用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法

專利名稱：用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于無線通信系統的，特別涉及一種應用于時分同步碼分多址(Time Division Synchronous Code-Division Multiple Access，簡稱TD-SCDMA)移動通信系統中，用戶終端進行初始小區搜索第一步(Initial CellSearch Step1)的方法。
背景技術：
1946年，美國的貝爾實驗室便提出了將移動電話的服務區劃分成若干個小區，每個小區設一個基站，構成蜂窩狀系統的蜂窩(Cellular)移動通信新概念。1978年，這種系統在美國芝加哥試驗獲得成功，并于1983年正式投入商用。蜂窩系統的采用，使得相同的頻率可以重復使用，從而大大增加了移動通信系統的容量，適應了移動通信用戶驟增的客觀需要。蜂窩移動通信系統的發展經歷了一個從模擬網到數字網，從頻分多址(FDMA)到時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)的過程。
隨著時代的發展，人們對通信的要求，包括對通信質量和業務種類等的要求，也越來越高。第三代(3G)移動通信系統正是為了滿足該要求而被發展起來的。它是以全球通用、系統綜合作為基本出發點，并試圖建立一個全球的移動綜合業務數字網，綜合蜂窩、無繩、尋呼、集群、移動數據、移動衛星、空中和海上等各種移動通信系統的功能，提供與固定電信網的業務兼容、質量相當的多種話音和非話音業務，進行袖珍個人終端的全球漫游，從而實現人類夢寐以求的在任何地方、任何時間與任何人進行通信的理想。
第三代移動通信系統中最關鍵的是無線電傳輸技術(RTT)。1998年國際電信聯盟所征集的RTT候選提案除6個衛星接口技術方案外，地面無線接口技術有10個方案，被分為兩大類CDMA與TDMA，其中CDMA占主導地位。在CDMA技術中，國際電信聯盟目前共接受了3種標準，即歐洲和日本的W-CDMA、美國的CDMA 2000和中國的TD-SCDMA標準。
與其它第三代移動通信標準相比，TD-SCDMA采用了許多獨有的先進技術，并且在技術、經濟兩方面都具有突出的優勢。TD-SCDMA采用時分雙工(Time Division Duplex，TDD)、智能天線(Smart Antenna)、聯合檢測(JointDetection)等技術，頻譜利用率很高，能夠解決高人口密度地區頻率資源緊張的問題，并在互聯網瀏覽等非對稱移動數據和視頻點播等多媒體業務方面具有潛在優勢。
如圖1所示，為一個典型的蜂窩移動通信系統的例子。該系統是由多個小區101-10N(10)構成的，其中每個小區內各有一個基站(Base Station)111-11N(11)，同時在該小區服務范圍內存在一定數量的用戶終端設備(UserEquipment，簡寫為UE)121-12N(12)。每一個用戶終端設備12通過與所屬服務小區10內的基站11保持連接，來完成與其它通信設備之間的通信功能。
每次當用戶終端設備12開機后，一般并不知道其所處的位置、以及應選擇哪個基站11(或者小區10)進行有關上行接入(Uplink Access)操作。用戶終端設備選擇小區進行接入的過程一般被稱為“初始小區搜索”(Initial CellSearch)過程。用戶終端設備12進行初始小區搜索的目的是選擇合適的工作頻點，并在該頻點上取得與某個小區10內的基站11的下行同步，同時解讀該基站11發送的有關系統廣播消息——依據這些信息，用戶終端設備12才能開始有關的上行接入過程，并最終建立與該基站11之間的連接。
如圖2所示，為TD-SCDMA系統的幀結構示意圖。該結構是根據3G合作項目(3GPP)規范TS 25.221(Release 4)中的低碼片速率時分雙工(LCR-TDD)模式(1.28Mcps)，或者中國無線通信標準(CWTS)規范TSM05.02(Release 3)中給出的。TD-SCDMA系統的碼片速率為1.28Mcps，每一個無線幀(Radio Frame)200、201(20)的長度為5ms，即6400個碼片(對于3GPP LCR-TDD系統，每個無線幀長度為10ms，并可劃分為兩個長度為5ms的子幀(subframe)，其中每個子幀包含6400個碼片)。其中，每個TD-SCDMA系統中的無線幀(或者LCR系統中的子幀)20又可以分為7個時隙(TS0～TS6)210-216(51)，以及兩個導頻時隙下行導頻時隙(DwPTS)22和上行導頻時隙(UpPTS)24，以及一個保護間隔(Guard)23。進一步的，TS0時隙210被用來承載系統廣播信道以及其它可能的下行業務信道；而TS1～TS6時隙211-216則被用來承載上、下行業務信道。上行導頻時隙(UpPTS)24和下行導頻時隙DwPTS時隙22分別被用來建立初始的上、下行同步。TS0～TS6時隙210-216長度均為0.675ms或864個碼片，其中包含兩段長均為352碼片的數據段DATAl(27)和DATA2(29)，以及中間的一段長為144碼片的訓練序列——中導碼(Midamble)序列28。Midamble序列在TD-SCDMA有重要意義，包括小區標識、信道估計和同步(包括頻率同步)等模塊都要用到它。DwPTS時隙22包含32碼片的保護間隔30、以及一個長為64碼片的下行同步碼(SYNC-DL)碼字25，它的作用是小區標識和建立初始同步；而UpPTS時隙包含一個長為128碼片的上行同步碼(SYNC-UL)碼字26，用戶終端設備利用它進行有關上行接入過程。
按照3GPP規范TS 25.224(Release 4)或者CWTS規范TSM 05.08(Release3)中的有關定義，在TD-SCDMA系統中，當完成初始頻點選擇后，在每個候選頻點上，初始小區搜索過程可分為以下四個步驟第一步驟，DwPTS搜索通過將總共32個SYNC-DL碼字25與接收信號序列進行相關處理或者類似處理后，得到DwPTS時隙的同步信息，進而得到子幀定時信息，并同時檢測出最有可能的SYNC-DL碼字；第二步驟，擾碼和Midamble碼字序列檢測得到DwPTS粗略位置信息后，根據TD-SCDMA幀結構用戶終端可以接收位于TS0(210)上的P-CCPCH(主公共控制物理信道)信道上的Midamble部分接收信號28。由于每個SYNC-DL碼字25對應一個碼組(Code Group)，包含了4個可能的Midamble碼字序列，因此通過將這4個可能的碼字與TS0上Midamble部分的接收信號進行相關處理或者類似處理后，可檢測出系統采用了其中哪個Midamble碼字序列；由于擾碼(Scrambling Code)和Midamble碼字存在一一對應關系，所以擾碼也可以檢測到Midamble碼字序列后同時獲得；第三步驟，控制復幀同步TD-SCDMA系統中通過對SYNC-DI碼25進行QPSK(四相相移鍵控)調制、并根據連續四幀內SYNC-DL碼字25上的調制相位圖案來確定控制復幀(Control Multi-frame)的開始。用戶終端通過對接收SYNC-DL碼字信號上調制相位圖案的檢測來確定控制復幀同步；第四步驟，讀取BCCH(廣播信道)信息獲得控制復幀同步后，就可以知道哪些幀上有BCCH系統廣播消息存在；用戶終端對這些幀的P-CCPCH上的接收數據進行解調(Demodulation)和解碼(Decoding)，然后進行循環冗余校驗(CRC)；如果校驗通過，則該塊BCCH信息被認為有效并被傳遞給高層，初始小區過程成功結束。
初始小區搜索的方法及其裝置設計，是TD-SCDMA系統設計中的重要課題之一。一方面，由于用戶終端設備進行初始小區搜索之前往往只有很少的(甚至沒有任何)系統信息，而且可能面臨較惡劣的信道環境(例如，當用戶處于小區邊緣、或者處于陰影區時)，因此要求所設計的初始小區搜索方法擁有優良的性能，能夠在較短時間內找到目標小區，同時又要具有較好的魯棒性(robustness)，能適應各種開機環境；另一方面，又要求該設計具有合理的復雜度，避免由于軟/硬件資源消耗過多、或者功耗太大等帶來的一系列實現問題。
特別的，在TD-SCDMA系統中，前述初始小區搜索第一步驟的設計對整體設計尤為關鍵因為此時用戶終端設備還沒有任何定時信息，所以往往需要通過在整個無線幀內進行接收信號與一個或者多個(最多32個)備選SYNC-DL碼字之間進行一系列滑動相關操作及后續處理后，才能確定有關的定時信息及功率最強的SYNC-DL碼字，然后開始初始小區搜索第二步驟的有關處理。例如，在國際專利申請公開號WO 03/028399，發明名稱為“小區搜索方法和通信終端設備”(CELL SEARCH METHOD ANDCOMMUNICATION TERMINAL APPARATUS)中，主要公開了一種在TD-SCDMA系統中執行所述小區搜索第一步驟的方法和裝置，該方法中首先將各SYNC-DL碼與接收信號進行滑動相關，并找到相關值最大的SYNC-DL及其對應位置作為輸出。
如圖3所示的現有技術，為一種應用于TD-SCDMA系統初始小區搜索第一步驟的相關器裝置。首先，接收數據經過首先采樣、模數轉換和基帶數字匹配濾波后，得到接收數據信號采樣流作為該相關器的輸入。其中，采樣速率一般可選為碼片速率的某個倍數，例如采用2倍過采樣，即每個碼片間隔內進行2個采樣；模數轉換(ADC)用于將輸入模擬采樣值量化為對應的數字值，提供給數字基帶單元進行一系列處理；基帶數字匹配濾波器主要用于濾除帶外干擾和噪聲，其輸出數字信號的量化比特數M的典型取值為6或者8。相關器接收數據采樣輸入后，首先通過反旋轉器31對輸入I/Q兩路采樣值an進行反旋轉后得到bn。該操作是與發射機端的旋轉操作對應的。具體而言，反旋轉操作可用下述公式表征bn＝an*(-j)n(n＝0，1，2，...)其中，an和bn分別為反旋轉器31的輸入、輸出符號，下標n為輸入采樣序號，而j為-1的單位根。事實上，用復數表示符號an和bn(其中實部對應I路即同相分量，虛部對應Q路即正交分量)an＝ain+j*aqn，bn＝bin+j*bqn，則下述公式成立bin＝ain，bqn＝aqn(n＝4k，k＝0，1，2，...)bin＝aqn，bqn＝-ain(n＝4k+1，k＝0，1，2，...)bin＝-ain，bqn＝-aqn(n＝4k+2，k＝0，1，2，...)bin＝-aqn，bqn＝ain(n＝4k+3，k＝0，1，2，...)因此，該反旋轉器可通過I/Q路交換、取反和計數單元等實現。反旋轉后的數據采樣分為I和Q兩路，分別被移入兩組各含64個M比特寄存器的寄存器組321-64和341-64。如圖3所示在第N時刻，每次的新數據采樣分別被移入Q比特寄存器321和341，同時每個寄存器組內的每個寄存器的值被移入右邊的寄存器。以I路為例，這意味著寄存器32i原先的存儲值被移入寄存器32i+1內，其中i＝1，2，...，63，而寄存器3264中原先的存儲值被丟棄。接下去，兩組寄存器組中的各寄存器的存儲值，根據候選SYNC-DL碼字中的對應比特，分別通過一批“保持/取負”單元331-64和351-64。假設I路和Q路兩組寄存器組中的存儲值分別為{biN，biN-1，...，biN-63}和{bqN，bqN-1，...，bqN-63}；并假設候選SYNC-DL碼字為{s1，s2，...，s64}，其中sk的取值為0或1(k＝1，2，...，64)，則I路上的第k個“保持/取負”單元33k的輸入biN+1-k、sk和輸出uik關系可用如下公式表征uik＝biN+1-k如果sk＝1；uik＝-biN-1-k如果sk＝0(k＝1，2，...，64)類似的，在Q路上的第k個“保持/取負”單元35k的輸入bqN+1-k、sk和輸出uqk關系可用如下公式表征uqk＝bqN+1-k如果sk＝1；
uqk＝-bqN+1-k如果sk＝0(k＝1，2，...，64)然后，所得中間結果{ui1，ui2，...，ui64}和{uq1，uq2，...，uq64}分別被輸入兩個加法器361和362，得到兩個加法器輸出ci和cq，所述加法計算可用如下公式表征ci＝ui1+ui2+...+ui64cq＝uq1+uq2+...+uq64最后，兩個加法器的輸出ci和cq被送入一個功率計數器37，輸出相關結果功率值pN可用如下公式表征pN＝ci2+cq2這樣，如圖3所示的相關器就完成了第N時刻的相關值計算。當每次有一個新的采樣值輸入，該相關器經過上述操作后，就可產生個相關結果輸出；這樣隨著接收數據采樣流的不斷輸入，該相關器就產生了一系列相關輸出，從而完成了“滑動”相關過程。接著，后續處理模塊將根據這些相關輸出經過一系列處理后，完成有關的同步和檢測功能。
雖然該裝置雖然可達到理論上最優的性能，但是其復雜度卻很高，這意味著將消耗很多的處理器資源以及更多的功耗。假設接收信號輸入采用2倍速數據采樣(即對應每個碼片有兩個輸入采樣輸入)，且每個采樣采用6比特量化，由于SYNC-DL碼字長度為64，對應64個采樣的相關需要實/虛部各64個12比特的加減法操作，這樣進行每個SYNC-DL的相關處理需要64*2*6400*2＝1,638,400個12-比特加減法操作完成第一步驟。對于TD-SCDMA系統的初始小區搜索，由于可能要同時進行32個SYNC-DL碼的搜索和同步過程，因此采用如圖3所示的相關器結構將使整個處理過程更為復雜、或者耗時。因為如果要同時進行所有32個碼字的相關處理，則在5ms內完成總共1,638,400*32＝52,428,800個12-比特加減法操作——這是目前的商用軟/硬件處理能力一般所難以達到的。因此，為了實現該裝置，往往只能在每個5ms內只進行一批若干個SYNC-DL碼字(例如2個或者4個碼字)的相關處理，并將所有備選SYNC-DL碼字分成多批來處理。這樣做的目的是降低對軟/硬件處理能力的要求，但所付出的代價是拉長了執行初始小區搜索第一步驟所花費的時間。同時采用這種方法在小區搜索第一步的所有時間里都需要打開RF/ABB模塊，對于手機來講功耗也很大。因此，如何降低該相關器的復雜度和功耗，同時又保證同步和檢測性能滿足設計要求，是TD-SCDMA系統初始小區搜索過程設計中所面臨的關鍵問題之一。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法，應用于時分同步碼分多址(TD-SCDMA)移動通信系統中，能夠在較低信干噪比(SINR)條件下，在較短時間內完成幀同步和同步碼字的檢測。
為了達到上述目的，本發明的技術方案如下一種用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法，包括如下步驟將每個子幀的數據分為M個時間片；在連續的幾個子幀里分別接收M個時間片里的信號，并將每個子幀的接收信號對下行同步碼依次作滑動相關，并將這幾幀的相關結果累加，獲得每個時間片的相關結果的最大值及其所對應的下行同步碼和相關位置；若發現某一時間片的最大值的修正值大于設定的門限值，將該值所對應的下行同步碼作為小區搜索第一步所檢測到的下行同步碼，而通過該值所對應的時間片和位置信息可得到小區搜索第一步所檢測到子幀幀頭位置；否則，比較所有M個時間片的最大值，找出這M個最大值中的極大值，并獲得這個極大值所對應的下行同步碼，相關位置和時間片；將該極大值所對應的下行同步碼作為小區搜索第一步所檢測到的下行同步碼，而通過該極大值所對應的時間片和位置信息可得到小區搜索第一步所檢測到子幀幀頭位置。
如果系統中已經存貯了小區的優先列表，采用本方法就只需要對優先列表中對應的下行同步碼做相關。此時由于需要做相關的下行同步碼的個數小于32個，在用戶設備處理能力不變的情況下可以調整參數M(將參數M調小)來進一步的加快小區搜索第一步的速度。
對于某一個時間片累加的相關結果，計算最大值和除了最大值之外的其他所有值的平均值的比值，如果這個比值大于設定的門限，則認為小區搜索第一步完成，根據這個最大值所對于的下行同步碼、相關位置、時間片獲得小區搜索第一步的結果。由于采用本發明的方法是同時對32個下行同步碼同時做相關的，這樣在某個時間片里如果檢測到的很明顯的峰值就可以認為檢測到了最強的一個小區。通過采用這個方法可以從統計上來講可以大大降低小區搜索第一步所需要花費的時間。
根據本發明實現的用于TD-SCDMA系統中用戶終端設備的的進行初始小區搜索的方法和裝置，具有相對較低的相關復雜度，并能夠在較惡劣的傳播條件下，達到較高的檢測概率。同時由于本發明的實現方案只需要每個子幀的部分時間(一個時間片)打開RF/ABB模塊，相對于需要在整個小區搜索過程中都需要打開RF/ABB模塊的方法，能夠有效地縮短TD-SCDMA系統中初始小區搜索時間和降低用戶設備(UE)的功耗。同時由于本方法連續幾幀都接收同一個時間片的信號，對于小區搜索第一步的AGC(自動增益控制)設計來講，AGC(自動增益控制)的增益會更加準確，從而提高初始小區搜索的性能。本發明可以通過選取不同的參數，在處理能力和處理時間之間相互取舍，使的本發明可以應用與不同處理能力的商用軟/硬件處理器。
本發明的目的和優點通過以下對TD-SCDMA系統中初始小區搜索的方法和裝置的描述，將會變得越來越明顯。


圖1為一典型的蜂窩移動通信系統的簡單示意圖；圖2為TD-SCDMA系統的幀結構示意圖；圖3為一種應用于TD-SCDMA系統初始小區搜索第一步驟的屬于現有技術的相關裝置；圖4本發明中的時間片的示意圖；圖5為實現本發明的應用于TD-SCDMA系統初始小區搜索第一步驟的方法的流程圖；具體實施方式
下面通過圖4至圖5，詳細介紹本發明的一個具體實施例，以使進一步了解本發明的發明內容。
下面通過圖5詳細介紹本發明的優化方法的一個具體實施例。
步驟1，將計算過程中所用到的計數器K，m，J清零，并將計算過程中會用到的存儲器清零。計數器K用于對子幀計數，計數器m用于對時間片計數，計數器J用于對平均子幀長度的計數。
步驟2，用戶終端(UE)接收第K子幀的屬于第m個時間片的信號，并將計數器K加一。
步驟3，用戶終端(UE)將輸入的第K子幀的屬于第m個時間片的信號分別跟L個下行同步碼做滑動相關，這樣可以獲得L×6400×N÷M個相關結果。N為輸入信號的過采樣率，M為劃分的時間片的個數，L為同時相關的下行同步碼個數。
步驟4，用戶終端(UE)將相關結果與存儲器所存的相應數據累加并將計算結果再放入存儲器相應位置。
步驟5，將計數器J加一。
步驟6，判斷計數器J是否等于設定的平均子幀個數(Step1 AveSf)，如果是則跳轉到步驟61，否則就跳轉到步驟2。
步驟61，將計數器J清0。
步驟7，用戶終端(UE)從累加的相關結果中找出最大值，并記住這個值及其所對應的下行同步碼和相關位置。
步驟8，用戶終端(UE)計算相關結果的最大值和除了最大值外的所有其他值的平均值之間的比值。(也可以計算相關結果的最大值和所有值的平均值之間的比值，只需重新設定門限值)步驟9，比較相關結果的最大值和除了最大值外的所有其他值的平均值之間的比值是否大于設定的門限值。如果大于則跳轉到步驟13。
步驟10，將計數器m加一。
步驟11，判斷計數器m是否等于M，如果不等則跳轉到步驟2。
步驟12，用戶終端(UE)比較所有M個時間片的最大值，找出這M個值中的最大值，并獲得這個最大值所對應的下行同步碼(Sync-DL code)，相關位置和時間片。
步驟13，用戶終端(UE)計算小區搜索第一步的輸出結果。
將所有這些值(一共有M個值)最大的值所對應的下行同步碼就為小區搜索第一步所檢測到的下行同步碼，而通過最大的值所對應的時間片和位置信息則可得到小區搜索第一步所檢測到子幀幀頭位置。
前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領域內的任何技術人員可使用或利用本發明。對該較佳實施例，本領域內的技術人員在不脫離本發明原理的基礎上，可以作出各種修改或者變換。應當理解，這些修改或者變換都不脫離本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法，包括如下步驟將每個子幀的數據分為M個時間片；在連續的幾個子幀里分別接收M個時間片里的信號，并將每個子幀的接收信號對下行同步碼依次作滑動相關，并將這幾幀的相關結果累加，獲得每個時間片的相關結果的最大值及其所對應的下行同步碼和相關位置；若發現某一時間片的最大值的修正值大于設定的門限值，將該值所對應的下行同步碼作為小區搜索第一步所檢測到的下行同步碼，而通過該值所對應的時間片和位置信息可得到小區搜索第一步所檢測到子幀幀頭位置；否則，比較所有M個時間片的最大值，找出這M個最大值中的極大值，并獲得這個極大值所對應的下行同步碼，相關位置和時間片；將該極大值所對應的下行同步碼作為小區搜索第一步所檢測到的下行同步碼，而通過該極大值所對應的時間片和位置信息可得到小區搜索第一步所檢測到子幀幀頭位置。
2.如權利要求1所述的用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法，其特征在于，每個子幀的接收信號對L個下行同步碼做滑動相關，這樣可以獲得L×6400×N÷M個相關結果，N為輸入信號的過采樣率，M為劃分的時間片的個數。
3.如權利要求1或2所述的用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法，其特征在于，所述修正值為相關結果的最大值和除了最大值外的所有其他值的平均值之間的比值。
4.如權利要求1或2所述的用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法，其特征在于，所述修正值為相關結果的最大值和所有值的平均值之間的比值。
5.如權利要求1所述的用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法，其特征在于，用計數器對子幀計數。
6.如權利要求1所述的用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法，其特征在于，用計數器對時間片計數。
7.如權利要求1所述的用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法，其特征在于，用計數器對平均子幀個數的計數。
全文摘要
一種用戶終端進行初始小區搜索第一步的方法，包括如下步驟將每個子幀的數據分為M個時間片；在連續的幾個子幀里分別接收M個時間片里的信號，并將每個子幀的接收信號對下行同步碼依次作滑動相關，并將這幾幀的相關結果累加，獲得每個時間片的相關結果的最大值及其所對應的下行同步碼和相關位置；若發現某一時間片的最大值的修正值大于設定的門限值，將該值所對應的下行同步碼作為小區搜索第一步所檢測到的下行同步碼；否則，比較所有M個時間片的最大值，找出這M個最大值中的極大值，將該極大值所對應的下行同步碼作為小區搜索第一步所檢測到的下行同步碼。本發明在相同條件下可以大大降低小區搜索第一步的時間和用戶設備的功耗。
文檔編號H04B7/26GK1801650SQ20051009684
公開日2006年7月12日 申請日期2005年7月14日 優先權日2005年7月14日
發明者葉遠 申請人:凱明信息科技股份有限公司