CN1983860A - 同步信号的发送方法及发送设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多天线小区同步信号的发送方法，该方法包括以下步骤：A、对应于每根天线，选择同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，对于所有天线，得到天线个数个经过循环移位后的同步信号；B、将所述的经过循环移位后的天线个数个同步信号分别加上各自的循环前缀，然后从各自的发送天线上同时发送出去。本发明还公开了与上述方法等效的另一种同步信号发送方法，在该方法中利用了相位旋转操作。本发明通过对同步信号进行循环移位或相位旋转的方法来进行发送，可以提高同步信号的同步检测性能，且实现简单。

Description

同步信号的发送方法及发送设备

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的同步技术领域，特别是同步信号的发送方法及发送设备。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)和多输入输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术由于各自的特点已经得到广泛的研究，并开始应用在多种无线通信系统中。例如数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、802.11a，802.16e等系统中都采用了OFDM多载波调制技术，而802.16e系统中同时也采用了MIMO等多天线技术。目前的第三代合作组织(3GPP)也正在研究基于OFDM和MIMO的无线通信系统，即3G系统的长期演进。

OFDM是一种多载波调制技术，把经过信道编码、调制后的符号经过串并变换形成多个低速的数据流，每个数据流占用一个子载波；每个数据流到子载波的映射可以通过快速反傅立叶变换(IFFT)来实现，同时对经过IFFT处理后的信号加上循环前缀(CP)作为保护间隔，只要循环前缀的长度大于信道最大的多径时延就可以保证信号不受多径干扰的影响，同时保证各个子信道的正交来减少子信道间的干扰，OFDM可以抵抗无线信道的多径特性和同时具有比单天线系统频谱效率高的特点。MIMO是一种多天线技术，它可以提高系统的数据传输速率和传输的可靠性，因此它也成为未来无线通信系统选择的重要技术之一。

在无线通信系统中，接收机接收到发送端发送的经过信道后的信号，为了正确解调数据首先需要获得系统的同步的信息，如符号定时、时隙定时、数据帧的起始位置、频率同步。另外还需要获得小区的其它的一些信息，如天线配置和小区识别指示等。在无线蜂窝系统中，同步都是通过携带一些同步信息的同步信道来实现的，同步信道中的携带同步信息的信号称为同步信号，接收机利用同步信道中的同步信号来进行搜索并达到系统的同步，同时通过对同步信号的检测来获得接收信号中的时间信息以及与小区有关的信息等，接收机在获得这些信息后才能进行有效的通信，同步信道中发送的同步信号是预先设定好的信号，接收机通过对同步信号的检测来达到同步。由此可见，同步信息检测性能的好坏会直接影响到系统的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出同步信号的发送方法及发送设备来提高系统的同步性能。

根据上述目的，本发明提供了一种多天线小区同步信号的发送方法，该方法包括以下步骤：A.对应于每根天线，选择同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，对于所有天线，得到天线数个经过循环移位后的同步信号。B.将所述的经过循环移位后的天线数个同步信号分别加上各自的循环前缀，然后从各自的发送天线上同时发送出去。

所述的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合包含一个同步信号或大于一个的不同的同步信号。

进一步，所述的同步信号集合包含的大于一个的不同的同步信号是相互正交的。

所述的选择同一个同步信号的所有发送天线上设置不同的循环移位位数。

进一步，所述的选择同一个同步信号的所有发送天线上设置的循环移位位数是随机改变的。

所述的天线数大于同步信号集合中同步信号的个数。

所述同步信道在一个OFDM符号中占用的子载波为全部子载波或部分子载波。

进一步，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波为连续的或间隔的。

进一步，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波位于OFDM符号的中间频率或其它位置。

优选地，同步信道中的同步信息由恒定幅度零自相关序列生成。

本发明还提供了一种多天线小区同步信号发送方法，该方法包括以下的步骤：A.对应于每根天线，选择同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照发送天线上设置的相位旋转数将同步信号占用的每个子载波上的信号来进行相位旋转操作，对于所有发送天线得到发送天线数个经过相位旋转后的同步信号。B.将所述的经过相位旋转后的天线数个同步信号所在的频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到天线数个时域OFDM符号。C.将所述的天线数个时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后从各自的天线上同时发送出去。

所述的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合包含一个同步信号或大于一个的不同的同步信号。

进一步，所述的同步信号集合包含的大于一个的不同的同步信号是相互正交的。

所述的选择同一个同步信号的所有发送天线上设置不同的相位旋转数。

进一步，所述的选择同一个同步信号的所有发送天线上的相位旋转数是随机改变的。

所述的天线个数大于同步信号集合中同步信号的个数。

所述同步信道在一个OFDM符号中占用的子载波为全部子载波或部分子载波。

进一步，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波为连续的或间隔的。

进一步，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波位于OFDM符号的中间频率或其它位置。

优选地，同步信道中的同步信息由恒定幅度零自相关序列生成。

本发明还提供了一种多个小区间同步信号的发送方法，该方法包括以下的步骤：A.将同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号按照所述多个小区中各发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，得到多个小区的发送天线数个经过循环移位后的同步信号。B.将所述的经过循环移位后的多个小区的发送天线数个同步信号分别加循环前缀，然后从各自的发送天线上同时发送出去。

所述同步信道在一个OFDM符号中占用的子载波为全部子载波或部分子载波。

进一步，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波为连续的或间隔的。

进一步，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波位于OFDM符号的中间频率或其它位置。

所述多个小区为同一个基站下的多个扇区。

优选地，同步信道中的同步信息由恒定幅度零自相关序列生成。

所述多个小区中各发送天线上设置不同的循环移位位数。

所述多个小区中各发送天线上设置的循环移位位数是随机改变的。

本发明还提供了一种多个小区间同步信号的发送方法，该方法包括以下的步骤：A.将同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号按照所述多个小区的每个发送天线上设置的相位旋转数对同步信号占用的每个子载波上的信号进行相位旋转操作，得到多个小区的发送天线数个经过相位旋转的同步信号；B.将所述的经过相位旋转后的多个小区的发送天线数个同步信号所在的频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到多个小区的发送天线个数个时域OFDM符号；C.将所述的多个小区的发送天线个数个时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后从各自的天线上同时发送出去。

所述同步信道在一个OFDM符号中占用的子载波为全部子载波或部分子载波。

进一步，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波为连续的或间隔的。

进一步，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波位于OFDM符号的中间频率或其它位置。

所述多个小区为同一个基站下的不同扇区。

优选地，同步信道中的同步信息由恒定幅度零自相关序列生成。

所述同步信道在多个小区中的每个发送天线上占用的同一个子载波上的相位旋转数是不同的。

所述多个小区中每个发送天线上的相位选转数是随机改变的。

本发明还提供了一种同步信号发送设备，用于发送多天线小区同步信号，该设备包括属于同一小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个循环移位模块，M个循环前缀添加模块，其中M是大于1的自然数。其中循环移位模块，用于将对应的天线选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照对应的发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，得到经过循环移位后的同步信号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；循环前缀添加模块，用于将所述的经过循环移位后的同步信号加上各自的循环前缀，并传输给对应的发送天线；发送天线用于将对应的经过加循环前缀后的同步信号发送出去。

本发明还提供了一种同步信号发送设备，用于发送多天线小区同步信号，该设备包括属于同一小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个相位旋转模块、M个反傅立叶变换模块，其中M为大于1的自然数。其中相位旋转模块，用于将对应的天线选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照发送天线上设置的相位旋转数将同步信号占用的每个子载波上的信号来进行相位旋转操作，得到经过相位旋转后的同步信号，并将其传输给对应的反傅立叶变换模块；反傅立叶变换模块，用于将所述的经过相位旋转后的同步信号所在的频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到时域OFDM符号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；循环前缀添加模块，用于将所述的时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后将其传输给对应的发送天线；发送天线用于将对应的经过加循环前缀后的时域OFDM符号发送出去。

本发明还提供了一种同步信号发送设备，用于发送多个小区间同步信号，该设备包括属于多个小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个循环移位模块，M个循环前缀添加模块，其中M是大于1的自然数。其中循环移位模块，用于将对应天线的选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号按照对应的发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，得到经过循环移位后的同步信号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；循环前缀添加模块，用于将所述的经过循环移位后的同步信号分别加循环前缀，并传输给对应的发送天线；发送天线用于将对应的经过加循环前缀后的同步信号发送出去。

进一步，所述多个小区为同一个基站下的不同扇区。

本发明还提供了一种同步信号发送设备，用于发送多个小区间同步信号，该设备包括属于多个小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个相位旋转模块、M个反傅立叶变换模块，其中M为大于1的自然数。其中相位旋转模块，用于将对应天线选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号按照对应的发送天线上在同步信道占用的每个子载波上设置的相位旋转数进行相位旋转操作，得到经过相位旋转的同步信号，并将其传输给对应的反傅立叶变换模块；反傅立叶变换模块，用于将所述的经过相位旋转后的同步信号所在频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到时域OFDM符号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；循环前缀添加模块，用于将所述的时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后将其传输给对应的发送天线；发送天线用于将对应的经过加循环前缀后的时域OFDM符号发送出去。

进一步，所述多个小区为同一个基站下的不同扇区。

从上述方案中可以看出，由于本发明采用OFDM技术和多天线，在发送同步信号的过程中，首先对于每个发送天线，选择同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，对于所有天线，得到M个经过循环移位后的同步信号，M是自然数，表示发送天线的个数，然后对经过循环移位后的M个同步信号分别加上循环前缀，然后从各自的天线上同时发送出去；或者首先对于每个发送天线，选择同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照发送天线上设置的相位旋转数将同步信号占用的每个子载波上的信号来进行相位旋转操作，对于所有发送天线得到M个经过相位旋转后的同步信号，其中M是自然数，表示发送天线的个数，然后将所述的经过相位旋转后的M个同步信号所在的频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到M个时域OFDM符号，将所述的M个时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后从各自的天线上同时发送出去。

附图说明

图1为同步信道在一个OFDM符号中占用子载波的示例。

图2为不同发送天线上的相同同步信道位置的示例。

图3为根据本发明第一实施例的同步信号的发送过程示意图。

图4为不同发送天线上的正交同步信道的示例。

图5为同步信号集合中大于一个同步信号的的发送示意图。

图6为用于本发明第二实施例的同步信息发送示意图。

图7A、7B、7C、7D，7E为同步信号集合中同步信号解释的示意图，其中，图7A所示，假设时域的主同步信号是x₁，时域的第二同步同步信号是x₂，则同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的同步信号是x₁；图7B所示，假设时域的主同步信号是x₁，时域的第二同步同步信号是x₂，则同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的同步信号是x₂；图7C所示，假设时域的主同步信号是x₁，时域的第二同步同步信号是x₂，则同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的同步信号是x₁+x₂；图7D所示，假设时域的主同步信号是x₁，则同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的同步信号是x₁；图7E所示，假设时域的第二同步信号是x₂，则同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的同步信号是x₂。

图8A、图8B、图8C和图8D分别为根据本发明实施例的同步信号发送设备的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

这里假设本发明应用的小区中有M个发送天线，M为自然数。

在OFDM中，同步信道占用的是一些时频单元，同步信道在一个OFDM符号中占用的情况示例如图1所示，在同一帧中的其它OFDM符号中的占用情况类似。同步信道可以位于数据帧中某些OFDM符号的全部或部分子载波上，而且在一个OFDM符号中占用的部分子载波可以是间隔的，也可以是连续的，这里的间隔可以是等间隔或非等间隔，这些部分子载波可以位于OFDM符号的中间频率部分或其它位置，这里并不作特别的限定。一个示例如下：假设OFDM符号的带宽是10M，子载波的个数是1024个，包括虚子载波在内的子载波的标号是从-512，-511，…，-1，0，1，…511，若同步信道的带宽是1.25M，且是位于中间频率部分，则同步信道占用的包括虚子载波在内的子载波标号是-64，-63，…，0，1，2，…，63，其中有效的子载波标号为-38，-37，…，0，1，2，…37，同步信息在中间的1.25M带宽中分布可以是连续的或有间隔的，当同步信道在10M带宽其它1.25MHz频率部分时，所占用在子载波位置与此类似。

假设同步信道在每个发送天线的数据帧中占用的时频单元的位置是一样的，参照图2，以两个发送天线为例来说明，每个子帧中包含7个OFDM符号，其中灰色的为两个天线的同步信道。同步信道在每个天线上的占用的时频资源的位置是一样的，且每个天线上同步信道中的同步信息也是一样的。同步信号由同步信息以及同步信息占用的时频资源决定，因此在不同天线上的同步信号是相同的，若每个天线上的同步信号是通过循环延迟发送的，这样接收机接收到的信号是多个发送天线信号的叠加，从而可以等效为一个单天线系统。但是由于不同发送天线的循环延迟发送使得这个等效的单天线系统信道频率选择性强，这样就可以在检测同步信号时获得频率分集增益来提高同步信号检测性能，从而提高系统的同步性能。

同步信道根据其在系统中的具体功能可分为主同步信道和第二同步信道，主同步信道与第二同步信道在一帧中可以是时分的、频分的或码分的或时间，频率和码任意组合分的，它们对应的同步信号分别称为主同步信号和第二同步信号；同步信道的OFDM符号单位时间内的同步信号集合中的同步信号指的是主同步信号或第二同步信号或主同步信号和第二同步信号。为了说明方便，这里假设同步信号集合中只有一个同步信号，大于一个的不同的同步信号与其类似。例如主同步信道和第二同步信道是频分的或码分的，(1)若主同步信号需要进行循环移位，而第二同步信号不移位，这时同步信道的OFDM符号单位时间内的同步信号集合中的同步信号指的是主同步信号，如图7A所示；(2)若第二同步信号需要进行循环移位，而主同步信号不移位，这时同步信道的OFDM符号单位时间内的同步信号集合中的同步信号指的是第二同步信号，如图7B所示；(3)若主同步信号和第二同步信号需要同时进行循环移位，这时同步信道的OFDM符号单位时间内的同步信号集合中的同步信号指的是主同步信号和第二同步信号，如图7C所示。若一个OFDM符号中的同步信道只有主同步信道时，且主同步信号需要循环移位，则同步信道所在的OFDM符号时间内的同步信号集合中的同步信号指的是主同步信号，如图7D所示；若一个OFDM符号中的同步信道只有第二同步信道时，且第二同步信号需要循环移位，则第二同步信道所在的OFDM符号时间内的同步信号集合中的同步信号指的是第二同步信号，如图7E所示。其中上述的同步信道的OFDM符号单位时间是指同步信道所在的其中一个OFDM符号的时间。其它信道的情况类似，这里不再赘述。上面对同步信号集合中同步信号的解释也适用于相位旋转的发送方法。

下面具体说明本发明的实施过程。

第一实施例：

循环移位是对OFDM时域信号进行操作，为了说明问题方便，这里假设同步信道占用一个OFDM符号中的全部子载波，并从频域的角度来分析循环移位，假设小区所要发送的同步信息为X＝(X(0)，X(1)，...X(N-1))，该X为一个频域OFDM符号上的信息，其中自然数N表示频域OFDM符号的长度。

图3为本发明第一实施例的发送过程示意图。参照图3，本发明第一实施例包括如下步骤：

步骤101，将同步信息X经过OFDM调制，可以通过快速反傅立叶变换(IFFT)来实现，得到时域的信号x，IFFT操作如下式所示：

$x\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkn}/N},n=\mathrm{0,1},\·\·\·N-1$

所得到的x＝(x(0)，x(1)，...x(N-1))。

步骤102，对步骤101所得到的x在每个天线上进行循环移位。为了描述方便，设第i个发送天线上循环移位的位数为α_i，并且0＜α_i＜N，其中i＝1，...，M，M是自然数，表示的是发送天线的个数。可以要求α_i小于循环前缀的长度。

举个简单的例子，假设α₁＝1，α₂＝2，那么对第一个发送天线、第二个发送天线上同步信息的循环移位如下：

x₁＝(x(N-1)，x(0)，x(1)，…x(N-2))

x₂＝(x(N-2)，x(N-1)，x(0)，x(1)，…x(N-3))

其它第三个发送天线至第M个发送天线上的循环移位与此相似，这里不再赘述。由此可见，每个发送天线上发送的同步信号是相同的，但不同天线上循环移位的位数是不同的。不移位是循环移位操作的一种特殊形式，即循环移位位数为零。

步骤103，将每个天线上经过循环移位的时域信号加上CP。

假设CP的长度是N_g，加CP后的信号为x¹，那么x¹为：

x¹＝(x(N-1-N_g)，x(N-N_g)，...，x(N-1)x(0)，x(1)，...x(N-1))

步骤104，将加CP后的信号分别从M个发送天线同时发送出去。

下面简单说明接收设备在频率检测的情况。为了方便说明，假设接收机只有一个接收天线，并假设第i个发送天线与该接收天线在子载波k上的信道频率响应为H_i(k)，其中i＝1,...M，那么第k个子载波上的接收信号r(k)为：

$r\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{H}_i\left(k\right)X\left(k\right)e^{-j2\mathrm{\πk}{a}_i/N}+\mathrm{\η}\left(k\right)$

$=X\left(k\right)\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{H}_i\left(k\right)e^{-j2\mathrm{\πk}{a}_1/N}+\mathrm{\η}\left(k\right),k=0,\·\·\·N-1---\left(a1\right)$

其中η(k)为第k个子载波上的复高斯噪声，从上式可以看出这个系统可以等效成单天线系统：

$r\left(k\right)=\tilde{H}\left(k\right)X\left(k\right)+\mathrm{\η}\left(k\right),$ 其中 $\tilde{H}\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{H}_i\left(k\right)e^{-j2\mathrm{\πk}{a}_i/N}$

因为同步信号对发送端和接收都是预先设置好的，所以接收进行同步信号检测时可以采用如下的方法：

$\mathrm{\ρ}=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{|r(l*m+i)X*(l*m+i)|}^2$

其中m是相干子载波的宽度，即认为连续的m个子载波上的信道响应是相关的，可以进行相干加；L*m＝N，X*(l*m+i)表示对同步信息X*(l*m+i)的取共轭运算。

在同步检测时会设置一个门限Λ，如果ρ＞Λ，则认为同步上了，否则继续进行搜索直到满足条件为止，即进行频域相关。从这个等效信道可以看出，对信号的循环移位等效于在信道中引入虚拟的多径，多径的引入就加强了信道的频率选择性，从而可以获得频率分集增益，以避免使同步信道长时间处于衰减小或长时间处于衰减大的状态。众所周知，如果信道长时间处于衰减大的状态，就很难检测出同步信号来达到同步。上面介绍的循环延迟发送方法把所有的发送天线等效成一个发送天线，不需要完成确认每个发送天线的操作，降低了复杂度，由于接收端无需知道发送天线的个数和每个天线上循环移位的位数，因此天线上循环移位的位数可以随机的改变，只要保证选择同一个同步信号的多个天线上循环移位位数不同，且同时随机选择的循环移位位数不能超过OFDM符号的长度。对于下面的相位旋转方法也是类似的，就是每个天线上的相位旋转数也可以随机的改变。

循环延迟发送的方法也可以在时域利用时域上的重复结构来完成同步检测，如采用恒定幅度零自相关(constant amplitude zero auto-correlation，CAZAC)序列作为同步信息，这个序列的特点是与其本身进行相关时的相关值最大，而与其循环移位后的序列进行相关时的相关值为0；若同步信息分布在一个OFDM符号的等间隔频率位置，这样在时间上就会出现重复的结构，利用时域上前后重复的结构来进行相关可以完成同步检测。下面以时域上对称结构即重复一次为例来说明时域的同步过程，假设同步信息由CAZAC序列中的一种广义类彻普(Generalized Chirp Like，GCL)序列生成，设N_d为有效子载波的个数，则生成的原始序列为

$S_u\left(k\right)=\exp \{-j2\mathrm{\πu}\frac{(k+1)}{2N_G}\},k=0,\·\·\·,N_G-1;u=1,\·\·\·N_G-1,$ 其中N_G为大于N_d/2的最小素数，u为序列的编号，k为某一序列中元素的编号。此时共得到N_G-1个长度为N_G的序列，将该N_G长的序列进行截短得到N_d/2长的序列作为有效的频域同步信息，另外，原始序列S_u(k)中的N_G也可以为小于N_d/2的最大素数，则将N_G长的序列进行循环延长得到N_d/2长的序列作为有效的频域同步信息。把该同步信息从第一个有效子载波开始每间隔一个子载波放在OFDM的N_d个有效子载波上，并添加N_n个虚子载波，得到在频域N个子载波上发送的信号为 其中N＝N_d+N_u，N等效于IFFT的长度。经过IFFT后得到具有对称结构的时域序列为x＝(x₁，x₂，…，x_N/2，x₁，x₂，…，x_N/2)。

对经过IFFT后得到的序列x采用循环移位的方法发送，为了分析方便假设有两个发送天线，一个接收天线，且第一个不移位，第二个循环移位一位，得到的时域序列为x＝y₁+y₂，其中y₁＝(y₁₁，y₁₂)，y₁₁＝y₁₂＝h₁*(x₁，x₂，…，x_N/2)，y₂＝(y₂₁，y₂₂)，y₂₁＝y₂₂＝h₂*(x_N/2，x₁，x₂，…，x_N/2-1)，h₁，h₂分别是第一、第二个发送天线到接收天线之间的信道响应，假设都是平坦的(为了分析方便)，然后利用接收序列x的时域重复特性进行相关来完成同步，即把接收序列x的后半部分与前半部分进行相关，当前半部分和后半部分相同时相关性最强，即找到此时的相关峰值来确定同步位置，设在两根天线上的相关值为

$\mathrm{\ρ}=|(y_{12}+y_{22})*{(y_{11}+y_{21})}^T|=|y_{12}^{*}{y}_{11}^T+y_{12}^{*}{y}_{21}^T+y_{22}^{*}{y}_{11}^T+y_{22}^{*}{y}_{21}^T|=({\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2)\mathrm{\Λ},$ 其中 $\mathrm{\Λ}=\underset{i=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|x_i\right|}^2$ 是序列的相关峰值，因为h₁，h₂是不同天线上的响应，同时衰落的概率很小，故通过不同天线上的循环移位在时域上相关也可以提高同步检测性能，同样也适用于信道是多径时，检测的方法类似。

当把该同步信息从第二个有效子载波开始每间隔一个子载波放在OFDM的N_d个有效子载波上，并添加N_n个虚子载波，得到在频域N个子载波上发送的信号为 在频域移位等效于在时域上相位的旋转，则经过IFFT后得到的序列为 $x\left(n\right)=e^{j2\mathrm{\πn}/N}\·\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)\·e^{j2\mathrm{\πkn}/N},$ 即x＝(x₁，x₂·e^j2π/N，…，x_N/2·e^{j2π(N/2-1)/N}，x₁·e^j2π/2，x₂·e^{j2π(N/2+1)/N}，…，x_N/2·e^j2π(N-1)/N)。对经过IFFT后得到的序列x采用循环移位的方法发送，为了分析方便假设有两个发送天线，一个接收天线，且第一个不移位，第二个循环移位一位，得到的时域序列为x＝y₁+y₂，

其中y₁＝(y₁₁，y₁₂)，y₁₁＝y₁₂＝h₁*(x₁，x₂·e^j2π/N，…，x_N/2·e^{j2π(N/2-1)/N}，)，y₂＝(y₂₁，y₂₂)，y₂₁＝y₂₂＝h₂*(x₁·e^j2π/2，x₂·e^{j2π(N/2+1)/N}，…，x_N/2·e^/2π(N-1)/N)＝h₂*(x₁·e^jπ，x₂·e^j2π/N·e^jπ，…，x_N/2·e^{j2π(N/2-1)/N}·e^jπ)，＝h₂*(-x₁，-x₂·e^j2π/N，…，-x_N/2·e^{j2π(N/2-1)/N})

 h₁，h₂分别是第一、第二个发送天线到接收天线之间的信道响应，则在两根天线上的相关值为：

$\mathrm{\ρ}=|(y_{12}+y_{22})*{(y_{11}+y_{21})}^T|=|y_{12}^{*}{y}_{11}^T+y_{12}^{*}{y}_{21}^T+y_{22}^{*}{y}_{11}^T+y_{22}^{*}{y}_{21}^T|=({\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2)\mathrm{\Λ},$ 其中 $\mathrm{\Λ}=\underset{i=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|x_i\right|}^2$ 是序列的相关峰值。

上面所述的实施例中所有发送天线上的同步信号，唯一的区别是循环的移位位数不同。假设系统可以支持2，3，4等多个发送天线，其中2个发送天线是基本配置，则两个天线上的同步信道可以是相同的(两个天线上的同步信道在一帧中占用相同的时频单元，且同步信道中的同步信息是相同的)，如图2所示；两个天线上的同步信道也可以是正交的，这里的正交可以是频率正交(如图4所示)、码正交、时间正交或时间、码、频率任意组合的正交，当系统的发送天线数大于2时，就可以在增加的发送天线上对天线1或天线2的上同步信号采用循环移位和相位旋转(下面介绍)的方法来发送，即增加的发送天线上的同步信号与天线1或2上的同步信号是相同的，区别是同步信号循环移位的位数或相位旋转角度与天线1或2上的不同。

下面以一个支持多天线配置方式的系统为例来说明本发明的方法，假设系统的基本配置是两个发送天线，这里记为天线1，天线2，两个天线上的同步信道是频率正交的如图4所示；天线1和2上的时域同步信号构成了同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合。当发送天线数为4时，在基本配置基础上增加的两个天线记为天线3和天线4；天线3或4在同步信道的OFDM符号时间单位内从基本配置的同步信号集合中选取一个作为本身的同步信号，并在选取同一个同步信号的所有天线上进行不同的循环移位。假设天线3，4分别选取天线1，2上的同步信号来进行循环移位发送如图4，当然天线3，4也可以分别选取2，1上的同步信号，或天线3，4选取的是同一个同步信号，这个同步信号可以是天线1的或天线2的，具体发送的框图如图5。图中的X₁，X₂是天线1，2上的时域同步信号，α_i，i＝1，2，3，4是每个发送天线上循环移位位数，这里把不移位看作循环移位位数为零的一种特殊循环移位方式，即α_i＝0；天线1，2上的移位位数不同，3，4上的移位位数不同。

从上所述可知，同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中可以包含一个同步信号或大于一个不同的同步信号，大于一个不同的同步信号信号是相互正交的，且发送天线数大于不同同步信号的个数。若上所述的同步信号集合中包含一个同步信号，则所有天线上选取的同步信号是相同的；若同步信号集合中包含大于一个不同的同步信号，则多于两个天线会选择同一个同步信号来进行循环延迟发送。

第二实施例：

从公式(a1)中可以看出，时域的循环移位等效于频域的相位旋转，换言之，可以通过直接在频域对同步信号加上相应的相位旋转达到在时域的循环移位的效果。本发明的第二实施例就是先在频域对同步信号进行相位旋转，然后在转换到频域进行后续操作。

图6为本发明第二实施例的发送流程示意图。参照图6，本发明的第二实施例包括以下步骤：

步骤201，对于每个天线，选择同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个频域同步信号X₁，按照发送天线上设置的相位旋转数将同步信号占用的每个子载波上的信号来进行相位旋转操作，得到M个相位旋转后的同步信号x_i，其中i＝1，...M，M表示的是发送天线数，为了方便这里假设同步信道占用一个OFDM符号中的全部子载波。所述相位旋转操作如下式所示：

$x_i\left(k\right)=x_i\left(k\right)e^{-j2\mathrm{\πk}{a}_j/N},$ 其中k＝0，1，…N-1，α_i，i＝1，…，M是每个天线上的相位旋转数。

那么相位旋转后的信号为x_i＝(x_i(0)，x_i(1)，…，x_i(N-1))。

步骤202，将所述的经过相位旋转后的M个同步信号所在的频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到M个时域OFDM符号。反傅立叶变换可以通过IFFT来实现，IFFT操作与步骤101中的过程是一致的，这里不再赘述。

步骤203，将所述的M个时域OFDM符号分别加上CP。这里加CP的过程与步骤103中的过程相同，这里不再赘述。

步骤204，将加CP后的信号分别从M个天线上同时发送出去。

步骤201所述的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中可以包含一个同步信号或大于一个不同的同步信号，具体的情况与循环移位方法中的类比，这里不再赘述。

经过本发明第二实施例的方法发送出去同步信号，在第k个子载波上接收的信号r(k)为：

$r\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{H}_i\left(k\right)x_i\left(k\right)+\mathrm{\η}\left(k\right)$

$=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{H}_i\left(k\right)X\left(k\right)e^{-j2\mathrm{\πk}{a}_i/N}+\mathrm{\η}\left(k\right),k=\mathrm{0,1}\·\·\·N-1---\left(a2\right)$

比较公式(a1)和(a2)，可以看出对于利用第一实施例和第二实施例发送出去的同步信号，在接收端检测到的是相同的结果。

若同步信道占用一个OFDM符号的部分子载波或全部子载波，都可以采用上面频域相位旋转的方法来对每个发送天线上的同步信号进行相位旋转，然后分别进行IFFT操作，加CP发送即可；若同步信道占用一个OFDM符号的所有子载波或部分子载波，也可以采用上述循环延迟发送的方法。在时域或频域的同步检测与上面介绍的一样，此处就不再赘述。

无线系统中的同步信道可以根据功能或实现步骤划分为基本同步信道(或主同步信道)和第二同步信道(或次同步信道)。基本同步信道主要实现符号同步、时隙同步、帧同步和频率同步等功能，帧同步也可以在第二同步信道来确定；第二同步信道的功能主要为确定小区扰码序列并识别小区指示，进一步获取天线配置等小区相关信息等。基本同步信道可以是小区非特定的，即每个小区中基本同步信道的设置是一样的，亦即在一帧中占用相同的时频资源，且发送同样的同步信息；也可以是小区特定的，即不同小区的同步信道设置不同。若非特定小区是同时发送信息时，就可以在小区之间采用循环延迟或相位旋转的方法来发送同步信息。而同一个基站下的不同扇区的基本同步信道是非特定的，若第二同步信道指示的是帧头的具体位置时，则扇区之间也可以是非特定的，即不同扇区的第二同步信道也是一样的，这样就可以在不同扇区的所有发送天线之间对同步信号采用上述的循环延迟或频域相位旋转的发送方法。这样就会提高扇区边界处的同步检测性能，对扇区内部的同步性能没有影响。

除了上面所述的同步信号发送方法，还提出了如下的同步信号发送设备。

图8A所示的一种多天线小区同步信号的发送设备，该设备采用循环移位的方法。如图8A所示，该设备包括属于同一小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个循环移位模块，M个循环前缀添加模块，其中M是大于1的自然数。其中循环移位模块，用于将对应的天线选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照对应的发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，得到经过循环移位后的同步信号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；循环前缀添加模块，用于将所述的经过循环移位后的同步信号加上各自的循环前缀，并传输给对应的发送天线；发送天线用于将对应的经过加循环前缀后的同步信号发送出去。

图8B所示的一种多天线小区同步信号的发送设备，该设备采用相位旋转的方法。如图8B所示，该设备包括属于同一小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个相位旋转模块、M个反傅立叶变换模块，其中M为大于1的自然数。其中相位旋转模块，用于将对应的天线选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照发送天线上设置的相位旋转数将同步信号占用的每个子载波上的信号来进行相位旋转操作，得到经过相位旋转后的同步信号，并将其传输给对应的反傅立叶变换模块；反傅立叶变换模块，用于将所述的经过相位旋转后的同步信号所在的频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到时域OFDM符号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；循环前缀添加模块，用于将所述的时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后将其传输给对应的发送天线；发送天线用于将对应的经过加循环前缀后的时域OFDM符号发送出去。

图8C所示的一种多个小区间同步信号的发送设备，该设备采用循环移位的方法。如图8C所示，该设备包括属于多个小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个循环移位模块，M个循环前缀添加模块，其中M是大于1的自然数。其中循环移位模块，用于将对应天线的选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号按照对应的发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，得到经过循环移位后的同步信号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；循环前缀添加模块，用于将所述的经过循环移位后的同步信号分别加循环前缀，并传输给对应的发送天线；发送天线用于将对应的经过加循环前缀后的同步信号发送出去。在图8C中，仅画出了三个小区，但是本发明显然不局限与此。优选地，所述多个小区为同一个基站下的不同扇区。

图8D所示的一种多个小区间同步信号的发送设备，该设备采用相位旋转的方法。如图8D所示，该设备包括属于多个小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个相位旋转模块、M个反傅立叶变换模块，其中M为大于1的自然数。其中相位旋转模块，用于将对应天线选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号按照对应的发送天线上在同步信道占用的每个子载波上设置的相位旋转数进行相位旋转操作，得到经过相位旋转的同步信号，并将其传输给对应的反傅立叶变换模块；反傅立叶变换模块，用于将所述的经过相位旋转后的同步信号所在频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到时域OFDM符号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；循环前缀添加模块，用于将所述的时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后将其传输给对应的发送天线；发送天线用于将对应的经过加循环前缀后的时域OFDM符号发送出去。在图8D中，仅画出了三个小区，但是本发明显然不局限与此。优选地，所述多个小区为同一个基站下的不同扇区。

以上所述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。

Claims (42)

1、一种多天线小区同步信号的发送方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A.对应于每根天线，选择同步信道的正交频分复用OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，对于所有天线，得到天线数个经过循环移位后的同步信号；

B.将所述的经过循环移位后的天线数个同步信号分别加上各自的循环前缀，然后从各自的发送天线上同时发送出去。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合包含一个同步信号或大于一个的不同的同步信号。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的同步信号集合包含的大于一个的不同的同步信号是相互正交的。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择同一个同步信号的所有发送天线上设置不同的循环移位位数。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，选择同一个同步信号的所有发送天线上的循环移位位数是随机改变的。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的天线数大于同步信号集合中同步信号的个数。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同步信道在一个OFDM符号中占用的子载波为全部子载波或部分子载波。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波为连续的或间隔的。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波位于OFDM符号的中间频率或其它位置。

10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同步信道中的同步信息由恒定幅度零自相关序列生成。

11、一种多天线小区同步信号发送方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：

A.对应于每根天线，选择同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照发送天线上设置的相位旋转数将同步信号占用的每个子载波上的信号来进行相位旋转操作，对于所有发送天线得到发送天线数个经过相位旋转后的同步信号；

B.将所述的经过相位旋转后的天线数个同步信号所在的频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到天线数个时域OFDM符号；

C.将所述的天线数个时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后从各自的天线上同时发送出去。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合包含一个同步信号或大于一个的不同的同步信号。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的同步信号集合包含的大于一个的不同的同步信号是相互正交的。

14、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，选择同一个同步信号的所有发送天线上设置不同的相位旋转数。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，选择同一个同步信号的所有发送天线上设置的相位旋转数是随机改变的。

16、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的天线数大于同步信号集合中同步信号的个数。

17、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述同步信道在一个OFDM符号中占用的子载波为全部子载波或部分子载波。

18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波为连续的或间隔的。

19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波位于OFDM符号的中间频率或其它位置。

20、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，同步信道中的同步信息由恒定幅度零自相关序列生成。

21、一种多个小区间同步信号的发送方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：

A.将同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号按照所述多个小区中各发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，得到多个小区的发送天线数个经过循环移位后的同步信号；

B.将所述的经过循环移位后的多个小区的发送天线数个同步信号分别加循环前缀，然后从各自的发送天线上同时发送出去。

22、根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述同步信道在一个OFDM符号中占用的子载波为全部子载波或部分子载波。

23、根据权利要求22所述的方法，其特征在于，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波为连续的或间隔的。

24、根据权利要求23所述的方法，其特征在于，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波位于OFDM符号的中间频率或其它位置。

25、根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述多个小区为同一个基站下的多个扇区。

26、根据权利要求25所述的方法，其特征在于，同步信道中的同步信息由恒定幅度零自相关序列生成。

27、根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述多个小区中各发送天线上设置不同的循环移位位数。

28、根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述多个小区中各发送天线上设置的循环移位位数是随机改变的。

29、一种多个小区间同步信号的发送方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：

A.将同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号按照所述多个小区的每个发送天线上设置的相位旋转数对同步信号占用的每个子载波上的信号进行相位旋转操作，得到多个小区的发送天线个数个经过相位旋转的同步信号；

B.将所述的经过相位旋转后的多个小区的发送天线数个同步信号所在的频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到多个小区的发送天线数个时域OFDM符号；

C.将所述的多个小区的发送天线数个时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后从各自的天线上同时发送出去。

30、根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述同步信道在一个OFDM符号中占用的子载波为全部子载波或部分子载波。

31、根据权利要求30所述的方法，其特征在于，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波为连续的或间隔的。

32、根据权利要求31所述的方法，其特征在于，同步信道在一个OFDM符号占用的部分子载波位于OFDM符号的中间频率或其它位置。

33、根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述多个小区为同一个基站下的不同扇区。

34、根据权利要求29所述的方法，其特征在于，同步信道中的同步信息由恒定幅度零自相关序列生成。

35、根据权利要求29所述的方法，其特征在于，同步信道在多个小区的每个发送天线上的相位旋转数是不同的。

36、根据权利要求29所述的方法，其特征在于，同步信道在多个小区中每个天线上的相位旋转数是随机改变的。

37、一种同步信号发送设备，用于发送多天线小区同步信号，其特征在于，该设备包括属于同一小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个循环移位模块，M个循环前缀添加模块，其中M是大于1的自然数，其中

循环移位模块，用于将对应的天线选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照对应的发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，得到经过循环移位后的同步信号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；

循环前缀添加模块，用于将所述的经过循环移位后的同步信号加上各自的循环前缀，并传输给对应的发送天线；

发送天线用于将对应的经过加循环前缀后的同步信号发送出去。

38、一种同步信号发送设备，用于发送多天线小区同步信号，其特征在于，该设备包括属于同一小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个相位旋转模块、M个反傅立叶变换模块，其中M为大于1的自然数，其中

相位旋转模块，用于将对应的天线选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号集合中的一个同步信号，按照发送天线上设置的相位旋转数将同步信号占用的每个子载波上的信号来进行相位旋转操作，得到经过相位旋转后的同步信号，并将其传输给对应的反傅立叶变换模块；

反傅立叶变换模块，用于将所述的经过相位旋转后的同步信号所在的频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到时域OFDM符号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；

循环前缀添加模块，用于将所述的时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后将其传输给对应的发送天线；

发送天线将对应的经过加循环前缀后的时域OFDM符号发送出去。

39、一种同步信号发送设备，用于发送多个小区间同步信号，其特征在于，该设备包括属于多个小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个循环移位模块，M个循环前缀添加模块，其中M是大于1的自然数，其中

循环移位模块，用于将对应的天线选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号按照对应的发送天线上设置的循环移位位数进行时域循环移位操作，得到经过循环移位后的同步信号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；

循环前缀添加模块，用于将所述的经过循环移位后的同步信号分别加循环前缀，并传输给对应的发送天线；

发送天线用于将对应的经过加循环前缀后的同步信号发送出去。

40、根据权利要求39所述的发送设备，其特征在于，所述多个小区为同一个基站下的不同扇区。

41、一种同步信号发送设备，用于发送多个小区间同步信号，其特征在于，该设备包括属于多个小区的M个发送天线以及与其相互对应的M个相位旋转模块、M个反傅立叶变换模块，其中M为大于1的自然数，其中

相位旋转模块，用于将对应天线选择的同步信道的OFDM符号时间单位内的同步信号按照对应的发送天线上在同步信道占用的每个子载波上设置的相位旋转数进行相位旋转操作，得到经过相位旋转的同步信号，并将其传输给对应的反傅立叶变换模块；

反傅立叶变换模块，用于将所述的经过相位旋转后的同步信号所在频域OFDM符号分别进行反傅立叶变换，得到时域OFDM符号，并将其传输给对应的循环前缀添加模块；

循环前缀添加模块，用于将所述的时域OFDM符号加上各自的循环前缀，然后将其传输给对应的发送天线；

发送天线将对应的经过加循环前缀后的时域OFDM符号发送出去。

42、根据权利要求41所述的发送设备，其特征在于，所述多个小区为同一个基站下的不同扇区。

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