CN101026390B

CN101026390B - 一种准确判定下行同步时隙的方法

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Publication number: CN101026390B
Application number: CN2007100781294A
Authority: CN
Inventors: 吴朝峰; 申敏; 郑建宏; 聂能
Original assignee: Chongqing Cyit Communication Technologies Co Ltd
Current assignee: Keen (Chongqing) Microelectronics Technology Co., Ltd.
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: CN101026390A

Abstract

本发明提出一种旨在将滑动相关法和特征窗法有效结合的判定方法，即在中高信噪比时，采用运算量小的特征窗法，而在低信噪比时，采用滑动相关法。本发明判断方法既可保证在各种信噪比条件下尽可能准确地找到DwPTS位置和SYNC码，又可保证其运算量不会太大。本发明方法可保证在信噪比在-6至6的条件下都能取得良好的搜索效果，在中、高信噪比时精确判定DwPTS位置的搜索成功率都为100％；在低信噪比时精确判定DwPTS位置的搜索成功率也都较高，在-5dB时仍可达到90％。

Description

一种准确判定下行同步时隙的方法

技术领域

本发明涉及一种应用于移动通信系统的小区初始搜索下行同步时隙准确并快速判定的方法，特别涉及一种应用于时分同步码分多址(简称为TD-SCDMA系统)移动通信系统移动终端下行同步时隙的准确判定方法。

背景技术

小区初始搜索(简称为ICS)是指移动终端(简称为UE)开机时必须尽快地搜索到一个合适的小区，并快速接入(通常也称为登陆)，以便使用网络提供的服务的过程。ICS的目的是让UE与基站同频、同步，并且确定无线帧的起始位置，确定下行同步码(简称为SYNC)和基本训练序列(简称为Miamble)的码号，进而通过检测和解调过程解出广播信道(简称为BCH)信息，最终登陆小区。

3GPP规范25.224(R4)或CWTS规范TSM05.08(R3)定义了小区初始搜索的4个步骤，即：下行同步时隙(简称为DwPTS)的搜索、扰码和midamble码字序列检测、控制复帧同步和读取BCH信息。

小区初始搜索的第一个步骤DwPTS搜索是通过将总共32个SYNC与接收信号进行相关处理或者类似处理，得到DwPTS同步信息，同时检测出最有可能的SYNC码。

TD-SCDMA系统的帧长为10ms，由两个结构完全相同的无线子帧构成，每个无线子帧包括有3个特殊时隙：即下行同步时隙(即DwPTS)、上行同步时隙(简称为UpPTS)和它们之间的保护期时隙(GP)。TD-SCDMA系统还定义了一个同步码组，包含32个长为64码片的下行同步码(即SYNC)，基站在该码组中选择一个同步码在每个子帧的下行特定时隙DwPTS位置以全功率发送。

UE是通过搜索并确认系统中的DwPTS位置进行登陆的，并且，UE确认的DwPTS位置准确与否直接关系到UE是否能精确的登陆。现有技术搜索并确认系DwPTS位置的方法主要有以下二种：

1、滑动相关法：该方法利用SYNC码的相关特征，首先将所有候选SYNC码与接收信号分别进行滑动相关，并找到相关值最大的候选SYNC码字及其位置作为输出。该方法能够较为准确的判断出DwPTS位置，但由于进行相关运算的数据量太大导致相关器复杂。

2、特征窗法：该方法利用SYNC码段和GP码段的发送功率值不同的特征进行判断，并将DwPTS搜索分成“精同步”和“细同步”两个子步骤进行。由于SYNC码段的数据以全功率发送，而左边3个符号(简称为Symbol)和右边6个Symbol的GP码段以零功率发送。在无干扰的情况下，SYNC码段的功率值与左、右两边的GP码段的功率值相比是“峰”值。根据此特点，特征窗法建立一个结构与DwPTS相似的移动特征窗，即特征窗由左、右各2个Symbol的GP码段，中间4个Symbol的数据码段组成。搜索DwPTS位置时，特征窗在一帧的数据上滑动并计算左、右两边数据段码片功率值之和与中间数据段码片功率值之和的比值(简称为特征窗功率比值)，比值最小位置即为DwPTS位置，由此确定SYNC码段的大致位置。此过程即所谓的“精同步”。然后，在该位置附近进行所有备选SYNC码片的滑动相关处理，通过比较后选择具有最大相关峰值的SYNC码作为检测输出，最大相关峰位置作为SYNC码位置。此过程即所谓的“细同步”。该方法只对极小部分数据进行相关运算，与滑动相关法相比复杂度大大降低。但由于该方法仅采用了码段的功率信息，使得该方法在低信噪比(一般指有用信号功率小于噪声功率)时，噪声可能会淹没有用信号，导致信号严重失真，使特征窗结构不再明显，很难在短时间内找到正确的DwPTS位置。

比较上述两种方法可知，在中高信噪比时(通常大于等于0dB)采用运算量小的特征窗法可较为准确地确定DwPTS的粗略位置。而在低信噪比时(小于0dB)，由于噪声有可能淹没有用信号，采用特征窗法确定DwPTS位置可能失效，此时，采用滑动相关法确定DwPTS位置显得更为有效。

发明内容

本发明提出一种旨在将滑动相关法和特征窗法有效结合的判定方法，即在中高信噪比时，采用运算量小的特征窗法，而在低信噪比时，采用滑动相关法。本发明判断方法既可保证在各种信噪比条件下尽可能准确地找到DwPTS位置和SYNC码，又可保证其运算量不会太大。

本发明判断方法接收到子帧数据后，采用特征窗法计算特征窗功率比值，根据特征窗功率比值最小值差值的绝对值对接收的信号进行分类，若特征窗功率比值最小值差值的绝对值大于预先设定的数值，则将特征窗功率比值最小值所在的位置视为DwPTS的粗略位置，然后重新接收数帧数据，对每帧数据在该位置点附近进行所有备选SYNC码字的滑动相关处理，通过比较后选择具有最大相关峰值的SYNC码作为检测输出，最大相关峰位置作为DwPTS精确位置输出；若特征窗功率比值最小值差值的绝对值小于或等于预先设定的数值，则重新接收数帧数据，将每帧数据与所有备选SYNC码分别进行滑动相关，并将相关值最大的SYNC码作为检测输出，其位置作为DwPTS精确位置输出。

预先设定的特征窗功率比值最小值差值的绝对值通常取0.05～0.5。如特征窗功率比值最小值差值的绝对值大于该数值则视为SYNC码段的功率值的“峰”值结构明显，也即接收信号的信噪比较高，如小于则视为SYNC码段的功率值的“峰”值结构不明显，也即接收信号的信噪比较低。

进行滑动相关的子帧数据数量通常为2—8帧。

附图说明

图1：TD-SCDMA系统无线子帧结构示意图

图2：TD-SCDMA系统无线子帧时隙结构示意图

图3：信噪比为3dB时一帧数据的部分数据功率曲线图

图4：信噪比为3dB时一帧数据的部分数据特征窗功率比值曲线图

图5：信噪比为-3dB时一帧数据的部分数据功率曲线图

图6：信噪比为-3dB时一帧数据的部分数据特征窗功率比值曲线图

图7：本发明判定方法的判断流程框图

图8：本发明判断方法仿真试验判定成功率曲线图

下面结合附图及具体实施方式对本发明判断方法做详细的说明。

图1是TD-SCDMA系统无线子帧结构示意图，由图可知，在每一子帧数据结构中均含有DwPTS。

图2是TD-SCDMA系统无线子帧时隙结构示意图，由图可知，在SYNC码段左、右两边分别有一GP码段。其中，SYNC码段的数据以全功率发送，而左、右两边GP段的数据以零功率发送。在无干扰的情况下，Sync码段的功率值与左、右两边GP码段相比是“峰”值。

图3是信噪比为3dB时一帧数据的部分数据功率曲线图，图中，横坐标是码片数，纵坐标是功率值。由图可知，SYNC码段的功率值的“峰”值结构非常明显。

图4是图3所示的信噪比为3dB时一帧数据的部分数据特征窗功率比值曲线图，图中，横坐标是码片数，纵坐标是特征窗功率比值，下图是上图的局部放大图。由图可知，特征窗功率比值的最小值位置在217处(DwPTS起始位置在数据功率图中为865处，经过滑动步长折算后，其起始位置应该在特征窗功率比值图的217处)，该处也即是DwPTS时隙的正确起始位置。

从图3、图4可知在信噪比较大情况下移动特征窗法可以较为准确的找到DwPTS位置。

图5是信噪比为-3dB时一帧数据的部分数据功率曲线图，图中，横坐标是码片数，纵坐标是功率值。由图可知，设定DwPTS起始位置在865处，但是从位置865到位置992的功率曲线已经找不到“特征窗”的形状。

图6是图5所示的信噪比为-3dB时一帧数据的部分特征窗功率比值曲线图，图中，横坐标为码片数，纵坐标为特征窗功率比值，下图为上图的局部放大图。采用移动特征窗法找到的特征窗功率比值最小的位置在898处，但该位置并不是正确的DwPTS位置，正确的DwPTS位置在特征窗功率比值的217处，该位置的特征窗功率比值并非最小，而是由小到大处于第3位。

从图5、图6可知，当信噪比较小时(小于0dB)，由于噪声功率大于通讯信号功率，可能导致噪声淹没有用信号，使得“特征窗”结构不再明显，其对应的特征窗功率比值不是最小值，使得特征窗功率比值最小的位置不一定是DwPTS的正确位置，如果仍采用特征窗功率比值最小的位置作为DwPTS的正确位置就会导致误判。

图7是本发明判定方法的判断流程框图，包括以下步骤：

A1：从9个候选主频点中按功率从大到小选取一个频点，设置N值(N通常取1～10)；

A2：接收一帧完整的子帧数据，为了保证特征窗能够在一帧数据上完整的滑动，取长度为6400+delta个符号的数据，delta为特征窗的长度：8个符号共128个码片(简称为chip)；

A3：计算一帧中每个chip的能量Pc；

A4：计算“特征窗”功率比值：

R_{i} = \frac{(P_{i} + P_{i + 1}) + (P_{i + 6} + P_{i + 7})}{(P_{i + 2} + P_{i + 3} + P_{i + 4} + P_{i + 5})},

其中i表示“特征窗”序号，P_i+k表示“特征窗”内第k(k＝0～7)个symbol的功率；

A5：从Ri数据中找寻最小值及其位置，记为Min和Pos，然后将位置Pos赋予一个较大常数值(如100以上)，然后再一次从Ri中找寻最小值及其位置，记为Min0和Pos0；

A6：将帧计数器fcount清零；

A7：计算Min0与Min差值的绝对值，如该差值的绝对值大于Di(Di通常设定为0.05～0.5)，执行步骤A8，否则，执行步骤A13；

A8：重新接收一帧数据，将帧计数器fcount加1；

A9：根据Pos找到DwPTS粗略位置；

A10：从DwPTS粗略位置向后取128chip数据与32个SYNC作相关，找出每个SYNC对应的m个最大相关值(m通常取1～5)及其位置；

A11：若帧计数器fcount等于N帧，进行步骤A12，否则重复步骤A8～A11；

A12：确定SYNC码和DwPTS精确位置输出：将找到的最多m×N个位置按位置序号由大到小排序，将在某一位置左右距离小于2～4个滑动步长的范围内存在另一个或多个位置归并为同一位置，并根据位置序号大小，对重复次数进行加权处理(即位置序号最大的重复次数加1，序号第二大的重复次数加2，以此类推)。最后将加权处理后重复次数最大值的SYNC作为SYNC检测输出，其对应的最大相关峰位置作为DwPTS精确位置输出，转至A19；

A13：重新接收一帧数据，将帧计数器fcount加1；

A14：将该数据分段；

A15：将每段数据与32个SYNC码作相关，找出每段对应SYNC码的n个最大值及位置(n通常取1～5)，并累加相同位置的功率值和出现次数；

A16：若帧计数器fcount等于N帧，转至A17，否则重复A13～A16；

A17：保留出现次数大于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，将该值对应的SYNC作为SYNC检测输出，该位置作为DwPTS精确位置输出；

A19：找到SYNC和DwPTS位置。

仿真测试结果

仿真条件

信道环境：3GPP规范25.102规定的CASE1，即信道有一条主径和一条次径，相对于主径，次径延迟2.93us，即3.75chip，功率衰减10dB

信噪比：-6～5dB

时隙占用及功率：相对于TSO，DwPTS时隙功率0dB，时隙TS1功率10dB，其它时隙未占

仿真结果

图6是本发明判断方法再CASE1信道环境下搜索成功率曲线图，图中，横坐标表示信噪比，纵坐标表示收缩成功率。所谓搜索成功率是指判断到正确SYNC码并且找到的DwPTS精确位置(找到的DwPTS位置相对于原DwPTS位置偏差在±1chip内均视为精确位置)占原DwPTS位置的百分比。从图中可以看出，本发明方法可保证在信噪比在-6至6的条件下都能取得良好的搜索效果，在中、高信噪比时精确判定DwPTS位置的搜索成功率都为100％；在低信噪比时精确判定DwPTS位置的搜索成功率也都较高，在-5dB时仍可达到90％。另外，在低信噪比条件下采取一些有效的保护策略，其性能还可进一步提高。

本发明方法的实质是一种首先根据TD-SCDMA系统下行同步时隙特殊的功率特征窗结构判断瞬间信号的信噪比，然后根据判断结果选择和执行下行同步时隙的判断方法。本发明方法可保证在各种信道环境下都能取得良好性能，又使得其复杂度不会太大。另外，为了减小运算量，可采取一些有关的处理办法，如“1比特”相关运算处理法(中国专利申请号：200410025693.6，时分同步码分多址系统中的初始小区搜索方法和装置)、乘积运算代替除法运算法(中国专利申请号：200310121867.4，一种降低小区初搜运算量并提高运算精度的方法及装置)等等。

本发明判断方法还可有其他多种实施例，在不背离本发明判断方法的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可相据本发明判断方法作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明判断方法的权利要求保护范围。

Claims

1.一种下行同步时隙准确判定的方法，采用滑动相关法和特征窗法进行下行同步时隙的判断，其特征在于：根据特征窗功率比值最小值差值的绝对值对接收的信号进行分类，若特征窗功率比值最小值差值的绝对值大于预先设定的数值，则将特征窗功率比值最小值所在的位置视为下行同步时隙DwPTS的粗略位置，然后重新接收数帧数据，对每帧数据在该位置附近进行所有备选下行同步码SYNC码字的滑动相关处理，通过比较后选择具有最大相关峰值的下行同步码SYNC码作为检测输出，最大相关峰位置作为下行同步时隙DwPTS精确位置输出，若特征窗功率比值最小值差值的绝对值小于或等于预先设定的数值，则重新接收数帧数据，将每帧数据与所有备选下行同步码SYNC码分别进行滑动相关，并将相关值最大的下行同步码SYNC码作为检测输出，其位置作为下行同步时隙DwPTS精确位置输出，其中，所述特征窗功率比值最小值差值是指同一帧数据中特征窗功率比值R_i的最小值和次小值的差值，所述特征窗功率比值

R_{i} = \frac{(P_{i} + P_{i + 1}) + (P_{i + 6} + P_{i + 7})}{(P_{i + 2} + P_{i + 3} + P_{i + 4} + P_{i + 5})},

式中，i表示特征窗序号，P_i+k表示特征窗内第k个符号symbol的功率，k＝0～7，一个符号symbol包括16个码片chip。

2.根据权利要求1所述判定的方法，其特征在于：特征窗功率比值最小值差值的绝对值大于、等于或小于的预先设定的数值通常取0.05～0.5。

3.根据权利要求1所述判定的方法，其特征在于：进行滑动相关的子帧数据数量通常为1-10帧。