CN102281250A

CN102281250A - 用于在ofdma系统中的同步信道的方法和装置

Info

Publication number: CN102281250A
Application number: CN2011102657211A
Authority: CN
Inventors: 秋田英范; 凯文·L·鲍姆; 布赖恩·K·克拉松; 福田昌也; 林博史; 维贾伊·南贾; 罗伯特·T·洛夫; 肯尼斯·A·斯图尔特
Original assignee: Motorola Mobility LLC
Current assignee: Motorola Mobility LLC; Google Technology Holdings LLC
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2007-01-27
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2027-01-27
Also published as: EP1985048A2; ES2725798T3; KR20080099313A; BRPI0707532A8; US20070183306A1; KR101323449B1; WO2007092693A3; US7706249B2; EP1985048A4; CN101379745A; WO2007092693A2; BRPI0707532A2; CN102281250B; EP1985048B1

Abstract

提供了一种方法和装置，用于发射正交频域多址接入(OFDMA)信号，OFDMA信号(818)包括在OFDMA信号的带宽的局限部分之内发射的同步信道信号，同步信道信号在带宽的局限部分(816)之内具有预定的时域对称性。同步信道信号使具有较低计算负荷的初始捕获和小区搜索方法成为可能，该初始捕获和小区搜索方法在支持多种系统带宽、同步和非同步系统、较大的小区索引和具有短和长循环前缀长度的OFDMA码元结构的OFDMA系统中，通过对通信信道信号(1112)的序列元素进行差分处理，提供了OFDMA码元定时检测和频率误差检测，以及帧边界检测和小区特定信息检测(1114)。

Description

用于在OFDMA系统中的同步信道的方法和装置

本申请是申请人于2007年1月27日提交的申请号为200780005017.4(国际申请号为PCT/US2007/061180)，题为“用于在OFDMA系统中的同步信道的方法和装置”专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及无线通信系统，并且具体涉及用于在正交频分多址接入(OFDMA)系统中的同步信道的方法和装置。

背景技术

在包含多个基站或小区的无线通信系统中，无线通信设备的初始任务是识别和捕获从小区发射的信号。另一主要任务是搜索小区以确定哪个小区最适于与之建立通信。随着信令系统发展得越来越复杂，这些重要的任务变得更困难和更耗时。最近，提出了正交频分多址接入(OFDMA)信令系统。OFDMA系统被设计成工作在不同带宽中的可扩展带宽系统。另外，OFDMA系统使用多载波调制方法，该多载波调制方法可能具有在较窄频率范围(例如，5MHz)之内的数百个子载波。尽管OFDMA系统的可扩展性有利于这类系统的引入和扩展，但为了快速激活和从小区到小区的平滑切换，OFDMA系统的复杂性必须允许OFDMA无线通信设备及时地进行信号捕获。同步信道被提供用来初始信号捕获和小区搜索。但是，随着小区站点数量的增加以及OFDMA系统复杂性的增加，同步信道信号必须包括越来越多的信息。为快速和可靠接收而将信号分割为序列元素减轻了一些问题，但是序列元素自身必须每个都携带序列索引信息。

所以，所需的是用于在OFDMA系统中生成和处理包括多个序列元素的改进的同步信道的方法和装置。另外，结合附图和本发明的背景技术，从本发明的以下详细说明和所附权利要求，本发明的其他期望的特征和属性将变得显而易见。

附图说明

以下将结合附图描述本发明，其中相同的附图标记指示相同的元素，并且

图1是根据本发明实施例的无线通信系统的框图；

图2是根据本发明实施例的正交频域多址接入(OFDMA)信号的帧结构的示意图；

图3是根据本发明替代实施例的OFDMA信号的帧结构的示意图；

图4是根据本发明实施例的信号信道带宽占用的示意图；

图5是根据本发明实施例的同步信道的资源块映射的示意图；

图6A是根据本发明实施例的同步信道序列分配的示意图；

图6B是根据本发明替代实施例的同步信道序列分配的示意图；

图6C是根据本发明另一替代实施例的同步信道序列分配的示意图；

图7是根据本发明实施例的、同步信道信号的子载波映射的示意图；

图8是根据本发明实施例的、图1的通信系统的基站的框图；

图9是根据本发明实施例的、图8的基站的基站同步信道信令的流程图；

图10是根据本发明实施例的、图1的通信系统的无线通信设备的框图；并且

图11是根据本发明实施例的、图10的无线通信设备的初始激活和小区搜索的流程图。

具体实施方式

根据本发明的实施例，一种在无线通信系统中的方法，包括发射正交频域多址接入(OFDMA)信号的步骤，该OFDMA信号包括在OFDMA信号带宽的局限部分之内发射的同步信道信号，该同步信道信号在带宽的局限部分之内具有预定的时域对称性，并且包括用于提供至少部分小区标识信息的信息。另外，一种根据本发明实施例的无线通信系统中的方法，包括发射包括同步信道信号的OFDMA信号的步骤，该同步信道信号包括多个同步信道信号序列元素，并且该OFDMA信号包括多个子载波以及多个OFDMA码元周期，其中多个同步信道信号序列元素分布于多个子载波和/或诸如多个OFDMA码元周期的多个时间间隔之中。

并且，根据本发明的实施例，一种用于接收OFDMA信号的方法包括以下步骤：隔离包括同步信道信号的OFDMA信号的带宽的一部分，检测同步信道在OFDMA信号的该部分带宽内的位置，以及对同步通道信号进行解码以从中导出至少部分小区标识信息。

参照图1，根据本发明实施例的正交频分多址接入(OFDMA)无线通信系统100包括多个基站110和无线通信设备120。多个基站110经由用于无线通信的多个子载波上的OFDMA射频(RF)信号来与无线通信设备120进行通信。与多个基站110之中的每个相关联的是覆盖区域125，其中无线通信设备120可从多个基站110之中的一个或多个接收OFDMA信号，并向其发射OFDMA信号。无线通信设备120将典型地从具有最强信号强度或其他优选信号特征的基站接收信令和其他消息，以使得特定的基站110是对于特定无线通信设备120的“最佳服务器”。多个基站110耦合到用于集中控制OFDMA无线通信系统的网络系统控制器130。

OFDMA无线通信系统是多载波调制方案，该方案已被提议为目前广域码分多址接入(WCDMA)无线通信系统的下一代解决方案。OFDMA是正交频域复用(OFDM)系统的更加一般的实例，其中在不同子载波上可同时发射用于不同用户的数据。OFDMA无线通信系统具有大量的子载波，其中一个子载波仅占用OFDMA信道带宽的一小部分(例如，在5兆赫兹(MHz)OFDMA信道带宽内，每个子载波占用15千赫兹(kHz))。所以例如在5MHz范围内，大约会有300个子载波。因为OFDMA系统被设计为工作在不同的带宽内，如果需要可添加更多的子载波，所以OFDMA系统设计提供了高度可扩展的、多系统带宽的解决方案。另外，被计划用于WCDMA系统的下一代演进的OFDMA系统，支持同步系统和非同步系统，并允许大量基站标识符(小区索引cell index)和具有短和长循环前缀长度的OFDMA码元结构。

根据本发明实施例的OFDMA系统定义了同步信道，如上所述，该同步信道通过同时捕获OFDMA系统定时和标识最强基站110或“最佳”服务器，以用于与其建立通信，从而显著地减少了无线通信设备120同步到OFDMA系统所需的时间(即初始捕获和小区搜索时间)。OFDMA初始捕获和小区搜索处理应当检测OFDMA码元定时、帧边界和频率误差，并检测小区特定信息，例如基站110的标识，并且如果需要的话，检测其他小区特定信息，例如系统带宽，以及在基站110上的传输天线的数量或循环前缀长度。根据本发明实施例的同步信号包括至少部分小区(即基站)标识信息。同步信道的小区标识信息可以是标识单独基站110的组的部分小区标识信息(例如，小区组标识信息)，或可以是标识唯一基站110的完整小区标识信息，并且在实施例中还可提供扇区标识信息，在该实施例中可通过天线覆盖模式和资源分配将基站110分区为多个扇区。

参照图2，示范性OFDMA帧结构描述了包括140个OFDMA码元的10毫秒传输时间的一个OFDMA帧200。帧200包括20个子帧210、220，其中第一子帧210是占用了7个OFDMA码元子帧210的同步信道，其中7个OFDMA码元230形成短循环前缀(CP)子帧。剩余的19个子帧240可以是具有6个OFDMA码元的长CP子帧240，或具有7个OFDMA码元的短CP子帧230。尽管图2中的例子示出了在具有短循环前缀的第一子帧210中的同步信道，但是为了适应OFDMA的系统设计，可以用任何方式来定义同步信道的位置和其循环前缀。根据本发明的另一实施例，通过将同步信道定位在第一子帧230(如图所示)或最后子帧中，通过同步信道来定义帧边界。

参照图3，描述了根据本发明的替代实施例的OFDMA帧结构。根据本替代实施例，为了检测同步信道310，不考虑CP长度，将同步信道310分配到20个子帧320中的多于一个的末端。为了减少非同步OFMDA系统中的初始捕获和小区搜索时间以及初始捕获的存储器大小，每N个子帧320就发射同步信道310一次，其中N是20的约数。本领域的技术人员将意识到根据多种系统设计，可以修改子帧的系统参数、OFDMA系统帧的长度和码元数量以及其他帧结构参数，并且根据本发明的OFDMA系统的帧结构不限于图2或图3的实施例。

根据本发明实施例的同步信道在OFDMA信号的带宽的局限部分内被发射，例如OFDMA信号的中央1.25MHz带宽，而不考虑系统的带宽，由此减少了初始捕获和小区搜索的时间，同时保持了OFDMA无线通信系统的可扩展性。参照图4，预定资源块410是预定义频带。尽管意识到对资源块可以定义任何频带，根据本发明的一个实施例，资源块(RB)的大小是0.375MHz，而一般将同步信道420定义为1.5MHz，所以其占用了4个资源块410。在系统带宽内除了由同步信道420所占用的中央资源块410以外的子载波码元被用于其他信道。在另一实施例中，同步信道的带宽与OFDMA信号带宽有关。一些这类例子是OFDMA系统带宽430、440、450、460、480。

在20MHz OFDMA系统430(具有48个资源块410)和10MHzOFDMA系统440(具有24个资源块410)中，同步信道420使用中央的12个资源块410。在5MHz OFDMA系统450(具有12个资源块410)中，同步信道420使用所有的12个资源块410。在2.5MHz OFDMA系统460(具有6个资源块410)中，同步信道420仅使用中央的4个资源块410。利用同步信道420的对称性，同步信道420的频谱470覆盖了同步信道420的4个资源块410的中央部分。可以将在同步信道频谱470的任何一侧上的未使用的子载波用于保护频带(guard band)或数据(例如，诸如已接收到的上行链路业务的应答的低速率信道，或其他数据流/信道)。

在另一实施例中，其中同步信道的带宽与OFDMA的信号带宽相关，同步信道信号可以在频率维度(frequency dimension)中重复，以进一步提升性能。例如，同步信道信号信息可以包含在中央的4个资源块中。随后，在同步信道带宽内的4个资源块的每个附加组可包含同步信道信号的另一传输或重复，该同步信道信号包含在中央的4个资源块之中。

除了部分或完整的小区标识信息或同步信道信号的重复或传输，对于5MHz或更大带宽的OFDMA系统来说，同步信道420可使用除了中央的4个资源块以外的频带来增强小区搜索性能。例如，在同步信道420信息中可包括全部或部分的附加小区特定信息，例如频率基准信息、传输天线信息、导频流(pilot stream)信息或循环前缀(CP)长度信息。另外，OFDMA系统可以被设计成在由同步信道420所占用的部分带宽的多个子载波中的两个或更多子载波上冗余地发射同步信道。

对于OFDMA系统带宽是1.25MHz 480的情况，仅可以容纳3个资源块410，而同步信道420使用所有的3个资源块410。尽管已经示出了OFDMA系统带宽的多种变化，但是在OFDMA系统带宽的局限部分中发射同步信道的其他结构也是可能的。

图5示出5MHz OFDMA通信系统信号带宽，其中局限的同步信道带宽510位于5MHz带宽的中央1.25MHz中，而且位于由多个资源块520所跨越的带宽之内但小于该带宽。在本实例中，同步信道带宽510未覆盖多个资源块大小520。根据本发明的实施例，在由整数个资源块520所跨越的未由同步信道510使用的部分带宽中，数据信号530与同步信道同时发射。为了数据信号530的改进检测，可以由称为保护频带540的没有信息发射的带宽来将数据信号530与同步信道分隔开。

同步信道信号是划分为同步信道信号序列元素的序列。根据本发明的优选序列类型的例子是广义线性调频(GCL)序列(generalizedchirp like sequence)。例如，“索引”u的长度-N_G的GCL序列被定义为：

s_k＝a_kb，k＝0，…，N_G-1 (1)

其中b是单位幅度的复标量，并且

a_{k} = \exp (- j 2 πu \frac{k (k + 1) / 2 + qk}{N_{G}}),

k＝0，1，2，…，N_G-1(任意整数q且1≤u≤N_G-1)

而N_G是质数(即N_G＝N_Gx1)，根据本发明，N_G尤其适于划分为同步信道信号序列元素的序列。其中N_G是质数，任何两个不同“种类”的序列之间的互相关是最优的，并且在组中将有N_G-1个唯一的序列，该序列可用作为唯一的组标识符或唯一的小区标识信息。通过选取b＝1和q＝0，可以更简洁地表示GCL序列。

根据本发明，可用于同步信道序列元素的序列类型的其他例子可包括伪随机噪声(PN)序列或最大长度的二进制序列。当使用具有有限选择的序列长度(例如GCL或最大长度2进制)的结构化序列时，在原始序列中的元素的数量可能不匹配于同步信道的大小。在本情况中，序列可被修改以相配于可供同步信道信号序列使用的资源(例如，通过截断或将其循环扩展)。根据本发明的实施例的另一方面，同步信号包括多个同步信道信号序列元素，其如OFDMA系统设计或预计系统运行于其中的信号传播条件所确定的，而分布在OFDMA信号子载波和/或OFDMA码元周期中。

包括图6A、6B和6C的图6描述了根据本发明的、同步信道序列元素分配的帧结构，其中同步信道序列元素首先在频率(子载波)上分布，随后在时间上分布。但是，本发明不限于本同步信道序列元素分配方案，并且如果例如系统设计允许在时间中的变化快于在频率中的变化，可替代地，首先在时间上随后在频率上分布同步信道序列元素。参照图6A，同步信道信号在具有7个OFDMA码元的帧结构的子帧610上发射，其中同步信道序列元素在相邻或邻近的OFDMA码元周期中的多个子载波上发射。尽管未示出，在一些实施例中，导频码元或诸如控制码元的其他码元可占用在子帧610中的部分或全部一个或多个OFDMA码元周期，以使得在某些前述邻近OFDMA码元周期之间的时间间隔可以大于一个OFDMA码元周期。

根据本发明，第一OFDMA码元周期620包括形成映射到38个子载波上的38个序列元素的调制码元的共用GCL序列或0，在第一OFDMA码元周期620中的GCL序列对于在OFDMA无线通信系统100中的所有基站110是共用的。通过使用用于该共用GCL序列620的相隔子载波(例如，已偶数编号的子载波)，波形可具有预定的时域对称性。本共用GCL序列620可在所有的同步信道传输中呈现，并且可位于子帧610的第一OFDMA码元周期中，由此作为帧边界指示符来使用。参照图7，示出了在第一OFDMA码元周期620中的同步信道信号的子载波映射的例子，其中已调制码元映射到相隔子载波(38个已占用的子载波702)，其中居间的子载波704具有映射于其上的0或空集。为了在时域中创建或定义波形的对称性(即同步信道信号的波形预定时域对称性)，将调制码元映射到已偶数编号的子载波上。该对称特征可用于粗糙的OFDMA码元定时检测以及频率误差检测。

回头参照图6A，如映射在多个子载波上的多个同步信道序列元素一样，后续6个OFDMA码元周期630包括对一组小区或基站唯一的，或对小区或基站110唯一的(根据实施例)GCL序列，每个OFDMA码元周期具有用于GCL同步信道序列元素的所有75个子载波，并用“锯齿形(zig-zag)”方式填充6个OFDMA码元周期630。例如，图6A示出包括449个同步信道序列元素的同步信道信号GCL序列。用从上到下排序的同步信道信号序列元素(段(phase))0到74填充第二OFDMA码元周期630。用从下到上排序(但是在替代实施例中，也可以是从上到下排序)的同步信道信号序列元素75到149填充第三OFDMA码元周期630。以类似方式，通过用从下到上排序的同步信道信号序列元素(段)375到449填充第6个OFDMA码元，用剩余的同步信道信号序列元素填充剩余的OFDMA码元周期630。取代以“锯齿形”形式填充同步信道的OFDMA码元周期，根据OFDMA系统设计、序列类型和/或合并同步信道序列元素所需的处理，OFDMA码元周期630可以均从上到下被填充或反之。另外，取代以频率优先方式填充同步信道，可以用时间优先方式填充OFDMA码元周期630(例如，在每个子载波上从左向右，在每个子载波上从右向左，或在一些子载波上从左向右并在其他子载波上从右向左)。或者，代替上述填充方法，可使用任何任意的2维填充模式。

参照图6B，对小区或基站110或一组小区唯一的同步信道信号(例如对多个小区共用的GCL序列)也在具有7个OFDMA码元的帧结构的子帧610上发射，其中同步信道序列元素在相邻或最近的OFDMA码元周期中的多个子载波上发射。根据本发明的本实施例，对于在OFDMA无线通信系统100中的一个或一组基站110，第一OFDMA码元周期620包括形成映射到38个子载波上的38个序列元素的映射到37个子载波上的0，和小区特定或组特定GCL序列的元素。随后的6个OFDMA码元周期包括映射到多个子载波上的小区特定的GCL序列的附加元素，每个OFDMA码元周期具有所有的75个子载波(段)、以“锯齿形”形式填充6个OFDMA码元周期630。图6B示出包括487个同步信道序列元素的同步信道信号GCL序列。用从下到上排序的同步信道信号序列元素(段)38到112填充第二OFDMA码元周期630。用上到下排序的同步信道信号序列元素113到187填充第三OFDMA码元周期630。以类似方式，通过用从上到下排序的同步信道信号序列元素(段)413到487填充第6个OFDMA码元，用剩余的同步信道信号序列元素填充剩余的OFDMA码元周期630。

参照图6C，示出了同步信道序列分配的另一替代结构。根据本发明，同步信道序列元素可分布在OFDMA码元周期上(如图6A所示)，或者可分布在OFDMA信号的多个子载波中的一个以上之中，或这两种分布的组合。在图6C的替代实施例中，在帧结构640中有10个同步信道码元周期。为了适应更长的共用GCL序列(例如，长于38个序列元素)，同步信道的第一部分650包括两个OFDMA码元周期660、670。第一OFDMA码元周期660可以作为帧边界指示符来使用。根据本发明的替代实施例，同步信道序列元素映射到每个第二子帧，以使得包括75个子载波的第一同步信道650映射到第一OFDMA码元周期660和第二OFDMA码元周期670。具有共用GCL序列的OFDMA码元周期660、670的每个包含38个子载波，其中如图7所示和如上所述，偶数编号的子载波的使用保持了同步信道的预定时域对称性。

在子帧之间的间隙期间，信道条件会变化。如图6C所示，为了适应同步信道序列元素的差分处理，后续OFDMA码元周期670可重复先前OFDMA码元周期620的最后序列元素(例如，段37)。在第一同步信道660之后，第二同步信道680包括具有映射到每个OFDMA码元周期的75个子载波的592个同步信道序列元素的8个OFDMA码元周期。用于第二同步信道的8个OFDMA码元周期680使用每个第二子帧，并且如上所述，以“锯齿形”形式(如图所示)或任何任意2维填充模式进行填充，关于下一个OFDMA码元周期的第一序列元素，重复OFDMA码元周期的最后序列元素。相应地，用从上到下排序的同步信道信号序列元素(段)0到74填充第三OFDMA码元周期。用下到上排序的同步信道信号序列元素74到148填充第四OFDMA码元周期。

在每个同步信道序列元素内，GCL序列元素可优选地被采用，以使得GCL序列元素的差分处理将提供对序列索引的确定。GCL序列元素具有0dB的峰均功率比(PAPR)和最优的互相关属性。如果GCL序列应用在所有子载波上频域中，那么由于GCL序列的傅立叶变换仍然是GCL序列，所以对相应时域波形，属性仍将保持。另外，如果GCL序列通过差分解调器，那么得到的输出序列是具有对应于原始序列索引的频率的复索引。所以，通过使用GCL序列元素，每个同步信道信号序列元素将具有用于内在确定其序列索引的序列索引属性。如早前所述，也可使用了其他类型的序列，但是优选地是序列具有使得可以基于序列的差分解调进行序列索引检测的属性。具有这种属性的非GCL的序列的例子是最长二进制序列，因为最长二进制序列的差分解调生成了具有预定移动值的相同序列的循环移动形式。所以，在最长二进制序列情况下，每个小区ID可与序列的特定循环移动值相关联，并且可以基于差分处理来恢复小区ID。

参照图8，OFDMA基站110的框图包括耦合到网络控制器130并控制基站110的操作的基站控制器810。控制器耦合到接收机电路812和发射机电路814，并且如果天线818上的通信是双工的，还可包括接收机/发射机切换装置816，以用于控制天线818上的OFDMA信号的发射和接收。接收机电路812所接收到的OFDMA信号由其解调，并被提供给控制器810进行解码。另外，控制器810将信号提供给发射机电路814，以由其调制，并从其发射。尽管示出了单个天线818，应当理解为了接收分集、和/或发射波束成形的应用、空时编码、多输入多输出(MIMO)、或其他系统设计发射信令方案，可将基站110(并且是典型地)配置进扇区并可采用多个天线。所以，在各种实施例中，多种发射和接收天线配置是可能的，并且并不期望将图8作为这种天线结构的完全图示，而是示例出有助于理解此处公开的实施例的部件。在具有多个天线的情况下，将天线的数量传送给无线通信设备120以了解在初始捕获和小区搜索期间要搜索多少导频流，是有益的。所以，根据本发明的实施例，可作为同步信道信号一部分发射的附加的小区特定信息可包括基站110的天线数量或导频流信息。控制器810耦合到存储设备820，存储设备820存储用于基站110的操作的信息，例如小区标识信息和其他小区特定信息，例如频率基准信息、传输天线信息(例如天线的数量)、导频流信息和循环前缀长度信息。

根据本发明，控制器810包括同步信道生成器822，用于生成在一部分OFDMA信号带宽中具有时域对称性并包括至少部分小区标识信息的同步信道信号，同步信道生成器822将同步信道信号提供给发射机电路816进行发射。有时，同步信道生成器822生成包括至少一部分附加的小区特定信息的同步信道信号。数据信号生成器824生成OFDMA数据信号，以提供给发射机电路816进行发射，并且根据本发明的一方面，其中带宽被划分为一组资源块，当同步信道信号所跨越的带宽小于由整数个预定资源块所跨越的带宽时，数据信号在由整数个预定资源块所跨越的一部分带宽上，与同步信道信号同时发射。数据可以是由呼叫无线通信设备120或内容提供者所生成的话音或MBMS传输，并且可被复用到子载波上并在基站110上被交织，或者可通过网络控制器130来执行复用。在一个实施例中，通过将调制信号和0映射到同步信道信号的多个子载波上，同步信道生成器822定义同步信道信号的时域对称性。

参照图9，根据本发明实施例的同步信道生成器822的操作，从存储设备820检索信息910开始。最低程度上，该信息包括唯一标识基站110的小区标识信息或至少部分小区标识信息，例如组小区标识信息。如上所述，附加的小区特定信息也可被检索910。

接着，通过对小区标识信息进行编码来生成912同步信道信号。同步信道信号被分解为多个同步信道序列元素914。接着定义916同步信道信号的预定时域对称性。根据本发明，步骤916将包括在资源块中提供偶数个子载波，并且可包括将已生成的同步信道信号，如调制码元和0，映射在多个子载波上，其中调制码元映射到用于同步信道信号的至少一部分子载波的每个第n个子载波，其中n是大于或等于2的整数。

在定义916时域对称性之后，同步信道信号被提供918给发射机电路816，用于从基站110进行发射。从基站110周期性地发射同步信道信号，以使得初始捕获和小区搜索成为可能。所以，为了增强的初始捕获和小区搜索，除了上述内容以外，同步信道信号可以在时间上或在子载波中被冗余地提供给发射机电路816。可基于OFDMA信号的带宽(即响应于OFDMA信号带宽的比例)，来修改和/或重新定义同步信道信号的冗余和内容。

参照图10，示出了根据本发明实施例的无线通信设备120。无线通信设备120包括用于接收和发射射频(RF)信号的天线1002。接收/发射切换装置1004以本领域技术人员熟悉的方式，选择性地将天线1002耦合到接收机电路1006和发射机电路1008。根据无线通信设备120的功能(或多个功能)，接收机电路1006解调并解码RF信号以从中导出信息，并耦合到控制器1010，其用于将解码后的信息对其提供以供其使用。为了从天线1002进行发射，控制器1010还将信息提供给发射机电路1008，以将信息编码和调制进RF信号。尽管示出了单个天线1002，本领域的技术人员将意识到，分集天线可与分集接收机一起使用，以改进信号的接收。

控制器1010耦合到用户接口电路1012，用户接口电路1012例如包括：用于将视频输出呈现给用户的显示器、用于将音频输出提供给用户的扬声器、用于接收语音输入的麦克风、和用于从其接收用户输入的诸如小键盘的用户控制。控制器1010还耦合到非易失性存储设备1014，其用于将信息存储于其中并用于从中检索和使用信息。

根据本发明的实施例，接收机电路1006包括用于隔离包括同步信道信号的OFDMA信号带宽的一部分的同步信道信号滤波器设备1016。同步信道信号滤波器设备1016可以是用于对OFDMA信号进行滤波以隔离OFDMA信号带宽的局限部分的带通滤波器或任何其他设备或处理。例如，在处理中可用快速傅里叶变换(FFT)而不是硬件滤波器来隔离OFDMA信号带宽的局限部分。一旦隔离之后，就把信号提供给控制器，以进行初始捕获和小区搜索处理。

参照图11，初始信号捕获和小区搜索处理通过检查由滤波器1016滤波的信号确定是否有任何信号1110而开始。根据本发明，当检测1110到信号，就执行初始捕获和小区搜索方法。首先，同步信道信号的预定时域对称性用于执行粗糙的OFDMA码元定时检测和小数频偏(fractional frequency offset)检测1112。可通过在时域中计算出的接收到的同步信道信号的差分相关，或通过在时域中用已知的同步信道信号序列元素进行的相关计算来执行本步骤1112。

根据本发明的实施例，广义线性调频(GCL)序列优选地适用于差分处理。但是如上所述，本发明可使用其他序列类型。GCL调制的OFDM信号的时域波形具有较低的PARP。另外，由于使用GCL序列的不同索引，所以序列元素的任何配对将在所有时滞上具有较低的互相关性，这改进了代码检测和CIR估计。而且，GCL序列具有不变的幅度，并且GCL序列的N_G点DFT也具有不变的幅度。任意长度的GCL序列另外具有“理想”的循环自相关(即与自身的循环移动形式的相互关系是Δ函数)。而且，当|u1-u2|、u1和u2相对N_G都是质数时(如果N_G是质数时，这个条件容易满足)，任何两个GCL序列之间的循环互相关函数的绝对值是常数并等于

对任意两个具有理想自相关属性的序列元素来说，所有时滞上的互相关

实际上实现了最小的互相关值(意味着实现了所有时滞上的互相关的理论上最小的最大值)。当所有时滞上的互相关等于时，实现了最小值。在将接收到的信号在时域上与需要的序列相互关联之后，互相关属性允许干扰信号的影响在时域中均匀地扩展。所以，甚至在处理广播导频码元之前，在无线设备上，小区搜索码元也可用于执行或帮助相干信道估计。与BPSK或甚至QPSK前同步码(preamble)相比，复数值GCL序列可用确保良好的PARP和良好的互相关来系统地构建。

GCL序列元素的差分处理使得对GCL序列元素的一步快速小区搜索成为可能，步骤1112。根据本发明的实施例，为了便利差分处理，对序列长度N_p，根据序列设计方法，已优选地生成了序列元素，其中质数N_G是大于N_p的最小质数。整数“u”是序列索引。序列元素根据下式来生成：

s_{u} (k) = \exp {- j 2 πu \frac{k (k + 1)}{2 N_{G}}},

k＝0…N_G-1，且u＝1…N_G-1

N_G-1个序列元素被生成为在其任意配对之间具有最优的循环互相关。序列元素已经被截断到N_p，并且在N_p个子载波上分布。由于在具有零子载波的OFDMA信令中引入的过采样，以及对同步信号使用了局限带宽，所以对不同“u”，PARP将从理论上的0dB值(在奈奎斯特取样速率)劣化到不同程度。如果需要，在N_G-1个候选中，可选择具有最佳PARP的索引。从这些GCL序列元素的不同索引“u”中获取由不同小区使用的小区搜索序列。索引“u”还将用作小区ID。

小区搜索1112从接收到的信号直接确定序列索引“u”(以及因此确定最强或候选小区ID或组ID)。首先，确定粗糙的OFDMA小区搜索码元定时(例如，使用小区搜索码元的时域对称性)。随后，估计并去除频率偏移的小数部分(例如，基于半码元差分相关峰值的段)。在这些步骤之后，使用一般的FFT处理，将代表已接收的小区搜索码元的N个已接收的时域采样的块转换到频域。

假定整数频偏仍会呈现，接着可通过多种技术，例如最大能量检测器来确定已占用的子载波(偶数相比于奇数)(例如在小区搜索码元的偶数子载波中的全部能量相比于在奇数子载波中的能量)。标识了在如Y(m)(m＝1到N_p)(即忽略了未使用的子载波)的已占用子载波上的频域数据，其中S_u(m)是映射到这些子载波上的GCL序列。

随后，根据已占用的子载波对，计算出“基于差分”值的向量。通过差分解调接收到的码元的已占用子载波来获取这些值，为了高效的基于FFT的处理，这些值常规上被收集为向量格式(例如，基于差分的向量)。基于差分的向量计算为

Z(m)＝Y(m)*Y^*(m+1)，m＝1，…，N_p-1

其中“()^*”表示共轭。可包括获取“基于差分”的向量的其他方法，但不限于：

Z(m)＝Y(m)/Y(m+1)，m＝1，…，N_p-1

或

Z(m)＝Y(m)/Y(m+1)/abs(Y(m)/Y(m+1))，m＝1，…，N_p-1

其中“abs()”表示绝对值。

假定仅有一个基站，并且其发射具有u的GCL序列索引的小区搜索码元，并且信道在两个相邻的已占用子载波之间不显著变化，只要已占用子载波的间隙不是太大这就可大致满足，在忽略信道幅度和频偏时，Y(m)*Y^*(m+1)大约等于

Z (m) = Y (m) * Y^{*} (m + 1) \approx {| H (m) |}^{2} S_{u} (m) S_{u}^{*} (m + 1)) = {| H (m) |}^{2} \exp {j 2 πu \frac{m + 1}{N_{G}}},

m＝1，…，N_p-1

(5)

所以，在基于差分的向量中承载序列索引信息u。在多小区的情况中，通过处理基于差分的向量，并标识向量的一组主要的频率分量，我们可以标识最强的小区索引以及潜在切换候选的一个或多个索引。为了获取频域分量，通常使用的工具是采用FFT或IFFT(即{Z(m)}上的T个点，T＞＝N_p-1)(步骤1114)来获取

{z(n)}＝IFFT_T({Z(m)})，m＝1，…，N_p-1，n＝1，…，T

{z(n)}的峰值位置(即n_max)给出了关于最强小区的索引u的信息，即在n_max上的已标识的主要频率分量到相应的已发射的序列索引之间的映射被确定为：

\frac{u}{N_{G}} = \frac{n_{\max}}{T} - - - (7)

峰值也是已占用子载波上的信道功率的大致估计。所以，使用频域中的同步信道信号的IFFT来检测帧边界并解码小区标识信息1114。所以，使用同步信道序列元素的序列索引属性，将一个序列元素与下一个序列元素的复共轭相乘将导出序列索引u 1114。相应地，在单步中，控制器1010可执行GCL序列索引检测，以从同步信道信号中提取小区特定信息(例如u)。在一些实施例中，当同步信道信号被确定为最强同步信道信号1116时，与基站1118建立了无线OFDMA通信。

注意，出于解释的目的，针对GCL序列元素映射到一个OFDMA码元周期的不同载波的情形描述了上述等式。但是，当以其他方式映射序列时，例如“锯齿形”，也可应用提议的检测方法。一般说来，即使相邻的序列元素被映射到不同的OFMDA码元周期和/或不同的子载波，在相邻的序列元素上也可执行差分解调步骤。另外，来自同步信道的多个已接收实例的差分处理可进行组合以进一步提高检测的鲁棒性。同步信道的多个已接收实例是可用的，因为例如具有多个天线的接收分集，或随后接收到的从基站周期性发射的同步信号。

依照对本发明的一些实施例所做的描述，通过将调制码元或序列元素映射到局限的同步信道带宽中的偶数编号子载波以及将0映射到局限的同步信道带宽中的其他子载波，可提供同步信号的时域对称性。本发明的其他实施例可使用其他方法以提供时域对称性。一个例子包括将调制码元或序列元素映射到局限的同步信道带宽中的每第N个子载波以及将0映射到局限的同步信道带宽中的其他子载波，其中N是正整数，并且其中可随意选择包含在每第N个子载波的第一个中的局限的同步信道带宽中的子载波。一个另外的例子是使用在局限的同步信道带宽中完全实数的调制码元或序列元素(即其虚数部分是0)，因为实数信号的傅立叶变换在其中央部分附近在幅度上是对称的。也可使用不同于已提供的例子的序列设计和/或映射和/或信号重复的方法，以提供预定的时域对称性。

所以可以看出，本发明提供了具有较低计算负荷和较小数量接收机处理步骤的、使用通信信道信号序列元素的初始捕获和小区搜索方法，该方法仍然在支持多种系统带宽、同步和非同步系统、较大的小区索引和具有短和长循环前缀长度的OFDMA码元结构的OFDMA系统中提供初始捕获和小区搜索的四个主要功能(即OFDMA码元定时检测、频率误差检测、帧边界检测和小区特定信息检测)。尽管在本发明的前述详细描述中呈现了至少一个示范性实施例，应当理解存在大量变化。还应当理解，一个或多个示范性实施例仅为例子，并非期望以任何方式限定本发明的范围、可应用性、或配置。另外，以上详细描述将为本领域的技术人员提供实现本发明的示范性实施例的便捷说明，应当理解，在不偏离所附权利要求和其等效权利要求阐述的本发明的范围的前提下，可对在示范性实施例中描述的元素的功能和布置进行各种变化。

Claims

1.一种用于在无线通信系统中的基站内使用的方法，其中，所述基站具有与其相关联的小区标识信息，与所述基站相关联的所述小区标识信息包括存储在其存储设备中的第一和第二部分小区标识信息，所述基站还包括用于生成同步信道信号的同步信道发生器以及用于发射正交频域多址接入(OFDMA)信号的发射器电路，所述方法包括下述步骤：

由所述同步信道发生器生成包括至少第一和第二同步信道信号的同步信道信号，所述第一和第二同步信道信号包括相应的第一和第二组的一个或多个独立序列元素，以及其中，所述第一组的一个或多个独立序列元素是基于具有响应于在基站的存储设备中存储的所述第一部分小区标识信息所定义的广义线性调频(GCL)序列的序列索引的、GCL序列所生成的，以及其中，所述第二组的一个或多个独立序列元素是基于利用响应于在基站的存储设备中存储的所述第二部分小区标识信息所定义的最大长度二进制序列的循环移动量的、循环移动后的最大长度二进制序列所生成的；以及

由所述发射器电路发射包括所述同步信道信号的OFDMA信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述OFDMA信号包括多个子载波，其中，所述发射OFDMA信号的步骤包括将所述第一和第二组的一个或多个独立序列元素的至少一部分映射到所述多个子载波的至少一部分的每个第n个子载波的步骤，其中，n是大于或等于2的整数。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述发射OFDMA信号的步骤包括发射包括多个帧的所述OFDMA信号的步骤，所述多个帧中的每个帧包括多个子帧，每N个子帧就发射同步信道信号一次，其中，N是大于或等于10的整数。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述生成OFDMA信号的步骤包括生成包括同步信道信号的OFDMA信号的步骤，且所述同步信道信号包括所述第一和第二组的一个或多个独立序列元素，其中，响应于所述第二部分小区标识信息得出所述循环移动后的最大长度二进制序列的循环移动量，所述第二部分小区标识信息包括识别包含包括所述基站的一个或多个基站的小区组的小区组标识信息。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一部分小区标识信息包括在包含包括发射OFDMA信号的基站的一个或多个基站的小区组内识别所述基站的小区标识信息，以及其中，所述第二部分小区标识信息包括识别所述小区组的小区组标识信息。

6.一种用于在无线通信设备中使用的方法，所述无线通信设备包括用于接收并解调包括同步信道信号的正交频域多址接入(OFDMA)信号的接收器电路和用于检测所述同步信道信号的控制器，所述方法包括下述步骤：

由所述接收器电路从发射所述OFDMA信号的基站接收包括所述同步信道信号的所述OFDMA信号，所述同步信道信号包括多个同步信道信号序列元素，其中，与发射OFDMA信号的基站相关联的小区标识包括第一和第二部分小区标识信息；

由所述控制器在所述OFDMA信号中检测所述同步信道信号的第一和第二同步信道信号，所述第一和第二同步信道信号包括相应的第一和第二组的一个或多个独立序列元素，所述第一组的一个或多个独立序列元素基于广义线性调频(GCL)序列，以及所述第二组的一个或多个独立序列元素基于循环移动后的最大长度二进制序列；以及

由所述控制器进一步响应于所述第一组的一个或多个独立序列元素的所述GCL序列的序列索引来确定第一部分小区标识信息，并响应于所述第二组的一个或多个独立序列元素的最大长度二进制序列的循环移动量来确定所述第二部分小区标识信息。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述确定第一和第二部分小区标识信息的步骤包括响应于所述第二组的一个或多个独立序列元素的循环移动后的最大长度二进制序列的循环移动量来确定第二部分小区标识信息的步骤，所述第二部分小区标识信息包括识别包含包括发射所述OFDMA信号的所述基站的一个或多个基站的小区组的小区组标识信息。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述OFDMA信号包括多个子载波，以及其中，所述检测多个同步信道信号序列元素的步骤包括检测映射到所述多个子载波的至少一部分的每个第n个子载波的、所述第一和第二组的一个或多个独立序列元素的至少一部分的步骤，其中，n是大于或等于2的整数。

9.如权利要求6所述的方法，其中，所述OFDMA信号包括多个帧，所述多个帧中的每个帧包括多个子帧，以及其中，所述检测所述第一和第二组的一个或多个独立序列元素的步骤包括在所述多个子帧中的每N个子帧中检测所述第一和第二组的一个或多个独立序列元素的步骤。

10.如权利要求6所述的方法，其中，所述OFDMA信号包括多个帧，所述多个帧中的每个帧具有帧边界，以及其中，所述检测所述第一和第二组的一个或多个独立序列元素的步骤包括响应于接收到所述第一和第二组的一个或多个独立序列元素来检测所述帧边界的步骤。

11.如权利要求6所述的方法，其中，发射OFDMA信号的步骤包括其中每N个子帧就发射同步信道信号一次的、发射OFDMA信号的步骤，其中，N等于10，以及每个子帧具有0.5毫秒的持续时间且包括多个OFDMA符号。

12.如权利要求6所述的方法，其中，与发射OFDMA信号的基站相关联的小区标识包括第一和第二部分小区标识信息，以及其中，所述第一部分小区标识信息包括在包含包括发射OFDMA信号的基站的一个或多个基站的小区组内识别所述基站的小区标识信息，以及其中，所述第二部分小区标识信息包括识别所述小区组的小区组标识信息。