CN102325120A - 用于ofdma系统的初始捕获和小区搜索的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种方法和装置，用于发射正交频域多址接入(OFDMA)信号，所述OFDMA信号(818)包括在OFDMA信号的局限部分带宽内发射的同步信道信号，同步信道信号在局限部分带宽(816)内具有预定的时域对称性，并且包括用于提供至少部分小区标识信息(812)的信息。同步信道信号使得具有较低计算负荷的初始捕获和小区搜索方法成为可能，该初始捕获和小区搜索方法在以下的OFDMA系统中提供OFDMA码元定时检测和频率误差检测(1112)和帧边界检测和小区特定信息检测(1114)，所述OFDMA系统支持多个系统带宽、同步和非同步系统二者、较大的小区指数以及具有较短和较长循环前缀长度的OFDMA码元结构。

Description

用于OFDMA系统的初始捕获和小区搜索的方法和装置
本申请是申请日为2007年1月27日、申请号为200780004946.3且题为“用于OFDMA系统的初始捕获和小区搜索的方法和装置”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总的涉及无线通信系统，并且尤其涉及正交频分多址接入(OFDMA)系统中的用于初始信号捕获和小区搜索的方法和装置。
背景技术
在包含多个基站或小区的无线通信系统中，无线通信设备的初始任务是识别并捕获从小区发射的信号。另一主要任务是搜索小区以确定最适于与之建立通信的小区。随着信令系统发展地越来越复杂，这些重要的任务变得更困难和更耗时。最近，已提出正交频分多址接入(OFDMA)信令系统。OFDMA系统是被设计成工作在不同带宽中的可缩放带宽系统。另外，OFDMA系统使用多载波调制方法，这种多载波调制方法可能具有位于窄频率范围(例如，5MHz)之内的数百个子载波。尽管OFDMA系统的可伸缩性有利于这类系统的引入和扩展，但为了快速激活及从小区到小区的平滑切换，OFDMA系统的复杂性必须允许OFDMA无线通信设备及时地进行信号捕获。
所以，所需的是在ODFMA系统中进行初始信号捕获和小区搜索的方法和装置。另外，结合附图和本发明的背景技术，根据本发明的以下详细说明和所附权利要求，本发明的其他期望特征和特性将变得明显。
附图说明
以下将结合附图描述本发明，其中相同附图标记指示相同元素，并且
图1是根据本发明实施例的无线通信系统的示图；
图2是根据本发明实施例的正交频域多址(OFDMA)接入信号的帧结构的示图；
图3是根据本发明替代实施例的OFDMA信号的帧结构的示图；
图4是根据本发明实施例的信号信道带宽占用的示图；
图5是根据本发明实施例的同步信道的资源块映射的示图；
图6A是根据本发明实施例的同步信道序列分配的示图；
图6B是根据本发明替代实施例的同步信道序列分配的示图；
图6C是根据本发明又一替代实施例的同步信道序列分配的示图；
图7是根据本发明实施例的、同步信道信号的子载波映射的示图；
图8是根据本发明实施例的、图1的通信系统的基站的框图；
图9是根据本发明实施例的、图8的基站的基站同步信道信令的流程图；
图10是根据本发明实施例的、图1的通信系统的无线通信设备的框图；并且
图11是根据本发明实施例的、图10的无线通信设备的初始激活和小区搜索的流程图。
具体实施方式
根据本发明的实施例，一种在无线通信系统中的方法包括发射正交频域多址接入(OFDMA)信号的步骤，该OFDMA信号包括在OFDMA信号的局限部分带宽内发射的同步信道信号，该同步信道信号具有在局限部分带宽内的预定时域对称性并且包括提供至少部分小区标识信息的信息。另外，一种根据本发明实施例的无线通信系统中的方法包括发射包括同步信道信号的OFDMA信号的步骤，该同步信道信号包括多个同步信道信号序列元素，并且OFDMA信号包括多个子载波以及多个OFDMA码元周期，其中多个同步信道信号序列元素分布在多个子载波和诸如多个OFDMA码元周期的多个时间间隔的一个或两个中。
并且，根据本发明的实施例，用于接收OFDMA信号的方法包括以下步骤：分离包括同步信道信号的OFDMA信号的一部分带宽，检测同步信道在OFDMA信号的所述一部分带宽内的位置，以及对同步信道信号进行解码以从中导出至少部分小区标识信息。
参照图1，根据本发明实施例的正交频分多址接入(OFDMA)无线通信系统100包括多个基站110和无线通信设备120。多个基站110借助于用于无线通信的多个子载波上的OFDMA射频(RF)信号与无线通信设备120通信。与多个基站110中的每个相关联的是覆盖区域125，其中无线通信设备120可从多个基站110中的一个或多个接收OFDMA信号以及向其发射OFDMA信号。无线通信设备120将典型地从具有最强信号强度或另外的某些优选信号特征的基站接收信令和其它消息，以使得特定的基站110是特定无线通信设备120的“最佳服务器”。多个基站110耦合到用于集中控制OFDMA无线通信系统的网络系统控制器130。
OFDMA无线通信系统是多载波调制方案，该方案被提议为用作当前广域码分多址接入(WCDMA)无线通信系统的下一代解决方案。OFDMA是正交频域复用(OFDM)系统的更一般情形，其中在不同子载波上可同时发射用于不同用户的数据。OFDMA无线通信系统具有大量子载波，其中子载波仅占用OFDMA信道带宽的一小部分(例如，在5兆赫兹(MHz)OFDMA信道带宽中，每个子载波为15千赫兹(kHz))。所以，例如在5MHz范围内，大约会有300个子载波。因为OFDMA系统被设计成工作在不同带宽内，所以OFDMA系统设计提供高度伸缩的、多系统带宽的解决方案，如果需要可添加更多的子载波。另外，预期用于WCDMA系统的下一代发展的OFDMA系统支持同步系统和非同步系统二者，并允许大量基站标识符(小区指数)和具有较短和较长循环前缀长度的OFDMA码元结构。
根据本发明实施例的OFDMA系统定义了同步信道，如上所述，该同步信道通过同时获取OFDMA系统定时和识别最强基站110或“最佳”服务器，以用于与之建立通信，从而显著地减少了无线通信设备120同步到OFDMA系统所需的时间(即初始捕获和小区搜索时间)。OFDMA初始捕获和小区搜索过程应当检测OFDMA码元定时、帧边界和频率误差，以及检测小区特定信息(例如基站110的标识)，并且如果需要的话，检测其它小区特定信息，例如系统带宽，以及基站110上的发射天线的数量或循环前缀长度。根据本发明实施例的同步信号包括至少部分小区(即基站)标识信息。同步信道的小区标识信息可以是标识一组单独基站110的部分小区标识信息(例如，小区组标识信息)，或可以是标识唯一基站110的完整小区标识信息，并且在实施例中还可提供扇区标识信息，在该实施例中可通过天线覆盖模式和资源分配将基站110分区为多个扇区。
参照图2，示范性OFDMA帧结构描述了包括140个OFDMA码元的10毫秒传输时间的单个OFDMA帧200。帧200包括20个子帧210、220，其中第一子帧210是占用了7个OFDMA码元子帧210的同步信道，其中7个OFDMA码元230形成较短的循环前缀(CP)子帧。剩余的19个子帧240可以是具有6个OFDMA码元的较长CP子帧240，或是具有7个OFDMA码元的较短CP子帧230。尽管图2中的例子示出了在具有较短循环前缀的第一子帧210中的同步信道，但是为了适应OFDMA的系统设计，可以用任何方式来定义同步信道的位置和其循环前缀。根据本发明的另一实施例，通过将同步信道定位在第一子帧230(如图所示)或最后子帧中，来由同步信道定义帧边界。
参照图3，描述了根据本发明的替代实施例的OFDMA帧结构。根据本替代实施例，为了检测同步信道310而不考虑CP长度，将同步信道310分配到20个子帧320中的超过一个的末尾。为了减少在非同步OFMDA系统中的初始捕获和小区搜索时间以及初始捕获的存储器大小，每隔N个子帧320发射一次同步信道310，其中N是20的约数。本领域的技术人员将意识到，根据多种系统设计，可以修改子帧的系统参数、OFDMA系统帧的长度和码元数量以及其它的帧结构参数，并且根据本发明的OFDMA系统的帧结构不限于图2或图3的实施例。
根据本发明实施例的同步信道在OFDMA信号的局限部分带宽(例如，在OFDMA信号的中央1.25MHz带宽)内发射，而不考虑系统的带宽，由此减少了初始捕获和小区搜索的时间，同时保持了OFDMA无线通信系统的可伸缩性。参照图4，预定资源块410是预定义频带。尽管意识到对资源块可以定义任何频带，但根据本发明的一个实施例，资源块(RB)的大小是0.375MHz，而一般将同步信道420定义为1.5MHz，所以其占用了4个资源块410。在系统带宽内的除了由同步信道420所占用的中央资源块410以外的子载波码元被用于其它信道。在另一实施例中，同步信道的带宽与OFDMA信号带宽有关。一些这类例子是OFDMA系统带宽430、440、450、460、480。
在20兆赫兹OFDMA系统430(具有48个资源块410)和10兆赫兹OFDMA系统440(具有24个资源块410)中，同步信道420使用中央的12个资源块410。在5兆赫兹OFDMA系统450(具有12个资源块410)中，同步信道420使用所有的12个资源块410。在2.5MHz OFDMA系统460(具有6个资源块410)中，同步信道420仅使用中央的4个资源块410。通过使用同步信道420的对称性，同步信道420的频谱470覆盖了同步信道420的4个资源块410的中央部分。可以将在同步信道频谱470的任何一侧上的未使用的子载波用于保护频带(guard band)或数据(例如，诸如接收到的上行链路业务的确认之类的低速率信道，或其它数据流/信道)。
在另一实施例中，其中同步信道的带宽与OFDMA的信号带宽有关，同步信道信号可以在频率维度(frequency dimension)中重复，以进一步提升性能。例如，同步信道信号信息可以包含在中央的4个资源块中。随后，位于同步信道带宽内的每个另外的4个资源块的集合可包含对包含在中央的4个资源块中的同步信道信号的另一发射或重复。
除了部分或完整的小区标识信息或同步信道信号的重复或发射，对于5兆赫兹或更大带宽的OFDMA系统，同步信道420可使用中央的4个资源块以外的频带，以增强小区搜索性能。例如，在同步信道420信息中可包括全部或部分的附加小区特定信息，例如频率基准信息、发射天线信息、导频流(pilot stream)信息或循环前缀(CP)长度信息。另外，OFDMA系统可以被设计成在由同步信道420所占用的部分带宽的多个子载波中的两个或两个以上子载波上冗余地发射同步信道。
对于OFDMA系统带宽是1.25MHz 480的情形，仅可以容纳3个资源块410，而同步信道420使用所有的3个资源块410。尽管已经示出了OFDMA系统带宽的多个变化，但是在局限部分的OFDMA系统带宽中发射同步信道的其它结构也是可能的。
图5示出5兆赫兹OFDMA通信系统信号带宽，其中局限部分同步信道带宽510位于5兆赫兹带宽的中央1.25MHz中，而且位于由多个资源块520所跨越的带宽内但小于它。在本实例中，同步信道带宽510未覆盖多个资源块尺寸520。根据本发明的实施例，与同步信道一起，在由整数个资源块520所跨越的未由同步信道510使用的部分带宽中，数据信号530被同时发射。为了改进数据信号530的检测，可以由称为保护带540的不发射信息的带宽来将数据信号530与同步信道分隔开。
同步信道信号是划分为同步信道信号序列元素的序列。根据本发明的优选序列类型的例子是广义线性调频(GCL)序列(generalizedchirp like sequence)。例如，“指数”u的长度NG的GCL序列被定义为：
sk＝akb，k＝0，…，NG-1    (1)
其中b是单位幅度的复标量，并且
a k = exp ( - j 2 πu k ( k + 1 ) / 2 + qk N G ) , k＝0，1，2，…，NG-1(任何整数q且1≤u≤NG-1)    (2)
而NG是质数(即NG＝NGx1)，根据本发明，NG尤其适于被划分为同步信道信号序列元素的序列。当NG是质数时，任何两个不同“种类”的序列之间的互相关是最优的，并且在组中将有NG-1个唯一的序列，其可被用作为唯一的组标识符或是唯一的小区标识信息。通过选取b＝1和q＝0，可以更简洁地表示GCL序列。
根据本发明，可用于同步信道序列元素的序列类型的其它例子可包括伪随机噪声(PN)序列或最大长度的二进制序列。当使用具有有限选择的序列长度(例如GCL或最大长度2进制)的结构化序列时，在原始序列中的单元的数量可能不与同步信道的大小匹配。在本情形中，序列可被修改以适合位于可供同步信道信号序列使用的资源内(例如，通过截断或是将其循环扩展)。根据本发明的实施例的另一方面，同步信号包括多个同步信道信号序列元素，其依照由OFDMA系统设计或是预计系统操作在其中的信号传播条件所确定的而分布在OFDMA信号子载波和/或OFDMA码元周期中。
图6，包括图6A、6B和6C，描述了根据本发明的、同步信道序列元素分配的帧结构，其中同步信道序列元素首先分布在频率(子载波)上，随后分布在时间上。但是，本发明不限于本同步信道序列元素分配方案，并且如果例如系统设计允许时间中的变化快于频率中的变化，可替代地，首先在时间上随后在频率上分布同步信道序列元素。参照图6A，在具有7个OFDMA码元的帧结构的子帧610上发射同步信道信号，其中在相邻或邻近的OFDMA码元周期中的多个子载波上发射同步信道序列元素。尽管未示出，在一些实施例中，导频码元或诸如控制码元的其它码元可占用在子帧610中的部分或全部一个或多个OFDMA码元周期，以使得在某些前述邻近OFDMA码元周期之间的时间间隔可以大于一个OFDMA码元周期。
根据本发明，第一OFDMA码元周期620包括调制码元的共用GCL序列或0，形成映射到38个子载波上的38个序列元素，第一OFDMA码元周期620中的GCL序列对于OFDMA无线通信系统100中的所有基站110是共用的。通过使用该共用GCL序列620的每隔一个的子载波(例如，偶数编号的子载波)，波形可具有预定的时域对称性。本共用GCL序列620可呈现在所有的同步信道传输中，并且可位于子帧610的第一OFDMA码元周期中，由此作为帧边界指示符来使用。参照图7，示出了在第一OFDMA码元周期620中的同步信道信号的子载波映射的例子，其中已调制码元映射到每隔一个子载波(38个已占用的子载波702)上，其中居间的子载波704具有映射到其上的0或空集。为了在时域中创建或定义波形的对称性(即同步信道信号波形的预定时域对称性)，将调制码元映射到偶数编号的子载波上。该对称特征可用于粗糙的OFDMA码元定时检测以及频率误差检测。
回头参照图6A，如同映射到多个子载波上的多个同步信道序列元素，后续6个OFDMA码元周期630包括对一组小区或基站唯一的，或是对小区或基站110唯一的(取决于实施例)GCL序列，每个OFDMA码元周期具有用于GCL同步信道序列元素的所有75个子载波，并用“锯齿(zig-zag)”方式填充6个OFDMA码元周期630。例如，图6A示出包括449个同步信道序列元素的同步信道信号GCL序列。用从上到下排序的同步信道信号序列元素(段(phase))0到74填充第二OFDMA码元周期630。用从下到上排序(但是在替代实施例中，也可以是从上到下排序)的同步信道信号序列元素75到149填充第三OFDMA码元周期630。以类似方式，用剩余的同步信道信号序列元素填充剩余的OFDMA码元周期630，其中用从下到上排序的同步信道信号序列元素(段)375到449填充第6个OFDMA码元。取代以“锯齿”方式填充同步信道的OFDMA码元周期，根据OFDMA系统设计、序列类型和/或合并同步信道序列元素所需的处理，可以从上到下填充OFDMA码元周期630或反之亦然。另外，取代以频率优先的方式填充同步信道，可以用时间优先的方式填充OFDMA码元周期630(例如，在每个子载波上从左向右，在每个子载波上从右向左，或在一些子载波上从左向右且在其它子载波上从右向左)。或者，代替上述填充方法，可使用任何任意的2维填充模式。
参照图6B，对小区或基站110或一组小区为唯一的同步信道信号(例如多个小区共用的GCL序列)也在具有7个OFDMA码元的帧结构的子帧610上发射，其中在相邻或邻近的OFDMA码元周期中的多个子载波上发射同步信道序列元素。根据本发明的本实施例，对于OFDMA无线通信系统100中的一个或一组基站110，第一OFDMA码元周期620包括映射到37个子载波上的0和小区特定或组特定GCL序列的单元，形成映射到38个子载波上的38个序列元素。随后的6个OFDMA码元周期包括映射到多个子载波上的小区特定的GCL序列的附加单元，每个OFDMA码元周期具有所有的75个子载波(段)、以“锯齿”方式填充6个OFDMA码元周期630。图6B示出包括487个同步信道序列元素的同步信道信号GCL序列。用从下到上排序的同步信道信号序列元素(段)38到112填充第二OFDMA码元周期630。用上到下排序的同步信道信号序列元素113到187填充第三OFDMA码元周期630。以类似方式，用剩余的同步信道信号序列元素填充剩余的OFDMA码元周期630，其中用从上到下排序的同步信道信号序列元素(段)413到487填充第6个OFDMA码元。
参照图6C，示出了同步信道序列分配的另一替代结构。根据本发明，可以将同步信道序列元素分布在OFDMA码元周期上(如图6A所示)，或者可将其分布在OFDMA信号的多个子载波中的一个以上中，或是可将其分布在这两种分布的组合上。在图6C的替代实施例中，在帧结构640中有10个同步信道码元周期。为了容纳更长的共用GCL序列(例如，长于38个序列元素)，同步信道的第一部分650包括两个OFDMA码元周期660、670。第一OFDMA码元周期660可以作为帧边界指示符来使用。根据本发明的替代实施例，同步信道序列元素被映射到每第二个子帧，以使得包括75个子载波的第一同步信道650映射到第一OFDMA码元周期660和第二OFDMA码元周期670。具有共用GCL序列的OFDMA码元周期660、670的每个包含38个子载波，其中如图7所示和如上所述，偶数编号子载波的使用保持了同步信道的预定时域对称性。
在子帧之间的间隙期间，信道条件会变化。如图6C所示，为了支持同步信道序列元素的差分处理，随后的OFDMA码元周期670可重复先前OFDMA码元周期620的最后序列元素(例如，段37)。在第一同步信道660之后，第二同步信道680包括8个OFDMA码元周期，所述8个OFDMA码元周期具有映射到每个OFDMA码元周期的75个子载波的592个同步信道序列元素。用于第二同步信道的8个OFDMA码元周期680使用每第二个子帧，并且如上所述，以“锯齿”形式(如图所示)或任何任意2维填充模式进行填充，将OFDMA码元周期的最后序列元素重复为下一个OFDMA码元周期的第一序列元素。相应地，用从上到下排序的同步信道信号序列元素(段)0到74填充第三OFDMA码元周期。用下到上排序的同步信道信号序列元素74到148填充第四OFDMA码元周期。
在每个同步信道序列元素内，GCL序列元素可优选地被采用，以使得GCL序列元素的差分处理将提供对序列指数的确定。GCL序列元素具有0dB的峰均功率比(PAPR)和最优的互相关属性。如果GCL序列被应用在所有子载波上的频域中，那么由于GCL序列的傅立叶变换仍然是GCL序列，所以对相应时域波形，属性仍将保持。另外，如果GCL序列通过差分解调器，那么得到的输出序列是具有对应于原始序列指数的频率的复指数。所以，通过使用GCL序列元素，每个同步信道信号序列元素将具有用于内在确定其序列指数的序列指数属性。如早前所述，也可使用其它类型的序列，但是优选地是序列具有使得可以基于序列的差分解调进行序列指数检测的属性。具有这种属性的非GCL的序列的一个例子是最长二进制序列，因为最长二进制序列的差分解调产生了具有预定移动值的相同序列的循环移动形式。所以，在最长二进制序列情况下，每个小区ID可以与序列的特定循环移动值相关联，并且可以基于差分处理来恢复小区ID。
参照图8，OFDMA基站110的框图包括耦合到网络控制器130且控制基站110的操作的基站控制器810。控制器耦合到接收机电路812和发射机电路814，并且如果天线818上的通信是双工的，还可包括接收机/发射机开关816，以用于控制天线818上的OFDMA信号的发射和接收。接收机电路812接收到的OFDMA信号由其解调，并被提供给控制器810进行解码。另外，控制器810将信号提供给发射机电路814，以由其调制，并从其发射。尽管示出了单个天线818，应当理解，基站110可(典型地)被配置进扇区并且可采用多个天线，以用于接收分集、和/或发射波束成形应用、空时编码、多输入多输出(MIMO)、或其它系统设计发射信令方案。因此，在各种实施例中，多种发射和接收天线配置是可能的，并且并不期望将图8作为这种天线结构的完全图示，而是示例出有助于理解此处公开的实施例的部件。在具有多个天线的情况下，将天线的数量传送给无线通信设备120用以了解在初始捕获和小区搜索期间要搜索多少导频流，是有益的。所以，根据本发明的实施例，可作为同步信道信号一部分发射的附加的小区特定信息可包括基站110的天线数量或导频流信息。控制器810耦合到存储设备820，存储设备820存储用于基站110的操作的信息，例如小区标识信息和其它小区特定信息，例如频率基准信息、发射天线信息(例如天线的数量)、导频流信息和循环前缀长度信息。
根据本发明，控制器810包括同步信道发生器822，用于生成在一部分OFDMA信号带宽中具有时域对称性且包括至少部分小区标识信息的同步信道信号，同步信道发生器822将同步信道信号提供给发射机电路816进行发射。有时，同步信道发生器822生成包括至少一部分附加的小区特定信息的同步信道信号。数据信号发生器824生成OFDMA数据信号，以提供给发射机电路816进行发射，并且根据本发明的一方面，其中带宽被划分为一组资源块，当同步信道信号所跨越的带宽小于由整数个预定资源块所跨越的带宽时，数据信号在由整数个预定资源块所跨越的一部分带宽上，与同步信道信号一起被同时发射。数据可以是由呼叫无线通信设备120或是内容提供者所生成的话音或是MBMS传输，并且可被复用到子载波上并在基站110上交织，或者可通过网络控制器130来执行复用。在一个实施例中，通过将调制信号和0映射到同步信道信号的多个子载波上，同步信道发生器822定义同步信道信号的时域对称性。
参照图9，通过从存储设备820检索信息910，根据本发明实施例的同步信道发生器822的操作开始。最低程度上，该信息包括唯一标识基站110的小区标识信息或至少部分小区标识信息，例如组小区标识信息。如上所述，附加的小区特定信息也可被检索910。
接着，通过对小区标识信息进行编码来生成912同步信道信号。同步信道信号被解析成多个同步信道信号序列元素914。接着定义916同步信道信号的预定时域对称性。根据本发明，步骤916将会包括在资源块中提供偶数个子载波，并且可包括将已生成的同步信道信号作为调制码元和0映射到多个子载波上，其中调制码元被映射到用于同步信道信号的至少一部分子载波的每第n个子载波上，其中n是大于或等于2的整数。
在定义916了时域对称性之后，同步信道信号被提供918给发射机电路816，用于从基站110进行发射。从基站110周期性地发射同步信道信号，以使得初始捕获和小区搜索成为可能。所以，为了增强的初始捕获和小区搜索，除了上述内容以外，同步信道信号可以在时间上或在子载波中被冗余地提供给发射机电路816。可基于OFDMA信号的带宽(即响应于OFDMA信号带宽的比例)，来修改和/或重新定义同步信道信号的冗余和内容。
参照图10，示出了根据本发明实施例的无线通信设备120。无线通信设备120包括用于接收和发射射频(RF)信号的天线1002。接收/发射开关1004以本领域技术人员熟悉的方式，选择性地将天线1002耦合到接收机电路1006和发射机电路1008。根据无线通信设备120的一个或多个功能，接收机电路1006解调并解码RF信号以从中导出信息，并且耦合到控制器1010，用于将解码后的信息对其提供以供其使用。控制器1010还将信息提供给发射机电路1008，以将信息编码和调制成RF信号，以从天线1002发射。尽管示出了单个天线1002，本领域的技术人员将意识到，分集天线可与分集接收机一起使用，以改进信号接收。
控制器1010耦合到用户接口电路1012，用户接口电路1012例如包括：用于将视频输出呈现给用户的显示器、用于将音频输出提供给用户的扬声器、用于接收语音输入的麦克风、和用于从其接收用户输入的用户控制(诸如小键盘)。控制器1010还耦合到非易失性存储设备1014，用于将信息存储于其中并用于从中检索和使用信息。
根据本发明的实施例，接收机电路1006包括同步信道信号滤波器设备1016，用于分离包括同步信道信号的一部分OFDMA信号带宽。同步信道信号滤波器设备1016可以是用于过滤OFDMA信号以分离局限部分OFDMA信号带宽的带通滤波器或任何其它设备或过程。例如，在处理中可用快速傅里叶变换(FFT)而不是硬件滤波器来分离局限部分OFDMA信号带宽。一旦分离之后，就把信号提供给控制器，以进行初始捕获和小区搜索处理。
参照图11，通过检查由滤波器1016过滤的信号以确定是否有任何信号1110，初始信号捕获和小区搜索过程开始。根据本发明，当检测到信号时1110，就执行初始捕获和小区搜索方法。首先，同步信道信号的预定时域对称性用于执行粗糙OFDMA码元定时检测以及小数(fractional)频率偏移检测1112。可通过在时域中计算的接收到的同步信道信号的差分相关，或通过在时域中用已知的同步信道信号序列元素进行的相关计算来执行本步骤1112。
根据本发明的实施例，广义线性调频(GCL)序列优选地适用于差分处理。但是，如上所述，本发明可使用其它序列类型。GCL调制的OFDM信号的时域波形具有较低的PARP。另外，由于使用GCL序列的不同指数，所以序列元素的任何对将在所有时滞上具有较低的互相关性，这改进了代码检测和CIR估计。而且，GCL序列具有不变的幅度，并且GCL序列的NG个点的DFT也具有不变幅度。任意长度的GCL序列另外具有“理想”的循环自相关(即与自身的循环移动形式的相互关系是德尔塔函数)。并且，当|u1-u2|、u1和u2相对NG都是质数时(如果NG是质数时，这个条件容易满足)，任何两个GCL序列之间的循环互相关函数的绝对值是常数并等于
Figure BSA00000584888900141
对任意两个具有理想自相关属性的序列元素来说，所有时滞上的互相关
Figure BSA00000584888900142
实际上实现了最小的互相关值(意味着实现了所有时滞上的互相关的理论上最小的最大值)。当所有时滞上的互相关等于
Figure BSA00000584888900143
时，实现了最小值。在将接收到的信号在时域上与需要的序列相互关联之后，互相关属性允许干扰信号的影响在时域中均匀地分布。所以，甚至在处理广播导频码元之前，在无线设备上，小区搜索码元也可用于执行或帮助相干信道估计。与BPSK或甚至QPSK前同步码(preamble)相比，复数值GCL序列可用确保良好的PARP和良好的互相关来系统地构建。
GCL序列元素的差分处理使得对GCL序列元素的一步快速小区搜索成为可能，步骤1112。根据本发明的实施例，为了便利差分处理，对序列长度Np，根据序列设计方法，已优选地生成了序列元素，其中质数NG是大于Np的最小质数。整数“u”是序列指数。序列元素根据下式来生成：
s u ( k ) = exp { - j 2 πu k ( k + 1 ) 2 N G } , k＝0…NG-1，且u＝1…NG-1    (1)
NG-1个序列元素被生成为在其任意对之间具有最优的循环互相关。序列元素已经被截断到Np，并且分布在Np个子载波上。由于在具有零子载波的OFDMA信令中引入了过采样，以及对同步信号使用了局限部分带宽，所以对不同“u”，PARP将从理论上的0dB值劣化到不同程度(按奈奎斯特采样速率)。如果需要，在NG-1个候选中，可选择具有最佳PARP的指数。从这些GCL序列元素的不同指数“u”中获取由不同小区使用的小区搜索序列。指数“u”还将用作小区ID。
小区搜索1112根据接收到的信号直接确定序列指数“u”(以及因此最强或候选小区ID或组ID)。首先，确定粗糙的OFDMA小区搜索码元定时(例如，使用小区搜索码元的时域对称性)。随后，估计并去除频率偏移的小数部分(例如，基于半码元差分相关峰值的段)。在这些步骤之后，使用通常的FFT过程，将代表已接收的小区搜索码元的N个已接收的时域采样的块转换为频域。
假定整数频率偏移仍会呈现，接着可通过多种技术，例如最大能量检测器，来确定已占用的子载波(偶数对奇数)(例如在小区搜索码元的偶数子载波中的全部能量相对在奇数子载波中的能量)。标识了在如Y(m)(m＝1到Np)(即忽略了未使用的子载波)的已占用子载波上的频域数据，其中Su(m)是映射到这些子载波上的GCL序列。
随后，根据已占用的子载波对，计算出“基于差分”值的矢量。通过差分解调接收到的码元的已占用子载波来获取这些值，为了高效的基于FFT的处理，这些值常规地被收集为矢量格式(例如，基于差分的矢量)。基于差分的矢量被计算为
Z(m)＝Y(m)*Y*(m+1)，m＝1，…，Np-1.(2)
其中“()*”表示共轭。获取“基于差分”的矢量的其它方法可包括，但不限于：
Z(m)＝Y(m)/Y(m+1)，m＝1，…，Np-1.(3)
或
Z(m)＝Y(m)/Y(m+1)/abs(Y(m)/Y(m+1))，m＝1，…，Np-1.(4)
其中“abs()”指示绝对值。
假定仅有一个基站，并且其发射具有u的GCL序列指数的小区搜索码元，并且信道在两个相邻的已占用子载波之间不显著变化，只要已占用子载波的间隔不是太大这就可大致满足，在忽略信道幅度和频率偏移时，Y(m)*Y*(m+1)大约等于
Z ( m ) = Y ( m ) * Y * ( m + 1 ) ≈ | H ( m ) | 2 S u ( m ) S u * ( m + 1 ) ) = | H ( m ) | 2 exp { j 2 πu m + 1 N G } , m = 1 , . . . , N p - 1 . - - - ( 5 )
所以，在基于差分的矢量中承载序列指数信息u。在多小区的情形中，通过处理基于差分的矢量，并且识别矢量的一组主要的频率分量，我们可以识别最强的小区指数以及潜在移交候选的一个或多个指数。为了获取频域分量，通常使用的工具是采用FFT或IFFT(假定{Z(m)}上的T个点，T＞＝Np-1)(步骤1114)来获取
{z(n)}＝IFFTT({Z(m)})，m＝1，…，Np-1，n＝1，…，T.(6)
{z(n)}的峰值位置(即nmax)给出了关于最强小区的指数u的信息，即在nmax上的已识别的主要频率分量到相应的已发射的序列指数之间的映射被确定为：
u N G = n max T - - - . ( 7 )
峰值也是已占用子载波上的信道功率的大致估计。所以，使用频域中的同步信道信号的IFFT来检测帧边界并解码小区标识信息1114。所以，使用同步信道序列元素的序列指数属性，将一个序列元素与下一个序列元素的复共轭相乘将导出序列指数u1114。相应地，在单步中，控制器1010可执行GCL序列指数检测，以从同步信道信号中提取小区特定信息(例如u)。在一些实施例中，当同步信道信号被确定为最强同步信道信号1116时，与基站1118建立无线OFDMA通信。
注意，出于解释的目的，针对GCL序列元素被映射到一个OFDMA码元周期的不同载波的情形描述了上述公式。但是，当以其它方式映射序列时，例如“锯齿形”，也可应用提出的检测方法。一般说来，即使相邻的序列元素被映射到不同的OFMDA码元周期和/或不同的子载波，在相邻的序列元素上也可执行差分解调步骤。另外，来自同步信道的多个已接收实例的差分处理可被组合以进一步提高检测的鲁棒性。同步信道的多个已接收实例是可用的，例如，由于具有多个天线的接收分集，或随后接收到的从基站周期性发射的同步信号。
依照对本发明的一些实施例所做的描述，通过将调制码元或序列元素映射到局限部分同步信道带宽中的偶数编号子载波以及将0映射到局限部分同步信道带宽中的其它子载波，可提供同步信号的时域对称性。本发明的其它实施例可使用其它方法来提供时域对称性。一个例子包括将调制码元或序列元素映射到局限部分同步信道带宽中的每第N个子载波以及将0映射到局限部分同步信道带宽中的其它子载波，其中N是正整数，并且其中可随意选择包含每第N个子载波中的第一个的局限部分同步信道带宽中的子载波。一个附加例子是使用在局限部分同步信道带宽中完全实数的调制码元或序列元素(即其虚数部分是0)，因为实数信号的傅立叶变换在其中央部分附近在幅度上是对称的。也可使用不同于已提供的例子的序列设计和/或映射和/或信号重复的方法，以提供预定的时域对称性。
所以，可以看出本发明提供了具有较低计算负荷和较小数量接收机处理步骤的初始捕获和小区搜索方法，该方法仍在以下OFDMA系统中提供初始捕获和小区搜索的四个主要功能(即OFDMA码元定时检测、频率误差检测、帧边界检测和小区特定信息检测)，所述OFDMA系统支持多个系统带宽、同步和非同步系统二者、较大的小区指数和具有较短和较长循环前缀长度的OFDMA码元结构。尽管在本发明的前述详细描述中呈现了至少一个示范性实施例，应当理解存在大量变化。还应当理解，一个或多个示范性实施例仅为例子，并非期望以任何方式限定本发明的范围、可应用性、或配置。更确切地，以上详细描述将为本领域的技术人员提供实现本发明的示范性实施例的便捷说明，应当理解，在不偏离所附权利要求和其等效权利要求阐述的本发明的范围的前提下，可对在示范性实施例中描述的单元的功能和布置进行各种变化。

Claims (9)

1.一种用于在无线通信系统中的基站内生成和传输正交频域多址(OFDMA)信号的方法，所述基站包括同步信道信号发生器和发射器电路，以及所述方法包括下述步骤：
由所述同步信道信号发生器生成同步信道信号，所述同步信道信号包括多个同步信道信号序列元素，所述多个同步信道信号序列元素包括第一组同步信道信号序列元素和第二组同步信道信号序列元素，其中，所述第一组同步信道信号序列元素是响应于广义线性调频(GCL)序列的修改而导出的，所述广义线性调频(GCL)序列被修改以适应响应于与所述基站相关联的第一部分小区标识信息定义的OFDMA信号的预定信道尺寸，以及其中，所述第二组同步信道信号序列元素基于利用响应于与所述基站相关联的第二部分小区标识信息定义的最大长度二进制序列的循环移动而循环移动后的最大长度二进制序列；以及
由所述发射器电路传输包括所述同步信道信号的OFDMA信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成同步信道信号的步骤包括下述步骤：
由所述同步信道信号发生器通过删除所述GCL序列的一个或多个序列元素来修改所述GCL序列；以及
由所述同步信道信号发生器生成所述同步信道信号，所述同步信道信号包括响应于所述GCL序列的修改所导出的一个或多个同步信道信号序列元素。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，生成同步信道信号的步骤包括下述步骤：由所述同步信道信号发生器生成同步信道信号，所述同步信道信号包括一个或多个同步信道信号序列元素，其中，所述第一组同步信道信号序列元素是响应于所述GCL的修改所导出的，以及所述GCL序列的指数对应于与OFDMA基站相关联的所述第一部分小区标识信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，生成同步信道信号的步骤包括由所述同步信道信号发生器生成所述同步信道信号的步骤，所述同步信道信号包括所述一个或多个同步信道信号序列元素，其中，对应于GCL序列的指数的第一部分小区标识信息包括标识在一组基站中的OFDMA基站的、与所述OFDMA基站相关联的唯一小区标识信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，生成同步信道信号的步骤包括下述步骤：
由所述同步信道信号发生器通过将其循环扩展增加GCL序列来修改所述GCL序列；以及
此后由所述同步信道信号发生器生成同步信道信号，所述同步信道信号包括响应于所述GCL序列的修改所导出的一个或多个单独序列元素。
6.一种用于接收包括多个资源块的正交频域多址(OFDMA)信号的无线通信接收器，所述无线通信接收器包括：
接收所述OFDMA信号并对其进行解调的接收器电路，所述接收器电路包括对OFDMA信号进行滤波以分离包括同步信道信号的、所述OFDMA信号的一部分带宽的滤波器；以及
控制器，所述控制器连接到所述接收器电路并检测所述OFDMA信号的所述一部分带宽中的第一组多个资源块的至少一部分，其中，所述第一组多个资源块包括同步信道信号，且所述同步信道信号跨越小于由所述第一组多个资源块跨越带宽的带宽，所述控制器还导出所述同步信道信号，其中，所述控制器在所述第一组多个资源块中检测多次出现的同步信道信号并且通过对多次出现的所述同步信道信号求平均来生成同步信道信号值，此后，所述控制器将所生成的同步信道信号值用于信号同步来代替在所述第一组多个资源块中的任何一个多次出现的同步信道信号。
7.一种用于在用于接收包括多个资源块的正交频域多址(OFDMA)信号的无线通信接收器中使用的方法，所述无线通信接收器包括控制器以及包括至少一个滤波器的接收器电路，所述方法包括下述步骤：
由所述滤波器分离OFDMA信号中包括同步信道信号的一部分带宽；
由所述控制器在所分离的所述OFDMA信号中的所述一部分带宽中检测第一组多个资源块的至少一部分，其中，所述同步信道信号跨越小于由所述第一组多个资源块跨越带宽的带宽；
由所述控制器在所述第一组资源块中检测多次出现的同步信道信号；以及
由所述控制器进一步通过对多次出现的所述同步信道信号求平均来生成同步信道信号值，以及此后将所生成的同步信道信号值用于信道同步来代替在所述第一组多个资源块中多次出现的任何一个同步信道信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述同步信道信号包括一个或多个同步信道信号序列元素，以及其中，由所述控制器检测同步信道信号的步骤包括由控制器响应于检测所述一个或多个同步信道序列元素的循环移动后的最大长度二进制m-序列的循环移动量导出与发射OFDMA信号的基站相关联的至少部分小区标识信息的步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，由所述控制器检测同步信道信号的步骤包括由控制器响应于检测所述一个或多个同步信道序列元素的循环移动后的最大长度二进制m-序列的循环移动量导出包括小区组标识信息的至少部分小区标识信息的步骤，所述小区组标识信息标识小区组，所述小区组包括一个或多个基站，所述一个或多个基站包括发射OFDMA信号的基站。
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