CN102938752B - 生成正交频分多址系统中的初始测距的信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于生成用于正交频分多址（OFDMA）系统的初始测距的信号的方法和设备。所述方法包括：通过将一个OFDMA码元周期中的测距码元的采样数据循环移位得与通过将循环前缀大小和码元索引相乘所获得的值一样多，来生成多个测距码元；通过复制在关于每个测距码元的采样数据中的对应于循环前缀大小的后面部分、并将所复制的后面部分插入在采样数据前面作为循环前缀，来生成测距信号。

Description

生成正交频分多址系统中的初始测距的信号的方法和设备

本专利申请是下列发明专利申请的分案申请：

申请号：200880021144.8

申请日：2008年4月21日

发明名称：生成用于正交频分多址系统中的初始测距的信号的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种生成用于正交频分多址（OFDMA）系统中的初始测距（ranging）的信号的方法和设备；且更具体地，涉及一种与连续码元的数目的增加无关地、生成用于上述过程中的初始测距的信号的方法和设备。

这项工作由MIC/IITA的IT R&D计划[2005-S-002-03,“Development of cognitive radio technology for efficient spectrum utilization（用于有效谱利用的认知无线电技术的发展）”]支持。

背景技术

在正交频分多址（OFDMA）系统中，从终端传送的信号应该在基准定时到达基站。基站估计从终端传送的信号的定时偏移，并基于估计结果来控制位于不同地点的终端的传送定时，从而使终端的接收信号的定时同步。因此，终端需要用于在数据传送之前控制传送定时的初始测距过程，以进行对基站的新接入。

在传统的电气和电子工程师协会（IEEE）802.16中，基于伪随机（PN）码来执行所述初始测距。每个终端随机地选择测距代码，并将所选择的测距代码传送到随机选择的测距子信道。基站通过在每个测距子信道中的所有可用测距代码的相关操作来检测测距信号，并估计所接收的信号的时间偏移。相应地，可以在初始测距过程中通过估计所接收信号的接收功率来控制终端的传送功率。

由于初始测距信号到达基站的定时根据终端与基站之间的距离而不同、 并且难以预测该定时，所以应该传送被生成为多于两个码元的相同测距代码的测距信号。形成测距信号的码元数可根据由于系统的小区范围所导致的传播延迟时间而增加。当两个码元之间的相位不连续时，在频域中发生载波间干扰（ICI），从而恶化了检测性能。相应地，在相邻码元之间，应该以连续格式来设计相位。

在传统的IEEE802.16中，当测距代码的逆快速傅立叶变换（FFT)(IFFT）之后的、具有FFT大小的采样数N_FFT的时域码元的格式如图1（a）中所示时，连续地传送被生成为与图1（b）中所示代码相同的代码的两个码元。每个码元的大小具有码元大小N_sym，其中复制并插入循环前缀（CP）大小N_CP的采样序列。为了保持两个码元之间的相位的连续性，第一码元使用普通循环前缀插入方法。另一方面，第二传送的码元使用以下方法，所述方法用于形成在IFFT之后的与第一码元接近的码元，复制循环前缀大小的码元的前面部分，并将复制的前面部分插入到后面部分。

在这个第二码元生成过程中，除了普通循环前缀插入方法之外可能还需要信号处理方法和缓冲器。此外，当系统的小区区域增加、并且在初始测距时需要多于三个测距码元时，应该定义新方法。图2示出了在需要多于三个码元的情况下的码元格式的示例。图2示出了需要一种用于移动码元内的采样、并且复制和插入循环前缀大小的采样的新方法的过程。因此，传统方法的问题在于：码元数目增加得越多，复杂性就增加得越多。

发明内容

技术问题

本发明的实施例旨在提供一种在正交频分多址（OFDMA）通信系统中、在没有附加的时域信号处理和码元缓冲器的情况下、基于逆快速傅立叶变换（IFFT）的特性来简单地生成用于初始测距的信号的方法和设备。

本发明的另一实施例旨在提供一种基于与在初始测距中需要的OFDMA码元数目无关的一个等式、来简单地生成可保持相位连续性的多个码元的方法和设备。

本发明的其它目的和优点可以通过接下来的描述而理解，并参考本发明的实施例而变明显。此外，对于本领域的技术人员显然的是，本发明的目的和优点可通过所要求保护的部件以及其组合来实现。

技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种用于生成用于正交频分多址（OFDMA）系统的初始测距的信号的方法，包括：通过将一个OFDMA码元周期中的测距码元的采样数据循环移位得与通过将循环前缀大小和码元索引相乘所获得的值一样多，来生成多个测距码元；通过复制在关于每个测距码元的采样数据中的对应于循环前缀大小的后面部分、并将所复制的后面部分插入在采样数据前面作为循环前缀，来生成测距信号。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于生成OFDMA系统的初始测距信号的方法，包括：通过生成测距代码来执行二进制相移键控（BPSK）调制；考虑测距码元索引，来生成与意指测距码元数目的数目L一样多的、根据码元索引和副载波索引来对调制后的测距代码进行相位旋转的码元，其中L是等于或大于2的自然数；根据副载波索引而将星座图码元映射到副载波，将星座图码元变换为时域码元，并生成L个测距码元的采样数据；复制在关于每个测距码元的采样数据中的对应于循环前缀大小的后面部分，并将所述后面部分插入在采样数据前面，作为循环前缀。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于生成用于OFDMA系统的初始测距的信号的设备，包括：测距代码发生器，用于生成测距代码；测距信道形成器，用于对测距代码进行调制，考虑测距码元索引而生成与L个测距码元一样多的、根据码元索引和副载波索引来对调制的测距代码进行相位旋转的码元，并根据副载波索引而将星座图码元映射到副载波；变换器，用于将映射到副载波的码元变换为时域码元，并生成测距码元的采样数据；循环前缀插入器，用于复制在关于每个测距码元的采样数据中的对应于循环前缀大小的后面部分，将所述后面部分插入在采样数据前面作为循环前缀，并生成初始测距信号。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于生成OFDMA系统的初始测距信号的设备，包括：码元数据发生器，用于将一个OFDMA码元周期中的测距码元的采样数据循环移位得与通过将循环前缀大小和码元索引相乘所获得的值一样多，并生成多个测距码元；以及循环前缀插入器，用于复制在关于每个测距码元的采样数据中的对应于循环前缀大小的后面部分，并将所述后面部分插入在采样数据前面，作为循环前缀。

有利效果

与传统的方法相比，具有上述配置的本发明不需要附加的信号处理和缓冲器来生成在正交频分多址（OFDMA）系统中执行的初始测距过程中使用的测距码元。此外，本发明可基于与在初始测距中使用的码元数目无关的一个等式来简单地生成保持相位的连续性的多个码元。

附图说明

图1（a）示出了在逆快速傅立叶变换（IFFT）之后的测距码元的示例，而图1（b）示出了在两个码元的情况下、电气和电子工程师协会（IEEE）802.16的初始测距码元的配置和生成方法。

图2示出了在三个码元的情况下、IEEE802.16的初始测距码元的配置和生成方法。

图3是示出了根据本发明的实施例的、用于生成初始测距信号的设备的框图。

图4是示出了根据本发明的实施例的、用于生成初始测距信号的方法的流程图。

图5是图示了图4的测距码元生成步骤S402的流程图。

图6是描述了根据本发明的另一实施例的、用于生成初始测距信号的方法的流程图。

图7示出了根据本发明的实施例的、在两个码元的情况下的初始测距码元的配置和生成方法。

图8示出了根据本发明的实施例的、在三个码元的情况下的初始测距码元的配置和生成方法。

具体实施方式

根据在下文中陈述的、参考附图的以下实施例描述，本发明的优点、特征和方面将变得明显。因此，本发明所属领域的技术人员可容易地实施本发明的技术构思和范围。此外，如果认为对相关技术的详细描述可能模糊本发明的要点，则这里将不提供所述详细描述。下文中将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。

图3是示出了根据本发明的实施例的、用于生成初始测距信号的设备的框图。如图3所示，初始测距信号生成设备300包括：码元数据发生器302、 循环前缀插入器304和射频（RF）处理器306。

码元数据发生器302通过将一个正交频分多址（OFDMA）码元周期中的测距码元的采样数据循环移位得与循环前缀的大小乘以码元索引一样多，来生成多个测距码元。

码元数据发生器302包括：测距代码生成单元308、测距信道形成单元310和逆快速傅立叶变换（IFFT）操作单元312。测距代码生成单元308生成测距代码。测距信道形成单元310对在测距代码生成单元308中生成的测距代码执行二进制相移键控（BPSK），从而产生调制后的测距代码，然后将调制后的测距代码相位旋转得与以下值一样多，该值是通过将副载波索引乘以在将测距码元索引和循环前缀大小相乘之后获取的值而获得的，并从而考虑测距码元索引而生成与测距码元数目L一样多的相位旋转后的码元。根据测距子信道的副载波索引，来将相位旋转后的码元映射到副载波。

IFFT操作单元312将映射到副载波的L个码元变换为时域的码元，并生成L个测距码元的采样数据。

循环前缀插入器304复制在关于码元数据发生器302中生成的多个测距码元的采样数据中、对应于循环前缀大小的后面部分，并在采样数据的前面插入复制的后面部分作为循环前缀。

RF处理器306执行RF处理，以将从循环前缀插入器304输出的初始测距信号传送到基站。

将参考图5和图6来描述根据本发明的用于生成初始测距信号的方法。图4是描述了根据本发明的实施例的、用于生成初始测距信号的方法的流程图，而图5是图示了图4的测距码元生成步骤S402的流程图。

如图4所示，在步骤S402中，通过将一个OFDMA码元周期中的测距码元的采样数据循环移位得与循环前缀的大小乘以码元索引一样多，来生成多个测距码元。在步骤S404，通过复制在关于码元部分的采样数据中对应于循环前缀大小的后面部分、并在采样数据的前面插入复制的后面部分作为循环前缀，来生成测距信号。在步骤S406中，对所生成的初始测距信号执行RF处理，以将其传送到基站。

参考图5，在步骤S502中，调制测距代码，并生成第一星座图码元，如在测距码元生成步骤S402中所示。可根据BPSK方法来执行调制。在步骤S504，在将第一星座图码元的相位旋转得与副载波索引乘以测距码元索 引和循环前缀大小的乘积一样多之后，考虑测距码元索引而生成L个测距码元。例如，当生成3个测距码元时，L为3，并且码元索引是0与2之间的自然数。在步骤S506中，根据副载波的索引来将所生成的L个星座图码元映射到副载波。在步骤S508中，通过将映射到副载波的码元变换为时域码元来生成测距码元的采样数据。根据逆快速傅立叶变换（IFFT）来执行将映射到副载波的码元变换为时域码元的步骤。

图8是描述了根据本发明的另一实施例的、用于生成初始测距信号的方法的流程图。在步骤S802中，通过生成测距代码来执行BPSK调制。在步骤S804中，在根据码元索引和副载波索引来对调制后的测距代码执行了相位旋转之后，考虑测距码元索引来生成L个测距码元。在步骤S806中，通过根据副载波索引而将相位旋转后的码元映射到副载波、并将所述码元变换为时域码元，来生成采样数据。在步骤S808中，复制在关于每个测距码元的采样数据中的对应于循环前缀大小的后面部分，并将其插入在采样数据前面，作为循环前缀。

将描述本发明中的用于生成测距码元的原理。

当对频域中的测距代码执行BPSK调制以连续地保持时域中的测距码元之间的相位、并且将测距代码映射到测距子信道的每个副载波时，批准与每个副载波的索引成比例的特定相位偏移。所述特定相位偏移是在初始测距中使用的时域的码元索引l=0,1,2，...,和L-1与循环前缀大小N_CP的乘积。本发明是基于如下的一般原理：当将特定的相位偏移给予频域中的每个副载波的索引时，时域中的码元图案按照将时域码元中的采样循环移位得与对应于特定相位偏移的采样值一样多的方式而出现。

当基于所述原理而对在IFFT之后生成的码元执行在OFDMA系统中通常实现的循环前缀插入过程时，可以在没有附加的复杂性的情况下生成作为初始测距码元的、具有相位连续性的多个OFDMA码元。这个原理表达为等式1。

$s(n,l)=\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{FFT}}-1}{\mathrm{\Σ}}}[b_k\·e^{j2\mathrm{\π}\frac{k\·l\·N_{\mathrm{CP}}}{N_{\mathrm{FFT}}}}]\·e^{j2\mathrm{\π}\frac{k\·n}{N_{\mathrm{FFT}}}},b_k=\left\{\begin{array}{cc}2\·(\frac{1}{2}-C_k)& ,k\∈R\\ 0& ,k\∉R\end{array}\right.$

等式1

其中，s(n,l)表示在执行了IFFT之后的具有采样索引n的用于第l初始测距的OFDMA码元；k表示副载波索引；C_k表示具有值0或1的测距代码；R 表示测距子信道中的副载波的索引集；N_FFT表示FFT大小；并且N_CP表示循环前缀或保护间隔的大小。

在等式1中，s(n,l)表示被生成为相同的测距代码的测距信号的第lOFDMA码元。根据l，每个s(n,l)码元具有不同的循环移位的格式。

当对每个s(n,l)执行OFDMA系统的一般循环前缀插入过程时，生成初始测距信号。在图7和图8中示出了根据这个方法生成两个和三个码元的示例。

图7示出了根据本发明的实施例的、在两个码元的情况下的初始测距码元的配置和生成方法，而图8示出了根据本发明的实施例的、在三个码元的情况下的初始测距码元的配置和生成方法。当在四个码元的情况下l值连续增加时，可通过应用上述等式来生成初始测距码元。

可通过简化等式1而在IFFT操作过程中简单执行在每个s(n,l)码元中、被映射到测距子信道的每个副载波的码元的相位旋转处理。可如等式2所示来改变等式1。

$s(n,l)=\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{FFT}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k\·e^{j2\mathrm{\π}\frac{k\·(n+l\·N_{\mathrm{CP}})}{N_{\mathrm{FFT}}}}$ 等式2

一般IFFT操作被表达并执行为诸如等式1的第二exp的指数部分的j2πn/N_FFT。然而，本发明可通过按照等式2中所示的exp的指数部分中的包括偏移l·N_CP的j2πkn＋l·N_CP/N_FFT的格式来执行IFFT操作，而简单地获取每个副载波的相同相位旋转效果，并生成时域中的循环移位格式的测距码元。虽然用于实际执行IFFT的方法可根据实现方法而不同，但是所述方法基于相同的原理。

与传统的方法相比，上面配置的本发明不需要附加的信号处理和缓冲器。此外，尽管用于初始测距的码元数目增加，但是可通过仅改变等式2的码元索引l的值来简单地生成用于初始测距的多个OFDMA码元。

本发明的最佳模式

如上所述的本发明的方法可通过在诸如CD-ROM、RAM、ROM、软盘、硬盘、光学磁盘等的计算机可读存储介质中存储的软件程序来实现。这个处理可容易地由本领域的技术人员来执行，并因此这里将省略其细节。

尽管已经参考某些优选实施例而描述了本发明，但是对于本领域的技术 人员显然的是，可以进行各种改变和修改，而不脱离由接下来的权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (6)

1.一种用于生成用于正交频分多址(OFDMA)系统的初始测距的信号的方法，包括：

生成代码；

通过二进制相移键控(BPSK)调制来调制该代码；

根据码元索引和副载波索引对所调制的代码进行相位旋转，并生成L个码元，其中L是等于或大于2的整数；

通过根据副载波索引将相位旋转的码元映射到副载波并将所述码元变换为时域的码元，来生成采样数据；和

复制在关于所述码元中的每一个的采样数据中的对应于循环前缀大小的后面部分，将所述后面部分插入在采样数据前面作为循环前缀，并生成测距信号。

2.根据权利要求1的方法，其中所述码元被表达为等式：

$s(n,l)=\underset{k=0}{\overset{N_{FFT}-1}{\Σ}}\[b_k\·e^{j2\mathrm{\π}\frac{k\·l\·N_{CP}}{N_{FFT}}}\]\·{e^{j2\mathrm{\π}\frac{k\·n}{N_{FFT}}}}_{,b_k}=\left\{\begin{array}{cc}2\·(\frac{1}{2}-C_k),& k\∈R\\ 0,& k\∉R\end{array}\right.$

其中，s(n,l)表示具有采样索引n的用于第l初始测距的OFDMA码元；

k表示副载波索引；

C_k表示代码；

R表示测距子信道中的副载波的索引集；

N_FFT表示快速傅立叶变换(FFT)大小；并且

N_CP表示循环前缀大小。

3.根据权利要求1的方法，其中所述码元是根据码元索引和副载波索引而相位旋转的代码中的、考虑到测距码元索引而生成的3个码元。

4.一种用于生成用于正交频分多址(OFDMA)系统的初始测距的信号的设备，包括：

代码发生器，用于生成代码；

信道形成器，用于通过二进制相移键控(BPSK)调制来对所述代码进行调制，根据码元索引和副载波索引来对调制的代码进行相位旋转，并生成L个码元，其中L是等于或大于2的整数；

IFFT运算单元，用于通过根据副载波索引将相位旋转的码元映射到副载波并将所述码元变换为时域的码元，来生成采样数据；和

循环前缀插入器，用于复制在关于所述码元中的每一个的采样数据中的对应于循环前缀大小的后面部分，将所述后面部分插入在采样数据前面作为循环前缀，并生成测距信号。

5.根据权利要求4的设备，其中所述码元被表达为等式：

$s(n,l)=\underset{k=0}{\overset{N_{FFT}-1}{\Σ}}\[b_k\·e^{j2\mathrm{\π}\frac{k\·l\·N_{CP}}{N_{FFT}}}\]\·{e^{j2\mathrm{\π}\frac{k\·n}{N_{FFT}}}}_{,b_k}=\left\{\begin{array}{cc}2\·(\frac{1}{2}-C_k),& k\∈R\\ 0,& k\∉R\end{array}\right.$

其中，s(n,l)表示具有采样索引n的用于第l初始测距的OFDMA码元；

k表示副载波索引；

C_k表示代码；

R表示测距子信道中的副载波的索引集；

N_FFT表示快速傅立叶变换(FFT)大小；并且

N_CP表示循环前缀大小。

6.根据权利要求4的设备，其中所述码元是根据码元索引和副载波索引而相位旋转的代码中的、考虑到测距码元索引而生成的3个码元。