专利名称：使用多项式相消编码的ofdm中的同步的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及无线OFDM通信系统，具体地涉及用于在这种 系统中实现改进的信道同步的方法和设备。
背景技术：
近年来，正交频分复用(OFDM)已经赢得了相当大的关注。然 而，OFDM对载波频率偏移极其敏感，这些载波频率偏移主要是由发 射机和接收机的载频振荡器的固有不稳定性造成的。而且，必须在可 接受的前端(preamble)周期内获得符号定时同步。这是由于符号定 时误差可能因为快速傅立叶变换(FFT)窗口能够包括相邻OFDM符 号分量而造成符号间干扰(ISI)的事实。为了确保无ISI检测，需要 关于符号边界所处位置的精确定时信息以确保所接收的OFDM符号 的未破坏部分能够被采样用于FFT。
在无线通信系统中，所谓的随机接入信道(RACH)是上行链路 信道，其总是从整个小区接收的。RACH携带要报告给基站(BS)的 用户终端(UT)标识号、能力种类等等的消息以及用于从BS请求系 统配置信息的命令。为了确保与BS同步，RACH通常还携带导频序 列。
RACH的设计通常很大程度上依赖于无线电接入策略，例如物理 (PHY)层接入技术、帧结构、同步方法等等。对于基于OFDM的移 动通信系统，RACH可以通过考虑OFDM的时频域特性而具有更多选择。
参照IEEE802.16-2004标准，初始测距(ranging)帧由于两个前 端OFDM符号而效率不高。与WCDMA系统中用户特定的PRACH 加扰(scrambling)相比，其由于初始测距帧中的单一前导冲莫式而不 太有效。另外，802.16-2004是用于固定宽带的无线接入系统，其初始 测距对于蜂窝系统而言不是很好。
然而，WCDMARACH的方法不能用于OFDM系统，这是因为在 OFDM系统中加扰码通常不是强制性要求。通常RACH是基于竟争的信道。UL同步基于用户特定的导频序 列。需要一组预置正交导频序列。在WCDMA系统[l]中，RACH特 征在于冲突风险以及利用开环功率控制进行传送。IEEE802.16-2004[2] 还采用称为初始测距的基于竟争的随机接入，其中使用开始于长前端 的特定帧结构。
因此，需要改进基于OFDM的通信系统的同步。
发明内容
本发明的总体目标是在基于OFDM的电信系统中提供改进的同步。
进一步的目标是在基于OFDM的电信系统中实现鲁棒的 (robust)、简单的、灵活的且高效的同步。
具体目标是为基于OFDM的电信系统中的上行链路提供改进的 信道结构。
根据基本方面，本发明包括初始提供(SO)符号以用于传输， 和选择(SI )至少两个载波频率，之后为选择的频率确定(S2)相应 的加权参数，以及最后根据加权参数在所有选择的频率上传送(S3) 符号，从而在OFDM电信系统中的两个节点之间实现改进的信道同 步。
本发明的优点包括 实现鲁棒的同步方法 实现简单且灵活的同步方法 实现高效的同步方法
本发明以及其更多目标和优点可以通过参照以下描述并结合附 图来最好地理解，在附图中 图1是通信系统的示意图； 图2是OFDM调制的示意流程图； 图3是本发明的一个实施例的示意流程图； 图4是图示本发明和现有技术的脉冲形状的对比的示图； 图5是图示现有技术和本发明不同实施例的脉冲形状的对比的示图6a-b是图示本发明的一个实施例的时域功率形状和周期性的 示图6c-d是图示本发明的另一实施例的时域功率形状和周期性的 示图7是根据本发明的设备的实施例的示意图。
缩写
OFDM 正交频分复用
RACH 随机接入信道
PCC 多项式相消码
UL 上行链路
FFT 快速4專立叶变换
IFFT 反向快速傅立叶变换
具体实施例方式
本发明将主要是在基于OFDM的无线电信系统中用于上行链路 (UL)的随机接入信道(RACH)的背景下描述的。然而，其同样可 应用于下行链路中的 一 般同步方法或者用于闭环同步信道。
图1图示了本发明能够应用于其中的系统。该系统包括多个通信 节点，例如基站(BS),所述基站经由上行链路(UL)和下行链路 (DL)信道与多个用户终端(UT)进行通信。
图2图示了 OFDM的一般功能块。典型的OFDM发射机TX将信 息流转换成串行PSK或QAM符号。该串行流然后被转换成在反向FFT 操作中调制的并行流。IFFT流的输出然后被串行化并由单个载波调 制。接收机侧RX与发射机同步并且之后实施反向过程，其中所接收 的数据被分回成由FFT处理的并行流。FFT的输出然后被串行化为单 个流以用于解码。
相应地，本发明的一个实施例公开了用于基于OFDM的UL的阵 机接入信道(RACH),其中通过组合OFDM中的多个邻近子载波来 传送符号。组合加权是根据已知方法即多项式相消编码(PCC) [3-5] 来确定的。根据基本的实施例，如图3所示，提供SO符号以例如在OFDM 系统中的基地收发站(base transceiver station)处进行传输。之后选 择SI至少两个载波频率以用于携带所提供的符号。根据所选择的载 波，为每个选择的载波频率确定S2加权参数或关系。最后，根据确 定的权重，在每个所选择的载波频率上传送S3所提供的符号。
所选择的载波频率数决定了信道的鲁棒性级别，即更多选择的载 波确保更高程度的鲁棒性。因而，根据特定的实施例，能够根据所请 求的服务质量、或通信类型、或某一其它参数来选择载波数。对于又 一特定的实施例，初始同步尝试能够基于较少的载波数。如果尝试失 败，则能够提高(ramp up)或增加载波数直到同步尝试成功为止。
根据一个实施例选择要使用哪些载波是随机执行的，或者根据另 一实施例是基于某种预定的选择方案。
发明人已经认识到利用所谓的多项式相消编码PCC提供了各所 选择的载波频率的加权参数之间接近最优的关系。然而，PCC没有简 单的时域周期性，但时域周期性能够通过用已知序列(例如已知的附 加导频符号)乘上PCC来获得。因而，附加导频符号能够在初始的粗 同步期间被引入到UL,接着是基于所传送的时域周期性的更精细同 步。与传统的OFDM相比，在频域中PCC具有更尖4兌(sharper)的 脉沖形状，这实现抗频率偏移和多普勒频移的更好的鲁棒性。
另外，利用PCC实现了灵活的解决方案，其中能够利用变化的载 波频率数，从2变化到任一较高值。使用的子载波越多，能够获得的 性能越好。因而，本发明所建议的RACH能够保持在固定的功率但具 有增加的组合比(combining ratio )以获得随机接入。
如发明人所认识到的，多项式组合编码为快速傅立叶变换FFT提 供接近最优的多音调组合而无需脉冲滤波器。参照[3-5]，对于k个子 载波的组，子载波的最优相对加权恰好是多项式(1-x) k"的系数。例如， (1， -1 )是2音调组的PCC权重，而(l， -3， 3， -1)是4音调组的PCC 权重，等等。
如前所述，PCC具有非常好的脉冲形状，这使得能够有效地降低ICI (某些情况下10-20dB)，因此其相对频率偏移和多普勒频移是非常鲁 棒的。图4和图5图示了根据本发明的PCC-FFT和已知的双音调FFT 的脉冲形状，这清楚示出了根据本发明的PCC-FFT的改进脉冲形状。图5中的左侧子图分别示出了复合序列的2-音调-PCC和4-音调 -PCC的时域功率形状，这表明PCC的时域功率集中在中心部分。因 而，PCC还具有与长于循环前缀的大的延迟扩展相比来说明显更好的 频谱滚降。 ，
对于给定的序列{X(m), m=l M}，其2-音调-PCC的频域表达式
为
L_ y(〃'), it = 2附
(1)
(2)
对于其4-音调.-PCC,频域信号被表示为
>("')，"(4,"-3)'"
-3.Jr(/").A=(4/" —2) ,,, ,、 ,w = 1 ~ M
3J(/"), "(4/"-l)
-外")，A = 4,"
将(x(l)， H1 M)表示为IFFT[{X(m)}]，则能够导出2-音调-PCC的 时域信号》2 = ")] = " (")，" = 1 ~ 2M}为
h(") = ;c("%M)'
^广 "、、
1 一 exp 2々
、 2A/
2M
(3)
乂乂
其中a。/ob代表a对b的模。4-音调-PCC的时域信号么为
^(") = ;<:("0/0对
1 - 3 expf 2巧..+ 3 expf 2《 2"、
楊
exp| 2; /
3"
、、
，w=l~4M
乂乂
(4)
因而，时域周期性能够通过利用对应序列对PCC时域信号加权来 获得，即
-，w-l 2A/
-exp
、
(5)
乂
1 - 3exp 2; /
'3exp
2々
、、
w = 1 ~ 4AY
(6)
加权后的PCC信号^和？4绘于图6的右侧两子图中。加权后的PCC的时域周期性能够被用于更精细的同步。然而，预先粗同步对于
RACH仍是需要的。如果不借助同步导频，则能够使用所接收的PCC 信号的中心密集(central-condensed)功率图案。为了使时域同步更加 方便，优选地在FFT符号的开头(其中PCC信号具有很小的功率) 能够周期性地向时域PCC信号添加特定的导频序列。在粗同步的第一 步骤后，从所接收的信号中减去预置同步导频序列以得到纯PCC信 号。
然而，应当理解加权因子能够以除PCC之外的某一其它方式来确 定。因而，本发明不限于PCC。下面，公开了根据本发明的可能加权 策略的几个其它示例。
如已经阐述的，本发明公开了用于基于OFDM的UL的RACH结 构。要点是在OFDM中通过沿着频域引入重复码的多音调传输。存在 重复码的若干候选方案，即
*在多个邻近子载波上重复符号而不用任何加权。这种方法不会 从脉冲形状中获益。
*用给定扩展码例如Walsh (沃尔什)码来扩展符号，其中组合 比限于2的幂。
*用多项式相消编码(PCC)来扩展符号，已知其对于IFFT/FFT 实施方式是最优的。因此，PCC是本发明最感兴趣的方法。
为了实现先前描述的方法，参考图7描述了一种设备。与本发明 的方法一致，该设备包括用于提供符号以供传输的单元10、用于为所 提供的符号选择多个载波频率的单元11、用于为各个所选择的载波频 率确定适合的加权参数的单元12、以及用于根据所确定的加权参数在 所选择的载波频率上传送符号的单元13。该设备能够被提供在通信系 统的节点(即基站、中继站、用户终端)中。以相应的方式，接收节
表示，以及根据符号对信道^;/同步，并且具有用于上述功能的装置。
在基于OFDM的RACH中的子载波组合具有若干优点 *频域中的更好脉冲形状，这相对于频率偏移或多普勒频移是鲁 棒的。这也意味着比传统OFDM具有更好的同步和接收机性能。
*更好的时域功率滚降，这相对于大的延迟扩展来说是良好的。 *组合比能够非常灵活，从2变化到任何较高值。组合的子载波越多，能够获得的性能越好。因而，RACH能够保持在固定的功率但
组合比上升以获得随机接入。
*这种子载波组合具有加权的时域周期性，这能够用于同步。 *而且，这种结构能够用导频或不用导频进行设计。仅数据的
RACH的示例以给定组合比来传送数据符号，这比基于导频的RACH
更为高效。
本发明的方法和设备的优点包括
鲁棒性基于PCC的子载波组合给出了良好的频谱滚降和脉冲形 状，这相对于频率偏移或多普勒频移来说是非常鲁棒的。加权子载波 组合信号的时域周期性使得同步成为可能。而且，该结构仍然基于 IFFT/FFT，即在OFDM中的子载波之间保持正交性。
简单且灵活子载波组合结构仍然基于IFFT/FFT实施方式，与 典型的OFDM调制相比其引入的复杂度可忽略不计。组合比4艮灵活， 从2变化到更高值以达到不同的鲁棒性级别。
效率这种RACH结构能够用导频或不同导频进行设计。仅数据 的帧与传统的基于导频的RACH相比非常高效。
本领域技术人员将会理解，在不偏离由所附权利要求限定的本发 明范围的情况下可以对本发明做各种修改和变化。参考文献 J. Armstrong, "ymproued dafa fransmission," Australian patent application P08271, 1997.
[4j J. Armstrong, "R%nomi'aZ canceWaft'on codi'ngr o/ OFDAf reduce ■fritercam'er i'nfe;/erence due to Doppter spread," IEEE Globecom, vol. 5， pp. 2771-2776, 1998.
问K. Seaton and J. Armstrong, "Po!jynomfa！ CanceHafion Codi'ng and Finrte Z (^"ererices", IEEE Transactions on Information Theoiy, January 2000.
问 J. Armstrong, J. Shentu and C. Tellambura, "Frequency/ DomcnVi EguaZization /or OFDM systems u>ff/a mapping o/ data onto swb-carn'er pairs and ouerZappfng sgmboZ periods", Proceedings of the 5th International Symposium on Communications Theory and Applications' England, July 1999, pp.102-104.
权利要求
1.一种在基于OFDM的电信系统中的两个节点之间实现信道同步的方法，其特征在于提供(S0)数据符号以用于传输；选择(S1)至少两个子载波频率；为所述选择的至少两个子载波频率中的每一个确定(S2)相应的加权参数，以及根据所述确定的加权参数在所述至少两个所选择的子载波中的每一个上传送(S3)所述提供的数据符号以实现所述信道的同步。
2. 根据权利要求1所述的方法，包括初始选择两个子载波频率， 以及针对所选择子载波频率的数量增加而重复确定、传送和选择的步 骤直到获得同步。
3. 根据权利要求1所述的方法，包括根据多项式相消编码来确定 所述相应的力口 4又参凄史。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述数据符号是预定导频符号。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述数据符号是有效载荷数 据符号。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述信道是上行链路信道。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述信道是下行链路信道。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述两个节点包括基站和用 户终端。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中所述两个节点包括两个用户 终端。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述信道是OFDM系统中 的随机接入信道。
11. 一种用于在基于OFDM的电信系统中的两个节点之间实现信 道同步的系统，其特征在于用于提供(10)数据符号以用于传输的装置； 用于选择(ll)至少两个子载波频率的装置； 用于为所述选择的至少两个子载波频率中的每一个确定(12)相 应的加权参数的装置，以及用于根据所述确定的加权参数在所述至少两个所选择的子载波中的每一个上传送(13)所述提供的数据符号以实现所述信道的同步的装置。
12. —种用于在基于OFDM的电信系统中使信道同步到另 一节点 的节点，其特征在于用于提供(10)数据符号以用于传输的装置；用于选择(11)至少两个子载波频率的装置；用于为所述选择的至少两个子载波频率中的每一个确定(12)相 应的加权参数的装置，以及用于根据所述确定的加权参数在所述至少两个所选择的子载波 中的每一个上传送(13)所述提供的数据符号以实现所述信道的同步 的装置。
13. —种在基于OFDM的电信系统中的传送节点，其特征在于 用于提供(10〕数据符号以用于传输的装置；用于选择(11 )至少两个子载波频率的装置；用于为所述选择的至少两个子载波频率中的每一个确定(12)相 应的加权参数的装置，以及用于根据所述确定的加权参数在所述至少两个所选择的子载波 中的每一个上传送.(13)所述提供的数据符号以实现所述信道的同步 的装置。
14. 一种在基于OFDM的电信系统中的接收节点，其特征在于 在信道上根据所确定的加权参数从另 一 节点接收在至少两个子载波频率上传送的符号的组合表示；根据所述接收的组合表示来同步所述信道。
全文摘要
一种在基于OFDM的电信系统中实现信道同步的方法初始提供(S0)符号以用于传输，以及选择(S1)至少两个载波频率，之后为选择的频率确定(S2)相应的加权参数，并且最后根据加权参数在所有选择的频率上传送(S3)符号。
文档编号H04L27/26GK101578835SQ200780049595
公开日2009年11月11日 申请日期2007年1月9日 优先权日2007年1月9日
发明者J·尼斯特伦, M·艾姆格伦, 蕾 万 申请人:艾利森电话股份有限公司