用于OFDMA系统的初始捕获和小区搜索的方法和装置

摘要

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，所述OFDMA信号(818)包括在OFDMA信号的局限部分带宽内发射的同步信道信号，同步信道信号在局限部分带宽(816)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(812)的信息。同步信道信号使得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以下的OFDMA系统中提供OFDMA码元定时检测和频率误差检测(1112)和帧边界检测和小区特定信息检测(1114)，所述OFDMA系统支持多个系统带宽、同步和非同步系统二者、较大的小区指数以及具有较短和较长循环前缀长度的OFDMA码元结构。

说明书

本申请是申请日为2007年1月27日、申请号为200780004946.3 且题为“用于OFDMA系统的初始捕获和小区搜索的方法和装置”的 中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总的涉及无线通信系统，并且尤其涉及正交频分多址接入 (OFDMA)系统中的用于初始信号捕获和小区搜索的方法和装置。

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 任务是识别并捕获从小区发射的信号。另一主要任务是搜索小区以确 定最适于与之建立通信的小区。随着信令系统发展地越来越复杂，这 些重要的任务变得更困难和更耗时。最近，已提出正交频分多址接入 (OFDMA)信令系统。OFDMA系统是被设计成工作在不同带宽中的 可缩放带宽系统。另外，OFDMA系统使用多载波调制方法，这种多载 波调制方法可能具有位于窄频率范围(例如，5MHz)之内的数百个子 载波。尽管OFDMA系统的可伸缩性有利于这类系统的引入和扩展，但 为了快速激活及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。

所以，所需的是在ODFMA系统中进行初始信号捕获和小区搜索的 方法和装置。另外，结合附图和本发明的背景技术，根据本发明的以 下详细说明和所附权利要求，本发明的其他期望特征和特性将变得明 显。

附图说明

以下将结合附图描述本发明，其中相同附图标记指示相同元素， 并且

图1是根据本发明实施例的无线通信系统的示图；

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

图3是根据本发明替代实施例的OFDMA信号的帧结构的示图；

图4是根据本发明实施例的信号信道带宽占用的示图；

图5是根据本发明实施例的同步信道的资源块映射的示图；

图6A是根据本发明实施例的同步信道序列分配的示图；

图6B是根据本发明替代实施例的同步信道序列分配的示图；

图6C是根据本发明又一替代实施例的同步信道序列分配的示图；

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 信号的局限部分带宽内发射的同步信道信号，该同步信道信号具有在 局限部分带宽内的预定时域对称性并且包括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在多个子载 波和诸如多个OFDMA码元周期的多个时间间隔的一个或两个中。

并且，根据本发明的实施例，用于接收OFDMA信号的方法包括以 下步骤：分离包括同步信道信号的OFDMA信号的一部分带宽，检测同 步信道在OFDMA信号的所述一部分带宽内的位置，以及对同步信道信 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借 助于用于无线通信的多个子载波上的OFDMA射频(RF)信号与无线通 信设备120通信。与多个基站110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中的一个或多个接收OFDMA信 号以及向其发射OFDMA信号。无线通信设备120将典型地从具有最强 信号强度或另外的某些优选信号特征的基站接收信令和其它消息，以 使得特定的基站110是特定无线通信设备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，该方案被提议为用作当 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)系统的更一般情形，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 量子载波，其中子载波仅占用OFDMA信道带宽的一小部分(例如，在 5兆赫兹(MHz)OFDMA信道带宽中，每个子载波为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 被设计成工作在不同带宽内，所以OFDMA系统设计提供高度伸缩的、 多系统带宽的解决方案，如果需要可添加更多的子载波。另外，预期 用于WCDMA系统的下一代发展的OFDMA系统支持同步系统和非同步 系统二者，并允许大量基站标识符(小区指数)和具有较短和较长循 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 同步信道通过同时获取OFDMA系统定时和识别最强基站110或“最佳” 服务器，以用于与之建立通信，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过程应当检测OFDMA码元定时、帧边界和频率误 差，以及检测小区特定信息(例如基站110的标识)，并且如果需要的 话，检测其它小区特定信息，例如系统带宽，以及基站110上的发射天 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一 组单独基站110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毫秒传输时间的单个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形成较短的循环前缀(CP)子帧。剩余的19个子帧 240可以是具有6个OFDMA码元的较长CP子帧240，或是具有7个 OFDMA码元的较短CP子帧230。尽管图2中的例子示出了在具有较短循 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，来由同步信道定义帧边界。

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而不考虑CP长度，将同步信道 310分配到20个子帧320中的超过一个的末尾。为了减少在非同步 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，每隔N个子帧320发射一次同步信道310，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它的帧结构参数，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信号的局限部分带宽(例 如，在OFDMA信号的中央1.25MHz带宽)内发射，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 通信系统的可伸缩性。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，但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。在系统带宽内的除了由同步信道420所占 用的中央资源块410以外的子载波码元被用于其它信道。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20兆赫兹OFDMA系统430(具有48个资源块410)和10兆赫兹 OFDMA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5兆赫兹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。 通过使用同步信道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， 诸如接收到的上行链路业务的确认之类的低速率信道，或其它数据流/ 信道)。

在另一实施例中，其中同步信道的带宽与OFDMA的信号带宽有 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，位于同步信道带宽内的每个另外的4个资源块的集合可包 含对包含在中央的4个资源块中的同步信道信号的另一发射或重复。

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发射， 对于5兆赫兹或更大带宽的OFDMA系统，同步信道420可使用中央的4 个资源块以外的频带，以增强小区搜索性能。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、发 射天线信息、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两个以上子载波上冗余地发射同步信道。

对于OFDMA系统带宽是1.25MHz 480的情形，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系统带宽的多个变化，但是在局限部分的OFDMA系统带宽中 发射同步信道的其它结构也是可能的。

图5示出5兆赫兹OFDMA通信系统信号带宽，其中局限部分同步信 道带宽510位于5兆赫兹带宽的中央1.25MHz中，而且位于由多个资源 块520所跨越的带宽内但小于它。在本实例中，同步信道带宽510未覆 盖多个资源块尺寸520。根据本发明的实施例，与同步信道一起，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被同时发射。为了改进数据信号530的检测，可以由称为保护 带540的不发射信息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(generalized  chirp like sequence)。例如，“指数”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

$a_k=\exp (-j2\mathrm{\pi u}\frac{k(k+1)/2+\mathrm{qk}}{N_G}),$k＝0，1，2，…，N_G-1(任何整数q且1≤u≤N_G-1)    (2)

而N_G是质数(即N_G＝N_Gx1)，根据本发明，N_G尤其适于被划分为 同步信道信号序列元素的序列。当N_G是质数时，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， 其可被用作为唯一的组标识符或是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它例子可 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 原始序列中的单元的数量可能不与同步信道的大小匹配。在本情形中， 序列可被修改以适合位于可供同步信道信号序列使用的资源内(例如， 通过截断或是将其循环扩展)。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，其依照由OFDMA系统设计或 是预计系统操作在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。

图6，包括图6A、6B和6C，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分布在频率(子载波) 上，随后分布在时间上。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时间中的变化快于频率中的变化， 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，在具有7个OFDMA码元的帧结构的子帧610上发射同步信道信 号，其中在相邻或邻近的OFDMA码元周期中的多个子载波上发射同步 信道序列元素。尽管未示出，在一些实施例中，导频码元或诸如控制 码元的其它码元可占用在子帧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包括调制码元的共用GCL 序列或0，形成映射到38个子载波上的38个序列元素，第一OFDMA码 元周期620中的GCL序列对于OFDMA无线通信系统100中的所有基站 110是共用的。通过使用该共用GCL序列620的每隔一个的子载波(例 如，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可呈现在所有的同步信道传输中，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每隔一个子载波(38个已占用的子载波702) 上，其中居间的子载波704具有映射到其上的0或空集。为了在时域中 创建或定义波形的对称性(即同步信道信号波形的预定时域对称性)， 将调制码元映射到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，如同映射到多个子载波上的多个同步信道序列元 素，后续6个OFDMA码元周期630包括对一组小区或基站唯一的，或是 对小区或基站110唯一的(取决于实施例)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(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，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，其中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。取代以“锯齿”方式填充同步信道的 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，可以从上到下填充OFDMA码元周期630或反 之亦然。另外，取代以频率优先的方式填充同步信道，可以用时间优 先的方式填充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且在其它子载 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或一组小区为唯一的同步信道信号 (例如多个小区共用的GCL序列)也在具有7个OFDMA码元的帧结构 的子帧610上发射，其中在相邻或邻近的OFDMA码元周期中的多个子 载波上发射同步信道序列元素。根据本发明的本实施例，对于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 包括映射到37个子载波上的0和小区特定或组特定GCL序列的单元，形 成映射到38个子载波上的38个序列元素。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序列的附加单元，每个 OFDMA码元周期具有所有的75个子载波(段)、以“锯齿”方式填充 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，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，其中用 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。

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，可以将同步信道序列元素分布在OFDMA码元周期上(如图6A所 示)，或者可将其分布在OFDMA信号的多个子载波中的一个以上中， 或是可将其分布在这两种分布的组合上。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。为了容纳更长的共用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，同步信道序列元素被映射 到每第二个子帧，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，为了支 持同步信道序列元素的差分处理，随后的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8个OFDMA码元周期，所述8个 OFDMA码元周期具有映射到每个OFDMA码元周期的75个子载波的 592个同步信道序列元素。用于第二同步信道的8个OFDMA码元周期 680使用每第二个子帧，并且如上所述，以“锯齿”形式(如图所示) 或任何任意2维填充模式进行填充，将OFDMA码元周期的最后序列元 素重复为下一个OFDMA码元周期的第一序列元素。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指数的确定。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 列被应用在所有子载波上的频域中，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 列指数的频率的复指数。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指数的序列指数属性。如 早前所述，也可使用其它类型的序列，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指数检测的属性。具有这种属性的非 GCL的序列的一个例子是最长二进制序列，因为最长二进制序列的差 分解调产生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可以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且控 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/ 发射机开关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，基站110可(典 型地)被配置进扇区并且可采用多个天线，以用于接收分集、和/或发 射波束成形应用、空时编码、多输入多输出(MIMO)、或其它系统设 计发射信令方案。因此，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用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它小区 特定信息，例如频率基准信息、发射天线信息(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包括同步信道发生器822，用于生成在一 部分OFDMA信号带宽中具有时域对称性且包括至少部分小区标识信 息的同步信道信号，同步信道发生器822将同步信道信号提供给发射机 电路816进行发射。有时，同步信道发生器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。数据信号发生器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，与同步信道信号一起被同时发射。数据 可以是由呼叫无线通信设备120或是内容提供者所生成的话音或是 MBMS传输，并且可被复用到子载波上并在基站110上交织，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，同步信道发生器822定义同步信 道信号的时域对称性。

参照图9，通过从存储设备820检索信息910，根据本发明实施例的 同步信道发生器822的操作开始。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 步信道信号被解析成多个同步信道信号序列元素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将会包括在资源 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作为调 制码元和0映射到多个子载波上，其中调制码元被映射到用于同步信道 信号的至少一部分子载波的每第n个子载波上，其中n是大于或等于2的 整数。

在定义916了时域对称性之后，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 射开关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的一个或 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，并且 耦合到控制器1010，用于将解码后的信息对其提供以供其使用。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成RF信 号，以从天线1002发射。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 的用户控制(诸如小键盘)。控制器1010还耦合到非易失性存储设备 1014，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包括同步信道信号滤波器 设备1016，用于分离包括同步信道信号的一部分OFDMA信号带宽。同 步信道信号滤波器设备1016可以是用于过滤OFDMA信号以分离局限 部分OFDMA信号带宽的带通滤波器或任何其它设备或过程。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分离局限部分 OFDMA信号带宽。一旦分离之后，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，通过检查由滤波器1016过滤的信号以确定是否有任何 信号1110，初始信号捕获和小区搜索过程开始。根据本发明，当检测 到信号时1110，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OFDMA码元定时检测以及小数 (fractional)频率偏移检测1112。可通过在时域中计算的接收到的同步 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，本发明可使用其它序列类型。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 的不同指数，所以序列元素的任何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个点的DFT也具有不变幅度。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 系是德尔塔函数)。并且，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分布。 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”是序列指数。序列元素根据下 式来生成：

$s_u\left(k\right)=\exp \{-j2\mathrm{\pi u}\frac{k(k+1)}{2N_G}\},$k＝0…N_G-1，且u＝1…N_G-1    (1)

N_G-1个序列元素被生成为在其任意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，并且分布在N_p个子载波上。由于在具 有零子载波的OFDMA信令中引入了过采样，以及对同步信号使用了局 限部分带宽，所以对不同“u”，PARP将从理论上的0dB值劣化到不同 程度(按奈奎斯特采样速率)。如果需要，在N_G-1个候选中，可选择 具有最佳PARP的指数。从这些GCL序列元素的不同指数“u”中获取 由不同小区使用的小区搜索序列。指数“u”还将用作小区ID。

小区搜索1112根据接收到的信号直接确定序列指数“u”(以及因 此最强或候选小区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，使用通常的FFT过程，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为频域。

假定整数频率偏移仍会呈现，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(偶数对奇数)(例如在小区搜索 码元的偶数子载波中的全部能量相对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”值的矢量。 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，这些值常规地被收集为矢量格式(例如，基于差分 的矢量)。基于差分的矢量被计算为

Z(m)＝Y(m)*Y^*(m+1)，m＝1，…，N_p-1.(2)

其中“()*”表示共轭。获取“基于差分”的矢量的其它方法可包 括，但不限于：

Z(m)＝Y(m)/Y(m+1)，m＝1，…，N_p-1.(3)

或

Z(m)＝Y(m)/Y(m+1)/abs(Y(m)/Y(m+1))，m＝1，…，N_p-1.(4)

其中“abs()”指示绝对值。

假定仅有一个基站，并且其发射具有u的GCL序列指数的小区搜索 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 占用子载波的间隔不是太大这就可大致满足，在忽略信道幅度和频率 偏移时，Y(m)*Y^*(m+1)大约等于

$Z\left(m\right)=Y\left(m\right)*Y^{*}(m+1)\approx {\left|H\left(m\right)\right|}^2{S}_u\left(m\right)S_u^{*}(m+1))={\left|H\left(m\right)\right|}^2\exp \{j2\mathrm{\pi u}\frac{m+1}{N_G}\},m=1,...,N_p-1.---\left(5\right)$

所以，在基于差分的矢量中承载序列指数信息u。在多小区的情形 中，通过处理基于差分的矢量，并且识别矢量的一组主要的频率分量， 我们可以识别最强的小区指数以及潜在移交候选的一个或多个指数。 为了获取频域分量，通常使用的工具是采用FFT或IFFT(假定{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.(6)

{z(n)}的峰值位置(即n_max)给出了关于最强小区的指数u的信 息，即在n_max上的已识别的主要频率分量到相应的已发射的序列指数之 间的映射被确定为：

$\frac{u}{N_G}=\frac{n_{\max }}{T}---.\left(7\right)$

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指数属性，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指数u1114。相应地，在单步中， 控制器1010可执行GCL序列指数检测，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建立无线OFDMA通信。

注意，出于解释的目的，针对GCL序列元素被映射到一个OFDMA 码元周期的不同载波的情形描述了上述公式。但是，当以其它方式映 射序列时，例如“锯齿形”，也可应用提出的检测方法。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被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，例如，由于具有多个天线 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 元素映射到局限部分同步信道带宽中的偶数编号子载波以及将0映射 到局限部分同步信道带宽中的其它子载波，可提供同步信号的时域对 称性。本发明的其它实施例可使用其它方法来提供时域对称性。一个 例子包括将调制码元或序列元素映射到局限部分同步信道带宽中的每 第N个子载波以及将0映射到局限部分同步信道带宽中的其它子载波， 其中N是正整数，并且其中可随意选择包含每第N个子载波中的第一个 的局限部分同步信道带宽中的子载波。一个附加例子是使用在局限部 分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 机处理步骤的初始捕获和小区搜索方法，该方法仍在以下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)，所述OFDMA 系统支持多个系统带宽、同步和非同步系统二者、较大的小区指数和 具有较短和较长循环前缀长度的OFDMA码元结构。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。更确切地，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单元的功能和布置进行 各种变化。