CN101098190A - TD-SCDMA小区初始搜索中DwPTS同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种TD-SCDMA小区初始搜索中DwPTS同步方法，包括：根据两边设有GP的SYNC_DL的功率区别特征，利用接收信号的功率形状搜索SYNC_DL的大致位置；利用终端内的一组系统SYNC_DL码按指定精度要求分别与所述大致位置中的数据做相关，根据计算出的最大相关值及其对应位置信息确定SYNC_DL及其精确位置。这种方法，充分利用SYNC_DL和GP的功率特征大大减少DwPTS同步的计算量，简化了处理流程，便于在终端上实现。

Description

TD-SCDMA小区初始搜索中DwPTS同步方法

技术领域

本发明涉及TD-SCDMA移动通信系统，具体涉及一种TD-SCDMA移动通信系统移动终端小区初始同步中的DwPTS位置同步方法。

背景技术

时分同步码分多址TD-SCDMA移动通信系统作为目前我国可能采用的3G标准中唯一的TDD双工方式标准，上下行使用同样的载频无需成对频段，容易获得频率资源，其目标是要建立一个具有高频谱效率和高经济效益的先进移动通信系统。因此，TD-SCDMA综合了FDMA、TDMA、CDMA和TDD模式下的智能天线、联合检测、动态信道分配等先进技术。

传统的用于TD-SCDMA的进行初始小区搜索的方法大都基于相关运算的方法，将接收的子帧与存储于移动终端MS的所有共32种下行同步码SYNC_DL相关，以便检测与功率测量相关联的小区。

小区初始搜索过程也被称为小区初始同步过程，一般包括PN码同步，符号同步和帧同步等。在第三代移动通信系统中，不同的系统，基于自身系统的独特特性，采取了不同的小区初始同步技术。TD-SCDMA系统小区初始搜索过程主要包括：①搜索当前小区使用的SYNC_DL码，完成下行导频时隙DwPTS同步，用户终端UE必须识别出该小区使用的32个SYNC_DL中的某一个；②确认当前小区的基本Midamble码和扰码；③根据DwPTS的相位调制序列完成控制多帧同步；④读取广播信道BCH的信息，UE读取搜索到小区的一个或多个BCH上的(全)广播信息，根据其结果，决定是否完成初始小区搜索。UE按上述顺序完成小区初搜过程，只有前一个子过程完成后才能进入下一个子过程。如果中间某一步骤失败，则需要返回第一步骤。UE开机后，启动自动增益控制AGC，根据接收到的一帧的数字信号的平均功率调整AGC因子，使接收到的数字信号落在合适的范围。此过程由测量单元和控制单元来实现。待AGC稳定后，UE进入DwPTS同步过程。UE通过检测DwPTS中的SYNC_DL码来实现DwPTS同步。

DwPTS同步主要包含2个步骤，即DwPTS位置搜索和SYNC_DL码号确认。公开号CN1512794的中国发明专利“一种TDD-CDMA系统中用于移动终端的小区搜索方法及装置”、公开号CN1494809的中国发明专利“小区搜索方法和通信终端设备”、公开号CN1596022的中国发明专利“时分同步码分多址系统中的初始小区搜索方法和装置”和公开号CN1794600的中国发明专利“用户终端进行初始小区搜索第一步的方法”介绍了关于下行导频时隙DwPTS初始探测的现有技术，它们采用的传统方法的主要流程是：为了得到接收信号与多个候选同步码之间的相关值，在连续的几个子帧里分别接收信号，并将每个子帧的接收信号对下行同步码依次作滑动相关，并将这几子帧的相关结果累加，获得每个时间片的相关结果的最大值及其所对应的下行同步码和相关位置；将几个子帧最大值中最大的值所对应的下行同步码作为小区搜索第一步所检测到的下行同步码，而通过该最大的值所对应的时间片和位置信息可得到小区搜索第一步所检测到子帧帧头位置。

采用该传统方法，DwPTS同步时UE通常需要采用相关或匹配滤波的方法确认当前小区使用的SYNC_DL码号以及位置，考虑到SYNC_DL码共有32个，实现上述方案需要32组并行相关器或匹配滤波器在一子帧或多子帧内对SYNC_DL的位置进行连续搜索，资源占用以及运算量非常大，因此现有方法消耗太多的处理器资源以及更多的功耗。

假设接收信号输入采用2倍chip采样，即对应每个码片有两个输入采样点，且每个采样点采用8比特量化，由于SYNC_DL码字长度为64chips，则对应的相关需要实部虚部各64次乘加运算。如果按照滑动步长为1chip，则滑动相关运算的范围为一个子帧，一个子帧5ms有6400chips，这样对于每个SYNC_DL码相关处理需要的乘加运算次数为

64*2*6400＝819200次。

TD-SCDMA系统一共有32个SYNC_DL码，最坏的可能为需要对32个码字都要做上述滑动相关运算。则粗同步需要

819200*32＝26214400次乘加运算。

精确同步也需要相关运算，为了达到1/8chip精度，需要8+8+1＝17次相关运算，每次相关运算需要的乘加运算次数为64*2，所以精确同步一共需要

64*2*17＝2176次乘加运算。

所以粗同步和细同步一共需要

26214400+2176＝26216576次乘加运算。

这样大的运算要在几个子帧内完成，对现有的商用软件或者硬件处理能力很难达到，即使达到也是成本高昂。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种TD-SCDMA小区初始搜索中DwPTS同步方法，能够大量降低DwPTS同步运算量，便于终端实现。

本发明的上述技术问题这样解决，提供一种TD-SCDMA小区初始搜索中DwPTS同步方法，包括以下步骤：

1.1)根据两边设有保护间隔GP的下行同步码SYNC_DL的功率区别特征，利用接收信号的功率形状搜索SYNC_DL的大致位置；

1.2)利用终端UE内的一组系统SYNC_DL码按指定精度要求分别与所述大致位置中的数据做相关，根据计算出的最大相关值及其对应位置信息确定SYNC_DL及其精确位置。

按照本发明提供的同步方法，所述大致位置可以被一定长度的窗口选中，所述步骤1.1)中搜索包括移动所述窗口在所述接收信号中每子帧长各截中分别选择所述窗口中间指定64chips功率除其两边功率和比值在各自截中最大的作为所述大致位置可选集合。

按照本发明提供的同步方法，所述中间指定可以是正中或偏右，所述一定长度是108～128chips，比如所述窗口长110chips，所述中间指定的位置在24～87chips，最好加长，如：所述窗口长128chips，所述中间指定的位置在33～96chips，这样选取准确性较高。

按照本发明提供的同步方法，所述中间指定可以是偏左，所述一定长度是108～192chips，比如所述窗口长192chips，所述中间指定的位置在33～96chips。

按照本发明提供的同步方法，所述步骤1.1)中搜索还包括从所述大致位置可选集合中选取最大多数相同位置作为所述大致位置，比如从所述大致位置可选集合中选取满足连续5子帧中，中间指定64chips功率除其两边功率和比值在各自截中最大的在同一位置出现次数大于3的作为所述大致位置。

按照本发明提供的同步方法，所述接收信号是一子帧以上，所述各截的初始截和结尾截长于一子帧。

按照本发明提供的同步方法，所述各段总数是3～7段。

按照本发明提供的同步方法，所述接收信号在每一载中分段接收，即每次接收仅Nchips不足5ms，所述搜索利用上段和本段接收信号完成对本段接收信号的搜索。

按照本发明提供的同步方法，所述一组系统SYNC_DL码是所有共32种可能SYNC_DL。

按照本发明提供的同步方法，所述指定精度是1/8chip精度。

本发明提供的一种TD-SCDMA小区初始搜索中DwPTS同步方法，根据SYNC_DL和GP的功率特征初步搜索SYNC_DL大致位置，大大减少DwPTS同步的计算量，简化了处理流程，便于在终端上实现。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1是TD-SCDMA系统的物理信道格式示意图。

图2是TD-SCDMA系统的子帧结构示意图。

图3是本发明计算“特征窗”功率比示意图。

图4是本发明DwPTS大致位置确定流程图示意图。

具体实施方式

首先，说明本发明思想和具体数学方法：(一)考虑到在TD-SCDMA的帧结构中，如图1和图2所示，在TD-SCDMA导频子帧内，下行导频时隙DwPTS内SYNC_DL的左边有32码片chips的保护间隔Gguard Period，简称GP，SYNC_DL的右边上行导频时隙UpPTS内与DwPTS交界处有96码片的GP，SYNC_DL本身长度为64码片，在该上行导频时隙UpPTS内，由于接收到的GP的功率很小，而SYNC_DL码段数据以全功率发射，故从功率谱和接收功率的时间分布上看，存在以下功率区别特征：①与GP相比SYNC_DL段的功率较大，SYNC_DL段功率相对于两边GP形成峰值；②UpPTS内的信号是其他UE发送的一般功率差不多的上行信号，即：上行同步导频信号SUNC_UL和GP，SUNC_UL功率虽高于两边GP信号，但其长度为128 CHIPS，因而在UpPTS内任何64码片功率相对于两边指定长的码片无法形成峰值。

(二)利用上述功率区别特征，使用简单数学模型：当用64码片功率除以其两边(可以是20～32码片)功率之和得到的值在整个导频子帧内最大时，就可以判断出该导频子帧内SYNC_DL的大致位置，即64码片加上所述两边码片范围之内。

(三)这样可以利用接收信号的功率形状建立功率“特征窗”的方法来搜索DwPTS的大致位置，搜索到大致位置后，再将接收到的SYNC_DL码和系统的SYNC_DL作相关运算，从而确定本小区使用的SYNC_DL码的ID，即32种SYNC_DL码选取哪一种，以及SYNC_DL的精确位置(1/8精度)，这样就避免了在确定SYNC_DL大致位置的时候就进行相关运算，极大减少了初始的大量相关运算，利于小区搜索的实现。

第二步，说明上述简单数学模型的缺陷和本发明的弥补：当其它UE发出上行强干扰信号，造成用含该上行强干扰信号的64码片功率除以其两边(可以是20～32码片)功率之和得到的值在整个导频子帧内最大，从而使上述简单数学模型失效，本发明提出以下纠正措施：

为了排除大信号干扰情况，要进行可靠性检测：SYNC_DL两边的32个chips功率分别与SYNC_DL功率相比，当满足一定关系(连续五帧中，最小Ri所处位置在同一位置出现次数大于3)后才认可上述最小的Ri。所以主要任务是计算并找出每帧的功率“特征窗”最小值，一共连续计算五帧。

第三步，以一个功率“特征窗”具体实施例，详细描述其对应算法遍历整个5ms帧接收数据进行计算和选取的过程：

(一)总体说明：每次接收Nchips数据，建立功率“特征窗”：“特征窗”长度为128chips(左侧32个chip的GP+64个chip的SYNC_DL+右侧32个chip)，总长度为128chips。“特征窗”在整个接收(一般取略大于5ms时间)范围内移动，移动步长选取1chip(逐chip，也可以逐2chips，如何选取取决于运算量和系统要求)，得到(N-128+1)个“特征窗”。对每一个“特征窗”，计算其两边各32个chip对中间64个chip的能量比

R_i＝(P_{left 2 symbol}+P_{right 2 symbol})/P_{middle 4 symbol}(1)

在(N-128+1)个Ri中找寻最小值，其对应的“特征窗”位置即为DwPTS的位置。

为了排除大信号干扰情况，要进行可靠性检测：SYNC_DL两边的32个chips功率分别与SYNC_DL功率相比，当满足一定关系，即：连续五帧中，最小Ri所处位置在同一位置出现次数大于3)后才认可上述最小的Ri。

所以，该模块的主要任务是计算并找出每帧的功率“特征窗”最小值，一共连续计算五帧。

根据前面的算法描述，可以连续接收数据，找出一帧中最小的Ri的位置，实际实现时我们不可能接收完一帧的数据才进行处理。所以需要考虑的要点有：

①每次接收的数据长度为N chips，所以每接收N chips的数据就要计算特征窗功率比，并记录计算出来的比值，该N chips数据计算完后等待下一个N chips的数据；DSP应当保证在下一N chips数据接收之前，处理完本次N chips数据。

②在接收到第一个N chips的数据时，由于前面有段无效数据，为了方便处理，对这N个chips的数据不进行分析，与此对应的要在5帧后再多接收一块数据。

③功率“特征窗”在一帧范围内滑动，为降低运算量，本次功率比计算结果应当在后面的计算中得到利用，因此对于两个连续的N chips数据，需要将前后两个块连贯起来。

④UE开机时只有帧长5ms信息，帧的起始位置未知，所以只能利用特征窗连续接收多帧，搜索判断DwPTS的大致位置。实现时接收了M帧数据，并对其再次作比较。帧与帧之间亦存在衔接问题。

(二)特征窗计算说明：

如图3所示，其为一个特征窗chip功率序列，其中：

-------表示用于寻址特征窗的指针；

-------表示特征窗中左边32chips的第一个chip的功率(如图其它含义类推)；

-------表示在计算下一个特征窗中左边32chips的第一个chip的功率；

-------表示特征窗中最左边32chips的功率和(如图其它含义类推)；

-------表示特征窗中最右边32chips的功率和(如图其它含义类推)；

如用表示第i个特征窗功率比，表示第i+1个特征窗功率比。则有：

R_i＝(P_2l+P_2r)/P_4m；R_i+1＝(P_2l′+P_2r′)/P_4m′；(2)

其中：

P′_4m＝P_4m+(X₃-X₂)；(3)

P_2l′+P_2r′＝(P_2l+P_2r)+(X₄-X₁)-(X₃-X₂)；(4)

N、M值均由系统处理能力确定，一般取N＝28*16，M＝5.

根据上面的结果，我们已经知道DwPTS的大致位置，现在我们接收128根据第一步完成后的结果，我们已经知道DwPTS的大致位置，现在我们接收128chips的数据，即96chips的DwPTS段数据和紧接其后的32chips的GP数据，在误差为+/-1chip的情况下，这128chips的数据肯定包括64chips的SYNC_DL段数据；于是我们利用需要搜索的SYNC_DL码数据和接收的数据做相关，可以根据计算出的最大的相关值和位置信息确定SYNC_DL的精确位置和SYNC_DLID。系统共有32组SYNC_DL码，最坏的情况是全部32组SYNC_DL码都要做相关。为了排除随机和干扰情况，需要多帧的数据，在本设计中接收5帧数据。每帧对于每个SYNC_DL码可得到一个最大相关值及对应的位置最终找出SYNC_DL码的确切位置。

(三)考虑到其它UE发送的上行强干扰信号，要进行可靠性检测：SYNC_DL两边的32个chips功率分别与SYNC_DL功率相比，当连续五帧中，最小Ri所处位置在同一位置出现次数大于3后才认可上述最小的Ri，此种情况表示DwPTS的大致位置已经找到，否则返回重新搜索。

(四)UE中实际大致位置搜索流程，如图4所示，包括以下步骤：

400)开始；

401)UE开始接收数据，进入循环；

402)一次接收N chips数据；

403)对接收的数据进行滤波器处理；

404)每次接收到的N chips功率的计算；

405)第一个“特征窗”功率值的计算；

406)对“特征窗”比值的计算；

407)寻找最小比值及其对应的位置；

408)判断是否小于M帧？是，返回步骤402)；否则进入步骤409)；

409)判断M个最小比值及其位置；

410)判断是否满足DwPTS粗同步判决规则；是进入步骤411)，否则返回步骤401)；

411)初步搜索结束，进入细同步

第四步，简单描述DwPTS精确位置搜索以及SYNC_DL码号确定(细同步)：

在用特征窗法成功地确定了DwPTS的大致位置后，还需要确定SYNC_DL码号及其精确位置。由于SYNC_DL具有比较好的自相关性和互相关性，可以利用这一性质采用相关法来确定SYNC_DL的码号及其精确位置。采用这种方法可以使下行同步的精度达到1/8码片级。具体的实现方法如下：

a)根据上步结果，从DwPTS大致位置开始取64chips数据r2，其中第k个元素表示为r2k，k＝0，...，63，对接收信号进行8倍插值，再计算接收信号与32个SYNC_DL码的复相关功率。

b)为了提高SYNC_DL的正确检测概率(减少SYNC_DL的误判概率)，根据多次判决结果来确认当前小区所采用的SYNC_DL码。如果5次检测中有3次或3次以上判断为同一个SYNC_DL码，则确认该SYNC_DL码为当前小区所使用的SYNC_DL码；否则，重新进行检测。5次检测的当前小区的SYNC_DL码编号为SYNC_DL_IDi，i＝1，...，5，5次检测的当前小区SYNC_DL码对应的相关功率为Powi，k，i＝1，...，5；＝0，...，63。

c)判断SYNC_DL_IDi i＝1，...，5，中的5个SYNC_DL码编号，如果有3个或3个以上的

SYNC_DL码编号相同，则进行下一步；否则，重新开始DwPTS同步过程。

d)当判断SYNC_DL_IDi i＝1，...，5中有3个或3个以上的SYNC_DL码编号相同，则确认为当前小区的SYNC_DL码编号SYNC_DL_ID。将所有该SYNC_DL码对应的相关功率序列相加，得到一个新的相关功率序列Pow。

e)找出Pow的最大值P max及其位置编号pos，则pos对应的SYNC_DL的初始位置则为1/8精度的SYNC_DL码的接收时刻

最后，详细分析本发明实施例的具体算法，对比说明有益效果：

①对于本发明：

假设每次接收到Nchips数据，则需要计算的比值N-128+1)次；

每次比值计算需要128*2次乘加运算，共128*2*(N-128+1)次；

一个子帧有6400/N块，一个子帧需要的乘加运算为：

128*2*(N-128+1)*6400/N～＝1638400

而需要多运算N-128+1次除法运算，假设N＝28*16，则除法运算次数为321次；

在进行精确同步时，由于是在1chip精度的基础上做相关运算，对于每个SYNC_DL只需做8+8+1次相关运算，每次相关运算需要64*2＝128次乘加运算，则供需128*(8+8+1)＝2176次

对于32个SYNC_DL需要2176*32＝69632次

粗同步和细同步一共需要的乘加运算为1638400+69632＝1708032次

②与现有方法的对比效益：

现有方法大多需要26216576次乘加运算；相对于现有方法，针对一个子帧，减少的乘加运算次数为26216576-1708032＝24508544，而只需多运算321次除法运算。所以本发明极大的减少了TD-SCDMA小区搜索的DwPTS同步的运算量，简化了处理流程。

Claims (10)

1、一种TD-SCDMA小区初始搜索中DwPTS同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1)根据两边设有GP的SYNC_DL的功率区别特征，利用接收信号

的功率形状搜索SYNC_DL的大致位置；

1.2)利用终端内的一组系统SYNC_DL码按指定精度要求分别与所述

大致位置中的数据做相关，根据计算出的最大相关值及其对应位

置信息确定SYNC_DL及其精确位置。

2、根据权利要求1所述同步方法，其特征在于，所述大致位置可以被一定长度的窗口选中，所述步骤1.1)中搜索包括移动所述窗口在所述接收信号中每子帧长各截中分别选择所述窗口中间指定64chips功率除其两边功率和比值在各自截中最大的作为所述大致位置可选集合。

3、根据权利要求2所述同步方法，其特征在于，所述中间指定可以是正中或偏右，所述一定长度是108～128chips。

4、根据权利要求2所述同步方法，其特征在于，所述中间指定可以是偏左，所述一定长度是108～160chips。

5、根据权利要求2所述同步方法，其特征在于，所述步骤1.1)中搜索还包括从所述大致位置可选集合中选取最大多数相同位置作为所述大致位置。

6、根据权利要求2所述同步方法，其特征在于，所述接收信号是一子帧以上，所述各截的初始截和结尾截长于一子帧。

7、根据权利要求2所述同步方法，其特征在于，所述各段总数是3～7。

8、根据权利要求1或2所述同步方法，其特征在于，所述接收信号在每一载中分段接收，所述搜索利用上段和本段接收信号完成对本段接收信号的搜索。

9、根据权利要求1所述同步方法，其特征在于，所述一组系统SYNC_DL码是所有共32种可能SYNC_DL。

10、根据权利要求1所述同步方法，其特征在于，所述指定精度可以是1/8chip精度。

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