CN101283563B - 加速的超级3g小区搜索的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的第一方面的方法和系统适于在所有可能的带宽上执行小区搜索。为了减小搜索时间，可允许的BW在搜索中被使用的5顺序基于来自历史列表的信息。这些历史列表包括所使用的BW和频带。本发明的第二方面是一种适于执行小区搜索和同步的方法和OFDM蜂窝电信系统，其中该系统具有某个数目的带宽可能性。该方法包括以下步骤：10识别减少可能的同步信号集的至少一个关键系统参数；以及在有限数目的不同同步信号上执行小区搜索和同步。

Description

加速的超级3G小区搜索的方法和设备
背景技术
在诸如全球移动通信系统(GSM)和宽带码分多址(WCDMA)的移动蜂窝标准的演进中，诸如正交频分复用(OFDM)的新调制技术很可能被实现。在OFDM中引入循环前缀使得延迟扩展稳健，并且使非常高的数据率容易。OFDM可以被认为是调制和多址接入方案的结合，该结合以多个用户可共享的方式分割通信信道。TDMA段是根据时间而定的并且CDMA段是根据扩展码而定的，而OFDM段是根据频率而定的。这是将频谱划分为多个等间隔音(tone)的技术。OFDM接着在每个音上携带一部分用户信息。音可以被认为是唯一的频率，其中每个音与所有其他音正交。FDM通常要求在频率间有保护频带，使得这些频率不会相互干扰。OFDM允许每个音的频谱重叠，并且因为这些音是正交的，所以这些音相互并不相干扰。通过允许音重叠，所要求的频谱的总量减少。在OFDM中，通过调节音的相位、振幅或两者一起，信息被调制到音上。OFDM系统采用数据流并将该数据流分裂为N个并行的数据流，每个数据流的速率是原始速率的1/N。每个流接着被映射到在唯一频率的音上，并且使用逆向快速傅立叶变换(IFFT)被结合在一起，以产生要被发送的时域波形。
为了在现有的无线电频谱中将现有的蜂窝系统平滑地迁移到新的高容量高数据率系统，新系统必须能够对灵活的BW起作用。用于这样的新的灵活蜂窝系统的建议是超级3G(S3G，Super 3G)，同样也被称为3GPP的长期演进(3GPPLTE)，该3GPP的长期演进可以被看作3G WCDMA标准的演进。S3G将可能使用OFDM并且将能够对从1.25MHz到20MHz的带宽sp起作用。而且，S3G还应当能够在具有大约10米的半径的微小区以及具有大约10-100千米的半径的宏小区中工作。高达100Mb/s的数据率将在高带宽、微小区系统的情况下成为可能。为了实现那些速率，可以预期的是不同的循环前缀方案会在S3G中实现。会有一个长的循环前缀用于具有大延迟扩展的宏小区，从而增加开销并降低最大数据率，以及会有一个短的循环前缀用于(具有小的多径分量的)小型小区中，从而降低开销并增加最大数据率。
S3G系统的灵活性将引入对于移动终端和用户设备(UE)(统称为“移动终端(多个移动终端)”)设计的新挑战。例如，可变的带宽和不同的循环前缀将对于小区搜索和移动性过程提出了新要求。在诸如WCDMA和GSM的现有蜂窝系统中，使用固定带宽。这样的系统中的小区搜索过程如下操作：
1.对于每个载频，接收信号，并将该信号下变频为具有带宽(BW)(等于蜂窝系统(200kHz GSM/5MHz WCDMA)的带宽)的基带信号并且通过搜索蜂窝系统的特定同步信道(GSM：FCH、SCH突发；以及WCDMA：P-SCH、S-SCH信道)执行小区搜索；
2.如果小区被发现，则修正载频(如果初始小区搜索和终端本地振荡器没有被锁定到蜂窝系统)；以及
3.检测小区ID并且读取广播信道(BCH)以及，如果终端被允许，则驻扎(camp)在该小区(在空闲模式下)或者将该小区包括在相邻集(如果是激活模式)。
上述第一阶段的搜索时间可以通过使用历史列表(初始小区搜索)或相邻列表(在激活/空闲模式下的小区搜索)而被减少，以便提供有关所用的载频的先验认知。该过程在本申请人的系列号为No.10/315,710的共同未决的美国专利申请中被讨论。具有固定带宽和固定循环前缀长度的OFDM系统(类似于WLAN)的传统同步(小区搜索)过程如下：
1.对于每个载频，接收信号，并将该信号下变频为带宽与OFDM系统带宽和时隙定时(slot timing)(即SCH信道)相对应的基带信号；
2.执行粗略的频率修正；
3.执行细微的频率同步(例如，使用循环前缀长度的知识)；
4.检测小区ID和读取广播；以及
5.在该小区驻扎。
针对固定BW的OFDM系统的小区搜索过程的深入讨论可以在Minn等人的“A Robust Timing and Frequency Synchronization for OFDM Systems(对于OFDM系统的稳健定时和频率同步)”(IEEE Transactions on Communications(IEEE通信学报))，第二卷第4期，2003年7月)(“Minn”)中找到。由于S3G具有可变的带宽和循环前缀，所以这些传统的小区搜索解决方案不能够直接地被应用于S3G。那么，所需要的是，针对具有可变的带宽和循环前缀的蜂窝OFDM系统的快速和精确的小区搜索过程。
发明内容
本发明第一方面的方法和设备涉及在所有可能的带宽(BW)上的小区搜索的性能。为了减少搜索时间，在搜索中使用可允许的BW的顺序基于来自历史列表的信息。这些历史列表包括所使用的BW和频带。通常在3G波段中，BW是5MHz或者是5MHz的倍数，而在GSM波段中，BW是200kHz。在GSM向S3G迁移的情形中，BW可能低于5MHz。也就是说，在GSM频谱(例如GSM 900)中，运营商将缓慢地从GSM迁移到3GPP LTE，因此当GSM终端的数目仍然大时，运营商将首先给3GPP LTE分配频谱的小部分(并且因此出于容量原因，频谱的大部分需要由GSM载波占用)，并且当GSM被逐步淘汰时，BW将增长。此外，在分配到S3G的新波段中，很有可能使用大BW(10-20MHz)。此外，循环前缀长度必须被盲目地估计。循环前缀长度可以在进行时隙定时和粗略的频率修正之后被估计。
虽然在技术上可行的是通过跨越所有可能的带宽执行同步算法来在支持多个带宽的OFDM系统中执行同步和小区搜索，但是这样的方法是耗时的，特别是对于第一同步是耗时的。因而，本发明的第二方面因此集中于识别第一关键(critical)系统参数，所述第一关键系统参数限制可能的同步信号的数目(优选为一)。一旦关键系统参数已知，同步过程就可以被限制到所有可能的同步信号的这个缩减集(优选为一)。
附图说明
在以下部分，本发明将参考在附图中所示的示例性实施例被描述，其中：
图1是根据本发明的第一方面的能够执行小区搜索的移动终端的框图；
图2是本发明的第一方面的小区搜索过程的流程图；
图3是根据本发明的第二方面的能够识别第一关键系统参数的移动终端的框图，所述第一关键系统参数限制可能的同步信号的数目(优选为一)；以及
图4是本发明的第二方面的用于识别第一关键系统参数的过程的流程图，所述第一关键系统参数限制可能的同步信号的数目(优选为一)。
具体实施方式
图1提供了根据本发明的第一方面的能够完成小区搜索的移动终端的框图。参考图1，前端接收机102将至少在第一天线101接收到的无线电信号下变频为基带信号。模拟滤波器103(AF)对期望的信号进行滤波，以及模数(A/D)转换器104为了进一步的处理将基带信号转换成数字信号，以及数字滤波器105(DF)对该数字信号进行滤波。根据图2的流程图，CS小区搜索块106可操作来确定小区是否被发现。循环前缀(CP)长度估计器107估计CP的长度。细微FE块108估计残余的频率误差，以及FFT处理器109将时间信号转换成频域信号。
图2提供由图1的设备执行的小区搜索过程的流程图。以下描述涉及初始小区搜索过程，即当(具有接收机和发射机的)移动终端与网络并不同步时的小区搜索过程，然而本发明的第一方面的方法并不限于该情况。假设S3G OFDM系统具有多个可能的带宽，例如1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz，以及具有多个循环前缀长度。移动终端被接通并且开始在某个频带(f0)搜索OFDM小区。接收机首先通过使模拟滤波器和数字滤波器(AF/DF)适应特定BW而被适应于可能的BW之一。在本发明的实施例中，在其上开始小区搜索的BW基于历史信息，例如上次移动终端接通时所用的BW，或者基于有关哪个频带目前正被使用和关于系统知识的信息。通常，如果OFDM系统位于3G波段，则BW可能是5MHz或者是5MHz的倍数。这是因为WCDMA使用5MHz的BW并且运营商在其频谱(15-20MHz)中具有固定数目的WCDMA载波。然而，在GSM到S3G迁移的情形中，BW可能小(小于5MHz)，并且因此该搜索可能会以1.25或2.5MHz的小BW开始。此外，在仅分配给S3G的新波段中，大约10-20MHz的大BW是可能的。用于不同频带的可能的BW可以被存储在移动终端中的查询表中。可替换地，有关可能的所用BW的信息可以被存储在用户身份识别模块(SIM)卡中并且因此由运营商进行硬编码。无论什么过程被用于执行初始小区搜索，该过程都被如图1所示的移动终端的控制单元(CU)110来控制。
如图2中所示，在步骤201，接收机首先通过使模拟滤波器和数字滤波器(AF/DF)适应特定BW而被适于可能的BW之一。在步骤202，小区搜索通过尝试检测同步符号(SCH)而开始。发现时间同步的方法被描述，例如在Minn中被描述。如果在步骤203没有发现SCH，则该方法返回到步骤201。如果在步骤203发现SCH，则接着在步骤204执行粗略的频率修正，以便执行粗略频率同步f粗略。频率误差信息被反馈到CU(参见图1的块110)，并且本地振荡器被修正。接着在步骤205，循环前缀长度被估计，这通过将接收到的信号与接收到的信号的延迟复制进行相互关联而完成，其中相关抽样的数目对应于候选循环前缀长度。换言之，必须执行与该系统中现存的可能的循环前缀一样多的相关。循环前缀长度检测可以被表示为：
Figure S2006800377779D00051
其中N、Ntot和LCP分别是没有循环扩展的OFDM符号的长度、有循环扩展的OFDM符号的长度以及循环前缀的长度。
Figure S2006800377779D00052
表示针对粗略的频率偏移所修正的接收信号。d指示OFDM符号(主符号，非循环扩展)的开始并且在定时同步期间被发现。在1上的求和指示：该操作在若干个符号上被平均。导致最高的相关值的循环前缀长度被用做候选循环前缀。在循环前缀被估计之后，使用循环前缀长度的知识，在步骤206执行细微的频率同步。
f ^ f = - 1 2 π arg ( Σ l Σ m = 0 L CP - 1 y ^ [ d + l N tot - L CP + m ] × y ^ * [ d + l N tot - L CP + N + m ] )
频率误差信息经由CU 110被反馈到移动终端的前端接收机102。一旦移动终端与小区在频率和时间上同步，小区ID就必须在步骤207在CS单元106使用例如在Minn中和在本申请人的序列号为No.10/315,710的共同未决的专利申请中所描述的技术被检测。
最后，在步骤208，通过FFT处理和解码广播信息，如果允许的话，则移动终端将驻扎在该小区。假如该移动终端并不被允许驻扎在该小区或如果没有发现用于该BW的定时匹配(SCH)，则前端接收机102适于新的BW，诸如在特定频带中的下一可能的BW，并且小区搜索过程再次开始，如由CU 110所控制的那样。
本发明的第一方面可以进一步地被扩展如下：在移动终端被同步到网络的情况下，从而具有时间和频率同步，以及小区搜索出于移动性的原因而被完成，小区搜索过程的速度可以通过在小区ID中包含有关循环前缀长度的信息而被增加。例如，在两个(2)可能的循环前缀情形下，低于某个数目(例如五十(50))的小区ID意味着短循环前缀，而高于五十(50)的小区ID意味着长循环前缀。在这种情况下，移动终端仅需要执行以下小区搜索步骤：
1.在可能的BW上搜索每个载频；
2.发现时隙定时；
3.检测小区ID并且由此接收循环前缀长度信息；以及
4.读取BCH。
取决于特定OFDM系统的带宽和其他特征，不同的同步信号可以是可适用的。对此的原因是窄带传输信道具有较小的频率分集。跨越窄带信道发送的信号因此比跨越宽带信道发送的信号更易于被扰乱。被设计用于窄带和宽带信道的同步信号之间的可能的差别包括但不限制于带宽、同步符号的数目和同步模式。由于同步信号的多样性，没有单个同步算法可以被用于移动终端/用户设备(UE)的接收机中，而与所有可能的同步信号相匹配的算法必须被使用。这个过程非常耗时。为了缩短该时间，本发明的第二部分涉及识别第一关键系统参数，所述第一关键系统参数允许减少可能的同步信号(优选为一)。
关键参数包括但不限于发射机中的系统带宽以及逆向FFT(IFFT)大小。其中，系统带宽和IFFT大小可以分别通过测量功率谱密度和利用接收到的信号的循环平稳(cyclo-stationary)特性被识别。
一旦系统参数已知，同步过程就仅须针对那些可能用于所识别的关键系统参数的同步信号被执行。
参考图3，关键系统参数检测块301识别关键系统参数(例如，IFFT大小、带宽)并且将这个信息(SCH格式选择)反馈到执行小区搜索302块中。基于SCH格式选择，该执行小区搜索302使用用于执行小区搜索的合适的SCH信号。
图4图解说明了由图3的设备所执行的步骤。一旦关键系统参数在步骤401已被检测，合适的SCH格式就在步骤402被选择并且接着在步骤403利用所选择的SCH执行小区搜索。
在S3G中，对于所支持的带宽1.25MHz、2.5MHz、5.0MHz、10.0MHz或20.0MHz，同步信号可以不同。不同的IFFT大小被用于产生具有上述带宽的信号，分别针对1.25MHz、2.5MHz、5.0MHz、10.0MHz或20.0MHz为128、256、512、1024或2048。系统带宽或IFFT大小的识别接着指示哪种同步信号被使用。同步信号的种类涉及多少OFDM符号组成一个同步符号，而且涉及诸如符号模式等等的更详细的参数。
如本领域技术人员可以理解的那样，本申请中所描述的创新内容可以在申请的宽范围上被修改和被改变。因此，受专利保护的主题的范围不应当被限于上述讨论的任何特定示例性教导，而是可替代地由随后的权利要求所限定。

Claims (29)

1.一种在具有某个数目的带宽(BW)可能性和某个数目的循环前缀可能性的OFDM蜂窝电信系统中执行小区搜索的方法，该方法包括以下步骤：
使移动终端/用户设备(UE)中的接收机前端适应某个载频f0和BW，所述BW包括所述系统的某个数目的BW；
开始小区搜索；
如果时隙定时被发现，则执行粗略的频率修正；
估计循环前缀长度；
使用所述循环前缀的知识执行频率修正；
检测小区ID；以及
读取广播信道。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在不同BW之上的搜索顺序基于来自历史列表的信息。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在不同BW之上的搜索顺序基于有关所用的当前频带的信息。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述频带是选自使用下列标准的频带：全球移动通信系统(GSM)，宽带码分多址(WCDMA)或过渡性标准-95。
5.如权利要求1所述的方法，其中，估计所述循环前缀的步骤进一步包括以下步骤：将所接收到的信号与所述信号的延迟版本在至少两个数目上不同的抽样集上相关，其中执行相关的抽样集对应于系统中的可能的循环前缀，并且所估计的循环前缀长度在所有可能的循环前缀长度中使所述相关最大化。
6.如权利要求1所述的方法，在超级3G移动终端中被实现。
7.如权利要求1-6的任一项所述的方法，该方法包括以下步骤：
识别减少可能同步信号集的至少一个关键系统参数；以及
在有限数目的不同同步信号上执行小区搜索和同步。
8.如权利要求7所述的方法，其中，可能的同步信号缩减集精确地包括一个同步信号。
9.如权利要求7所述的方法，其中，减少可能的同步信号的数目的关键系统参数之一是系统带宽(BW)。
10.如权利要求9所述的方法，其中，可能的同步信号缩减集精确地包括一个同步信号。
11.如权利要求7所述的方法，其中，减少可能的同步信号的数目的关键系统参数是用于产生所发送的信号的快速傅立叶变换(FFT)大小。
12.如权利要求11所述的方法，其中，可能的同步信号缩减集精确地包括一个同步信号。
13.如权利要求7所述的方法，其中，减少可能的同步信号的数目的关键系统参数是所发送的信号的循环扩展的长度。
14.如权利要求13所述的方法，其中，可能的同步信号缩减集精确地包括一个同步信号。
15.一种具有某个数目的带宽(BW)可能性和某个数目的循环前缀可能性的OFDM蜂窝电信系统，该OFDM蜂窝电信系统包括：
移动终端/用户设备(UE)，所述移动终端/用户设备(UE)能在某个载频f0和BW上操作，所述BW包括所述系统的某个数目的BW；
所述移动终端/UE可操作来开始小区搜索；如果时隙定时被发现，则执行粗略的频率修正；估计循环前缀长度；使用所述循环前缀的知识执行频率修正；检测小区ID；以及读取广播信道。
16.如权利要求15所述的OFDM蜂窝电信系统，适于对在所述某个数目的BW上的所述搜索进行排序基于来自历史列表的信息。
17.如权利要求15所述的OFDM蜂窝电信系统，适于对在所述某个数目的BW上的搜索进行排序基于有关所用的当前频带的信息。
18.如权利要求17所述的OFDM蜂窝电信系统，其中，所述频带是选自使用以下标准的频带：全球移动通信系统(GSM)，宽带码分多址(WCDMA)或过渡性标准-95。
19.如权利要求15所述的OFDM蜂窝电信系统，其中，移动终端/UE在估计循环前缀时进一步适于将所接收到的信号与所述信号的延迟版本在至少两个数目上不同的抽样集上相关，其中执行相关的抽样集对应于OFDM蜂窝电信系统中的可能的循环前缀，以及所估计的循环前缀长度在所有可能的循环前缀长度中使所述相关最大化。
20.如权利要求15-19的任一项所述的OFDM蜂窝电信系统，包括促进某个数目的带宽可能性和某个数目的循环前缀可能性的装置，其中有关特定小区的循环前缀长度的信息被并入小区ID信息中。
21.如权利要求20所述的OFDM蜂窝电信系统，其中所述移动终端/UE包括适于利用在所述小区搜索过程中检测到的所述小区ID中的循环前缀长度信息来检测特定小区的CP的装置。
22.如权利要求15-19的任一项所述的OFDM蜂窝电信系统，其中所述移动终端/UE包括：
用于识别减少可能的同步信号集的至少一个关键系统参数的装置；以及
用于在有限数目的不同同步信号上执行小区搜索和同步的装置。
23.如权利要求22所述的OFDM蜂窝电信系统，其中，可能的同步信号缩减集精确地包括一个同步信号。
24.如权利要求22所述的OFDM蜂窝电信系统，其中，减少可能的同步信号的数目的关键系统参数之一是系统带宽(BW)。
25.如权利要求24所述的OFDM蜂窝电信系统，其中，可能的同步信号缩减集精确地包括一个同步信号。
26.如权利要求22所述的OFDM蜂窝电信系统，其中，减少可能的同步信号的数目的关键系统参数是用于产生所发送的信号的快速傅立叶变换(FFT)大小。
27.如权利要求26所述的OFDM蜂窝电信系统，其中，可能的同步信号缩减集精确地包括一个同步信号。
28.如权利要求22所述的OFDM蜂窝电信系统，其中，减少可能的同步信号数目的关键系统参数是所发送的信号的循环扩展的长度。
29.如权利要求28所述的OFDM蜂窝电信系统，其中，可能的同步信号缩减集精确地包括一个同步信号。
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