一種準確判定下行同步時隙的方法
2023-12-06 14:54:46 1
專利名稱：一種準確判定下行同步時隙的方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於移動通信系統的小區初始搜索下行同步時隙準確並快速判定的方法，特別涉及一種應用於時分同步碼分多址(簡稱為TD-SCDMA系統)移動通信系統移動終端下行同步時隙的準確判定方法。
背景技術：
小區初始搜索(簡稱為ICS)是指移動終端(簡稱為UE)開機時必須儘快地搜索到一個合適的小區，並快速接入(通常也稱為登陸)，以便使用網絡提供的服務的過程。ICS的目的是讓UE與基站同頻、同步，並且確定無線幀的起始位置，確定下行同步碼(簡稱為SYNC)和基本訓練序列(簡稱為Miamble)的碼號，進而通過檢測和解調過程解出廣播信道(簡稱為BCH)信息，最終登陸小區。
3GPP規範25.224(R4)或CWTS規範TSM05.08(R3)定義了小區初始搜索的4個步驟，即下行同步時隙(簡稱為DwPTS)的搜索、擾碼和midamble碼字序列檢測、控制復幀同步和讀取BCH信息。
小區初始搜索的第一個步驟DwPTS搜索是通過將總共32個SYNC與接收信號進行相關處理或者類似處理，得到DwPTS同步信息，同時檢測出最有可能的SYNC碼。
TD-SCDMA系統的幀長為10ms，由兩個結構完全相同的無線子幀構成，每個無線子幀包括有3個特殊時隙即下行同步時隙(即DwPTS)、上行同步時隙(簡稱為UpPTS)和它們之間的保護期時隙(GP)。TD-SCDMA系統還定義了一個同步碼組，包含32個長為64碼片的下行同步碼(即SYNC)，基站在該碼組中選擇一個同步碼在每個子幀的下行特定時隙DwPTS位置以全功率發送。
UE是通過搜索並確認系統中的DwPTS位置進行登陸的，並且，UE確認的DwPTS位置準確與否直接關係到UE是否能精確的登陸。現有技術搜索並確認系DwPTS位置的方法主要有以下二種1、滑動相關法該方法利用SYNC碼的相關特徵，首先將所有候選SYNC碼與接收信號分別進行滑動相關，並找到相關值最大的候選SYNC碼字及其位置作為輸出。該方法能夠較為準確的判斷出DwPTS位置，但由於進行相關運算的數據量太大導致相關器複雜。
2、特徵窗法該方法利用SYNC碼段和GP碼段的發送功率值不同的特徵進行判斷，並將DwPTS搜索分成「精同步」和「細同步」兩個子步驟進行。由於SYNC碼段的數據以全功率發送，而左邊3個符號(簡稱為Symbol)和右邊6個Symbol的GP碼段以零功率發送。在無幹擾的情況下，SYNC碼段的功率值與左、右兩邊的GP碼段的功率值相比是「峰」值。根據此特點，特徵窗法建立一個結構與DwPTS相似的移動特徵窗，即特徵窗由左、右各2個Symbol的GP碼段，中間4個Symbol的數據碼段組成。搜索DwPTS位置時，特徵窗在一幀的數據上滑動並計算左、右兩邊數據段碼片功率值之和與中間數據段碼片功率值之和的比值(簡稱為特徵窗功率比值)，比值最小位置即為DwPTS位置，由此確定SYNC碼段的大致位置。此過程即所謂的「精同步」。然後，在該位置附近進行所有備選SYNC碼片的滑動相關處理，通過比較後選擇具有最大相關峰值的SYNC碼作為檢測輸出，最大相關峰位置作為SYNC碼位置。此過程即所謂的「細同步」。該方法只對極小部分數據進行相關運算，與滑動相關法相比複雜度大大降低。但由於該方法僅採用了碼段的功率信息，使得該方法在低信噪比(一般指有用信號功率小於噪聲功率)時，噪聲可能會淹沒有用信號，導致信號嚴重失真，使特徵窗結構不再明顯，很難在短時間內找到正確的DwPTS位置。
比較上述兩種方法可知，在中高信噪比時(通常大於等於0dB)採用運算量小的特徵窗法可較為準確地確定DwPTS的粗略位置。而在低信噪比時(小於0dB)，由於噪聲有可能淹沒有用信號，採用特徵窗法確定DwPTS位置可能失效，此時，採用滑動相關法確定DwPTS位置顯得更為有效。
發明內容
本發明提出一種旨在將滑動相關法和特徵窗法有效結合的判定方法，即在中高信噪比時，採用運算量小的特徵窗法，而在低信噪比時，採用滑動相關法。本發明判斷方法既可保證在各種信噪比條件下儘可能準確地找到DwPTS位置和SYNC碼，又可保證其運算量不會太大。
本發明判斷方法接收到子幀數據後，採用特徵窗法計算特徵窗功率比值，根據特徵窗功率比值最小值差值的絕對值對接收的信號進行分類，若特徵窗功率比值最小值差值的絕對值大於預先設定的數值，則將特徵窗功率比值最小值所在的位置視為DwPTS的粗略位置，然後重新接收數幀數據，對每幀數據在該位置點附近進行所有備選SYNC碼字的滑動相關處理，通過比較後選擇具有最大相關峰值的SYNC碼作為檢測輸出，最大相關峰位置作為DwPTS精確位置輸出；若特徵窗功率比值最小值差值的絕對值小於或等於預先設定的數值，則重新接收數幀數據，將每幀數據與所有備選SYNC碼分別進行滑動相關，並將相關值最大的SYNC碼作為檢測輸出，其位置作為DwPTS精確位置輸出。
預先設定的特徵窗功率比值最小值差值的絕對值通常取0.05～0.5。如特徵窗功率比值最小值差值的絕對值大於該數值則視為SYNC碼段的功率值的「峰」值結構明顯，也即接收信號的信噪比較高，如小於則視為SYNC碼段的功率值的「峰」值結構不明顯，也即接收信號的信噪比較低。
進行滑動相關的子幀數據數量通常為2-8幀。
圖1TD-SCDMA系統無線子幀結構示意2TD-SCDMA系統無線子幀時隙結構示意3信噪比為3dB時一幀數據的部分數據功率曲線4信噪比為3dB時一幀數據的部分數據特徵窗功率比值曲線5信噪比為-3dB時一幀數據的部分數據功率曲線6信噪比為-3dB時一幀數據的部分數據特徵窗功率比值曲線7本發明判定方法的判斷流程框8本發明判斷方法仿真試驗判定成功率曲線圖下面結合附圖及具體實施方式
對本發明判斷方法做詳細的說明。
圖1是TD-SCDMA系統無線子幀結構示意圖，由圖可知，在每一子幀數據結構中均含有DwPTS。
圖2是TD-SCDMA系統無線子幀時隙結構示意圖，由圖可知，在SYNC碼段左、右兩邊分別有一GP碼段。其中，SYNC碼段的數據以全功率發送，而左、右兩邊GP段的數據以零功率發送。在無幹擾的情況下，Sync碼段的功率值與左、右兩邊GP碼段相比是「峰」值。
圖3是信噪比為3dB時一幀數據的部分數據功率曲線圖，圖中，橫坐標是碼片數，縱坐標是功率值。由圖可知，SYNC碼段的功率值的「峰」值結構非常明顯。
圖4是圖3所示的信噪比為3dB時一幀數據的部分數據特徵窗功率比值曲線圖，圖中，橫坐標是碼片數，縱坐標是特徵窗功率比值，下圖是上圖的局部放大圖。由圖可知，特徵窗功率比值的最小值位置在217處(DwPTS起始位置在數據功率圖中為865處，經過滑動步長折算後，其起始位置應該在特徵窗功率比值圖的217處)，該處也即是DwPTS時隙的正確起始位置。
從圖3、圖4可知在信噪比較大情況下移動特徵窗法可以較為準確的找到DwPTS位置。
圖5是信噪比為-3dB時一幀數據的部分數據功率曲線圖，圖中，橫坐標是碼片數，縱坐標是功率值。由圖可知，設定DwPTS起始位置在865處，但是從位置865到位置992的功率曲線已經找不到「特徵窗」的形狀。
圖6是圖5所示的信噪比為-3dB時一幀數據的部分特徵窗功率比值曲線圖，圖中，橫坐標為碼片數，縱坐標為特徵窗功率比值，下圖為上圖的局部放大圖。採用移動特徵窗法找到的特徵窗功率比值最小的位置在898處，但該位置並不是正確的DwPTS位置，正確的DwPTS位置在特徵窗功率比值的217處，該位置的特徵窗功率比值並非最小，而是由小到大處於第3位。
從圖5、圖6可知，當信噪比較小時(小於0dB)，由於噪聲功率大於通訊信號功率，可能導致噪聲淹沒有用信號，使得「特徵窗」結構不再明顯，其對應的特徵窗功率比值不是最小值，使得特徵窗功率比值最小的位置不一定是DwPTS的正確位置，如果仍採用特徵窗功率比值最小的位置作為DwPTS的正確位置就會導致誤判。
圖7是本發明判定方法的判斷流程框圖，包括以下步驟A1從9個候選主頻點中按功率從大到小選取一個頻點，設置N值(N通常取1～10)；A2接收一幀完整的子幀數據，為了保證特徵窗能夠在一幀數據上完整的滑動，取長度為6400+delta個符號的數據，delta為特徵窗的長度8個符號共128個碼片(簡稱為chip)；A3計算一幀中每個chip的能量Pc；A4計算「特徵窗」功率比值Ri=(Pi+Pi+1)+(Pi+6+Pi+7)(Pi+2+Pi+3+Pi+4Pi+5),]]>其中i表示「特徵窗」序號，Pi+k表示「特徵窗」內第k(k＝0～7)個symbol的功率；A5從Ri數據中找尋最小值及其位置，記為Min和Pos，然後將位置Pos賦予一個較大常數值(如100以上)，然後再一次從Ri中找尋最小值及其位置，記為Min0和Pos0；A6將幀計數器fcount清零；A7計算Min0與Min差值的絕對值，如該差值的絕對值大於Di(Di通常設定為0.05～0.5)，執行步驟A8，否則，執行步驟A13；A8重新接收一幀數據，將幀計數器fcount加1；A9根據Pos找到DwPTS粗略位置；A10從DwPTS粗略位置向後取128chip數據與32個SYNC作相關，找出每個SYNC對應的m個最大相關值(m通常取1～5)及其位置；
A11若幀計數器fcount等於N幀，進行步驟A12，否則重複步驟A8～A11；A12確定SYNC碼和DwPTS精確位置輸出將找到的最多m×N個位置按位置序號由大到小排序，將在某一位置左右距離小於2～4個滑動步長的範圍內存在另一個或多個位置歸併為同一位置，並根據位置序號大小，對重複次數進行加權處理(即位置序號最大的重複次數加1，序號第二大的重複次數加2，以此類推)。最後將加權處理後重複次數最大值的SYNC作為SYNC檢測輸出，其對應的最大相關峰位置作為DwPTS精確位置輸出，轉至A19；A13重新接收一幀數據，將幀計數器fcount加1；A14將該數據分段；A15將每段數據與32個SYNC碼作相關，找出每段對應SYNC碼的n個最大值及位置(n通常取1～5)，並累加相同位置的功率值和出現次數；A16若幀計數器fcount等於N幀，轉至A17，否則重複A13～A16；A17保留出現次數大於T(T通常取1～3)的位置及功率值；A18搜索功率值最大的位置，將該值對應的SYNC作為SYNC檢測輸出，該位置作為DwPTS精確位置輸出；A19找到SYNC和DwPTS位置。
仿真測試結果仿真條件信道環境3GPP規範25.102規定的CASE1，即信道有一條主徑和一條次徑，相對於主徑，次徑延遲2.93us，即3.75chip，功率衰減10dB信噪比-6～5dB時隙佔用及功率相對於TS0，DwPTS時隙功率0dB，時隙TS1功率10dB，其它時隙未佔仿真結果圖6是本發明判斷方法再CASE1信道環境下搜索成功率曲線圖，圖中，橫坐標表示信噪比，縱坐標表示收縮成功率。所謂搜索成功率是指判斷到正確SYNC碼並且找到的DwPTS精確位置(找到的DwPTS位置相對於原DwPTS位置偏差在±1chip內均視為精確位置)佔原DwPTS位置的百分比。從圖中可以看出，本發明方法可保證在信噪比在-6至6的條件下都能取得良好的搜索效果，在中、高信噪比時精確判定DwPTS位置的搜索成功率都為100％；在低信噪比時精確判定DwPTS位置的搜索成功率也都較高，在-5dB時仍可達到90％。另外，在低信噪比條件下採取一些有效的保護策略，其性能還可進一步提高。
本發明方法的實質是一種首先根據TD-SCDMA系統下行同步時隙特殊的功率特徵窗結構判斷瞬間信號的信噪比，然後根據判斷結果選擇和執行下行同步時隙的判斷方法。本發明方法可保證在各種信道環境下都能取得良好性能，又使得其複雜度不會太大。另外，為了減小運算量，可採取一些有關的處理辦法，如「1比特」相關運算處理法(中國專利申請號200410025693.6，時分同步碼分多址系統中的初始小區搜索方法和裝置)、乘積運算代替除法運算法(中國專利申請號200310121867.4，一種降低小區初搜運算量並提高運算精度的方法及裝置)等等。
本發明判斷方法還可有其他多種實施例，在不背離本發明判斷方法的精神及其實質的情況下，本領域技術人員當可相據本發明判斷方法作出各種相應的改變或變形，但這些相應的改變或變形均屬於本發明判斷方法的權利要求保護範圍。
權利要求
1.一種下行同步時隙準確判定的方法，採用滑動相關法和特徵窗法進行下行同步時隙的判斷，其特徵在於根據特徵窗功率比值最小值差值的絕對值對接收的信號進行分類，若特徵窗功率比值最小值差值的絕對值大於預先設定的數值，則將特徵窗功率比值最小值所在的位置視為DwPTS的粗略位置，然後重新接收數幀數據，對每幀數據在該位置點附近進行所有備選SYNC碼字的滑動相關處理，通過比較後選擇具有最大相關峰值的SYNC碼作為檢測輸出，最大相關峰位置作為DwPTS精確位置輸出，若特徵窗功率比值最小值差值的絕對值小於或等於預先設定的數值，則重新接收數幀數據，將每幀數據與所有備選SYNC碼分別進行滑動相關，並將相關值最大的SYNC碼作為檢測輸出，其位置作為DwPTS精確位置輸出。
2.根據權利要求1所述判定的方法，其特徵在於特徵窗功率比值最小值差值的絕對值大於、等於或小於的預先設定的數值通常取0.05～0.5。
3.根據權利要求1所述判定的方法，其特徵在於進行滑動相關的子幀數據數量通常為1-10幀。
全文摘要
本發明提出一種旨在將滑動相關法和特徵窗法有效結合的判定方法，即在中高信噪比時，採用運算量小的特徵窗法，而在低信噪比時，採用滑動相關法。本發明判斷方法既可保證在各種信噪比條件下儘可能準確地找到DwPTS位置和SYNC碼，又可保證其運算量不會太大。本發明方法可保證在信噪比在－6至6的條件下都能取得良好的搜索效果，在中、高信噪比時精確判定DwPTS位置的搜索成功率都為100％；在低信噪比時精確判定DwPTS位置的搜索成功率也都較高，在－5dB時仍可達到90％。
文檔編號H04J13/02GK101026390SQ200710078129
公開日2007年8月29日 申請日期2007年1月19日 優先權日2007年1月19日
發明者吳朝峰, 申敏, 鄭建宏, 聶能 申請人:重慶重郵信科股份有限公司