CN102098259A - 多子带正交频分复用系统中的信号发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多子带正交频分复用系统中的信号发射方法，该方法包括：当在一个单位时间内利用一个子带上的有效子载波无法承载待发射信号的数据量时，将待发射信号分段，分别在不同的单位时间内利用同一个子带上的有效子载波发射各段待发射信号。应用本发明能够保证系统发射的信号的时域相关性能。

Description

多子带正交频分复用系统中的信号发射方法

技术领域

本发明涉及多子带正交频分复用系统技术领域，尤其涉及一种多子带正交频分复用系统中的信号发射方法。

背景技术

在移动通信系统中，用户设备(UE)在开机或从信号盲区转入基站覆盖区域时，需要进行小区搜索。通过小区搜索过程，UE与小区取得时间和频率同步，并检测出小区索引(ID)，以便根据该小区ID接入到相应小区。

在正交频分复用(OFDM)系统中，基站采用主同步信号(PSC)和辅同步信号(SSC)共同表征小区ID信息，UE通过下行同步信道接收主同步信号和辅同步信号，根据接收的主同步信号和辅同步信号进行小区搜索。

图1是现有技术中基站发送主同步信号和辅同步信号的时频资源分配示意图。

图1中，移动通信系统占用一段连续的系统带宽。如图1所示，一个无线帧包括10个子帧，每个子帧由多个OFDM符号时间组成。基站占用两个OFDM符号时间分别用于发送主同步信号和辅同步信号。另外，由于系统带宽是连续的，因此基站选用了连续的系统带宽的一部分用于发送主同步信号和辅同步信号。作为示例性地，在图1中，基站占用了子帧0上的第7个OFDM符号时间发送辅同步信号，占用了子帧1上的第3个OFDM符号时间发送主同步信号，并且，基站占用连续的系统带宽中宽度为1.08MHz的频率资源用于传输主同步信号和辅同步信号。

UE通过对接收的信号进行时域相关检测，检测出主同步信号和辅同步信号，根据检测出的主同步信号和辅同步信号进行小区搜索。

在多子带正交频分复用系统中，系统带宽由多个连续或非连续的子带组成。例如，电力负荷监控通讯网就是一种典型的多子带正交频分复用系统。

图2是电力负荷监控通讯网占用的频率资源分布示意图。

如图2所示，电力负荷监控通讯网的频率资源离散地分布在230MHz的频段上，其带宽为8.15MHz，共由40个25kHz的子带组成，最低频点的子带位于223.525MHz处，最高频点的子带位于231.65MHz处。

在多子带正交频分复用系统中，基站在每个子带上采用正交频分复用技术发射信号。由于每个子带的频率资源有限，承载的有效子载波个数也受到限制。其中，一个子带的所有子载波包括有效子载波和虚拟子载波，通常有效子载波占用所述子带占用的频率资源的中间部分，虚拟子载波占用所述子带占用的频率资源的边缘部分。其中的有效子载波可以承载发射信号，虚拟子载波在实际信号发射过程中不承载发射信号。

当某类型信号的数据量超出一个子带上所有有效子载波的承载能力时，目前采用的方法是，基站采用多个子带发送该类型的信号。

例如，当基站采用多子带正交频分复用技术时，如果用于小区搜索的主同步信号和辅同步信号的数据量超出了一个子带上所有有效子载波的承载能力，按照目前的方法，基站将在多个子带上发送主同步信号和辅同步信号。然而，由于各个子带的信道条件之间存在的差异，采用多个子带发送主同步信号和辅同步信号将导致主同步信号的时域相关性能和辅同步信号的时域相关性能受到影响。由于UE需要对接收的信号进行时域相关性检测才能得到主同步信号和辅同步信号，进而根据主同步信号和辅同步信号进行小区搜索，因此，当基站在多个子带上发送主同步信号和辅同步信号时，将导致UE检测主同步信号和辅同步信号的精度降低，进而影响UE的小区搜索结果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多子带正交频分复用系统中的信号发射方法，以保证系统发射的信号的时域相关性能。

一种多子带正交频分复用系统中的信号发射方法，该方法包括：

当在一个单位时间内利用一个子带上的有效子载波无法承载待发射信号的数据量时，将待发射信号分段，分别在不同的单位时间内利用同一个子带上的子载波发射各段待发射信号，所述不同的单位时间彼此连续。

由上述技术方案可见，本发明通过对待发射信号分段，在不同的单位时间内利用同一个子带上的子载波发射各段待发射信号，即本发明通过在时域上进行扩展，在多个不同的单位时间内发射待发射信号，解决了待发射信号由于数据量过大无法承载在一个单位时间内的一个子带上的问题。而且，由于本发明将不同单位时间内发射的待发射信号承载在一个子带内，解决了由于待发射信号承载在不连续的不同子带内而影响待发射信号的时域相关性能的问题。

附图说明

图1是现有技术中基站发送主同步信号和辅同步信号的时频资源分配示意图。

图2是电力负荷监控通讯网占用的频率资源分布示意图。

图3是本发明提供的多子带正交频分复用系统中的信号发射方法流程图。

图4是本发明提供的发射主同步信号和辅同步信号的方法流程图。

图5是本发明一个实施例中同步信道在无线帧中占用时频资源位置的示意图。

图6是发射长度为62点的主同步信号的方法流程图。

图7是长度为6点的待发射信号子段占用的频率资源示意图。

图8是长度为10点的待发射信号子段占用的频率资源示意图。

图9是小区搜索方法流程图。

具体实施方式

图3是本发明提供的多子带正交频分复用系统中的信号发射方法流程图。

如图3所示，该方法包括：

步骤301，当在一个单位时间内利用一个子带上的有效子载波无法承载待发射信号的数据量时，将待发射信号分段。

本步骤中，如果在一个单位时间内可以利用一个子带上的有效子载波发射待发射信号，则可以不将该待发射信号分段，而是直接将该待发射信号在一个单位时间内利用一个子带上的有效子载波发射。

其中，所述的单位时间通常是指一个OFDM符号时间。

步骤302，分别在不同的单位时间内利用同一个子带上的有效子载波发射各段待发射信号。

如果在一个单位时间内，由于待发射信号的数据量过大，导致一个子带上的有效子载波无法承载待发射信号，则需要将待发射信号分段，然后在不同的单位时间内，分别利用相同子带上的有效子载波发射各段待发射信号，所述不同的单位时间彼此连续。

本步骤中分出的每段信号的长度不超过待发射信号所占用的子带在一个单位时间内承载的所有有效子载波的个数，以保证所述子带能够承载分段后的待发射信号。

简言之，本发明通过扩展发射信号占用的时域资源，并且保持发射信号在不同的时域资源上占用相同的频域资源，既能够成功发射信号，又能够保证信号的时域相关性能。

图3所述方法中，发射端首先将频域形式的待发射信号分段，并且各段待发射信号所占用单位时间的先后顺序与各段待发射信号在执行所述分段操作前的排列顺序相同，将各段频域形式的待发射信号分别转换为时域信号后再发射。

具体地，发射端将各段频域形式的待发射信号分别转换为时域信号，按照各段待发射信号所占用单位时间的先后顺序，依次连接相应的时域信号，将连接后的时域信号的尾部预定长度的信号作为循环前缀(CP)添加到该连接后的时域信号的头部，发射在头部添加了CP的所述时域信号。

图3所述方法的典型应用场景是基站向用户设备发射主同步信号和辅同步信号。

图4是本发明提供的发射主同步信号和辅同步信号的方法流程图。

如图4所示，该方法包括：

步骤401，发射端将产生的频域形式的同步信号依次分为若干个子段，每个子段的长度不超过一个OFDM符号时间所承载的有效子载波数目。

本步骤中，所述同步信号包括主同步信号和辅同步信号。在频域上，主同步信号和辅同步信号共同占用一个子带；在时域上，每个无线帧至少可以放置一个主同步信道和一个辅同步信道，主同步信道和辅同步信道可以在时域上相邻，也可以间隔一定的采样距离。在一个无线帧内，可以先放置主同步信号，后放置辅同步信号，也可以先放置辅同步信号，再放置主同步信号。

其中，主同步信号和辅同步信号共同占用一个子带是为了便于利用主同步信号对辅同步信号进行相干检测，提高相干检测准确性。

步骤402，发射端将同步信号的不同子段在时域上按顺序映射到不同的OFDM符号时间上，且各个子段占用频域资源上相同的子带。

步骤403，发射端对每个OFDM符号时间上的频域形式的发射信号分别做IFFT变换，以将发射信号从频域形式转换成时域形式。

步骤404，发射端将已转换为时域形式的发射信号的尾部预定长度的数据添加到发射信号的头部，即利用发射信号的尾部数据为发射信号添加循环前缀。

通过为发射信号添加循环前缀，可以改善发射信号的时域循环相关性，从而提高利用信号的时域循环相关性进行小区搜索的精确度。

图4中的发射端通常是基站。

图5是本发明一个实施例中同步信道在无线帧中占用时频资源位置的示意图。

在频域上，主同步信道和辅同步信道共同占用一个子带。在时域上，每一个无线帧放置一个主同步信道和一个辅同步信道。辅同步信道占用一个无线帧的前463个采样点，主同步信道占用辅同步信道之后的462个采样点。

下面以待发射的频域形式的主同步信号的长度为62点为例，对图4所述方法进行示例性说明，具体请参见图6。

图6是发射长度为62点的主同步信号的方法流程图。

如图6所示，该方法包括：

步骤601，发射端将长度为62点的主同步信号依次分为7个子段，第一个子段和最后一个子段的长度均为6点、其余子段的长度均为10点。

步骤602，将7个子段序列分别映射到相应OFDM符号时间的采样点上。

其中，每个OFDM符号时间包括64个采样点(即对应有64个子载波)，长度为6点的子段按照图7的方式映射到第28-33号子载波上，长度为10点的子段按照图8的方式映射到第28-37号子载波上。

其中，图7是长度为6点的待发射信号子段占用的频率资源示意图。

图8是长度为10点的待发射信号子段占用的频率资源示意图。

步骤603，将7个OFDM符号上的频域数据分别做64点IFFT变换成时域数据，并将变换后的时域数据按照占用的OFDM符号时间的先后顺序进行串行排列，生成448个采样点的时域数据。

步骤604，发射端为所述448个采样点的时域数据添加循环前缀。

本步骤中，将所述448个采样点的时域数据的尾部预定长度的数据作为循环前缀添加到所述448个采样点的时域数据的头部。在本例中，由于无线帧结构的限制，为主同步信号添加的循环前缀长度为14个采样点，为辅同步信号添加的CP头长度为15个采样点，相应地，主同步信号的采样点为462点，辅同步信号的采样点为463点。

其中，主同步信号可以由Zadoff-Chu序列生成，生成公式如下所示，

$d_u\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{e}^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{63}}& n=\mathrm{0,1},...,30\\ e^{-j\frac{\mathrm{\πu}(n+1)(n+2)}{63}}& n=31,32,...,61\end{array}\right.----\left(1\right)$

表1定义给出扇区ID与Zadoff-Chu序列u参数的关系：

表1

辅同步信号可以由62点m序列生成。辅同步信号由长度为62的二进制序列构成，序列记为{d(0)，...，d(2n)，d(2n+1)，...，d(61)}。该序列由两个长度为31的二进制序列交错串接构成。具体构成方法如下所示：

$d\left(2n\right)=s_0^{\left(m_0\right)}\left(n\right)c_0\left(n\right)$

$d(2n+1)=s_1^{\left(m_1\right)}\left(n\right)c_1\left(n\right)z_1^{\left(m_0\right)}\left(n\right)---\left(2\right)$

其中，0≤n≤30。索引参数m₀和m₁依据小区组标识

确定：

m₀＝m′mod31

$m^{\′}=N_{\mathrm{ID}}^{\left(1\right)}+q(q+1)/2,$

序列

和

依据参数m0及m1取值对m序列进行循环移位后得到，其中：

$s_0^{\left(m_0\right)}\left(n\right)=\tilde{s}\left((n+m_0)\mathrm{mod}31\right)$

$s_1^{\left(m_1\right)}\left(n\right)=\tilde{s}\left((n+m_1)\mathrm{mod}31\right)---\left(4\right)$

其中0≤i≤30，x(i)定义为

x(i+5)＝(x(i+2)+x(i))mod2，0≤i≤25    (5)

初始条件为：x(0)＝0，x(1)＝0，x(2)＝0，x(3)＝0，x(4)＝1。

扰码序列c₀(n)和c₁(n)可以根据扇区ID及对m序列

循环移位构造得到：

$c_0\left(n\right)=\tilde{c}\left((n+N_{\mathrm{ID}}^{\left(2\right)})\mathrm{mod}31\right)$

$c_1\left(n\right)=\tilde{c}\left((n+N_{\mathrm{ID}}^{\left(2\right)}+3)\mathrm{mod}31\right)---\left(\text{6}\right)$

其中

代表扇区ID，且

0≤i≤30，x(i)定义为：

x(i+5)＝(x(i+3)+x(i))mod2，0≤i≤25    (7)

初始条件为x(0)＝0，x(1)＝0，x(2)＝0，x(3)＝0，x(4)＝1。

扰码序列和

可以依据参数m0及m1取值对m序列循环移位得到：

$z_1^{\left(m_0\right)}\left(n\right)=\tilde{z}\left((n+\left(m_0\mathrm{mod}8\right))\mathrm{mod}31\right)$

$z_1^{\left(m_1\right)}\left(n\right)=\tilde{z}\left((n+\left(m_1\mathrm{mod}8\right))\mathrm{mod}31\right)---\left(8\right)$

其中

0≤i≤30，x(i)定义为：

x(i+5)＝(x(i+4)+x(i+2)+x(i+1)+x(i))mod2，0≤i≤25    (9)

初始条件为：x(0)＝0，x(1)＝0，x(2)＝0，x(3)＝0，x(4)＝1。

用户设备接收到主同步信号和辅同步信号后，可以根据主同步信号和辅同步信号进行小区搜索，具体请参见图9。

图9是小区搜索方法流程图。

如图9所示，该方法包括：

步骤901，用户设备接收基带信号。

其中，预先在用户设备本地存储备选主同步信号的时域序列，其中，备选主同步信号的产生方法与所述的主同步信号的产生方法相同。

步骤902，用户设备根据接收的基带信号进行符号定时估计和扇区ID检测。

其中，用户设备利用本地的备选主同步信号与接收到的基带时域信号进行滑动相关，根据滑动相关结果进行符号定时估计和扇区ID检测。具体地，选取具有最大相关值的备选主同步信号对应的扇区ID值为检测结果，并记录该最大相关值的位置作为定时估计结果，利用定时估计结果调整符号采样定时，进而完成定时同步过程。

其中，符号定时估计和扇区ID检测可以采用现有方法实现。

步骤903，用户设备进行载波频偏估计。

步骤904，用户设备根据频偏估计结果进行频偏补偿。

其中，频偏估计和频偏补偿可以采用现有技术实现。

步骤905，用户设备进行小区组ID搜索，结束本流程。

本步骤中，用户设备根据符号定时估计结果得到主同步信号起始位置，从该起始位置起，截取主同步信号的时域信号，对时域信号分段做FFT变换得到频域信号，利用该频域信号计算频域信道响应。同时根据主同步信号起始位置推算出辅同步信号起始位置，截取辅同步信号的时域信号，对时域信号分段做FFT变换得到辅同步频域信号。用户设备根据主同步信号的频域信道响应对辅同步频域信号做相干检测，得到辅同步信号的频域估计值。

计算用户设备本地的同步信号与辅同步信号的频域估计值的相关峰值，根据最强的相关峰的位置确定小区组ID。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种多子带正交频分复用系统中的信号发射方法，其特征在于，该方法包括：

当在一个单位时间内利用一个子带上的有效子载波无法承载待发射信号的数据量时，将待发射信号分段，分别在不同的单位时间内利用同一个子带上的有效子载波发射各段待发射信号，所述不同的单位时间彼此连续。

2.根据权利要求1所述的信号发射方法，其特征在于，所述分别在不同的单位时间内利用同一个子带上的有效子载波发射各段待发射信号包括：

各段待发射信号所占用单位时间的先后顺序与各段待发射信号在执行所述分段操作前的排列顺序相同。

3.根据权利要求2所述的信号发射方法，其特征在于，所述发射各段待发射信号包括：

将各段频域形式的待发射信号分别转换为时域信号后再发射。

4.根据权利要求3所述的信号发射方法，其特征在于，

将各段频域形式的待发射信号分别转换为时域信号，按照各段待发射信号所占用的单位时间的先后顺序，依次连接相应的时域信号，将连接后的时域信号的尾部预定长度的信号作为循环前缀添加到该连接后的时域信号的头部，发射添加了所述循环前缀的所述时域信号。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的信号发射方法，其特征在于，

所述将待发射信号分段包括：

分出的每段信号的长度不超过待发射信号所占用的子带在一个单位时间内承载的所有有效子载波的个数。

6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的信号发射方法，其特征在于，

所述一个单位时间是一个OFDM符号时间。

7.根据权利要求1至4任一权利要求所述的信号发射方法，其特征在于，

所述待发射信号包括主同步信号和辅同步信号。

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