CN113315610A

CN113315610A - 一种无线通信方法及装置

Info

Publication number: CN113315610A
Application number: CN202010122772.8A
Authority: CN
Inventors: 徐阳; 刘慎发; 钱辉; 雷俊; 鲍东山
Original assignee: Beijing Nufront Wireless Tech Co ltd
Current assignee: Beijing Nufront Wireless Tech Co ltd; Beijing Nufront Mobile Multimedia Technology Co Ltd
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-08-27

Abstract

本发明提供了一种无线通信方法，在物理帧中设置有短前导同步序列和长前导同步序列，通过对短前导同步序列或/和长前导同步序列进行扩展，以增加系统容量，包括：设置短前导同步序列所采用序列的长度为两种以上；设置至少三种子载波间隔，短前导同步序列支持所设置的子载波间隔；或/和设置长前导同步序列所采用序列的长度为两种以上；在不同子载波间隔和带宽下同步前导重复模式。对短前导序列采用的根序列索引、公共解调导频信号CRS和解调导频参考信号DRS的相位偏移和DPI进行扩展，实现区分小区的目的。同时，不同子载波间隔和带宽模式采用不同的序列，也可进行多种小区的区分的。这样使得无线通信系统网络规模得以扩展。

Description

一种无线通信方法及装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种无线通信方法及装置。

背景技术

随着用户速率和业务量需求的飞速增长，无线通信系统所需的带宽不断增大，对频谱资源的需求迅速增加。然而，无线资源是有限的，扩展无线通信频段也会带来各方面的挑战。随着LTE在国际范围内商用进程的迅速推进，5G的研究工作已经展开。IMT-2020(5G)推进组已发布《5G愿景与需求白皮书》，5G定位于频谱效率更高、速率更快、容量更大的无线网络。解决无线频谱紧张的关键技术之一可能就是同时同频全双工技术。

同时同频全双工技术(Co-time Co-frequency Full Duplex,CCFD)是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作，使得通信双方在上、下行可以在相同时间使用相同的频率，突破了现有的频分双工(FDD)和时分双工(TDD)模式，是通信节点实现双向通信的关键之一。传统双工模式主要是频分双工和时分双工，用以避免发射机信号对接收机信号在频域或时域上的干扰，而新兴的同频同时全双工技术采用干扰消除的方法，减少传统双工模式中频率或时隙资源的开销，从而达到提高频谱效率的目的。与现有的FDD或TDD双工方式相比，同时同频全双工(CCFD)技术能够将无线资源的使用效率提升近一倍，从而显著提高系统吞吐量和容量，因此成为5G潜在的关键技术之一。

诚然，同时同频全双工技术的应用仍在面临不小的挑战。采用同时同频全双工无线系统，所有同时同频发射节点对于非目标接收节点都是干扰源，同时同频发射机的发射信号会对本地接收机产生强自干扰，因此同时同频全双工系统的应用关键在于干扰的有效消除。在点对点场景同时同频全双工系统的自干扰消除研究中，根据干扰消除方式和位置的不同，有三种自干扰消除技术：天线干扰消除、射频干扰消除、数字干扰消除。尽管在蜂窝系统中，干扰情况还会变得复杂多变，但同时同频全双工系统在点对点场景中表现出的巨大潜力已经引起业界的广泛关注和研究，相信通过理论的完善及硬件上的深入发展，同时同频全双工技术将在5G的成功应用中充当重要角色。

为了满足同频组网的需求，需要在同频组网下区分多个小区，因此，寻求相应的技术解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供技术方案在同频组网下区分多个小区，满足同频组网的需求。

本发明提供一种无线通信方法，在物理帧中设置有短前导同步序列和长前导同步序列，通过对所述短前导同步序列或/和所述长前导同步序列进行扩展，以增加系统容量，包括：

设置所述短前导同步序列所采用序列的长度N1为两种及以上；

设置至少三种子载波间隔，所述短前导同步序列支持所设置的子载波间隔；或/和

设置所述长前导同步序列所采用序列的长度N2为两种及以上；

在不同子载波间隔和带宽下同步前导重复模式。

更适宜地，该短前导序列由Zadoff-Chu序列生成，则进一步包括：

增加所述Zadoff-Chu序列的根序列索引数量，以使得所述短前导序列支持至少三个Zadoff-Chu序列。

优选地，所述至少三种子载波间隔，包括下述三种至少之一：

78.125KHz、19.53125KHz和39.0625KHz。

更适宜地，设置P1、P2、P3三种前导类型及不同子载波间隔和带宽下同步前导重复模式。

本发明还提供一种无线通信装置，包括：

第一设置单元，设置所述短前导同步序列所采用序列的长度N1为两种及以上；

第二设置单元，设置至少三种子载波间隔，所述短前导同步序列支持所设置的子载波间隔；或/和

第三设置单元，设置所述长前导同步序列所采用序列的长度N2为两种及以上；

同步单元，在不同子载波间隔和带宽下同步前导重复模式。

本发明提供了一种无线通信方法，在物理帧中设置有短前导同步序列和长前导同步序列，通过对短前导同步序列或/和长前导同步序列进行扩展，以增加系统容量，包括：设置短前导同步序列所采用序列的长度为两种以上；设置至少三种子载波间隔，短前导同步序列支持所设置的子载波间隔；或/和设置所述长前导同步序列所采用序列的长度为两种以上；在不同子载波间隔和带宽下同步前导重复模式。对短前导序列采用的根序列索引、公共解调导频信号CRS和解调导频参考信号DRS的相位偏移和DPI进行扩展，从而支持更多小区的。短前导序列和长前导序列通过不同的序列和不同的相位偏移来实现区分小区的目的。同时，不同子载波间隔和带宽模式采用不同的序列，也可进行多种小区的区分的。这样使得无线通信系统网络规模得以扩展。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是现有技术中物理帧结构示意图；

图2是现有技术中物理层同步前导时域分布构成示意图；

图3是本发明实施例中典型同频组网场景示意图；

图4是本发明实施例中接收机粗同步检测示意框图；

图5是本发明实施例中同步接收滑动相关原理示意图；

图6本发明实施例中接收机精同步检测示意框图；

图7本发明实施例中接收机CRS信道估计框图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总体地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

同频组网指的是系统网覆盖的所有小区都使用相同的频点，根据场景的不同，边缘小区的速率受影响不同，可以根据实际情况，对边缘小区使用不同的频率复用方式来达到组网要求。

在频谱资源稀缺的情况下,同频组网对系统网规模商用具有至关重要的作用,是提升频谱效率的关键。

为了进一步加强同频组网功能，在现有技术的同步前导和数据解调参考信号功能做部分修改和功能增强，目标是在同频组网下区能够区别多个物理小区，降低同频小区间的干扰。

本发明实施例提供的一种无线通信方法，在物理帧中设置有短前导同步序列和长前导同步序列，通过对所述短前导同步序列或/和所述长前导同步序列进行扩展，以增加系统容量，包括：

在不同子载波间隔和带宽下同步前导重复模式。

具体实施例中，短前导序列由Zadoff-Chu序列生成，则进一步包括：

增加Zadoff-Chu序列的根序列索引数量，以使得短前导序列支持至少两个Zadoff-Chu序列。

具体实施例中，至少三种子载波间隔，包括下述三种至少之一：

78.125KHz、19.53125KHz和39.0625KHz。

为了使本发明的原理、特性及优点更加清楚，下面进行详细描述。

如图1所示，现有技术中的物理层帧结构，其中物理层同步前导包括短前导(S-Preamble)和长前导(L-Preamble，也是：小区参考信号CRS)，位于每个物理帧结构的开始位置，分别占用1个OFDM符号，主要完成EUHT系统的帧检测触发、AGC、频偏估计、帧同步、信道估计等。

短前导序列S-Preamble是频域ZC序列产生，转换到时域后表现为9个重复周期(CP+S1～S8)，用来进行帧检测触发，AGC，粗频率估计以及粗时间同步。

长前导序列L-Preamble(CRS，Common reference signal公共解调导频信号)为频域PN序列产生，转换到时域后表现为2个重复周期(L1～L2)再加循环前缀(CP，CyclicPrefix)，用来进行精时间和频率同步以及信道估计。

物理层同步前导时域分布，如图2所示。

对短前导序列的扩展

短前导序列由Zadoff-Chu序列生成，生成方法如公式1：

其中，N：Zadoff-Chu序列的长度N，范围见表2

r：对应Zadoff-Chu序列的根序列索引，范围(1～N-1)

由上公式生成的短前导同步序列，映射到一个基本带宽的N个频域子载波上，映射规则和对应的子载波集合有如公式2，再根据当前的系统带宽乘以旋转因子后重复到不同的子带上，以支持更高的带宽。

{K_n|K_n＝N_e+8*m，m＝0，1，2....N，K_n≠0}---(公式2)

本发明提供的技术方案中，对支持的子载波间隔也做了扩展，在原有的78.125KHz基础上增加了对两个子载波间隔19.53125KHz和39.0625KHz的支持，因此短前导序列同样也需要支持新增的两种子载波间隔。协议中对应不同子载波间隔设计了3类不同类型：P1、P2和P3前导类型详见表1，按照无线通信系统设计要求，短前导序列要与系统信息信道和传输控制信道采用相同的子载波间隔。

表1.不同子载波间隔和带宽下同步前导重复模式

其中，N_sd：子载波个数，N_rep：重复次数

按照不同子载波间隔和带宽设置不同的短前导类型，如表2所示的类型P1、P2、P3。对应不同的短前导类型P1～P3，短前导序列取用的Zadoff-Chu序列的长度N有表2，新增了14和6两种长度。EUHT协议为了增强同频组网对应不同的短前导类型均支持3个ZC序列，对应的根序列索引如下表r，且r与短前导ID按序一一对应，具体实现为了不同场景的组网需求，EUHT支持更多的根序列扩展。

比如，对5M基本带宽采用19.53kHz的子载波间隔，则子载波数为224，为类型P1；采用39.06/78.125kHz，载波数分别为112和56，对应类型P2和P3。

表2.短前导类型的参数

短前导接收检测：

由于ZC序列在频域和时域都有很好的相关性能，一般终端侧都会利用序列本身的性质采用相关的方法接收检测到同步序列。

由图2看到，短前导序列S-Preamble(STF)在时域上表现为一个OFDM符号上存在9个重复的STF，每个STF均具有相同的ZC序列性质。EUHT系统利用了时域的9个重复短前导先后完成了帧检测，AGC调整，粗频谱估计以及粗同步等。这里主要关注粗同步过程，通过设计的方案能够区别出多个同频小区的S-Preamble序列如图3所示的典型同频组网场景中的ID1～ID3，并且能够获得指定小区如ID 1的粗同步信息。

现有技术中，同步算法采用的是对接受信号的自相关算法，虽然可以确定粗同步位置但是不能达到区别同频组网场景下的多个小区的S-Preamble，也不能确保获得的同步位置是特定的同频小区的正确帧同步位置点。为此，接收机的新算法采用了本地序列与接收信号的互相关算法，依照表2终端接收机需要维护3个本地序列，新方案采用如图4所示的并行的3个(或依据产品需求扩展为多个)互相关粗同步检测模块，而且支持灵活的可配置，在不同组网场景和系统过程可以分别启动特定的ID的粗同步互相关检测，可以降低计算量加快同步速度，降低能耗。

一、明确的组网场景，如果当前的组网方案明确了只存在2个同频小区，那么对应只存在也只存在两个S-Preamble ID，如ID 2/3，那么只需要配置开启ID2和ID3的粗同步互相关检测模块。

二、不确定的初始网络扫描阶段，可以通过系统的模块间接口寄存器配置需要扫描的频点，S-Preamble ID列表，每个S-Preamble ID最多可以检测的子帧数目，在给定的时间内对开启的粗同步互相关检测模块分别检测同步，经过对相关判决向量的比较确定最好的S-Preamble ID和对应的同步位置，并且保存检测到的其他S-Preamble ID的同步信息。

三、网络连接状态，即当前终端与特定小区(如：ID1)已经建立连接，只需要维持与ID1小区的同步，因此仅需要开启ID 1的粗同步互相关检测模块。

四、终端移动或网络切换状态，如果对于当前终端STA驻扎的小区(如：ID1)其在终端STA移动方向上的下一个邻区是明确的(如：ID2)，那么也是可以指定开启ID2粗同步互相关检测模块，而如果周围的邻区不确定，那么默认开启ID1～ID3的粗同步互相关检测模块。

由于接收信号的能量大小决定了相关值的强弱，如果当前STA工作的信道环境比较差，那么相关峰值可能会淹没在噪声中，就无法检测到同步信号。另由于图2所示EUHT系统S-Preamble的时域9个重复，因此采用本地序列与接收序列在时域做滑动互相关的方法，由于ZC序列的较好的互相关性能，因此经过相关接收判决后，与本地序列相同的接收短前导序列的互相关峰值可以表现的更好，更大的概率能够在多个接收同频短前导序列中被检测出来。

一种典型的短前导同步序列的相关接收检测过程如图5所示，STA接收端的帧检测在实时的对接受数据做相关判决，经判断后可以确定开始同步检测的位置，本地序列对指定位置后的同步数据做时域滑动相关，根据ZC序列的性质与本地序列完全匹配的接收数据点的互相关值会出现较明显的峰值，现对于原自相关方案互相关的峰值能量会更明显，在互相关滑动方向上理论上会出现多个峰值，且峰值对应的时域位置满足等间隔，基于以上性质可以确认最终选定的S-Preamble ID小区的粗同步位置。

对长前导同步序列的扩展及长前导序列发送：

Preamble(CRS)为长度为N的频域PN序列{Cn，·n＝0，1，...，N-1}，CRS经过BPSK调制后映射到基本带宽上的N个频域子载波上。

由于CRS的频域间隔DPI＝2，因此，这里扩展为两种映射方案，映射规则和对应的子载波集合如公式3：

{K_n|K_n＝N_e+2*m，m＝0，1，2...N，K_n≠0}

或

{K_n|K_n＝N_e+2*m+1，m＝0，1，2...N-1，K_n≠0}---(公式3)

CRS再根据当前的系统带宽乘以旋转因子后重复到不同的子带上，以支持更高的带宽。对应以上两种映射方案，就会产生两种CRS序列，通过此轮操可以区分2个小区的CRS。

CRS与S-Preamble使用相同的子载波间隔，而且CRS同样按照表1存在P1、P2和P3共3种类，根据当前系统的不同配置CRS有如下的参数设置：

表3.不同L-Preamble(CRS)类型参数

按照上面的方案映射到不同的频域子载波后，来自不同中心接入点(CAP，Centeraccess point)的长前导序列L-Preamble(CRS)设计增加如公式4的频域偏移，因此，可以区分不同的4个小区：

其中，i：对应不同的CAP

长前导接收检测：

L-Spreamble(CRS)主要用于精时间和频率同步以及信道估计。

其中，精时间同步原采用的是时域的自相关方案，仅能在粗同步基础上提供对应小区的精同步位置，之后L-Spreamble(CRS)在频域做信道估计用于后续过程的控制信息的解调，原方案也是不能区分多个同频小区的信道H。

为了能够加强同频组网能力，在之前的短前导粗同步后，虽然已经可以获得至少3个同频小区的不同帧同步位置，希望长前导可以组合短前导的处理继续增加区别同频小区的能力。因此，首先精同步处理阶段，利用支持的几个ID(1)，利用本地序列与接收数据的互相关，能够区别出不同的ID(1)。

图6接收机精同步检测框图

信道估计，为了能够在同频干扰的场景区分出不同信道正确解调控制信息，由表3L-Spreamble(CRS)在频域增加的频域偏移，至少可以区分ID(2)个同频小区的信道。

图7为接收机CRS信道估计框图。

解调参考信号DRS，主要用于信道估计，用于TCH业务信道的解调。

DRS频域导频间隔DPI支持两种配置2或者4，主要用于对不同天线的信道估计，因此在单流发送的场景，就可以利用这个DPI频域间隔，在DRS序列生成映射时引入1～3个子载波偏移，此操作的效果即可以生产n＝2～4个DRS序列。但是在多流传输的场景我们得不到这个能力。

为此，借鉴CRS增加频域偏移的方法，对原DRS序列引入如下公式5所示的频域偏移：

其中，i：对应不同的CAP

m：DRS序列索引(1～4)

这样，接收端就可以在原本地DRS序列基础上，通过简单增加不同的频域偏移，最多可以区分4个小区的信道。

本发明还提供一种无线通信装置，包括：

第二设置单元，设置至少两种子载波间隔DPI，所述短前导同步序列支持所设置的子载波间隔DPI；或/和

同步单元，在不同子载波间隔和带宽下同步前导重复模式。

该无线通信装置的原理及处理流程如前述本发明提供的无线通信方法一致，在此不再赘述。

综上所述，本发明提供的技术方案中，对短前导序列short preamble采用的根序列索引(root index)、公共解调导频信号CRS和解调导频参考信号DRS的相位偏移和DPI进行扩展，从而支持更多小区的。并且标准增加了针对不同子载波间隔和带宽模式的shortpreamble和长前导序列long preamble(P1/P2/P3)类型。

短前导序列Short preamble和长前导序列Long preamble通过不同的序列和不同的相位偏移来实现区分小区的目的。不同小区发射不同的序列，接收机采用不同的本地序列进行相关，可以实现区分不同序列的不同小区。

同时，不同子载波间隔和带宽模式采用不同的preamble序列，也是可以进行多种小区的区分的。这样使得无线通信系统网络规模得以扩展。

本领域技术人员可以明白，这里结合所公开的实施例描述的各种示例性的方法步骤和装置单元均可以电子硬件、软件或二者的结合来实现。为了清楚地示出硬件和软件之间的可交换性，以上对各种示例性的步骤和单元均以其功能性的形式进行总体上的描述。这种功能性是以硬件实现还是以软件实现依赖于特定的应用和整个系统所实现的设计约束。本领域技术人员能够针对每个特定的应用，以多种方式来实现所描述的功能性，但是这种实现的结果不应解释为背离本发明的范围。

结合上述公开的实施例所描述的方法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或者这二者的组合。软件模块可能存在于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其他形式的存储媒质中。一种典型存储媒质与处理器耦合，从而使得处理器能够从该存储媒质中读信息，且可向该存储媒质写信息。在替换实例中，存储媒质是处理器的组成部分。处理器和存储媒质可能存在于一个ASIC中。该ASIC可能存在于一个用户站中。在一个替换实例中，处理器和存储媒质可以作为用户站中的分立组件存在。

根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。