CN101420261A - 正交频分复用系统的同步信息发送方法及小区搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交频分复用系统同步信号发送方法和相应的小区搜索方法，同步信号发送方法包括：基站将系统同步信息发送至终端，所述同步信息包括前导码和广播信道；所述前导码包括主前导码和辅前导码；所述主前导码在固定带宽的有用子载波上进行调制；所述固定带宽为各共存系统所用带宽中最小的带宽；基站根据本基站中所用的系统发送相应类型的辅前导码；基站将所述主前导码放在每个帧的第一个子帧的第一个正交频分复用符号中；将所述广播信道放在每个帧的第二个子帧的第一个正交频分复用符号中；将所述辅前导码放在每个子帧的第二个正交频分复用符号中；所述主前导码中携带有指示辅前导码类型的信息。本发明使各种系统可以兼容。

Description

正交频分复用系统的同步信息发送方法及小区搜索方法

技术领域

本发明涉及数字通信领域，特别是涉及一种正交频分复用系统的同步信息发送方法及小区搜索方法。

背景技术

作为一种多载波传输模式，OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplex，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-symbolInterference，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802.16e系统，以及802.16e下一代的演进802.16m系统(第四代通信系统)等都是基于OFDM技术的系统。

需要指出，由于移动通信系统是平滑演进的，所以，为了保护运营商的利益，在一定的时间内，第四代通信系统与第三代移动通信系统，如802.16m系统和802.16e系统等，将会共存。

802.16e是使用正交频分复用技术的协议，协议规定用前导码(preamble)来标识一帧的开始，所述前导码用于供终端做帧检测、小区标识(Cell ID)检测、频偏估计和采样时刻估计等操作，终端在接收基站信息时要先做同步操作，而首先就是要传送两端都已知的信号——即所述前导码。preamble在时间上占一个符号，在频域上由子载波构成，基站发送的前导码在频域具有良好的伪随机序列(Pseudo-Noise，简称PN)的性质，114种特定的PN序列作为前导码以BPSK(二相相移键控)方法调制到子载波上，且每隔3个子载波调制一个比特的PN序列。

根据802.16e标准：preamble在下行链路的第一个符号的整个带宽上发送，同时，不同带宽(如5MHz，10MHz，20MHz)的802.16e系统采用不同的preamble，终端为了接入系统，需要非常大的计算量，而且终端很难在不同带宽的系统下工作，因此现有技术带来了实现上的复杂和接入时间长的问题。另外，由于802.16m系统需要在一定时期内与802.16e系统共存，因此也需要考虑802.16m系统如何利用802.16e系统采用的preamble，以及如何与802.16e系统兼容。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种正交频分复用系统的同步信息发送方法及小区搜索方法，从而使各种带宽的系统之间、及802.16m与802.16e系统间可以兼容，使不同带宽的移动终端UE可以工作于不同带宽的系统，并能提高移动终端的接入速度。

为了解决上述问题，本发明提供了一种正交频分复用系统同步信号发送方法，包括：基站将系统同步信息发送至终端，所述同步信息包括前导码和广播信道；

其特征在于，还包括：

所述前导码包括主前导码和辅前导码；

所述主前导码在固定带宽的有用子载波上进行调制；所述固定带宽为各共存系统所用带宽中最小的带宽；

基站根据本基站中所用的系统发送相应类型的辅前导码；

基站将所述主前导码放在每个帧的第一个子帧的第一个正交频分复用符号中；将所述广播信道放在每个帧的第二个子帧的第一个正交频分复用符号中；将所述辅前导码放在每个子帧的第二个正交频分复用符号中；所述主前导码中携带有指示辅前导码类型的信息。

进一步的，当基站中802.16m和802.16e系统共存或仅存在802.16e系统时，辅前导码为802.16e系统的前导码；这种情况下辅前导码分为若干类型，分别对应于不同的802.16e系统带宽，各类型的辅前导码为对应带宽的802.16e系统的前导码；

当基站中仅存在802.16m系统时，这种情况下辅前导码只有一种类型，由802.16m系统的前导码充当。

进一步的，所述主前导码中携带有指示辅前导码类型的信息是指：所述主前导码序列共有m个，m为各情况中辅前导码类型的总个数；各主前导码序列分别用于指示不同类型的辅前导码。

进一步的，各类型的辅前导码序列分为n组，每组对应于一个扇区，n为基站包含的扇区数，每组中有N个S-Preamble序列，分别对应于不同的小区标识；各扇区的辅前导码调制在不同偏移量的子载波起始位置上。

进一步的，在802.16m与802.16e共存的系统中，802.16m前导码与802.16e前导码、及广播信道的频域中心对齐。

进一步的，所述前导码中心位置在广播信息中携带。

进一步的，所述主前导码和BCH在频域上互相间隔一个子载波。

本发明还提供了一种正交频分复用系统中终端的小区搜索方法，其特征在于，包括：

a、终端从接收的数据中利用主前导码和BCH进行帧同步和正交频分复用符号同步；利用主前导码进行频偏估计和补偿；

b、终端利用帧同步、正交频分复用符号同步信息，提取每个帧的第一个子帧的第一个正交频分复用符号，进行离散傅立叶变换，提取出主前导码中指示辅前导码类型的信息；

c、利用帧同步、OFDM符号同步信息，提取每个子帧的第二个正交频分复用符号，进行离散傅立叶变换得到辅前导码序列，根据变换后的数据确定小区标识；

d、利用辅前导码序列作为参考符号，从变换后的数据中提取广播信道。

进一步的，所述步骤c具体包括：

c1、终端利用帧同步、OFDM符号同步信息，提取每个子帧第二个OFDM符号部分，进行离散傅立叶变换，从变换后的数据中，根据不同偏移量的子载波功率大小，确定扇区标识；

c2、终端根据确定的扇区标识，在对应偏移量的子载波上，通过序列匹配的方式，即可获得与辅前导码序列对应的小区标识。

进一步的，所述步骤b中提取出主前导码中指示辅前导码类型的信息是指：各主前导码序列对应于一个类型的辅前导码；提取出主前导码序列后，根据该序列确定辅前导码类型。

采用了本发明的技术方案后，可以达到以下效果：

(1)能支持802.16m系统带宽的可扩展性，802.16m系统带宽通常为5MHz-20MHz，系统带宽可以扩展为大于20MHz；

(2)支持不同带宽的UE接入；

(3)能后向兼容802.16e系统，即支持802.16e系统采用的前导码；

(4)在802.16m与802.16e共存的系统中，能复用802.16e系统采用的前导码，频谱效率高。

(5)采用分级的前导码设计，因此小区搜索过程也相应分级，搜索速度加快，从而使接入时间缩短。

附图说明

图1为本发明应用实例中802.16m帧与5MHz带宽的802.16e帧共存时的preamble和BCH示意图；

图2为本发明应用实例中802.16m帧与10MHz带宽的802.16e帧共存时的preamble和BCH示意图；

图3为本发明应用实例中802.16m帧独立存在时的preamble和BCH示意图；

图4为P-Preamble和BCH所在的OFDM符号的时域结构示意图；

图5为不同带宽系统中，前导放置的频域位置示意图；

图6为本发明应用实例中小区搜索方法的流程图。

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。

本发明提供了一种正交频分复用系统同步信息发送方法，其核心思想是在前导码设计中采用分级技术；所述前导码发送方法包括：

基站将系统同步信息发送至终端，所述同步信息中包含前导码和广播信道；所述前导码包括主前导码P-Preamble和辅助前导码S-preamble；基站将所述P-preamble放在每个无线帧的第一个子帧的第一个OFDM符号中，将所述广播信道放在每个无线帧的第二个子帧的第一个OFDM符号中，将所述S-preamble放在每个子帧的第二个OFDM符号中。

所述P-preamble在固定带宽的有用子载波上进行调制，所述固定带宽为各共存系统所用带宽中最小的带宽，例如5MHz。因此，当各种不同带宽的系统共存时，其P-preamble都一致，所以可以很好的兼容。所述P-preamble可以由802.16e或802.16m系统的前导码充当。

所述广播信道所采用的带宽与所述P-preamble相同。

各基站根据本基站的情况发送相应类型的S-preamble，所述S-preamble从大的方面分为I类和II类两大类，如I类表示新旧系统共存(例如802.16m和802.16e系统)或仅有旧系统时的辅前导码，II类表示新系统独立存在时的辅前导码。为了提高使用效率和兼容性，当新旧系统共存或仅有旧系统时，S-preamble均由旧系统的前导码充当；由于旧系统中存在多种不同带宽的系统，所以，I类S-preamble又可以细分为若干类型，分别对应于不同的带宽，各类型的S-preamble由对应带宽的旧系统的前导码充当；II类S-preamble作为一个类型，由802.16m系统的前导码充当；按照前文，辅前导码共可以细分为m个类型。

在P-preamble中携带有用于指示S-preamble类型的信息，具体的实现方式可为：

所述P-preamble序列共有m个，如果对这m个序列分别编号，以M为序列号，则所述m个序列的序列号分别为M＝1，2，...，m；不同序列分别用于指示不同类型的S-Preamble；比如，共存系统包括802.16m系统、带宽为5MHz的802.16e系统和带宽为10MHz的802.16e系统三类，则m为3；3个序列中，M＝1和2的这两个P-preamble序列所对应的S-Preamble分别由带宽为5MHz和带宽为10MHz的802.16e系统的前导码充当；M＝3的P-preamble序列对应的S-Preamble由802.16m系统的S-Preamble充当。在该共存系统中，当一个基站中仅有802.16m系统时，则采用M＝3的P-preamble序列；同样的，当一个基站中同时有802.16m系统和5MHz的802.16e系统时，则采用M＝1和3的P-preamble序列；这样，当终端接收时，根据P-preamble序列就可以得知当前基站中所采用的系统，从而使终端可以工作于各种带宽的系统中，并且接入速度加快。

可以看出，P-Preamble和S-Preamble采用时分复用方式，即位于不同的OFDM符号中；由于在各无线帧的第一个子帧中P-Preamble和S-Preamble是时域相连的两个OFDM符号，因此可以利用P-Preamble作为参考符号，实现对S-Preamble相干检测，从而提高检测性能。

以下为本发明的优化方案：

各类型的S-Preamble序列分为n组，每组对应于一个扇区，n为基站包含的扇区数，每组中有N个S-Preamble序列，分别对应于不同的小区标识，即小区总数为N×n个。各组S-Preamble调制在不同偏移量的子载波起始位置上；即所述S-preamble采用时域n次重复，即频域隔n-1个子载波插入一个类型的S-preamble序列。这样终端在接入时可以采用先确定扇区标识再确定小区标识的两级搜索方式，比如先在n个扇区中确定扇区标识，再在N个小区标识中搜索小区，最多只需要进行n+N次搜索，而不分级时则需要进行N×n次搜索，显然采用该分级搜索方式后，搜索速度比原先加快。

在802.16m与802.16e共存的系统中，802.16m前导码与802.16e前导码CH带宽的频域中心对齐；该中心位置在广播信息BCH中携带。

所述P-preamble可以但不限于采用时域重复2次结构，相应的频域结构为P-preamble序列间隔一个子载波插入。采用时域重复特性是为了P-preamble序列检测的简单而设计的，此时可以采用互相关检测算法。如果没有时域重复特性，必须采用自相关检测算法，后者算法比前者要复杂。所述P-preamble重复次数取决于采用的检测算法。所述BCH在频域上也可以间隔一个子载波插入，即主前导码和BCH在频域上互相间隔一个子载波。

相应的，本发明还提供了一种正交频分复用系统中终端的小区搜索方法，其中包括如下步骤：

A、终端利用P-Preamble进行OFDM符号同步、帧同步；如果所述P-preamble在时域重复，则本步骤采用互相关检测，否则采用自相关；

B、终端利用P-Preamble进行频偏估计及补偿；

C、终端利用P-Preamble自相关进行符号OFDM精同步，并确定该序列；由于各主前导码序列对应于一个类型的辅前导码，因此提取出主前导码序列后，即可根据该序列确定辅前导码类型；

D、终端通过S-Preamble子载波set(组)实现Sector(扇区)检测，得到SectorID(扇区标识)；

E、终端在子载波set(组)上进行S-Preamble序列检测，获得CellID，可以但不限于采用相干检测。

F、终端利用S-Preamble序列作为参考符号，检测BCH信息。

至此，小区搜索完成。

下面用本发明的一个应用实例进一步加以说明。

在16系列的OFDM系统中，一帧(无线)分为若干个OFDM符号，帧的长度是个事先确定值，此处以10毫秒为例，每个无线帧分为两个子帧，子帧长度为5毫秒。

本应用实例中，有三类系统共存，分别是带宽为5MHz和10MHz的802.16e系统，以及带宽为5MHz的802.16m系统。

由于系统类型数为3，即m＝3，因此相应将P-Preamble序列分为三组，序列号用M表示；如表1所示，M＝1时S-Preamble由5MHz带宽的802.16e的preamble充当，M＝2时S-Preamble由10MHz带宽的802.16e的preamble充当，而M＝3时S-Preamble由5MHz带宽的802.16m的前导码序列充当，802.16m的前导码序列可以是与802.16e的preamble不同的序列。

表1、P-Preamble序列与S-Preamble对应关系表

图1为802.16m帧与5MHz带宽的802.16e帧共存时的preamble和BCH示意图；此时即基站中既有802.16m系统，又有5MHz带宽的802.16e系统；从时域上讲，其中P-Preamble位于每个无线帧的第一个子帧的第一个OFDM符号，由5MHz带宽的802.16e系统的preamble充当；BCH则位于每个无线帧的第二个子帧的第一个OFDM符号上，带宽为5MHz；而S-Preamble则位于每个子帧的第二个OFDM符号，此时P-Preamble的序列号为M＝1，S-Preamble由5MHz带宽的802.16e系统的preamble充当。从频域的角度讲，P-Preamble和BCH都是在5MHz带宽的有用子载波上调制，如图1中斜线填充部分所示；并且相互间隔一个子载波，如均在奇数子载波或均在偶数子载波上调制。所述S-Preamble在5MHz带宽的有用子载波上调制，并且相互间隔两个子载波。

S-Preamble由5MHz带宽的802.16e的preamble充当时，共有114个序列，分为3组，每组对应于一个小区的一个扇区，各扇区的S-Preamble调制在不同偏移量的子载波起始位置上，如扇区1调制在子载波1，4，7......上，扇区2调制在子载波2，5，8......上，扇区3调制在子载波3，6，9......上。

图2为802.16m帧与10MHz带宽的802.16e帧共存时preamble和BCH示意图，从时域上讲，其中P-Preamble位于每个无线帧的第一个子帧的第一个OFDM符号，由5MHz带宽的802.16e系统的preamble充当；BCH则位于每个无线帧的第二个子帧的第一个OFDM符号上，带宽为5MHz；而S-Preamble则位于每个子帧的第二个OFDM符号，并且由10MHz带宽的802.16e的preamble充当。此时P-Preamble的序列号为M＝2，在子载波上的调制与图1相同，S-Preamble的分组和子载波调制方式与图1相同。

图3为802.16m系统单独存在时的preamble示意图，从时域上讲，其中P-Preamble位于每个无线帧的第一个子帧的第一个符号，由5MHz带宽的802.16e系统的preamble充当；BCH则位于每个无线帧的第二个子帧的第一个OFDM符号上，带宽为5MHz；而S-Preamble则位于每个子帧的第二个OFDM符号，并且由802.16m系统的S-Preamble序列充当；此时P-Preamble的序列号为M＝3，在子载波上的调制与图1相同，S-Preamble的分组和子载波调制方式与图1相同。

图4是P-Preamble和BCH所在OFDM符号的时域结构图，由于P-Preamble和BCH在频域上采用子载波间隔插入的方式，所以，时域在一个OFDM符号内形成前后相同的两部分，最前面的CP是OFDM符号的循环前缀，用于消除无线信道传输的多径影响。

图5显示了不同带宽系统中，前导放置的可能位置(频域)；对20MHz带宽系统5M带宽的前导，有5个位置：分别是将前导带宽中心与图中表示20MHz带宽的矩形上各竖线对齐的位置；对20MHz带宽系统10M带宽的前导，有3个位置：分别是将前导带宽中心与图中表示20MHz带宽的矩形上各竖线对齐的位置；对10MHz带宽5M前导，有3个位置：分别是将前导带宽中心与图中表示20MHz带宽的矩形上各竖线对齐的位置。系统中前导到底放置在那个位置，由广播消息广播，移动终端据此确定系统带宽所在的频率范围。

本应用实例中，如图6所示，在移动台端，终端的小区搜索过程包括如下步骤：

OFDM符号同步、帧同步、频率同步步骤：终端从接收数据中提取同步信号位置(即P-Preamble符号)，同时获得帧同步和OFDM符号同步，帧同步和OFDM符号同步属于成熟技术，在此不作赘述，子帧同步信号通常具有某种特性：如图4所示的P-Preamble符号和BCH符号时域对称性等特点，非常容易提取，而频率同步则是利用P-Preamble符号做频偏估计和补偿，频偏估计算法是成熟技术。

P-Preamble序列识别步骤：采用自相关进行符号OFDM精同步；终端利用帧同步、OFDM符号同步信息，提取每个帧的第一个子帧的第一个OFDM符号部分，执行离散傅立叶变换，从变换后的数据中可以提取出P-Preamble序列，即可获得小区采用的S-preamble的类型。上面提到的提取方法，都是成熟技术，在此不做赘述；

Sector ID检测步骤：终端利用帧同步、OFDM符号同步信息，提取每个子帧的第二个符号部分，执行离散傅立叶变换，从变换后的数据中，根据不同偏移量的子载波功率大小，即可确定Sector ID。

Cell ID检测步骤：终端根据确定的SectorID，在Cell ID对应偏移量的子载波上，通过序列匹配的方式获得S-preamble序列，即可获得与S-preamble序列对应的Cell ID；在终端上存储有各S-preamble序列和Cell ID的对应关系；为了简单，也可以用S-preamble序列号来指示不同的S-preamble序列，终端上存储S-preamble序列号和Cell ID的对应关系即可。

BCH检测步骤：终端利用帧同步、OFDM符号同步信息，提取每个帧的第二个子帧的第一个OFDM符号部分，执行离散傅立叶变换，利用解出的S-preamble序列作为参考符号，从变换后的数据中可以提取出BCH信息。

至此，小区搜索完成。

当然，本发明还可有其他多种实施例，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 (10)

1、一种正交频分复用系统同步信号发送方法，包括：基站将系统同步信息发送至终端，所述同步信息包括前导码和广播信道；

其特征在于，还包括：

所述前导码包括主前导码和辅前导码；

所述主前导码在固定带宽的有用子载波上进行调制；所述固定带宽为各共存系统所用带宽中最小的带宽；

基站根据本基站中所用的系统发送相应类型的辅前导码；

基站将所述主前导码放在每个帧的第一个子帧的第一个正交频分复用符号中；将所述广播信道放在每个帧的第二个子帧的第一个正交频分复用符号中；将所述辅前导码放在每个子帧的第二个正交频分复用符号中；所述主前导码中携带有指示辅前导码类型的信息。

2、如权利要求1所述的前导码发送方法，其特征在于：

当基站中802.16m和802.16e系统共存或仅存在802.16e系统时，辅前导码为802.16e系统的前导码；这种情况下辅前导码分为若干类型，分别对应于不同的802.16e系统带宽，各类型的辅前导码为对应带宽的802.16e系统的前导码；

当基站中仅存在802.16m系统时，这种情况下辅前导码只有一种类型，由802.16m系统的前导码充当。

3、如权利要求2所述的前导码发送方法，其特征在于，所述主前导码中携带有指示辅前导码类型的信息是指：所述主前导码序列共有m个，m为各情况中辅前导码类型的总个数；各主前导码序列分别用于指示不同类型的辅前导码。

4、如权利要求1所述的前导码发送方法，其特征在于：

各类型的辅前导码序列分为n组，每组对应于一个扇区，n为基站包含的扇区数，每组中有N个S-Preamble序列，分别对应于不同的小区标识；各扇区的辅前导码调制在不同偏移量的子载波起始位置上。

5、如权利要求1所述的前导码发送方法，其特征在于：

在802.16m与802.16e共存的系统中，802.16m前导码与802.16e前导码、及广播信道的频域中心对齐。

6、如权利要求5所述的前导码发送方法，其特征在于：

所述前导码中心位置在广播信息中携带。

7、如权利要求1所述的前导码发送方法，其特征在于：

所述主前导码和BCH在频域上互相间隔一个子载波。

8、一种正交频分复用系统中终端的小区搜索方法，其特征在于，包括：

a、终端从接收的数据中利用主前导码和BCH进行帧同步和正交频分复用符号同步；利用主前导码进行频偏估计和补偿；

b、终端利用帧同步、正交频分复用符号同步信息，提取每个帧的第一个子帧的第一个正交频分复用符号，进行离散傅立叶变换，提取出主前导码中指示辅前导码类型的信息；

c、利用帧同步、OFDM符号同步信息，提取每个子帧的第二个正交频分复用符号，进行离散傅立叶变换得到辅前导码序列，根据变换后的数据确定小区标识；

d、利用辅前导码序列作为参考符号，从变换后的数据中提取广播信道。

9、如权利要求8所述的小区搜索方法，其特征在于，所述步骤c具体包括：

c1、终端利用帧同步、OFDM符号同步信息，提取每个子帧第二个OFDM符号部分，进行离散傅立叶变换，从变换后的数据中，根据不同偏移量的子载波功率大小，确定扇区标识；

c2、终端根据确定的扇区标识，在对应偏移量的子载波上，通过序列匹配的方式，即可获得与辅前导码序列对应的小区标识。

10、如权利要求8所述的小区搜索方法，其特征在于，所述步骤b中提取出主前导码中指示辅前导码类型的信息是指：各主前导码序列对应于一个类型的辅前导码；提取出主前导码序列后，根据该序列确定辅前导码类型。

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