CN101064528A - 导频序列生成方法、装置及小区初始搜索方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导频序列生成方法，该方法包括：产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的伪随机(PN)序列，并将所述PN序列分配给至少一个小区，其中P为频域导频子载波数；对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P。本发明还公开了一种导频序列生成装置、发射机、接收机、小区初始搜索方法以及多载波通信***。应用本发明以后，能够简单地实现多载波***中的小区初始搜索，保证正确的小区识别概率，并且提供了更多的小区码字，而且还没有额外开销。

Description

导频序列生成方法、装置及小区初始搜索方法和***

技术领域

本发明涉及多载波通信技术领域，更具体地，涉及一种导频序列生成方法、导频序列生成装置及小区初始搜索方法和多载波通信***。

背景技术

第二代移动通信(2G)以时分多址(TDMA)和窄带码分多址(CDMA)为主要的接入技术，例如全球移动通信(GSM)***和CDMA IS-95移动通信***。第三代移动通信(3G)以宽带CDMA为主要的接入技术，例如通用移动通信***(UMTS)和WCDMA移动通信***。下一代移动通信技术需要支持语音、数据、音频、视频、图像等广泛的业务类型。为了支持多种业务类型，要求下一代移动通信***支持更高的数据速率、更高的频谱效率、完善的服务质量(QoS)保障机制，提供更好的移动性支持和无线网络覆盖，实现为用户随时随地提供通信服务的目标。

20世纪90年代以来，多载波技术成为宽带无线通信的热点技术，其基本思想是将一个宽带载波划分为多个子载波，并在多个子载波上同时传输数据，在多数的***应用当中，子载波的宽度小于信道的相干宽度，这样在频率选择性信道上，每个子载波上的衰落为平坦衰落，这样就减少了符号间的干扰，并且不需要复杂的信道均衡，适合高速数据的传输。多载波技术有多种形式，如正交频分多址接入(OFDMA)、多载波CDMA(MC-CDMA)、多载波直接扩展CDMA(MC-DS-CDMA)、多音调CDMA(MT-CDMA)、多载波TDMA(MC-TDMA)、时频域二维扩展、以及在以上基础上的多种扩展技术。

OFDM由于其频谱利用率高、便于快速实现等原因越来越受到人们的关注。20世纪80年代以后，OFDM技术首先在广播式数字音频和视频领域得到广泛的应用，目前已经成为无线局域网标准的一部分，并成为超三代(B3G)移动通信***中最有前景的技术之一。

对于蜂窝通信***来说，小区初始搜索是一个非常关键的过程。用户终端(UE)开机后，首先需要搜寻可能存在的小区，并选择合适的小区登陆。只有在UE登陆到某小区后，才能够获取此小区更详细的信息以及邻近小区的信息，才可监听寻呼或发起呼叫。通常把UE从开机搜索到登陆到合适小区的过程定义为小区初始搜索。到目前为止，提出的小区搜索方案大多都是针对3G移动通信***的。3G中的三个主要标准：WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA，基于自身***的独特特性，分别采取了不同的小区初始搜索技术。从技术层面来看，3G***主要是以CDMA为核心技术，与基于OFDM的B3G***有很大差别，因此，并不能将3G中的小区搜索方案直接应用于B3G***中。

基于OFDM技术的B3G***一个显著优点是可以利用快速傅里叶变换(FFT)来实现调制和解调，从而极大地简化***实现的复杂度，因此，FFT大小即总子载波数N的选择通常要满足可以利用更加方便快捷的FFT。考虑到***采样速率和频谱成形，通常将两侧的子载波作为保护子载波(也叫虚子载波)，这样，可用的子载波数通常是由***决定的，而不能随意设计。在N相对比较小时，小区码字的设计也要变得更加灵活。良好的设计和识别方法必须保证为***提供一组容易产生又足够多的码字配置给尽可能多的小区，保证尽可能低的***开销，同时也保证高准确度的小区识别概率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种导频序列生成方法，以在没有额外开销的情况下提供更多的小区码字。

本发明的另一目的是提出一种导频序列生成装置和相应的发射机和接收机，以在没有额外开销的情况下提供更多的小区码字，并对所述的小区码字进行发射和接收。

本发明的再一目的是提出一种多载波***中的小区初始搜索方法，以实现多载波***应用环境下的小区初始搜索。

本发明的又一目的是提出一种多载波通信***，从而实现方便的小区初始搜索，并且保证正确的小区识别概率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种导频序列生成方法，该方法包括：

A1、产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的伪随机(PN)序列，并将所述PN序列分配给至少一个小区，其中P为频域导频子载波数；

B1、对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P。

步骤B1所述执行调制为相移键控调制或正交振幅调制。

步骤B1所述执行调制为：

对分配给每个小区的PN序列执行四相相移键控(QPSK)调制，该导频序列集包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P。

步骤B1所述执行调制为：

对分配给每个小区的PN序列执行二相相移键控(BPSK)调制，从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，该导频序列集包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P。

该方法在步骤B1后进一步包括：

将一个或两个该导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域OFDM符号帧中，并经逆快速傅立叶变换IFFT变换成时域OFDM符号后执行发射。

该方法在步骤B1后进一步包括：

将所述两个等长导频序列的符号与数据、同步序列符号合并在同一频域OFDM符号帧中，并经IFFT变换成时域OFDM符号后执行发射。

所述步骤A1为：产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，并将所述PN序列分配给M个小区。

一种导频序列生成装置，该装置包括：

PN序列产生单元，用于产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的PN序列，并将所述PN序列分配给至少一个小区，其中P为频域导频子载波数；

导频序列集生成单元，用于对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P。

所述导频序列集生成单元，用于对分配给每个小区的PN序列执行QPSK调制，所述导频序列集中包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P。

所述导频序列集生成单元，用于对分配给所述小区的PN序列执行BPSK调制，从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，该导频序列集中包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P。

所述PN序列产生单元，用于产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，并将所述PN序列分配给M个小区。

一种OFDM***中的发射机，其特征在于，该发射机包括：

如上任一项所述的导频序列生成装置；

OFDM成帧单元，用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据和同步序列符号合并成OFDM符号帧；

IFFT单元，用于将OFDM符号帧变换成OFDM符号进行发射。

一种多载波***中的小区初始搜索方法，该方法包括：

A2、在发射端产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的PN序列，将所述PN序列分配给至少一个小区，并对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P，其中P为频域导频子载波数；

B2、将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去；

C2、UE对所述导频序列集中的所有导频序列进行差分运算，将其作为已知序列，并从接收信号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列；

D2、对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，并选择运算结果最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列。

步骤A2所述执行调制为：对分配给每个小区的PN序列执行QPSK调制，所述导频序列集中包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P。

步骤A2所述执行调制为：对分配给每个小区的PN序列执行BPSK调制，从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，所述导频序列集中包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P。

步骤B2所述将导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧并发射包括：

将一个或两个该导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，并经IFFT变换成时域符号后执行发射。

步骤B2所述将导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧并发射包括：

将所述两个等长的导频序列的符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，并经IFFT变换成时域符号后执行发射。

步骤B2所述将导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧并发射包括：

将两个该导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，并经IFFT变换成时域符号后执行发射；

设{Y₁(k)}和{Y₂(k)}(k＝0，1，...P-1)分别为所得到的接收序列，{Dif_Y1(k)}和{Dif_Y2(k)}(k＝1，...P-1)分别为所对应的差分接收序列；{Dif_m(k)}为已知序列；

步骤D2所述执行运算为计算Corr_m，其中

$\mathrm{Cor}{r}_m=\frac{{|\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_1}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_m\left(k\right)+\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_2}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_m\left(k\right)|}^2}{{(\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_1\left(k\right)\right|}^2+\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_2\left(k\right)\right|}^2)}^2},m=\mathrm{0,1},\·\·\·,M-1,$ M为小区的个数。

步骤D2所述执行运算为计算Corr_m，其中

设{Y₁(k)}和{Y₂(k)}(k＝0，1，...P-1)分别为所得到的接收序列，M为小区的个数，{Dif_Y1(k)}和{Dif_Y2(k)}(k＝1，...P-1)分别为所对应的差分接收序列，{Dif_m，1(k)}和{Dif_m，2(k)}为已知序列，

$\mathrm{Cor}{r}_m=\frac{{|\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_1}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_{m,1}\left(k\right)+\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_2}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_{m,2}\left(k\right)|}^2}{{(\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_1\left(k\right)\right|}^2+\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_2\left(k\right)\right|}^2)}^2},m=\mathrm{0,1},\·\·\·,M-1,$ M为小区的个数。

当相邻扇区或小区通过将导频序列调制到不同的子载波集来克服小区间干扰时，则步骤C2包括：

UE从接收信号中分别抽取出对应于不同子载波集的频域导频信号以作为接收序列，并对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列。

所述多载波通信***为OFDM***，所述时域符号为时域OFDM符号。

一种OFDM***中的接收机，该接收机包括：

差分运算单元，用于从OFDM符号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列，所述频域导频信号对应于上述导频序列生成装置所生成的导频序列；

导频序列确定单元，用于对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，以选择最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列，其中所述已知序列为对所述导频序列进行差分运算后的运算结果。

一种多载波通信***，该多载波通信***包括发射端和接收端，其中

发射端，用于产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的PN序列，将所述PN序列分配给至少一个小区，并对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，其中所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P，所述发射端进一步用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去；

接收端，用于从接收信号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列；并进一步用于对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，以选择最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列，其中所述已知序列为对导频序列集中的所有导频序列进行差分运算后的运算结果。

所述发射端，用于产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，将所述PN序列分配给M个小区，对分配给每个小区的PN序列执行QPSK调制，所述导频序列集中包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P，所述发射端进一步用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去。

所述发射端，用于产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，将所述PN序列分配给M个小区，对分配给每个小区的PN序列执行BPSK调制，从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，所述导频序列集中包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P，所述发射端进一步用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去。

所述多载波通信***为：OFDMA***、或多载波码分多址***、或多载波直接扩展***、或多音调码分多址***、或多载波时分多址***、或时频域二维扩展***。

从上述技术方案中可以看出，在本发明中，首先产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的PN序列，并将所述PN序列分配给至少一个小区；然后对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P。应用本发明以后，通过设计用于信道估计的导频序列作为小区码字来识别小区，而且，用于识别小区的码字是通过用于信道估计的频域导频来发送的，因此没有额外开销，同时，在保证小区码字设计和识别方法简单的前提下，还可以保证正确的小区识别概率，并能够为***提供更多的小区码字。

附图说明

图1为根据本发明的导频序列生成方法的示范性流程示意图；

图2为根据本发明第一实施例的导频序列生成方法的示范性流程示意图；

图3为根据本发明第二实施例的导频序列生成方法的示范性流程示意图；

图4为根据本发明的导频序列生成装置的示范性结构示意图；

图5为根据本发明的OFDM***中发射机的示范性结构示意图；

图6为根据本发明的帧结构及导频结构的示范性示意图；

图7为根据本发明的小区初始搜索的示范性流程示意图；

图8为根据本发明第一实施例的小区初始搜索示范性流程示意图；

图9为根据本发明第二实施例的小区初始搜索示范性流程示意图；

图10为根据本发明的仿真结果比较示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

在本发明中，通过设计用于信道估计的导频序列作为小区码字来识别小区。图1为根据本发明的导频序列生成方法的示范性流程示意图。如图1所示，该方法包括：

步骤101：产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的PN序列，并将所述PN序列分配给至少一个小区；

在这里，首先假定频域有用导频子载波数为P，并优选产生至少一个长度为2P的PN序列，该组PN序列应具有优良的自相关性和互相关性。更优选地，可以产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，并分配给M个小区。

步骤102：对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P。

在这里，可以通过多种方式对分配给小区的PN序列执行调制以得到导频序列集。比如，可以采用相移键控调制或正交振幅调制等。

下面以采用四相相移键控QPSK调制为例，对本发明的第一实施例进行说明，其中采用QPSK调制对分配给小区的PN序列执行调制。图2为根据本发明第一实施例的导频序列生成方法的示范性流程示意图。如图2所示，该方法包括：

步骤201：产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，并将所述PN序列分配给M个小区；

在这里，可以在发送端首先根据***参数产生一组大小为M、长度为L的伪噪声序列{b_m(n)}(m＝0，1，...，M-1，n＝0，1，...，L-1)；

该组序列{b_m(n)}具有优良的自相关性和互相关性。此外，假定***频域有用导频子载波数为P，则L应等于或大于2P。将序列{b_m(n)}截短为长度为2P的序列{s_m(n)}(m＝0，1，...，M-1，n＝0，1，...，2P-1)，并分配给M个小区。

步骤202：对分配给所述小区的PN序列分别执行QPSK调制得到导频序列集，所述导频序列集中包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P；

对上述分配给各个小区的序列，分别进行QPSK调制，成为长度为P的序列，作为各小区的频域导频序列，记为{Cell_m(k)}(m＝0，1，...，M-1，k＝0，1，..，P-1)。

在这里，优选还可以对步骤202中QPSK调制后的各个小区导频序列作差分运算，作为已知序列存储在UE中。也就是说，对序列{Cell_m(k)}(m＝0，1，..，M-1，k＝0，1，...，P-1)，根据式1进行差分运算：

Dif_m(k)＝Cell_m(k)×(Cell_m(k-1))^*，m＝0，1，...，M-1，k＝1，...，P-1(式1)

其中，(·)^*表示对括号内容取共轭。将序列{Dif_m(n)}(m＝0，1，...，M-1，k＝1，...，P-1)存储在UE，作为已知序列。

优选地，第一实施例还可以包括步骤203。也就是：

步骤203：将该导频序列与数据和同步序列合并成频域符号帧，并经IFFT变换成时域符号后执行发射。

在这里，可以在一帧内发送一个导频符号，也可以在同一帧内发送两个导频符号。当发送两个导频符号时，这两个导频符号所对应的导频序列可以是相同的。

以上过程中，优选可以将第一实施例应用于OFDM***中。这样，合并成的频域符号帧即为频域OFDM帧。

下面再以采用二相相移键控BPSK调制，对本发明第二实施例进行说明，其中采用BPSK调制对分配给小区的PN序列执行调制。图3为根据本发明第二实施例的导频序列生成方法的示范性流程示意图。如图3所示，该方法包括：

步骤301：产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，并将所述PN序列分配给M个小区；

在这里，可以在发送端首先根据***参数产生一组大小为M、长度为L的伪噪声序列{b_m(n)}(m＝0，1，...，M-1，n＝0，1，...，L-1)；

该组序列{b_m(n)}具有优良的自相关性和互相关性。此外，假定***频域有用导频子载波数为P，则L应等于或大于2P。将序列{b_m(n)}截短为长度为2P的序列{s_m(n)}(m＝0，1，...，M-1，n＝0，1，...，2P-1)，并分配给M个小区。

步骤302：对分配给所述小区的PN序列分别执行BPSK调制，并从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，导频序列集中包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列长度为P；

在这里，将分配给各个小区的序列，分别从中间等分，得到两个等长的序列，作为小区频域导频序列，这样，每个小区的导频序列包含两个序列1和2，记为{Cell_m，1(k)}和{Cell_m，2(k)}(m＝0，1，...，M-1，k＝0，1，...，P-1)。Cell_m，1(k)和Cell_m，2(k)(k＝0，1，...，P-1)分别对应于序列s_m(n)(n＝0，1，...，2P-1)的前一半和后一半。

在这里，优选还可以对步骤302中BPSK调制后的各个小区导频序列作差分运算，作为已知序列存储在UE中。也就是说，

对序列{Cell_m，1(k)}和{Cell_m，2(k)}(m＝0，1，...，M-1，k＝0，1，...，P-1)，按照式2进行差分运算：

Dif_m，1(k)＝Cell_m，1(k)×(Cell_m，1(k-1))^*；

Dif_m，2(k)＝Cell_m，2(k)×(Cell_m，2(k-1))^*；                         (式2)

其中m＝0，1，...，M-1，k＝1，...，P-1

将得到的序列{Dif_m，1(k)}和{Dif_m，2(k)}(m＝0，1，...，M-1，k＝1，...，P-1)存储在UE，作为已知序列。

优选地，第二实施例还可以进一步包括步骤303。也就是：

步骤303：将导频序列符号与数据和同步序列符号合并成频域符号帧，并经IFFT变换成时域符号后执行发射。

在这里，优选在同一帧内发送两个导频符号，每个导频序列符号对应于所述两个等长的序列中的一个。以上过程中，优选可以将第二实施例应用于OFDM***中。这样，合并成的频域符号帧即为频域OFDM帧。

本发明还提供了一种导频序列生成装置。图4为根据本发明的导频序列生成装置的示范性结构示意图。

如图4所示，该装置400包括：PN序列产生单元401，用于产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，并将所述PN序列分配给至少一个小区；导频序列集生成单元402，用于对分配给所述小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P。

其中，优选地，导频序列集生成单元402，用于对分配给所述小区的PN序列执行QPSK调制，所述导频序列集中包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P。

优选地，导频序列集生成单元402，用于对分配给所述小区的PN序列执行BPSK调制，从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，该导频序列集中包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P。

本发明的导频序列生成装置可以应用到多种环境中，比如OFDM***中的发射机。图5为根据本发明的发射机的示范性结构示意图。如图5所示，该发射机500包括：

如图4中的导频序列生成装置400(即图5中的501)，以生成导频序列；OFDM成帧单元502，用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据和同步序列符号合并成OFDM符号帧；IFFT单元503，用于将OFDM符号帧变换成OFDM符号以通过信道进行发射。

以上虽然以OFDM***中的发射机为例进行了说明，但是本领域技术人员可以意识到，本发明并不局限于此，而是可以应用到包括OFDM***在内的各种多载波通信***中，这些多载波通信***包括但是并不局限于：OFDMA***、或多载波码分多址***、或多载波直接扩展***、或多音调码分多址***、或多载波时分多址***、或时频域二维扩展***等。

小区导频序列在发送端决定导频符号的具体结构，小区码字识别则在接收端与***同步后，即在符号定时、帧定时以及频率同步后和信道估计之间完成。图6为根据本发明的帧结构及导频结构的示范性示意图。其中，每一帧由9个OFDM符号构成，导频符号1和2分别位于第1和第7个符号位置，第9个符号为同步符号。同步符号对于所有小区来说是已知的，UE利用它来与***同步，即符号定时、帧定时以及频率同步。

利用生成的导频序列可以执行小区初始搜索，下面对本发明的小区初始搜索方法进行说明。

图7为根据本发明的小区初始搜索的示范性流程示意图。为了方便说明，仍以OFDM为例进行说明。如图7所示，该方法包括：

步骤701：在发射端产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的PN序列并将PN序列分配给至少一个小区，并对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，其中导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P；

在这里，优选地，可以产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，并将PN序列分配给M个小区。

步骤702：将导频序列集中的导频序列和同步序列合并在同一频域OFDM符号帧，经IFFT变换成时域OFDM符号后发射出去。

步骤703：UE对所述导频序列集中的所有导频序列进行差分运算，将其作为已知序列，并从接收信号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列。

步骤704：对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，并选择运算结果最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列。

基于图7，图8为根据本发明第一实施例的小区初始搜索流程示意图。如图8所示，该方法包括：

步骤801：在发射端产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，将PN序列分配给M个小区，并对分配给每个小区的PN序列分别执行QPSK调制，得到导频序列集，其中包括导频序列且该导频序列的长度为P；

步骤802：将导频序列集中的该导频序列符号和数据以及同步序列符号合并在同一频域OFDM符号帧，经IFFT变换成时域OFDM符号后发射出去；

步骤803：UE对所述导频序列集中的所有导频序列进行差分运算，将其作为已知序列，并从接收信号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列；

步骤804：对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，并选择运算结果最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列。

基于图7，图9为根据本发明第二实施例的小区初始搜索流程示意图。如图9所示，该方法包括：

步骤901：在发射端产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，将PN序列分配给M个小区，对分配给每个小区的PN序列执行BPSK调制，并从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P。

步骤902：将两个导频序列符号与数据及同步序列符号合并在同一频域OFDM符号帧，经IFFT变换成时域OFDM符号后发射出去。

步骤903：UE对所述导频序列集中的所有导频序列进行差分运算，将其作为已知序列，并从接收信号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列。

步骤904：对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，并选择运算结果最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列。

由图8和图9所示的流程可见，在发送端，根据设计和发送方法，将小区导频序列与数据和同步序列合并成频域OFDM符号帧，由IFFT变换成时域OFDM符号，进行发送。然后，在接收端，UE在与***同步后，抽取出频域导频信号{Y(k)}(k＝0，...，P-1)，根据式3作差分运算：

Dif_Y(k)＝Y(k-1)·(Y(k))^*k＝1，...，P-1                 (式3)

优选地，如果相邻扇区或小区的导频结构通过调制不同的子载波集来克服小区间干扰，为了区分扇区，接收端还可以包括下面的步骤：

假定使用C个不同的子载波集来区分相邻扇区或小区，UE分别抽取出对应于C个不同子载波集的频域导频信号{Y_c(k)}(c＝0，...，C-1，k＝1，...，P-1)，根据式4作差分运算：

Dif_c，Y(k)＝Y_c(k-1)×(Y_c(k))^*                            (式4)

c＝0，...，C-1，k＝1，...，P-1；

然后对得到的接收序列{Y(k)}(k＝0，...，P-1)和差分接收序列{Dif_Y(k)}(k＝1，...，P-1)，UE与缓存中所有已知序列{Dif_m(k)}(m＝0，1，...，M-1，k＝1，...，P-1)作运算。根据发送端采用不同的设计方法和发送方法，运算公式也不同，下面将进行详细说明。

当采用QPSK调制时，也就是根据第一实施例产生导频序列，并且在一帧内只发送导频符号1时，根据式5进行计算，则有：

${\mathrm{Corr}}_m=\frac{{|\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_Y\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_m\left(k\right)|}^2}{{\left(\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y\left(k\right)\right|}^2\right)}^2},m=\mathrm{0,1},\·\·\·,M-1;$ (式5)

当采用QPSK调制时，也就是根据第一实施例产生导频序列，并且在一帧内发送两个相同的导频符号1和2时，设{Y₁(k)}和{Y₂(k)}(k＝0，1，...P-1)分别为抽取的频域导频信号1和2，{Dif_Y1(k)}和{Dif_Y2(k)}(k＝1，...P-1)分别为通过式3得到的两个差分序列，此时根据式6进行计算，则有：

${\mathrm{Corr}}_m=\frac{{|\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_1}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_m\left(k\right)+\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_2}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_m\left(k\right)|}^2}{{(\underset{k=0}{\overset{p-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_1\left(k\right)\right|}^2+\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_2\left(k\right)\right|}^2)}^2};$ (式6)

m＝0，1，...，M-1

当采用BPSK调制时，也就是根据第二实施例产生导频序列时，在同一帧内发送两个导频序列1和2，设{Y₁(k)}和{Y₂(k)}(k＝0，1，...P-1)分别为抽取的频域导频信号1和2，{Dif_Y1(k)}和{Dif_Y2(k)}(k＝1，...P-1)分别为通过式3得到的两个差分序列，则有：

${\mathrm{Corr}}_m=\frac{{|\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_1}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_{m,1}\left(k\right)+\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_2}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_{m,2}\left(k\right)|}^2}{{(\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_1\left(k\right)\right|}^2+\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_2\left(k\right)\right|}^2)}^2};$ (式7)

m＝0，1，...，M-1

优选地，如果相邻扇区的导频采用调制不同的子载波集来克服小区间干扰，运算公式为式8：

${\mathrm{Corr}}_{c,m}=\frac{{|\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{c,Y}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_m\left(k\right)|}^2}{{\left(\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_c\left(k\right)\right|}^2\right)}^2};$ (式8)

c＝0，...，C-1，m＝0，1，...，M-1

最后，对上述计算得到的M或C×M个结果，按大小进行排序，选择最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列，从而完成小区初始搜索过程。

对应于本发明在发射端所发送的所述导频序列，本发明还提出了一种接收机，该接收机优选包括：

差分运算单元，用于从OFDM符号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列，所述频域导频信号对应于所述的导频序列；

导频序列确定单元，用于对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，以选择最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列，其中所述已知序列为对所述导频序列进行差分运算后的运算结果。

本发明还提出了一种多载波通信***，包括发射端和接收端，其中发射端，用于产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的PN序列，将所述PN序列分配给至少一个小区，并对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，其中所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P，所述发射端进一步用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去；

接收端，用于从接收信号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列；并进一步用于对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，以选择最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列，其中所述已知序列为对导频序列集中的所有导频序列进行差分运算后的运算结果。

具体而言，发射端，可以用于产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，将所述PN序列分配给M个小区，对分配给各小区的分别PN序列执行QPSK调制产生导频序列集，所述导频序列集中包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P，所述发射端进一步用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去。此时，发射端，可以用于将相同的两个所述导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去。

可选地，发射端，可以用于产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，将所述PN序列分配给M个小区，对分配给每个小区的PN序列执行BPSK调制，从中间进行等分，以得到导频序列集，所述导频序列集中包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P，所述发射端进一步用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去。

其中，本发明所提出的多载波通信***可以为：OFDMA***、或多载波码分多址***、或多载波直接扩展***、或多音调码分多址***、或多载波时分多址***、或时频域二维扩展***等。

下面结合仿真实例对本发明进行说明。图10为根据本发明的仿真结果比较示意图，由图10可以证明本发明的高效性、可靠性和实用性。

其中，仿真条件是：载频2GHz，***带宽5MHz，子载波总数为512，有用子载波数为301，包括直流子载波在内，保护间隔长度为56。其中采用图6所示的帧结构和导频结构。在每一帧的第1个符号和第7个符号，分别发送导频符号1和2。导频序列在频域上等间隔排列，间隔为5个子载波，共占用P＝50个有用子载波。首先产生一组大小M＝128，长度L＝128的Gold码序列，将其长度截短为2P，分别作为要搜索的128个目标小区的导频序列。此外，为了与BPSK调制的导频序列作比较，同时产生一组大小M＝64，长度L＝64的Gold码序列，截断到长度为P＝50的序列，分别作为要搜索的64个目标小区的导频序列，以作为参考方法。采用的信道模型为3GPPVehicular-A，车速为3km/h和350km/h。仿真环境假定为单小区情况。

表1为分别采用下列四种方法正确识别小区的概率示意表：第一实施例(采用QPSK调制产生一个导频序列)只发送导频符号1、第一实施例(采用QPSK调制产生一个导频序列)发送导频符号1和2、第二实施例(采用BPSK调制产生两个导频序列)发送导频符号1和2以及参考方法(只发送导频符号1)。

接收端信噪比(dB)		-15	-12	-9	-6	-3	0
								参考(导频1)	3km/h	0.1652	0.6038	0.9803	1.0000	1.0000	1.0000
350km/h	0.2472	0.6252	0.9072	0.9845	0.9983	1.0000
							第一实施例(导频1)		3km/h	0.1055	0.5124	0.9583	1.0000	1.0000	1.0000
350km/h	0.2062	0.5662	0.8793	0.9845	0.9979	1.0000
								第一实施例(导频1和2)	3km/h	0.3231	0.8941	0.9993	1.0000	1.0000	1.0000
350km/h	0.3983	0.9228	1.0000	1.0000	1.0000	1.0000
							第二实施例(导频1和2)		3km/h	0.3683	0.9383	1.0000	1.0000	1.0000	1.0000
350km/h	0.3993	0.9393	1.0000	1.0000	1.0000	1.0000

                                             表1

从图10中可以看出，第二实施例通过将一个长PN序列等分成两个短序列，分别在同一帧内的两个不同的符号内进行发送，不仅使小区码字的设计变得更加容易(码字长度增大一倍)，同时也利用了时间分集，在低车速以及高车速下均能获得准确度高的小区识别概率。采用第一实施例，在一帧内发送两个相同的导频符号时，通过在接收端利用式6，利用了时间分集，相比只发送导频符号1时，在低信噪比的情况下性能提高了近2dB。第一实施例在只发送导频符号1时的性能与参考方法1也只发送导频符号1时的性能相差很小，但却使要搜索的目标小区的数量增大一倍。此外，相比第二实施例，第一实施例可以在每一帧内只发送一个导频符号的情况下识别小区，***开销降低了一半。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (26)

1、一种导频序列生成方法，其特征在于，该方法包括：

A1、产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的伪随机PN序列，并将所述PN序列分配给至少一个小区，其中P为频域导频子载波数；

B1、对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P。

2.根据权利要求1所述的导频序列生成方法，其特征在于，步骤B1所述执行调制为相移键控调制或正交振幅调制。

3、根据权利要求2所述的导频序列生成方法，其特征在于，步骤B1所述执行调制为：

对分配给每个小区的PN序列执行四相相移键控QPSK调制，该导频序列集包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P。

4、根据权利要求2所述的导频序列生成方法，其特征在于，步骤B1所述执行调制为：

对分配给每个小区的PN序列执行二相相移键控BPSK调制，从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，该导频序列集包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P。

5、根据权利要求3所述的导频序列生成方法，其特征在于，该方法在步骤B1后进一步包括：

将一个或两个该导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域正交频分复用OFDM符号帧中，并经逆快速傅立叶变换IFFT变换成时域OFDM符号后执行发射。

6、根据权利要求4所述的导频序列生成方法，其特征在于，该方法在步骤B1后进一步包括：

将所述两个等长导频序列的符号与数据、同步序列符号合并在同一频域OFDM符号帧中，并经IFFT变换成时域OFDM符号后执行发射。

7、根据权利要求3-6中任一项所述的导频序列生成方法，其特征在于，所述步骤A1为：

产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，并将所述PN序列分配给M个小区。

8、一种导频序列生成装置，其特征在于，该装置包括：

PN序列产生单元，用于产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的PN序列，并将所述PN序列分配给至少一个小区，其中P为频域导频子载波数；

导频序列集生成单元，用于对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P。

9、根据权利要求8所述的导频序列生成装置，其特征在于，所述导频序列集生成单元，用于对分配给每个小区的PN序列执行QPSK调制，所述导频序列集中包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P。

10、根据权利要求8所述的导频序列生成装置，其特征在于，所述导频序列集生成单元，用于对分配给每个小区的PN序列执行BPSK调制，从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，该导频序列集中包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P。

11、根据权利要求8-10中任一项所述的导频序列生成装置，其特征在于，所述PN序列产生单元，用于产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，并将所述PN序列分配给M个小区。

12、一种OFDM***中的发射机，其特征在于，该发射机包括：

如权利要求8-10中任一项所述的导频序列生成装置；

OFDM成帧单元，用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据和同步序列符号合并成OFDM符号帧；

IFFT单元，用于将OFDM符号帧变换成OFDM符号进行发射。

13、一种多载波***中的小区初始搜索方法，其特征在于，该方法包括：

A2、在发射端产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的PN序列，将所述PN序列分配给至少一个小区，并对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P，其中P为频域导频子载波数；

B2、将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去；

C2、UE对所述导频序列集中的所有导频序列进行差分运算，将其作为已知序列，并从接收信号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列；

D2、对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，并选择运算结果最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列。

14、根据权利要求13所述的小区初始搜索方法，其特征在于，步骤A2所述执行调制为：对分配给每个小区的PN序列执行QPSK调制，所述导频序列集中包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P。

15、根据权利要求13所述的小区初始搜索方法，其特征在于，步骤A2所述执行调制为：对分配给每个小区的PN序列执行BPSK调制，从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，所述导频序列集中包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P。

16、根据权利要求14所述的小区初始搜索方法，其特征在于，步骤B2所述将导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧并发射包括：

将一个或两个该导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，并经IFFT变换成时域符号后执行发射。

17、根据权利要求15所述的小区初始搜索方法，其特征在于，步骤B2所述将导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧并发射包括：将所述两个等长的导频序列的符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，并经IFFT变换成时域符号后执行发射。

18、根据权利要求14所述的小区初始搜索方法，其特征在于，步骤B2所述将导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧并发射包括：

将两个该导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，并经IFFT变换成时域符号后执行发射；

设{Y₁(k)}和{Y₂(k)}(k＝0，1，...P-1)分别为所得到的接收序列，{Dif_Y1(k)}和{Dif_Y2(k)}(k＝1，...P-1)分别为所对应的差分接收序列；{Dif_m(k)}为已知序列；

步骤D2所述执行运算为计算Corr_m，其中，

${\mathrm{Corr}}_m=\frac{{|\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_1}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_m\left(k\right)+\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_2}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_m\left(k\right)|}^2}{{(\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_1\left(k\right)\right|}^2+\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_2\left(k\right)\right|}^2)}^2},$ m＝0，1，...，M-1，M为小区的个数。

19、根据权利要求17所述的小区初始搜索方法，其特征在于，步骤D2所述执行运算为计算Corr_m，其中，

设{Y₁(k)}和{Y₂(k)}(k＝0，1，...P-1)分别为所得到的接收序列，{Dif_Y1(k)}和{Dif_Y2(k)}(k＝1，...P-1)分别为所对应的差分接收序列，{Dif_m，1(k)}和{Dif_m，2(k)}为已知序列，

${\mathrm{Corr}}_m=\frac{{|\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_1}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_{m,1}\left(k\right)+\underset{k=1}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dif}}_{Y_2}\left(k\right)\×{\mathrm{Dif}}_{m,2}\left(k\right)|}^2}{{(\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_1\left(k\right)\right|}^2+\underset{k=0}{\overset{P-2}{\mathrm{\Σ}}}{\left|Y_2\left(k\right)\right|}^2)}^2},$ m＝0，1，...，M-1，M为小区的个数。

20、根据权利要求13-19中任一项所述的小区初始搜索方法，其特征在于，当相邻扇区或小区通过将导频序列调制到不同的子载波集来克服小区间干扰时，则步骤C2包括：

UE从接收信号中分别抽取出对应于不同子载波集的频域导频信号以作为接收序列，并对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列。

21、根据权利要求13-19中任一项所述的小区初始搜索方法，其特征在于，所述多载波通信***为OFDM***，所述时域符号为时域OFDM符号。

22、一种OFDM***中的接收机，其特征在于，该接收机包括：

差分运算单元，用于从OFDM符号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列，所述频域导频信号对应于由权利要求8-10中任一项所述的导频序列生成装置所生成的导频序列；

导频序列确定单元，用于对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，以选择最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列，其中所述已知序列为对所述导频序列进行差分运算后的运算结果。

23、一种多载波通信***，其特征在于，该多载波通信***包括发射端和接收端，其中

发射端，用于产生至少一个长度为P的正整数倍且至少为2倍的PN序列，将所述PN序列分配给至少一个小区，并对分配给每个小区的PN序列执行调制以得到导频序列集，其中所述导频序列集中至少包括一个导频序列，且该至少一个导频序列的长度为P，所述发射端进一步用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去；

接收端，用于从接收信号中提取出频域导频信号以作为接收序列，对所述接收序列进行差分运算，以得到差分接收序列；并进一步用于对接收序列、差分接收序列和已知序列进行运算，以选择最大值所对应的导频序列为UE所在小区的导频序列，其中所述已知序列为对导频序列集中的所有导频序列进行差分运算后的运算结果。

24、根据权利要求23所述的多载波通信***，其特征在于，

所述发射端，用于产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，将所述PN序列分配给M小区，对分配给每个小区的PN序列执行QPSK调制，所述导频序列集中包括一个导频序列，且该导频序列的长度为P，所述发射端进一步用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去。

25、根据权利要求23所述的多载波通信***，其特征在于，

所述发射端，用于产生一组大小为M、长度为2P的PN序列，将所述PN序列分配给M个小区，对分配给每个小区的PN序列执行BPSK调制，从中间进行等分，以得到两个等长的导频序列，所述导频序列集中包括所述两个等长的导频序列，其中每个导频序列的长度为P，所述发射端进一步用于将所述导频序列集中的导频序列符号与数据、同步序列符号合并在同一频域符号帧中，经IFFT变换成时域符号后发射出去。

26、根据权利要求23-25中任一项所述的多载波通信***，其特征在于，所述多载波通信***为：

OFDMA***、或多载波码分多址***、或多载波直接扩展***、或多音调码分多址***、或多载波时分多址***、或时频域二维扩展***。

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