[发明专利]多载波码分多址系统中的同步

说明书

本申请是申请日为2002年10月15日、申请号为02824991.7、发明名称为“多载波码分多址系统中的同步”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及蜂窝无线通信系统，更具体地来说涉及在采用OFDM(正交频分复用)或类OFDM技术的蜂窝无线通信系统中的系统接入及物理层分组和前置码设计。

背景技术

在具有至少一个发射机和至少一个接收机的无线通信系统中，接收机必需获得发射机发送的信号的定时并与之同步，之后才能从接接收信号中提取信息。无线通信系统中基站发送的信号的定时，通称为系统定时。

在采用正交频分服用(OFDM)的蜂窝无线通信系统中，同步于信号定时允许精确定位信号接收机采用的快速傅立叶变换(FFT)窗口，以从信号中提取信息。

在任何具有多个基站(BTS)和多个移动通信设备的蜂窝无线通信系统中，同步过程一定会在BTS与系统通信设备之间频繁进行，以使系统运作起来。下文将移动通信设备简称为UE(用户设备)。

再者，每个BTS定义一个地理发送区域，通常称为小区，相当靠近某个特定BTS的UE可接入无线通信系统。特定UE选择BTS以通过其接入蜂窝无线通信系统的过程称为小区选择。为了优化BTS信号的接收，UE需要识别从不同BTS收到的最佳质量信号，并切换其接收机以调谐到最佳BTS给定时间。因此，由于UE的移动性，必须频繁使用同步过程，以允许在UE变更位置时从一个BTS无缝切换到另一个BTS。

在大多数目前的蜂窝无线通信系统中，快速系统接入和小区选择是移动UE正常工作所需的基本功能。快速捕获旨在使UE可与期望的BTS同步。小区选择和重新选择由UE来执行，以进行同步并测量相邻BTS之间的信号(包括干扰)功率以及选择并切换到信号质量最佳、即C/I(载波干扰)比最大的BTS。

接入采用OFDM(正交频分复用)的无线通信系统的现有解决方案是为无线LAN(局域网)系统而设计的，用于在SISO(信号输入-信号输出)配置下进行快速分组接入。但无线LAN不具有处理UE移动性的能力，UE移动需要无缝BTS切换。另一方面，某些蜂窝系统，如3G UMTS(第三代通用移动电信系统)可以执行小区选择、BTS识别及BTS C/I比测量。

多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)是一种创新的高频谱效率的技术，用以通过频率和时间上均快速衰落的无线电信道传输高速数据。对于高速下行分组数据传输系统，物理层分组结构的设计是一个基本方面。

OFDM技术已经为DAB(数字音频广播)、DVB-T(数字视频广播-地面)和IEEE 802.11标准所采用。DAB和DVB-T用于音频和视频地面广播。在这些系统中，信号在连续的数据流中传送。因为快速分组访问并非关键，所以无需前置码。DAB和DVB-T还适用于单频率网络。在此情况中，每个发射机以联播形式发送信号。来自相邻发射机的干扰可以视为活动回波，可以通过适当的前缀设计来处理。IEEE 802.11是无线LAN标准。它是一种基于分组的OFDM传输系统。在该标准中引入了前置码信头。

在MIMO-OFDM(多输入多输出-OFDM)系统中的同步相当困难，在MIMO-OFDM系统中每个发射机和每个接收机都具有多个天线。所增加的任务复杂性在于，快速同步过程在很低C/I比条件下必须非常可靠，才能在整个小区实现高成功率。此外，高移动性会导致很高的多普勒扩展，这使可靠同步更加困难。

在MIMO-OFDM系统中，可以两个步骤来执行同步。首先，执行帧同步(也称为粗同步)以确定帧中第一个OFDM符号的起始位置的大概范围。其次，执行定时同步(也称为细同步)，以确定精确的FFT窗口位置，以便可以精确地执行频域解调。

常规技术中，细同步在时域执行。其方法是在时域插入周知的导频训练序列，以便接收机在选择时隙执行互相关计算。

例如，如图1A和1B所示，IEEE 802.11标准的OFDM帧结构利用多个重复的短OFDM信头来实现细同步，这些信头一般如标记5所示，为选定子载波的帧开始位置处设置的几个时域信头，其后紧接着是训练OFDM符号207。信头5用于帧同步(即粗同步)。训练OFDM符号207用于精确定位FFT窗口，以便可以正确执行频域解调。训练OFDM符号207后面是TPS(传输参数信令)OFDM符号205和数据OFDM符号30。