[发明专利]无线通信系统中产生具有循环前缀的信号结构的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，更具体地涉及在长距离无线电通信中或高延迟扩展信道的无线电通信中使用循环前缀插入。

背景技术

通用移动通信系统(UMTS)是设计用于接续GSM的一种第三代移动通信技术。3GPP长期演进(LTE)是第三代合作伙伴计划(3GPP)内用于改善UMTS标准以处理就诸如更高数据率的改善服务、改进效率、降低成本等方面而言的未来需求的一个项目。UMTS地面无线电接入网络(UTRAN)是UMTS系统的无线电接入网络，演进UTRAN(E-UTRAN)是LTE系统的无线电接入系统。如图8所示，E-UTRAN典型地包括与无线电基站800无线连接的用户设备(UE)850。

正交频分复用(OFDM)已经被用作3GPP LTE中的无线电接口的传输分案，并且还被用于多种其它无线电接入技术和标准，例如数字视频广播(DVB)、数字音频广播(DAB)、IEEE 802.11a/g(WLAN/WiFi)、IEEE 802.16(WiMAX)、Hiperlan 2以及多种数字订户线(xDSL)。OFDM是一种被用作数字多载波调制方法的频分复用方案。大量紧密间隔的正交子载波被用于承载数据。数据被划分为多个并行数据流或信道，针对每个子载波有一个数据流或信道。利用传统的调制方案以低符号率对每个子载波进行调整(例如，正交幅度调制或相移键控)，以保持相同带宽中的总数据率与传统单载波调制方案相同。更具体地，OFDM的一种变体，即正交频分多址(OFDMA)，被用于3GPP LTE，并且允许将不同用户复用在不同子载波集合上。3GPP LTE中的上行链路是基于单载波频分复用(SC-FDMA)的，也可以看作具有循环前缀的DFT预扩频OFDM(下面描述循环前缀的使用)。图7b示意地示出了LTE上行链路子帧。

在传统的频分复用(FDM)中，给不同用户分配不同频率或信道以进行传输。为了避免这些信道之间的干扰，FDM频率必须是间隔开的，这导致频谱的浪费。在OFDM中，选择子载波的频率，以使得它们彼此不会干扰，即它们是正交的。与FDM相比，这使得子载波更紧密，并且改善了频谱效率。为了确保正交性，子载波必须具有公共的、精确选择的频率间隔或子载波间隔，并且这种频率间隔正好等于OFDM符号持续时间的倒数。由于该特定结构，OFDM允许通过离散傅立叶变换(DFT)运算以较低复杂度实现调制和解调，针对离散傅立叶变换(DFT)运算，存在计算效率高的快速傅立叶变换(FFT)算法。

由于数据被划分为多个并行数据流或信道，针对每个子载波有一个，所以每个子载波的符号速率远低于总符号速率，并因此延长了子载波符号长度。这降低了针对由于多径效应(即，相同信号的不同版本沿无线电接口上的不同路径传播，并因此在不同时间点到达接收机，从而导致信号延迟扩展)而引起的符号间干扰(ISI)的系统灵敏度。其原因在于，由于多径而产生的ISI取决于信号延迟扩展与符号长度之间的关系，因此，如果符号长度延长了，则系统对于多径效应更加鲁棒。

然而，尽管系统对于多径效应更加鲁棒，但是仍然剩下一些ISI。这是在符号之间引入保护间隔的原因，以便能够在主数据到达接收机之前解决多径问题。由于这种保护间隔，只要延迟扩展不超过保护间隔持续时间，则将不存在ISI。如图1所示，不同无线电接入系统中通常使用的机制是在符号101之前的保护间隔中插入循环前缀(CP)102。CP是符号101的最后一部分103的副本。为了避免混淆，包括CP的符号将被称为“具有CP的符号”100，以能够与仅包括有用部分的符号101相区分。注意，CP插入可以用在单载波系统以及多载波系统中。

OFDM中的CP插入意味着，无线电信道中固有的线性卷积可以转换为循环卷积。这种循环卷积的益处在于，在考虑DFT或FFT变换时，可以转换为逐元素的乘积。此外，这缓解了子载波之间的信道间干扰。

在不同的系统和标准中，已经并入了两种或更多种不同的CP持续时间备选，以适应不同的传播条件。例如，在LTE中，规定了在延迟扩展小时使用短的CP(因此允许较低的开销)，以及在延迟扩展大时使用长的CP(从而在某种程度上牺牲了吞吐量)。

然而，在某些场景下，信号延迟扩展可能比预定的CP持续时间更大，这将导致ISI问题。例如，在图2a-d示意性示出的情形下可能出现这种情况：

-图2a：非常大的小区200a，由于长距离而在基站201a与UE 202a之间存在严重的多径。

-图2b：单频网络(SFN)200b，例如在DBV和DAB系统中，该单频网络(SFN)200b具有多个发送机，用于从疏散的基站20ab和203b向一个UE 202b发送相同的信号。