CN101562474A - 一种上行同步信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种应用于TD－SCDMA移动通信系统中基站检测用户终端(UE)发送的上行同步信号的方法。在多小区环境下，由于距离的关系，本小区基站(Node B)端的GP与UpPTS时隙内会存在远端同频邻小区上行时隙或者下行时隙的干扰，在干扰较大的情况下，基站(Node B)将会无法正确检测出UE的UpPCH发送信息。虽然为了克服干扰问题，中国通信标准化组织(CCSA)和3GPP在相关标准中做了努力，但是随着现场通信环境的越来越复杂，UpPCH受到干扰的情况仍然无法避免。针对上述问题，本发明方法公开了一种改进的上行导频信道检测方法，特征在于，首先利用对应于本小区的SYNC－UL码对接收信号计算归一化相关功率值，其次利用归一化相关功率值确定峰值及其对应时间，最后对属于不同SYNC－UL码的上行导频信道进行激活判断。经过仿真和测试，本方法可以较好地解决上述干扰对上行同步的影响。

Description

一种上行同步信号检测方法

技术领域

本发明涉及一种应用于无线通信系统的，特别涉及一种应用于TD-SCDMA移动通信系统中基站检测用户终端(UE)发送的上行同步信号的方法。

背景技术

TD-SCDMA系统是一个同步通信系统，对上行和下行的同步均有比较严格的要求。在空闲模式下，用户终端(UE)已经和基站(Node B)之间建立了下行同步，并不断地监听下行的寻呼信息，当用户终端(UE)收到自己的寻呼或者需要发起呼叫，用户终端(UE)都需要在上行同步的基础上建立可靠的上行通信链路。但是，此时用户终端(UE)并不知道与基站(Node B)之间的传播时延，即不能准确地知道发送‘RRC连接请求’消息时所需的发射功率和定时提前量。上行PRACH信道用于用户终端(UE)发送‘RRC连接请求’，而PRACH信道位于常规时隙中，如果UE在未知发射功率和定时提前量的情况下发送RRC连接请求，那么这个非同步的信号将对该时隙和相邻时隙的其他用户造成严重干扰。因此，在TD-SCDMA系统中采用了二次接入技术，并专门定义了两个时隙(Guard Period(GP)和Uplink Pilot Time Slot(UpPTS))，时隙的帧结构见附图1。所述的两个时隙的用于上行导频信道(UpPCH)的检测，以便完成初始的上行同步和上行功率控制，此后用户终端(UE)可以用相对精确的定时提前量和发送功率来发射PRACH信道。

在用户终端(UE)只获得了下行同步信息的情况下，根据下行同步定时信息和路径衰耗估计上行UpPCH的发送提前量，基本上可以保证UpPCH位于GP与UpPTS时隙内。每小区包含一个下行导频(SYNC-DL)码，一共有32个SYNC-DL码可供选择，与每个SYNC-DL码对应的是8个基本上行导频(SYNC-UL)码，码长为128chip，QPSK调制后承载在UpPCH上进行传输，当用户终端(UE)要建立上行信道时，会随机选取8个SYNC-UL码中的1个进行发送以发起接入请求。基站(Node B)每个子帧都需要对用户终端(UE)发送的UpPCH进行检测，确定UpPCH的到达时间。

通常，基站(Node B)检测UpPCH的方法是利用8个SYNC-UL码在GP与UpPTS时隙内进行滑动求相关，检测是否存在峰值及其峰值位置来确定是否有上行信道请求以及到达时间，假设接收信号表示为r_i(表示从GP起始时刻开始的第i个chip)，滑动求相关的算术表示形式如下，

$c_{n,i}=\frac{1}{128}\underset{k=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+k-1}\·s_{n,k}^{*},n=1~8$

其中n表示第n个SYNC-UL码，其中s_n，k ^*对应第n个上行导频码的第k个符号。得到滑动相关值后，利用各个SYNC-UL码对应的相关功率确定峰值检测门限以及上行UpPCH冲突检测门限，从而确定是否有对应某一SYNC-UL码的上行接入请求。为了节省计算量，现有方案都利用256点FFT(快速傅里叶变换)来降低滑动相关的运算量。

在单小区环境下，基站(Node B)端的各上行以及下行时隙间的定时位置相对准确，GP与UpPTS内不会有较大的干扰存在，采用上述上行导频信道检测方法的成功率较高。但是当在多小区环境下，由于距离的关系，本小区基站(NodeB)端的GP与UpPTS时隙内会存在远端同频邻小区上行时隙或者下行时隙的干扰，在干扰较大的情况下，基站(Node B)将会无法正确检测出UE的UpPCH发送信息。在现场测试中一种常见的现象是，远端基站的下行导频信道干扰GP，采用上述上行导频信道检测方法时，该强干扰的位置同样会计算出非常大的相关功率值，导致误检测到UpPCH冲突，因而随机接入的失败率非常高，以至于除了离基站天线很近的用户可能接入，其它稍远一点的用户根本无法接入。

为了避免强干扰导致无法接入的情况，中国通信标准化组织(CCSA)和3GPP在相关标准中新增加了n_UpPCHShift(n_UpPCHShift＝0～127)参数用于调整上行UpPCH的发送位置(参见3GPP TS25.224-740，UpPCH Shifting)，使UpPCH相对于UpPTS的标准时刻再延迟n_UpPCHShift×16chip进行发送，以避开强干扰区域，附图2给出了增加n_UpPCHShift参数后的UpPCH的可能起始位置。

虽然协议做了上述的扩展，但是随着现场通信环境的越来越复杂，UpPCH受到干扰的情况仍然无法避免，因此需要一种更好的上行同步检测方法来抵抗干扰对检测正确率的影响。

发明内容

本发明针对上述问题，公开了一种改进的上行导频信道检测方法，其特征在于：首先利用对应于本小区的SYNC-UL码对接收信号计算归一化相关功率值，其次利用归一化相关功率值确定峰值及其对应时间，最后对属于不同SYNC-UL码的上行导频信道进行激活判断。

所述的计算归一化相关功率值，做法是：

接收从GP起始时刻+n_UpPCHShift开始的L个chip数据，其中L的长度与实现和基站覆盖范围有关，其目的是要保证接收数据中包含覆盖范围内不同UE的上行UpPCH信息，扩展其前32个chip和其后95个chip，用0填充，得到L+127长数据r_i，i＝1～L+127。

利用8个SYNC-UL码分别对r_i进行滑动求相关，得到

$c_{n,i}=\frac{1}{128}\underset{k=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+k-1}\·s_{n,k}^{*},n=1~8,i=1~L$

这里n是上行导频码(SYNC-UL)的序号，其中s_n，k ^*对应第n个上行导频码的第k个符号，计算滑动窗内的平均接收功率，对滑动相关结果进行归一化，

$p_i=\frac{1}{128}\underset{k=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r_{i+k-1}\right|}^2$

${\mathrm{np}}_{n,i}=\frac{{\left|c_{n,i}\right|}^2}{p_i},i=1~L$

所述的利用归一化功率值确定峰值及其对应时间，做法是：对应于每一个SYNC-UL码(以第n个SYNC-UL码为例)，找出np_n，i中最大值和位置，

np_n，max＝max(np_n，i)

${\mathrm{pos}}_{n,\max }=\underset{i}{\arg }\max \left({\mathrm{np}}_{n,i}\right)$

利用np_n，i，i＝(pos_n，max-2)～(pos_n，max+2)对pos_n，max左右各1/2chip内进行1/8chip插值(插值系数可以利用Sa函数获得，阶数选择为5阶)得到inp_n，i，i＝1～9，其中inp_n，5＝np_n，max，找出其中最大的值及其对应位置

inp_n，max＝max(inp_n，i)

$i{\mathrm{pos}}_{n,\max }=\underset{i}{\arg }\max \left({\mathrm{inp}}_{n,i}\right)$

得到最大值对应的1/8chip精度的时间信息即为

UpPCH_POS＝8·pos_n，max+ipos_n，max-5

所述的上行导频信道激活判断，做法是：

计算除pos_n，max前2个chip，后4个chip外的所有归一化相关功率值与inp_n，max的比值，

${\mathrm{rn}}_{n,i}=\frac{{\mathrm{np}}_{n,i}}{{\mathrm{inp}}_{n,\max }},i\∉[{\mathrm{pos}}_{n,\max }-2,{\mathrm{pos}}_{n,\max }+4]$

找出其中的最大值rn_n，max＝max(rn_n，i)，如果rn_n，max＞th，则认为对应第n个SYNC-UL码没有上行UpPCH信号，否则认为存在UpPCH，对应的到达时间为UpPCH_POS，其中th为检测门限，可以通过计算机仿真获得。

采用本发明方法，基站(Node B)在对上行同步检测时，能够较好地抵抗同频邻区下行导频信道等相邻时隙或其它干扰对UpPCH检测的影响，特别是当强干扰占用时间宽度小于UpPCH的时间宽度(128chip)时，该方法能够更好地的检测出上行导频信道。采用本方法，使得标准中新增加的UpPCH Shifting技术对于基站来说并非必需，而且还能够获得更好的检测性能。

附图说明

图1给出了TD-SCDMA帧结构

图2给出了UpPCH的可能起始位置

图3为本发明的方法流程图

图4给出了仿真中假定的接收信号及其同频干扰

图5为仿真得到的上行同步信号检测正确率曲线

具体实施方式

结合附图3所示的本发明的方法，包括3大步实施过程，其具体实施过程如下：

首先，得到归一化的滑动相关功率值，其具体过程如下，

1)接收从GP起始时刻+n_UpPCHShift开始的L个chip数据，其中L的长度与实现和基站覆盖范围有关，本实施例中以最常用的L＝256为例，记为r′_i，i＝1～256，在r′前补充32个零，之后补充95个零得到383长数据r_i，i＝1～383。

2)利用8个SYNC-UL码分别对r进行滑动求相关，得到256个相关值

$c_{n,i}=\frac{1}{128}\underset{k=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+k-1}\·s_{n,k}^{*},n=1~8,i=1~256$

3)计算滑动窗内的平均接收功率，对滑动相关结果进行归一化，

$p_i=\frac{1}{128}\underset{k=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r_{i+k-1}\right|}^2$

${\mathrm{np}}_{n,i}=\frac{{\left|c_{n,i}\right|}^2}{p_i},i=1~256$

其次，根据归一化相关功率值进行最大值抽取，得到1/8chip精度的时间信息，其具体过程如下，

1)对应于每一个SYNC-UL码，找出其中具有最大归一化相关功率的点和位置，记为

np_n，max＝max(np_n，i)

${\mathrm{pos}}_{n,\max }=\underset{i}{\arg }\max \left({\mathrm{np}}_{n,i}\right)$

2)利用归一化功率相关值np_n，i，i＝(pos_n，max-2)～(pos_n，max+2)，对pos_n，max左右各1/2chip内进行1/8chip插值(插值系数可以利用Sa函数获得，阶数选择为5阶)得到inp_n，i，i＝1～9，其中inp_n，5＝np_n，max，找出其中最大的值对应

inp_n，max＝max(np_n，i)

$i{\mathrm{pos}}_{n,\max }=\underset{i}{\arg }\max \left({\mathrm{np}}_{n,i}\right)$

3)得到最大值对应的1/8chip精度的时间信息为

UpPCH_POS＝8·pos_n，max+ipos_n，max-5

最后，需要对是否UpPCH进行激活检测，检测方法如下，

1)计算除pos_n，max前2个chip，后4个chip外的所有归一化相关功率值与inp_n，max的比值，

${\mathrm{rn}}_{n,i}=\frac{{\mathrm{np}}_{n,i}}{{\mathrm{inp}}_{n,\max }},i\∉[{\mathrm{pos}}_{n,\max }-2,{\mathrm{pos}}_{n,\max }+4]$

2)找出其中的最大值rn_n，max＝max(rn_n，i)，如果rn_n，max＞th，则认为对应第n个SYNC-UL码没有上行UpPCH信号，否则认为存在UpPCH，对应的到达时间为UpPCH_POS，其中th为检测门限，本实施过程中选取为0.25。

为了充分说明采用本方法的技术方案，可以运用仿真手段对干扰的上行同步的影响和采用本方法的突出效果加以比较。例如，在复杂的多小区环境下，本小区的上行GP和UpPTS时隙有可能受到邻小区的下行DwPTS以及上行时隙1(TS1)上信号的干扰，这取决于邻小区基站以及UE到本小区基站间的距离。本小区时隙结构如附图1所示，假定本小区对应的下行SYNC-DL码号为12，n_UpPCHShift为0，在UpPTS时隙上有一个用户发起上行UpPCH信号，对应SYNC-UL码号为103，此时有一个较强的邻小区下行信号对应下行SYNC-DL码号为0，并且距离本小区基站较远，导致其下行DwPCH信号到达本小区基站(Node B)后，位于本小区的GP时隙上，如附图4所示。附图5给出在静态信道下，接收端UpPCH信号与高斯白噪声信号强度比为10dB时，接收端不同UpPCH信号与邻小区DwPCH信号强度比时的UpPCH检测正确率情况，从附图5的结果来看，即便邻小区的DwPCH信号在本小区基站(Node B)端很强(强于本小区UpPCH信号12dB)，利用本方法基站(Node B)仍然能够正确检测出上行导频信道，而利用传统检测方法，基站(Node B)端基本上无法正确检测。

Claims (2)

1、一种上行同步方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：用本小区的上行导频码(SYNC-UL)对接收信号计算归一化相关功率值，该步骤1包含：

1.1接收从保护时隙(GP)起始时刻+n_UpPCHShift开始的L个码片(chip)数据，形成一个码片数据列，这里L是所述码片数据列的长度，扩展所述码片数据列前32个码片(chip)和其后95个码片(chip)，用0填充，得到L+127长数据r_i，i＝1～L+127，这里i是码片序号；

1.2用本小区的8个上行导频码(SYNC-UL)分别对r_i进行滑动求相关，得到

$c_{n,i}=\frac{1}{128}\underset{k=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i+k-1}\·s_{n,k}^{*},n=1~8,i=1~L$

这里n是上行导频码(SYNC-UL)的序号，其中s_n，k ^*对应第n个上行导频码的第k个符号；

1.3计算滑动窗内的平均接收功率，对滑动相关结果进行归一化，

$p_i=\frac{1}{128}\underset{k=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r_{i+k-1}\right|}^2$

${\mathrm{np}}_{n,i}=\frac{{\left|c_{n,i}\right|}^2}{p_i},i=1~L$

这里p_i表示平均信号功率，而np_n，i表示归一化相关功率；

步骤2：用所述归一化相关功率值确定峰值及其对应时间，该步骤2包含：

2.1分别对上行导频码(SYNC-UL)1至n找出np_n，i中最大值和位置，

np_n，max＝max(np_n，i)

${\mathrm{pos}}_{n,\max }=\underset{i}{\arg }\max \left({\mathrm{np}}_{n,i}\right)$

这里np_n，max为最大的归一化功率，而pos_n，max为最大归一化功率对应位置；

2.2用np_n，i，i＝(pos_n，max-2)～(pos_n，max+2)对pos_n，max左右各1/2chip内进行1/8chip插值，插值系数可以利用Sa函数获得，阶数选择为5阶，得到inp_n，i，i＝1～9，其中inp_n，5＝np_n，max，找出其中最大的值及其对应位置

inp_n，max＝max(inp_n，i)

${\mathrm{ipos}}_{n,\max }=\underset{i}{\arg }\max \left({\mathrm{inp}}_{n,i}\right)$

这里inp_n，max对应插值后的最大值，而ipos_n，max为最大值对应位置；

2.3确定得到最大值对应的1/8chip精度的时间信息即为

UpPCH_POS＝8·pos_n，max+ipos_n，max-5；

步骤3：对属于不同的所述上行导频码(SYNC-UL)的上行导频信道进行激活判断，该步骤3包含：

3.1计算除pos_n，max前2个码片(chip)，后4个码片(chip)外的所有归一化相关功率值与inp_n，max的比值，

${\mathrm{rn}}_{n,i}=\frac{{\mathrm{np}}_{n,i}}{{\mathrm{inp}}_{n,\max }},i\∉[{\mathrm{pos}}_{n,\max }-2,{\mathrm{pos}}_{n,\max }+4];$

3.2找出所述所有归一化相关功率值与inp_n，max的比值的最大值rn_n，max＝max(rn_n，i)，如果rn_n，max＞th，则认为对应第n个SYNC-UL码没有上行UpPCH信号，否则认为存在UpPCH，对应的到达时间为UpPCH_POS，其中th为检测门限。

2、如权利要求1所述一种上行同步方法，其特征在于，步骤1所述的码片数据列长度L＝256。

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