CN100539481C

CN100539481C - 正交频分复用通信系统子信道接入前导的产生方法

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Publication number: CN100539481C
Application number: CNB031278582A
Authority: CN
Inventors: 曹锋铭; 王海; 王家城
Original assignee: Beijing Samsung Telecommunications Technology Research Co Ltd; Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Beijing Samsung Telecommunications Technology Research Co Ltd; Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: CN1581739A

Abstract

一种用于正交频分复用通信系统子信道接入前导的产生方法，包括步骤：使用有用子载波传输信号，其他子载波不使用，即放置零；将可使用的有用子载波划分为子信道；在使用的子信道中的子载波中放置频域训练序列，其它子信道的子载波上放置零，并对其进行反傅立叶变换形成正交频分复用子信道接入前导。本发明的新的序列的PAPR值较低，可以减少对非线性功率要求，降低成本，同时减少非线性失真，提高估计性能。另一方面，能以更高的平均功率来调制序列，这样也可以提高估计性能。只需要使用一条序列，对应任一种子信道使用的频域训练序列，都可以从该条序列抽取而得，从而大大减少存储内存。采用新的序列不需要任何多余的控制信号，也就是说，不会给系统的MAC层带来任何冗余。

Description

正交频分复用通信系统子信道接入前导的产生方法

技术领域

本发明涉及正交频分复用通信接入(OFDMA)技术领域，具体地说，本发明主要涉及OFDMA通信系统物理层中一种新的OFDMA的接入前导(以下称preamble)。

背景技术

正交频分复用(OFDM)技术作为一种无线通信系统的高速传输技术早在60年代就提出来了。近些年来，由于数字信号处理技术和ASIC技术的飞速发展，OFDM系统的实现已经成为现实，OFDM技术再度受到关注和研究。OFDM作为下一代移动无线通信系统技术已经得到国内外公认。

OFDMA系统是基于OFDM技术的多址接入通信系统，在OFDMA系统中，所有的可用子载波被划分为子信道，根据划分方法不同，子信道可以含有一个或多个子载波。不同的子信道可以在同一时间内分配给不同的用户。这样更有效利用频带，提高系统容量。同时由于子信道的使用，降低了功率峰平比，有利于用户终端的移动化和提高小区的覆盖范围。

当某一用户使用某一子信道时，该用户只需要在该指定的子信道上传输数据。在很多OFDMA系统中，为了同步和信道估计的目的，用户在传输数据之前或在传输过程中传输一些训练符号，我们称为接入前导(Preamble)

实际OFDMA系统中的Preamble都是在频域上对已知的序列在特定的子信道上做IFFT得到，我们称该种序列为频域训练序列。

在高性能城域网规范Hiperman和IEEE802.16e的256FFT OFDM物理层中，共有256个子载波，标号为-128到127，但实际只用了标号为-100到100的200个子载波，其中零子载波不用。

除了256FFT OFDM模式以外，Hiperman还采用256FFT OFDMA模式，目前802.16e也采用256FFT OFDMA模式。256 OFDMA模式是将整个可用的子载波划分为多个子信道，在同一时间不同的用户在使用不同的子信道。对应每一子信道，都应有一种频域训练序列。

根据子信道Preamble设计原则，同时结合该Preamble实际使用环境。我们分析得出：目前的不同子信道Preamble还需要优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种正交频分复用接入通信系统中新的子信道接入前导产生方法。

为实现上述目的，一种用于正交频分复用通信系统子信道接入前导的产生方法，包括步骤：

使用有用子载波传输信号，其他子载波不使用，即放置零；

将可使用的有用子载波划分为子信道；

在使用的子信道中的子载波上放置频域训练序列，其它子信道的子载波上放置零，并对其进行反傅立叶变换形成正交频分复用子信道接入前导。

本发明的新的序列的PAPR值较低，由于较低的PAPR，减少对非线性功率要求，降低成本，同时减少非线性失真，提高估计性能。另一方面，低的PAPR时，能以更高的平均功率来调制序列，这样也可以提高估计性能；只需要使用一条序列。对应任一种子信道使用的频域训练序列，都可以从该条序列抽取而得，从而大大减少存储内存。采用新的序列不需要任何多余的控制信号，也就是说，不会给系统的MAC层带来任何冗余。

附图说明

图1是OFDMA发射机的系统图；

图2是OFDM发射机的系统图；

图3是循环前缀操作后的时域信号，其中，CP表示循环前缀；

图4是子信道的接入前导，其中Tg表示循环前缀的长度，Tb表示一个OFDM数据符号的长度。

具体实施方式

OFDMA系统基本原理是将整个OFDM子载波划为很多子载波组，我们称之为子信道。不同的用户在同一时间可以使用不同的子信道。OFDMA系统不仅继承了OFDM的优点，同时还具有更灵活的数据传输率，更大的系统容量和更大的覆盖范围。

OFDMA系统将整个频带从低到高划分为N个子载波，标号为[-N/2:N/2-1]，一般情况下，为了防止邻道干扰，位于频带边沿的子载波不被使用。同时为了实现上的方便，标号为零的子载波也不被使用。不使用的子载波置零，即不放置任何信号。

实际OFDMA系统中子信道的Preamble都是在频域上对已知的序列在特定的子信道上做IFFT得到，我们称该种序列为频域训练序列。

本发明针对的OFDMA系统基本参数为：

1)总的子载波数目为256，标号为[-128:127]；

2)使用的子载波数目为200，标号[-100:-1，1:100]；

3)用于传输导频的子载波数目为8，标号为

[-88，-63，-38，-13，13，38，63，88]；

4)位于保护带的子载波为55，标号为[-128:-101，101:127]。

该系统将200个可使用的子载波划为多个子信道，划分如下：

(1)当划分为十六个子信道时，子信道包含的子载波如下

S1：[-100:-98，-37:-35，1:3，64:66]；

S2：[-97:-95，-34:-32，4:6，67:69]；

S3：[-94:-92，-31:-29，7:9，70:72]；

S4：[-91:-89，-28:-26，10:12，73:75]；

S5：[-87:-85，-50:-48，14:16，51:53]；

S6：[-84:-82，-47:-45，17:19，54:56]；

S7：[-81:-79，-44:-42，20:22，57:59]；

S8：[-78:-76，-41:-39，23:25，60:62]；

S9：[-75:-73，-12:-10，26:28，89:91]；

S10：[-72:-70，-9:-7，29:31，92:94]；

S11：[-69:-67，-6:-4，32:34，95:97]；

S12：[-66:-64，-3:-1，35:37，98:100]；

S13：[-62:-60，-25:-23，39:41，76:78]；

S14：[-59:-57，-22:-20，42:44，79:81]；

S15：[-56:-54，-19:-17，45:47，82:84]；

S16：[-53:-51，-16:-14，48:50，85:87]；

(2)当划分为八个子信道时，子信道包含的子载波如下

S17：[-100:-95，-38：-32，1:6，64:69]；

S18：[-94:-89，-31:-26，7:13，70:75]；

S19：[-88:-82，-50:-45，14:19，51:56]；

S20：[-81:-76，-44:-39，20:25，57:63]；

S21：[-75:-70，-13:-7，26:31，89:94]；

S22：[-69:-64，-6:-1，32:38，95:100]；

S23：[-63:-57，-25:-20，39:44，76:81]；

S24：[-56:-51，-19:-14，45:50，82:88]；

(3)当划分为四个子信道时，子信道包含的子载波如下

S25：[-100:-89，-38:-26，1:13，64:75]；

S26：[-88:-76，-50:-39，14:25，51:63]；

S27：[-75:-64，-13:-1，26:38，89:100]；

S28：[-63:-51，-25:-14，39:50，76:88]；

(4)当划分为两子信道时，子信道包含的子载波如下

S29：[-100:-76，-50:-26，1:25，51:75]；

S30：[-75:-51，-25:-1，26:50，76:100]；

OFDM系统中，如图2所示，串行数据符号被分成块{p_j|j＝-N/2，...，N/2-1}(其中N为IFFT长度，j对应OFDM调制子载波(subcarrier)标号)，并行放置在相应的子载波上进行快速反傅立叶变换(IFFT)得到OFDM符号：

{s_{k} = \frac{1}{\sqrt{N}} \underset{j}{Σ} p_{j} * e^{j 2 jk / N} | j = - N / 2, . . ., N / 2 - 1, k = 0,1, . . ., N - 1}

IFFT后，对该OFDM数据信号进行循环前缀操作之后，经过数模变换和上变频通过天线发射出去。

p_j可以含有导频信号，另外，如果p_j是为频域训练序列的话，那么得到的OFDM符号为接入前导。

循环前缀操作之后的时域信号如图3所示。

对应于本发明的系统参数，p_j只在使用的子载波即标号为[-100:1，1:100]上放置有用符号(数据符号，导频或频域训练序列)，在其他的子载波上为零。

对应于OFDMA系统，如图1，如果某一用户使某一子信道时，当生成数据符号时，调制映射器出来的数据调制符号经过串并转换器生成与使用的子信道对应的符号块，通过子信道生成器选择相应的子信道，通过子信道装载映射器把对应的符号块相应的放置在子信道的子载波上，同时在相对应的子载波上放置导频信号。当要生成子信道的接入前导时，通过子信道频域序列生成器生成与该子信道相对应的频域序列后，通过子信道生成器选择相应的子信道，然后通过子信道装载映射器把对应的频域序列相应的放置在子信道的子载波上。子信道装载映射器出来的p_j只在该用户使用的子信道上的子载波上含有用信号，在其他的子载波上为零。然后对p_j进行IFFT操作。

当生成以上某一子信道的接入前导时，对应于该子信道的频域训练序列可以从下面的序列抽取而得：

Seq(-100:100)＝[-1+i，1+i，-1+i，1-i，-1-i，1-i，-1+i，1+i，

-1+i，-1+i，1+i，-1+i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，1-i，

1+i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，

1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，

1+i，1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，-1-i，

1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，-1-i，

1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1+i，-1+i，-1+i，1-i，1-i，1-i，

-1+i，-1+i，-1+i，1-i，-1+i，-1+i，1-i，1+i，1+i，-1-i，

1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，1-i，

-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，

-1-i，-1-i，0，1-i，-1+i，-1+i，1-i，-1+i，-1+i，1-i，

-1+i，-1+i，-1+i，1-i，1-i，1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，

-1-i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，

1+i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1+i，1+i，

1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，

1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，-1+i，1+i，1+i，

-1+i，1+i，-1-i，1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，1-i，

1-i，1+i，1-i，1-i，1+i，1-i，-1+i，-1-i，-1+i，1+i，

1+i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，

-1-i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，

-1+i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i]*W

这里只给出标号为从-100到100子载波上训练符号的值，其他位置为零，即标号为-128到-101和101到127的子载波上为零，其中W为一确定的系数，可以是任意实数或复数。该序列为一复数序列，序列的元素为复数，代表QPSK调制。

根据上述的频域训练序列，当使用某一子信道的用户要生成对应于该子信道的接入前导时，在序列Seq上对应于该子信道中的子载波标号的位置上抽取元素对应放在该子信道的子载波上。如果该子信道使用导频，那么同时在序列Seq上对应于该子信道使用的导频标号的位置上抽取元素对应放在相应导频的子载波上。其他的子载波不使用，即放置零。然后进行IFFT操作。生成的接入前导如图4所示。

Claims

1.一种用于正交频分复用通信系统子信道接入前导的产生方法，包括步骤：

使用有用子载波传输信号，其他子载波不使用，即放置零；

将可使用的有用子载波划分为子信道；

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述有用子载波为200个，标号为[-100：-1，1：100]。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于当使用以下十六个子信道中的任何一个时，

S1：[-100：-98，-37：-35，1：3，64：66]；

S2：[-97：-95，-34：-32，4：6，67：69]；

S3：[-94：-92，-31：-29，7：9，70：72]；

S4：[-91：-89，-28：-26，10：12，73：75]；

S5：[-87：-85，-50：-48，14：16，51：53]；

S6：[-84：-82，-47：-45，17：19，54：56]；

S7：[-81：-79，-44：-42，20：22，57：59]；

S8：[-78：-76，-41：-39，23：25，60：62]；

S9：[-75：-73，-12：-10，26：28，89：91]；

S10：[-72：-70，-9：-7，29：31，92：94]；

S11：[-69：-67，-6：-4，32：34，95：97]；

S12：[-66：-64，-3：-1，35：37，98：100]；

S13：[-62：-60，-25：-23，39：41，76：78]；

S14：[-59：-57，-22：-20，42：44，79：81]；

S15：[-56：-54，-19：-17，45：47，82：84]；

S16：[-53：-51，-16：-14，48：50，85：87]；

对应于该子信道的频域训练序列可以从下面的序列抽取而得，在下面序列Seq上对应于子信道的子载波标号位置上抽取元素对应放在该子信道的子载波上，其他的子载波不使用，即放置零，然后进行IFFT操作，

Seq(-100:100)＝[-1+i，1+i，-1+i，1-i，-1-i，1-i，-1+i，1+i，-1+i，-1+i，1+i，-1+i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，1-i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1+i，-1+i，-1+i，1-i，1-i，1-i，-1+i，-1+i，-1+i，1-i，-1+i，-1+i，1-i，1+i，1+i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，0，1-i，-1+i，-1+i，1-i，-1+i，-1+i，1-i，-1+i，-1+i，-1+i，1-i，1-i，1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1+i，1+i，1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，-1+i，1+i，1+i，-1+i，1+i，-1-i，1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，1-i，1-i，1+i，1-i，1-i，1+i，1-i，-1+i，-1-i，-1+i，1+i，1+i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i]*W，其中，W为一确定的系数。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于当使用以下八个子信道中的任何一个时，

S17：[-100：-95，-38：-32，1：6，64：69]；

S18：[-94：-89，-31：-26，7：13，70：75]；

S19：[-88：-82，-50：-45，14：19，51：56]；

S20：[-81：-76，-44：-39，20：25，57：63]；

S21：[-75：-70，-13：-7，26：31，89：94]；

S22：[-69：-64，-6：-1，32：38，95：100]；

S23：[-63：-57，-25：-20，39：44，76：81]；

S24：[-56：-51，-19：-14，45：50，82：88]；

Seq(-100：100)＝[-1+i，1+i，-1+i，1-i，-1-i，1-i，-1+i，1+i，-1+i，-1+i，1+i，-1+i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，1-i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1+i，-1+i，-1+i，1-i，1-i，1-i，-1+i，-1+i，-1+i，1-i，-1+i，-1+i，1-i，1+i，1+i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，0，1-i，-1+i，-1+i，1-i，-1+i，-1+i，1-i，-1+i，-1+i，-1+i，1-i，1-i，1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1+i，1+i，1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，-1+i，1+i，1+i，-1+i，1+i，-1-i，1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，1-i，1-i，1+i，1-i，1-i，1+i，1-i，-1+i，-1-i，-1+i，1+i，1+i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i]*W，其中，W为一确定的系数。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于当使用以下四个子信道中的任何一个时，

S25：[-100：-89，-38：-26，1：13，64：75]；

S26：[-88：-76，-50：-39，14：25，51：63]；

S27：[-75：-64，-13：-1，26：38，89：100]；

S28：[-63：-51，-25：-14，39：50，76：88]；对应于该子信道的频域训练序列可以从下面的序列抽取而得，在下面序列Seq上对应于子信道的子载波标号位置上抽取元素对应放在该子信道的子载波上，其他的子载波不使用，即放置零，然后进行IFFT操作，

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于当使用以下两个子信道中的任何一个时，

S29：[-100：-76，-50：-26，1：25，51：75]；

S30：[-75：-51，-25：-1，26：50，76：100]；

Seq(-100：100)＝[-1+i，1+i，-1+i，1-i，-1-i，1-i，-1+i，1+i，-1+i，-1+i，1+i，-1+i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，1-i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1+i，-1+i，-1+i，1-i，1-i，1-i，-1+i，-1+i，

-1+i，1-i，-1+i，-1+i，1-i，1+i，1+i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，0，1-i，-1+i，-1+i，1-i，-1+i，-1+i，1-i，-1+i，-1+i，-1+i，1-i，1-i，1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1+i，1+i，1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，-1+i，1+i，1+i，-1+i，1+i，-1-i，1-i，-1-i，1+i，1-i，1+i，1-i，1-i，1+i，1-i，1-i，1+i，1-i，-1+i，-1-i，-1+i，1+i，1+i，-1-i，1+i，-1+i，1+i，1+i，1+i，-1-i，-1-i，1-i，-1-i，-1-i，-1-i，-1+i，-1-i，-1-i，1+i，1+i，-1-i，-1+i，-1-i，1+i，-1-i，-1-i]*W，其中，W为一确定的系数。