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。一個接入點(AP)，也稱作一個基站，通過為下行鏈路和上行鏈路分配容量來控制信道接入，移動終端(MT)，也稱作終端適配器(AT)，在相應(yīng)的“信道”(例如時隙)上監(jiān)聽和發(fā)送。這種集中式MAC典型地用于諸如GSM的蜂窩移動無線系統(tǒng)。
這種新的通信系統(tǒng)的一個特征是協(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，對于TCP/IP存在一個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用(OFDM)。OFDM信號包括指定數(shù)量(例如64個)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OFDM碼元。
存在根據(jù)各種標準操作的WLAN系統(tǒng)。IEEE802.11就是這樣的一個例子，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MAC幀包括幾個域，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，在每個塊的開始添加一個前同步信號。
為了簡化數(shù)據(jù)格式，不同信道的前同步信號含有相同周期長度的重復序列，即四分之一的64點FFT(快速傅立葉變換)長度的重復。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，該共存的系統(tǒng)也可以使用相同的重復距離(L)，其中距離是重復序列的長度。
由于相同重復距離的重用，一個移動終端在與一個小區(qū)中的特定AP的MAC幀結(jié)構(gòu)同步中可能會遇到嚴重的問題，因為它可能曲解了用于BCCH-TS中的重復距離與由例如ULCH-TS中的另一個TA使用的重復距離。如果是這樣，則TA應(yīng)當提供從這種錯誤檢測事件中恢復的手段，即盡可能快地獲得錯誤告警檢測。
第二個問題是可能會限制在指定頻段中以W/Hz的功率譜密度(PSD)的頻譜要求。如果前同步信號序列總是使用相同的副載波子集，則這些將具有用于一個典型的機架的提高的功率譜密度，例如，每第四個副載波有一個提高的PSD。
第三個問題是由于標準規(guī)則，不能夠使用DC副載波，這樣就存在一個兩倍于在重復的前同步信號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)明的一個目的是提供一種方法，用于提高對于具有相同重復距離并且對于各種輸入功率等級和頻率偏移都健壯的重復序列的鑒別。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種方法，還用于限制一個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)幅度來修改重復序列，并且符號用于序列的檢測和鑒別。
本發(fā)明提供的優(yōu)點是可以解決上述問題。本發(fā)明提高了對于前同步信號的鑒別，并增強了通信系統(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，下面連同附圖進行詳細描述，其中

圖1表示一個動態(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)的計算的流程圖。
優(yōu)選實施例描述現(xiàn)在更詳細地描述本發(fā)明。為了理解由本發(fā)明的方法解決的問題，參考圖1來描述一個靈活的MAC幀的更詳細的例子。
該幀從一個廣播控制信道(BCCH)開始，它含有在由一個AP覆蓋的整個小區(qū)上傳輸?shù)男畔?。在FCCH(幀控制信道)上傳輸邏輯信道對于不同MT的分配，F(xiàn)CCH有時稱作請求授權(quán)信道。這意味著，每個MT準確地知道當希望接收一個下行鏈路數(shù)據(jù)塊和/或發(fā)送一個上行鏈路數(shù)據(jù)塊時，在幀中的專用時間段。下文中，指定給一個MT或由一個MT發(fā)送的數(shù)據(jù)塊稱作“字符組”。
隨機接入信道(RACH)位于幀的結(jié)尾。一個MT可以在其分配的上行鏈路信道(ULCH或UL)中或者通過隨機接入信道請求容量。
在每個域中，將數(shù)據(jù)從AP發(fā)送到一個MT或反之。該發(fā)送的數(shù)據(jù)覆蓋了整個小區(qū)。每個字符組包括一個或多個PDU。在DLC層，幾個PDU的串聯(lián)也可以稱作PDU串，或者在發(fā)送ATM信元時稱作“ATM信元”串。在物理層，可以在每個字符組的開始添加一個前同步信號，以進行同步和信道估計。信道接入方式是動態(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稱作培訓序列(下文中將術(shù)語前同步信號和培訓序列交替使用)并標記有它們所屬的相應(yīng)的信道，例如BCCH-TS(廣播信道培訓序列)，ULCH-TS(上行鏈路信道培訓序列)，以便可以只使用一個OFDM碼元的每第m(m是大于0的整數(shù))個副載波就可以被創(chuàng)建?？梢钥吹?，這導致一個模式，它在FFT長度中將自己重復m次，對于本系統(tǒng)是64次。例如，使用每第四個副載波導致一個重復序列長度L＝16。
TS的實際用途是檢測幀開始、測量所接收的功率等級以及頻率偏移估計。在本發(fā)明的通信系統(tǒng)中，所建議的前同步信號結(jié)構(gòu)包括三部分，即A、B和C部分，其中A部分用于檢測、功率等級估計(AGC)和粗略的時間估計。該檢測(以及不同TS的鑒別)和估計必須對于不同的輸入功率等級和頻率偏移是健壯的。
應(yīng)當指出，所描述的MAC幀是域的多種可能安排中的一個例子。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出現(xiàn)，而另外一些被添加。
重復模式會引起多個上面已經(jīng)描述的問題。
對于這些問題的本發(fā)明的解決方案如下為了重用用于其它培訓序列的重復距離，對該重復序列中所含有的相位信息進行修改。
在一個優(yōu)選實施例中，以這樣一種方式來產(chǎn)生單獨的序列，即相鄰序列中的重復抽樣的相位相差180度。
對于用于描述優(yōu)選實施例的特定示例，可以通過將頻率域中加載的副載波集合偏移兩個副載波來實現(xiàn)。于是，在時域中引入每個抽樣的一個線性增加相位偏移，它在D＝16抽樣的距離處準確地是180度，從而實現(xiàn)了TS的所希望的相位特性。應(yīng)當指出，利用該方法，TS所涉及的每個序列的相位信息不僅被修改每隔一個序列的相位信息。不過，TS的原理結(jié)構(gòu)由優(yōu)選實施例保護。
這樣做的結(jié)果是，這種被修改的重復培訓序列的自相關(guān)具有與未被修改的重復序列相反的符號。相反的符號可以用于在例如BCCH-TS和ULCH-TS之間鑒別。對于用一個頻率偏移所接收的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)值的實部的符號，鑒別就是可能的。在新的通信系統(tǒng)中，可能出現(xiàn)高達240kHz的頻率偏移。對于自相關(guān)偏移D＝16，旋轉(zhuǎn)將小于70度。當符號值被剪去，即限制到一個最大值時，也可以保護鑒別特性。當接收一個具有未知輸入功率等級的信號時，會出現(xiàn)這種情況。
通過只對BCCH-TS使用修改的TS(TS’)，可能在沒有錯誤告警的情況下，檢測到幀開始，因為通過使用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前同步信號的其它系統(tǒng)。
為了簡化，在下文中，詞句“符號反轉(zhuǎn)”和其它類似的詞句指如上所述的應(yīng)用于重復序列的相位修改，盡管相位修改不必要由一個簡單的符號反轉(zhuǎn)，而是由在整個TS上的線性增加相位來實現(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頻譜的偏移。作為一個例子，以每第四個副載波開始，在符號改變之后，副載波被偏移兩個。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)中允許的一個副載波。結(jié)果是在被修改的培訓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TS(前圖表信號)的例子，其中還有相應(yīng)的自相關(guān)值的圖表。
圖2a表示由一個指定序列(長度為L)的兩個重復構(gòu)成的TS。該TS的自相關(guān)在圖中以實線繪出。在圖中，自相關(guān)長度M＝L，且自相關(guān)偏移D＝L。通過將兩個重復之一(圖2a中的第一個)的符號反轉(zhuǎn)來修改TS，可以創(chuàng)建被修改的前同步信號TS’。
在圖(以及圖2b和c)中，用一個垂直箭頭表示反轉(zhuǎn)的符號序列。相比較于TS(未修改的前同步信號)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反轉(zhuǎn)。原始的和被修改的TS都可以作為一個規(guī)則的OFDM碼元來被創(chuàng)建，即通過一個逆FFT。
在圖2b中，從一個指定序列(長度為L)的四個重復中創(chuàng)建一個TS。在圖中用實線繪出了該TS的自相關(guān)(M＝3L，D＝L)。通過反轉(zhuǎn)每隔一個重復(在本例中以第一個開始)的符號，相應(yīng)的自相關(guān)被旋轉(zhuǎn)180度，即符號反轉(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，即通過一個逆FFT。
在圖2c中，一個TS由一個指定序列(長度為L)的六個重復構(gòu)成，但最后一個重復被符號反轉(zhuǎn)。TS中的最后重復的反轉(zhuǎn)導致自相關(guān)幅度落在峰值之后的大一些的傾斜，也給出了一個小的旁瓣。該TS的自相關(guān)(M＝4L，D＝L)在圖中被繪作實線。通過反轉(zhuǎn)每隔一個重復(在本例中以第一個開始)的符號，相應(yīng)的自相關(guān)被旋轉(zhuǎn)180度，即符號反轉(zhuǎn)(圖中的虛線)。注意，在本例中，原始的和被修改的TS不能直接作為一個常規(guī)的OFDM碼元創(chuàng)建，即通過一個逆FFT。不過，中央部分(四個重復)是一個常規(guī)碼元。本例指出，一個其某些重復已經(jīng)被符號反轉(zhuǎn)并且可能不是一個常規(guī)OFDM碼元的TS具有一個相應(yīng)的符號反轉(zhuǎn)的自相關(guān)的TS。
由于自相關(guān)符號依賴于前同步信號重復的相位修改，所以自相關(guān)符號可以用于前同步信號的鑒別。自相關(guān)幅度對于前同步信號是相同的，這意味著性能是相同的。
通過前同步信號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(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)明可以用于每個重復的由相等的塊構(gòu)成的重復結(jié)構(gòu)，而不管它是否是一個OFDM信號。對于改進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給出了用于計算自相關(guān)值的流程圖的一個例子。距離D由延遲D輸入抽樣創(chuàng)建。計算所延遲的抽樣的復共軛，并在復相乘中與未被延遲的輸入抽樣合并。然后使用來自復相乘的結(jié)果產(chǎn)生最后M個復數(shù)值的移動和(moving sum)。
相關(guān)結(jié)果的幅度和相位都將被利用。幅度信息實際上被用于檢測前同步信號，而相位信息用于區(qū)分不同信道的前同步信號。具體是，為了在優(yōu)選實施例中所描述的假設(shè)，實際上是相位信息的相關(guān)結(jié)果的實部的符號可以用于區(qū)分。
TS對(原始的和被修改的)的另一個特性是它們互相正交。這意味著，這種對的互相關(guān)給出結(jié)果為零。因此，有可能在這一對中的兩個之同進行區(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)中的重復序列的方法，該重復序列具有相同的重復長度，其特征在于通過改變所述序列中的至少一個的相位來創(chuàng)建被修改的重復序列；計算所述重復序列和所述被修改的重復序列的自相關(guān)值；以及將所述重復序列與所述被修改的序列的自相關(guān)值進行比較。
2.一種用于鑒別無線通信系統(tǒng)中的前同步信號的方法，該前同步信號具有相同的重復長度，其特征在于通過改變所述前同步信號中的至少一個的相位來創(chuàng)建被修改的前同步信號；計算所述前同步信號與所述被修改的前同步信號的自相關(guān)值；將所述前同步信號與所述被修改的前同步信號的自相關(guān)值進行比較。
3.一種用于鑒別無線通信系統(tǒng)中的重復序列的接收機，該重復序列具有相同的重復長度，其特征在于用于通過改變所述序列中的至少一個的相位來創(chuàng)建被修改的重復序列的裝置；用于計算所述重復序列和所述被修改的重復序列的自相關(guān)值的裝置；以及用于將所述重復序列與所述被修改的序列的自相關(guān)值進行比較的裝置。
全文摘要
一種用于鑒別無線通信系統(tǒng)中的重復序列的方法,其中重復序列具有相同的重復長度。為了鑒別,通過改變所述序列中的至少一個的相位來修改所述重復序列。計算重復序列和被修改的重復序列的自相關(guān)值,并將重復序列和被修改序列的自相關(guān)符號進行比較。
文檔編號H04Q11/04GK1346560SQ00805498
公開日2002年4月24日 申請日期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·斯爾波姆 申請人:艾利森電話股份有限公司