CN101843069B - 上行链路同步的方法、蜂窝正交频分多址接入系统及基站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法、蜂窝正交频分多址接入系统及基站。其中，统一同步测距信道的测距循环前缀长度与数据信道的循环前缀长度相同，统一同步测距信道用于移动台和毫微微蜂窝基站之间的初始测距、切换测距和周期性测距之一。通过本发明实施例，可在继续满足多种同步和性能需求的情况下，降低毫微微蜂窝基站复杂度、提升频谱效率以及减少初始入网延迟。

Description

上行链路同步的方法、蜂窝正交频分多址接入系统及基站

相关申请的交叉引用

本申请的权利要求依35U.S.C.§119要求如下申请的优先权：2008年12月12日递交的申请号为61/121,916，标题为“Method for Access Femtocellsin Wireless OFDMA Systems”的美国临时案；2009年6月18日递交的申请号为61/218,112，标题为“Synchronized Ranging Structure”的美国临时案；2009年8月13日递交的申请号为61/233,533，标题为“Synchronized RangingChannel Design in OFDMA Systems”的美国临时案；2009年8月24日申请的申请号为61/236,201，标题为“New Synchronized Ranging Channel Designin OFDMA Systems”的美国临时案；2009年9月18日递交的申请号为61/243,595的美国临时案；2009年12月11日递交的申请号为12/653,360的美国临时案；2009年12月11日递交的申请号为12/653,336的美国临时案。在此合并参考这些申请案的申请标的。

技术领域

本发明关于无线正交频分多址接入(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing Access，OFDMA)系统，尤其关于于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法、蜂窝正交频分多址接入系统及基站。

背景技术

在蜂窝(cellular)通信系统中，于移动台能够访问基站之前执行物理(physical,PHY)层同步和介质访问控制(Media Access Control,MAC)层同步。对于PHY层同步来说，在下行链路同步期间经由同步信道(Synchronization Channel,SCH)监视与追踪对时序、频率和功率进行调整并在上行链路同步期间经由测距操作对时序、频率和功率进行调整。对于MAC层同步来说，经由入网过程完成系统信息获取、能力协商和注册。在IEEE802.16m中定义了三个不同类型的测距信道（ranging channel）。在一个非同步测距信道下，在初始入网期间，移动台通过初始测距过程按其潜在的服务基站(potential serving cell)调整自身的频率、时序和功率，以及经由切换过程按其目标基站(target cell)调整自身的频率、时序和功率。在同步测距信道下，移动台通过周期测距过程按其服务基站调整自身的频率、时序和功率。在带宽请求(Bandwidth Request,BR)测距信道下，移动台在带宽请求测距过程期间将发送目的(transmission intention)与需求发出。

为了满足不同的同步和性能需求，同步测距信道和非同步测距信道的PHY层架构与设计是不同的。通常来说，小区边缘(cell-edge)中传输延迟(Propagation Delay)越长，非同步测距信道所需要的测距循环前缀(RangingCyclic Prefix,RCP)长度越长。此外，非同步测距信道中对子载波间距(subcarrier spacing)作了修改。图1(现有技术)是IEEE 802.16e中所定义的3-符号同步测距信道的示意图。在图1中，3-符号同步测距信道有一个相对短的RCP长度，在三个OFDM符号中有三个测距码序列。图2(现有技术)是IEEE 802.16m中所定义的两个不同形式的非同步测距信道的示意图。在图2中，T_RCP是测距信道的RCP时间长度，T_RP是测距信道信号波形的时间长度。如图1和图2所示，非同步测距信道的T_RCP长于同步测距信道的T_RCP。

预计毫微微蜂窝基站(femtocell)会成为支持下一代4G系统极高速传输的重要特性，尤其是在室内环境中。在毫微微蜂窝基站环境中，网络覆盖范围通常小于30米。此外，毫微微蜂窝基站大部分时间停留在低负载(low-duty)模式，且通常对至多10个用户服务。虽然分别设计同步测距信道和非同步测距信道对宏基站(macrocell)是合理的，但由于毫微微蜂窝基站的独特环境，这种分别设计对于毫微微蜂窝基站是不合理的。在继续满足多种同步和性能需求的情况下，如何降低毫微微蜂窝基站复杂度、提升频谱效率以及减少初始入网延迟仍是一种挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法、蜂窝正交频分多址接入系统及基站，用于降低毫微微蜂窝基站复杂度、提升频谱效率以及减少初始入网延迟。

在蜂窝正交频分多址接入系统中提供一种用于多种测距过程的统一同步测距信道。所述统一同步测距信道的测距循环前缀长度与数据信道的循环前缀长度相同，统一同步测距信道用于所述移动台和毫微微蜂窝基站之间的初始测距、切换测距和周期性测距其中之一。统一同步测距信道也可用于所述移动台和宏基站之间的周期性测距。通过对同步测距、非同步测距和数据传送利用统一更短的测距循环前缀长度，由于不需要额外的滤波器分离测距和数据蜂窝正交频分复用信号，因此降低了毫微微蜂窝基站复杂度。此外，通过利用更少的无线电资源提升了频谱效率。

在一个实施例中，同步测距信道跨越两维无线电资源区域，所述无线电资源区域具有沿频域方向的第一数目的子载波、沿时域方向的第二数目的蜂窝正交频分复用符号和第三数目的时域重复。在一个例子中，一个长测距码序列被分为第二数目的部分，且将每个部分分配给一个对应的蜂窝正交频分复用符号。在时域方向上也可重复第三数目的相同的测距码序列。一个有利方面，由于经由长码序列和时域重复实现了更好的码侦测，因此提供了更大的小区覆盖范围。在另一个例子中，同步测据信道可用于将测距码和测距消息一同传送，以减少初始测距间的访问延迟。此外，为了传送，同步测距信道可与其他数据信道频分复用(FDM)及/或时分复用(TDM)，并在多个小区之间码分复用(CDM)及/或时分复用(TDM)。

不同的测距过程在IEEE802.16mSRD下有不同的性能要求。在一个实施例中，蜂窝正交频分多址接入系统，包括毫微微蜂窝基站，在蜂窝正交频分多址接入系统中分配第一数目的同步测距信道，其中第一数目的同步测距信道通过毫微微蜂窝基站用于非同步测距过程和同步测距过程；以及宏基站，在蜂窝正交频分多址接入系统中分配第二数目的同步测距信道，其中第二数目的同步测距信道通过宏基站用于同步测距过程。因此，相对于宏基站，在毫微微蜂窝基站中需要对统一的同步测距更频繁的分配，以便满足切换过程所需要的更精确的HO中断时间。不同的测距信道分配方案(比如分别分配、配置分配和混合分配)可在频谱负担和竞争控制之间作不同的权衡。

在发送端，通过对具有码索引的根序列按每个蜂窝正交频分复用符号应用一固定的时域循环移位来产生测距码序列。在一个有利方面，由于译码器在接收端需要仅根序列间的频域相关以区分传送的是哪个码序列，因此以符号为基础的时域循环移位方案降低了译码器的侦测复杂度。

在接收端，利用求和模块、似然结合模块、改良的峰值测试模块和侦测模块对测距码序列解码，其中改良的峰值测试模块将峰值标准化。在一个新颖方面，每个蜂窝正交频分复用符号的码序列部分的时域值以对应的索引一个个加起来，以使得求和模块的每个码索引形成似然向量。似然向量的峰值代表可能的码序列的似然值。若码索引的标准化峰值大于对应的阈值，则码索引由侦测模块所获得。在一个有利方面，通过标准化峰值，相同的阈值能够用于码索引。

本发明的有益效果在于，通过本发明实施例，可在继续满足多种同步和性能需求的情况下，降低毫微微蜂窝基站复杂度、提升频谱效率以及减少初始入网延迟。

如下详述其他实施例和优势。本部分内容并非对发明作限定，本发明范围有权利要求所限定。

附图说明

以下多个附图用于说明本发明，相似标号代表相似元件。

图1(现有技术)是IEEE 802.16e中所定义的3-符号同步测距信道的示意图。

图2(现有技术)是IEEE 802.16m中所定义的两个不同形式的非同步测距信道的示意图。

图3是根据本发明的蜂窝OFDMA系统的示意图。

图4是根据本发明的统一同步测距信道的时域示意图。

图5至图9是统一同步测距信道的示意图。

图10是用于区分同步测距信道的不同配置模式的信令方案图。

图11是同步测距信道的物理架构示意图，其中同步测距信道用于传送测距码和测距消息。

图12是当在相同的同步测距信道中发送测距码和测距消息时初始测距过程的第一例子示意图。

图13是当在相同的同步测距信道中发送测距码和测距消息时初始测距过程的第二例子示意图。

图14是用于宏基站和毫微微蜂窝基站的分别的测距信道分配示意图。

图15是用于宏基站和毫微微蜂窝基站的配置测距信道分配示意图。

图16是用于宏基站和毫微微蜂窝基站的混合测距信道分配示意图。

图17A是映射到统一同步测距信道的测距前导码的频域示意图。

图17B是映射到具有时域重复的统一同步测距信道的测距前导码的频域示意图。

图17C是映射到具有时域重复的统一同步测距信道的测距前导码的时域示意图。

图18(现有技术)是Zadoff-Chu根序列和以代码为基础的时域循环移位序列的时域示意图。

图19是Zadoff-Chu根序列和以符号为基础的时域循环移位序列的时域示意图。

图20至图23是根据本发明基站的译码器的多个实施例示意图。

具体实施方式

如下根据多个图式对本发明的较佳实施例进行详细描述。

图3是根据本发明的蜂窝OFDMA系统30的示意图。蜂窝OFDMA系统30包括毫微微蜂窝基站BS31、宏基站BS37和两个移动台MS41与MS47。毫微微蜂窝基站BS31包括存储设备32、处理器33、编码/译码器模块34和与天线36耦接的射频发射/接收机模块35。相似地，移动台MS41包括存储设备42、处理器43、编码/译码器模块44和与天线46耦接的射频发射/接收机模块45。毫微微蜂窝基站BS31是移动台MS41的潜在(potential)服务基站。MS41一开机，则通过监视和跟踪同步信道获得下行链路(DL)同步，然后对BS31所广播的超帧头(Super Frame Header,SFH)信息译码。下行链路同步后，MS41经由初始测距过程与BS31执行上行链路(UL)同步以调整时间、频率和功率。在初始测距期间，MS41发送初始测距码至BS31并从BS31接收UL允诺(grant)。MS41接着传送测距请求(RNG_REQ)消息至BS31，并从BS31接收测距响应(RNG_RSP)以执行入网过程。除了初始测距和入网过程，移动台也执行其他测距过程，比如为了与目标基站(即另一个毫微微蜂窝基站)切换(handover，HO)所作的切换(HO)测距，以及为了维持和管理其潜在服务基站所作的周期性测距。

在一个新颖方面，移动台和毫微微蜂窝基站之间的初始测距、切换测距和周期性测距过程都是经由统一同步测距信道(unified synchronousranging channel)架构执行。统一同步测距信道的测距循环前缀(RangingCyclic Prefix,RCP)长度与数据信道通常的循环前缀(Cyclic Prefix,CP)长度相等。此外，相同的统一同步测距信道可在移动台和宏基站之间(即MS47和BS37之间)执行周期性测距。如图3所示，统一同步测距信道40包括二维无线电资源区域，其在频域方向上横跨多个频率音调(子载波)，在时域方向上横跨多个时隙(OFDM符号)。经由统一同步测距信道传送与测距消息选择性结合的测距码。在无线电资源区域中，一个长测距码序列被分为多个部分，且将每个部分分配给一个对应的OFDM符号。在时域方向上也可重复相同的测距码序列。发射/接收机模块45将统一同步测距信道传送至基站BS31。如下根据本发明对统一同步测距信道、测距信道物理架构、测距信道分配方案、测距码序列生成和测距码序列侦测的实施例作详细描述。

统一同步测距信道

图4是根据本发明的统一同步测距信道的时域示意图。统一同步测距信道40包括基本单元(basic unit)和时域重复(time-domain repetition)。通常来说，基本单元包括频域方向的第一数目的(即N=72，图中未示)子载波和时域方向的第二数目的(即K=3)OFDM符号。接着相同的基本单元在时域方向上作第三数目的(即Q=2)重复。长测距码序列X_P被分为K个部分(即X_P(k)、X_P(k+N₁)和X_P(k+N₂)，其中p是码索引，k是子载波索引，且0<N₁<N₂)且分配给K个OFDM符号中的每一个。接着，相同的长测距码序列X_P在频域中重复Q次。通过利用长码序列，在可用的码序列中可提供更低的峰值互相关(peakcross-correlation)或更低的平均互相关(average cross-correlation)。通过在时域中重复相同的长码序列，可在高移动性环境中实现更大的小区覆盖范围和更好的性能。在图4所示的例子中，基本单元包括72个(N=72)子载波和3个OFDM符号(K=3)，且基本单元在时域中重复两次(Q=2)。

在一个有利方面，统一同步测距信道的RCP时间长度T_RCP与数据信道通常的CP时间长度T_CP(即保护区间时间长度Tg)相等；且测距信号波形的时间长度T_RP与数据信号波形的时间长度Tb相等。在传统的测距信道设计中，初始测距和切换测距过程通过非同步测距信道执行，周期性测距过程通过同步测距信道执行。典型地，小区边缘中传输延迟越长，非同步测距信道的T_RCP则通常比Tg长得越多。然而，在一些网络环境中，OFDMA符号的CP长度(Tg)足够长以承受距离传播影响。也就是说，无需另外更长的RCP。例如，在毫微微蜂窝基站环境中，小区覆盖范围通常小于30米。由此，移动台和毫微微蜂窝基站间的往返时延(Round Trip Delay,RTD)低于0.2uS((2*30)/(3*10⁸)=0.2uS)。在IEEE 802.16m中，要求“所有UL OFDMA符号到达BS的时间符合最小保护区间的±25%的精确度或更好”。因此，在与毫微微蜂窝基站DL同步后，移动台的最大偏移通常在IEEE 802.16m的同步要求内。于是，在毫微微蜂窝基站环境中不需要更长的RCP长度。通过对同步测距、非同步测距和数据传送利用统一更短的RCP长度，由于不需要额外的滤波器分离测距和数据OFDM信号，因此降低了毫微微蜂窝基站复杂度。此外，通过利用更少的无线电资源提升了频谱效率。

测距信道物理架构

统一同步测距信道可用于仅传送测距码或将测距码和测距消息一同传送。为了传送，统一同步测距信道可进一步在调度区间(scheduling interval)内与其他数据信道频分复用(Frequency Division Multiplexed,FDM)及/或时分复用(Time Division Multiplexed,TDM)，以及在调度区间内于多个不同小区间码分复用(Code Division Multiplexed,CDM)及/或时分复用(TDM)。同步测距信道可在调度区间内与其他多个同步测距信道时分复用(TDM)。图5至图13是统一同步测距信道物理架构和相关应用的示意图。

图5是统一同步测距信道51的第一实施例示意图。统一同步测距信道51包括多个子载波(即72个子载波，图中未示)和3个OFDM符号(K=3)，没有任何时域重复(Q=1)，其中测距码序列X_P分为3个部分(即X_P(k)、X_P(k+N₁)和X_P(k+N₂))并分派到三个OFDM符号中的每一个。由于统一同步测距信道51跨越三个OFDM符号，因此可在六个符号长度的子帧中分配两个测距信道。不同的移动台可利用不同的测距信道进行测距访问，且由此降低测距冲突(collision)。

图6是统一同步测距信道61的第二实施例示意图。统一同步测距信道61包括多个子载波(即72个子载波，图中未示)和6个OFDM符号(K=6)，没有任何时域重复(Q=1)，其中测距码序列X_P分为6个部分(即X_P(k)、X_P(k+N₁)…X_P(k+N₅))并分派到6个OFDM符号中的每一个。由于测距信道61跨越6个OFDM符号，因此在六个符号长度的子帧中可仅分配一个测距信道。相较于图5中的统一同步测距信道51，虽然更少的测距机会(rangingopportunity)可用于移动台执行测距访问，但由于可用更长的码序列实现更好的码侦测，因此提供了更大的小区覆盖范围。

图7是统一同步测距信道71的第三实施例示意图。统一同步测距信道71包括多个子载波(即72个子载波，图中未示)和3个OFDM符号(K=3)，两个时域重复(Q=2)，其中测距码序列X_P分为3个部分(即X_P(k)、X_P(k+N₁)和X_P(k+N₂))并分派到3个OFDM符号中的每一个(即复制1)，在时域中再重复相同的测距码X_P(即复制2)。由于统一同步测距信道71跨越6个OFDM符号，因此在六个符号长度的子帧中可仅分配一个测距信道。相较于图6中的统一同步测距信道61，虽然利用了相对短的码序列，但由于经由时域重复和信道分集增益(diversity gain)实现了更好的码侦测，因此提供了更大的小区覆盖范围。

图8是统一同步测距信道81的第四实施例示意图。统一同步测距信道81跨越一个OFDM符号(K=1)，没有任何时域重复(Q=1)，其中测距码序列X_P被分配到该OFDM符号。在图8所示的例子中，统一同步测距信道81进一步在六个符号长度或七个符号长度的子帧中与五个符号或六个符号长度的数据信道时分复用(TDM)。

图9是统一同步测距信道91的第五实施例示意图。虽然统一同步测距信道91与图5所示的统一同步测距信道51相似，但是统一同步测距信道51与加底线统一同步测距信道91的物理架构并不相同。在图5至图8所示的例子中，每个小区利用一个子帧中分配的所有测距机会，但不同的小区对相同的同步测距信道分配上进行的周期性测距利用不同的码集合。另一方面，在图9所示的例子中，一个小区仅利用一部分测距机会进行周期性测距，剩余的测距机会由其他小区所使用。因此，除了与其他数据信道频分复用(FDM)，为了传输，统一同步测距信道91进一步在调度区间内于多个不同小区间码分复用(CDM)及/或时分复用(TDM)。

图10是用于区分同步测距信道的不同配置模式的信令(signaling)方案图。在图10所示的例子中，测距信道跨越K₂个(K₂=K₁xQ)OFDM符号(对K₁个OFDM符号作Q次时域重复)且用于p个小区中。经由广播信道将超帧头(SFH)中的一个位广播至测距信道以表明不同配置模式。若将该位设为1，则每个小区利用所有的测距机会(即所有的K₂个OFDM符号)进行测距。测距信道与数据信道频分复用(FDM)并在多个小区(cell)之间码分复用(CDM)。该测距信道和其他多个同步测距信道可由相同的蜂窝基站所用且在调度区间内于不同基站间码分复用(CDM)。若该位设为0，则具有与方程式(1)(如下所示)相匹配小区ID的小区利用OFDM符号(qxK₁+1)～(qxK₁+K₁)进行测距。测距信道与数据信道频分复用(FDM)并在多个小区之间码分复用/时分复用(CDM/TDM)，该测距信道和其他多个同步测距信道可由不同的基站所用且在调度区间内于不同基站间时分复用(TDM)/码分复用(CDM)。也就是说，TDM/CDM机制经由广播信道所传送的配置信息来决定。

mod(cell ID,p)=q      (1)

除了经由测距信道架构仅传送测距码，测距码和测距消息也可在相同的测距信道架构中一起传送。图11是同步测距信道110的物理架构示意图，同步测距信道110用于传送测距码和测距消息。在图11所示的例子中，测距码映射到白色区块所表示的子载波上，测距消息映射到阴影区块所表示的子载波上。典型地，测距消息包括信息如毫微微蜂窝基站中的移动台ID和移动台所发送的用于下一RNG_REQ的带宽要求。在一个有利方面，将测距码和测距消息一同传送有助于减少访问延迟和切换中断时间。

图12是当在相同的同步测距信道中发送用于带宽请求的测距码和测距消息时初始测距过程的第一例子示意图。如图12所示，移动台首先经由同步测距信道将用于带宽请求的初始测距码和测距消息传送至毫微微蜂窝基站。测距消息包括移动台ID和测距请求(RNG-REQ)大小。毫微微蜂窝基站返回移动台一初始测距的确认。正确地译码测距消息之后，毫微微蜂窝基站还发送具有请求的RNG-REQ大小的UL允诺至移动台。接收UL允诺之后，移动台传送RNG-REQ并从毫微微蜂窝基站接收RNG-RSP。由于带宽请求的测距消息与测距码一同发送，无需利用额外的步骤，因此降低了总体访问延迟。

图13是当在相同的同步测距信道中发送用于带宽请求的测距码和测距消息时初始测距过程的第二例子示意图。相似于图12中的测距过程，移动台经由同步测距信道将用于带宽请求的测距码和测距消息一同传送至毫微微蜂窝基站。而在图13所示的例子中，毫微微蜂窝基站并未正确译码测距消息。过程回至传统的初始测距过程。所以毫微微蜂窝基站只能在发送UL允诺至移动台时猜测移动台所需要的RNG-REQ大小。若基站所允诺的RNG-REQ大小太小，则移动台只能重新开始初始测距并增加整体访问延迟。在恰当的测距信道分配下，后退模式(fallback mode)的机率会非常低。

测距信道分配

所提出的统一同步测距信道可用于毫微微蜂窝基站环境中的不同的测距过程(包括初始测距、切换测距和周期性测距)，而在宏基站环境中仅能用于周期性测距。不同的测距过程在IEEE802.16m SRD下有不同的性能要求。对于初始测距过程来说，空闲-活动(idle-to-active)延迟需要千分之100秒。对于切换过程来说，同频(intra-frequency)HO的HO中断时间需要千分之27.5秒，不同频(inter-frequency)HO的HO中断时间在相同的频谱带中需要千分之40秒，不同的频谱带间需要千分之60秒。因此，相对于宏基站，在毫微微蜂窝基站中需要更频繁的分配统一同步测距信道，以便满足切换过程所需要的更精确的HO中断时间。然而，测距信道的更短的分配周期会增加毫微微蜂窝基站中的总体频谱负担(spectrum overhead)。如下将详述测距信道分配方案的不同实施例。

毫微微蜂窝基站在蜂窝OFDMA系统中分配第一数目的同步测距通道，其中第一数目的同步测距通道通过毫微微蜂窝基站用于非同步测距过程和同步测距过程；宏基站在蜂窝OFDMA系统中分配第二数目的同步测距通道，其中第二数目的同步测距信道通过宏基站用于同步测距过程。第一数目的同步测距信道中每个信道的大小与第二数目的同步测距信道中每个信道的大小可以相同，也可以不同。图14是用于宏基站和毫微微蜂窝基站的分别的测距信道分配示意图。在图14所示的例子中，宏基站和毫微微蜂窝基站各自分配它们的测距信道。对于宏基站，每十个超帧(即200ms)分配一个测距信道用来周期性测距(Periodic Ranging,PR)。对于毫微微蜂窝基站，每一个超帧(即20ms)分配一个测距信道用来进行初始测距(Initial Ranging,IR)、切换测距(Handover Ranging,HR)和周期性测距(Periodic Ranging,PR)。第一数目的同步测距信道和第二数目的同步测距信道分配在不同的频率-时间无线电资源区域中。由于宏基站和毫微微蜂窝基站各自分配测距信道，并不进行协商，因此这种各自的测距信道分配方案会导致更高的负担。

图15是用于宏基站和毫微微蜂窝基站的配置测距信道分配示意图。在图15所示的例子中，宏基站和毫微微蜂窝基站每一超帧分配一个测距信道。第一数目的同步测距信道和第二数目的同步测距信道分配在相同的频率-时间无线电资源区域中。由于所有的测距信道在宏基站和毫微微蜂窝基站间共享，因此此配置测距信道分配方案会导致更高的竞争。

图16是用于宏基站和毫微微蜂窝基站的混合测距信道分配示意图。在图16所示的例子中，毫微微蜂窝基站相对于宏基站更频繁的分配测距信道，其中宏基站每200ms一个测距信道，毫微微蜂窝基站每20ms一个测距信道。第一数目的同步测距信道和第二数目的同步测距信道一部分分配在相同的频率-时间无线电资源区域中，一部分分配在不同的频率-时间无线电资源区域中。宏基站和毫微微蜂窝基站彼此协商以使得宏基站分配的测距信道与毫微微蜂窝基站分配的部分测距信道重叠。由于一些分配由宏基站和毫微微蜂窝基站所共享，而其他分配仅用于毫微微蜂窝基站，因此此混合测距信道分配方案能够提供具有更少负担的更好竞争控制。

测距码序列生成

图17A是映射到统一同步测距信道171的测距前导码(preamble code)X_P的频域示意图。测距前导码X_P包括长码序列X_P(k)，其中k为码序列长度，k=0、1…N₁-1和N₁(即N₁＝211)。测距信道包括跨越72个子载波和3个OFDM符号的无线电资源区域。如图17A所示，每个X_P(k)(即二元值或复数值)分配到测距信道的无线电资源区域内的对应子载波和OFDM符号中。图17B是映射到具有时域重复的统一同步测距信道172的测距前导码X_P的频域示意图。相似于图17A，测距码序列X_P(k)分配到测距信道的72x3个资源区域内。相同的长测距码序列X_P(k)在时域内重复。

图17C是映射到图17B所示的统一同步测距信道172的测距前导码X_P的时域示意图。如图17C所示，长测距前导码X_P分为三个部分(即X_P(k)、X_P(k+N₃)和X_P(k+2N₃))且分配到三个OFDM符号中的每一个。更具体地说，X_P(k)代表码序列“X_P(0)…X_P(71)”的第一码区段，X_P(k+N₃)代表码序列“X_P(71)…X_P(142)”的第二码区段，X_P(k+2N₃)代表码序列“X_P(142)…X_P(2)”的第三码区段，其中N₃是频域中的码区段长度(即N₃=72)。相同的测距码X_P在时域中重复。

测距码的一个典型例子是Zadoff-Chu序列。Zadoff-Chu序列是一个复数值数学序列，当用于无线电信号时，Zadoff-Chu序列会引起恒定振幅的电磁信号。产生的Zadoff-Chu序列尚未移位，则称为“根序列”。为了于传送端提供更多用于测距访问的码序列，通常通过时域循环(cyclic)移位一Zadoff-Chu根序列来产生时域循环Zadoff-Chu码序列。当在接收端恢复无线电信号时，Zadoff-Chu序列的循环移位版本彼此之间并不交叉相关。此外，相同根序列通过时域循环移位产生的码序列彼此之间正交。

在一个例子中，Zadoff-Chu序列的以代码为基础的(code-based)时域循环移位版本可通过如下方程式(2)产生：

$X_p\left(k\right)=\exp (-j*\mathrm{\&pi;}\frac{r_p*k*(k+1)+2*k*s_p*\mathrm{Ncs}}{N_1}),k=\mathrm{0,1},...,N_2---\left(2\right)$

其中p为测距码索引，r_p为Zadoff-Chu序列的根索引，N₁为Zadoff-Chu序列的码长，N₂为测距前导长度，Ncs为用于产生循环测距码的循环移位采样数目，s_p是用于产生具有索引p的循环测距码的多个Ncs的数目。

图18(现有技术)是在方程式(2)下的Zadoff-Chu根序列和时域循环移位码序列的时域示意图。根据方程式(2)，通过对Zadoff-Chu根序列利用(2*k*s_p*N_CS)的时域循环移位产生循环码序列。在图18中，上面是Zadoff-Chu根序列，下面是循环移位的Zadoff-Chu序列。在OFDM符号#1中，测距码区段#1“0,1,2,3,4,5,6”代表频域中第一码区段(即X_P(k))的时域采样值。在OFDM符号#2中，测距码区段#2“7,8,9,10,11,12,13”代表频域中第二码区段(即X_P(k+N₃))的时域采样值。在OFDM符号#3中，测距码区段#3“14,15,16,17,18,19,20”代表频域中第三码区段(即X_P(k+2N₃))的时域采样值。由于对每个码区段移位的采样数目基于索引k的值，因此在一个不同的OFDM符号中的每个码区段由不同的采样数目进行循环移位。在图18所示的例子中，码区段#1由一个采样移位成“6,0,1,2,3,4,5”，码区段#2由两个采样移位成“12,13,7,8,9,10,11”，码区段#3由三个采样移位成“18,19,20,14,15,16,17”。结果，由于译码器在接收端需要在所有可能的循环码序列间作频域相关以区分传送的是哪个循环码序列，因此以代码为基础的时域循环移位方案使得译码器的侦测更加复杂。

在一个新颖方面，Zadoff-Chu根序列的以符号为基础的时域循环码序列可通过如下方程式(3)或(4)产生：

$X_p\left(k\right)=\exp (-j*\mathrm{\&pi;}\frac{r_p*k*(k+1)+2*\mathrm{mod}(k,N_3)*s_p*\mathrm{Ncs}}{N_1}),k=\mathrm{0,1},...,N_2---\left(3\right)$

其中p为测距码索引，r_p为Zadoff-Chu序列的根索引，N₁为Zadoff-Chu序列的码长，N₂为测距前导长度，N₃为频域中所用的码区段长度，Ncs为用于产生循环测距码的循环移位采样数目，s_p是用于产生具有索引p的循环测距码的多个Ncs的数目。

$X_p(n,k)=\exp (-j*\mathrm{\&pi;}(\frac{r_p*(n*71+k)*(n*71+k+1)}{N_1}+\frac{2*k*s_p*\mathrm{Ncs}}{N_{\mathrm{FFT}}})),k=\mathrm{0,1},...,N_3-1,n=0,\mathrm{1,2}---\left(4\right)$

其中n为OFDM符号索引，N_FFT为FFT大小，其他参数与方程式(2)中的具有相同含义。虽然方程式(3)和(4)形式不同，但是所产生的循环移位码序列X_P(k)和X_P(n,k)实质上相同。

图19是在方程式(3)下的Zadoff-Chu根序列和时域循环移位码序列的时域示意图。根据方程式(3)，通过对Zadoff-Chu根序列利用(2*mod(k,N₃)*s_p*N_CS)的时域循环移位产生循环码序列。由此每个码区段移位的采样数目根据mod(k,N₃)的值所定，mod(k,N₃)为子载波索引(即0至71)且对每个OFDM符号重置为0。因此不同OFDM符号中的每个码区段将以相同数目的采样进行循环移位。在图19中，上面是Zadoff-Chu根序列的不同码区段，下面是循环移位的Zadoff-Chu序列的不同码区段。如图19所示，通过时域中的两个采样的固定数目对OFDM符号中的每个码区段进行移位。由于译码器在接收端需要仅根序列间的频域相关以区分传送的是哪个码序列，因此以符号为基础的时域循环移位方案降低了译码器的侦测复杂度。下文对如何侦测码序列的实施例作详细描述。

测距码序列侦测

再次参照图3，移动台MS41可对其潜在的服务基站BS31执行初始测距或周期性测距。MS41也可对目标基站执行切换测距。在传送端，移动台MS41产生测距码(即循环Zadoff-Chu序列X_P)并经由统一同步测距信道40将测距码传送至毫微微蜂窝基站BS31。在接收端，BS31接收初始测距码并接着侦测哪个测距码传输自MS41以及通过接收到的测距码估计MS41和BS31之间的上行链路时序偏移，以便实现MS41和BS31之间的上行链路同步。

图20是根据本发明基站的译码器201的第一实施例示意图。在图20所示的例子中，测距码序列X_P和其他数据经由时域中的K个OFDM符号传送。测距码序列X_P分为K个部分，且于时域中每个部分分配在一个OFDM符号并将每个部分传送至译码器201。更具体地说，第一部分X_P(k)经由OFDM符号#1发送，其中k=0,1,…,N₃-1，第K部分X_P(k+(K-1)N₃)经由OFDM符号#K发送，其中k=0,1,…,N₃-1。译码器201包括多个(即K个)FFT模块202、提取器203、相关器204、零值填充器(zero padder)205、IFFT模块206、求和模块207、改良的峰值测试模块208和侦测模块209。通过对应的FFT模块将每个码序列部分从时域转至频域并通过对应的提取器从其他数据中提取出来。(如图所示，多个提取器203分别提取测距码部分#1、#2…#K)。接着通过对应的相关器将提取的码序列部分与所有可能码序列(即所有Zadoff-Chu根序列)的对应码部分相关。例如，第一已提取码序列与CODE_P部分#1相关，第K个已提取码序列与CODE_P部分#K相关，其中CODE_P是具有码索引P的根序列。零值填充之后，接着通过对应的IFFT模块将每个相关的码序列部分转至时域值。

在一个新颖方面，求和模块207按照每个码索引P对应的索引将码序列部分的时域值一个个加起来，以形成似然向量(likelihood vector)。似然向量的峰值代表可能的码序列CODE_P的似然值t_p。接着由改良的峰值测试模块208将峰值标准化。若码索引P的标准化峰值大于对应的阈值，则CODE_P由侦测模块209所获得。若测距码序列X_P是根据上述图19所描述的根序列CODE_P的以符号为基础的时域循环Zadoff-Chu序列，则峰值的时序位置也由侦测模块209所侦测。基于此信息，译码器201能够根据移动台发送的根序列CODE_P识别准确循环移位的测距码序列X_P。除了对测距码的侦测，可以对移动台和基站间的上行链路时序偏移作估计，以便根据估计的时序偏移实现UL同步。

在一个有利方面，通过改良的峰值测试模块208将每个峰值t_p标准化。由于峰值有赖于不同系统环境中的不同SNR值，因此根据特定系统环境中的特定SNR值可变化码索引p的阈值。通过对峰值标准化，相同的阈值可用于码索引p。例如，峰值可通过如下方程式(5)标准化：

Pr(标准化{t_p}>T无码序列传送)<=P_FA，其中N_c是码序列数目，m是最大可能传送的码序列，p是码索引。

图21是根据本发明基站的译码器211的第二实施例示意图。译码器211相似于图20所示的译码器201。而在图21所示的例子中，求和模块位于IFFT模块之前，以便译码器211中仅需要一个IFFT模块。

图22是根据本发明基站的译码器221的第三实施例示意图。在图22所示的例子中，测距码序列X_P在时域中重复Q次。每个重复的测距码序列X_P由译码器221独立译码，如同图20中的译码器201。通过对应的求和模块输出每个码索引P的每个X_P重复的多个(即Q个)似然向量，对于每个码索引P，通过似然结合(likelihood-combining)模块228再次根据对应的码索引将所有X_P重复的Q个似然向量一个个加起来。似然结合模块228由此对一特定码索引P输出测距码序列X_P的最终似然向量。峰值测试模块229接着将每个最终似然向量的峰值标准化。最终，侦测模块230识别所传送的测距码的实际码索引并估计时序偏移以实现上行链路同步。

图23是根据本发明基站的译码器221的第四实施例示意图。在图23所示的例子中，测距码序列X_P在时域中重复Q次。译码器231相似于图22中的译码器221。而在图23所示的例子中，求和模块位于IFFT模块之前，以便对于每个重复的测距码序列X_P，译码器231中仅需要一个IFFT模块。

上述实施例仅用来例举本发明的实施形式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。例如在一些工业规范中(比如3GPP规范)，毫微微蜂窝基站是指家庭基站(Home eNB,HeNB)。在一些工业规范中，测距信道也称为随机访问信道(random access channel,RACH)，其用于进行相似的过程。因此，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变更和润饰。因此，本发明的保护范围当视之前的权利要求书所界定为准。

Claims (41)

1.一种于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过移动台将测距码映射到统一同步测距信道上，其中所述统一同步测距信道的测距循环前缀长度与数据信道的循环前缀长度相同；以及

将所述统一同步测距信道传送至基站，其中所述统一同步测距信道用于非同步测距过程或同步测距过程。

2.如权利要求1所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述统一同步测距信道用于初始测距，所述基站是毫微微蜂窝基站。

3.如权利要求1所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述统一同步测距信道用于切换测距，所述基站是毫微微蜂窝基站。

4.如权利要求1所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述统一同步测距信道用于周期性测距，所述基站是毫微微蜂窝基站或者宏基站。

5.如权利要求1所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述统一同步测距信道用于带宽请求测距所述基站是毫微微蜂窝基站。

6.如权利要求1所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述统一同步测距信道用于所述移动台和宏基站之间的周期性测距。

7.如权利要求1所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述测距码映射到所述统一同步测距信道的频率-时间无线电资源区域上。

8.一种移动台，其特征在于，所述移动台包括：

射频模块，于蜂窝正交频分多址接入系统中将测距码映射到统一同步测距信道上，其中所述统一同步测距信道的测距循环前缀长度与数据信道的循环前缀长度相同；以及

发射机，将所述统一同步测距信道传送至基站，其中所述统一同步测距信道用于非同步测距过程或同步测距过程，以实现上行链路同步。

9.如权利要求8所述的移动台，其特征在于，所述统一同步测距信道用于初始测距、切换测距、周期性测距和带宽请求测距中的一个，所述基站是毫微微蜂窝基站。

10.如权利要求8所述的移动台，其特征在于，所述统一同步测距信道用于所述移动台和宏基站之间的周期性测距。

11.如权利要求8所述的移动台，其特征在于，所述测距码映射到所述统一同步测距信道的频率-时间无线电资源区域上。

12.一种蜂窝正交频分多址接入系统，其特征在于，所述蜂窝正交频分多址接入系统包括：

毫微微蜂窝基站，在所述蜂窝正交频分多址接入系统中分配第一数目的同步测距信道，其中所述第一数目的同步测距信道系通过所述毫微微蜂窝基站用于非同步测距过程和同步测距过程；以及

宏基站，在所述蜂窝正交频分多址接入系统中分配第二数目的同步测距信道，其中所述第二数目的同步测距信道通过所述宏基站用于同步测距过程。

13.如权利要求12所述的蜂窝正交频分多址接入系统，其特征在于，所述第一数目的同步测距信道和所述第二数目的同步测距信道分配在相同的频率-时间无线电资源区域中。

14.如权利要求12所述的蜂窝正交频分多址接入系统，其特征在于，所述第一数目的同步测距信道相较于所述第二数目的同步测距信道分配更频繁，其中所述第一数目的同步测距信道和所述第二数目的同步测距信道分配在不同的频率-时间无线电资源区域中。

15.如权利要求12所述的蜂窝正交频分多址接入系统，其特征在于，所述第一数目的同步测距信道相较于所述第二数目的同步测距信道分配更频繁，其中所述第一数目的同步测距信道和所述第二数目的同步测距信道一部分分配在相同的频率-时间无线电资源区域中，一部分分配在不同的频率-时间无线电资源区域中。

16.如权利要求12所述的蜂窝正交频分多址接入系统，其特征在于，所述第一数目的同步测距信道中每个信道的大小与所述第二数目的同步测距信道中每个信道的大小相同。

17.如权利要求12所述的蜂窝正交频分多址接入系统，其特征在于，所述第一数目的同步测距信道中每个信道的大小与所述第二数目的同步测距信道中每个信道的大小不同。

18.如权利要求12所述的蜂窝正交频分多址接入系统，其特征在于，所述第一数目的同步测距信道用于初始测距、切换测距和周期性测距其中之一。

19.如权利要求12所述的蜂窝正交频分多址接入系统，其特征在于，所述第二数目的同步测距信道用于周期性测距。

20.一种于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过移动台将测距码映射到同步测距信道上，其中所述同步测距信道的测距循环前缀长度与数据信道的循环前缀长度相同；以及

将所述同步测距信道传送至蜂窝基站，其中所述同步测距信道跨越两维无线电资源区域，所述无线电资源区域具有沿频域方向的第一数目的子载波、沿时域方向的第二数目的正交频分复用符号和第三数目的时域重复，其中所述同步测距信道用于非同步测距过程或同步测距过程。

21.如权利要求20所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述测距码具有码序列，所述码序列映射到所述同步测距信道以用于传送，且其中所述码序列在时域选择性地重复。

22.如权利要求21所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述同步测距信道进一步在调度区间内与数据信道频分复用。

23.如权利要求21所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述同步测距信道进一步在调度区间内与数据信道时分复用。

24.如权利要求20所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述同步测距信道进一步在调度区间内与其他多个同步测距信道时分复用。

25.如权利要求24所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述同步测距信道和所述其他多个同步测距信道由相同的蜂窝基站所用且在调度区间内于不同基站间码分复用。

26.如权利要求24所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述同步测距信道和所述其他多个同步测距信道由不同的基站所用且在调度区间内于不同基站间时分复用/码分复用。

27.如权利要求26所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述时分复用/码分复用机制经由广播信道所传送的配置信息来决定。

28.如权利要求27所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述广播信道包括超帧头。

29.如权利要求20所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述测距码和测距消息都映射到所述同步测距信道上，以通过所述移动台一起传送。

30.如权利要求29所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述测距消息包括移动台ID和带宽需求信息中的至少一个，以用于上行链路访问。

31.如权利要求29所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述同步测距信道用于初始测距、切换测距、周期性测距和带宽请求测距中的一个。

32.一种于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述方法包括：

于正交频分多址接入系统中通过移动台产生循环测距码序列，其中所述循环测距码序列映射到统一同步测距信道上，所述统一同步测距信道沿频域方向跨越第一数目的子载波，沿时域方向跨越第二数目的正交频分复用符号，以及第三数目的时域重复，其中所述循环测距码序列通过对根序列按每个正交频分复用符号应用固定的时域循环移位所产生，所述根序列从多个根序列中选出；

利用所述测距信道传送所述循环测距码序列，其中所述循环测距码序列通过于接收端作频域相关来侦测，所述频域相关仅涉及所述多个根序列；以及

将所述统一同步测距信道传送至基站，其中所述统一同步测距信道用于非同步测距过程或同步测距过程。

33.如权利要求32所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述多个根序列是一组Zadoff-Chu序列。

34.如权利要求32所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述第二数目的正交频分复用符号中每个符号的所述固定的时域循环移位根据频域方向的所述测距信道的子载波索引来决定。

35.如权利要求32所述于蜂窝正交频分多址接入系统中实现上行链路同步的方法，其特征在于，所述统一同步测距信道用于所述移动台和毫微微蜂窝基站之间的初始测距、切换测距、周期性测距和带宽请求测距中的一个。

36.一种基站，其特征在于，所述基站包括：

接收机，用于接收测距码序列，其中所述测距码序列经由同步测距信道传送，所述同步测距信道沿频域方向跨越第一数目的子载波，沿时域方向跨越第二数目的正交频分复用符号，以及第三数目的时域重复，其中所述测距码序列被分为第二数目的码部分且每个码部分分配在对应的正交频分复用符号中，其中所述同步测距信道透过所述基站用于非同步测距过程或同步测距过程；以及

译码器，用于从具有对应码索引的多个码中解码所述测距码序列，所述译码器包括：

求和模块，用于对每个码索引的每个码部分的第二数目的相关向量求和，且对于每个码索引输出和向量；以及

峰值测试模块，对于每个码索引根据所述和向量侦测峰值、将每个峰值标准化并将每个已标准化的峰值与对应的阈值比较，以便侦测可能的码索引。

37.如权利要求36所述的基站，其特征在于，所述求和模块于IFFT处理后对时域中的所述相关向量求和。

38.如权利要求36所述的基站，其特征在于，所述求和模块于IFFT处理前对频域中的所述相关向量求和。

39.如权利要求36所述的基站，其特征在于，所述测距码序列在时域方向上重复所述第三数目的次数，其中所述译码器包括用于每个重复的对应求和模块，其中每个重复被独立译码且接着由对应的求和模块求和。

40.如权利要求39所述的基站，其特征在于，所述译码器进一步包括：

似然结合模块，用于根据对应的求和模块的输出来输出结合的似然向量。

41.如权利要求36所述的基站，其特征在于，所述基站是毫微微蜂窝基站，其中所述同步测距信道用于初始测距、切换测距、周期性测距和带宽请求测距中的一个。

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