CN101499845B

CN101499845B - Td-scdma系统的上行同步检测方法及装置

Info

Publication number: CN101499845B
Application number: CN2008100570264A
Authority: CN
Inventors: 郑银香; 徐红艳
Original assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-01-29
Also published as: CN101499845A

Abstract

本发明公开了TD-SCDMA系统的上行同步检测方法及装置，解决移动网络在广覆盖应用场景下，现有的检测技术无法检测出上行同步码的问题。首先，本发明提供了一种适用于广覆盖应用场景下的时隙结构，将上行同步码的发送位置扩展到业务时隙，有效地增大了基站的覆盖范围。其次，还提供了一种针对该时隙结构的上行同步检测方法，通过分段计算法或滑动窗口法，将检测长度的接收信号与本小区的每个上行同步码分别进行相关计算，然后进行检测判决。所述检测方法能够检测出广覆盖范围内的上行同步码，而且检测概率没有损失。

Description

TD-SCDMA系统的上行同步检测方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及TD-SCDMA系统的上行同步检测方法及装置。

背景技术

在TD-SCDMA第三代移动通信系统中，上行同步检测算法是基站物理层算法，用于UE(User Equipment，用户设备)的上行同步建立过程。参照图1所示，是TD-SCDMA系统的帧结构示意图。每个帧长为10ms的无线帧包含两个结构相同的子帧，每一子帧又分成7个常规时隙(TS0，TS1，…，TS6)和3个特殊时隙，这3个特殊时隙分别为DwPTS(Downlink Pilot Time Slot，下行导频时隙)、GP(Guard Period，保护时隙)和UpPTS(Uplink Pilot Time Slot，上行导频时隙)。其中，DwPTS和UpPTS分别用作下行同步和上行同步，不承载用户数据。GP用作上行同步建立过程中的传播时延保护，可防止上下行信号之间的干扰。TS0-TS6是业务时隙，用于承载用户数据或控制信息，TS0固定用作下行时隙来发送系统广播信息，TS1固定用作上行时隙；上行时隙和下行时隙之间由转换点分开。

参照图2，是TD-SCDMA帧中特殊时隙结构示意图。其中，DwPTS由长为64chips(码片)的下行同步序列SYNC_DL和32chips的GP组成，SYNC_DL是标识小区的码，用来区分相邻小区，在DwPTS发送。UpPTS由长为128chips的上行同步序列SYNC_UL和32chips的GP组成，SYNC_UL是随机接入的特征信号，在UpPTS发送。

基于以上帧结构，现有的TD-SCDMA系统的上行同步检测技术是指：基站对每个子帧，用本小区的8个上行同步码分别对接收到的GP+UpPTS时隙内共256chips的信号进行相关检测，根据检测判决条件确定所述256chips长度的时隙内是否有上行同步码接入，并同时得到上行同步码的起始接入位置。

所述上行同步检测技术存在一个问题：移动网络的覆盖区域受DwPTS与UpPTS之间的保护间隔长度的限制，DwPTS与UpPTS之间的保护间隔具体是指图2所示的标准时隙结构中的GP，而所述同步检测技术的检测长度为256chips，只适用于对保护间隔在96chips范围内的覆盖区域进行检测，随着3G移动通信网络的逐步建设，移动网络覆盖范围将越来越广，上述检测技术已无法检测出广覆盖区域下的上行同步码。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供TD-SCDMA系统的上行同步检测方法及装置，以解决移动网络在广覆盖应用场景下，现有的检测技术无法检测出上行同步码的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术方案：

一种TD-SCDMA系统的上行同步检测方法，包括：

将上行同步码的检测长度扩展到业务时隙；

对所述检测长度的接收信号分段，并将每个分段的接收信号分别与本小区的每个上行同步码进行相关计算；

针对本小区的同一个上行同步码，合并每个分段的计算结果，得到对应同一上行同步码的相关功率值；

对所述相关功率值进行检测判决。

其中，所述对相关功率值进行检测判决的步骤中，选择一个或多个判决门限，所述判决门限根据检测长度设定。

优选的，所述检测长度扩展为UpPTS+至少一个业务时隙，其中每个业务时隙都闭锁；并且，根据检测长度调整分段段长。

另一种TD-SCDMA系统的上行同步检测方法，包括：

将上行同步码的检测长度扩展到业务时隙；

设定滑动窗口的长度和滑动步长，根据所述检测长度得到需要的滑动窗口个数；

针对每个滑动窗口的接收信号，分别与本小区的每个上行同步码进行相关计算；

对每个滑动窗口分别进行检测判决，并将所有滑动窗口的检测结果合并。

优选的，所述检测长度扩展为UpPTS+至少一个业务时隙，其中每个业务时隙都闭锁；并且，根据检测长度调整滑动窗口的长度和/或滑动步长。

本发明还提供了TD-SCDMA系统的上行同步检测装置，包括：

检测长度调整单元，用于将上行同步码的检测长度扩展到业务时隙；

相关计算单元，用于采用分段计算法或滑动窗口法，将所述检测长度的接收信号与本小区的每个上行同步码分别进行相关计算；

检测判决单元，用于根据所述计算结果进行检测判决。

优选的，所述检测长度扩展为UpPTS+至少一个业务时隙，其中每个业务时隙都闭锁。

其中，如果采用分段计算法，则所述相关计算单元包括：分段单元，用于对所述检测长度的接收信号分段；第一计算单元，用于将每个分段的接收信号分别与本小区的每个上行同步码进行相关计算；合并单元，用于针对本小区的同一个上行同步码，合并每个分段的计算结果，得到对应同一上行同步码的相关功率值。

其中，所述检测判决单元采用各种判决门限检测所述相关功率值时，根据检测长度重新设定门限。

其中，如果采用滑动窗口法，则所述相关计算单元包括：滑动窗口设置单元，用于设定滑动窗口的长度和滑动步长，根据所述检测长度得到需要的滑动窗口个数；第二计算单元，用于针对每个滑动窗口的接收信号，分别与本小区的每个上行同步码进行相关计算。

其中，所述检测判决单元对每个滑动窗口分别进行检测判决，并将所有滑动窗口的检测结果合并。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

为满足移动网络覆盖范围越来越广的需求，本发明提供了一种适用于广覆盖应用场景下的时隙结构，将上行同步码的发送位置扩展到业务时隙，即将需要的业务时隙闭锁，将UpPTS和闭锁的业务时隙共同作为发送上行同步码的可能位置。这样相当于扩大了DwPTS和UpPTS之间的等效保护间隔长度，从而增大了基站的覆盖范围，更适用于广覆盖系统。而且，对于未来可能出现的超远范围覆盖，还可以将闭锁的时隙扩至其他时隙，从而进一步扩大保护间隔，适用于更远距离的覆盖。

针对上述时隙结构，本发明改进了现有的上行同步检测方法，对检测长度进行相应增加，并采用分段计算法或滑动窗口法，将检测长度的接收信号与本小区的每个上行同步码分别进行相关计算，然后进行检测判决。这种检测方法能够检测出广覆盖范围内的上行同步码，而且检测概率没有损失。

附图说明

图1是现有技术中TD-SCDMA系统的帧结构示意图；

图2是现有技术中TD-SCDMA帧的特殊时隙结构示意图；

图3是本发明中TD-SCDMA帧的扩展时隙结构示意图；

图4是本发明所述采用分段计算法检测上行同步码的流程图；

图5是本发明所述采用滑动窗口法检测上行同步码的流程图；

图6是本发明具体实施例所述上行同步检测方法的流程图；

图7a和7b是本发明所述上行同步检测装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

为满足移动网络覆盖范围越来越广的需求，本发明提供了一种适用于广覆盖应用场景下的时隙结构，有效地增大了基站的覆盖范围；同时还提供了一种针对该时隙结构的上行同步检测方法，能够对广覆盖以及未来的超远距离覆盖范围，检测出是否有上行同步码接入，并得到上行同步码的起始接入位置。

下面首先介绍所述适用于广覆盖应用场景下的时隙结构。

参照图3，是本发明实施例所述TD-SCDMA帧的扩展时隙结构示意图。对比图2，在TD-SCDMA系统中，图3将业务时隙TS1闭锁，即TS1不再承载用户数据或控制信息，而将UpPTS和TS1共同作为发送上行同步码的可能位置。这样，由于TS1闭锁，相当于发送上行同步码的实际位置距离DwPTS的长度增大了，这段长度范围可视为等效的保护间隔。因此，保护间隔的扩大有效地增大了基站的覆盖范围。

而且，对于未来可能出现的超远范围覆盖，还可以将闭锁的时隙扩至其他时隙，从而进一步扩大保护间隔，适用于更远距离的覆盖。例如，将闭锁时隙扩到TS2，即将UpPTS、TS1和TS2共同作为发送上行同步码的可能位置，这时的保护间隔就进一步被扩大。但是在实际应用中，根据实际组网的覆盖距离及容量要求，在多数情况下将闭锁的时隙扩展到TS1即可，因此下面将以UpPTS+TS1为例进行说明。

由图3所示的扩展时隙结构可知，TS1闭锁后，由于发生上行同步码的可能位置发生了改变，所以对上行同步码的检测范围也应进行相应扩展。例如参照图3所示，检测范围由原来的GP+UpPTS扩展到GP+UpPTS+TS1。

但本发明实施例优选的，将检测范围确定为UpPTS+TS1，因为在实际应用中，上行同步码的检测范围并不是GP+UpPTS+TS1，而是UpPTS(160chips)+TS1(864chips)，即长度取值范围由原来的256chips扩展到1024chips。这样处理是基于两个原因：第一，相关运算的实现简单，因为相关运算是用FFT(Fast Fourier transform，快速傅里叶变换)和IFFT(Inverse Fast Fouriertransform，快速傅里叶逆变换)实现的相关计算方法，而用FFT的实现长度最好为2ⁿ，1024是2¹⁰；第二，DwPTS以及远端基站的干扰随着传播距离的增大而迅速减弱，根据TD-SCDMA系统中的时隙结构，靠近DwPTS位置的干扰会比TS1位置的干扰强很多，而且根据广覆盖的应用场景，上行同步码会在原标准位置(即UpPTS)靠后的位置发送，因此检测时舍弃了紧跟DwPTS后GP位置的96chips的接收信号。这样，上行同步码可能位于所述1024chips内的任何位置，因此，同步检测需要在所述1024chips长度内进行。

扩展检测范围后，原来对GP+UpPTS共256chips长度的检测方法已不适应扩展后的检测范围，因为如果直接将原方法不作改变而只是简单地将检测长度扩展至1024chips，采用1024点FFT算法计算各天线上的接收数据与不同上行同步码的相关值，计算量太大，在硬件实现上有困难。所以，为了能够检测出广覆盖范围下的上行同步码，本发明提供了一种适用于广覆盖场景的上行同步检测方法。针对检测长度加大的问题，本发明可以采用分段计算和滑动窗口两种方法来解决，下面分别进行说明。

上行同步检测的原理是针对其他基站发送过来的信号，将本小区的8个上行同步码分别与每个子帧中UpPTS+TS1范围内的信号进行相关计算，并通过各种判决方法检测出是否有上行同步码接入。

参照图4，是本发明所述采用分段计算法检测上行同步码的流程图，具体步骤如下：

步骤401，将UpPTS+TS1范围内的接收信号分段。

例如将整个检测窗分为M＝4段，每段长度为N＝256chips，N最好为2ⁿ，则分成4段256点的数据段。

步骤402，针对每个分段的信号，将本小区的每个上行同步码分别与每段信号进行相关运算，即每段分别采用由线性卷积构造循环卷积从而用FFT和IFFT来实现的相关计算方法。如利用256点的FFT进行分段卷积，对于每一个分段，采用FFT和IFFT实现相关计算。

举例具体说明：

假设sync_code[k][i]为本小区的上行同步码，共有8个上行同步码(TD-SCDMA系统的规范中规定，1个小区可能对应的上行同步码共有8个)，每个上行同步码的长度为128chips，即k＝0，1，…，7，i＝0，1，…，127。

假设接收机接收到的信号为rs_sync[k_α][i]，kα＝0，1，…，Kα_Num，i＝0，1，…，1023。其中，Ka_Num为天线数，将接收信号rs_sync[k_α][i]分成每段为256点的4段，分别与本小区的上行同步码进行相关运算。

即令

x_{l} [ka] [n] = \{\begin{matrix} rx_sync [k_{a}] [l * N + n], lN \leq n \leq (l + 1) N \\ 0, else \end{matrix}, l = 0,1, . . ., 3;

通过以上计算，对应本小区的每个同步上行码，分别得到4个分段的相关功率值。

步骤403，针对本小区的同一个上行同步码，合并每个分段的计算结果，得到对应同一上行同步码的相关功率值。

步骤404，对所述相关功率值进行检测判决，判决出待检测的子帧是否有上行同步码接入，如果有，是8个中的哪一个，并确定起始接入位置。具体判决方法是采用判决门限法，常用的判决门限有检测门限、冲突检测门限、可靠检测门限等，本发明在此不作限定。

需要说明的是，与现有技术相比，由于本发明的检测长度增大了，而上述各种判决门限对检测长度比较敏感，所以需要重新设定门限，使之适用于1024chips的检测长度。

上述过程中，分段时需要注意的是，根据实际应用场景的不同，以及检测长度的不同，分段段长及分段个数需要达到一个平衡，并不是段长越小、段数越多达到的计算效果就越理想；而且，如果检测长度扩展到TS2、TS3或其他更广的业务时隙范围内，需要根据检测长度及相关计算量合理调整分段段长及分段个数。

参照图5，是本发明所述采用滑动窗口法检测上行同步码的流程图，具体步骤如下：

步骤501，设定滑动窗口的长度和滑动步长，根据所述检测长度得到需要的滑动窗口个数。其中，所述滑动窗口个数是指在检测长度范围内，窗口根据长度和滑动步长的设置情况，能够滑动的次数；当滑动步长小于窗口长度时，窗口重叠。

例如针对长度为1024chips的检测范围，采用滑动窗的方法，设定滑动窗长W，滑动步长S。为了计算实现的方便，W最好为2ⁿ，此处假定W＝256。为了描述简便，本例中没有说明具体的滑动步长S。

步骤502，针对每个滑动窗口的接收信号，分别与本小区的每个上行同步码进行相关计算。

举例具体说明：

假设sync_code[k][i]为本小区的上行同步码，共有8个上行同步码，每个上行同步码的长度为128chips，即k＝0，1，…，7，i＝0，1，…，127。

假设每个窗内的接收信号为：x_l[k_α][n]＝rs_sync[k_α][l*S+n]，lS≤n≤lS+W。

通过以上计算，对应每个滑动窗口，分别得到8个相关功率值。

步骤503，利用所述相关功率值，对每个滑动窗口分别用判决门限进行检测判决。可以采用的判决门限包括检测门限、冲突检测门限、可靠检测门限等，本发明在此不作限定。

步骤504，将所有滑动窗口的检测结果合并，合并时采用冲突检测判决和相同结果判决等判决门限，得到最终的判决结果。

所述滑动窗口法与分段计算法中的检测判决方法不同，滑动窗口法是对每个滑动窗口的相关计算结果分别进行检测，对应每个窗口得到一个判决结果，然后对多个滑动窗口的结果进行合并，才得到最终的结果。

需要说明的是，上述滑动窗口的长度W＝256仅作为实施例说明，在实际应用中，滑动窗口的长度及滑动步长需要根据检测长度及相关计算量综合考虑，如果窗口长度太小、窗口密度太大，也会影响相关计算速度及检测效率。

本发明提供了以上两种检测方法，无论采用哪种，都可以针对移动网络覆盖范围越来越广的情况，对上行同步码进行检测。而且，检测概率没有损失。

下面针对实际应用情况，举个具体的例子进行说明。

在实际应用中，现有的上行同步码检测方法的完整处理步骤包括AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)调整、天线补偿、匹配滤波、各天线功率求和、插值和检测判决共六个步骤，本发明提供的上述方法主要是对匹配滤波和检测判决两个步骤的改进。下面将图4和图5所示的方法结合这六个步骤进行说明。

参照图6，是所述具体实施例的上行同步码检测流程图。

步骤601，AGC调整。主要是根据接收到的信号的幅度，将输入信号调整到上行同步检测算法要求的幅度范围之内。采用分段计算各段AGC因子方法，最终选择最大的AGC因子作为上行同步码检测所需要的AGC调整因子。

步骤602，天线补偿。基带接收信号乘以天线校准系数，补偿基带A/D(模拟信号/数字信号)转换之前的各天线及其接收支路的幅相不平衡。

步骤603，匹配滤波。主要是完成本小区上行同步码组(共8个)与接收信号进行相关运算。对于包括UpPTS和TS1在内的共1024chips长的接收数据，与本小区上行同步码组进行相关运算，计算的方法可采用分段计算法或滑动窗口法，如前所述，在此不再详述。

步骤604，各天线功率求和。针对同一上行同步码，将不同天线接收信号的相关功率求和，找出最大功率点的位置。

步骤605，插值。对最大功率点前后1chip的信号进行一定精度的信道冲激响应插值，找出最大功率点的位置及其功率值。

步骤606，检测判决。利用插值后的最大功率值和相应的检测窗进行检测判决，如果满足检测条件，则判断有上行同步码接入；否则，判断没有上行同步码接入。

由于步骤603中匹配滤波的方法不同，检测判决方法也相应有不同的方法：对应第一种匹配滤波方法(分段计算法)，最后在整个检测窗内进行检测判决，由于各种判决门限，如检测门限、冲突检测门限、可靠检测门限等对检测长度比较敏感，因此要重新设定这些门限使之适用于1024chips的检测长度；第二种方法是对应滑动窗法的匹配滤波法，每一个滑动窗内分别进行判决检测，最终将所有的检测结果进行合并得到判决结果，其中合并方法包括冲突检测判决和相同结果判决等。

本发明还提供了一种适用于广覆盖范围的上行同步检测装置，参照图7，是所述上行同步检测装置的结构框图。所述装置主要包括检测长度调整单元71、相关计算单元72和检测判决单元73。

其中，检测长度调整单元71用于将上行同步码的检测长度扩展到业务时隙。可参照图3所示，检测长度有原来的GP+UpPTS扩展到GP+UpPTS+TS1。优选的，为计算简便和避免DwPTS的延迟拖尾干扰，将检测范围确定为UpPTS+TS1共1024chips的长度。而且，对于未来可能出现的超远范围覆盖，还可以将闭锁的时隙扩至其他时隙，从而进一步扩大保护间隔。

相关计算单元72用于采用分段计算法或滑动窗口法，将检测长度为1024chips的接收信号与本小区的每个上行同步码分别进行相关计算。如果采用分段计算法，则参照图7a，所述相关计算单元72包括分段单元721a，用于对检测长为1024chips度的接收信号分段；第一计算单元722a，用于将每个分段的接收信号分别与本小区的每个上行同步码进行相关计算；合并单元723a，用于针对本小区的同一个上行同步码，合并每个分段的计算结果，得到对应同一上行同步码的相关功率值。

如果相关计算单元72采用滑动窗口法进行相关计算，则参照图7b，包括滑动窗口设置单元721b，用于设定滑动窗口的长度和滑动步长，根据所述检测长度得到需要的滑动窗口个数；第二计算单元722b，用于针对每个滑动窗口的接收信号，分别与本小区的每个上行同步码进行相关计算。

检测判决单元73用于根据所述计算结果进行检测判决，判决出待检测的子帧是否有上行同步码接入，如果有，是8个中的哪一个，并确定起始接入位置。针对图7a的情况，检测判决单元73可采用判决门限法进行判决，常用的判决门限有检测门限、冲突检测门限、可靠检测门限等。但由于本发明的检测长度增大了，而上述各种判决门限对检测长度比较敏感，所以需要重新设定门限，使之适用于1024chips的检测长度。

针对图7b的情况，检测判决单元73是对每个滑动窗口的相关计算结果分别进行检测，对应每个窗口得到一个判决结果，然后对多个滑动窗口的结果进行合并，才得到最终的结果。这一点与针对图7a的处理不同。

需要说明的是，在实际应用中，具体的装置结构可能会与图7所示不同，但都是基于图7所示结构的变形，因此不应将本发明装置的保护范围限定到图7所示的结构。而且，图7所示装置中未详述的部分可以参见图4、图5和图6所示方法的相关部分，为了篇幅考虑，在此不再详述。

以上对本发明所提供的TD-SCDMA系统的上行同步检测方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1. TD-SCDMA系统的上行同步检测方法，其特征在于，包括：

将上行同步码的检测长度扩展到业务时隙；

对所述相关功率值进行检测判决。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对相关功率值进行检测判决的步骤中，选择一个或多个判决门限，所述判决门限根据检测长度设定。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述检测长度扩展为UpPTS+至少一个业务时隙，其中每个业务时隙都闭锁。

4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：根据检测长度调整分段段长。

5. TD-SCDMA系统的上行同步检测方法，其特征在于，包括：

将上行同步码的检测长度扩展到业务时隙；

6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述检测长度扩展为UpPTS+至少一个业务时隙，其中每个业务时隙都闭锁。

7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于：根据检测长度调整滑动窗口的长度和/或滑动步长。

8. TD-SCDMA系统的上行同步检测装置，其特征在于，包括：

检测判决单元，用于根据所述计算结果进行检测判决。

9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述检测长度扩展为UpPTS+至少一个业务时隙，其中每个业务时隙都闭锁。

10. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，如果采用分段计算法，则所述相关计算单元包括：

分段单元，用于对所述检测长度的接收信号分段；

第一计算单元，用于将每个分段的接收信号分别与本小区的每个上行同步码进行相关计算；

合并单元，用于针对本小区的同一个上行同步码，合并每个分段的计算结果，得到对应同一上行同步码的相关功率值。

11. 根据权利要求10所述的装置，其特征在于：所述检测判决单元采用各种判决门限检测所述相关功率值时，根据检测长度重新设定门限。

12. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，如果采用滑动窗口法，则所述相关计算单元包括：

滑动窗口设置单元，用于设定滑动窗口的长度和滑动步长，根据所述检测长度得到需要的滑动窗口个数；

第二计算单元，用于针对每个滑动窗口的接收信号，分别与本小区的每个上行同步码进行相关计算。

13. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述检测判决单元对每个滑动窗口分别进行检测判决，并将所有滑动窗口的检测结果合并。