarrier)的数值做处理解调。
需要指出，每种系统的preamble(前导码)是针对特定系统设计的，为了满足宽带无线通信系统向下一代的演进需求，需要对原有前导码重新设计，或者进行增强。本发明提出一种对WiMAX(802.16E)系统前导码的增强方法，以解决WiMAX系统向下一代宽带无线通信系统演进时所存在的问题，如强盗采用功率检测，Preamble功率比FCH功率大9dB，FCH只可以用较低的功率发送；Preamble只提供cell ID information，造成信息浪费；基站发送的Preamble在频域具有良好的PN码性质，但是变换到时域后，这种良好的PN性质受到了破坏；每种带宽，都有114种Preamble码，带宽不同，Preamble码的长度也不同。按照此种设计，移动终端为了获得系统带宽，需要非常大的计算量。换句话说，一个5MHz系统的移动终端很难在10MHz系统下工作；WiMAX系统实现帧同步的方法是利用Preamble的共轭对称性或者preable的高功率特性，这两个方法的性能在低SNR或者衰落信道下的性能比较差，有进一步改善的余地；最后WiMAX系统设计利用CP估计的频率偏置范围太小，只有Δf/2，其中Δf为OFDM系统的子载波宽度，而且频率偏置估计的性能也不够好。
发明内容
为解决现有的前导码设计给小区搜索带来的时间长、频偏适应范围小、Cell寻址范围小的问题，本发明的目的在于提供一种对现有正交频分复用系统前导码的增强方法，使小区搜索实现简单、搜索时间短。
为了实现上述目的，本发明提供了一种对现有正交频分复用系统前导码的增强方法，为此，在原系统的每个无线帧增加一个新的前导码符号。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，在无线帧中靠近原前导符号的位置发送新的前导码符号。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，新的前导码符号的发射分集方式与原前导码符号的方式相同。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，新的前导码符号发送小区CellID分组的信息，设共为M组。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，在原前导码符号发送Cell ID组内信息，为N个。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，Cell ID分组信息与Cell ID组内信息组合为M×N个小区标识信号。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，在新的前导码符号发送系统带宽信息。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，在原前导码符号发送系统天线信息。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，新的前导码符号在时域部分，分为两个长度相同的部分，其中，每部分都应该具有类似伪随机序列的性质。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，新的前导码符号在频域部分，位于系统带宽的部分带宽上，例如，中心频带上。
为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种正交频分复用系统中移动台端的小区搜索方法，其中，包括如下步骤：
帧同步步骤，从接收数据中利用增强前导码符号的时域特性，提取符号同步和帧同步信号，获得帧同步；
频率同步，从接收数据中利用增强前导码符号的时域特性，估计频偏并补偿频偏，获得频率同步；
小区ID组信号提取识别步骤，提取每个帧中对应于增强前导码位置的一个正交频分复用符号的有用符号部分，执行离散傅立叶变换，同时利用小区分组标识信号和系统带宽信息产生本地参考信号，通过接收信号与本地参考信号进行匹配，获得小区的小区标识信号。
小区ID组内信号提取识别步骤，利用帧同步信息，提取每个帧中对应于增强前导码位置的一个正交频分复用符号的有用符号部分，执行离散傅立叶变换，从变换后的数据中提取出用于小区组内标识信号和系统带宽信息，
上述的正交频分复用系统中移动台端的小区搜索方法，其中对于相干解调系统，所述小区识别步骤，还包括利用增强前导符号解调原导频符号的信息；所述正交频分复用符号同步步骤，还包括移动台提取系统天线信息。
本发明的正交频分复用系统发射端前导码增强方法及小区搜索方法，通过在原前导码符号附近设置新的增强前导码，同时设计时域对称的具有PN序列的前导码，提高了前导码的检测概率，提高了系统对频率偏移的适应范围。通过小区分组消息的引入，使得系统支持的小区数目大大增加，实现简单，小区搜索时间短。
附图说明
图1为WiMax系统无线帧示意图；
图2为采用增强前导码后无线帧示意图；
图3为采用增强前导码的频域和时域特性。。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
本发明提供了一种对现有正交频分复用系统前导码的增强方法，为此，在原系统的每个无线帧增加一个新的前导码符号。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，在无线帧中靠近原前导符号的位置发送新的前导码符号。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，新的前导码符号的发射分集方式与原前导码符号的方式相同。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，新的前导码符号发送小区Cell ID分组的信息，设共为M组。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，在原前导码符号发送Cell ID组内信息(设为N个)。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，Cell ID分组信息与Cell ID组内信息组合为M×N个小区标识信号。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，在新的前导码符号发送系统带宽信息。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，在原前导码符号发送系统天线信息。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，新的前导码符号在时域部分，分为两个长度相同的部分，其中，每部分都应该具有类似PN序列(伪随机序列)的性质。
上述的正交频分复用系统前导码的增强方法，其中，新的前导码符号在频域部分，位于系统带宽的部分带宽上，例如，中心频带上。
为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种正交频分复用系统中移动台端的小区搜索方法，其中，包括如下步骤：
帧同步步骤，从接收数据中利用增强前导码符号的时域特性，提取符号同步和帧同步信号，获得帧同步；
频率同步，从接收数据中利用增强前导码符号的时域特性，估计频偏并补偿频偏，获得频率同步；
小区ID组信号提取识别步骤，提取每个帧中对应于增强前导码位置的一个正交频分复用符号的有用符号部分，执行离散傅立叶变换，同时利用小区分组标识信号和系统带宽信息产生本地参考信号，通过接收信号与本地参考信号进行匹配，获得小区的小区标识信号。
小区ID组内信号提取识别步骤，利用帧同步信息，提取每个帧中对应于增强前导码位置的一个正交频分复用符号的有用符号部分，执行离散傅立叶变换，从变换后的数据中提取出用于小区组内标识信号和系统带宽信息，
上述的正交频分复用系统中移动台端的小区搜索方法，其中对于相干解调系统，所述小区识别步骤，还包括利用增强前导符号解调原导频符号的信息；所述正交频分复用符号同步步骤，还包括移动台提取系统天线信息。
本发明的实施方式以WiMax系统为例。
图1为WiMax系统无线帧示意图，下行子帧包含三个部分：Preamble(前导)，FCH(帧控制头)和下行DL-MAP、上行UL-MAP以及上下行数据突发(数据突发)。
Preamble位于无线帧的第一个OFDM符号，也是下行子帧的起始。利用Preamble的共轭对称性或者preable的高功率特性检测出preamble的位置，进而获得帧的起始位置.
利用OFDM的CP(循环前缀)与后面数据的重复特性检测频率偏置，然后利用检测的频率偏置对接收信号进行补偿.
把接收的Preamble信号变换到频域，和本地参考Preamble信号互相关，获得cell_ID信息；
读取FCH，DL-Map信息，同步完成。
本发明的前导码增强方法，采用增强前导码的无线帧结构如图2所示。原前导码和增强前导码在无线帧中的位置固定，其中，矩形框中填充左斜线的部分为原前导码的位置，矩形框中填充右斜线的部分为增强前导码的位置。
本发明的前导码增强方法及小区搜索方法，采用的增强前导码的一种实现方式如图3。其中图3(a)和(b)分别为前导码在频域和时域的结构。在频域结构方面，增强前导码被置于小区系统带宽的中心，带宽例如为1.25MHz。对于系统带宽为1.25MHz的系统，原前导码也在系统带宽的中心发送，基本带宽也为1.25MHz。对于带宽超过1.25MHz的系统，如5MHz系统，原前导码采用系统带宽。
在时域结构方面，在一个OFDM符号的周期内，由前后重复的两部分组成。
本发明的前导码增强方法，采用的增强前导码序列由具有良好互相关和自相关性质的序列组成。其中，每三组为一组，对应同一个小区ID组，该组中的三个序列分别对应不同的系统带宽信息，最大表示23＝8种系统带宽。共3M个序列，M为Cell ID分组数目。
本发明的前导码增强方法，采用的原前导码序列由具有良好互相关和自相关性质的序列组成。其中，每三组为一组，对应同一个小区ID组内信息，该组中的三个序列分别对应不同的系统天线信息，最大表示23＝8种天线信息。共3N个序列，N为每个CellID分组中的组内数目。
本发明的前导码增强方法，采用的增强前导码方法，小区接入实施方式如下：
移动终端在系统中心频点1.25MHz内，利用增强前导码的时域重复特性，作滑动自相关操作，通过相关峰值搜索，获得符号同步；
利用增强前导码的时域重复特性，进行粗频偏估计，并利用估计值作频偏补偿；
在时间同步后，进行小区ID组识别，分别用M×3个本地序列与接收的增强前导序列进行相关运算。最终相关结果为M×3个相关值，搜索最大相关值对应的索引，即可获得系统带宽信息和小区ID组号；
利用获得的增强前导码序列，对原前导码作相干解调，即可获得小区ID组内信息和天线数目；
读取FCH，DL-Map信息，同步完成。
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 (2)
1.一种WiMAX正交频分复用系统中移动台端的小区搜索方法，其中，包括如下步骤：
帧同步步骤，从接收数据中利用增强前导码符号的时域特性，提取符号同步和帧同步信号，获得帧同步；
频率同步，从接收数据中利用增强前导码符号的时域特性，估计频偏并补偿频偏，获得频率同步；
小区ID组信号提取识别步骤，提取每个帧中对应于增强前导码位置的一个正交频分复用符号的有用符号部分，执行离散傅立叶变换，同时利用小区分组标识信号和系统带宽信息产生本地参考信号，通过接收信号与本地参考信号进行匹配，获得小区的小区标识信号；
小区ID组内信号提取识别步骤，利用帧同步信息，提取每个帧中对应于增强前导码位置的一个正交频分复用符号的有用符号部分，执行离散傅立叶变换，从变换后的数据中提取出用于小区组内标识信号和系统带宽信息。
2.如权利要求1所述的正交频分复用系统中移动台端的小区搜索方法，其特征在于：对于相干解调系统，所述小区ID组信号提取识别步骤和小区ID组内信号提取识别步骤，还包括利用增强前导符号解调原导频符号的信息；所述帧同步步骤、频率同步、小区ID组信号提取识别步骤和小区ID组内信号提取识别步骤，还包括移动台提取系统天线信息。
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