WiMAX系統中基站和中繼站之間前導序列的傳輸方法及系統的製作方法

2023-06-08 20:39:46 1

專利名稱：WiMAX系統中基站和中繼站之間前導序列的傳輸方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明設涉及寬帶移動通信系統WiMAX領域，特別涉及WiMAX系 統中基站和中繼站之間前導序列的傳輸方法及系統。
背景技術：
在WiMAX系統的空中接口技術802.16d/802.16e中，如果在小區中布 置有中繼站，用以提高小區的覆蓋面積和系統容量。那麼，在小區的基 站和中繼站就有數據通信和基本的控制信號通信，而這一切的通信的必 要先決條件就是它們之間已完成同步，信道估計等等初始化。
在現有的移動WiMAX，即802.16e系統中，其小區結構中，沒有考 慮中繼站，在小區中只存在基站和用戶站(移動臺)之間的前導序列傳 輸。在其空中傳輸的幀結構中，也只存在用於基站和移動臺之間的前導 序列傳輸的時間-頻率資源。
最近，在IEEE802.16工作組中，在原來的基站和用戶站之外，引入 了中繼站的結構，並開展了相關的標準化工作，即正EE802.16j。引入中 繼站的目的是以較小的代價增加系統的覆蓋和提高系統的容量。
但是，由於在正EE802.16e中，沒有考慮到中繼站存在的情況。對於 有中繼站的情況，其相應的空中傳輸的幀結構及傳輸格式都要重新設計。
在小區中同時存在中繼站和移動臺的情況，對於基站來說，除了要 給移動臺傳輸前導序列用以估計基站和移動臺之間的參數，也要給傳輸 中繼站傳輸前導序列用以估計基站和中繼站之間的參數。但是，對於一 些舊的移動臺，是設計成沒有中繼站的系統中工作的，它就不能區分這 兩個前導序列，哪一個是基站傳輸給它自己(移動臺)，哪一個是基站 傳輸給中繼站的，就引起了混亂，使得這些舊的移動臺在新的有中繼站 的系統中不能工作。本發明的目的是提供一種WiMAX系統中基站和中繼站之間前導序列 的傳輸方法及系統。
為實現上述目的， 一種用於移動WiMAX系統中基站和中繼站之間前
導序列的傳輸方法，包括
基站和中繼站在下行子幀開始處向移動臺發送相同的前導序列的
OFDM符號；
基站，在位於下行子幀中間處向中繼站發送前導序列的OFDM符號。 本發明保持了系統的前向兼容性，使舊的移動臺也能夠在有中繼站 存在的系統中工作。


圖l是本發明技術方案的下行子幀結構； 圖2是中繼站和移動臺的前導序列傳輸； 圖3是基站和中繼站之間的前導序列的頻域結構； 圖4是基站和中繼站之間的前導序列的時域結構； 圖5是中繼站時間同步檢測； 圖6是由頻率誤差所引起的接收符號變化； 圖7是時間同步檢測性能，最小值檢測； 圖8是時間同步檢測性能，最大值檢測； 圖9是時間同步檢測性能，相關檢測。
具體實施例方式
本發明的主要解決方案是在基站傳輸的下行子幀結構中，分配一個 特殊的OFDM符號，專門用以傳輸給中繼站的前導序列。而在這個傳輸 時隙中，中繼站和移動臺都處於接收狀態。
本發明的另一要點是設計一種特殊的前導序列格式，用於基站和中 繼站之間的前導序列傳輸。中繼站接收到該前導序列後，能夠估計出基 站和中繼站之間的參數。但是對於舊的移動臺，由於它只能夠按照已經 設計好的舊的前導序列檢測方法，因而就不能檢測出這種新的前導序列。臺的前導序列，保證了系統的前向兼容性。對於有中繼站存在的移動WiMAX系統，為了保持系統的前向兼容性，對於移動臺來說，中繼站應當是透明的。也就是說，移動臺不會知 道中繼站的存在，在移動臺看來，中繼站也就是基站。因此，在下行子 幀的幵始，基站和中繼站同時向移動臺傳輸前導序列，這樣，就能夠保 證在移動臺收不到基站的信號的情況下，也能收到由中繼站傳輸的前導 序列，從而保證了系統的正常通信。由於基站在下行前導序列傳輸的時候，中繼站也處於傳輸狀態，不 能接收。為了估計出基站和中繼站之間的參數，基站就需要另外的傳輸 機會，給中繼站傳輸前導序列。本發明的下行子幀結構如圖l，在基站傳輸的下行子幀中，開始的第一個OFDM符號是用於給移動臺的前導序列傳輸，此時基站和中繼站同 時傳輸相同的前導序列，而移動臺接收。緊接著基站和中繼站同時傳輸 數據符號給移動臺。在下行子幀的中間，基站分配一個OFDM符號，用 於傳輸前導序列給中繼站，而此時中繼站處於接收狀態。如圖2所示，中繼站和移動臺的前導序列是在不同的OFDM符號時隙裡傳輸的，並且移動臺一直處於接收狀態。為使移動臺能正確地接收基站傳輸給它的前導序列，而不把基站傳 輸給中繼站的前導序列當作它的前導序列，本發明提出的基站和中繼站 之間的前導序列結構不同於基站傳輸給移動臺的前導序列，使得移動臺 不能檢測到基站和中繼站之間的前導序列。本發明的基站和中繼站之間的前導序列的主要特點是在頻率上的重 復偽隨機序列(PN)結構。由於前導序列是一個特殊的OFDM符號，在 基站的發射之前，經過快速逆傅立葉變換(IFFT)後，這種在頻率上的 重複結構就導致在時間序列的OFDM符號上有零點採樣序列間隔地出 現，利用這種結構，中繼站就可以檢測出基站和中繼站的前導序列，從 而進行時間同步，頻率同步等等參數估計。而對於移動臺來說，由於它 還是按照原有的前導序列檢測方法(即檢測前導序列在時間上的重複結構)，就不能檢測出這個基站和中繼站之間的前導序列。圖3是基站和中 繼站之間的前導序列的結構示意圖。假定在頻域上，可以有W個子載波可用於基站和中繼站之間的前導 序列傳輸，則可以由偽隨機序列生成多項式，如x3+ 5 (1) 生成長度為W/2的偽隨機序列5"),5"2,…, " (2)然後，在這W個子載波上，重複放置上面的PN序列(2)Sl，52,…，^v/2 5^1,S2，…，5w/2 (3 )經過IFFT後，由於IFFT運算的性質，在時域上，這個前導序列就有特殊 的結構，即，每間隔一個OFDM採樣點，就有一個零點 q,0,屍3,0,…，,w—,，0 (4) 其結構示意圖如圖4所示。基站和中繼站之間的前導序列在時間上的這種特殊結構是由它在頻 率上的重複結構導致的，而在通常的基站和移動臺之間的前導序列是在 時間上重複的，舊的移動臺用原有的前導序列同步檢測方法，就無法檢 測出這種基站和中繼站之間的前導序列。在前導序列的偽隨機序列生成多項式的選擇上，其它的生成多項式也可以，如下面的長PN序列生成多項式也可以用來生成前導序列 1 + x + x2 + x3 + jc5 + x6 + x7 + x'° + x16 + x17 + x'8 + x'9(5)主要是在頻率上，前導序列在子載波上有重複結構。下面敘述利用這種前導序列的結構，中繼站進行和基站時間同步的 檢測方法。其基本點是對時間上零採樣點進行檢測。假設中繼站接收到的OFDM符號的時間序列r為rp廠2，r"… (6) 從任意時間開始，中繼站取長度為一個OFDM符號的時間採樣值，每隔 一個採樣值來相加，求得它們的和。假設其初始採樣值的序號為n，其 和隨n的不同而不同，記為M(")M(")=》(w + 2/) (7)其中7V是IFFT的長度。
如圖5所示，滑動初始採樣值的序號為n，當n跟基站和中繼站之間 的前導序列的起點對齊時，在(7)式中，其求和中的每一項都等於零，
因此就取得最小值。
這樣，和MO)就可以作為基站和中繼站之間的前導序列同步檢測的 度量，當M(n)取得最小值時，則是前導序列OFDM符號的開始位置。另 一方面，當在求和式(7)中，相差一個OFDM符號採樣點，即 M'(/7)=》("+ 2/-1) (7)
則當n為前導序列OFDM符號的開始位置時，M'(n)取得最大值，同樣可 以進行基站和中繼站之間的時間同步檢測。
在基站和中繼站之間，系統還可以事先約定固定的PN序列，這樣， 中繼站可以用已知的PN序列在頻率上重複，再經過IFFT，形成和基站一 樣的時間序列前導序列，再和接收到的OFDM時間採樣序列進行相關， 如果和基站和中繼站之間的前導序列重合時，則取得相關峰值。
對於移動臺，儘管也收到基站傳輸給中繼站的前導序列，但它不是 用這種特殊的檢測方法，特別地，對於舊的移動臺，它仍然按照原有的 檢測方法，就不能檢測出這個前導序列。從而使得基站傳輸給中繼站的 前導序列和基站傳輸給移動臺的前導序列區分開來。
當中繼站和基站完成時間同步後，就可以進行頻率同步檢測，從而 糾正由於發射機和接收機的不穩定性而頻率偏差。下面敘述中繼站和基 站進行頻率同步的檢測方法及過程。
假定頻率誤差為"這裡s是經過歸一化的，即實際的頻率誤差除以 子載波間隔的頻率。則由此引起的相位誤差為
2細/iV (8) 假定傳輸符號為^(n)，則接收到的含有頻率誤差的符號K")為
formula see original document page 8(9) 其中n為時間序號。如圖6所示。由於中繼站事先知道基站傳輸的PN序列，因此就可以完全複製出基 站傳輸的前導序列。在時間上，中繼站就可以計算出每一個前導序列採 樣值5(n)的相位= —2 (13)對於其餘W/2個前導序列的採樣值，由於是零點，就不用來進行頻率誤 差估計。當小數部分的頻率誤差被補償後，就可以進行FFT解調，再進行通常 的滑動相關就可以估計出相應的整數部分的頻率誤差。而這個過程通過 通常的現有技術就可以完成。為了驗證本發明的性能效果，我們利用數值仿真，驗證了本發明提 出基站和中繼站之間的前導序列的檢測性能。仿真結果表明，本發明具 有良好的時間同步檢測性能。圖7是時間同步檢測性能，最小值檢測。可以清楚地看到，當時間序 號和前導序列OFDM符號的初始採樣值對齊時，取得最小值。圖8是時間同步檢測性能，最大值檢測。可以清楚地看到，當時間序 號和前導序列OFDM符號的初始採樣值對齊時，取得最大值。圖9是時間同步檢測性能，相關檢測。可以清楚地看到，當時間序號 和前導序列OFDM符號的初始採樣值對齊時，取得相關峰值。
權利要求
1.一種用於移動WiMAX系統中基站和中繼站之間前導序列的傳輸方法，包括基站和中繼站在下行子幀開始處向移動臺發送相同的前導序列的OFDM符號；基站，在位於下行子幀中間處向中繼站發送前導序列的OFDM符號。
2. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於所述基站向中繼站和移 動臺發送具有不同結構的前導序列的OFDM符號。
3. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於所述基站傳輸給中繼站 的前導序列的OFDM符號的時隙由基站分配，並通過下行廣播信道傳輸 給所有的中繼站。
4. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於所述基站向中繼站發送 的前導序列的結構是在頻率上的重複偽隨機序列結構。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述偽隨機數序列的重 複次數根據信道條件和系統的其它條件由系統事先約定。
6.根據權利要求l所述的方法，其特徵在於還包括基站和中繼站的同 步，同步檢測包括每隔一個採樣值來相加，相加和的總長度為一個OFDM符號的長度。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於如果取得採樣值的最小 值，則表明繼站和中繼站之間的前導序列的起點對齊。
8. 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於如果取得採樣值的最大 值，則表明繼站和中繼站之間的前導序列的起點對齊。
9. 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於中繼站構造出和基站傳 輸的相同的前導序列，在和接收到的OFDM符號作滑動相關檢測，檢測 其峰值，作為時間同步檢測。
10. 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於還包括中繼站和基站頻 率誤差的檢測，包括步驟首先檢測頻率誤差的小數部分，再檢測頻率誤差的整數部分。
11. 根據權利要求10所述的方法，其特徵在於頻率誤差的小數部分 是在完成時間同步後，根據比較每一個接收到的採樣點的相位和事先確 定的採樣點的相位，計算出頻率誤差的小數部分。
12. 根據權利要求10的方法，其特徵在於頻率誤差的整數部分是在頻率誤差的小數部分被補償後，進行FFT解調後，進行滑動相關，檢測出頻率誤差的整數部分。
全文摘要
一種用於移動WiMAX系統中基站和中繼站之間前導序列的傳輸方法，包括基站和中繼站在下行子幀開始處向移動臺發送相同的前導序列的OFDM符號；基站，在位於下行子幀中間處向中繼站發送前導序列的OFDM符號。本發明保持了系統的前向兼容性，使舊的移動臺也能夠在有中繼站存在的系統中工作。
文檔編號H04B1/707GK101296025SQ20071009758
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月27日 優先權日2007年4月27日
發明者川 仲, 梁宗闖, 王家城 申請人:北京三星通信技術研究有限公司;三星電子株式會社