专利名称：WiMAX系统中基站和中继站之间前导序列的传输方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明设涉及宽带移动通信系统WiMAX领域，特别涉及WiMAX系 统中基站和中继站之间前导序列的传输方法及系统。
背景技术：
在WiMAX系统的空中接口技术802.16d/802.16e中，如果在小区中布 置有中继站，用以提高小区的覆盖面积和系统容量。那么，在小区的基 站和中继站就有数据通信和基本的控制信号通信，而这一切的通信的必 要先决条件就是它们之间已完成同步，信道估计等等初始化。
在现有的移动WiMAX，即802.16e系统中，其小区结构中，没有考 虑中继站，在小区中只存在基站和用户站(移动台)之间的前导序列传 输。在其空中传输的帧结构中，也只存在用于基站和移动台之间的前导 序列传输的时间-频率资源。
最近，在IEEE802.16工作组中，在原来的基站和用户站之外，引入 了中继站的结构，并开展了相关的标准化工作，即正EE802.16j。引入中 继站的目的是以较小的代价增加系统的覆盖和提高系统的容量。
但是，由于在正EE802.16e中，没有考虑到中继站存在的情况。对于 有中继站的情况，其相应的空中传输的帧结构及传输格式都要重新设计。
在小区中同时存在中继站和移动台的情况，对于基站来说，除了要 给移动台传输前导序列用以估计基站和移动台之间的参数，也要给传输 中继站传输前导序列用以估计基站和中继站之间的参数。但是，对于一 些旧的移动台，是设计成没有中继站的系统中工作的，它就不能区分这 两个前导序列，哪一个是基站传输给它自己(移动台)，哪一个是基站 传输给中继站的，就引起了混乱，使得这些旧的移动台在新的有中继站 的系统中不能工作。本发明的目的是提供一种WiMAX系统中基站和中继站之间前导序列 的传输方法及系统。
为实现上述目的， 一种用于移动WiMAX系统中基站和中继站之间前
导序列的传输方法，包括
基站和中继站在下行子帧开始处向移动台发送相同的前导序列的
OFDM符号；
基站，在位于下行子帧中间处向中继站发送前导序列的OFDM符号。 本发明保持了系统的前向兼容性，使旧的移动台也能够在有中继站 存在的系统中工作。
图l是本发明技术方案的下行子帧结构； 图2是中继站和移动台的前导序列传输； 图3是基站和中继站之间的前导序列的频域结构； 图4是基站和中继站之间的前导序列的时域结构； 图5是中继站时间同步检测； 图6是由频率误差所引起的接收符号变化； 图7是时间同步检测性能，最小值检测； 图8是时间同步检测性能，最大值检测； 图9是时间同步检测性能，相关检测。
具体实施例方式
本发明的主要解决方案是在基站传输的下行子帧结构中，分配一个 特殊的OFDM符号，专门用以传输给中继站的前导序列。而在这个传输 时隙中，中继站和移动台都处于接收状态。
本发明的另一要点是设计一种特殊的前导序列格式，用于基站和中 继站之间的前导序列传输。中继站接收到该前导序列后，能够估计出基 站和中继站之间的参数。但是对于旧的移动台，由于它只能够按照已经 设计好的旧的前导序列检测方法，因而就不能检测出这种新的前导序列。台的前导序列，保证了系统的前向兼容性。对于有中继站存在的移动WiMAX系统，为了保持系统的前向兼容性，对于移动台来说，中继站应当是透明的。也就是说，移动台不会知 道中继站的存在，在移动台看来，中继站也就是基站。因此，在下行子 帧的幵始，基站和中继站同时向移动台传输前导序列，这样，就能够保 证在移动台收不到基站的信号的情况下，也能收到由中继站传输的前导 序列，从而保证了系统的正常通信。由于基站在下行前导序列传输的时候，中继站也处于传输状态，不 能接收。为了估计出基站和中继站之间的参数，基站就需要另外的传输 机会，给中继站传输前导序列。本发明的下行子帧结构如图l，在基站传输的下行子帧中，开始的第一个OFDM符号是用于给移动台的前导序列传输，此时基站和中继站同 时传输相同的前导序列，而移动台接收。紧接着基站和中继站同时传输 数据符号给移动台。在下行子帧的中间，基站分配一个OFDM符号，用 于传输前导序列给中继站，而此时中继站处于接收状态。如图2所示，中继站和移动台的前导序列是在不同的OFDM符号时隙里传输的，并且移动台一直处于接收状态。为使移动台能正确地接收基站传输给它的前导序列，而不把基站传 输给中继站的前导序列当作它的前导序列，本发明提出的基站和中继站 之间的前导序列结构不同于基站传输给移动台的前导序列，使得移动台 不能检测到基站和中继站之间的前导序列。本发明的基站和中继站之间的前导序列的主要特点是在频率上的重 复伪随机序列(PN)结构。由于前导序列是一个特殊的OFDM符号，在 基站的发射之前，经过快速逆傅立叶变换(IFFT)后，这种在频率上的 重复结构就导致在时间序列的OFDM符号上有零点采样序列间隔地出 现，利用这种结构，中继站就可以检测出基站和中继站的前导序列，从 而进行时间同步，频率同步等等参数估计。而对于移动台来说，由于它 还是按照原有的前导序列检测方法(即检测前导序列在时间上的重复结构)，就不能检测出这个基站和中继站之间的前导序列。图3是基站和中 继站之间的前导序列的结构示意图。假定在频域上，可以有W个子载波可用于基站和中继站之间的前导 序列传输，则可以由伪随机序列生成多项式，如x3+ 5 (1) 生成长度为W/2的伪随机序列5"),5"2,…, " (2)然后，在这W个子载波上，重复放置上面的PN序列(2)Sl，52,…，^v/2 5^1,S2，…，5w/2 (3 )经过IFFT后，由于IFFT运算的性质，在时域上，这个前导序列就有特殊 的结构，即，每间隔一个OFDM采样点，就有一个零点 q,0,尸3,0,…，,w—,，0 (4) 其结构示意图如图4所示。基站和中继站之间的前导序列在时间上的这种特殊结构是由它在频 率上的重复结构导致的，而在通常的基站和移动台之间的前导序列是在 时间上重复的，旧的移动台用原有的前导序列同步检测方法，就无法检 测出这种基站和中继站之间的前导序列。在前导序列的伪随机序列生成多项式的选择上，其它的生成多项式也可以，如下面的长PN序列生成多项式也可以用来生成前导序列 1 + x + x2 + x3 + jc5 + x6 + x7 + x'° + x16 + x17 + x'8 + x'9(5)主要是在频率上，前导序列在子载波上有重复结构。下面叙述利用这种前导序列的结构，中继站进行和基站时间同步的 检测方法。其基本点是对时间上零采样点进行检测。假设中继站接收到的OFDM符号的时间序列r为rp厂2，r"… (6) 从任意时间开始，中继站取长度为一个OFDM符号的时间采样值，每隔 一个采样值来相加，求得它们的和。假设其初始采样值的序号为n，其 和随n的不同而不同，记为M(")M(")=》(w + 2/) (7)其中7V是IFFT的长度。
如图5所示，滑动初始采样值的序号为n，当n跟基站和中继站之间 的前导序列的起点对齐时，在(7)式中，其求和中的每一项都等于零，
因此就取得最小值。
这样，和MO)就可以作为基站和中继站之间的前导序列同步检测的 度量，当M(n)取得最小值时，则是前导序列OFDM符号的开始位置。另 一方面，当在求和式(7)中，相差一个OFDM符号采样点，即 M'(/7)=》("+ 2/-1) (7)
则当n为前导序列OFDM符号的开始位置时，M'(n)取得最大值，同样可 以进行基站和中继站之间的时间同步检测。
在基站和中继站之间，系统还可以事先约定固定的PN序列，这样， 中继站可以用已知的PN序列在频率上重复，再经过IFFT，形成和基站一 样的时间序列前导序列，再和接收到的OFDM时间采样序列进行相关， 如果和基站和中继站之间的前导序列重合时，则取得相关峰值。
对于移动台，尽管也收到基站传输给中继站的前导序列，但它不是 用这种特殊的检测方法，特别地，对于旧的移动台，它仍然按照原有的 检测方法，就不能检测出这个前导序列。从而使得基站传输给中继站的 前导序列和基站传输给移动台的前导序列区分开来。
当中继站和基站完成时间同步后，就可以进行频率同步检测，从而 纠正由于发射机和接收机的不稳定性而频率偏差。下面叙述中继站和基 站进行频率同步的检测方法及过程。
假定频率误差为"这里s是经过归一化的，即实际的频率误差除以 子载波间隔的频率。则由此引起的相位误差为
2細/iV (8) 假定传输符号为^(n)，则接收到的含有频率误差的符号K")为
<formula>formula see original document page 8</formula>(9) 其中n为时间序号。如图6所示。由于中继站事先知道基站传输的PN序列，因此就可以完全复制出基 站传输的前导序列。在时间上，中继站就可以计算出每一个前导序列采 样值5(n)的相位= —<^ "》 (10)另一方面，当中继站检测出前导序列后，就可以确定其实际接收到的每一个前导序列采样值KW的相位= /^"(K")) (11)这样，小数部分的频率误差就可以通过比较(10)和(11)的相位差就 可以确定dU(2朋/A0 (12)对于每一个时间序号n，都可以确定一个频率误差^，为了使频率误差更 加精确，对总共W/2个进行平均，就得到频率误差的小数部分s f = 2/7Vj>2 (13)对于其余W/2个前导序列的采样值，由于是零点，就不用来进行频率误 差估计。当小数部分的频率误差被补偿后，就可以进行FFT解调，再进行通常 的滑动相关就可以估计出相应的整数部分的频率误差。而这个过程通过 通常的现有技术就可以完成。为了验证本发明的性能效果，我们利用数值仿真，验证了本发明提 出基站和中继站之间的前导序列的检测性能。仿真结果表明，本发明具 有良好的时间同步检测性能。图7是时间同步检测性能，最小值检测。可以清楚地看到，当时间序 号和前导序列OFDM符号的初始采样值对齐时，取得最小值。图8是时间同步检测性能，最大值检测。可以清楚地看到，当时间序 号和前导序列OFDM符号的初始采样值对齐时，取得最大值。图9是时间同步检测性能，相关检测。可以清楚地看到，当时间序号 和前导序列OFDM符号的初始采样值对齐时，取得相关峰值。
权利要求
1.一种用于移动WiMAX系统中基站和中继站之间前导序列的传输方法，包括基站和中继站在下行子帧开始处向移动台发送相同的前导序列的OFDM符号；基站，在位于下行子帧中间处向中继站发送前导序列的OFDM符号。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述基站向中继站和移 动台发送具有不同结构的前导序列的OFDM符号。
3. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述基站传输给中继站 的前导序列的OFDM符号的时隙由基站分配，并通过下行广播信道传输 给所有的中继站。
4. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述基站向中继站发送 的前导序列的结构是在频率上的重复伪随机序列结构。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述伪随机数序列的重 复次数根据信道条件和系统的其它条件由系统事先约定。
6.根据权利要求l所述的方法，其特征在于还包括基站和中继站的同 步，同步检测包括每隔一个采样值来相加，相加和的总长度为一个OFDM符号的长度。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于如果取得采样值的最小 值，则表明继站和中继站之间的前导序列的起点对齐。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于如果取得采样值的最大 值，则表明继站和中继站之间的前导序列的起点对齐。
9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于中继站构造出和基站传 输的相同的前导序列，在和接收到的OFDM符号作滑动相关检测，检测 其峰值，作为时间同步检测。
10. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于还包括中继站和基站频 率误差的检测，包括步骤首先检测频率误差的小数部分，再检测频率误差的整数部分。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于频率误差的小数部分 是在完成时间同步后，根据比较每一个接收到的采样点的相位和事先确 定的采样点的相位，计算出频率误差的小数部分。
12. 根据权利要求10的方法，其特征在于频率误差的整数部分是在频率误差的小数部分被补偿后，进行FFT解调后，进行滑动相关，检测出频率误差的整数部分。
全文摘要
一种用于移动WiMAX系统中基站和中继站之间前导序列的传输方法，包括基站和中继站在下行子帧开始处向移动台发送相同的前导序列的OFDM符号；基站，在位于下行子帧中间处向中继站发送前导序列的OFDM符号。本发明保持了系统的前向兼容性，使旧的移动台也能够在有中继站存在的系统中工作。
文档编号H04B1/707GK101296025SQ20071009758
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月27日 优先权日2007年4月27日
发明者川 仲, 梁宗闯, 王家城 申请人:北京三星通信技术研究有限公司;三星电子株式会社