[发明专利]一种正交频分多址接入系统测距信号处理方法以及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信测距技术，尤其涉及一种正交频分多址接入系统测距信号处理方法以及系统。

背景技术

IEEE 802.16d/e通信系统使用正交频分复用(OFDM)/正交频分多址接入(OFDMA)通信方案，即下行(基站传送数据至所有用户)采用OFDM技术，上行(用户传送数据至基站)采用OFDMA技术，故上行时不同的用户通过不同的子载波集合传送数据至基站，如果各用户之间没有达到定时同步，那么将失去子载波之间的正交性，从而引起子载波上数据之间的干扰。所以上行的各子载波的定时同步对于OFDMA技术来说非常重要。

为了保持各子载波的定时同步，IEEE 802.16d/e标准定义了测距来完成上行的定时同步和调整各个用户的发送功率，并定义了测距对应的测距码集合和一个或多个测距信道。测距通常在频域中进行，在进行测距时，用户先在系统分配的测距时隙集合中随机选择一个测距时隙，并在分配的测距码集合中随机选择一个测距码，然后通过测距信道将该测距码传输至基站，基站依据所接收到的测距信号检测出测距码及其对应的定时偏差(往返时延)，然后基站将包含测距码及其对应的定时偏差和测距时隙的反馈消息(即RNG_RSP消息)以广播的方式发送至各用户，各用户再根据自己占用的测距时隙和测距码从广播信息中找寻出属于自己的反馈消息，用户依据反馈消息中的状态信息(继续或者成功)来判断测距的结果并决定是否继续进行测距。上述测距码为在频域中二进制相移键控(BPSK)调制的伪随机二进制序列(PRBS)。另外多个测距用户允许在同一个测距信道上碰撞，在同一时隙上同时测距的用户数量受限于测距码的互相关特性和信道失真。再者，测距包括了初始测距、切换测距、带宽请求和周期测距，无线通信系统针对所有不同的测距过程分配不同的测距码集合。

上述基站从所接收到测距信号中检测出测距码及其对应的定时偏差的常用方法是一个二维遍历方法。该方法使用一个频域相关器组，每个相关器对应测距码集合中的一个测距码，此外由于不同的测距用户具有不同的定时偏差，引起频域中不同的相位旋转，所以上述相关器组还要对可能的定时偏差作一个一维的遍历。由此可见，常用测距算法是一个针对测距码集合和可能的定时偏差的一个二维遍历过程。但是该种方法计算复杂度非常高，而且在频率选择性信道条件下性能受限。

为克服上述二维遍历方法所存在的种种问题，Doo Hwan Lee等人在第三届IEEE信息技术及应用国际会议上发表的《Differtial Detection Scheme WithCombining Multiple FFT Blocks for OFDMA Ranging of IEEE 802.16e》中提出了差分检测的方案来对抗频率选择性衰落，但是其提出的方案要求测距码使用差分调制，而在802.16e OFDMA系统中测距码使用的是BPSK调制，故该方案所提出的方法在实际应用中还存在一些困难。

Altera公司在2006年8月发表的《WiMAX OFDMA Ranging》操作说明书中也提出了一种频域差分检测的方案，其通过计算测距信道内相邻子载波的频域差分而将二维遍历将为一维遍历，另外其通过取相关函数的幅度与预先设定的门限比较来检测测距码，取相关函数的相位来估计定时偏差，对于测距码的检测来说，门限的设定与当前系统分配的测距码的数量和实际用户数量有关，使得设定一个适当的门限变得非常的困难，一个不恰当的门限将造成了检测性能的下降。在Altera公司所提出的方案中通过计算测距信道上的频域能量来设定门限，这种设定门限的方法在存在多个测距用户在同一测距信道上碰撞的情况下并不可行。

为克服上述门限设定所带来的问题，公开号为US 2007/0058524 A1的美国专利提出了一种频域差分检测的方案，该方案将门限的设定分成了两步，第一步设定的第一门限用于确定当前测距时隙是否存在测距码，第二步设定的第二门限用于确定当前时隙包含的测距码。但是，在设定第一门限时必须先获得噪声方差，而实际当中噪声方差的是很难获得的，在设定第二门限时必须获得测距信道上实际的接收功率，当存在多个用户测距时，由于不同测距码之间的相互干扰，故该专利无法获得实际接收功率，故难以准确测得第二门限。故该方案在实际应用中还存在诸多问题。

上述两个频域差分检测方案除了检测性能较差这个问题以外，在定时偏差的估计时也存在问题。上述检测方案利用相关函数的相位进行定时估计，这种方法存在相位反转的问题，此外还会受到多用户干扰的影响，因而频域差分检测方案的定时偏差估计性能较差，无法满足上行系统的定时同步要求。