CN101192881A

CN101192881A - 用于快速上行链路空中接口同步的系统和方法

Info

Publication number: CN101192881A
Application number: CNA2006101608429A
Authority: CN
Inventors: 李宣; 沈满元; 邢冠斌
Original assignee: Adaptix Inc
Current assignee: Adaptix Inc
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-04
Also published as: TW200841660A; US20080130766A1; US8259777B2

Abstract

通过将2D搜索问题简化为通常可以以较少的时间来执行的两个1D搜索问题，实现了快速上行链路同步。利用了移动设备在多个子载波上发送测距码。假设相邻的子载波将具有近似等效的信道特性，可通过差分组合相邻子载波的对来去除相位模糊。一旦去除了相位模糊，就可以相对快地确定码、时序和功率电平。在一个实施例中，将所接收的信号和可能的码之间的相关值与一阈值相比较。

Description

用于快速上行链路空中接口同步的系统和方法

技术领域

本发明涉及基站和移动设备之间的空中接口通信系统同步，更具体而言，涉及基于从移动设备发送的信号的快速上行链路同步。

背景技术

在无线(空中接口)通信系统中，从多个移动设备传送的信号以不同的传播延迟和不同的功率到达基站。大的传播延迟和功率差常常导致信号在基站的显著损耗。基站对来自移动设备的信号的传播延迟和功率电平进行控制的一种方法是使每个移动设备在定义的测距时隙或信道上发送标识其自身的预定伪随机码。这些码或测距信号由基站(其可包括任何适当的远端传输点)用来确定移动设备的时间延迟和传输功率电平。

由于基站不知道哪个码是由所述移动设备正在发送的，基站必须隔离每个移动设备的子信道码。一种对来自移动设备的码进行隔离的方法是匹配输入信号与已知信号以便确定正在发送哪个码。然而，由于存在许多可能的码，并且由于它们并不是以已知时间(相位)到达基站，这个问题的解决方案变为二维的计算，即首先系统必须进行检查以便了解信号是否在第一时间(第一相位)包含已知码。如果否，则系统必须针对相继的时间片(相位)来重复该过程，以便了解是否正在接收特定的码。这是耗时的，并且需要大的处理器资源。此外，对测距信道产生影响的信道相位模糊将显著降低传播延迟的测量精度。

发明内容

二维(2D)搜索问题被简化为通常可以以较少的时间来执行的两个一维(1D)搜索问题。利用了这样的事实，即每个移动设备在多个子信道上发送随机选择的测距码。在正交频分多址(OFDMA)和正交频分复用(OFDM)系统中，测距信道通常由一组相邻的子载波组成。然后可以假设相邻的子载波(因为它们在频率和其它特性上接近)将具有近似(尽管不是必须)相同的信道特性。通过将所接收的相邻测距子载波的对差分相乘(differentially multiplying)，可以去除那些子载波之间的信道相位模糊。每个测距码的功率电平可以通过使所接收的差分测距子载波与本地的预定差分测距子载波相关来计算。所有具有符合预定阈值的功率的测距码都被选择为从移动设备发送的测距码。然后仅针对所选的测距码来执行时间延迟测量。由于在大多数情况下所选测距码属于全部测距码的子集，计算的复杂度可以减小。

以上已经相当宽泛地概括了本发明的特征和技术优点，以便使以下对本发明详述可以得到更好的理解。以下将描述形成本发明权利要求主题的本发明的附加特征和优点。本领域的技术人员将理解，所公开的构思和特定的实施例可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构的基础。本领域的技术人员亦应认识到，这样的等同构造并不偏离所附权利要求所阐明的本发明的实质和范围。当结合附图考虑时，根据以下描述，被认为是本发明特有的关于其组织和操作方法的新特征以及进一步的目的和优点将得到更好的理解。然而，显然应当理解，每个附图都仅仅是为了图示和描述的目的，而不是意图要形成对本发明的限制。

附图说明

为了对本发明进行更为全面的理解，现在来参照以下结合附图所进行的描述，在附图中：

图1示出用于获得基站和移动设备之间的空中接口通信的上行链路同步的流程图的一个实施例；以及

图2示出其中可实践本发明的构思的典型空中接口系统。

具体实施方式

图1示出用于获得如图2所示的传输点201的基站和如图2所示的设备21-1的移动设备之间的空中接口通信(图2，23)的上行链路同步的流程图10的一个实施例。图1所示的算法可例如由工作于基站24中的处理器241连同存储器242来运行，所述基站24可与实际传输点处于同一位置，或与其远离。

过程101不时地从接收自移动设备的信号中提取测距子载波。实际上，测距子载波与其它数据如净荷数据等是分离的。每个测距信道由多个子载波组成。例如，在OFDMA系统中，可规定144个测距子载波。在此讨论的概念特别适合于OFDMA以及OFDM系统。移动设备选择伪随机码并将该码在所有测距子载波上传送。伪随机码标识移动设备，并且如以下将讨论的，基站然后确定每个所接收的随机码的平均功率电平以便确定发送该码的移动设备是否应当调节其发送功率。

过程102然后将相邻的测距子载波差分相乘。可做出相邻子载波的信道相干的近似，使得在相邻子载波之间相位特性将近似相同。该近似在子载波间距小于信道相干带宽时是有用的。然后可通过将特定子载波与相邻子载波的共轭相乘来去除每个子载波上的信道相位旋转。

过程103将差分测距子载波与可预先计算并存储在图2所示的存储器242中的可能差分测距码的本地复制(local replica)相乘，然后将相乘的结果相加。这产生了可能测距码和移动设备发送的测距码之间的相关。移动设备所发送的测距码的相关值将是最高值。以这种方式，如以下将讨论的，相关值可以由基站24用于隔离每个移动设备的测距码。

过程104计算所述相关值的功率以便于在随后的过程中进行阈值比较。过程105确定哪些测距码是由移动设备发送的。功率超过预定阈值的所有测距码将被选择为发送的测距码。如果没有发现可接受的功率电平，则该移动设备可被告知增加其功率并且在后续时间帧发送另一个测距码。

此时，已经针对某个移动设备识别了所述码。过程106比较所选测距码的功率电平与目标功率电平，并由此确定后续发送中的该移动设备的功率调节值。过程107使用几种方法来计算时间延迟，如相位检测、逆FFT或正弦波相关。该时间延迟对应于基站和移动设备之间的往返延迟，并且移动设备可使用该值来调节其在后续帧中的发送时间。

所发送的测距码可表示为：

X_t(k，l)∈{-1，1}

其中k是测距子载波索引(k＝1，...，K)，且l是测距序列索引(l＝1，...，L)。

频域中的所接收的测距码是：

X_{r} (k, l) = X_{t} (k, l) \cdot H (k, l) \cdot e^{- j \frac{2 πkτ (l)}{N}}

其中H(k，l)是第l个所发送的测距序列的第k个子载波的复信道传递函数，τ(l)是对应于第l个测距序列的传播延迟，且N是子载波号。

将相邻的测距码差分相乘得到：

X_{r} (k + 1, l) \cdot X_{r}^{*} (k, l) = X_{t} (k + 1, l) \cdot X_{t}^{*} (k, l) \cdot H (k + 1, l) \cdot {H^{*} (k, l) \cdot e}^{- j \frac{2 πkτ (l)}{N}}

假定相邻信道是相干的，我们得到：

X_{r} (k + 1, l) \cdot X_{r}^{*} (k, l) = X_{t} (k + 1, l) \cdot X_{t}^{*} (k, l) \cdot {{| H (k, l) |}^{2} \cdot e}^{- j \frac{2 πkτ (l)}{N}}

将所接收的差分测距码与本地差分测距码相乘并将结果相加得到：

R (l, l^{'}) = \underset{k}{Σ} [X_{r} (k + 1, l) \cdot X_{r}^{*} (k, l) \cdot X_{t} (k + 1, l^{'}) \cdot X_{t}^{*} (k, l^{'})], l^{'} = 1,2, . . ., L

功率则为：

P(l，l′)＝|R(l，l′)|²

当l’＝l时可获得最大值P(l，l’)，即

P_{\max} (l, l^{'}) = {| R {(l, l^{'})}_{l = l^{'}} |}^{2} = {| R (l) |}^{2}

= {| e |}^{- j \frac{2 πτ (l)}{N}} \underset{k}{Σ} {| H (k, l) |}^{2}

= {| \underset{k}{Σ} {| H (k, l) |}^{2} |}^{2}

因此，选择功率P超过预定阈值P_th的测距码序列可表示为：

L_s＝{l′：P(l，l′)＞P_th}

计算发送时间的一种方法是逆快速傅立叶变换(IFFT)方法。测距信道的信道脉冲响应由以下来计算：

h (l, t - τ) = \underset{k}{IFFT} (X_{r} (k, l) \cdot X_{t} (k, l))

= \underset{k}{IFFT} (H (k, l) \cdot e^{- j \frac{2 πkr (l)}{N}}), l &Element; L_{s}

发送时间延迟τ可基于第一路径的信道脉冲响应来获得。然而，该方法需要IFFT运算，这可能是耗时且资源密集的。另一种估算发送时间延迟的方法是相位检测方法，其计算差分相关值的相位旋转θ并根据以下来获得发送时间延迟τ：

θ (l) = \arg (R (l)) = - \frac{2 πτ (l)}{N}, l &Element; L_{s}

τ (l) = - \frac{θ (l) N}{2 π}, l &Element; L_{s}

尽管已经详细描述了本发明及其优点，应理解可在所附权利要求的精神和范围内进行对各种改变、替换和更改。而且，并非想要将本发明的范围局限于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。根据本发明的公开内容，本领域的技术人员将容易理解，可根据本发明来利用执行与在此所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的当前存在或以后开发的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤。因此，意图是所附权利要求在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤。

Claims

1.一种建立基站和移动设备之间的空中接口通信的方法，所述方法包括：

从所述移动设备在多个子载波信号上传送且在所述基站接收的测距信号中去除相位模糊；以及

当所述相位模糊已经去除时，确定由所述移动设备发送的标识码。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定所述移动设备和所述基站之间的传播时间；以及

确定所述基站和所述移动设备之间的空中接口通信的可接受的功率电平。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定传播时间包括：

相位检测。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定传播时间包括从包含以下方法的列表中选择的方法：

逆快速傅立叶变换(FFT)和正弦波相关。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述去除相位模糊包括：

将相邻的测距子载波差分相乘。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定标识码包括：

使所述信号与可能的码相关；以及

将相关值与阈值相比较。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述相关包括：

将所述子载波与所述可能的码的本地复制相乘；以及

将所述相乘的结果相加。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

如果未确定出标识码，则指示所述移动设备增加发送功率。

9.根据权利要求1所述的方法，用于在正交频分多址(OFDMA)系统中使用。

10.根据权利要求1所述的方法，用于在正交频分复用(OFDM)系统中使用。

11.一种空中接口通信系统，包括：

用于从移动设备在多个子载波信号上传送且在基站接收的测距信号中去除相位模糊的装置；以及

用于当所述相位模糊已经去除时，确定由所述移动设备发送的标识码的装置。

12.根据权利要求11所述的系统，进一步包括：

用于确定所述移动设备和所述基站之间的传播时间的装置；以及

用于确定所述基站和所述移动设备之间的空中接口通信的可接受的功率电平的装置。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述用于确定传播时间的装置使用相位检测。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述用于确定传播时间的装置使用逆快速傅立叶变换(FFT)和正弦波相关之一。

15.根据权利要求11所述的系统，其中所述用于去除相位模糊的装置包括：

用于将相邻的测距子载波差分相乘的装置。

16.根据权利要求11所述的系统，其中所述用于确定标识码的装置包括：

用于使所述信号与可能的码相关的装置；以及

用于将相关值与阈值相比较的装置。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述用于相关的装置包括：

用于将所述子载波与所述可能的码的本地复制相乘的装置；以及

用于将所述相乘的结果相加的装置。

18.根据权利要求11所述的系统，进一步包括：

用于在未确定出标识码时，指示所述移动设备增加发送功率的装置。

19.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统是正交频分多址(OFDMA)系统。

20.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统是正交频分复用(OFDM)系统。