CN101399607B - 一种无线通信系统中的测距方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种无线通信系统中有效的测距方法，可以将各种干扰最小化，并且实现最优的测距性能。通过在下行业务时隙和上行业务时隙之间使用一段专用时隙发送和接收测距信号，以避免和其他业务信号的互相干扰，同时使用一种干扰预处理技术，提高基站接收到的测距信号的可靠性。本发明还提出了一种无线通信系统中有效的测距装置，包括发送单元和接收单元两部分：发送单元用于产生和发送测距信号，包括基准时刻计算模块、测距信号产生模块和发送时刻计算模块；接收单元用于接收测距信号，包括接收时刻计算模块和测距信号接收模块。

Description

一种无线通信系统中的测距方法和装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统中有效的进行测距的方法和装置。 

背景技术

在无线通信系统如3G、IEEE802.16d和IEEE802.16e中，都要通过测距来保持上行的同步。但是传统的测距方法存在以下两个问题： 

1、在传统的测距方法中，测距和上行业务共用同一段时隙，但是分别占用不同子信道，见图1。由于在测距完成之前，基站和终端的初始同步没有那么理想，而且也没有开始闭环功率控制，终端通常采用较大发射功率上发上行测距消息，因此测距信道对其他的业务信道产生较大干扰。尤其是当服务的基站突然重启时，该服务基站下所有的终端都将在一个很短的时间内上发测距消息，这时，众多的测距信号将会带来很大的干扰，从而严重阻碍业务信道的正常通信。 

如图2所示，基站A和基站B是两个相邻同频基站，基站A下有两个终端a和b，在相同的时隙中，a在进行上行测距，b在进行上行业务通信。由于终端a并未和基站保持同步而且发射功率较大，所以对终端b的正常上行业务造成了严重干扰。 

2、基站有时候会收到远距离同频基站的信号，该信号会对本基站测距时隙造成干扰。这个干扰有时候很大，甚至会导致本基站下的终端无法接入，严重影响本基站的服务。 

同样如图2所示，基站A和基站C是两个远距离同频基站，基站C的下行信号到达基站A的时间和终端a的测距符号到达基站A的时间部分重叠，导致测距符号受到干扰。 

发明内容

在无线通信系统中，帧结构中含有一个或多个下行业务时隙、下行到上行的保护间隔和一个或多个上行业务时隙。本发明提出了一种无线通信系统中有效的测距方法，步骤包括： 

计算出名义上的第一个上行业务时隙起始时刻为基准时刻； 

以一定的方法产生测距信号； 

用基准时刻减去发送测距信号所需时间和参考时延之和，作为终端开始发送测距信号的时刻； 

使用基准时刻减去专用测距时隙长度，作为基站开始接收测距信号的时刻； 

以一定的方法接收处理测距信号。 

优选的，基准时刻可以通过终端接收并处理下行前导信号来确定。 

优选的，产生测距信号的方法包括从一组测距序列的集合中随机选择一个作为当前测距序列使用。 

优选的，参考时延可以根据终端到基站之间的参考环回距离来确定。 

优选的，专用测距时隙长度不能大于下行子帧到上行子帧之间保护间隔的长度。 

优选的，接收处理测距信号的方法包括在一根或者多根接收天线上，使用一组测距信号集合中的每一个和接收测距信号互相关，并将多根天线上的互相关值进行合并。 

优选的，接收处理测距信息的方法还可以包含检测干扰特征和进行干扰抵消预处理。 

优选的，可以在专用测距时隙之前预留一段干扰检测时隙，用来检测干扰，并且产生干扰协方差矩阵。 

本发明还提出一种无线系统中有效的测距装置，该装置包括发送单元和接收单元。 

其中，发送单元包括基准时刻计算模块，用于计算出名义上的第一个上行业务时隙起始时刻为基准时刻；测距信号产生模块，用于以一定的方法产生测距信号；发送时刻计算模块，用于使用基准时刻减去发送测距信号所需时间和参考时延之和，作为终端开始发送测距信号的时刻。 

接收单元包括接收时刻计算模块，用于使用基准时刻减去专用测距时隙长度，作为基站开始接收测距信号的时刻；测距信号接收模块，用于以一定的方法接收处理测距信号。 

优选的，基准时刻计算模块通过接收并处理下行前导信号，确定基准时刻。 

优选的，测距信号产生模块可以从一组测距序列的集合中随机选择一个作为当前测距序列使用。 

优选的，发送时刻计算模块根据终端到基站之间的参考环回距离来确定参考时延。 

优选的，接收时刻计算模块中的专用测距时隙长度不能大于下行子帧到上行子帧之间保护间隔的长度。 

优选的，测距信号接收模块可以在一根或者多根接收天线上，使用一组测距信号集合中的每一个和接收测距信号做互相关，并将多根天线上的互相关值进行合并。 

优选的，测距信号接收模块还可以包含检测干扰特征和干扰抵消预处理模块。 

优选的，检测干扰特征和干扰抵消预处理模块可以在专用测距时隙之前预留一段干扰检测时隙用以检测干扰，并且产生干扰协方差矩阵。 

本发明可以将各种干扰最小化，并且实现最优的测距性能，提高基站接收到的测距信号的可靠性。 

附图说明

图1是IEEE802.16d或者IEEE802.16e的帧结构，上行测距和上行业务占用相同时隙的不同子信道。 

图2是无线通信系统传统测距问题示意图，基站A和基站B是两个相邻同频基站；基站A和基站C是两个远距离同频基站。 

图3是SCDMA宽带无线接入系统帧结构，上行测距有专用时隙。 

图4是SCDMA宽带无线接入系统测距符号产生流程图。 

图5是SCDMA宽带无线接入系统测距符号接收流程图。 

图6是SCDMA宽带无线接入系统测距干扰检测时隙示意图，在测距时隙之前有专用的干扰检测时隙，用于检测远距离同频基站的干扰。 

图7是加入了干扰检测和预处理的测距信号接收流程图。 

图8是一种有效的测距装置的结构示意图。 

具体实施方式

下面我们以SCDMA宽带无线通信系统为例来说明本发明的具体实施方法，但本文描述的方法不仅限于SCDMA系统。 

在SCDMA宽带无线通信系统的帧结构中，在下行子帧和上行子帧之间分配了一段专用测距时隙，如图3所示。 

测距符号的发送过程描述如下，其流程图见图4： 

1、终端将接收到的下行前导信号和本地前导信号进行互相关，并找到最大相关峰，从而计算出名义上的下行前导信号起始时刻； 

2、将下行前导信号起始时刻加上下行前导信号长度、下行一个或者多个业务时隙长度和下行到上行保护间隔，得到名义上的第一个上行业务时隙起始时刻，设其为基准时刻； 

3、从本小区可选的N_{ranging_sequence}个测距序列中随机选择一个序列  $S_k=(s_0^{\left[k\right]},s_1^{\left[k\right]},\·\·\·,s_{L-1}^{\left[k\right]}),$ 0≤k≤N_{ranging_sequence}-1； 

4、终端将S_k承载到频域的L个子载波上； 

5、将频域信号送入IFFT模块，输出时域符号T作为测距符号； 

6、终端用第2步计算出的基准时刻减去发送测距信号所需时间和终端到基站之间的参考环回时延之和，作为终端开始发送测距信号的时刻，从该时刻开始发送T； 

测距符号的接收过程描述如下，其流程图见图5： 

1、基站使用基准时刻减去专用测距时隙长度，作为基站开始接收测距信号的时刻； 

2、基站N_antenna根天线上分别接收到测距符号R_j，j＝0，1，…N_antenna-1； 

3、基站从本小区N_{ranging_sequence}个测距随机序列中依次选择随机序列  $S_i=(s_0^{\left[i\right]},s_1^{\left[i\right]},\·\·\·,s_{L-1}^{\left[i\right]}),$ i＝0，1，…N_{ranging_sequence}-1； 

4、通过和发送过程相同的原理产生N_{ranging_sequence}个本地时域测距符号T_i，i＝0，1，…N_{ranging_sequence}-1； 

5、从第一个本地时域测距符号T₁开始，对每根天线上接收到的时域测距符号R_j和本地测距符号T₁做互相关，即 

$r_{1j}\left(m\right)=\underset{n=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{R}_j^{*}\left(n\right)T_1(n+m),$ j＝0，1，…，N_antenna-1； 

6、将N_antenna根天线上的r_1j，j＝0，1，…，N_antenna-1进行非相干合并，即  $C_1=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{\left|r_{1j}\right|}^2,$ j＝0，1，…，N_antenna-1，C₁为第一个本地时域测距符号对应的合并值； 

7、选择下一个本地时域测距符号，重复步骤5和步骤6，直到所有的合并值C_i，i＝0，1，…N_{ranging_sequence}-1都计算完毕； 

8、在C_i，i＝0，1，…N_{ranging_sequence}-1中根据一定的信噪比门限判断和找到最大峰值； 

9、将最大峰值对应的随机序列S_k确定为检测成功的序列，计算该终端的时间和功率调整信息； 

10、基站通过测距响应信道下发终端的时间和功率调整信息，同时携带检测成功的测距随机序列S_k。 

该随机序列对应的终端将会根据接收信息调整自己的发送时间和功率，然后就可以在上行接入信道中发起链路建立请求了。 

TDD系统中，由于信号传播本身存在时延，远距离同频基站的下行信号有可能会干扰到本基站的上行信号。因此，在专用的测距时隙之前，预留一小段时隙，专门用于远距离同频基站的干扰检测。用于干扰检测的帧结构示意图如图6所示。 

检测干扰以及进行预处理的过程如下： 

1、基站在干扰检测时隙检测到N_antenna根天线上的信号  $I=({\stackrel{\→}{I}}_1,{\stackrel{\→}{I}}_2,\·\·\·,{\stackrel{\→}{I}}_N),$ 其中， ${\stackrel{\→}{I}}_i={(I_i^1,I_i^2,\·\·\·,I_i^{N_{\mathrm{antenna}}})}^T$ 表示第i个采样点上接收到的N_antenna根天线上的信号列矢量； 

2、使用R_I＝I·I^H计算出干扰信号的协方差矩阵R_I，再根据R_I得到干扰的特征向量矩阵M； 

3、使用Y＝M·X进行干扰抵消预处理，得到N_antenna根天线上的干扰预处理测距信号矩阵Y，公式中X是在专用测距时隙接收到的测距信号矩阵，  $X=({\stackrel{\→}{X}}_1,{\stackrel{\→}{X}}_2,\·\·\·,{\stackrel{\→}{X}}_{N_{\mathrm{ranging}}}),$ N_ranging表示测距信号长度， 

表示第i个采样点上接收到的N_antenna根天线上的信号列矢量； 

加入了干扰检测和预处理的测距信号接收流程图如图7所示。 

本发明还提出一种无线系统中有效的测距装置，该装置包括发送单元和接收单元，如图8所示。 

其中，发送单元包括基准时刻计算模块，用于计算出名义上的第一个上行业务时隙起始时刻为基准时刻；测距信号产生模块，用于以一定的方法产生测距信号；发送时刻计算模块，用于使用基准时刻减去发送测距信号所需时间和参考时延之和，作为终端开始发送测距信号的时刻； 

接收单元包括接收时刻计算模块，用于使用基准时刻减去专用测距时隙长度，作为基站开始接收测距信号的时刻；测距信号接收模块，用于以一定的方法接收处理测距信号。 

优选的，基准时刻计算模块通过接收并处理下行前导信号，确定基准时刻。 

优选的，测距信号产生模块可以从一组测距序列的集合中随机选择一个作为当前测距序列使用。 

优选的，发送时刻计算模块根据终端到基站之间的参考环回距离来确定参考时延。 

优选的，接收时刻计算模块中的专用测距时隙长度不能大于下行子帧到上行子帧之间保护间隔的长度。 

优选的，测距信号接收模块可以在一根或者多根接收天线上，使用一组测距信号集合中的每一个和接收测距信号做互相关，并将多根天线上的互相关值进行合并。 

优选的，测距信号接收模块还可以包含检测干扰特征和干扰抵消预处理模块。 

优选的，检测干扰特征和干扰抵消预处理模块可以在专用测距时隙之前预留一段干扰检测时隙用以检测干扰，并且产生干扰协方差矩阵。 

Claims (12)

1.一种无线通信系统中的测距方法，所述无线通信系统中的帧结构中含有一个或多个下行业务时隙、下行到上行的保护间隔和一个或多个上行业务时隙，其特征在于，所述方法包括：

1.1计算出名义上的第一个上行业务时隙起始时刻为基准时刻；

1.2从一组测距序列的集合中随机选择一个作为当前测距序列使用来产生测距信号；

1.3用基准时刻减去发送测距信号所需时间和参考时延之和，作为终端开始发测距信号的时刻；

1.4使用基准时刻减去专用测距时隙长度，作为基站开始接收测距信号的时刻；

1.5在一根或者多根接收天线上，使用一组测距信号集合中的每一个和接收测距信号互相关，并将多根天线上的互相关值进行合并来接收处理测距信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于1.1中，所述基准时刻是通过终端接收并处理下行前导信号来确定的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于1.3中，所述参考时延是根据终端到基站之间的参考环回距离来确定。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于1.4中，所述专用测距时隙长度不能大于下行子帧到上行子帧之间保护间隔的长度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于1.5中，所述接收处理测距信号的方法还包含检测干扰特征和进行干扰抵消预处理。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的检测干扰的方法包括在专用测距时隙之前预留一段干扰检测时隙用以检测干扰，并且产生干扰协方差矩阵。

7.一种无线系统中的测距装置，其特征在于，该装置包括发送单元和接收单元，

7.1发送单元包括：

7.1.1基准时刻计算模块，用于计算出名义上的第一个上行业务时隙起始时刻为基准时刻；

7.1.2测距信号产生模块，用于从一组测距序列的集合中随机选择一个作为当前测距序列使用来产生测距信号；

7.1.3发送时刻计算模块，用于使用基准时刻减去发送测距信号所需时间和参考时延之和，作为终端开始发测距信号的时刻；

7.2接收单元包括：

7.2.1接收时刻计算模块，用于使用基准时刻减去专用测距时隙长度，作为基站开始接收测距信号的时刻；

7.2.2测距信号接收模块，用于在一根或者多根接收天线上，使用一组测距信号集合中的每一个和接收测距信号做互相关，并将多根天线上的互相关值进行合并来接收处理测距信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于7.1.1中，所述基准时刻计算模块通过接收并处理下行前导信号，确定基准时刻。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于7.1.3中，所述发送时刻计算模块根据终端到基站之间的参考环回距离来确定参考时延。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于7.2.1中，所述接收时刻计算模块中的专用测距时隙长度不能大于下行子帧到上行子帧之间保护间隔的长度。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于7.2.2中，所述测距信号接收模块还包含检测干扰特征和干扰抵消预处理模块。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述检测干扰特征和干扰抵消预处理模块在专用测距时隙之前预留一段干扰检测时隙用以检测干扰，并且产生干扰协方差矩阵。

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