CN101060671A - 一种下行同步导频时隙的搜索方法 - Google Patents

Abstract

为解决现有技术特征窗法在低信噪比时DwPTS粗略位置的判断容易出现错误的现象，本发明提出一种下行导频时隙的搜索方法。本发明搜索方法在帧同步之前对接收信号的信噪比进行估计，并根据接收信号的信噪比确定后续的搜索方法，当信噪比较高时，可直接采用特征窗法进行搜索，当信噪比较低时，可采用多帧数据叠加消除噪声影响后，再采用特征窗法进行搜索。

Description

一种下行同步导频时隙的搜索方法

发明领域

本发明涉及到一种移动通信系统中小区初始搜索(简称为小区初搜或ICS)过程下行同步导频时隙的搜索方法，特别涉及到一种应用于时分同步码分多址移动通信系统(简称TD-SCDMA系统)中移动终端进行小区初始搜索时对下行同步导频时隙的搜索方法。

背景技术

小区初始搜索是指移动终端(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(通常称为登录或注册)，以便使用网络提供的服务的过程。ICS的目的是让UE与基站同步，并且确定无线帧的起始位置，确定下行同步码(简称为Sync_DL)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，最终注册到小区。

3GPP规范25.224(R4)中定义了小区初搜索4个步骤：

1)下行同步导频时隙(简称为DwPTS)搜索：通过将总共32个Sync_DL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_DL码；

2)扰码和midamble码字序列检测：根据DwPTS粗略位置信息接收midmable码，并与4个midamble码作相关后找到采用了哪个midamlbe码字序列，找到midamble也就找到了扰码序列；

3)控制复帧同步：通过对Sync_DL码进行正交相移键控(简称为QPSK)调制、并根据连续四帧内Sync_DL码字上的调制相位图案来确定控制复帧的开始，用户终端通过对接收Sync_DL码字信号上调制相位图案的检测来确定控制复帧同步；

4)读取广播信道(简称为BCCH)信息：获得控制复帧同步后，就可以知道哪些帧有上BCCH系统广播消息存在，对这些帧的主公共控制物理信道(简称为P-CCPCH)上的接收数据进行解调和解码，然后进行循环冗余校验，如果检验通过，则该块BCCH信息被认为有效并被传递给高层，小区初搜过程结束。

本发明方法主要涉及ICS第1步骤，也即DwPTS的搜索。

在TD-SCDMA系统中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DwPTS位置的方法主要包括以下2种：

1)滑动相关法：该方法充分利用SYNC_DL码的相关特征，首先将所有候选SYNC_DL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_DL码字及其位置作为SYNC_DL码位置，并以此确定DwPTS位置。该方法性能达到最优，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：该方法将ICS下行同步分成帧同步(又称为粗同步)和码片(简称为chip)级同步(又称为精同步)两个子步骤进行。由于SYNC_DL码段的数据以全功率发送，而左边有3个符号(简称为Symbol)和右边有6个Symbol的GP段为零功率发送，所以从功率上看，与左右两边的GP相比Sync_DL码段是“峰”值。计算左、右两面GP码段中码片的功率值之和与Sync_DL码段中码片的功率值之和的比值，则该比值将趋于零。现有技术根据此结构特点，建立一个滑动特征窗，特征窗的结构是左、右各2个Symbol的GP段，中间4个Symbol的数据段。在UE进行小区初搜时，先从任意时间开始接收足够长的子帧数据，然后，在这段子帧数据上滑动上述特征窗，同时计算特征窗左、右两边数据段码片的功率值之和与中间数据段码片的功率值之和的比值(简称为特征窗功率比值)，当特征窗功率比值最小时，即确定该位置为Sync_DL码段的大致位置，由此确定DwPTS的粗略位置。然后，再在DwPTS的粗略位置附近进行相关运算，以此确定DwPTS位置。

由于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；但该方案的性能很大程序取决于其特征窗的有效性。由于仅采用了功率信息，导致这种基于DwPTS时隙功率包络特性的方法对信号强度极其敏感。工程实测和仿真实验都证明，特征窗法在中高信噪比时(一般指有用信号功率大于等于噪声功率时)能取得良好的性能，但在低信噪比时(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，也正是因为如此，才使得帧同步成为当前采用特征窗法实现快速、准确小区初始搜索的瓶颈。

发明目的

为解决现有技术特征窗法在低信噪比时DwPTS粗略位置的判断容易出现错误的现象，本发明提出一种下行导频时隙的搜索方法。本发明搜索方法在帧同步之前对接收信号的信噪比进行估计，并根据接收信号的信噪比确定后续的搜索方法，当信噪比较高时，可直接采用特征窗法进行搜索，当信噪比较低时，可采用多帧数据叠加消除噪声影响后，再采用特征窗法进行搜索。

本发明方法在进行DwPTS搜索前，对接收信号的信噪比进行判断并根据判断结果确定DwPTS的搜索方法。

本发明方法采用特征窗功率比值的次小值与最小值的比值的对数值的平均值Dri对接收信号的信噪比进行判断并根据判断结果确定DwPTS的搜索方法：

当Dri＞＝4时，采用特征窗法对DwPTS位置进行搜索；

当Dri＝2.9-4时，采用8-12帧数据叠加后，再采用特征窗法进行搜索；

当Dri＜＝2.9时，采用12-18帧数据叠加后，再采用特征窗法进行搜索。

本发明方法采用下列方法进行防拖尾处理：

特征窗功率比值R_i的计算式：

$R_i=\frac{(P_i+P_{i+1})+(P_{i+6}+P_{i+7})}{(P_{i+2}+P_{i+3}+P_{i+4}+P_{i+5})}$

式中：i表示“特征窗”序号，P_i+k表示“特征窗”内第k(k＝0～7)个symbol的功率，在计算特征窗功率比值R_i时，将特征窗功率比值计算式中P_i、P_i+1用向左移动4-16chip后的等长度数据的功率值代替，将特征窗功率比值计算式中P_i+6、P_i+7用向右移动4-16chip后的等长度数据的功率值代替。

本发明方法在计算特征窗功率比值R_i前，对每个chip功率P_c作平滑处理，平滑步长为glide，P_i是指从位置a开始的连续16个chip的平均功率，P_i+1是从位置a+glide开始的连续16个chip的平均功率，其中：glide＝2-8chip。

本发明方法采用将大于th或小于1/th的特征窗功率比值R_i值设置成较大常数C的方法排除大功率业务时隙的干扰，其中，th＝2-4，C＝6-12。

本发明方法采用下式计算特征窗功率比值次小值与最小值的比值的对数值dis_ri：

dis_ri＝10×log(次小R_i/最小R_i)

本发明方法特征窗功率比值次小值与最小值的比值的对数值的平均值Dri是指n帧数据的dis_ri的平均值，其中：n＝2-8。

附图说明

图1是TD-SCDMA系统无线子帧结构示意图；

图2是TD-SCDMA系统无线子帧时隙结构示意图；

图3是大功率干扰时隙存在的情况下特征窗功率比值R_i极小值曲线图；

图4是本发明方法实施例的流程框图。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

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_DL码段左、右两边分别有一个GP码段。其中，SYNC_DL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_DL码段的功率值与左、右两边GP码段相比是“峰”值。

图3是大功率干扰时隙存在的情况下特征窗功率比值R_i极小值曲线图。图中，横坐标表示码片位置，纵坐标表示R_i值。由图可知，由于R_i是前、后GP段chip功率之和与中部chip功率之和的比值，当中部和后部全部chip位于大干扰时隙内而前部chip还未进入大干扰时隙时，就产生了起始位置的R_i极小值；当前部和中部全部chip位于大干扰时隙内而后部chip已出大干扰时隙时，就产生了终止位置的R_i极小值。上述两个R_i极小值的出现将会影响DwPTS位置的正确判断。在大干扰时隙的起始和终止位置附近，R_i值变化剧烈，出现了可能对DwPTS位置的正确判断产生影响的极小R_i值，因此，需要将这些极小R_i值除去。

图4是本发明方法实施例的流程框图。由图可知，本发明方法的具体步骤包括：

1、从候选主频点中按功率由大到小选取一个频点，并将帧计数器fcount清零；

2、帧计数器fcoun加1，接收一帧完整的数据，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，通常为8个符号共128个chip；

3、计算该帧数据中每个chip的功率P_c，并对每个chip功率P_c作平滑处理，平滑步长为glide，P_i是指从位置a开始的连续16个chip的平均功率，P_i+1是从位置a+glide开始的连续16个chip的平均功率，其中：glide＝2-8；

4、计算特征窗功率比值R_i：

$R_i=\frac{(P_i+P_{i+1})+(P_{i+6}+P_{i+7})}{(P_{i+2}+P_{i+3}{+P}_{i+4}+P_{i+5})}$

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

同时，由于功率特征窗中左右2个symbol数据易受到来自中间4个symbol数据的拖尾干扰，为了消除此干扰，将上式中的P_i、P_i+1使用向左移动4-16chip后的等长度数据的功率值代替，P_i+6、P_i+7使用向右移动4-16chip后的等长度数据的功率值代替。

5、将大于th或小于1/th的R_i值设置成较大常数C以排除大功率业务时隙的干扰，其中，th＝2-4，C＝6-12。

6、在R_i中寻找出最小R_i和次小R_i，计算dis_ri：

dis_ri＝10×log(次小R_i/最小R_i)

7、判断fcount＞＝n？是则执行下一步骤，否则重新顺序执行步骤2-6，其中：n＝2-8；

8、将得到的n帧数据的dis_ri取平均值后即得到Dri值；

9、根据Dri值确定后续搜索方法，具体为：

当Dri＞＝4时，大致表征接收信号的信噪比SNR＞＝3dB，判断为强信号，可直接采用特征窗法对DwPTS位置进行搜索；

当Dri＝2.9-4时，大致表征接收信号的信噪比SNR＜3dB，判断为中等信号，采用8-12帧数据叠加后，再采用特征窗法进行搜索；

当Dri＜＝2.9时，大致表征接收信号的信噪比SNR＜＝-4dB，判断为弱信号，采用12-18帧数据叠加后，再采用特征窗法进行搜索。

本领域的普通技术人员显然清楚并且理解，本发明方法所举的以上实施例仅用于说明本发明方法，而并不用于限制本发明方法。虽然通过实施例有效描述了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明存在许多变化而不脱离本发明的精神。在不背离本发明方法的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明方法做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方法的权利要求保护范围。

Claims (7)

1、一种下行导频时隙的搜索方法，其特征在于：在进行DwPTS搜索前，对接收信号的信噪比进行判断并根据判断结果确定DwPTS的搜索方法。

2、根据权利要求1所述搜索方法，其特征在于：采用特征窗功率比值的次小值与最小值的比值的对数值的平均值Dri对接收信号的信噪比进行判断并根据判断结果确定DwPTS的搜索方法：

当Dri＞＝4时，采用特征窗法对DwPTS位置进行搜索；

当Dri＝2.9-4时，采用8-12帧数据叠加后，再采用特征窗法进行搜索；

当Dri＜＝2.9时，采用12-18帧数据叠加后，再采用特征窗法进行搜索。

3、根据权利要求1所述搜索方法，其特征在于：采用下列方法进行防拖尾处理：

特征窗功率比值R_i的计算式：

$R_i=\frac{(P_i+P_{i+1})+(P_{i+6}+P_{i+7})}{(P_{i+2}+P_{i+3}+P_{i+4}+P_{i+5})}$

式中：i表示“特征窗”序号，P_i+k表示“特征窗”内第k(k＝0～7)个symbol的功率，在计算特征窗功率比值R_i时，将特征窗功率比值计算式中P_i、P_i+1用向左移动4-16chip后的等长度数据的功率值代替，将特征窗功率比值计算式中P_i+6、P_i+7用向右移动4-16chip后的等长度数据的功率值代替。

4、根据权利要求1所述搜索方法，其特征在于：在计算特征窗功率比值R_i前，对每个chip功率P_c作平滑处理，平滑步长为glide，P_i是指从位置a开始的连续16个chip的平均功率，P_i+1是从位置a+glide开始的连续16个chip的平均功率，其中：glide＝2-8。

5、根据权利要求1所述搜索方法，其特征在于：采用将大于th或小于1/th的特征窗功率比值R_i值设置成较大常数C的方法排除大功率业务时隙的干扰，其中，th＝2-4，C＝6-12。

6、根据权利要求1所述搜索方法，其特征在于：采用下式计算特征窗功率比值次小值与最小值的比值的对数值dis_ri：

dis_ri＝10×log(次小R_i/最小R_i)。

7、根据权利要求1所述搜索方法，其特征在于：特征窗功率比值次小值与最小值的比值的对数值的平均值Dri是指n帧数据的dis_ri的平均值，其中：n＝2-8。

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