CN1889754B - 多小区***的使用参考符号的方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种在多小区通信***和体系结构下的参考符号传输方法。该***中包含至少两个小区，这两个小区占用相同的频带资源。在该传输方法中，两个或多个小区使用基于CAZAC码的不同的参考符号，其特征在于，每两个CAZAC码所使用的码种子M_i的差值与CAZAC码的码长互为质数。

Description

多小区***的使用参考符号的方法和***

技术领域

本发明涉及一种多小区***和体系结构下的使用参考符号的通信方法和***。

背景技术

近年来，随着移动用户数据业务需求的不断增长，无线通信***正经历从第三代(3G)向后三代(B3G)的发展。在当前世界各国的移动通信运营商和设备制造商正在积极推动第三代移动通信的商用化和市场化的同时，各国企业，大学及其他科研机构对于具有更高频谱利用率和提供更高速业务的B3G移动通信***的研发也已经展开。为了最大化运营商在宝贵的频谱资源上的投资利润，B3G移动通信***将比以往的***具有更高的频谱效率以支持更高数据速率(如100Mb/s以上)的业务。此外，移动通信***运营商期望在有限的带宽资源上以可接受的服务质量(QoS)同时支持更多的用户。因此，***设计者就必须面对更高***容量的挑战。对于传统的蜂窝网，一般采用小区***的方法扩大***容量。当小区尺寸减少后，切换和小区间干扰增大，***信令的负担加重。为了实现最好的用户体验，提高***容量，基于多小区的体系结构成为未来无线通信***体系结构研究的一个热点。

多小区体系结构由使用相同频带资源的多个相邻的小区组成。其基本思想是天线分布在小区内的各个热点地区。***将连续选择与每个移动终端最近的分布式天线进行通信。相临小区使用相同的时频资源与其覆盖范围内的移动终端进行通信。

参考符号的设计是B3G无线通信***设计中的一个重要问题。参考符号广泛应用于信道估计、同步等处理和过程。在信道估计中，每个用户被分配不同的参考符号(导频码)，用于接收端联合估计多个用户的信道信息；在同步过程中，每个移动终端被分配不同的参考符号(同步码)，用于移动用户初始接入***和/或获得精确的定时/频偏估计。在上述参考符号应用中，都需要对参考符号进行设计，以便降低在估计处理中的多用户间的干扰，以及在接入过程中提高***接入概率。

在未来的移动通信***中，采用一些先进的信号处理技术可以抑制和消除小区内的干扰。例如，在多载波***中，对于多用户数据信号传输干扰，可采用基于OFDM的频分多址技术加以抑制；对于多用户导频信号传输干扰，可采用联合信号处理技术，如联合信道估计技术加以抑制。研究表明，设计良好的导频符号(如具有相移正交特性的常幅度零自相关码(CAZAC码))能够完全抑制联合信道估计中的多用户干扰。又如，在同步过程中，采用具有良好自相关(自相关峰值越高越好)和良好互相关(互相关峰值越低越好)特性的同步码(如CAZAC码或GCL码)也可以抑制小区内的干扰，提高小区内用户的接入概率。因此，小区内部的干扰问题可以通过先进的信号处理技术及码设计得到有效的解决。

在未来移动通信***中，限制***容量的一个主要因素在于小区间干扰。因此，在多小区***和体系结构中如何设计参考符号，以有效抑制干扰、提高***容量，成为未来移动通信***设计所面临的一个重要问题。

由于一个多小区体系结构内部的若干小区使用相同的频带资源，就为参考符号的设计带来了新的挑战。在图1所示的三小区构成的多小区体系结构中，移动终端7(MS7)位于三个小区(Cell_1，Cell_2，Cell_3)覆盖的交集；MS4，MS5，MS6分别处于两个小区(Cell_1和Cell_3，Cell_2和Cell_3，Cell_1和Cell_2)覆盖的交集；而MS1，MS2，MS3只处于一个小区(分别为Cell_1，Cell_2，Cell_3)的覆盖范围内。假定Cell_1为MS7分配参考符号资源I，由于MS7处于三个小区的边界，所以Cell_2和Cell_3的参考符号资源I也不能重新分配。也就是说，MS7占用了三个小区的同一个参考符号资源。同理，MS4占用Cell_1和Cell_3的同一个参考符号资源；MS5占用Cell_2和Cell_3的同一个参考符号资源；MS6占用Cell_1和Cell_2的同一个参考符号资源。MS7的参考符号设计将直接影响Cell_1，Cell_2和Cell_3小区的信道估计精度。如果参考符号设计得不好，将直接对Cell_1，Cell_2和Cell_3的所有用户造成MAI。

综上所述，在多小区体系结构下，处于两个(或多个)小区覆盖范围内(即处于小区边缘)的移动终端同时与两个(或多个)小区内的多个分布式天线进行通信，从而对这两个(或多个)小区内的多个移动用户造成干扰。在未来多小区体系结构下如何进行参考符号的设计，使得通过参考符号的“多小区联合优化”很好地克服小区间的干扰，将是未来多小区体系结构下无线通信***设计和应用所面临的重要课题之一。

目前国内外无线通信***中的参考符号设计大多只涉及了单小区下的参考符号设计。如：

1)国际专利申请：Method for transmitting information in a communication system，a communication and a wireless communication device，专利申请号为WO 02/43277 A1，由诺基亚公司(Nokia Corporation)提出。

2)美国专利：Method for reception of multicarrier signals and related apparatus，专利号为：US 6,208,695 B1，由德国Thomson-Brandt有限公司提出。

3)国际专利申请：Wireless communication system using block filtering and fast equalization-demodulation and method of operation，专利申请号为WO 02/058271 A2，由Raze Technologies公司提出。

发明内容

本发明旨在提出一种多小区体系结构下的参考符号的传输方法。在未来频率复用因子为1的多小区体系结构中，各个小区使用相同的频率资源。本发明通过对参考符号的设计和选择，降低参考符号传输过程中的小区间干扰，从而大大提高***的性能和容量。

本发明提出了一种用于多小区***的通信方法，所述***包含至少一个多小区移动通信网，所述多小区包含至少两个占用相同频带资源的小区，该方法包括参考符号分配步骤，用于为所述至少两个小区分配基于CAZAC码的不同的参考符号，其中码长相同的每两个CAZAC码所使用的码种子M_i的差值与CAZAC码的码长互为质数。

本发明还提出了一个包含至少一个多小区的无线通信***，该多小区包括至少两个小区并且使用相同的频带资源，所述***对至少两个小区的天线上的参考符号进行传输，所述***的特征在于包括参考符号分配器，用于为所述***的所述至少两个小区分配基于CAZAC码的不同的参考符号，其中从所述至少两个小区的不同天线上发射的数据帧上，采用所述不同的基于CAZAC码的参考符号，其中码长相同的每两个CAZAC码之间的码种子M_i的差值与CAZAC码的码长互为质数。

所述参考符号可选用常幅度零自相关码(Constant Amplitude Zero Auto Correlation，CAZAC)。一种常用的CAZAC码为基于Chu序列的码。基于Chu序列的CAZAC码定义如下：

$c_M\left(n\right)=e^{j\frac{\mathrm{M\πn}(n+\mathrm{mod}(N,2))}{N}},n=0\·\·\·N-1.,$

其中M为CAZAC码的种子，N为CAZAC码的码长。对于CAZAC码，M与N互质。为了抑制小区内干扰，常常将CAZAC码的不同相移应用于小区内的多个用户。

另一种常用的基于Chu序列的CAZAC码为GCL序列。GCL序列定义如下：

s(n)＝c_M(n)b_i(nmodm)，n＝0…N-1.，

其中c_M(n)为码种子为M的Chu序列，其码长N为sm²，其中s与m为任意正整数。b_i(n)为绝对值为1的任意复数序列。为了抑制小区内干扰，常常将b_i(n)选为绝对值为1的正交序列，如Walsh序列或表达式为的DFT序列。

理论研究表明，采用本发明提到的具有上述特征的码种子M_i的差值与CAZAC码长互为质数的CAZAC码序列作为至少两个小区所使用的参考符号，将能够降低小区间干扰。一方面，采用具有本发明描述的基于CAZAC码的、码种子的差与CAZAC码长互为质数的参考符号作为两个小区使用的同步码符号，能够使得小区间两个同步码的互相关为常数并达到

(见Branislav M.Popovic于1994年在IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems杂志上发表的文章“Efficient Matched Filter for the Gerneralized Chirp-like Ployphase Sequences”)，提高用户接入概率。发明效果如附图2所示。

另一方面，采用具有本发明描述的基于CAZAC码的、码种子的差与CAZAC码长互为质数的参考符号作为两个小区信道估计使用的导频符号，将能够最小化小区间的导频符号干扰，降低信道估计均方误差，提高***容量。本发明效果如附图4所示。

上述特征的CAZAC码序列的应用既适用于频域(如OFDM***的频域导频符号)，又适用于时域(如***中的同步码)、以及扩频码的情况。

附图说明

图1示出了多小区体系结构下的训练序列分配示意图。

图2示出了采用本发明描述的码种子的差值与码长互质的两个CAZAC码序列的互相关特性。

图3示出了不采用本发明描述的码种子特征的两个CAZAC码序列的互相关特性。

图4示出了两个基于Chu序列的CAZAC码用于两个小区导频符号时的MIMO OFDM***信道估计性能。

图5示出了多小区体系结构中参考符号分配***结构图。

具体实现方式

图1示出了多小区体系结构下的训练序列分配示意图。图示为由三个小区(Cell_1，Cell_2和Cell_3)组成的多小区(Generalized Cell)***。Cell_1覆盖范围内中有四个移动终端，分别为MS1，MS4，MS6和MS7。Cell_2覆盖范围内有四个移动终端，分别为MS2，MS5，MS6和MS7。Cell_3覆盖范围内有三个移动终端，分别为MS3，MS4，MS5，MS7。下面举例说明本发明的核心思想。

假设频率复用因子为1的多小区***，三个小区相邻共用***的频率资源，如附图1所示。每个小区内都有若干移动用户。在某些情况下，一些移动用户到达了小区边缘。在同步过程中，处于邻小区边缘的用户对本小区的用户造成比较大的接入干扰，降低本小区用户的接入概率，因此要求临小区与本小区的用户同步码有比较低的互相关性。在信道估计过程中，从邻小区到达本小区边缘的用户对本小区用户的干扰比较大，因此要求所用的导频码能够充分抑制邻小区的多用户干扰。

首先举例说明本发明描述的码种子与码长互质的CAZAC码用于同步码的情况。

假设一个多小区的OFDM***，每个小区基站控制器内部都预设了一定数目的同步码资源(如64个同步码)。在上行随机接入过程中，每个小区内的移动终端竞争小区内的接入信道资源。如果移动终端发射的同步码与基站本地同步码的相关值大于一定的域值，则基站在下一时刻向移动终端发出确认。移动终端在收到该确认后即可继续发送数据部分信息。则移动终端获得与基站的同步。在这样的过程中，每个小区的同步码设计是一个重要的课题，需要每个小区使用相关特性比较好的同步码。设三个小区所使用的同步码为码长为343的Chu序列。则通过高层的控制使得三个小区(Cell_1，Cell_2，Cell_3)采用码种子分别为M₁＝2，M₂＝5及M₃＝7，使得任意两个小区之间码种子的差值与码长互质，从而能够保证任何两两小区之间所用的同步码具有最低的互相关性在每个小区内部，可以选择采用同一个Chu序列的不同时移作为不同用户的同步码(如Cell_1中的MS1，MS4，MS6选用码种子为2的Chu序列及其不同时移序列作为同步码)，或者选择具有不同Walsh码的GCL码作为不同用户的同步码(如Cell_1中的MS1，MS4，MS6选用码种子为2的Chu序列与三个不同的Walsh码相乘后生成的GCL序列作为同步码)。这两种设计都能保证小区内部同步码之间的自相关性为同步码的码长且互相关性为0。通过这样的设计，使得小区内部及小区之间的同步码具有良好的自相关和互相关特性。

图2示出了采用本发明描述的码种子的差值与码长互质的两个CAZAC码序列的互相关特性。两个CAZAC码采用Chu序列，码长为343。两个CAZAC码的码种子分别选为：M1＝2，M2＝5。可以看到，在高斯白噪声(AWGN)信道下，两个CAZAC码的互相关恒为18.5(约等于343的平方根)。在多径信道下，两个CAZAC码的互相关在18.5附近上下波动，但峰值不超过25。

图3示出了不采用本发明描述的码种子特征的两个CAZAC码序列的互相关特性。两个CAZAC码采用Chu序列，码长为343。两个CAZAC码的码种子分别选为：M1＝2，M2＝16。码种子的差与码长不互质。可以看到，在高斯白噪声(AWGN)信道下，两个CAZAC码的互相关最大值接近50。在多径信道下，两个CAZAC码的互相关也远远高于图1所示的两个CAZAC码的互相关值。

其次举例说明本发明描述的码种子与码长互质的CAZAC码用于三个小区导频码的情况。假设一个多小区的OFDM***。在信道估计过程中，每个移动终端发送特定的导频码用于该终端的信道估计。在码分复用的情况下，即每个移动终端均占用了所有的OFDM***子载波资源，各个移动终端靠具有一定正交性的导频码(如具有相移正交性的CAZAC码)来估计各自的信道。设计良好的导频码能够完全抑制小区内的干扰并充分抑制小区间的干扰。设三个小区所使用的导频码均为码长为275的Chu序列。则在Cell_1中的MS1，MS4，MS6选用码种子为7的Chu序列及其不同相移(时移)序列作为导频，Cell_2中的MS2，MS5选用码种子为21的Chu序列及其不同相移(时移)序列作为导频，Cell_3中的MS3，MS7选用码种子为49的Chu序列及其不同时移(相移)序列作为导频。则这样的导频码两两之间能够满足本发明描述的CAZAC码种子的差值与码长互质的特性，从而使得小区之间具有最小的干扰。在小区内部，使用CAZAC码的不同相移或时移作为不同天线/用户上使用的导频码能够抑制小区内的多用户干扰。

图4示出了两个基于Chu序列的CAZAC码用于两个小区导频符号时的MIMO OFDM***信道估计性能。***子载波数为441，导频符号与数据符号时分复用进行传输。参考小区内有7个用户，干扰小区内有1个用户。选用的CAZAC码长为441，参考小区的CAZAC码的码种子为4(M2＝4)。图中分别比较了没有小区间干扰(no interferer)；有小区间干扰且码种子符合本发明描述特征(M₁＝17)，以及码种子不符合本发明描述特征(M₁＝11；M₁＝67；M₁＝130)几种情况下的信道估计均方误差(MSE)性能。可以看到，在存在小区间干扰的情况下，采用本发明描述的码种子的差与码长互质的CAZAC码作为两个小区的导频码能够获得更低的信道估计均方误差性能。

值得一提的是，如果CAZAC码的码长为质数，则满足本专利特征的码种子与码长互质的CAZAC码的个数最多。

另外，本申请举出了符合本专利特征的基于CAZAC的码用于同步码和导频码两种情况。然而，如本领域的技术人员所熟知的，本发明并不限于这两种情况，还可以推广到其他多种应用，例如可以进一步扩展为符合本发明构思的基于CAZAC的码用于扩频码等的情况。

参考附图5所示的多小区体系结构中的参考符号分配***结构图。下面以OFDM***为例，说明实现上述功能的***。考虑一个具有两个小区的OFDM***，以本发明所述参考符号用于导频码为例说明该***。如附图5所示，该***包含高层导频资源分配器，用于向每个小区分配导频码资源。每个小区包含多个移动用户，这里以每小区含两个用户为例。如附图5所示，高层导频资源分配器向小区1分配码种子为M₁的导频码，向小区2分配码种子为M₂的导频码。M₁与M₂的差值与导频码码长N_F互质。在每个小区内部，例如在小区1内部，不同用户被分配基于码种子M₁的不同CAZAC码(例如选取码种子为M₁的CAZAC码的不同相移分配给不同的用户做为其导频码，得到导频码1与导频码2)。对于每一个移动用户，导频码与用户数据在发送端时分复用***资源，经逆快速傅立叶变换(IFFT)及循环前缀(CP)扩展将数据发送出去。在接收端，两个用户的信号被同时接收。首先经过快速傅立叶变换(FFT)得到接收信号，然后分别提取导频部分对应的接收信号以及数据部分对应的接收信号。对于导频部分对应的接收信号，利用本地导频码1与本地导频码2，经过联合信道估计，得到对用户1和用户2的信道估计。估计得到的信道信息作为先验信息送到数据检测单元，进行数据的检测。整个***通过上述本小区以及相邻小区的导频码资源分配方法，有效抑制了信道估计过程中小区内及小区间的干扰。

显然，上述实施例仅仅是示范性的而不是限制性的。本领域的技术人员完全可以基于本申请的公开以多种方式来实现所述参考符号分配***以推广应用到其他多个领域，包括作为同步码序列、扩频码序列等等。

Claims (14)

1.一种用于多小区***的通信方法，所述***包含至少一个多小区移动通信网，所述多小区包含至少两个占用相同频带资源的小区，该方法包括，

参考符号分配步骤，用于为所述至少两个小区分配基于CAZAC码的不同的参考符号，其中码长相同的每两个CAZAC码所使用的码种子M_i的差值与CAZAC码的码长互为质数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述CAZAC码为Chu序列，即

$c_M\left(n\right)=e^{j\frac{\mathrm{M\πn}(n+\mathrm{mod}(N,2))}{N}},n=0\·\·\·N-1,$

其中M为CAZAC码的种子，N为CAZAC码的码长，对于基于Chu序列的CAZAC码，M与N互质。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述CAZAC码为GCL序列，即：

s(n)＝c_M(n)b_i(nmodm)，n＝0…N-1，

其中c_M(n)为码种子为M的Chu序列，其码长N为sm²，其中s与m为任意正整数，b_i(n)为绝对值为1的正交序列。

4.根据权利要求3所述的方法，不同的b_i(n)应用于小区内的多个用户。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括将基于CAZAC码的参考符号用于两个或多个小区的同步码序列。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括将基于CAZAC码的参考符号用于两个或多个小区的信道估计用的导频序列。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括将基于CAZAC码的参考符号用于两个或多个小区的扩频码序列。

8.根据权利要求1的方法，还包括将所述CAZAC码的不同相移应用于小区内的多个用户。

9.根据权利要求1的方法，所述参考符号从至少两个小区的至少两根天线上被传输到一个或多个接收设备，所述接收设备接收来自至少一个小区的无线通信设备的信号，其他小区无线通信设备发送的信号对该小区的无线通信设备信号造成干扰。

10.根据上述权利要求1的方法，信息在数据帧上传输，并与上述所说的参考符号复用资源。

11.一个包含至少一个多小区的无线通信***，该多小区包括至少两个小区并且使用相同的频带资源，所述***对至少两个小区的天线上的参考符号进行传输，所述***的特征在于包括：

参考符号分配器，用于为所述***的所述至少两个小区分配基于CAZAC码的不同的参考符号，其中从所述至少两个小区的不同天线上发射的数据帧上，采用所述不同的基于CAZAC码的参考符号，其中码长相同的每两个CAZAC码之间的码种子M_i的差值与CAZAC码的码长互为质数。

12.根据权利要求11所述的***，其中所述CAZAC码为Chu序列，即

$c_M\left(n\right)=e^{j\frac{\mathrm{M\πn}(n+\mathrm{mod}(N,2))}{N}},n=0\·\·\·N-1,$

其中M为CAZAC码的种子，N为CAZAC码的码长，对于基于Chu序列的CAZAC码，M与N互质。

13.根据权利要求11所述的***，其中所述CAZAC码为GCL序列，即：

s(n)＝c_M(n)b_i(nmodm)，n＝0…N-1，

其中c_M(n)为码种子为M的Chu序列，其码长N为sm²，其中s与m为任意正整数，b_i(n)为绝对值为1的正交序列。

14.根据权利要求11所述的***，所述***使用基于CAZAC码的参考符号作为两个或多个小区的同步码序列、导频序列或扩频码序列。

Images