CN1527512A - 正交频分复用***中产生训练符号及传输训练符号的方法 - Google Patents

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CN1527512A CNA031068790A CN03106879A CN1527512A CN 1527512 A CN1527512 A CN 1527512A CN A031068790 A CNA031068790 A CN A031068790A CN 03106879 A CN03106879 A CN 03106879A CN 1527512 A CN1527512 A CN 1527512A
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曹锋铭
王海
徐彰浩
周潘渝
朴东植
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Beijing Samsung Telecommunications Technology Research Co Ltd
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Beijing Samsung Telecommunications Technology Research Co Ltd
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Abstract

一种正交频分复用***中产生训练符号的方法，包括步骤：在正交频分复用通信***中具有N个子载波，使用的子载波为L，其中L小于或等于N；每传输帧结构包括下行子帧和上行子帧，训练符号由一个OFDM符号及其循环前缀组成；所述OFDM符号由在使用的子载波上放置频域训练序列，进行反傅立叶变换来生成。训练符号可以用于OFDM通信***中同步，信道估计自动增益控制，以及多天线***中不同天线间的信道估计等用途。采用该训练符号为AAS指示器时，可以避免由于和规范中现存的训练符号具有相同的结构而产生的干扰。本发明描述的训练符号和其在AAS***中的应用极其容易在现有的IEEE802.16a和高性能城域网规范(Hiperman)等规范中实现。

Description

正交频分复用***中产生训练符号及传输训练符号的方法
技术领域
本发明涉及正交频分复用(OFDM)通信技术领域，具体地说，本发明主要涉及OFDM通信***物理层中一种新的训练符号，该训练符号可用来做同步，信道估计等
背景技术
在很多OFDM***中，训练符号作为OFDM帧中重要的一部份有着很重要的作用，训练符号的设计对于不同的OFDM***有不同的设计。很多OFDM通信***中都把自适应天线(AAS)技术作为一项可选技术来获得***增益。在这样的***中，当基站采用AAS技术时(以下简称AAS基站，相应的***称AAS***)，该基站服务的小区可同时支持采用AAS技术的终端(以下简称AAS终端)和没有采用AAS技术的终端(以下简称非AAS终端)。
AAS***中，基站会在下行(从基站到终端)信道中传输一些已知符号来标示该***为AAS***，AAS终端在初始接入该***时，需要捕获到该种已知符号才能通过某些特定的接入时隙通过某种竞争接入机制来接入***。我们称该种已知符号为AAS指示器。实际上，上述的用来标示AAS***中的已知符号，即AAS指示器也是一种训练符号。OFDM***中的训练符号根据不同的设计方法，可以有不同的结构。它可以用来做同步，信道估计，自动增益控制等。实际OFDM***中的训练符号都是在频域上对已知的序列做快速反傅立叶变换(IFFT)得到，我们称该种序列为频域训练序列。在高性能城域网规范(Hiperman)和802.16a的2560FDM物理层中，共有256个子载波，标号为-128到127，但实际只用了标号为-100到100的200个子载波，其中标号为0的零子载波不用。
当前***中例如高性能城域网规范(Hiperman)和802.16a的256 FDM物理层中已经使用很多训练符号，如果要引进一种新的训练符号，该新的训练符号的结构应该有不同于已使用的训练符号的结构。同时该训练符号应该有低的功率峰平比和良好的相关特性。高性能城域网规范(Hiperman)和802.16a的256 OFDM规范中要引进一种新的训练符号来标示AAS***。该训练符号同样要有低的功率峰平比和良好的相关特性。
目前，被提议用于标示AAS***的训练符号都存在下述一些问题：
1：有的被提议的训练符号在结构上和现有规范已经使用的训练符号相同，这样会导致训练符号之间存在很大的干扰，甚至不能正确地捕获到相应的训练符号；
2：有的被提议的训练符号不具有很低的功率峰平比和良好的相关特性。高的功率峰平比会导致发射信号失真，而良好的相关特性有利于同步参数的估计。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种新的训练符号，该符号具有不同于现规范存在的训练符号的结构，同时具有很低的功率峰平比和良好的相关特性。
为实现上述目的，一种正交频分复用***中产生训练符号的方法，包括步骤：
在正交频分复用通信***中具有N个子载波，使用的子载波为L，其中L小于或等于N；
每传输帧结构包括下行子帧和上行子帧，
其特征在于还包括步骤：
训练符号由一个OFDM符号及其循环前缀组成；
所述OFDM符号由在使用的子载波上放置频域训练序列，进行反傅立叶变换来生成。
本发明引进一种新的训练符号，该符号具有很低的功率峰平比和良好的相关特性。该训练符号可以用于OFDM通信***中同步，信道估计自动增益控制，以及多天线***中不同天线间的信道估计等用途。该新的训练符号可以用作AAS***指示器来标示当前***为AAS***。采用该训练符号为AAS指示器时，可以避免由于和规范中现存的训练符号具有相同的结构而产生的干扰。由于引入AAS指示器，并且AAS指示器和AAS警报时隙捆绑在一起，那么就没有必要在每一上行子帧都放置AAS警报时隙，这样就有可能减少由于AAS警报时隙带来的额外的开销。本发明描述的训练符号和其在AAS***中的应用极其容易在现有的IEEE802.16a和高性能城域网规范(Hiperman)等规范中实现。
附图说明
图1是结合AAS指示器的TDD帧结构和FDD帧结构，其中AAS指示器映射AAS警报时隙的存在；
图2是时分双工(TDD)***的帧结构例子，包括下行子帧，上行子帧，收发间隔和发收间隔；
图3是频分双工(FDD)***的帧结构例子，包括下行子帧和上行子帧；
图4是下行数据业务，由下行业务分段组成；
图5是上行业务，由上行业务分段组成；
图6是没有AAS指示器时，终端接入***的流图；
图7是训练符号结构，其中Tg表示循环前缀的长度，Tb表示一个OFDM数据符号的长度，BI的符号与B的符号相反；
图8是AAS终端通过AAS指示器来接入AAS***的流图。
具体实施方式
本发明新的符号用于标示AAS***时，由AAS基站在下行信道来传输该训练符号。AAS终端通过捕获到该训练符号来确认当前***为AAS***，并可用它来实现或辅助实现时频同步，信道估计，自动增益控制，以及多天线***中不同天线间的信道估计等功能。
该新的符号不仅可以用于标示AAS***，它也可以置于正交频分复用***中上行和下行信道传输的任何位置，用作时频同步，信道估计，自动增益控制，以及多天线***中不同天线间的信道估计等用途，它还可以与其他符号和传输方法配合使用，完成上面提及的各种功能，从而降低传输误码率，提高***性能。
在很多OFDM***中，例如IEEE802.16a和高性能城域网规范(Hiperman)都包括了时分双工(TDD)和频分双工(FDD)的通信方式。相对于这两种方式有两种不同的传输帧结构，作为这两种帧结构的例子分别如图2和图3所示，在这两种帧结构中，每一帧都包括了下行子帧和上行子帧，其中TDD还包括收发间隙和发收间隙。下行子帧的开头是长接入前导(long preamble)，该长接入前导是一种特定的训练序列，被用来确定每一帧的开头。紧跟着长接入前导的是帧控制头(FCH)信息，该信息是一些控制信息，用来说明当前帧长，业务类型，当前的信道质量等。同时，帧控制头还包括了下行映射信息(DL-MAP)和上行映射信息(UL-MAP)，其中DL-MAP映射当前下行子帧的数据业务分段(burst)情况，包括位置，使用的用户等；UL-MAP映射当前上行子帧或下一上行子帧的数据业务分段(burst)情况，包括位置，使用的用户等，同时UL-MAP还映射随机接入时隙和带宽请求时隙的信息。图4和图5分别是下行数据业务和上行业务的例证。对AAS***来说，上行子帧的某些位置被映射作为一个已知的业务分段，其具***置可以通过特定的AAS指示器或已知的帧结构来确定，不需要UL-MAP来映射，叫AAS警报时隙。
对某一非AAS终端来说，当某一终端要接入当前***时，首先要解码帧控制头得到由UL-MAP映射的随机接入时隙的位置，然后在随机接入时隙进行初始随机接入过程。对某一AAS终端来说，如果该终端能够解码帧控制头并且想在随机接入时隙进行初始随机接入，那么该过程和非AAS终端的一样。否则，该终端会直接通过AAS警报时隙来进行初始随机接入。接入流图如图6所示。
终端会直接通过AAS警报时隙来进行初始随机接入时，不需要解码帧控制头，它只需要捕获AAS指示器，通过指示器不仅知道当前***为AAS***，同时也通过指示器知道当前上行子帧的某些时隙为警报时隙。
本发明的新的训练符号可以用做AAS指示器。该训练符号结构如图7所示，该训练符号由一个循环前缀和一个OFDM符号构成，该OFDM符号由两个具有相反符号的重复部分构成。
相对应于802.16 256 OFDM***模式和Hiperman OFDM模式，该训练符号的结构中OFDM符号中的重复部分的长度为128。
在OFDM***中，已知的训练符号是在频域上对已知的序列做快速反傅立叶变(IFFT)得到，我们称该种序列为频域训练序列。
设频域训练序列为{pi|i＝-N/2，...，N/2-1}其中N为IFFT长度，i对应OFDM调制子载波(subcarrier)标号，那么，可得已知的训练符号
{ s k = 1 N Σ i p i * e j 2 πik / N | i = - N / 2 , . . . , N / 2 - 1 , k = 0,1 , . . . , N - 1 }
在256 OFDM模式中，总共有256个子载波，标号分别从-128到127，只用其中的200个子载波，标号为-100到100，其中标号为0的零子载波不用。
为了产生结构中的OFDM信号，采用的频域训练序列可以为下列四个序列的任何一个。至于采用哪一个，可以事前约定或者通过指定的频域训练序列标号所标识下列四个序列的一个。
{p1i|i＝-100∶100}＝{  0   1    0   1   0   -1    0   1  0    1  0   1   0
 1    0    1     0  -1   0  -1   0   1   0    1    0  -1  0    1  0   1   0
 1    0    1     0   1   0  -1   0  -1   0   -1    0  -1  0    1  0  -1   0
-1    0   -1     0  -1   0  -1   0   1   0    1    0   1  0    1  0  -1   0
 1    0    1     0   1   0   1   0   1   0   -1    0  -1  0   -1  0  -1   0
 1    0   -1     0   1   0  -1   0   1   0    1    0  -1  0   -1  0   1   0
 1    0   -1     0   1   0   1   0   1   0    1    0   1  0   -1  0  -1   0
-1    0   -1     0   1   0  -1   0   1   0   -1    0   1  0    1  0  -1   0
-1    0   -1     0  -1   0   1   0  -1   0    1    0  -1  0    1  0   1   0
-1    0   -1     0   1   0   1   0  -1   0    1    0  -1  0    1  0  -1   0
-1    0    1     0   1   0   1   0   1   0   -1    0   1  0   -1  0   1   0
-1    0   -1     0   1   0   1   0 } *W
{p2i|i＝-100∶100}＝{   0   1   0  -1   0   -1   0   -1  0    1  0  -1   0
1     0   -1     0  -1   0   1   0   1   0   -1   0   -1  0   -1  0   1   0
-1  0   1   0   -1   0   -1  0   1    0   -1   0   1   0   1   0   1   0
-1  0   1   0   -1   0    1  0   1    0   -1   0   1   0  -1   0  -1   0
-1  0   1   0   -1   0    1  0  -1    0   -1   0   1   0  -1   0   1   0
 1  0   1   0    1   0    1  0   1    0   -1   0  -1   0   1   0   1   0
-1  0  -1   0   -1   0    1  0  -1    0    1   0  -1   0  -1   0   1   0
-1  0   1   0    1   0    1  0   1    0    1   0   1   0  -1   0  -1   0
 1  0  -1   0    1   0    1  0   1    0    1   0   1   0   1   0  -1   0
-1  0   1   0    1   0   -1  0  -1    0   -1   0  -1   0  -1   0  -1   0
 1  0   1   0   -1   0    1  0  -1    0   -1   0  -1   0  -1   0  -1   0
-1  0   1   0    1   0   -1  0 } *W
{p3i|i＝-100∶100}＝{0   1  0  -1    0   -1   0   1   0   1   0   1   0
 1  0   1   0    1   0   -1  0   1    0   -1   0   -1  0   1   0   1   0
 1  0   1   0    1   0    1  0  -1    0   -1   0    1  0   1   0  -1   0
-1  0  -1   0   -1   0   -1  0  -1    0    1   0   -1  0   1   0   1   0
-1  0  -1   0   -1   0   -1  0  -1    0   -1   0    1  0  -1   0   1   0
 1  0  -1   0    1   0   -1  0   1    0    1   0    1  0  -1   0  -1   0
 1  0   1   0   -1   0   -1  0  -1    0   -1   0   -1  0  -1   0   1   0
-1  0   1   0    1   0   -1  0   1    0   -1   0    1  0   1   0   1   0
-1  0   1   0   -1   0   -1  0   1    0   -1   0    1  0  -1   0  -1   0
-1  0   1   0   -1   0    1  0   1    0   -1   0    1  0  -1   0   1   0
 1  0   1   0   -1   0   -1  0   1    0    1   0   -1  0   1   0  -1   0
 1  0   1   0    1   0   -1  0 } *W
{p4i|i＝-100∶100}＝{ 0   1   0   -1   0   -1   0   -1  0   1   0   -1  0   1   0   -1   0
-1   0   1  0   -1  0  1   0   1    0   1    0  -1    0   1   0 -1    0   1   0   1   0  -1
 0  -1   0  1    0  1  0   1   0   -1   0    1   0   -1   0   1  0    1   0  -1   0  -1   0
 1   0   1  0    1  0  1   0   1    0   1    0  -1    0  -1   0  1    0  -1   0   1   0   1
 0   1   0 -1    0  1  0  -1   0    1   0    1   0   -1   0  -1  0    1   0   1   0   1   0
 1   0   1  0    1  0 -1   0  -1    0   1    0  -1    0   1   0  1    0   1   0  -1   0   1
 0   -1  0   1   0    1    0   -1   0    1    0   -1   0   -1   0   -1    0    -1   0    -1    0    -1   0    1
 0    1  0  -1   0    1    0   -1   0   -1    0   -1   0   -1   0   -1    0    -1   0     1    0     1   0    -
 1    0 -1   0   1    0    1    0   1    0    1    0   1    0   1    0   -1     0  -1     0    1     0 } *W
这里只给出i从-100到100的值，其他位置为零，如256 OFDM中的-128到-101和101到127将为零，其中W为一确定的系数，可以是任意实数或复数。
根据上述的频域训练序列，将序列放置在对应的子载波上进行BPSK调制，在实现的时候，可以根据空中信道的条件或功率发射要求来适当调整平均功率，即调整W的值，就能达到功率提升或功率压降的目的。上述的频域训练序列将经过IFFT，得到相应的训练符号。该训练符号在时域上具有(B，BI)的结构特征，如图7所示。
本发明引进AAS指示器来指示当前***为AAS***，在结合AAS指示器的AAS***中，AAS终端想通过AAS警报时隙来初始接入该***时，必须首先要捕获该AAS指示器。这样才能知道当前***为AAS***，并存在AAS警报时隙。
AAS指示器不仅仅指示当前***是否为AAS***，同时也指示当前帧是否存在AAS警报时隙。AAS基站在调度资源时，要保证AAS指示器捆绑在一起，也就是说，当在当前下行子帧存在AAS指示器时，那么当前上行子帧肯定就存在AAS警报时隙。
对应于802.16 256 OFDM(P802.16a/D7-2003.1)***模式和HipermanOFDM模式(BRAN031d89-2002.12 BRAN031d88-2002.12)，当***为TDD***时，AAS指示器在发收间隙的开始或发收间隙之前的下行子帧的最后一个符号传输，警报时隙为当前上行子帧的开始的K个OFDM符号。当***为FDD***时，AAS指示器可在下行子帧的任意位置传输，那么在上行子帧中从对齐AAS指示器开始往后的K个OFDM符号为警报时隙。该映射关系如图1。
在结合AAS指示器的AAS***中，AAS终端在开机或重起的时候，如果该终端想通过警报时隙来接入***，那么搜寻下行子帧看存不存在AAS指示器。当找到AAS指示器后，该终端通过该AAS指示器来确定事前就定义好的映射规则来确定AAS警报时隙的位置，然后在AAS警报时隙进行***初始接入。流图如图8所示。

Claims (9)

1.一种正交频分复用***中产生训练符号的方法，包括步骤：
在正交频分复用通信***中具有N个子载波，使用的子载波为L，其中L小于或等于N；
每传输帧结构包括下行子帧和上行子帧，
其特征在于还包括步骤：
训练符号由一个OFDM符号及其循环前缀组成；
所述OFDM符号由在使用的子载波上放置频域训练序列，进行反傅立叶变换来生成。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：当N为偶数时，子载波标号为-N/2到N/2。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述OFDM符号由两个相反的重复部分构成，即在时域上具有(B，BI)的结构。
4.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在标号为[-100，…，100]的子载波上对应地放置频域训练序列{p1i|i＝-100:100}进行反傅立叶变换得到的OFDM符号和其循环前缀作为该训练符号的OFDM信号部分，
其中的{p1i|i＝-100:100}如下：
{p1i|i＝-100:100}＝{      0     1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0     1    0
1    0     1    0    -1    0    -1    0     1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0
1    0     1    0     1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0     1    0    -1    0
-1   0    -1    0    -1    0    -1    0     1    0     1    0     1    0     1    0    -1    0
1    0     1    0     1    0     1    0     1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0
1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0    -1    0    -1    0     1    0
1    0    -1    0     1    0     1    0     1    0     1    0     1    0    -1    0    -1    0
-1   0    -1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0    -1    0
-1   0    -1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0
-1   0    -1    0     1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0
-1  0    1    0    1   0   1    0   1   0   -1   0   1   0   -1   0   1   0
-1  0   -1    0    1   0   1    0}  *W
其中W为一确定的系数，可以是任意实数或复数。
5.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在标号为[-100，…，100]的子载波上对应地放置频域训练序列{p2i|i＝-100:100}进行反傅立叶变换得到的OFDM符号和其循环前缀作为该训练符号的OFDM信号部分，
其中的{p2i|i＝-100:100}如下：
{p2i|i＝-100:100}＝{       0     1    0    -1    0    -1    0    -1    0    1    0    -1    0
 1    0    -1    0    -1    0     1    0     1    0    -1    0    -1    0    -1    0     1    0
-1    0     1    0    -1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0     1    0
-1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0    -1    0
-1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0
 1    0     1    0     1    0     1    0     1    0    -1    0    -1    0     1    0     1    0
-1    0    -1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0    -1    0     1    0
-1    0     1    0     1    0     1    0     1    0     1    0     1    0    -1    0    -1    0
 1    0    -1    0     1    0     1    0     1    0     1    0     1    0     1    0    -1    0
-1    0     1    0     1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0
 1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0
-1    0     1    0     1    0    -1    0}  *W
其中W为一确定的系数，  可以是任意实数或复数。
6.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在标号为[-100，…，100]的子载波上对应地放置频域训练序列{p3i|i＝-100:100}进行反傅立叶变换得到的OFDM符号和其循环前缀作为该训练符号的OFDM信号部分，
其中的{p3i| i＝-100:100}如下：
{p3i|i＝-100:100}＝{0   1   0  -1   0   -1   0    1   0   1   0   1   0
1   0   1   0   1   0   -1   0   1   0   -1   0   -1   0   1   0   1   0
 1    0     1    0     1    0     1    0    -1    0    -1    0     1    0     1    0    -1    0
-1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0
 1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0
 1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0     1    0    -1    0    -1    0
 1    0     1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0    -1    0     1    0
-1    0     1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0     1    0
-1    0     1    0    -1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0    -1    0
-1    0     1    0    -1    0     1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0     1    0
 1    0     1    0    -1    0    -1    0     1    0     1    0    -1    0     1    0    -1    0
 1    0     1    0     1    0    -1    0 }  *W
其中W为一确定的系数，  可以是任意实数或复数。
7.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在标号为[-100，…，100]的子载波上对应地放置频域训练序列{p3i|i＝-100:100}进行反傅立叶变换得到的OFDM符号和其循环前缀作为该训练符号的OFDM信号部分，
其中的{p3i|i＝-100:100}如下：
{p4i|i＝-100:100}＝{     0    1   0  -1   0   -1   0   -1   0   1  0    -1  0   1  0  -1    0
-1   0   1   0   -1   0   1    0   1   0   1    0  -1    0   1   0  -1    0  1   0  1   0   -1
 0  -1   0   1    0   1   0    1   0  -1   0    1   0   -1   0   1   0    1  0  -1  0  -1    0
 1   0   1   0    1   0   1    0   1   0   1    0  -1    0  -1   0   1    0 -1   0  1   0    1
 0   1   0  -1    0   1   0   -1   0   1   0    1   0   -1   0  -1   0    1  0   1  0   1    0
 1   0   1   0    1   0  -1    0  -1   0   1    0  -1    0   1   0   1    0  1   0 -1   0    1
 0  -1   0   1    0   1   0  -1   0   1   0   -1  0   -1   0  -1   0  -1  0 -1   0 -1   0    1
 0   1   0  -1    0   1   0  -1   0  -1   0   -1  0   -1   0  -1   0  -1  0  1   0  1   0   -1
 0  -1   0   1    0   1   0    1   0   1   0    1   0    1   0  -1   0   -1  0   1  0   }  *W
其中W为一确定的系数，可以是任意实数或复数。
8.一种正交频分复用***中传输训练符号的方法，包括：当训练符号在下行子帧中传输时，用户在接入该***时，首先要搜索下行子帧是否存在该训练符号，如果存在，那么该用户就可以在该训练符号映射的随机接入时隙接入***，如果不存在，那么搜索下一下行子帧是否存在该训练符号，一直找到由该训练符号映射的随机接入时隙为止。
9.按权利要求7所述的方法，其特征在于：当正交频分复用***采用时分双工通信方式时，训练符号和其映射的随机接入时隙的传输规则为：
如果该训练符号在某一帧的下行子帧的最后部分传输或者在发收间隙的开始发送，那么该帧的上行子帧开始的K个OFDM为随机接入时隙；
该正交频分复用***采用频分双工(FDD)通信方式时，训练符号和其映射的随机接入时隙的传输规则为：
如果该训练符号在某一帧的下行子帧的某一位置发送，那么在上行子帧中从对齐该训练符号开始往后的K个OFDM符号为随机接入时隙。
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