CN1866946A - 一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法及装置，属于通信领域，该方法包括：基站或用户终端根据在基站和各用户终端间所传输的数据估计各用户终端与基站间信道的时延扩展；基站或用户终端根据用户终端的时延扩展以及该用户的循环前缀长度确定传输数据中前导的移位范围，并根据该移位范围对所传输数据的前导进行循环移位。本发明通过分别为每路数据的前缀进行循环移位，实现了对CP的充分利用，节省资源，进一步提高抗ISI的能力。

Description

一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法及装置
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法及装置。
背景技术
在正交频分复用(OFDM)系统中，高速数据流首先被分割成一系列的更低速率的数据流，这些低速数据流相应在一系列的子载波上并行传输，这些子载波彼此正交，故得名OFDM正交频分复用。正是由于这些子载波的正交特性，OFDM系统中发射端和接收端可以分别利用快速傅里叶逆变换(IFFT)和快速傅里叶变换(FFT)快速算法，大大降低了收发信机的实现复杂度。
对于多个并行传输的低速数据流而言，每个符号在时域上变长了，因此对于多径时延扩展导致的时间上的扩散量相对符号时长而言变小。进一步，如果每个OFDM符号引入一定长度的保护时间，那么OFDM符号间的干扰完全可以消除；在保护时间内，信号是OFDM符号的循环扩展，因此，称之为循环前缀(CP，Cyclic Prefix)这样避免了因符号时间变长导致的子载波间干扰(ICI，Inter-Carrier Interference)。
OFDM系统中通常采用突发(Burst)的发射方式，因此，对于同步的要求较高，一般在每个Burst的开始，插入一个或者二个已知的OFDM符号作为前缀(Preamble)，这样，在接收端，接收机可以根据已知的Preamble来获得同步，然后确定后续OFDM符号解调时的FFT窗口。
如图1所示，若FFT窗口的起点位于OFDM符号的CP范围内且位于上图A与B之间，那么完全消除了码间干扰(ISI)，具有非常好的抗多径能力；但是，如果FFT窗口的起点位于CP外，那么将引入较大的ISI，从而恶化系统性能。
在确定FFT窗口的位置时，用本地已知的Preamble序列与接收信号进行相关运算，相关输出的峰值处作为FFT窗口的起始位置。为了描述方便，将FFT窗长设为N，CP长度设为L。
图2所示为现有技术一的ISI抑制方法，也就是在发射端不对Preamble作任何移位处理，虽然该方案的相关峰位置平均值位于最佳位置，但是由于噪声和多径干扰的存在，相关峰出现于最佳位置之后的可能性相对较大，这样引入了较大的ISI。另外，在小区中配置CP长度时，需要按照最大的时延扩展的要求来设置，因而对于大多数SS来说，CP的长度过长，这样造成了资源浪费。
如图3所示现有技术现有技术二的方案中，发射端对Preamble人为引入一个固定循环移位，或者，等价地在接收端人为相关峰的位置往前移，这样相关峰出现在最佳位置之后的可能性大大降低，从而减少了出现ISI的概率。
这种方法与前一种方法相比显然提高了抗ISI能力，但是其缺点也是比较明显的，原因在于采用固定循环移位的方法，该固定移位以不损害具有最大时延扩展的SS的抗多径能力为限制，不对不同的SS进行区分。这种方法没有充分利用空余的CP，没有进一步深入挖掘抗ISI的能力。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法及装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法，包括：
A、基站或用户终端根据在基站和各用户终端间所传输的数据估计各用户终端与基站间信道的时延扩展；
B、基站或用户终端根据用户终端的时延扩展以及该用户的循环前缀长度确定传输数据中前导的移位范围，并根据该移位范围对所传输数据的前导进行循环移位。
所述移位范围即为对前导的移位不大于所允许的前导最大移位值，其中最大移位值根据突发数据的循环前缀长度和估计出的时延扩展得出。
所述抗码间干扰的方法包括：
由基站实现的集中式抑制，或由各个用户终端实现的分布式抑制。
所述的集中式抑制包括：
基站根据一个用户终端发送的上行突发数据估计该用户终端与基站间信道的时延扩展；
根据突发数据的循环前缀长度和估计出的时延扩展得出传输数据中前导所允许的最大移位值；
用户终端根据最大移位值对所发送上行数据的前导进行循环移位，循环移位的距离不大于最大移位值；
基站根据实际移位值对下行数据的前导进行与上行数据前导相同的调整。
所述的分布式抑制包括：
一个用户终端根据基站发送至该用户终端的下行突发数据估计出该用户终端与基站间信道的时延扩展；
根据突发数据的循环前缀长度和估计出的时延扩展得出传输数据中前导允许的最大移位值，并将该最大移位值发送至基站；
基站根据最大移位值对所发送的下行数据的前导进行循环移位，循环移位距离不大于最大移位值；
用户终端根据实际移位值对所发送的上行数据的前导进行与下行数据前导相同的调整。
本发明对基站与各用户终端间信道时延扩展的估计需要按照预先设定的时间间隔重复进行。
一种正交频分复用系统中抗码间干扰的装置，包括：
时延扩展确定模块，用于确定基站与各个用户终端间信道的时延扩展；
循环移位模块，用于根据基站与用户终端间信道的时延扩展分别对在各信道中所传输数据的前导进行循环移位。
所述的循环移位模块包括：
最大移位值确定模块，用于根据由时延扩展确定模块得到的各路数据的时延扩展确定该路数据前缀允许的最大移位值；
移位模块，用于根据数据允许的最大移位值对该路数据的前缀进行循环移位，循环移位的最大距离不超过最大移位值。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过分别为每路数据的前缀进行循环移位，实现了对CP的充分利用，节省资源，进一步提高抗ISI的能力。
附图说明
图1所示为快速傅里叶变换FFT的窗口位置示意图；
图2所示为现有技术一的相关峰位置示意图；
图3所示为现有技术二的相关峰位置示意图；
图4所示为本发明实施例一的相关峰位置示意图；
图5所示为本发明实施例二通过集中式抑制SI的示意图；
图6所示为本发明实施例三通过分布式抑制ISI的示意图；
图7所示为本发明实施例四的装置示意图。
具体实施方式
本发明的核心是分别根据基站与多个用户终端间传输的数据对数据传输信道进行时延扩展检测；根据信道的时延扩展值以及数据循环前缀的长度，确定每路数据允许的最大循环移位值K，分别根据各路数据的K值对各路数据的前导进行循环移位，以抑制每路数据的码间干扰。
具体一点讲，本发明包括检测时延扩展、确定允许的最大循环移位范围以及对数据中的前导进行循环移位三部分，最终通过循环移位，降低每路数据的码间干扰。
本发明中对所传输数据的时延扩展检测可以由BS进行，也可以由SSi(SSi表示多个用户终端SS之一)进行，这两种情况都可以最终实现本发明对码间干扰的抑制，但是在具体的实施时每种情况均有自己的处理步骤。
由BS发起时延扩展检测，并抑制码间干扰的方法为：
BS接收来自SSi发送的上行突发数据Burst后，根据该Burst的数据对传输该Burst的信道进行时延扩展估算，在BS中测出该信道的时延扩展τSSi；
BS根据当前CP长度和估算出的时延扩展τSSi，确定允许的最大移位值K，并将K值通知SSi；
BS在将K值通知给SSi的同时，BS参考K值对下行数据中的Preamble进行移位；
SSi根据BS的移位对发送的上行Preamble进行同样的调整。
由SSi发起时延扩展检测并抑制码间干扰的方法为：
SSi接收来自BS发送的下行Burst后，根据该Burst进行时延扩展估算，得出BS对于该SSi的时延扩展τSSi；
SSi根据当前CP长度和估算出的时延扩展τSSi，确定允许的最大移位值K，并将K值发送给BS；
SSi将K值发送给BS的同时，SSi参考K值对上行数据中的Preamble进行移位；
BS根据SSi指示的移位值K对发送的下行Preamble进行调整，移位K位。
由于基站与各个用户终端间的信道质量可能随时间的变化而发生改变，因此本发明对基站与各用户终端间信道时延扩展的估计需要按照预先设定的时间间隔重复进行，当信道质量发生变化时，估算出变化后信道的时延扩展，并按照新的时延扩展确定循环移位值。
下面将结合本发明具体实施例附图对本发明作详细说明。
图4所示为本发明实施例一的相关峰位置示意图；
本发明的主要思想是，根据基站与各用户终端(SS，SubscriberStation)信道的不同的时延扩展以及循环前缀的长度为信道内传输数据中的前导(Preamble)确定循环移位距离。如图4所示，对每个SS来说，既不损害抗多径的能力，又最大限度提高了抗ISI的能力，从而改善了整个系统的性能。
根据上述思想，首先需要确定BS与各个SS间信道的时延扩展，根据时延扩展得出最大允许移位值并进行循环移位。
根据时延扩展检测方法的不同，本发明的具体实施例可分为两种抑制码间干扰的情况，一种为在BS中检测时延扩展的集中式抑制，另一种为在SS中检测时延的分布式抑制。
图5所示为本发明实施例二通过集中式抑制ISI的示意图。
本发明实施例集中抑制在BS侧完成，其具体步骤包括：
步骤51、SSi向BS发送上行的Burst数据；
步骤52、BS接收来自SSi发送的上行Burst后，根据该Burst对BS与该SSi间传输信道进行时延扩展估计，在BS中估计时延扩展τSSi；
步骤53、BS根据传输数据的CP长度和估算出的时延扩展τSSi，确定允许的最大移位值K；
步骤541、BS在得到K值后将该K通知给SSi；
步骤542、BS在将K值通知给SSi的同时，对下行数据的Preamble根据K值移位，移位的最大距离不大于K；
步骤55、SSi根据BS的实际移位值对上行数据的Preamble进行相同的调整。
根据IEEE802.16-2004协议，在已有的框架下，无需对协议流程、消息作任何修改就可以实现集中式抑制，BS可以通过一个既定的消息，将确定的移位值通知SS，该消息为UL-MAP物理修改信元(Physical Modifier IE)，如表1所示：
  Syntax   Size   Notes
  PHYMOD_UL_IE(){
  Extended UIUC已扩展的上行间隔使用代码   4bits   PHYMOD＝0×01
  Length长度   4bits   Length＝1长度＝1
  Preamble TimeShift前导时间位移   8bits   Preamble Time Shift前导时间位移
  }
                         表1
BS可以利用表中的Preamble Time Shift来通知相应的SS需要进行移位的值，移位值的大小用一个最大长度为8bit的二进制数表示。
这样，进行集中式抑制码间干扰抑制时，首先由SS向BS发送数据，BS将估计出的K值即得出的移位范围发回给SS，SS根据该范围对前导进行移位，实现了从SS-BS-SS的闭环集中抑制。
图6所示为本发明实施例三通过分布式抑制ISI的示意图。
分布式抑制在SS侧完成，其具体步骤包括：
步骤61、基站BS向SSi发送下行的Burst数据；
步骤62、SSi接收来自BS发送的下行Burst后，根据该Burst对该SSi与BS间传输信道进行时延扩展估计，在BS中估计时延扩展τSSi；
步骤63、SSi根据传输数据的CP长度和估算出的时延扩展τSSi，确定允许的最大移位值K；
步骤641、SSi得到最大移位值K后，将K值发送给BS；
步骤642、SSi将K值发送给BS的同时，SSi根据K值对上行数据中Preamble按照K值移位，移位的最大距离不可以超过K值；
步骤65、BS根据SSi的实际移位值对下行数据中的Preamble进行同样的调整。
在本实施例三中，K值得携带方式与实施例二中的方式相同。
如图7所示的本发明实施例四装置示意图，这是一种正交频分复用系统中抗码间干扰的装置，其特征在于，包括：
时延扩展确定模块，用于确定基站与各个用户终端间各路数据的时延扩展；
循环移位模块，用于根据基站与用户终端间的各路数据的时延扩展分别对各路数据的前缀进行循环移位。
所述的循环移位模块包括：
最大移位值确定子模块，用于根据由时延扩展确定模块得到的各路数据的时延扩展，确定该路数据前缀允许的最大移位值；
移位子模块，用于根据数据允许的最大移位值对该路数据的前缀进行循环移位。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1、一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法，其特征在于，包括：
A、基站或用户终端根据在基站和各用户终端间所传输的数据估计各用户终端与基站间信道的时延扩展；
B、基站或用户终端根据用户终端的时延扩展以及该用户的循环前缀长度确定传输数据中前导的移位范围，并根据该移位范围对所传输数据的前导进行循环移位。
2、根据权利要求1所述的一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法，其特征在于，所述移位范围即为对前导的移位不大于所允许的前导最大移位值，其中最大移位值根据突发数据的循环前缀长度和估计出的时延扩展得出。
3、根据权利要求1所述的一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法，其特征在于，所述抗码间干扰的方法包括：
由基站实现的集中式抑制，或由各个用户终端实现的分布式抑制。
4、根据权利要求3所述的一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法，其特征在于，所述的集中式抑制包括：
基站根据一个用户终端发送的上行突发数据估计该用户终端与基站间信道的时延扩展；
根据突发数据的循环前缀长度和估计出的时延扩展得出传输数据中前导所允许的最大移位值；
用户终端根据最大移位值对所发送上行数据的前导进行循环移位，循环移位的距离不大于最大移位值；
基站根据实际移位值对下行数据的前导进行与上行数据前导相同的调整。
5、根据权利要求3所述的一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法，其特征在于，所述的分布式抑制包括：
一个用户终端根据基站发送至该用户终端的下行突发数据估计出该用户终端与基站间信道的时延扩展；
根据突发数据的循环前缀长度和估计出的时延扩展得出传输数据中前导允许的最大移位值，并将该最大移位值发送至基站；
基站根据最大移位值对所发送的下行数据的前导进行循环移位，循环移位距离不大于最大移位值；
用户终端根据实际移位值对所发送的上行数据的前导进行与下行数据前导相同的调整。
6、根据权利要求1所述的一种正交频分复用系统中抗码间干扰的方法，其特征在于，本发明对基站与各用户终端间信道时延扩展的估计需要按照预先设定的时间间隔重复进行。
7、一种正交频分复用系统中抗码间干扰的装置，其特征在于，包括：
时延扩展确定模块，用于确定基站与各个用户终端间信道的时延扩展；
循环移位模块，用于根据基站与用户终端间信道的时延扩展分别对在各信道中所传输数据的前导进行循环移位。
8、根据权利要求7所示的一种正交频分复用系统中抗码间干扰的装置，其特征在于，所述的循环移位模块包括：
最大移位值确定模块，用于根据由时延扩展确定模块得到的各路数据的时延扩展确定该路数据前缀允许的最大移位值；
移位模块，用于根据数据允许的最大移位值对该路数据的前缀进行循环移位，循环移位的最大距离不超过最大移位值。
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