CN101110606A - 基站搜寻方法与装置、快速傅氏变换值检测器与检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种FFT值检测方法与基站的搜寻方法，特别是一种根据本发明的新的FFT值检测方法的基站的搜寻方法。该基站的搜寻方法利用了两个帧来检测实际的基站站码。该基站的搜寻方法会先利用第一个帧来判断接收信号的FFT值。当接收信号的FFT值被正确的判断出来后，该基站的搜寻方法再利用第二个帧来检测输出该接收信号的基站的基站站码。

Description

基站搜寻方法与装置、快速傅氏变换值检测器与检测方法
技术领域
本发明为一种FFT值检测方法与基站的搜寻方法，特别是一种根据本发明的新的FFT值检测方法的基站的搜寻方法。
背景技术
在通信系统(cellular communication)中，当一个用户站(subscriberstation，简称SS)被启动时，用户站可能会从不同的基站(base station，简称BS)接收下链传送(downlink-transmitted)的信号，而且可能必须利用不同的基站站码(base station ID或cell ID)来区分这些不同的信号。举例来说，正交频分多路-码分多路访问(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing-Code Division Multiple Access，以下简称OFDM-CDMA)的通信系统中，来自不同基站的下链传送信号借助于扰码(scrambling code)，亦即基站站码，来被区分，也因此可以使得临近的基站可以重复使用相同的频率与展频码(spreading code)。当一个用户站被启动时，在进行任何通讯之前，用户站必须锁定到一个基站，亦即是对下链传送的扰码进行同步，而这个步骤可以视为基站的搜寻方法的一个初始化的步骤。在用户站处在使用模式或空闲(idle)模式时，用户站仍然会执行基站搜寻，用以确定用户站在移动时用户站会从旧的基站连到新的基站，用户站可以知道下一个越区切换(handoff)的基站的基站站码。上述的流程就是目前所熟知的基站的搜寻方法。而基站搜寻方法的效能好坏则会影响到用户站开机时的延迟、联机的品质以及用户站的功率消耗。因此，基站的搜寻方法是非常重要的一环。
图1为以同步信道信号为基础的基站的搜寻方法所使用的帧的结构示意图。在图1中，每一个帧(frame)包括了M个OFDM符号(symbol)。每一个OFDM符号包括了NFFT个取样点的数据，与NGI个取样点的循环码(cyclic prefix，简称CP，或称作保护区间，guard interval，简称GI)，其中循环码用以避免载波间干扰(inter-carrier interference)与交互符号干扰(inter-symbol interference)。从上述说明来看，一个OFDM符号的长度，NOFDM，就是数据的长度与循环码的长度的和。如图1所示的信号中包括了共享导引通道(common pilot channel，以下简称CPICH)信号、同步信道(synchronization channel，以下简称SCH)信号以及交通频道(trafficchannel，以下简称TCH)信号。CPICH信号包含了有关扰码的信息，SCH信号则提供了群组码(group code)与帧的时序，而TCH信号则用来传送TCH数据。
在用户站的接收器中，接收到的信号被如图2所示的基站的搜寻方法所处理。图2的方法包括了符号同步、帧同步与群组辨识(groupidentification)以及扰码辨识。符号同步是用来检测OFDM符号的时序，亦即检测OFDM符号的边界。帧同步与群组辨识则用来检测帧时序(亦即帧边界)与群组码。扰码辨识则是用来检测扰码。在符号同步步骤中，OFDM符号的时序是根据循环码的信号关联值所求得的。在帧同步与群组辨识步骤中，在自接收到的信号中移除保护区间后，被用以进行N_FFT点的离散傅立叶变换(discrete Fourier transform，以下简称DFT)，或是快速傅立叶变换(fast Fourier transform，以下简称FFT)，接着利用变换到频域的SCH信号便可同时得到帧时序与群组码。在扰码辨识的步骤中，从已检测到使用CPICH信号的群组中检测扰码，而图2的验证(verification)步骤则是避免错误的检测，也可以因此减少用户站不必要的活动。
图3为一基站站码的搜寻方法的方块示意图。在本方法中，以WiMAX系统为例说明。在WiMAX系统中，频宽是可调整的，不同的频宽会对应到不同的FFT值。而WiMAX系统提供了四种不同的FFT值，分别是128个取样点、512个取样点、1024个取样点以及2048个取样点。在图3中，接收到的信号被传送到四个快速傅立叶变换单元(FFT unit)31到34进行不同FFT值的傅立叶变换，接着分别被传送到对应的基站搜寻单元35到38。基站搜寻单元35到38会接收对应的快速傅立叶变换单元的输出信号并进行处理，接着在通过一最大值检测器39根据基站站码搜寻单元35到38的处理结果去判断正确的基站站码。
根据图3所示的基站的搜寻方法的框架，消耗了过多的硬件资源与软件资源，而且这样的框架过于复杂，以致无法快速的检测到正确的基站站码。
发明内容
本发明提供一种基站的搜寻方法，适用于移动电话系统，包括：检测接收信号的FFT值；以及根据检测到的FFT值，检测输出该接收信号的基站的基站站码。
本发明还提供一种基站的搜寻装置，适用于接收信号，包括FFT检测器、FFT处理单元以及基站站码搜寻单元。该FFT检测器，用来检测该接收信号的FFT值。该FFT处理单元，用来将该接收信号变换到频域。该基站站码搜寻单元，接收变换到频域的接收信号，并检测该接收信号的基站站码。
本发明还提供一种FFT检测器，适用于接收信号，其中该接收信号的FFT值可能为第一FFT值或第二FFT值，当该接收信号的FFT值为该第一FFT值时，第一保护区间被应用在该接收信号，且当该接收信号的FFT值为该第二FFT值时，第二保护区间被应用在该接收信号，该检测器包括保护区间能量计算器、能量比较器以及处理单元。该保护区间能量计算器，计算该接收信号位于该第一保护区间的位置的第一能量值，以及该接收信号位于该第二保护区间的位置的第二能量值。该能量比较器，接收该第一能量值与该第二能量值，并输出该第一能量值与该第二能量值的第一差值。该处理单元，根据该第一差值判断该接收信号的FFT值为该第一FFT值或该第二FFT值。
本发明还提供一种FFT检测方法，适用于接收信号，其中该接收信号的FFT值可能为第一FFT值或第二FFT值，当该接收信号的FFT值为该第一FFT值时，第一保护区间被应用在该接收信号，且当该接收信号的FFT值为该第二FFT值时，第二保护区间被应用在该接收信号，该检测方法包括：计算该接收信号位于该第一保护区间的位置的第一能量值，以及该接收信号位于该第二保护区间的位置的第二能量值；接收该第一能量值与该第二能量值，并输出该第一能量值与该第二能量值的第一差值；以及计算该第一差值的第一绝对值，其中若该第一绝对值没有超过第一预定值，则该接收信号的FFT值为该第一FFT值，以及若该第一绝对值超过第一预定值，则该接收信号的FFT值为该第二FFT值。
本发明还提供一种FFT检测方法，适用于接收信号，其中该接收信号可能具有至少三种以上的不同的FFT值，且每一FFT值对应一不同保护区间，该方法包括：计算该接收信号位于该可能的保护区间的多个能量值；根据该等能量值的任两个能量值，计算出多个能量差值；决定多个临界值以及借助于比较该等能量值与该临界值的大小来判断该接收信号实际的FFT值。
附图说明
图1为以同步信道信号为基础的基站的搜寻方法所使用的帧的结构示意图。
图2为一公知的基站搜寻方法的流程图。
图3为一基站站码的搜寻方法的方块示意图。
图4为根据本发明的一具有FFT检测的基站站码搜寻方法的一实施例的方块示意图。
图5为根据本发明之一基站站码搜寻方法的一实施例的流程图。
图6为一FFT值检测方法所使用的一能量频谱图。
图7为一具有128点FFT值的接收信号的频谱图。
图8为一具有512点FFT值的接收信号的频谱图。
图9为根据本发明之一FFT值检测器的一实施例的示意图。
主要附图标记说明如下：
31、32、33、34、42  快速傅立叶变换单元
35、36、37、38、43  基站站码搜寻单元
41                  FFT大小检测器
42                  快速傅立叶变换单元
43                  基站搜寻单元
44、39              最大值检测器
91                  保护区间能量计算器
92                  能量比较器
93                  绝对值计算单元
94                  处理单元
具体实施方式
图4为根据本发明的一具有FFT检测的基站站码搜寻方法的一实施例的方块示意图。FFT大小检测器41用以检测接收信号的FFT值，并将检测到的FFT值传送到对应的快速傅立叶变换单元(FFT unit)42。在另一实施例中，FFT大小检测器41接收到接收信号的第一个帧并用以检测出正确的FFT值，接着将正确的FFT值传送到快速傅立叶变换单元42。在一实施例中，快速傅立叶变换单元42可用多个不同的FFT值对输入信号进行快速傅立叶变换。而当快速傅立叶变换单元42接收到正确的FFT值，便可以选择对应的快速傅立叶变换值处理该接收信号即可，如此便可以减少对硬件资源的消耗。接着将快速傅立叶变换单元42的处理结果传送到基站站码搜寻单元43，用以检测基站站码。最大值检测器44可以接收连续n个帧所计算出来的值，并由其中的最大值来检测正确的基站站码。
图5为根据本发明之一基站站码搜寻方法的一实施例的流程图。在步骤S51中，用户站接收并检测接收到的分组的格式。在步骤S52中，用户站会判断接收到的分组是否是所要的信号。如果是，接收到的分组就被由时域(time domain)变换到频域(frequency domain)，换言之就是将接收信号通过傅立叶变换单元变换为一频谱。接着在步骤S53中，一个基站站码辨识流程被应用到接收到的信号上，用来去辨识基站站码，并在步骤S54中，用户站会验证步骤S53所得到的基站站码否正确。如果验证的结果正确，那基站站码搜寻方法的流程就结束，如果不正确，则回到步骤S51，重复步骤S51到步骤S54。
WiMAX系统提供了四种不同的通道频宽，每一种通道频宽对应于不同的FFT值。举例来说，128个取样点的FFT值是供1.25MHz频宽所使用，512个取样点的FFT值是供5MHz频宽所使用，1024个取样点的FFT值是供10MHz频宽所使用以及2048个取样点的FFT值是供20MHz频宽所使用。当一个用户站第一次进入WiMAX系统的网络时，用户站会先执行一基站站码搜寻程序，用以找寻并锁定可支持的通道频宽与对应的FFT值。
在图4中，FFT大小检测器41包括具有最大的FFT值的一FFT处理单元，用以将接收到的信号由时域变换到频域。举例来说，如果WiMAX信号的FFT值可能是128个取样点、512个取样点、1024个取样点或是2048个取样点，那FFT大小检测器41中的FFT处理单元的FFT值就是2048个取样点。亦即接收到的信号被进行2048个取样点的快速傅立叶变换。
在本发明中，FFT大小检测器41利用在一频域能量比较器来检测FFT值。在接下来的说明中，FFT值的检测仅以128个取样点、512个取样点以及1024个取样点这三种FFT值做说明，但并非用以限制本发明。图6为一FFT值检测方法所使用的一能量频谱图。图6的频谱图系将接收到的信号，以所有可能的FFT值中的最大值，来做快速傅立叶变换所得到的。因为图6所示的能量频谱图具有对称于原点的特性，因此在本实施例，仅讨论虚框61的部分。在图6中，GB1是对应128个取样点的FFT值所使用的保护区间的位置，GB2是对应512个取样点的FFT值所使用的保护区间的位置，而GB3是对应1024个取样点的FFT值所使用的保护区间的位置。从图6可以发现到，在GB1、GB2以及GB3位置的能量都几乎等于零，因此便可以利用这个特征，利用频谱图中在保护区间GB1、GB2以及GB3位置的能量的差值，便可以判断是接收到的信号的FFT值。
图7为一具有128点FFT值的接收信号的频谱图。理想状况下，在128点FFT值的接收信号的频谱图中，位于GB1、GB2以及GB3这些位置的能量值应该都为零，但是实际上只是非常接近零而已。虽然如此，但是任两个位置的能量值会更小，更接近零，因此可以利用下列的判断式来判断接收信号的FFT值是否为128点的FFT值：
第一判断式：(|EGB3-EGB2|＜A1)且(|EGB2-EGB1|＜A2)且(|EGB1-EGB3|＜A3)
其中EGB1为GB1位置的能量值，EGB2为GB2位置的能量值，EGB3为GB3位置的能量值，而A1、A2以及A3为预设的临界值。换言之，可以将临界值A1、A2以及A3设的很小，若在GB1、GB2以及GB3这些位置的能量值几乎为零，其任两者的差值便不会大于预设的临界值，也可以得知此接收信号的FFT值为128点的FFT值。
当被由一FFT值检测器(如图4中的FFT值检测器41)中的一FFT处理单元产生的一频谱图符合第一判断式的话，便可得知所接收到信号的FFT值为128点的FFT值。
图8为一具有512点FFT值的接收信号的频谱图。理想状况下，在512点FFT值的接收信号的频谱图中，位于GB2以及GB3这些位置的能量值为零，而在GB1位置的能量值则非常大。因此，在GB1位置的能量值与位于GB2或GB3位置的能量值的差值会超过临界值，而GB2与GB3这两位置的能量值的差值则仍会小于临界值。
第二判断式：(|EGB3-EGB2|＜A1)且(|EGB2-EGB1|＞A2)且(|EGB1-EGB3|＞A3)
其中EGB1为GB1位置的能量值，EGB2为GB2位置的能量值，EGB3为GB3位置的能量值，而A1、A2以及A3为预设的临界值。
当被由一FFT值检测器(如图4中的FFT值检测器41)中的一FFT处理单元产生的一频谱图符合第二判断式的话，便可得知所接收到信号的FFT值为512点的FFT值。
若接收信号借助于一FFT值检测器中的一FFT处理单元产生的一频谱图并不符合第一判断式或第二判断式的话，则可以知道所接收到信号的FFT值为1024点的FFT值。
虽然上述的例子是以保护区间的位置为例说明，但本领域的技术人员应该可选择其它位置，使其位置的能量值能符合特定的判断方式，如第一判断式与第二判断式，便可用来做为FFT值的判断。此外，如果接收到的信号具有N个可能的FFT值，则必需有N个不同位置才能完成FFT值的判断。
图9为根据本发明的一FFT值检测器的一实施例的示意图。FFT值检测器被用来判断接收信号的实际FFT值，其中，在本实施例中，接收信号的FFT值可能为第一FFT值或第二FFT值。当该接收信号的FFT值为该第一FFT值时，一第一保护区间被应用在该接收信号，且当该接收信号的FFT值为该第二FFT值时，一第二保护区间被应用在该接收信号。一保护区间能量计算器91，接收并计算该接收信号位于该第一保护区间的位置的一第一能量值，以及该接收信号位于该第二保护区间的位置的一第二能量值。一能量比较器92，接收该第一能量值与该第二能量值，并输出该第一能量值与该第二能量值的一第一差值。因为该第一差值可能为正值或负值，而若第一差值为负值的话，可能会造成判断上的错误，因此第一差值被传送到一绝对值计算单元93用以输出一第一绝对值。处理单元94，会根据该第一绝对值判断该接收信号的FFT值为该第一FFT值或该第二FFT值。在一实施例中，若该第一绝对值没有超过一第一预定值，则该接收信号的FFT值为该第一FFT值，且若该第一绝对值超过该第一预定值，则该接收信号的FFT值为该第二FFT值。
在另一实施例中，接收到的信号可能具有三个或更多个不同的FFT值，本领域的技术人员应该可从图6到图9的实施例中得知如何判断具有三个以上不同FFT值可能性的接收信号的FFT值的检测与判断方法。
虽然本发明已以具体实施例揭露如上，但是其仅为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限定于该实施例，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作一些的更动与润饰，因此本发明的保护范围应该视后附的权利要求所界定的为准。

Claims (23)

1.一种基站的搜寻方法，适用于移动通讯系统，包括：
检测接收信号的FFT值；以及
根据检测到的FFT值，检测输出该接收信号的基站的基站站码。
2.如权利要求1所述的基站的搜寻方法，其中，该接收信号可能具有N种不同的FFT值。
3.如权利要求2所述的基站的搜寻方法，其中，检测该接收信号的FFT值时，先根据该N种不同的FFT值中的最大值将该接收信号变换至频域。
4.如权利要求2所述的基站的搜寻方法，其中，检测该接收信号的FFT值是根据该接收信号在频域的多个位置对应的多个能量值进行的。
5.如权利要求2所述的基站的搜寻方法，其中，该接收信号的FFT值是根据该接收信号位于多个可能的保护区间的位置的能量值来决定的，其中该等可能的保护区间的位置是根据FFT值所决定的。
6.如权利要求2所述的基站的搜寻方法，其中，该接收信号的FFT值是根据接收信号在多个位置的能量值的能量差所决定的。
7.如权利要求2所述的基站的搜寻方法，其中，该接收信号的FFT值是根据该接收信号位于多个可能的保护区间的位置的能量值之间的多个能量差来决定的，其中该等可能的保护区间的位置是根据FFT值所决定的。
8.如权利要求2所述的基站的搜寻方法，其中，该接收信号的FFT值是根据该接收信号位于多个可能的保护区间的位置的多个能量值中任意两个可能的保护区间的位置的能量值的能量差来决定的，其中该等可能的保护区间的位置是根据FFT值所决定的。
9.一种基站的搜寻装置，适用于接收信号，包括：
FFT检测器，用以检测该接收信号的FFT值；
FFT处理单元，用以将该接收信号变换到频域；以及
基站站码搜寻单元，接收变换到频域的接收信号，并检测该接收信号的基站站码。
10.如权利要求9所述的基站的搜寻装置，还包括最大值检测器，接收来自基站站码搜寻单元的多个处理结果，并决定最大值，而该接收信号的基站站码是根据该最大值所决定的。
11.如权利要求9所述的基站的搜寻装置，其中，该接收信号可能具有N种不同的FFT值。
12.如权利要求11所述的基站的搜寻装置，其中，检测该接收信号的FFT值时，先根据该N种不同的FFT值中的最大值将该接收信号变换至频域。
13.如权利要求11所述的基站的搜寻装置，其中，检测该接收信号的FFT值是根据该接收信号在频域的多个位置对应的多个能量值进行的。
14.如权利要求11所述的基站的搜寻装置，其中，该接收信号的FFT值是根据该接收信号位于多个可能的保护区间的位置的能量值来决定的，其中该等可能的保护区间的位置系根据FFT值所决定的。
15.如权利要求11所述的基站的搜寻装置，其中，该接收信号的FFT值是根据接收信号在多个位置的能量值的能量差所决定的。
16.如权利要求11所述的基站的搜寻装置，其中，该接收信号的FFT值是根据该接收信号位于多个可能的保护区间的位置的能量值之间的多个能量差来决定的，其中该等可能的保护区间的位置是根据FFT值所决定的。
17.如权利要求11所述的基站的搜寻装置，其中，该接收信号的FFT值是根据该接收信号位于多个可能的保护区间的位置的多个能量值中任意两个可能的保护区间的位置的能量值的能量差来决定的，其中该等可能的保护区间的位置是根据FFT值所决定的。
18.一种FFT值检测器，适用于接收信号，其中，该接收信号的FFT值可能为第一FFT值或第二FFT值，当该接收信号的FFT值为该第一FFT值时，第一保护区间被应用在该接收信号，且当该接收信号的FFT值为该第二FFT值时，第二保护区间被应用在该接收信号，该检测器包括：
保护区间能量计算器，计算该接收信号位于该第一保护区间的位置的第一能量值，以及该接收信号位于该第二保护区间的位置的第二能量值；
能量比较器，接收该第一能量值与该第二能量值，并输出该第一能量值与该第二能量值的第一差值；以及
处理单元，根据该第一差值判断该接收信号的FFT值为该第一FFT值或该第二FFT值。
19.如权利要求18所述的FFT值检测器，还包括绝对值计算单元，接收该第一差值并输出第一绝对值。
20.如权利要求19所述的FFT值检测器，其中，若该第一绝对值没有超过第一预定值，则该接收信号的FFT值为该第一FFT值。
21.如权利要求19所述的FFT值检测器，其中，若该第一绝对值超过第一预定值，则该接收信号的FFT值为该第二FFT值。
22.一种FFT值检测方法，适用于接收信号，其中，该接收信号的FFT值可能为第一FFT值或第二FFT值，当该接收信号的FFT值为该第一FFT值时，第一保护区间被应用在该接收信号，且当该接收信号的FFT值为该第二FFT值时，第二保护区间被应用在该接收信号，该检测方法包括：
计算该接收信号位于该第一保护区间的位置的第一能量值，以及该接收信号位于该第二保护区间的位置的第二能量值；
接收该第一能量值与该第二能量值，并输出该第一能量值与该第二能量值的第一差值；以及
计算该第一差值的第一绝对值，其中，若该第一绝对值没有超过第一预定值，则该接收信号的FFT值为该第一FFT值，以及若该第一绝对值超过第一预定值，则该接收信号的FFT值为该第二FFT值。
23.一种FFT值检测方法，适用于接收信号，其中，该接收信号可能具有至少三种以上的不同的FFT值，且每一FFT值对应一不同保护区间，该方法包括：
计算该接收信号位于该可能的保护区间的多个能量值；
根据该等能量值的任两个能量值，计算出多个能量差值；
决定多个临界值；以及
借助于比较该等能量值与该临界值的大小来判断该接收信号实际的FFT值。
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