CN101141180A - 上行同步跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上行同步跟踪装置，包括：二倍内插和功率平均单元，用于对有效信道冲击响应进行二倍线性内插，对每个点的功率按照天线求平均值；粗测单元，用于获取时延粗侧的功率门限值，找到超过上述门限值的起始点、结束点、和峰值点；四倍内插和精测单元，用于分别在由上述粗测单元提供的各点附近进行四倍内插，得到四倍内插后各点；同步控制命令生成单元，用于根据由上述四倍内插和精测单元提供的精测的各点的信息生成同步控制命令；同步命令映射和填充单元，用于将上述同步控制命令映射到对应的下行时隙；以及主控单元，用于对上述各个单元进行调度和控制连接，以及进行接口参数处理。

Description

上行同步跟踪装置

技术领域

本发明涉及通信领域，并且更特别地，涉及一种上行同步跟踪装置，其尤其适用于时分同步码分多址(TD-SCDMA)移动通信系统。

背景技术

时分同步码分多址(TD-SCDMA)技术与其它的第三代移动通信技术相比，其技术特点之一是具有上行同步技术。TD-SCDMA中的上行同步要求来自不同距离的不同用户终端的上行信号能同步到达基站。由于移动通信系统工作在具有严重干扰、多径传播和多普勒效应的实际环境中，要实现理想的同步几乎是不可能的。但是让每个上行信号的主径到达时间达到同步，对改善系统性能、简化基站接收机的设计都有明显的好处。另外，需要指出的是，此处所讲的同步是指空中接口的同步，并不包括网络之间的同步。

在用户设备(UE)建立了上行同步后，由于UE是移动的，因此其到节点B(Node B，下同)的距离总是在变化，这样，在整个通信过程中，Node B必须不间断地检测其上行时隙的中间码的到达时刻，并对UE的发射时刻进行闭环控制，以保持可靠的同步，这就是同步跟踪。

上行同步的具体过程为：Node B可以在同一个时隙通过测量每个UE的中间码来估计UE的发射功率和发射时间偏移。然后在下一个可用的下行时隙中发射同步偏移命令和功率控制命令，以使UE可以根据这些命令分别适当调整它的发射时间和功率。这保证了上行同步的稳定性，可以在一个子帧进行一次上行同步。上行同步的调整步长是可配置和再设置的，取值范围为0.125～1chip(码片)，上行同步的更新有三种可能情况：增加一个步长、减少一个步长、或保持不变。

目前用于TD-SCDMA系统的上行同步跟踪技术方法有利用中间码进行信道估计、联合检测算法的特性，来解决由于上行失步造成的干扰，这个方法的复杂度比较高，在工程实现时有一定的难度。

而在工程实现时，目前业界一般采用软件(主要是高性能数字信号处理器)实现，其缺点是成本高昂。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种可实现TD-SCDMA系统中的上行同步跟踪的上行同步跟踪装置，其可作为Node B基带芯片的一部分或者是Node B基带FPGA的一部分而发挥作用，并在降低了复杂度的同时，也降低了高昂的制造成本，有利于硬件的实现。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种上行同步跟踪装置，包括：二倍内插和功率平均单元，用于对各个用户设备的有效信道冲激响应进行二倍线性内插，并对每个点的功率按照天线求平均值；粗测单元，连接至二倍内插和功率平均单元，用于获取时延粗侧的功率门限值，并找到超过门限值的起始点、结束点、和峰值点；四倍内插和精测单元，连接至粗测单元，用于分别在由粗测单元提供的起始点、结束点、和峰值点附近进行四倍内插，得到四倍内插后的起始点、结束点、和峰值点；同步控制命令生成单元，连接至四倍内插和精测单元，用于根据由四倍内插和精测单元提供的精测到的起始点、结束点、和峰值点信息生成同步控制命令；同步命令映射和填充单元，连接至同步控制命令生成单元，用于将同步控制命令映射到对应的下行时隙；以及主控单元，连接至二倍内插和功率平均单元、粗测单元、四倍内插和精测单元、同步控制命令生成单元、以及同步命令影射和填充单元，用于对各个单元进行调度和控制连接，以及进行接口参数处理。

其中，粗测单元可以将功率大于功率门限值的第一个点作为起始点，即，信道冲击响应中有效冲击的开始时间；可以将功率大于功率门限值的最后一个点作为结束点，即，信道冲击响应中有效冲击的结束时间；可以将连续两点功率之和最大且功率大于功率门限值的前一点为峰值点，即，信道冲击响应中有效冲击的峰值时间。

其中，同步控制命令生成单元可以通过将精测的起始点、结束点、和峰值点信息生成的信道冲击响应波形、信道估计窗、以及时隙目标值进行比较来生成同步控制命令。并且，同步控制命令可以在本子帧或下一个子帧中被发送到相应的用户设备。

此外，可以经过同步命令映射和填充单元映射的数据结果以随机存取内存的形式保存在主控单元中。

同步命令映射和填充单元在进行映射之前，用户设备使用的上行时隙在上行同步跟踪装置外部被编号，并且用户设备使用的下行时隙中可以填充同步控制命令的同步调整符号位置被编号。

主控单元处理的参数包括上行同步跟踪装置与外部的输入、输出参数接口，以及装置内部各子单元间的数据交换。

另外，对于每个用户设备，上行同步跟踪装置中的二倍内插和功率平均单元、粗测单元、四倍内插和精测单元、同步控制命令生成单元、以及同步命令影射和填充单元顺序发出各自的调度命令，并在处理完成后向主控单元发送处理完成标志，主控单元根据处理完成标志进行必要的数据处理后启动下一个单元。

通过上述技术方案，本发明装置与外部单元之间的数据交换可以通过单口RAM来实现，减少硬件电路的规模和复杂度，同时外部接口简单，便于集成。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的上行同步跟踪装置的硬件装置的示意图；

图2是根据本发明的第二实施例的上行同步跟踪方法的流程图；

图3是根据本发明的第二实施例的上行同步跟踪方法的详细处理流程图；以及

图4是根据本发明的流水线实现示意图。

具体实施方式

下面将参考附图详细说明本发明。

第一实施例

首先将参照图1描述本发明的第一实施例，图1是根据本实施例的上行同步跟踪装置的硬件装置100的示意图。

如图1所示，本发明的上行同步跟踪装置100包括：二倍内插和功率平均单元102，用于对各个用户设备的有效信道冲激响应进行二倍线性内插，并对每个点的功率按照天线求平均值；粗测单元104，连接至二倍内插和功率平均单元，用于获取时延粗侧的功率门限值，并找到超过门限值的起始点、结束点、和峰值点；四倍内插和精测单元106，连接至粗测单元104，用于分别在由粗测单元104提供的起始点、结束点、和峰值点附近进行四倍内插，得到四倍内插后的起始点、结束点、和峰值点；同步控制命令生成单元108，连接至四倍内插和精测单元106，用于根据由四倍内插和精测单元106提供的精测到的起始点、结束点、和峰值点信息生成同步控制命令；同步命令映射和填充单元110，连接至同步控制命令生成单元108，用于将同步控制命令映射到对应的下行时隙；以及主控单元112，连接至二倍内插和功率平均单元102、粗测单元104、四倍内插和精测单元106、同步控制命令生成单元108、以及同步命令影射和填充单元110，用于对各个单元进行调度和控制连接，以及进行接口参数处理。

其中，粗测单元104可以将功率大于功率门限值的第一个点作为起始点，即，信道冲击响应中有效冲击的开始时间；可以将功率大于功率门限值的最后一个点作为结束点，即，信道冲击响应中有效冲击的结束时间；可以将连续两点功率之和最大且功率大于功率门限值的前一点为峰值点，即，信道冲击响应中有效冲击的峰值时间。

同步控制命令生成单元108可以通过将精测的起始点、结束点、和峰值点信息生成的信道冲击响应波形、信道估计窗、以及时隙目标值进行比较来生成同步控制命令。同步控制命令可以在本子帧或下一个子帧中被发送到相应的用户设备。

并且，可以经过同步命令映射和填充单元110映射的数据结果以随机存取内存的形式保存在主控单元112中。

同步命令映射和填充单元110在进行映射之前，用户设备使用的上行时隙在上行同步跟踪装置外部被编号，并且用户设备使用的下行时隙中可以填充同步控制命令的同步调整符号位置被编号。

另外，主控单元112处理的参数包括上行同步跟踪装置与外部的输入、输出参数接口，以及装置内部各子单元间的数据交换。

对于每个用户设备，上行同步跟踪装置中的二倍内插和功率平均单元102、粗测单元104、四倍内插和精测单元106、同步控制命令生成单元108、以及同步命令影射和填充单元110顺序发出各自的调度命令，并在处理完成后向主控单元112发送处理完成标志，主控单元112根据处理完成标志进行必要的数据处理后启动下一个单元。

具体而言，根据协议，为了保持同步，时间的调节精度为1/8chip，因此需要对信道估计得到的基于码片速率的采样点进行8倍采样。如图1所示，为了减少运算量，可以将该同步跟踪装置分成上述的六个单元，即二倍内插和功率平均单元102、粗测单元104、四倍内插和精测单元106、同步控制命令生成单元108、同步命令的映射和填充单元110、主控单元112。八倍采样由二倍内插和四倍内插级联完成。

输入到上行同步跟踪装置的信道冲激响应是基站接收到UE发送的一个时隙的midamble码(中间码)平均后得到128个码片长度的数据，包含有该时隙内所有用户的信道冲激响应信息。

在主控单元112的控制下，进行一个时隙内各UE的同步跟踪处理。

其中，二倍内插和功率平均单元102取出各UE的有效信道冲激响应后对该冲激响应进行二倍线性内插，然后将每个点的功率按照天线进行平均后，送到粗测单元104；粗测单元104按照一定的功率门限找到超过门限的起始点(即最早超过功率门限的点)、结束点(即最晚超过功率门限的点)和峰值点(功率最大的点)，然后将这些信息送到四倍内插和精测单元106；四倍内插和精测单元106分别在起始点、结束点和峰值点附近进行四倍内插，找到四倍内插后的起始点、结束点和峰值点，此时精度已经为八倍内插，然后将精测到的起始点、结束点和峰值点信息送到同步控制命令生成单元108；同步控制命令生成单元108根据精测到的信息并根据历史保存的信息以及目标值然后按照一定的规则形成同步控制的命令，是提前、延后还是保持；同步命令的映射和填充单元110将同步控制命令映射到对应的下行时隙中去。

该上行同步跟踪装置在每个上行时隙中完成信道估计后都调用。产生的同步控制命令在本子帧或下一个子帧中下发到相应的UE中。

接下来，将对本发明的上行同步跟踪装置的各个单元分别进行详细说明。

(1)二倍内插和功率平均单元102：

二倍内插和功率平均单元102首先从信令处理模块获取当前激活的UE的一个Midamble码偏移起始位置，有效的Midamble码偏移可以有多个，为简单起见，现只取第一个。

取道的为CIR序列(信道冲激响应序列，下同)进行两倍插值后生成插值点序列。插值点由其前后各三点对插值因子的加权和获得。

对两倍插值后的序列应该有多组，每根接收天线一组，对该序列的每个样点计算各天线上的功率，形成一个CIR功率序列，然后对所有天线功率和取平均。

(2)粗测单元104：

首先，粗测单元104获取时延粗测的功率门限值。根据上层参数配置的信干比门限值，获得信干比门限的功率数，将其乘以抽头的平均干扰功率，得到时延粗测的功率门限值。功率值超过此门限的样点则不认为是噪声。

其次，扫描前面功率计算求得的CIR功率点序列的所有点：

a)取其中功率大于功率门限值的第一个点为信道冲击响应中有效冲击的开始时间；

b)取其中功率大于功率门限值的最后一个点为信道冲击响应中有效冲击的结束时间；

然后，取其中连续两点(如a、b)功率之和最大、且其功率大于功率门限值的前一点(a)为信道冲击响应中有效冲击的峰值时间。

其中，粗测得到的采样点精度为二倍采样值。

(3)四倍内插和精测单元106：

四倍内插和精测单元106的精测由四倍插值和时延精测两步完成。

设开始时间、结束时间、峰值位置分别标为Start、End、Peak，则为了达到1/8chip的时延精测的测量精度，需要在Start与Start-1之间、End与End+1之间、Peak与Peak+1之间进行四倍的插值。插值方法同二倍插值，插入点仍由其前后各三点对插值因子的加权和获得)。

同样利用时延粗测计算的功率门限，扫描功率点四倍插值序列的所有点：

a)取其中功率大于功率门限值的第一个点为CIR中有效冲击的开始时间(Start，为八倍采样点)；

b)取其中功率大于功率门限值的最后一个点为CIR中有效冲击的结束时间(End，为八倍采样点)；

c)取其中功率最大、且其功率大于功率门限值的点为CIR中有效冲击的峰值时间(Peak，为八倍采样点)。

(4)同步控制命令生成单元108：

同步控制命令生成单元108用测量产生的CIR波形与信道估计窗以及时隙目标值比较可以产生同步控制命令。

同步跟踪系统实质是一种闭环控制系统，其控制目标是将用户的信道冲激响应限制于信道窗内，冲激响应的峰值应逼近设定的目标位置，可以采用基于自适应控制算法。

同步控制命令就是根据具有1/8采样精度的信道冲激响应的起始点Start、结束点End和峰值点Peak，以及该UE的前几帧的历史信息等因素，采用不同的控制策略而产生的符合协议规定的同步控制命令SS。

首先判断起始点和结束点是否超出信道冲激响应窗内，然后根据出窗和不出窗的情况分别进行处理，同时还需要来自上层的多个控制参数。

(5)同步命令的映射和填充单元110：

首先，同步命令的映射和填充单元110对每个UE的每一个上行时隙进行映射处理。该系统需要开辟一块存储单元保存有该UE当前子帧各个上行时隙计算得出的同步控制命令。

UE在子帧的每一个上行时隙都产生同步控制命令，在子帧号SubSfn被调整频率整除时，下发新的SS符号，进行SS映射。

SS映射就是把上行时隙产生的同步控制命令映射(填入)到下行时隙中的SS符号位置上。在映射之前需要完成以下两步工作：

对UE使用的上行时隙进行编号在该系统外部进行，比如由信令处理模块来完成；对该UE使用的下行时隙中可以填同步控制命令的SS符号位置进行编号。

SS映射是在当前下行时隙上将发送的SS符号位置上填入相应的UL_SC命令。

考虑到无线链路重配时，SS的映射也改变了，所以这个时候SS都需要重做映射，而SS的值在重配时被置为0x81，即不移动。

(6)主控单元112：

主控单元112主要有两个功能，一是接口参数处理，二是五个模块的调度和控制。

其中，接口参数包括该装置与外部的输入、输出参数接口，以及内部各子单元间的数据交换。这些参数和数据以单口RAM和双口RAM的形式保存下来。

在该装置启动之前，同步跟踪处理过程中要用到系统参数和一个时隙的信道冲激响应数据务必要准备好，写入到专门的RAM中。在外部命令的控制下，启动主控单元112，将已经写在RAM中参数进行简单处理，便于分发到个子单元。

最后得到的映射后的数据结果要以RAM的形式保存在主控单元112中，供其它模块访问。

前面五个单元的调度在这个主控单元112中完成，对每一个UE，按照顺序发出各自的调度命令。每个单元处理完成后，都产生一个处理完成标志给主控单元112，主控单元112根据这个标志，进行必要的数据处理后启动下一个单元。

到此，如图1的所示的结构，实现了一个用于TD-SCDMA系统中上行同步跟踪的硬件装置。

下面说明的上行同步跟踪装置用于TD-SCDMA基站的数字基带处理系统中，在上行处理模块完成对八根天线的信道估计后的数据进行处理。

假设一个基站的基带处理单板处理三个载波，则用该装置完成所有三个载波的同步跟踪处理。这三个载波是串行处理，在该装置在完成一个载波后，由于该模块处理速度快，将会等待启动下一个载波的处理，直至完成三个载波的处理。

在一个时隙中，UE的最大个数设为8，即最多要在一个时隙内完成八次同步跟踪处理。每个UE的八根天线的信道冲激响应序列为128×8＝1024(1K)个数据，八个UE为8K个数据，均写在RAM中。

该发明装置启动后，先是启动该装置的主控单元112将一个载波的参数分发到各单元的端口后，判断出需要处理的UE后，开始依次启动二倍内插和功率平均单元102、粗测单元104、四倍内插和精测单元106、同步控制命令生成单元108和同步命令的映射和填充单元110。

第二实施例

下面将参照图2、图3和图4描述根据本发明第二实施例的上行同步跟踪方法。图2是根据本发明第二实施例的上行同步跟踪方法的流程图，图3是根据本发明第二实施例的上行同步跟踪方法的详细处理流程图，图4是根据本发明的流水线实现示意图。

如图2所示，根据本发明第二实施例的上行同步跟踪方法包括以下步骤：步骤S202，读取用户设备在时隙内的第一个中间码所对应的信道冲激响应序列，进行二倍内插，并将内插后的信道估计值的功率按天线数进行平均；步骤S204，根据计算所得的噪声门限，滤去噪声，得到二倍采样精度的起始点、结束点、和峰值点；步骤S206，根据在步骤S204中得到的粗测的起始点、结束点、和峰值点，分别在其附近进行四倍内插，得到四倍内插后的起始点、结束点、和峰值点；步骤S208，根据在步骤S206中生成的四倍内插后的起始点、结束点、和峰值点产生同步控制命令；以及步骤S210，将在步骤S208中产生的同步控制信令映射到下行处理模块中。

其中，在步骤S206中，四倍内插后的起始点、结束点、和峰值点可以具有八倍采样精度。

在步骤S208中，可以进一步根据用户设备的前几帧的历史信息产生同步控制命令。

同步控制命令可以在本子帧或下一个子帧中被发送到相应的用户设备。

在第一步骤S202之前，可以进一步包括以下步骤：步骤A：进行系统配置，并保存时隙的所有用户设备的信道冲击响应；步骤B：判断是否存在激活的用户设备，如果存在激活的用户设备，则启动对用户设备进行的同步命令计算。

在第五步骤S210之前，可以进一步包括以下步骤：步骤C：判断是否时隙内的所有激活的用户设备都进行了同步跟踪处理。

具体而言，如图3所示，上行同步跟踪方法的具体实现步骤包括：

(1)进行系统参数配置和保存该时隙的所有UE的信道冲激响应；

(2)判断是否有激活的UE，一旦有激活的UE，就开始启动对该UE进行同步命令的计算；

(3)读取该UE在该时隙内的第一个Midmable码所对应的信道冲激响应序列，进行二倍内插，将内插后的信道估计值的功率按天线数进行平均；

(4)根据计算所得的噪声门限，滤去噪声，得到二倍采样精度的起始点Start、结束点End和峰值点Peak；

(5)根据二倍内插得到的粗测的起始点Start、结束点End和峰值点Peak，分别在其附近进行四倍内插，得到总共八倍采样精度的起始点Start、结束点End和峰值点Peak；

(6)根据具有八倍采样精度的信道冲激响应的起始点Start、结束点End和峰值点Peak，以及该UE的前几帧的历史信息等因素，采用不同的控制策略而产生的同步控制命令SS。

(7)把步骤(6)产生的同步控制命令映射到下行处理模块中。

(8)判断该时隙内的所有激活的UE是否都进行了同步跟踪处理，如果是，则表明该同步跟踪装置已经完成了一个时隙的操作，等待进行下一个时隙的操作；否则，将重复步骤(2)到步骤(7)。

本实施例的其他部分均与第一实施例相同，所以在此就不再赘述。

如图4所示，根据本发明的第一实施例的上行同步跟踪装置中的五个单元，与一个UE进行上行同步跟踪方法中的五个步骤，在时间顺序上是串行执行的。因此为了减少每个UE的同步跟踪的处理时间，可以采用流水线的方式进行，比如在执行一个UE的第二步，可以开始运行另一个UE的第一步，如此会导致出现需要增加单元间的数据存储空间的问题。但是，各模块间需要交换的数据不大，因此该方案在增加硬件规模不大的情况下，可显著缩短处理时间，充分发挥了软件实现所不具备的优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种上行同步跟踪装置，其特征在于，包括：

二倍内插和功率平均单元，用于对各个用户设备的有效信道冲击响应进行二倍线性内插，并对每个点的功率按照天线求平均值；

粗测单元，连接至所述二倍内插和功率平均单元，用于获取时延粗侧的功率门限值，并找到超过所述门限值的起始点、结束点、和峰值点；

四倍内插和精测单元，连接至所述粗测单元，用于分别在由所述粗测单元提供的所述起始点、结束点、和峰值点附近进行四倍内插，得到四倍内插后的起始点、结束点、和峰值点；

同步控制命令生成单元，连接至所述四倍内插和精测单元，用于根据由所述四倍内插和精测单元提供的精测到的起始点、结束点、和峰值点信息生成同步控制命令，其中，所述同步控制命令在本子帧或下一个子帧中被发送到相应的用户设备；

同步命令映射和填充单元，连接至所述同步控制命令生成单元，用于将所述同步控制命令映射到对应的下行时隙；以及

主控单元，连接至所述二倍内插和功率平均单元、粗测单元、四倍内插和精测单元、同步控制命令生成单元、以及同步命令影射和填充单元，用于对上述各个单元进行调度和控制连接，以及进行接口参数处理。

2.根据权利要求1所述的上行同步跟踪装置，其特征在于，所述粗测单元将功率大于所述功率门限值的第一个点为起始点，即，信道冲击响应中有效冲击的开始时间；将功率大于所述功率门限值的最后一个点作为结束点，即，信道冲击响应中有效冲击的结束时间；将连续两点功率之和最大且功率大于所述功率门限值的前一点为峰值点，即，信道冲击响应中有效冲击的峰值时间。

3.根据权利要求1所述的上行同步跟踪装置，其特征在于，所述同步控制命令生成单元通过将所述精测的起始点、结束点、和峰值点信息生成的信道冲击响应波形、信道估计窗、以及时隙目标值进行比较来生成所述同步控制命令。

4.根据权利要求1所述的上行同步跟踪装置，其特征在于，经过所述同步命令映射和填充单元映射的数据结果以随机存取内存的形式保存在所述主控单元中。

5.根据权利要求1所述的上行同步跟踪装置，其特征在于，所述同步命令映射和填充单元在进行映射之前，用户设备使用的上行时隙在所述上行同步跟踪装置外部被编号，并且所述用户设备使用的下行时隙中可以填充同步控制命令的同步调整符号位置被编号。

6.根据权利要求1所述的上行同步跟踪装置，其特征在于，所述主控单元处理的参数包括所述上行同步跟踪装置与外部的输入、输出参数接口，以及装置内部各子单元间的数据交换。

7.根据权利要求1所述的上行同步跟踪装置，其特征在于，对于每个用户设备，所述上行同步跟踪装置中的所述二倍内插和功率平均单元、粗测单元、四倍内插和精测单元、同步控制命令生成单元、以及同步命令影射和填充单元顺序发出各自的调度命令，并在处理完成后向所述主控单元发送处理完成标志，所述主控单元根据所述处理完成标志进行必要的数据处理后启动下一个单元。

Images