CN102064848A

CN102064848A - 用于多小区宽带无线系统中的移动站和基站的方法和装置

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Publication number: CN102064848A
Application number: CN2010105760205A
Authority: CN
Inventors: 李小东; 罗国扬; 李克民; 黄海明
Original assignee: Neocific Inc
Current assignee: Cfip Enkefo Co ltd; Xinluo Wireless Co ltd
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: US20110211617A1; EP1712019A4; US8428009B2; US10826740B2; US20120106513A1; US20190089566A1; EP1712019B1; US8094611B2; US20210058281A1; US20230378997A1; US7864725B2; US20200313948A1; KR100818774B1; US10771302B2; WO2005074166A1; US20130223414A1; CN102064848B; US20220352922A1; US10833908B2; US20140314125A1

Abstract

本发明涉及包括多个基站和移动站的多小区宽带无线系统中的移动站和基站及用于其的方法。用于移动站的方法包括：形成时间帧结构，其中每个帧包括多个子帧，每个子帧包括多个时隙，且每个时隙包括多个OFDM符号周期；由移动站经随机接入信道发射随机接入信号，其中通过码序列在频域或时域中生成随机接入信号，码序列在其自相关中具有高峰值旁瓣比，随机接入信号只占用OFDM信号带宽的一部分，且陷波点被插入随机接入信号中以减少对系统中其他OFDM信号的干扰，并且其中向随机接入信号的头部、尾部或这两者添加保护间隔，且随机接入信号加上保护间隔具有一个时隙的长度；由移动站经由OFDM子信道发射其他数据或控制信号；以及从基站接收信号。

Description

用于多小区宽带无线系统中的移动站和基站的方法和装置

本申请是申请日为2005年1月27日、申请号为200580003185.0、发明名称为“宽带无线通信系统中使多载波和直接序列扩频信号重叠的方法和设备”且申请人为“桥杨科技有限公司”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

直接序列扩频(DSSS)系统固有地能够通过使用正交扩展码来支持多小区和多用户接入的应用。由于DSSS系统中的干扰平均化，物理信道的初始接入和频率规划相对来说比较容易。它已广泛应用于某些现有的无线网络中。然而，使用正交扩展码的DSSS系统可遭受由于多径传播效应而造成的宽带环境中的正交损耗，这会导致低的谱效率。

在宽带无线通信中，多载波(MC)技术由于其容量正吸引越来越多的注意。诸如正交频分复用(OFDM)系统的MC系统能够支持具有较高谱效率的宽带应用。当数据在正交子载波上被复用时，MC系统通过使用循环前缀(Cyclic Prefix)来加长信号长度，以减轻多径传播的副作用。实际上，它将一个频率选择信道转换成若干平行的平坦衰落信道，所述平坦衰落信道可容易地用简单的单抽头均衡器来均衡。调制器和解调器可经由快速傅里叶变换(FFT)以低得多的成本来执行。然而，MC系统在多用户和多小区的环境中工作时是脆弱的。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于多小区宽带无线系统中的移动站的方法，多小区宽带无线系统包括多个基站和移动站，该方法包括：形成时间帧结构，其中，每个帧包括多个子帧，每个子帧包括多个时隙，并且每个时隙包括多个OFDM符号周期；由移动站经由随机接入信道发射随机接入信号，其中，通过码序列在频域或时域中生成随机接入信号，码序列在其自相关中具有高的峰值旁瓣比，随机接入信号只占用OFDM信号带宽的一部分，且陷波点被插入随机接入信号中以减少对系统中其他OFDM信号的干扰，并且其中，向随机接入信号的头部、尾部或这两者添加保护间隔，且随机接入信号加上保护间隔具有一个时隙的长度；由移动站经由OFDM子信道发射其他数据或控制信号；以及从基站接收信号。

根据本发明，还提供了一种多小区宽带无线系统中的移动站，多小区宽带无线系统包括多个基站和移动站，这种移动站包括：被配置为形成时间帧结构的设备，其中，每个帧包括多个子帧，每个子帧包括多个时隙，并且每个时隙包括多个OFDM符号周期；被配置为由移动站经由随机接入信道发射随机接入信号的设备，其中，通过码序列在频域或时域中生成随机接入信号，码序列在其自相关中具有高的峰值旁瓣比，随机接入信号只占用OFDM信号带宽的一部分，且陷波点被插入随机接入信号中以减少对系统中其他OFDM信号的干扰；并且其中，向随机接入信号的头部、尾部或这两者添加保护间隔，且随机接入信号加上保护间隔具有一个时隙的长度；被配置为由移动站经由OFDM子信道发射其他数据或控制信号的设备；以及被配置为从基站接收信号的设备。

本发明还提供了一种用于多小区宽带无线系统中的基站的方法，多小区宽带无线系统包括多个基站和移动站，该方法包括：形成时间帧结构，其中，每个帧包括多个子帧，每个子帧包括多个时隙，并且每个时隙包括多个OFDM符号周期；接收从移动站经由随机接入信道发射的随机接入信号，其中，随机接入信号包含频域或时域中的码序列，码序列在其自相关中具有高的峰值旁瓣比，随机接入信号只占用OFDM信号带宽的一部分，且陷波点被插入随机接入信号中以减少对系统中其他OFDM信号的干扰，并且其中，随机接入信号在其头部、尾部或这两者处包括保护间隔，且随机接入信号加上保护间隔具有一个时隙的长度；接收从该移动站或其他移动站经由OFDM子信道发射的其他数据或控制信号；以及向多个移动站发射信号。

本发明还提供了一种多小区宽带无线系统中的基站，多小区宽带无线系统包括多个基站和移动站，这种基站包括：被配置为形成时间帧结构的设备，其中，每个帧包括多个子帧，每个子帧包括多个时隙，并且每个时隙包括多个正交频分复用OFDM符号周期；被配置为接收从移动站经由随机接入信道发射的随机接入信号的设备，其中，随机接入信号包含频域或时域中的码序列，码序列在其自相关中具有高的峰值旁瓣比，随机接入信号只占用OFDM信号带宽的一部分，且陷波点被插入随机接入信号中以减少对系统中其他OFDM信号的干扰，并且其中，随机接入信号在其头部、尾部或这两者处包括保护间隔，且随机接入信号加上保护间隔具有一个时隙的长度；被配置为接收从该移动站或其他移动站经由OFDM子信道发射的其他数据或控制信号的设备；以及被配置为向多个移动站发射信号的设备。

附图说明

图1示出由子载波构成的频域中的多载波信号的基本结构。

图2示出在频域和时域二者中分割成小单元的无线资源。

图3示出一个示范性OFDM系统的帧结构。

图4示出该示范性OFDM系统中的子帧结构的三个实例。

图5示出OFDM系统和重叠系统的时隙结构。

图6是在频域中与DSSS信号重叠的MC信号的图解，其中，DSSS信号的功率水平比MC信号低得多。

图7与图6相同，其中，不是所有的MC子信道都被占用。

图8示出MC和DSSS重叠系统的一个发射机结构。

图9示出MC和DSSS重叠系统的一个接收机结构。

图10示出发射DSSS和MC信号的基站和多个移动站之间的一通信实例。

图11示出向其当前的服务基站或其它基站发送DSSS信号的一个移动站。

图12示出了使用干扰消除技术来消除复合信号中的干扰DSSS信号以获得一个更清楚的MC信号。

图13示出在时域中在MC符号或时隙边界处完全重叠或部分重叠的DSSS信号和MC信号。

图14示出在频域中具有高峰值对平均值之比的DSSS信号，高峰值对平均值之比导致对某些MC子载波的强干扰。

图15示出使用DSSS信号中的陷波点(spectrum null)来保护MC控制子信道。

图16示出使用简单的欠采样方法对DSSS信号进行的谱控制。

图17示出发射DSSS和MC信号二者的多个移动站和基站之间的通信实例。

图18示出时域和频域中的典型的信道响应。通过估计时域中的信道响应的峰值，可获得频域中的信道分布。

具体实施方式

描述了一个宽带无线通信系统，其中，多载波(MC)和直接序列扩频(DSSS)信号二者在时域和频域二者中被有意重叠在一起。该系统利用MC和DSSS这两个技术，以减轻它们的弱点。MC信号由于其高的谱效率而被用来携带宽带数据信号，而DSSS信号被用于特殊目的的处理，诸如初始随机接入、信道探测及短消息传递，其中，诸如简单性、自同步和严重干扰下的性能的信号特性是所关心的。在本发明的实施例中，MC和DSSS信号二者在正常操作中是可区分的，并且重叠信号之间的干扰不足以使任一信号的期望性能退化。

与其中信号设计成在码域中正交的典型CDMA系统或信号设计成在频域中正交的OFDM系统不同，本发明的实施例使MC信号和DSSS信号重叠，其中MC信号没有或以很低的扩展来发射，而DSSS信号以低于MC信号的功率水平来发射。

根据本发明特定实施例的方面，MC信号在频域中调制在子载波上，而DSSS信号在时域中通过信息比特或符号来调制。在某些情况下，调制DSSS序列的信息比特总是一。

本发明还提供了这样的设备和装置：通过使用诸如发射功率控制、扩展信号设计及迭代消除的先进技术，在宽带无线多址和/或多小区的网络中实施所述过程和方法。

所述MC系统可具有任何特殊的格式，如OFDM或多载波码分多址(MC-CDMA)。所提出的方法和设备可应用于下行链路、上行链路、或二者，其中，双工技术可以是时分双工(TDD)或频分双工(FDD)。

描述本发明的各个实施例，是为了提供用于完全理解和实现的特定细节。然而，无需这样的细节亦可实践本发明的各方面。在一些实例中，为了避免不必要地混淆基本主题，没有详细示出或描述公知的结构和功能。

除非上下文清楚地要求，否则，贯穿本说明和权利要求，用语“包括”、“包含”等应以包含性的意义来解释而不是排他性或穷尽性的意义，即，其含义为“包括，但不限于”。使用单数或复数的用语也分别包括复数或单数。此外，在用于本申请中时，用语“在此”、“以上”、“以下”及类似意义的用语指的是作为整体的本申请而不是本申请任何特定部分。当权利要求使用用语“或”来引用一序列两个或更多项时，此用语覆盖以下所有该用语的解释：序列中的任何项、序列中的所有项和序列中项的任何组合。

多载波通信系统

在多载波通信系统中，可在频域和时域二者上分割物理媒介资源(如无线电或线缆)。该规范的分割为资源共享提供了高灵活性和精细粒度。

在频域中多载波信号的基本结构由子载波构成。在特定谱带或信道中，存在固定数目的子载波。存在三种类型的子载波：

1.数据子载波，其含有信息数据；

2.导频子载波，其相位和振幅是预定的，并为所有接收机所知，并

且其用于协助系统功能，如系统参数的估计；以及

3.静默(silent)子载波，其没有能量，并且用于保护带(guard band)

和DC载波。

图1示出由子载波构成的频域中的多载波信号的基本结构。数据子载波可设置在称为子信道的群中以支持可缩放性和多址。形成子信道的载波不必彼此相邻。如图1中所示，每个用户可使用一部分或全部子信道。

图2示出在频域(子信道)和时域(时隙)二者中被分割成小单元的无线资源。MC信号在时域中的基本结构由时隙构成，以支持多址。

一个示范性的MC系统

OFDM系统在系统中被用作MC系统的一个特例。用于考虑中的上行链路的系统参数在表1中列出。图3示出了一个适当的OFDM系统的帧结构。在这个系统中，20ms的帧310被分割成四个5ms的子帧312。一个子帧312由六个时隙314和两个特殊间隔316组成，其提供从下行链路到上行链路的转换时间，而反之亦然。一个子帧中的六个时隙可对称或不对称地配置为上行链路或下行链路时隙。

图4示出了OFDM系统中的子帧结构的三个实例：一个对称配置412和两个不对称配置414，每个具有不同数量的上行链路(UL)和下行链路(DL)时隙。图5示出了OFDM系统和重叠系统的时隙结构。一个800μs的时隙510包括8个OFDM符号512，它们在时域中由DSSS信号514重叠。两个保护间隔GP1和GP2被分配用于DSSS信号514。

表1：上行链路系统参数

数据速率	2、4、8、16、24Mbps
		调制	QPSK、16-QAM
编码率	1/8、1/4、1/2、3/4
		IFFT/FFT大小	1024
OFDM符号持续时间	100us
		保护间隔	11.11us
子载波间距	9.765625kHz
		系统采样率(fs)	11.52MHz
信道间距	10MHz

对MC和DSSS重叠系统的详细说明

图5示出了MC和DSSS信号的重叠，其中，DSSS信号与MC信号在时域中重叠。当重叠的信号同步时，它们可在MC时隙或MC符号的边界处对准(例如，图5中的DSSS信号#k)。当它们不同步时，也可不对准(例如，图5中的DSSS信号#j)。在一个实施例中，DSSS信号被置于OFDM符号的循环前缀的期间。

图6是在频域中MC信号与DSSS信号重叠的图解，其中，DSSS信号的功率水平比MC信号低得多。子信道中的子载波不必在频域中彼此相邻。图7类似于图6，其中，不是所有的MC子信道都被占用。它图示了没有激励某些MC子信道的情形。

在另一个实施例中，MC信号在频域中调制于子载波上，同时DSSS信号在时域或频域中调制。在一个实施例中，DSSS序列上的调制符号是一，并且该序列未调制。

图8示出了MC和DSSS重叠系统的发射机结构800，其中，MC信号和DSSS信号在数模(D/A)转换830之前被相加在一起。在图8中，顶部支路810是一个OFDM发射机，而底部支路820是扩频发射机。在MC发射机中，S/P缓冲器把串行输入转换成并行输出，该并行输出又被输入到反离散傅里叶变换(IDFT)。来自于IDFT的输出是时域信号，其在添加了循环前缀之后从并行转换成串行信号。前缀的添加也可在P/S转换之后执行。在扩频发射机中，DSSS序列通过信息比特或符号来调制，而调制的信号将经受脉冲成形滤波，以使得信号谱满足规定的准则。

数字衰减器(G1)用于DSSS信号，以便相对于MC信号来调整其发射信号的电平。两个信号在转换成一复合模拟信号之前在数字域中重叠。第二模拟可变增益(G2)在D/A转换器830随后使用，以进一步控制发射信号的功率水平。当MC信号不存在时，G1和G2二者都将应用于DSSS信号，以提供足够的发射动态范围。G2可在多个电路级中实现。

图9示出了MC和DSSS重叠系统的接收机结构900。复合信号由MC接收机910和DSSS接收机920来处理。在接收机侧，在自动增益控制(AGC)之后，模数(A/D)转换器930把接收到的模拟信号转换成数字信号。MC接收机基本上执行的是MC发射机的逆过程。MC同步电路进行时间和频率二者上的同步，以便接收机正确地发挥作用。P/S的输出是信息比特或符号。为了检测是否存在DSSS信号，信号使用接入序列利用匹配滤波器或相关器来解扩，以便检测相关性峰值是否超过一预定的阈值。然后，来自DSSS接收机920的信息将被用来在初始随机接入的情况下对移动站的特征信号进行解码；在信道探测的情况下导出信道信息；或者在短消息传递的情况下对信息比特进行解码。

在一个实施例中，在DSSS接收机920中使用RAKE接收机，以便改善其在多径环境中的性能。在另一个实施例中，MC信号就如同不存在DSSS信号一样得以处理。在又一个实施例中，可将先进的干扰消除技术应用于复合信号，以从复合信号中消除DSSS信号，从而保持几乎相同的MC性能。

用于用户i的发射的复合信号可表示为：

s_i(t)＝G_i，2*[G_i，1*s_i，SS(T)+b_i*s_i，MC(t)] (1)

其中，bi在不存在MC信号时为0，而在存在MC信号时为1。类似地，G_i，1在不存在DSSS信号时为0，并且在存在DSSS信号时，其依赖于DSSS信号相对于MC信号的功率设置而变化。G_i，2用来控制用户i的总发射功率。所接收的信号可由下列等式来表示：

r (t) = Σ_{i = 1}^{M} s_{i} (t) + N + I - - - (2)

其中，M是主动与当前基站通信的移动站的总数，N是高斯噪声，而I是当前和其它基站中来自于所有移动站的总干扰。

MC信号的接收功率指示为P_MC，而DSSS信号的接收功率指示为P_SS，MC信号的信号与干扰和噪声的比(SINR)在DSSS信号不存在时为：

SINR_MC＝P_MC/(N+I) (3)

而在DSSS信号存在时为

SINR’_MC＝P_MC/(N+I+P_SS) (4)

系统这样设计，使得SINR′_MC满足MC信号的SINR要求，并且其性能尽管有来自于重叠DSSS信号的干扰也没有受到损害。

在一个实施例中，DSSS信号是功率控制的，使得P_SS远低于噪声电平N。

另一方面，DSSS信号的SINR为

SINR_SS＝P_SS/(N+I+P_MC) (5)

用于DSSS信号的扩展因子指示为K_SF，解扩之后一个符号的有效的SINR为：

SINR’_SS＝P_SS*K_SF/(N+I+P_MC) (6)

当检测或对DSSS信号中的信息进行解码时，SINR′_SS必须足够高以便满足性能要求。在一个实施例中，K_SF选择为1000，使得DSSS信号在解扩之后提高30dB的扩展增益。

图11示出了向其当前的服务基站或其它基站发送DSSS信号的移动站1110。后一种情况在切换(hand-off)过程中是特别有用的。在这个附图中，移动站MS_k使用MC信号与BS_i通信，同时发射DSSS信号至BS_k。

功率控制

如上所述，一个设计问题是使DSSS信号的功率最小化，以便减少其与MC数据信号的干扰。在一个实施例中，移动站的初始功率设置T_{MS_tx}(dBm)基于路径损耗L_path(dB)及所期望的基站接收功率P_{BS_rx_des}(dBm)来设置：

T_{MS_tx}＝P_{BS_rx_des}+L_path-C₁-C₂ (7)

C₁(dB)设置为一适当的值，使得等式(4)中规定的MC的SNR满足它的要求。C₂(dB)是一调整，以补偿功率控制的不精确。开环功率控制的不精确主要是由移动站估计的路径损耗与实际路径损耗之间的不一致所引起的。

在一个实施例中，对于使用具有1/2差错控制编码的QPSK调制的MC，C₁设置成9dB，或者对于使用具有1/2差错控制编码的16QAM调制的MC，C₁设置成15dB。取决于移动站是受控于开环功率控制还是闭环功率控制，C₂设置成10dB或2dB。对于DSSS信号的功率控制还缓解了对DSSS信号的频谱包络(spectrum mask)的要求，因为DSSS信号电平比MC信号的信号电平低得多。

通过从DSSS信号的初始发射功率减去C₁+C₂的总功率偏移，DSSS信号的扩展因子需要设置得足够高(如，512(27dB)或更高)，以使DSSS信号可在正常条件中被检测到。这要求基站处的A/D转换器具有足够的比特数，例如12比特。

在一个实施例中，在移动站的D/A转换器使用12比特，其中8比特专用于MC信号(假定3比特被留作MC峰值对平均值考虑之用)。从而，可剩下足够的比特用于相对于MC信号甚至有显著衰减的DSSS信号。

消除DSSS信号对MC信号的干扰

在一个实施例中，基站采用干扰消除技术来消除DSSS对MC信号的干扰。图12示出一个使用干扰消除技术来消除复合信号中的干扰DSSS信号以便获得更干净的MC信号的系统。首先，DSSS信号由DSSS接收机1220来检测。然后，如图12所示，它从总接收信号中被减去(判决指导的)，以在MC接收机1210中获得更干净的MC数据信号。在另一个实施例中，可以施加多步迭代消除来进一步改善干扰消除的有效性。MC接收机基本上执行如上所述的MC发射机的逆过程。MC同步电路在时间和频率二者中执行同步，以便接收机正确发挥作用。P/S的输出是信息比特或符号。

DSSS信号设计

DSSS序列选择成得具有好的自相关和互相关特性(即，具有高峰值旁瓣比)。在一个实施例中，施加了脉冲成形来约束DSSS信号的频谱包络并减少在频域中对MC信号的影响。例如，施加到DSSS信号的发射机脉冲成形滤波器可以是在频域中具有滚降因子α的根升余弦(root raised cosine，RRC)。码片脉冲滤波器RC₀(t)的脉冲响应是

{RC}_{0} (t) = \frac{\sin (π \frac{t}{T_{C}} (1 - α)) + 4 α \frac{t}{T_{C}} \cos (π \frac{t}{T_{C}} (1 + α))}{π \frac{t}{T_{C}} (1 - {(4 α \frac{t}{T_{C}})}^{2})} - - - (8)

其中，T_c是码片持续时间。

图13示出了在时域中与MC符号或时隙边界完全或部分重叠的DSSS信号和MC信号。如图13中所示，DSSS和MC信号可在它们同步的时候在符号(或时隙)边界处对准，或者在它们不同步的时候在时域中部分重叠，其中，DSSS信号#m 1302在时域中与MC符号(或时隙)1304完全重叠，而DSSS信号#n 1306与MC符号(或时隙)仅部分地重叠。

图14示出了在频域中具有高峰值对平均值之比从而导致对某些MC子载波的强干扰的DSSS信号。用来扩展DSSS信号的序列必须设计成避免如下情况：即DSSS信号可在频域中具有高峰值对平均值之比(PAR)，并且其尖峰脉冲(spike)可导致对一些MC子载波的严重干扰，如图14中所示。在一个实施例中，DSSS序列这样设计，使用如降低PAR的算法的信号处理技术，其部分地或全部地在频域中具有低的PAR。二进制或非二进制的序列均可使用。

在另一个实施例中，戈莱互补序列、里德-马勒码或以类似结构方法设计的码可用来控制DSSS序列在频域中的PAR，从而限制DSSS信号对在频域中解调的MC信号的干扰。在一个实施例中，保护间隔添加到与一个MC符号重叠的DSSS信号，其在图13中由DSSS信号#p 1308示出。保护间隔保证设计好的DSSS序列(在频域中具有低PAR)即使在DSSS信号没能和相对的OFDM符号在时间上对准的时候也只对MC子载波产生很小的干扰。

在MC子载波内，控制子载波比数据子载波更为重要，并且可能需要在重叠系统中得到更好的保护。

图15示出了在DSSS信号1502中使用陷波点来保护MC控制子信道。在一个实施例中，如图15中所示，DSSS序列设计成在MC控制子信道具有陷波点，以避免对上行链路MC控制信号1504的过度干扰。一个这样的方案是使用欠采样，使得DSSS信号的码片速率为系统采样率的1/2或2/3，这意味着DSSS谱将只占用10MHz可用谱1506中的5.76MHz或7.68MHz宽的中心部分，如图16中所示。它对其余的谱之上的MC子载波的干扰将低得多，这里设置有携带控制信息或使用更高的调制子载波(如16QAM)的MC子信道。

使用重叠方案的初始随机接入

图10示出在重叠系统中被移动站MS_j 1004用作初始随机接入的DSSS信号。在此期间，MS₁和MS_k把MC信号发射到基站BS_i 1002。在本发明的一个实施例中，如图10中所示，DSSS信号用于初始随机接入，而MC信号被多个移动站用来发射高速率数据和相关的控制信息。在这设置中，移动站MS_j把它的初始接入DSSS信号与来自其它移动站(在这种情况下是MS₁和MS_K)的MC信号同时发射到基站BS_i。

在多载波多址系统的初始随机接入中，移动站不可直接向控制子信道上发射，因为它的发射时间和功率尚未与其它移动站对准。当该移动站上电或者从睡眠模式中醒来时，它首先监听基站广播信道，并且找到可用的随机接入DSSS信道。然后，它利用特定特征信号码或序列通过DSSS信道发送一初始随机接入信号，该特征信号码或序列指定给对应的基站，并由每个基站对所有的移动站广播。

初始接入DSSS信号与来自其它移动站的MC信号一起到达基站，每个携带着数据和控制信息。DSSS信号的起始功率水平基于开放功率环路控制设置。DSSS信号中保留了一充足的保护间隔，以解决初始时间对准不确定性，如图5中所示。

如果基站成功地检测到DSSS信号，则在下一可用时隙中，它在下行链路控制信道上发送确认(ACK)，该确认携带诸如特征信号或其它唯一的移动站标识符以及移动的功率和时间调整的信息。其发射特征信号与该确认的发射特征信号相匹配的移动站然后使用分配的时间和功率值来移动到指定的上行链路MC控制信道，并且进一步完成消息发射。

如果在预定数量的时隙之后，在移动站没有接受到反馈，则它假定基站未检测到接入时隙，并且将使DSSS信号的发射功率斜升一级，并且再此将其发射，直到达到最大可容许的发射信号功率或最大重试次数为止。在一个实施例中，移动站功率的每斜升级(ramped step)设置为1dB或2dB，这由基站在下行链路广播信道上配置。最大可容许的发射信号功率和重试次数也由基站依赖于上行链路调制/编码方案和可用的接入信道来控制。在初始随机接入期间，DSSS信号还可用于信道探测和短消息传递。

在重叠系统中使用DSSS的信道探测

在本发明的一个实施例中，DSSS信号用来协助估计信道特征。在这种情况下，移动站已经与基站在时间和频率上同步，并且其MC信号的发射与基站处于闭环功率控制之下。

图17示出发射DSSS和MC信号的多个移动站1704和基站1702之间的通信的实例。DSSS信号用于信道探测或用来携带短消息。在这种情况下，MS_j 1704正在向基站BS_i 1702发射MC信号和DSSS信号二者。它也与基站BS_i 1702处于闭环功率控制之下。在图17中，移动站MS_j 1704正在同时发射它的DSSS信号与它自己的MC信号。其它移动站(在这种情况下，MS₁ 1704和MS_K 1704)正在向基站BS_i 1702发射MC或DSSS信号。

图18示出了时域1802和频域1804中典型的信道响应。通过估计时域1802中信道响应的峰值，可获得频域1804中的信道分布。在图18中示出了宽带无线系统的时域和频域中的典型的信道响应。通过在基站处使用DSSS接收机中的匹配滤波器，可检测到信道响应在时间中的峰值。

当使用闭环功率控制时，初始功率设置将比单独使用开环功率控制精确得多。从而，保留给功率控制不准确的余地可减小到一小得多的值。而且，因为在DSSS信号中不需要传送数据信息，所以可使用较大的扩展因子。这留出了足够大的动态范围，以便根据匹配滤波器或相关器的输出来检测多径峰值，从而产生了较好的信道分布。移动站何时且如何发送用于信道探测的DSSS信号是可由网络或移动站来配置的。

在一个实施例中，基站在其需要更新移动站的信道特征时指示移动站发射信道探测DSSS。在另一个实施例中，基站在其静默期间轮询移动站，并从探测DSSS信号中获取诸如发射时序和功率的移动站信息。在又一个实施例中，信道分布信息被基站用来确定恰当的调制/编码和导频模式。在又一个实施例中，信道分布信息用于诸如波束成形的先进天线技术。在一个实施例中，以DSSS信令进行的信道探测在没有闭环功率控制或时间同步的情况下执行。

在重叠系统中使用DSSS的短消息

在本发明的一个实施例中，DSSS信号被用来携带短信息。在这种情况下，移动站已经与基站在时间和频率上同步，并且它的MC信号发射也与基站处于闭环功率控制之下。如图17中所示，移动站MS_j正在同时发射其携带短消息的DSSS信号与其自己的MC信号。其它的移动站(在这种情况下是MS₁和MS_k)正在向基站BS_i发射MC信号或DSSS信号。在这种情况下，由DSSS信号携带的短消息与MC信号的相比具有低得多的数据速率。在另一个实施例中，使用DSSS信令的短消息传递在没有闭环功率控制或时间同步的情况下执行。

通过上面对本发明的实施例的描述可知，本发明涵盖的技术方案包括但不限于如下附记所描述的内容：

附记1、在用于多用户多小区环境的宽带无线通信系统中，一个系统包括：

多个发射机之一，配置成发射重叠的多载波(MC)和直接序列扩频(DSSS)信号，其中：

所述MC信号在频域中调制于子载波上；

所述DSSS信号在时域或频域中调制；

当所述DSSS和MC信号同步时，所述DSSS信号在时域中与一MC时隙或MC符号的边界对准，或者当所述DSSS和MC信号不同步时，所述DSSS信号任意地置于时域中；及

所述MC信号的至少一个子载波可以以一不同的功率水平来激励，或者根本不激励，并且所述DSSS信号以显著低于所述MC信号的功率水平来发射。

附记2、如附记1所述的系统，其中：

所述发射机是基站的一部分或移动站的一部分；

所述MC信号是OFDM或MC-CDMA；

所述DSSS信号置于OFDM符号的循环前缀期间；以及

所述系统配置成执行上行链路和/或下行链路，其中，双工技术是TDD或FDD。

附记3、如附记1所述的系统，进一步包括配置成接收重叠的MC和DSSS信号的多个接收机之一，其中，所述接收机是基站的一部分或移动站的一部分，并且包括MC处理器和DSSS处理器，并且其中，所述DSSS处理器检测DSSS信号的存在，并提取其信息以便执行系统功能。

附记4、如附记3所述的系统，其中，系统功能包括对初始随机接入中的发射机特征信号进行解码、导出用于信道探测的信道信息、和/或对用于短消息传递的信息比特进行解码。

附记5、如附记1所述的系统，其中，数模信号转换动态范围适应MC和DSSS信号二者。

附记6、如附记1所述的系统，进一步包括多个接收机之一，所述接收机配置成接收重叠的MC和DSSS信号，并且包括RAKE接收机，以改善在多径环境中的性能。

附记7、如附记1所述的系统，进一步包括配置成接收重叠的MC和DSSS信号的多个接收机之一，其中，所述接收机从接收到的信号中减去信号的DSSS分量，以便消除对MC信号的DSSS干扰。

附记8、如附记7所述的系统，其中，应用了多步迭代消除，以改善DSSS干扰消除的有效性。

附记9、如附记1所述的系统，其中，所述DSSS信号是功率控制的，以使其功率水平低于一规定水平，同时足够高，以满足接收机检测或对DSSS信号进行解码的要求。

附记10、如附记9所述的系统，其中，所述功率水平相对于MC信号功率水平或噪声功率水平低于一规定水平。

附记11、如附记1所述的系统，其中，所述DSSS信号是功率控制的，以满足频谱包络的要求。

附记12、如附记1所述的系统，其中，DSSS序列满足自相关和互相关特性。

附记13、如附记1所述的系统，其中，脉冲成形技术在频域中约束所述DSSS信号的频谱包络并且减少对所述MC信号的影响，并且其中，应用于所述DSSS信号的脉冲成形滤波器是在频域中具有滚降因子α的根升余弦(RRC)，并且码片脉冲滤波器的脉冲响应RC₀(t)是

{RC}_{0} (t) = \frac{\sin (π \frac{t}{T_{C}} (1 - α)) + 4 α \frac{t}{T_{C}} \cos (π \frac{t}{T_{C}} (1 + α))}{π \frac{t}{T_{C}} (1 - {(4 α \frac{t}{T_{C}})}^{2})}

其中，T_c是码片持续时间。

附记14、如附记1所述的系统，其中，DSSS序列是二进制或非二进制的，并且在所需位置具有陷波点。

附记15、如附记1所述的系统，其中，DSSS信号利用与MC符号重叠的保护间隔。

附记16、如附记1所述的系统，其中，所述系统将所述DSSS信号用于初始随机接入，并且将MC信号用于高速数据及相关的控制信息。

附记17、如附记1所述的系统，其中，所述系统在信道探测或测量中利用DSSS信号来估计信道特征，以及其中，所述系统在具有功率控制或者不具有功率控制的情况下执行DSSS信道测量，以便协助发射格式，并用于诸如波束成形的先进天线技术。

附记18、如附记17所述的系统，其中，所述发射格式是调制类型、编码速率或者导频模式。

附记19、如附记1所述的系统，其中，在具有或不具有闭环功率控制或时间同步的情况下，所述系统采用DSSS信号来携带短消息，同时传送其对应的MC信号。

附记20、一种用于多用户多小区环境的通信系统，该系统包括：

用于发射多载波(MC)信号的发射机装置；

用于发射直接序列扩频(DSSS)信号的发射机装置；

其中，所述MC信号携带宽带数据以及相关的控制信号；

其中，所述DSSS信号执行初始随机接入、信道探测或短消息传递、或其组合；

其中，至少一个发射机装置同时发射重叠的DSSS和MC信号，或者其中，至少一个发射机装置只发射DSSS信号，并且至少一个发射机装置只发射MC信号，并且所发射的DSSS和MC信号二者在相同频率信道上重叠，或者其中，至少一个发射机装置同时发射重叠的DSSS和MC信号，并且至少一个发射机装置只发射DSSS信号，并且至少一个发射机装置只发射MC信号，而所发射的DSSS和MC信号二者在相同频率信道上重叠。

附记21、如附记20所述的系统，其中，所述MC信号的子载波以所需功率水平来激励或者根本不激励。

附记22、如附记20所述的系统，其中，所述DSSS信号是功率控制的，以减少对所述MC信号的干扰，并且其中，所述发射机的初始功率设置T_{MS_tx}(dBm)基于路径损耗L_path(dB)来设置，并且所需的接收功率水平为P_{BS_rx_des}(dBm)，使得：

T_{MS_tx}＝P_{BS_rx_des}+L_path-C₁-C₂，

其中，C₁(dB)如此设置，使得所述MC信号的SINR_MC(信号与干扰噪声之比)满足所规定的要求，并且其中，C₂(dB)是用来补偿功率控制不精确性的调整，并且其中，SINR_MC＝P_MC/(N+I)，而P_MC表示所述MC信号的接收功率，N为高斯噪声，并且I为当前及其它基站中来自所有移动站的总干扰。

附记23、如附记20所述的系统，其中，所述系统控制所述DSSS信号功率，以满足频谱包络要求。

附记24、如附记20所述的系统，其中，所述系统应用脉冲成形技术来约束所述DSSS信号的频谱包络，并在频域中减少对所述MC信号的影响。

附记25、如附记20所述的系统，其中，在有或没有功率控制的情况下，所述系统利用用于调制类型、编码速率、导频模式或波束成形、或者其任何结合的DSSS信道测量，以协助发射格式、用于先进天线技术、或二者。

附记26、如附记20所述的系统，其中，使用DSSS信令的短消息发射具有或不具有闭环功率控制或时间同步。

附记27、一种用于多用户多小区环境的宽带通信系统，该系统包括：

接收机，能够接收为多载波(MC)和正交扩展码(OSC)信号的相加的信号；

其中，所述OSC信号以低于所述MC信号的功率来发射；以及

其中，所述接收机采用至少一个干扰消除技术来消除OSC对所述MC信号产生的干扰。

附记28、如附记27所述的系统，其中，所述接收机是基站或移动站的一部分，并且包括MC处理器和OSC处理器，其中，所述OSC处理器检测OSC信号，并且从该OSC信号中提取信息，用于执行系统功能。

附记29、如附记27所述的系统，其中，所述接收机包括RAKE接收机，以便改善多径环境中的系统性能。

附记30、如附记27所述的系统，其中，所述接收机采用多步迭代消除来改善OSC干扰消除的有效性。

附记31、一种用于多用户多小区环境的宽带无线通信方法，该方法包括：

在频域中将多载波(MC)信号调制于子载波上，其中，所述MC信号的子载波可以以所需的功率水平来激励或者根本不激励。

在时域或频域中调制直接序列扩频(DSSS)信号；

使所述MC和DSSS信号重叠；

发射重叠的MC和DSSS信号，其中，所述DSSS信号以显著低于MC信号的功率来发射；

接收重叠的MC和DSSS信号；

检测DSSS信号；和

提取检测到的DSSS信号信息，用于执行系统功能。

附记32、一种宽带无线通信设备，包括：

接收机，配置成接收包括以第一和第二调制技术来调制的第一和第二信号的组合信号，其中：

以所述第一调制技术在时域或频域中调制的第一接收信号通过正交扩展码来支持多小区和多用户接入应用，并且支持要求比所述第二调制技术更好的干扰平均的应用；

以所述第二调制技术在频域中调制于子载波上的第二接收信号支持相比于所述第一调制技术来说要求对于多径传播效应的更高的谱效率和更低的脆弱性的宽带应用；及

所述第一接收信号具有比所述第二接收信号低的功率。

附记33、一种宽带无线通信系统，包括：

多个发射机，其中：

至少一个发射机配置成发射直接序列扩频(DSSS)信号；

至少一个发射机配置成发射多载波(MC)信号；并且

所发射的DSSS信号与所发射的MC信号在频谱中叠加。

附记34、如附记33所述的系统，其中，至少一个发射机同时发射DSSS和MC信号二者。

附记35、如附记33所述的系统，其中，至少一个发射机只发射DSSS信号，且至少一个发射机只发射MC信号，并且其中，所发射的DSSS和MC信号二者在相同的频率信道上重叠。

以上对本发明实施例的详细说明并非意图为穷尽性的或者将本发明限制到以上公开的精确的形式。尽管为了说明的目的而阐述了本发明特定的实施例和实例，但是，如本领域中的技术人员将认同的，在本发明的范围内多种等价修改是可能的。此外，在此提供的本发明的示教可应用于其他系统，而不必是如上所述的系统。上述各个实施例的元素和动作可组合在一起，以便提供进一步的实施例。

上述所有的专利和申请以及其它参考，包括任何可能在附加文件页上列出的，通过引用合并于此。必要时，可修改本发明的各方面，以便采用上述各个参考的系统、功能和概念来提供本发明的进一步的实施例。

根据上述的″具体实施方式″可对本发明做出改变。虽然上述说明详细描述了本发明的某些实施例，并且描述了所预期的最佳模式，但是无论正文中出现了怎样详细的细节，本发明依然可以以许多方式来实践。因此，实施细节可有相当的改变，同时仍由此公开的本发明所涵盖。如上所述，在描述本发明的特定特征或方面时所使用的特定术语不应视为用来暗示该术语在此被重新定义成限制为与该术语关联的本发明的任何具体的特性、特征或方面。

通常，不应将所附权利要求中使用的术语阐释成将本发明限制到本说明中公开的特定实施例，除非以上详细说明清楚地限定了此术语。相应地，本发明的实际范围涵盖所公开的实施例及于权利要求之下实施或实现本发明的所有等价方式。

尽管以特定权利要求的形式呈现了本发明的特定方面，但发明人以任意数目的权利要求形式来预期本发明的各方面。相应地，发明人保留在提出本申请之后添加附加权利要求的权利以寻求针对本发明其他方面的这样的附加权利要求的形式。

Claims

1.一种用于多小区宽带无线系统中的移动站的方法，所述多小区宽带无线系统包括多个基站和移动站，所述方法包括：

形成时间帧结构，其中，每个帧包括多个子帧，每个子帧包括多个时隙，并且每个时隙包括多个正交频分复用OFDM符号周期；

由所述移动站经由随机接入信道发射随机接入信号，其中：

通过码序列在频域或时域中生成所述随机接入信号，其中，所述码序列在其自相关中具有高的峰值旁瓣比；

所述随机接入信号只占用OFDM信号带宽的一部分，并且陷波点被插入所述随机接入信号中以减少对系统中其他OFDM信号的干扰；并且

向所述随机接入信号的头部、尾部或这两者添加保护间隔，并且所述随机接入信号加上所述保护间隔一起具有一个时隙的长度；

由所述移动站经由OFDM子信道发射其他数据或控制信号；以及

从基站接收信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述随机接入信号的时间结构被设计为在所述随机接入信号和其他OFDM信号之间在时间上没有对准时减少对其他OFDM信号的干扰。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述随机接入信号在频域中具有低的峰均比。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述随机接入信号被滤波以将其频谱形状限定来减少对其他OFDM信号的影响。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述随机接入信号的起始功率水平基于开环功率控制设置。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述随机接入信号具有特定的特征信号码或序列，所述特征信号码或序列被指定给所述移动站的服务基站。

7.一种多小区宽带无线系统中的移动站，所述多小区宽带无线系统包括多个基站和移动站，所述移动站包括：

被配置为形成时间帧结构的设备，其中，每个帧包括多个子帧，每个子帧包括多个时隙，并且每个时隙包括多个正交频分复用OFDM符号周期；

被配置为由所述移动站经由随机接入信道发射随机接入信号的设备，其中：

被配置为由所述移动站经由OFDM子信道发射其他数据或控制信号的设备；以及

被配置为从基站接收信号的设备。

8.一种用于多小区宽带无线系统中的基站的方法，所述多小区宽带无线系统包括多个基站和移动站，所述方法包括：

接收从移动站经由随机接入信道发射的随机接入信号，其中：

所述随机接入信号包含频域或时域中的码序列，其中，所述码序列在其自相关中具有高的峰值旁瓣比；并且

所述随机接入信号只占用OFDM信号带宽的一部分，并且陷波点被插入所述随机接入信号中以减少对系统中其他OFDM信号的干扰；

所述随机接入信号在其头部、尾部或这两者处包括保护间隔，并且所述随机接入信号加上所述保护间隔一起具有一个时隙的长度；

接收从所述移动站或其他移动站经由OFDM子信道发射的其他数据或控制信号；以及

向多个移动站发射信号。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述随机接入信号的时间结构被设计为在所述随机接入信号和其他OFDM信号之间在时间上没有对准时减少对其他OFDM信号的干扰。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述随机接入信号在频域中具有低的峰均比。

11.如权利要求8所述的方法，其中，所述随机接入信号被滤波以将其频谱形状限定来减少对其他OFDM信号的影响。

12.如权利要求8所述的方法，其中，所述随机接入信号具有特定的特征信号码或序列，所述特征信号码或序列被指定给所述基站。

13.如权利要求8所述的方法，其中，所述基站在时域或频域中使用匹配滤波器或相关器来检测所述随机接入信号。

14.如权利要求8所述的方法，其中，所述基站在成功检测到所述随机接入信号后，经由下行链路控制信道向所述移动站发送确认信号。

15.如权利要求8所述的方法，其中，所述确认信号携带有包括用于所述移动站的功率调整的信息。

16.如权利要求8所述的方法，其中，所述确认信号携带有包括用于所述移动站的时间调整的信息。

17.一种多小区宽带无线系统中的基站，所述多小区宽带无线系统包括多个基站和移动站，所述基站包括：

被配置为接收从移动站经由随机接入信道发射的随机接入信号的设备，其中：

被配置为接收从所述移动站或其他移动站经由OFDM子信道发射的其他数据或控制信号的设备；以及

被配置为向多个移动站发射信号的设备。