发明内容
本发明要解决是现有技术中的同步方法不适用于DwPTS时隙采用OFDM调制方式的接入系统的问题。
本发明所述宽带时分双工蜂窝系统的同步方法包括以下步骤:
将接收的至少一个子帧长度的时域序列根据下行导频时隙DwPTS中下行导频符号的时域重复特性进行差分相关;
根据差分相关的峰值进行同步搜索;
所述差分相关包括:当接收的时域序列移位至下行导频符号时域序列的相同部分重合时,与原序列进行共轭相关。
优选地,所述方法还包括:
将包括下行导频符号的接收时域序列与本地存储的下行导频符号时域序列进行线性相关;
根据线性相关的峰值进行进一步地时间同步。
优选地,所述方法在将接收时域序列与本地存储的下行导频符号时域序列进行线性相关之前还包括:
在接收时域序列中截取部分时域序列,其中包括根据差分相关峰值确定的下行导频符号的时域序列。
优选地,所述截取的时域序列具有预定长度,且由差分相关峰值确定的下行导频符号的时域序列在截取的时域序列中具有设定的起始位置。
优选地,所述DwPTS时隙中包括一列下行导频符号;
所述下行导频符号在其正交频分复用OFDM符号的频域子载波上以预定间隔放置。
优选地,所述预定间隔为一个子载波;
所述将接收的时域序列根据下行导频符号的时域重复特性进行差分相关具体为:将接收的时域序列移位半个下行导频符号后进行共轭相关。
优选地,所述宽带时分双工蜂窝系统的所有小区具有相同的下行导频符号。
本发明提供了一种宽带时分双工蜂窝系统的小区初搜方法包括以下步骤:
用户终端通过接收时域序列的差分相关峰值进行粗时间同步,所述差分相关按照DwPTS中下行导频符号的时域重复特性进行;
用户终端根据接收的下行导频符号时域序列中重复部分的相位差进行粗频偏校正;
根据接收的具有预定间隔的两列导频符号的接收时域序列进行精频偏校正,所述两列导频符号分别位于两个OFDM符号频域具有预定载波间隔的子载波上,在导频符号所在的OFDM符号中,如果其子载波不发送导频符号,则该子载波也不发送其他任何符号;
用户终端对TS0时隙接收的时域序列根据采样时间间隔依次平移截取预定长度的时域序列并变换为频域序列;
对上述步骤中依次变换得到的每一频域序列分别与SYNC-DL ID序列集合中的所有序列一一进行相关运算;
根据得到的所有相关运算的峰值进行频域时间同步;
用户终端读取小区广播信息;
所述用户终端通过接收时域序列的差分相关峰值进行粗时间同步包括:
接收至少一个子帧长度的时域序列;
当接收的时域序列移位至下行导频符号时域序列的相同部分重合时,与原序列进行共轭相关;
按照差分相关所得序列中峰值的位置设置UE的时序;
所述用户终端根据接收的下行导频符号时域序列中重复部分的相位差进行粗频偏校正包括:
当预定间隔为一个子载波时,计算接收的前半列下行导频符号的时域序列与后半列下行导频符号的时域序列之间的相位差;
根据所述相位差进行粗频偏校正。
优选地,所述方法在用户终端进行粗时间同步之后还包括:
在接收的时域序列中截取部分时域序列,其中包括根据差分相关峰值确定的下行导频符号的时域序列;
将截取的时域序列与本地存储的下行导频符号的时域序列进行线性相关;
根据线性相关的峰值进行进一步地粗时间同步。
优选地,所述的频域时间同步是通过所述相关运算的峰值所对应的TS0时隙接收的时域序列进行频域变换时的平移时间间隔点获得的。
优选地,所述DwPTS时隙中包括一列下行导频符号;
所述下行导频符号在其正交频分复用OFDM符号的频域子载波上以预定间隔放置。
本发明提供了一种用户终端,包括时域采样单元、同步序列单元和差分粗同步单元,其中:
时域采样单元用来对接收的无线信号进行采样以输出时域序列;
同步序列单元用来根据时域采样单元的输出生成包括至少一个子帧长度的接收时域序列;
差分粗同步单元用来根据DwPTS中下行导频符号的时域重复特性进行接收时域序列的差分相关,并根据差分相关峰值进行时间同步;
所述差分相关包括:当接收的时域序列移位至下行导频符号时域序列的相同部分重合时,与原序列进行共轭相关。
优选地,所述用户终端还包括存储单元、符号同步序列单元和线性粗同步单元,其中:
符号同步序列单元用来在同步序列单元生成的接收时域序列中截取包括根据差分相关峰值确定的下行导频符号的部分时域序列;
存储单元用来存储信息,其中包括下行导频符号的时域序列;
线性粗同步单元用来根据符号同步序列单元输出的部分时域序列与存储单元中下行导频符号的时域序列的线性相关峰值进行进一步地时间同步。
优选地,所述用户终端还包括频偏序列单元和粗频偏校正单元,其中:
频偏序列单元用来根据时域采样单元的输出生成下行导频符号的接收时域序列;
粗频偏校正单元用来根据频偏序列单元输出的下行导频符号接收时域序列中重复部分的相位差进行频偏校正。
本发明利用DwPTS时隙中下行导频符号具有的时域重复特性,通过接收时域序列的差分相关峰值进行时间同步,实现了采用DwPTS时隙OFDM调制方式的接入系统的时域同步,简化了用户终端和基站的实现。
具体实施方式
在TD-SCDMA系统过渡到宽带时分双工蜂窝系统的过程中,现有1.6MHz(兆赫)的TD-SCDMA系统可能与其演进系统共用某些频段,而且两个系统的基站往往需要设置在同一地理位置。
根据TD-SCDMA及其演进系统的帧结构特点,为了使TD-SCDMA演进系统能够与现有的TD-SCDMA系统之间实现邻频共站址部署而相互之间不造成干扰,需要限制DwPTS时隙的长度。即TD-SCDMA演进系统GP时隙的中心位置必须与现有TD-SCDMA系统的对齐,才能保证不会造成邻频干扰。同时,GP时隙的长度决定了小区覆盖半径的最大值,必须保证GP时隙具有一定的长度,因而使得DwPTS时隙的长度受到限制。
在下行导频时隙DwPTS的时间长度有限的情况下,在DwPTS采用OFDM调制方式时,可以在该时隙内设置一个OFDM符号用于OFDM的下行同步信道SCH。一种DwPTS时隙中下行同步信道SCH的可能结构如图2所示,SCH的带宽可以根据系统需求设置,例如可以是1.25MHz或其他带宽。SCH信道包括一个OFDM符号、其CP(Cyclic Prefix,循环前缀)和与TS0时隙间的保护间隔。
由于图1中TD-SCDMA演进系统的帧结构具有的特点,符号间多径时延造成的干扰可以由TS0时隙的Timeslot Interval(时隙间隔)进行消除,考虑到CP长度会影响同步的精度,因此SCH信道中OFDM符号的CP推荐采用一个较短的长度。
SCH信道用来发送下行导频符号。当SCH的OFDM符号中下行导频符号所在子载波具有相同的间隔时,小区发送的该下行列导频符号的时域信号具有与间隔相对应的重复特性。
以图3所示为例,在SCH中OFDM符号的频域子载波上,放置了下行导频符号的子载波用R标记,未放置任何符号的子载波不做标记。当下行导频符号在其OFDM符号的频域子载波上以1个子载波为间隔放置时,经过IFFT(Inverse Fast Fourier Transform,快速傅立叶逆变换)变换,前半列该下行导频符号的时域信号与后半列该下行导频符号的时域信号完全相同。
当下行导频符号在其OFDM符号的频域子载波上以2个子载波为间隔放置时,经过IFFT变换,前三分之一列该下行导频符号的时域信号、中间三分之一列该下行导频符号的时域信号与后三分之一列该下行导频符号的时域信号完全相同。依次还可以类推出间隔3个或更多子载波时的特性。
令SCH信道上的下行导频符号具有时域重复性是为了通过对接收序列的移位相关进行时间同步,由于重复的时域序列越长,实现的同步精度越高,所以本发明推荐采用图3所示的下行导频符号设置方法。
为了便于时间同步和小区初搜的实现,对于宽带时分双工蜂窝系统的所有小区,可以令SCH信道发送相同的OFDM符号。
图4所示为本发明所述时间同步方法的流程图。在步骤S410,接收至少一个子帧长度的时域序列。接收的时域序列长度不小于一个子帧是为了确保在该时域序列中包括下行导频符号的时域序列。
在步骤S420,根据下行导频符号的时域重复特性,将接收的时域序列进行差分相关。
例如,当下行导频符号在其OFDM符号的频域子载波上以1个子载波为间隔放置时,将接收的时域序列移位半个下行导频符号后,与原序列进行共轭相关;当下行导频符号在其OFDM符号的频域子载波上以2个子载波为间隔放置时,将接收的时域序列移位三分之一个下行导频符号后,与原序列进行共轭相关。
当接收的时域序列移位至下行导频符号时域序列的相同部分重合时,与原序列进行共轭相关,所得序列中峰值所在的位置即为重复信号所在的位置。
在步骤S430,根据差分相关的峰值进行时间同步。按照差分相关所得序列中峰值的位置设置UE的时序,即可使UE达到初步的时间同步。
下行导频符号的时域序列长度有限,因而按照差分相关进行的时间同步难以达到较高的精度。由于在SCH信道上发送的下行导频符号的时域序列已经存储在UE中,因而可以通过已知的下行导频符号时域序列进一步缩小时间同步的范围,提高同步的精度。
在步骤S440,在接收的时域序列中截取包括下行导频符号的部分时域序列。由于步骤S430中已经初步确定了下行导频符号时域序列所在的位置,在此基础上缩短与已知下行导频符号进行相关操作的接收序列长度可以提高同步精度并减小运算量。
对包括下行导频符号的部分时域序列的截取可以根据差分相关能够达到的同步精度来进行,例如,可以设置一定的序列长度作为同步的时间窗,还可以进一步设置所确定的下行导频符号的接收时域序列在该时间窗中的起始位置,以便同时考虑差分相关同步在时域的正负偏差。
在步骤S450,将截取的时域序列与本地存储的下行导频符号的时域序列进行线性相关,所得序列中峰值所在位置即为下行导频符号所在的位置。
在步骤S460,根据线性相关的峰值进行进一步地时间同步。
上述时间同步方法可以应用在宽带时分双工蜂窝系统的小区初搜过程中。UE的小区初搜是指UE从开机搜索到登录合适小区的过程。UE只有在登录小区后,才能获取本小区更多信息和邻近小区的信息,以及监听无线网络的寻呼或发起呼叫。小区初搜主要包括时间同步和频偏校正,本发明所述小区初搜方法的流程如图5所示。
在步骤S510,UE根据同步信道的下行导频符号进行粗时间同步。本步骤中的粗时间同步可以按照步骤S410至步骤S430的方法进行,也可以按照步骤S410至步骤S460中的方法进行,此处不再重复。
在步骤S520,UE根据同步信道的下行导频符号进行粗频偏校正。由于下行导频符号在时域上具有重复性,当频偏存在时,具有一定时间间隔的下行导频符号接收时域序列的重复部分之间存在相位差。这样,通过利用下行导频符号时域重复部分之间的相位差,可以对UE与接入系统之间存在的频偏进行初步校正,使频偏减少到一个较小的范围。由于下行导频符号长度的限制,此时能够达到的频偏校正精度有限。
当下行导频符号在其OFDM符号的频域子载波上以1个子载波为间隔放置时,可以利用前半个下行导频符号的接收时域序列与后半个下行导频符号的接收时域序列之间具有的相位差,对UE进行粗频偏校正。
在步骤S530,UE根据TS0时隙的两列导频符号进行精频偏校正。在进行粗频偏校正后,UE与接入系统之间存在频偏范围已经被缩小,但该频偏仍然会对UE的接收解调性能造成较大的影响。为了提高接收性能,还需要进一步做精频偏校正。
在TD-SCDMA演进系统的帧结构中,TS0时隙固定用于下行信号的传输。TS0时隙包括两列导频符号,这两列导频符号之间有一定间隔。这个间隔可以提高精同步的精度,并且有利于UE进行信道估计和解码。一种可能的导频符号设置方式如图6所示,0.675ms(毫秒)的TS0时隙包括9个OFDM符号,其中第2列标注为R1的为第一个导频符号,第8列标注为R2的为第二个导频符号,其他列标注为D的为数据符号。
同一OFDM符号中导频符号所在的子载波之间可以具有一定的载波间隔,也可以不存在子载波间隔而将导频符号放置在每个子载波上。如果存在子载波间隔时,作为间隔的子载波上在包括导频符号的OFDM符号中不放置任何符号,即发射导频符号的同一OFDM符号中未放置导频符号的子载波不发送信号。导频符号所在的OFDM符号简称导频OFDM符号,在导频OFDM符号中,如果其子载波不发送导频符号,则该子载波也不发送其他任何符号。
这样,根据导频符号在子载波上的放置间隔,导频OFDM符号的每个子载波的发射功率可以做调整。例如,每两个子载波放置一个导频符号,则导频OFDM符号的每个子载波发射功率可以比所有子载波全部放置导频符号时每个子载波的发射功率高3dB(分贝);如果每4个子载波放置一个导频符号,则每个子载波的发射功率可以高6dB,以此类推。通过提高放置导频符号的子载波的发射功率,使得UE能够更好地接收导频符号,进行频偏校正和信道估计。导频符号的子载波间隔可以根据系统带宽的大小进行调整。
为了让小区的所有UE都可以利用TS0时隙的导频符号进行频偏校正,导频符号可以采用全向发送的公共导频方式。
UE接收TS0时隙两列导频符号的时域序列;根据两个接收的导频时域序列进行共轭相关运算;再根据共轭相关运算的结果进行精频偏校正。
当TS0时隙两列导频符号相同时,可以直接将两个接收的导频时域序列进行相关运算;当TS0时隙两列导频符号不同时,可以将两个接收的导频时域序列与本地存储的对应导频符号的导频时域序列进行共轭相关运算。
由于精频偏校正的精度随进行共轭相关运算的时域序列的长度而提高,因而在精频偏校正中,可以通过在接收时域序列中增加TS0时隙中与导频符号相邻的数据符号来增加接收时域序列的长度。
回到图5,在步骤S540,UE根据TS0时隙的导频符号进行精时间同步。在经过精频偏校正后,UE在相当小的频偏下接收TS0时隙导频符号,此时的接收时域序列已经能够满足解调的要求。
在TD-SCDMA演进系统中,通过不同的SYNC-DL(SynchronousDownlink,下行同步码)ID(Identity,标识)来区分不同的小区。不同的SYNC-DL ID对应于不同的TS0时隙导频符号,SYNC-DL与TS0时隙导频符号序列具有一一对应关系。导频符号接收序列进行FFT(Fast FourierTransform,快速傅立叶变换)变换后,从时域变为频域信号,由于SYNC-DLID序列对应于导频符号接收序列的频域变换序列,将同步导频符号接收序列的频域变换序列与SYNC-DL ID序列集合中的所有序列进行一一相关操作,获取最大的相关序列,即为与导频符号的频域序列相对应的SYNC-DL ID序列。在UE中存储有SYNC-DL频域序列集合以及对应的各个TS0时隙导频符号的时域序列。
在本步骤中进行精时间同步时,以相邻N个采样点为起始点,UE从TS0时隙接收的时域序列中截取N个具有预定长度的部分时域序列,形成N个与相邻部分时域序列相差一个采样时间间隔的部分时域序列;换言之,相当于用一个预定长度的时间窗对TS0时隙的接收时域序列进行截取,每次截取时将时间窗依次平移一个采样时间间隔。预定长度不小于TS0时隙导频符号在该采样时间间隔下的时域序列长度。N以及N个采样点的选择可以根据粗时间同步所能达到的精度来确定。对每个截取的部分时域序列进行FFT变换生成对应的频域序列。
对每一个生成的频域序列,将其逐个与UE存储的SYNC-DL序列集合中所有的SYNC-DL序列分别进行相关操作。设共有M个SYNC-DL存储在UE的序列集合中,则相关运算可生成M*N个结果序列。
在所有M*N个结果序列中查找相关运算的峰值,由生成该峰值的频域序列可以得到其对应的部分时域序列在TS0时隙接收时域序列中的起始采样点,根据起始采样点的位置和相关运算峰值的位置即可进行频域的时间同步。
本步骤可以实现的时间同步比步骤S510中具有更高的精度。
在步骤S550,UE确定小区的SYNC-DL ID。如前所述,TS0时隙导频符号与接入小区的SYNC-DL ID号具有对应关系。TS0时隙导频符号的时域序列采用随机码方式,通过判断导频符号时域序列的随机码就可以获得小区的ID号。
另外,根据步骤S540中进行的移位相关运算,生成运算结果中峰值的SYNC-DL序列集合中的SYNC-DL ID即为接入小区的SYNC-DL ID。
在步骤S560,UE读取小区的广播信息。在完成时间同步和频偏校正后,UE可以读取接入系统的广播信息。通过读取小区广播信息,获得接入系统发送带宽等基本配置信息,并完成小区初搜过程。
图7所示为一种应用本发明所述时间同步方法以及小区初搜中粗频偏校正方法的用户终端,同步序列单元730分别与时域采样单元710、差分粗同步单元740、符号同步序列单元750相连接,线性粗同步单元760分别与符号同步序列单元750和存储单元720相连接,频偏序列单元770分别与时域采样单元710和粗频偏校正单元780相连接,符号同步序列单元750连接至差分粗同步单元740。
存储单元720中存储着UE进行粗时间同步所需的信息,主要包括下行导频符号的时域序列。
时域采样单元710对用户终端接收的无线信号进行采样,生成接收信号的时域序列。
同步序列单元730根据时域采样单元710输出的时域序列,生成不小于一个子帧长度的接收时域序列,输出至差分粗同步单元740和符号同步序列单元750。
按照SCH信道上下行导频符号所具有的时域重复特性,差分粗同步单元740将同步序列单元730输出的接收时域序列进行差分相关,根据差分相关的峰值进行时间同步。具体差分相关的实现方式请见步骤S420中的说明,此处不再重复。
符号同步单元750在同步序列单元730生成的接收时域序列中截取出部分时域序列,其中包括根据差分粗同步单元740输出的同步结果所确定的下行导频符号的时域序列。具体的截取方式请见步骤S440中的说明,此处不再重复。
线性粗同步单元760接收符号同步序列单元750输出的部分时域序列,从存储单元720中读取本地下行导频符号的时域序列,将上述两个序列进行线性相关运算,根据运算结果的峰值进行进一步地时间同步。
频偏序列单元770根据时域采样单元710的输出生成下行导频符号的接收时域序列,并将其输出至粗频偏校正单元780。
粗频偏校正单元780根据频偏序列单元770输出的下行导频符号接收时域序列中重复部分的相位差进行用户终端的频偏校正。
本发明针对宽带时分双工蜂窝系统的需求,将下行同步信道SCH上下行导频符号设置为具有时域重复特性,并据以进行基于OFDM符号的时域同步和小区初搜,简化了用户终端和基站的实现。通过本发明,可以实现UE与宽带时分双工蜂窝系统快速有效地同步,完成小区初搜。
以上所述的本发明实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。