專利名稱：用于通信系統(tǒng)中有效同步的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在通信系統(tǒng)中利用物理層前同步信號(hào)有效同步的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于短程高數(shù)據(jù)速率通信系統(tǒng)的有效同步的方法，該通信系統(tǒng)可以用作無線局域網(wǎng)和/或無線異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)系統(tǒng)以及公共接入系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對(duì)于用于無線局域網(wǎng)(WLAN)以及無線ATM系統(tǒng)的短程高數(shù)據(jù)速率通信系統(tǒng)的需求日益增加。這種新系統(tǒng)的一個(gè)重要特征是集中式媒體接入控制(MAC)，其目的是有效地使用可用頻譜。一個(gè)接入點(diǎn)(AP)，也稱作一個(gè)基站，通過為下行鏈路和上行鏈路分配容量來控制信道接入，移動(dòng)終端(MT)，也稱作終端適配器(AT)，在相應(yīng)的“信道”(例如時(shí)隙)上監(jiān)聽和發(fā)送。這種集中式MAC典型地用于諸如GSM的蜂窩移動(dòng)無線系統(tǒng)。
這種新的通信系統(tǒng)的一個(gè)特征是協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)傳送數(shù)據(jù)。具體是，存在少數(shù)PDU類型，例如用于控制信息的(控制PDU)以及用于實(shí)際數(shù)據(jù)的(數(shù)據(jù)PDU)，每種類型有固定尺寸。規(guī)定這種新的通信系統(tǒng)包括三部分，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)(包括邏輯鏈路控制(LLC)和MAC)以及匯聚層(CL)。CL是更高層和DLC之間的接口。例如，對(duì)于TCP/IP存在一個(gè)CL，用于將IP分組分段成(數(shù)據(jù))PDU。DLC層添加一些頭信息，并將固定尺寸的PDU提供給物理層。
這種新的通信系統(tǒng)的物理層基于正交頻分復(fù)用(OFDM)。OFDM信號(hào)包括指定數(shù)量(例如64個(gè))的副載波，它們是一系列正交窄帶調(diào)制載波，并填充了一個(gè)指定信道的可用頻譜帶寬。中央副載波也稱作DC副載波。因此，物理層上的數(shù)據(jù)單元的粒度是一個(gè)OFDM碼元。
存在根據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)操作的WLAN系統(tǒng)。IEEE802.11就是這樣的一個(gè)例子，這種系統(tǒng)具有5GHz的模式，它包括與其中使用本發(fā)明的系統(tǒng)類似的物理層參數(shù)。不過，IEEE802.11是為通過無線傳輸IP分組而設(shè)計(jì)的。協(xié)議原則類似于以太網(wǎng)；因此MAC與本發(fā)明的系統(tǒng)截然不同。在IEEE802.11系統(tǒng)中，傳輸例如可變長度的IP分組或段。
一個(gè)MAC幀包括幾個(gè)域，這些域含有用于分配邏輯信道以及數(shù)據(jù)塊的業(yè)務(wù)量控制信息。為了同步以及信道估計(jì)，在每個(gè)塊的開始添加一個(gè)前同步信號(hào)。
為了簡化數(shù)據(jù)格式，不同信道的前同步信號(hào)含有相同周期長度的重復(fù)序列，即四分之一的64點(diǎn)FFT(快速傅立葉變換)長度的重復(fù)。在與其它共存的通信系統(tǒng)(該共存的通信系統(tǒng)可能與該新的通信系統(tǒng)互相干擾)的環(huán)境中操作時(shí)，該共存的系統(tǒng)也可以使用相同的重復(fù)距離(L)，其中距離是重復(fù)序列的長度。
由于相同重復(fù)距離的重用，一個(gè)移動(dòng)終端在與一個(gè)小區(qū)中的特定AP的MAC幀結(jié)構(gòu)同步中可能會(huì)遇到嚴(yán)重的問題，因?yàn)樗赡芮饬擞糜贐CCH-TS中的重復(fù)距離與由例如ULCH-TS中的另一個(gè)TA使用的重復(fù)距離。如果是這樣，則TA應(yīng)當(dāng)提供從這種錯(cuò)誤檢測事件中恢復(fù)的手段，即盡可能快地獲得錯(cuò)誤告警檢測。
第二個(gè)問題是可能會(huì)限制在指定頻段中以W/Hz的功率譜密度(PSD)的頻譜要求。如果前同步信號(hào)序列總是使用相同的副載波子集，則這些將具有用于一個(gè)典型的機(jī)架的提高的功率譜密度，例如，每第四個(gè)副載波有一個(gè)提高的PSD。
第三個(gè)問題是由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則，不能夠使用DC副載波，這樣就存在一個(gè)兩倍于在重復(fù)的前同步信號(hào)序列中的功率頻譜中的DC周圍的副載波。因此，在頻譜的這部分就利用了更小的頻率密度。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及解決上述同步、功率譜密度以及頻率密度問題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法，用于提高對(duì)于具有相同重復(fù)距離并且對(duì)于各種輸入功率等級(jí)和頻率偏移都健壯的重復(fù)序列的鑒別。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種方法，還用于限制一個(gè)指定頻段中的功率譜密度和頻率密度。
可以利用本發(fā)明的方法達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，主要是通過改變相位和相應(yīng)的自相關(guān)幅度來修改重復(fù)序列，并且符號(hào)用于序列的檢測和鑒別。
本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)是可以解決上述問題。本發(fā)明提高了對(duì)于前同步信號(hào)的鑒別，并增強(qiáng)了通信系統(tǒng)的健壯性。此外，本發(fā)明使得可能更有效地使用可用頻譜。
附圖詳述為了更完整地理解本發(fā)明，下面連同附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，其中

圖1表示一個(gè)動(dòng)態(tài)TDMA/TDD系統(tǒng)中的MAC幀的例子；圖2a、b和c表示不同的重復(fù)序列以及它們相應(yīng)的自相關(guān)值；圖3是表示自相關(guān)的計(jì)算的流程圖。
優(yōu)選實(shí)施例描述現(xiàn)在更詳細(xì)地描述本發(fā)明。為了理解由本發(fā)明的方法解決的問題，參考圖1來描述一個(gè)靈活的MAC幀的更詳細(xì)的例子。
該幀從一個(gè)廣播控制信道(BCCH)開始，它含有在由一個(gè)AP覆蓋的整個(gè)小區(qū)上傳輸?shù)男畔?。在FCCH(幀控制信道)上傳輸邏輯信道對(duì)于不同MT的分配，F(xiàn)CCH有時(shí)稱作請(qǐng)求授權(quán)信道。這意味著，每個(gè)MT準(zhǔn)確地知道當(dāng)希望接收一個(gè)下行鏈路數(shù)據(jù)塊和/或發(fā)送一個(gè)上行鏈路數(shù)據(jù)塊時(shí)，在幀中的專用時(shí)間段。下文中，指定給一個(gè)MT或由一個(gè)MT發(fā)送的數(shù)據(jù)塊稱作“字符組”。
隨機(jī)接入信道(RACH)位于幀的結(jié)尾。一個(gè)MT可以在其分配的上行鏈路信道(ULCH或UL)中或者通過隨機(jī)接入信道請(qǐng)求容量。
在每個(gè)域中，將數(shù)據(jù)從AP發(fā)送到一個(gè)MT或反之。該發(fā)送的數(shù)據(jù)覆蓋了整個(gè)小區(qū)。每個(gè)字符組包括一個(gè)或多個(gè)PDU。在DLC層，幾個(gè)PDU的串聯(lián)也可以稱作PDU串，或者在發(fā)送ATM信元時(shí)稱作“ATM信元”串。在物理層，可以在每個(gè)字符組的開始添加一個(gè)前同步信號(hào)，以進(jìn)行同步和信道估計(jì)。信道接入方式是動(dòng)態(tài)TDMA。這樣，字符組具有可變長度。
添加到字符組上的前同步信號(hào)稱作培訓(xùn)序列(下文中將術(shù)語前同步信號(hào)和培訓(xùn)序列交替使用)并標(biāo)記有它們所屬的相應(yīng)的信道，例如BCCH-TS(廣播信道培訓(xùn)序列)，ULCH-TS(上行鏈路信道培訓(xùn)序列)，以便可以只使用一個(gè)OFDM碼元的每第m(m是大于0的整數(shù))個(gè)副載波就可以被創(chuàng)建?？梢钥吹剑@導(dǎo)致一個(gè)模式，它在FFT長度中將自己重復(fù)m次，對(duì)于本系統(tǒng)是64次。例如，使用每第四個(gè)副載波導(dǎo)致一個(gè)重復(fù)序列長度L＝16。
TS的實(shí)際用途是檢測幀開始、測量所接收的功率等級(jí)以及頻率偏移估計(jì)。在本發(fā)明的通信系統(tǒng)中，所建議的前同步信號(hào)結(jié)構(gòu)包括三部分，即A、B和C部分，其中A部分用于檢測、功率等級(jí)估計(jì)(AGC)和粗略的時(shí)間估計(jì)。該檢測(以及不同TS的鑒別)和估計(jì)必須對(duì)于不同的輸入功率等級(jí)和頻率偏移是健壯的。
應(yīng)當(dāng)指出，所描述的MAC幀是域的多種可能安排中的一個(gè)例子。也可能出現(xiàn)域的不同順序。此外，在本發(fā)明仍然適用的情況下，所描述的域的某些可能不會(huì)出現(xiàn)，而另外一些被添加。
重復(fù)模式會(huì)引起多個(gè)上面已經(jīng)描述的問題。
對(duì)于這些問題的本發(fā)明的解決方案如下為了重用用于其它培訓(xùn)序列的重復(fù)距離，對(duì)該重復(fù)序列中所含有的相位信息進(jìn)行修改。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，以這樣一種方式來產(chǎn)生單獨(dú)的序列，即相鄰序列中的重復(fù)抽樣的相位相差180度。
對(duì)于用于描述優(yōu)選實(shí)施例的特定示例，可以通過將頻率域中加載的副載波集合偏移兩個(gè)副載波來實(shí)現(xiàn)。于是，在時(shí)域中引入每個(gè)抽樣的一個(gè)線性增加相位偏移，它在D＝16抽樣的距離處準(zhǔn)確地是180度，從而實(shí)現(xiàn)了TS的所希望的相位特性。應(yīng)當(dāng)指出，利用該方法，TS所涉及的每個(gè)序列的相位信息不僅被修改每隔一個(gè)序列的相位信息。不過，TS的原理結(jié)構(gòu)由優(yōu)選實(shí)施例保護(hù)。
這樣做的結(jié)果是，這種被修改的重復(fù)培訓(xùn)序列的自相關(guān)具有與未被修改的重復(fù)序列相反的符號(hào)。相反的符號(hào)可以用于在例如BCCH-TS和ULCH-TS之間鑒別。對(duì)于用一個(gè)頻率偏移所接收的TS，該鑒別也是可能的。該偏移旋轉(zhuǎn)自相關(guān)，但是只要旋轉(zhuǎn)不超過+/-90度，簡單地通過觀察自相關(guān)值的實(shí)部的符號(hào)，鑒別就是可能的。在新的通信系統(tǒng)中，可能出現(xiàn)高達(dá)240kHz的頻率偏移。對(duì)于自相關(guān)偏移D＝16，旋轉(zhuǎn)將小于70度。當(dāng)符號(hào)值被剪去，即限制到一個(gè)最大值時(shí)，也可以保護(hù)鑒別特性。當(dāng)接收一個(gè)具有未知輸入功率等級(jí)的信號(hào)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這種情況。
通過只對(duì)BCCH-TS使用修改的TS(TS’)，可能在沒有錯(cuò)誤告警的情況下，檢測到幀開始，因?yàn)橥ㄟ^使用TS和TS’的鑒別特性，可以丟棄所有其它的檢測。其它檢測可以來自MAC幀中的其它字符組或者來自使用重復(fù)前同步信號(hào)的其它系統(tǒng)。
為了簡化，在下文中，詞句“符號(hào)反轉(zhuǎn)”和其它類似的詞句指如上所述的應(yīng)用于重復(fù)序列的相位修改，盡管相位修改不必要由一個(gè)簡單的符號(hào)反轉(zhuǎn)，而是由在整個(gè)TS上的線性增加相位來實(shí)現(xiàn)。
如上所述，在頻域中，該修改等于利用副載波之間的距離的一半來對(duì)頻譜的偏移。作為一個(gè)例子，以每第四個(gè)副載波開始，在符號(hào)改變之后，副載波被偏移兩個(gè)。這樣，所修改的頻譜和原始的頻譜不重疊，并使用開始允許的頻譜的不同部分，因此可能比以前更均一地使用PSD。
此外，不能被使用的原始DC副載波被偏移到在新的通信系統(tǒng)中允許的一個(gè)副載波。結(jié)果是在被修改的培訓(xùn)序列的頻譜的中間沒有副載波的額外間隙，從而能夠利用更多的頻率密度。
圖2a、b和c表示幾個(gè)TS(前圖表信號(hào))的例子，其中還有相應(yīng)的自相關(guān)值的圖表。
圖2a表示由一個(gè)指定序列(長度為L)的兩個(gè)重復(fù)構(gòu)成的TS。該TS的自相關(guān)在圖中以實(shí)線繪出。在圖中，自相關(guān)長度M＝L，且自相關(guān)偏移D＝L。通過將兩個(gè)重復(fù)之一(圖2a中的第一個(gè))的符號(hào)反轉(zhuǎn)來修改TS，可以創(chuàng)建被修改的前同步信號(hào)TS’。
在圖(以及圖2b和c)中，用一個(gè)垂直箭頭表示反轉(zhuǎn)的符號(hào)序列。相比較于TS(未修改的前同步信號(hào))的自相關(guān)，TS’的自相關(guān)被旋轉(zhuǎn)180度，即，在圖中用虛線表示符號(hào)反轉(zhuǎn)。原始的和被修改的TS都可以作為一個(gè)規(guī)則的OFDM碼元來被創(chuàng)建，即通過一個(gè)逆FFT。
在圖2b中，從一個(gè)指定序列(長度為L)的四個(gè)重復(fù)中創(chuàng)建一個(gè)TS。在圖中用實(shí)線繪出了該TS的自相關(guān)(M＝3L，D＝L)。通過反轉(zhuǎn)每隔一個(gè)重復(fù)(在本例中以第一個(gè)開始)的符號(hào)，相應(yīng)的自相關(guān)被旋轉(zhuǎn)180度，即符號(hào)反轉(zhuǎn)(圖中的虛線)。原始的和被修改的TS都可以作為常規(guī)的OFDM碼元被創(chuàng)建，即通過一個(gè)逆FFT。
在圖2c中，一個(gè)TS由一個(gè)指定序列(長度為L)的六個(gè)重復(fù)構(gòu)成，但最后一個(gè)重復(fù)被符號(hào)反轉(zhuǎn)。TS中的最后重復(fù)的反轉(zhuǎn)導(dǎo)致自相關(guān)幅度落在峰值之后的大一些的傾斜，也給出了一個(gè)小的旁瓣。該TS的自相關(guān)(M＝4L，D＝L)在圖中被繪作實(shí)線。通過反轉(zhuǎn)每隔一個(gè)重復(fù)(在本例中以第一個(gè)開始)的符號(hào)，相應(yīng)的自相關(guān)被旋轉(zhuǎn)180度，即符號(hào)反轉(zhuǎn)(圖中的虛線)。注意，在本例中，原始的和被修改的TS不能直接作為一個(gè)常規(guī)的OFDM碼元?jiǎng)?chuàng)建，即通過一個(gè)逆FFT。不過，中央部分(四個(gè)重復(fù))是一個(gè)常規(guī)碼元。本例指出，一個(gè)其某些重復(fù)已經(jīng)被符號(hào)反轉(zhuǎn)并且可能不是一個(gè)常規(guī)OFDM碼元的TS具有一個(gè)相應(yīng)的符號(hào)反轉(zhuǎn)的自相關(guān)的TS。
由于自相關(guān)符號(hào)依賴于前同步信號(hào)重復(fù)的相位修改，所以自相關(guān)符號(hào)可以用于前同步信號(hào)的鑒別。自相關(guān)幅度對(duì)于前同步信號(hào)是相同的，這意味著性能是相同的。
通過前同步信號(hào)的更可靠的檢測以及在由于多徑衰落、頻率偏移等引起的失真之后保護(hù)(TS和被修改的版本TS’的)鑒別特性，可以獲得健壯性。
為了清楚，不必須使用FFT或常規(guī)的OFDM碼元來建立具有所建議的鑒別特性的TS。本發(fā)明可以用于每個(gè)重復(fù)的由相等的塊構(gòu)成的重復(fù)結(jié)構(gòu)，而不管它是否是一個(gè)OFDM信號(hào)。對(duì)于改進(jìn)的頻譜特性也是相同的，其中OFDM和FFT的使用只是用于解釋的。
圖3給出了用于計(jì)算自相關(guān)值的流程圖的一個(gè)例子。距離D由延遲D輸入抽樣創(chuàng)建。計(jì)算所延遲的抽樣的復(fù)共軛，并在復(fù)相乘中與未被延遲的輸入抽樣合并。然后使用來自復(fù)相乘的結(jié)果產(chǎn)生最后M個(gè)復(fù)數(shù)值的移動(dòng)和(moving sum)。
相關(guān)結(jié)果的幅度和相位都將被利用。幅度信息實(shí)際上被用于檢測前同步信號(hào)，而相位信息用于區(qū)分不同信道的前同步信號(hào)。具體是，為了在優(yōu)選實(shí)施例中所描述的假設(shè)，實(shí)際上是相位信息的相關(guān)結(jié)果的實(shí)部的符號(hào)可以用于區(qū)分。
TS對(duì)(原始的和被修改的)的另一個(gè)特性是它們互相正交。這意味著，這種對(duì)的互相關(guān)給出結(jié)果為零。因此，有可能在這一對(duì)中的兩個(gè)之同進(jìn)行區(qū)分，既可以通過應(yīng)用如上所述的偏移自相關(guān)，也可以通過已知序列的互相關(guān)，即一個(gè)匹配濾波器。
權(quán)利要求
1.一種用于鑒別無線通信系統(tǒng)中的重復(fù)序列的方法，該重復(fù)序列具有相同的重復(fù)長度，其特征在于通過改變所述序列中的至少一個(gè)的相位來創(chuàng)建被修改的重復(fù)序列；計(jì)算所述重復(fù)序列和所述被修改的重復(fù)序列的自相關(guān)值；以及將所述重復(fù)序列與所述被修改的序列的自相關(guān)值進(jìn)行比較。
2.一種用于鑒別無線通信系統(tǒng)中的前同步信號(hào)的方法，該前同步信號(hào)具有相同的重復(fù)長度，其特征在于通過改變所述前同步信號(hào)中的至少一個(gè)的相位來創(chuàng)建被修改的前同步信號(hào)；計(jì)算所述前同步信號(hào)與所述被修改的前同步信號(hào)的自相關(guān)值；將所述前同步信號(hào)與所述被修改的前同步信號(hào)的自相關(guān)值進(jìn)行比較。
3.一種用于鑒別無線通信系統(tǒng)中的重復(fù)序列的接收機(jī)，該重復(fù)序列具有相同的重復(fù)長度，其特征在于用于通過改變所述序列中的至少一個(gè)的相位來創(chuàng)建被修改的重復(fù)序列的裝置；用于計(jì)算所述重復(fù)序列和所述被修改的重復(fù)序列的自相關(guān)值的裝置；以及用于將所述重復(fù)序列與所述被修改的序列的自相關(guān)值進(jìn)行比較的裝置。
全文摘要
一種用于鑒別無線通信系統(tǒng)中的重復(fù)序列的方法,其中重復(fù)序列具有相同的重復(fù)長度。為了鑒別,通過改變所述序列中的至少一個(gè)的相位來修改所述重復(fù)序列。計(jì)算重復(fù)序列和被修改的重復(fù)序列的自相關(guān)值,并將重復(fù)序列和被修改序列的自相關(guān)符號(hào)進(jìn)行比較。
文檔編號(hào)H04Q11/04GK1346560SQ00805498
公開日2002年4月24日 申請(qǐng)日期2000年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月26日
發(fā)明者B·U·A·斯?fàn)柌?申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司