CN101615922B - 一种下行同步跟踪方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下行同步跟踪方法，该方法包括：获取各子帧中下行导频时隙DwPTS中的下行同步SYNC-DL码，与用户设备UE本地的下行同步SYNC-DL码相关，得到时延函数DP值，并根据时延函数DP值计算能量时延函数PDP值；对各子帧的能量时延函数PDP值进行无限脉冲响应IIR滤波，并保存滤波后的能量时延函数PDP值；寻找各子帧的能量时延函数PDP值的峰值，将峰值位置输出。本发明还公开了相应装置，包括相关器、内插模块、能量时延函数计算模块、寄存器、滤波器、峰值比较器和输出模块。本发明能保证UE移动速度变换时，准确捕获帧头位置，满足下行同步要求。

Description

一种下行同步跟踪方法及装置

技术领域

本发明涉及码分多址接入(CDMA，Code Division Multiple Access)技术领域，特别是一种下行同步跟踪方法及装置。

背景技术

时分同步码分多址接入(TD-SCDMA，Time Division Synchronous CodeDivision Multiple Access)系统中，上行信道和下行信道工作在相同的频率、不同的时隙。对用户设备(UE，User Equipment)而言，上行信道和下行信道可能存在互相干扰，同时，不同的小区之间也存在干扰，需要有较好的同步技术保证TD-SCDMA系统的通信质量。

实际应用中，UE可能处于静止、慢速移动或者高速移动的场景。在静止或者慢速移动时，比如在室内或者步行场景下，UE端的下行同步跟踪能够给系统提供稳定的帧头信息，而在UE高速移动时，比如在城际动车或者磁悬浮列车场景下，UE快速移动引起的帧头位置变化较快，给UE端的下行同步跟踪带来困难。

一般而言，CDMA系统中的同步方法是：采用基于伪随机码(PN，Pseudo-random Number)滑动相关，通过确定相关峰值位置来捕获帧头信息，即：对UE本地产生的PN码与接收到的PN码进行相关运算，检测两个信号的同一性，如果两个信号波形相同，则在提前、滞后处出现的峰值为相关峰值，相关峰值的位置就是帧头所在位置。

TD-SCDMA系统也是一种CDMA系统，TD-SCDMA系统的帧结构如图1所示，每个帧长为10ms，如帧i和帧i+1；每个帧分成两个5ms的子帧，且两个子帧的结构完全相同；每个子帧又分成长度为675μs的7个常规时隙和3个特殊时隙。7个常规时隙分别为TS0至TS6，3个特殊时隙分别为长度96个码片(chip)的下行导频时隙(DwPTS，Downlink Piloting Time Slot)、长度96chip的保护间隔(GP，Guard Period)和长度160chip的上行导频时隙(UpPTS，UplinkPiloting Time Slot)。在7个常规时隙中，TS0总是分配给下行链路，而TS1总是分配给上行链路。上行链路时隙和下行链路时隙之间由转换点分开。

DwPTS的长度为75μs，结构如图2所示，包括长度为32chip的GP和长度为64chip的下行同步(SYNC-DL，Downlink Synchronize)码。现有的TD-SCDMA系统的下行同步跟踪中，由于两个子帧完全相同，将远端传来的TD-SCDMA一个子帧的SYNC-DL码与UE本地的SYNC-DL码相关，通过搜索相关峰值来实现。

在第三代合作伙伴计划(3GPP，Third Generation Partnership Project)描述的几种典型的信道环境中，例如：加性白高斯噪声(AWGN，Additive WhiteGaussion Noise)信道下，简单的将子帧的SYNC-DL码与UE本地的SYNC-DL码相关，搜索相关峰值的方法可以得到比较准确的下行同步信息。但是，在多径衰落信道，比如第三种情况(CASE3)的信道下，由于TD-SCDMA系统的SYNC-DL码长度仅有64chip，难于捕捉，特别是UE快速移动时，也简单地采用将单个子帧的SYNC-DL码与UE本地的SYNC-DL码相关来获得下行同步信息，就可能不够准确，难以满足TD-SCDMA系统高精度的同步要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种下行同步跟踪方法及装置，对子帧之间的信息进行滤波，提高下行同步跟踪性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种下行同步跟踪方法，该方法包括：

A、获取各子帧中下行导频时隙DwPTS中的下行同步SYNC-DL码，与用户设备UE本地的下行同步SYNC-DL码相关，得到时延函数DP值，并根据时延函数DP值计算能量时延函数PDP值；

B、对各子帧的能量时延函数PDP值进行无限脉冲响应IIR滤波，并保存滤波后的能量时延函数PDP值；

C、寻找各子帧的能量时延函数PDP值的峰值，将峰值位置输出。

该方法还包括：

D、将各子帧的能量时延函数PDP值的峰值位置与理想峰值位置比较，根据比较结果确定并存储各子帧的峰值标识值；

E、根据缓存器中峰值标识值统计结果，调整滤波系数。

步骤A具体为：

A1、获取时分同步码分多址接入TD-SCDMA的各子帧中下行同步SYNC-DL码前32码片、下行同步SYNC-DL码和下行同步SYNC-DL码后32码片的数据，所述数据采用至少2倍采样率，与用户设备UE本地的下行同步SYNC-DL码相关，得到时延函数DP值；

A2、对时延函数DP值进行n倍内插，得到时延函数DP内插值，n为自然数；

A3、计算能量时延函数PDP值，所述能量时延函数PDP值为时延函数DP内插值的模的平方。

步骤B中能量时延函数PDP值的计算公式为：

PDP(n)＝(1-α)*PDP(n-1)+α*PDP(n)，

其中，PDP(n)为第n个子帧计算的能量时延函数PDP值，PDP(n-1)为第n个子帧的前一个子帧的能量时延函数PDP值进行无限脉冲响应IIR滤波后的能量时延函数PDP值，α为滤波系数；n＝1时，直接保存能量时延函数PDP(1)值。

步骤D中子帧的峰值标识值的确定规则为：

如果当前子帧的能量时延函数PDP值的峰值位置大于理想峰值位置，则该子帧的峰值标识值为1；

如果当前子帧的能量时延函数PDP值的峰值位置小于理想峰值位置，则该子帧的峰值标识值为-1；

如果当前子帧的能量时延函数PDP值的峰值位置等于理想峰值位置，则该子帧的峰值标识值为0。

步骤E中调整滤波系数的规则为：

S1、如果各子帧峰值位置与理想峰值位置完全重合，则减小滤波系数；

S2、如果子帧的峰值位置小于理想峰值位置的数量超过设定门限值，或者子帧的峰值位置大于理想峰值位置的数量超过设定门限值，则增大滤波系数；将当前全部峰值标识值清零，且令随后的若干子帧的峰值标识值为0；

S3、如果不是S1或S2中的情况，保持滤波系数不变。

一种下行同步跟踪装置，该装置包括相关器、内插模块、能量时延函数计算模块、寄存器、滤波器、峰值比较器和输出模块，其中，

相关器，用于获取时分同步码分多址接入TD-SCDMA各子帧的下行同步SYNC-DL码，与用户设备UE本地的下行同步SYNC-DL码进行相关运算，获得各子帧的时延函数DP值；

内插模块，用于对各子帧的时延函数DP值进行n倍内插，得到时延函数DP值内插值；

能量时延函数计算模块，用于根据DP值内插值计算各子帧的能量时延函数PDP值；

寄存器，用于存储各子帧的能量时延函数PDP值；

滤波器，用于对各子帧的能量时延函数PDP值进行无限脉冲响应IIR滤波，并将滤波后的能量时延函数PDP值存回寄存器相应位置；

峰值比较器，用于寻找各子帧的PDP值的峰值，并将各子帧的PDP值的峰值位置发送到输出模块；

输出模块，用于输出各子帧的PDP值的峰值位置。

该装置还包括缓存器和滤波系数调整模块，其中，峰值比较器还用于比较各子帧的PDP值的峰值位置与理想峰值位置，得到各子帧的峰值标识值；

缓存器，用于存储各子帧的峰值标识值；

滤波系数调整模块，用于统计缓存器中峰值标识值，并根据设定的条件调整滤波系数，将调整后的滤波系数发送到滤波器，滤波器根据调整后的滤波系数进行无限脉冲响应IIR滤波。

所述缓存器为先入先出缓存器。

本发明采用子帧中的SYNC-DL码作为下行同步跟踪的对象，将远端的SYNC-DL码与本地的SYNC-DL码相关，并采用内插法提高原始信号的时域分辨率，并通过无限脉冲响应(IIR，Infinite Impulse Response)滤波器滤掉干扰信号得到相关峰值，根据相关峰值与理想峰值的比较结果，调整IIR滤波器的滤波系数α，从而保证UE移动速度在静态、慢速、高速之间变换时，能够准确捕获帧头位置，满足下行同步要求。

附图说明

图1为TD-SCDMA系统的帧结构示意图；

图2为下行导频时隙DwPTS结构示意图；

图3为本发明下行同步跟踪方法的流程图；

图4为本发明下行同步跟踪装置一个实施例的结构图；

图5为本发明下行同步跟踪装置一个实施例的部分改进结构图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：采用子帧中的SYNC-DL码作为下行同步跟踪的对象，将远端的SYNC-DL码与本地的SYNC-DL码相关，并采用内插法提高原始信号的时域分辨率，并通过IIR滤波器滤掉干扰信号得到相关峰值，根据相关峰值与理想峰值的比较结果，调整IIR滤波器的滤波系数α，从而保证UE移动速度在静态、慢速、高速之间变换时，能够准确捕获帧头位置，满足下行同步要求。

下面结合本发明的附图用具体的实施例对TD-SCDMA系统下行同步跟踪方法进行说明。本实施例TD-SCDMA系统信号速度350km/h，共有子帧128个，滤波系数α可选值为0.06、0.125或0.25，峰值提前门限为6、峰值延迟门限为6，采用两倍采样率，下行同步跟踪精度是1/8chip。采样率是指每秒从同一码片的连续信号中提取的离散信号的个数，两倍采样率即每个码片选取两个样点。下行同步跟踪方法具体过程如图3所示：

步骤1、获取TD-SCDMA的各子帧中下行导频时隙DwPTS中的SYNC-DL码，与UE本地SYNC-DL码相关，得到时延函数(DP，Delay Profile)值，根据DP值计算各子帧的能量时延函数(PDP，Power Delay Profile)值，具体是：

步骤101、获取远端传来TD-SCDMA的SYNC-DL码之前32chip、SYNC-DL码64chip和SYNC-DL码之后32chip，得到总共128chip、256个样点的数据r(n)，并将数据r(n)与UE本地的SYNC-DL码sync相关：

$\mathrm{DP}\left(n\right)=r\left(n\right)\⊗\mathrm{conj}\left(\mathrm{sync}\right)---\left(1\right)$

其中，表示卷积运算，r(n)表示接收的第n个子帧的数据，sync是UE本地的SYNC-DL码，sync为64chip、128个样点，conj表示共轭函数，DP(n)值是第n个子帧的相关结果，DP(n)值为128个样点，n为自然数。在SYNC-DL码之前、之后的各32chip数据就是TD-SCDMA各子帧之间的信息，后续步骤中，将这些信息一同滤波，能够消除各子帧之间的信号干扰。

步骤102、对DP值进行4倍内插，得到1/8chip精度的DP内插值DPinterp值。

所谓4倍内插是在每两个DP(n)值之间，根据DP(n)值的计算方式，等间隔的插入3个DPinterp值，得到的DPinterp(n)值为512个样点。DPinterp(n)值频谱即是DP(n)值频谱经过4倍压缩而成，提高了原始信号的时域分辨率，4倍内插现在有很多成熟的方法，此不赘述。

步骤103、计算PDP(n)值，PDP(n)值为复数DPinterp(n)值的模的平方：

PDP(n)＝(real(DPinterp(n)))²+(imag(DPinterp(n)))²(2)

DPinterp(n)值是复数形式，包括实部和虚部，(2)式中，real表示取实部，imag表示取虚部，PDP(n)值共512个样点。

步骤2、对各子帧的PDP值进行IIR滤波，并保存滤波后的PDP值。

具体的滤波过程为：将第n个子帧计算的PDP(n)值和前一个子帧保存在寄存器中的PDP(n-1)值进行IIR滤波，滤波系数α＝0.125，将滤波结果PDP(n)值再存回寄存器相应位置：

PDP(n)＝(1-α)*PDP(n-1)+α*PDP(n)    (3)

n＝1时，由于没有前一个子帧，不需要滤波，直接在寄存器中保存计算的PDP(1)值。

步骤3、寻找各子帧的PDP值的峰值，将峰值位置输出。

下行同步跟踪的结果就是找到各子帧的峰值位置，将该峰值位置输出到测量模块、联合检测模块等，以便测量模块、联合检测模块进行后续的操作。

以上是采用固定的滤波系数α对PDP值进行滤波，该方法能够满足一般情况下UE移动环境变化的需求，但是当UE移动环境剧烈多变时，采用固定滤波系数的同步跟踪结果并不理想，为此，本发明还包括以下步骤：

步骤4、将各子帧的PDP值的峰值位置与理想峰值位置比较，根据比较结果确定并存储各子帧的峰值标识值。

PDP(n)值的峰值用PDP(k)值表示，k∈[1，512]中的自然数，由于每个子帧有512个样点，根据概率统计结果，理想峰值应该出现在第257个样点所在位置，比较k与257，比较结果说明实际峰值是否与理想峰值重合，采用峰值标识flag来记录k与257的比较结果，如下式：

flag＝sign(k-257)    (4)

其中，sign(x)为符号函数，x大于0时，sign(x)＝1，x等于0时，sign(x)＝0，x小于0时，sign(x)＝-1。

每个子帧的实际峰值PDP(k)值位置k与理想峰值位置257的比较结果产生一个flag值，将各子帧的flag值保存到缓存器中，该缓存器是深度为128的先入先出(FIFO，First Input First Output)缓存器。

步骤5、根据缓存器中峰值标识值统计结果，调整滤波系数α。

统计FIFO中flag值的1、0和-1的个数，分别记为峰值提前N_early、峰值重合N_on和峰值延迟N_delay，按照下述情况分别调整滤波器系数α：

501、当N_on＝128，即N_early＝0、且N_delay＝0，则将滤波系数α减小。

N_on＝128，说明PDP(n)实际峰值与理想峰值位置完全重合，减小滤波系数以便更为平稳的跟踪信号。例如：如果当前滤波系数α值为0.25，则将滤波系数α减小为0.125，如果当前滤波系数α值为0.125，则将滤波系数α减小为0.06。

502、当N_early≥峰值提前门限6，或者N_delay≥峰值延迟门限6，则将滤波器系数α增大。

峰值提前或延迟超过设定门限值，说明当前UE可能出现快速移动，需要增大滤波系数，以便及时跟踪信号。例如：当前滤波系数α值为0.06，则将滤波系数α增大为0.125；当前滤波系数α值为0.125，则将滤波系数α增大为0.25。

同时为了消除FIFO中已有的flag值对后续跟踪的影响，将FIFO中的数据都清零，并在随后的20个子帧内，令式(3)中的flag值为0。

503、除了501或502的情况，滤波系数α不变。

以上方法中，也可以根据需要采用大于2倍的采样率，以获得更精确的数据。步骤102中除了对DP(n)值进行4倍内插，也可以根据需要进行n倍内插；滤波系数α∈[0，1]的实数，用户可以根据需要自行设定；峰值提前门限和峰值延迟门限也可以根据用户的需求设定；步骤5的第二种情况下，为了消除已有flag值对后续跟踪的影响，对后续20个子帧的flag值清零，该方法是为了对后续flag值形成保护间隔，也可以根据用户需要，增加或减少清零的子帧的个数。

根据以上方法，本发明还提供了相应的下行同步跟踪装置，该装置的一个实施例如图4所示，该装置包括相关器、内插模块、能量时延函数计算模块、寄存器、滤波器、峰值比较器和输出模块，其中，

相关器，用于获取TD-SCDMA各子帧的SYNC-DL码，与UE本地的SYNC-DL码进行相关运算，获得各子帧的DP值；

内插模块，用于对各子帧的DP值进行n倍内插，得到DP值内插值；

能量时延函数计算模块，用于根据DP值内插值计算各子帧的能量时延函数PDP值；

寄存器，用于存储各子帧的PDP值；

滤波器，用于对各子帧的PDP值进行IIR滤波，并将滤波后的PDP值存回寄存器相应位置；

峰值比较器，用于寻找各子帧的PDP值的峰值，并将各子帧的PDP值的峰值位置发送到输出模块；

输出模块，用于输出各子帧的PDP值的峰值位置。

为了适应UE多变的信道环境，对以上实施例进行改进，如图5所示，该装置还包括缓存器和滤波系数调整模块，其中，峰值比较器还用于比较各子帧的PDP值的峰值位置与理想峰值位置，得到各子帧的峰值标识值；

缓存器，用于存储各子帧的峰值标识值；

滤波系数调整模块，用于统计缓存器中峰值标识值，并根据设定的条件调整滤波系数，将调整后的滤波系数发送到滤波器，滤波器根据调整后的滤波系数进行无限脉冲响应IIR滤波。

其中，缓存器为FIFO缓存器，以便峰值标识值根据子帧的顺序变化。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种下行同步跟踪方法，其特征在于，该方法包括：

A、获取各子帧中下行导频时隙DwPTS中的下行同步SYNC-DL码，与用户设备UE本地的下行同步SYNC-DL码相关，得到时延函数DP值，并根据时延函数DP值计算能量时延函数PDP值；

B、对各子帧的能量时延函数PDP值进行无限脉冲响应IIR滤波，并保存滤波后的能量时延函数PDP值；

C、寻找各子帧的能量时延函数PDP值的峰值，将峰值位置输出，

该方法还包括：

D、将各子帧的能量时延函数PDP值的峰值位置与理想峰值位置比较，根据比较结果确定并存储各子帧的峰值标识值；

E、根据缓存器中峰值标识值统计结果，调整滤波系数。

2.根据权利要求1所述的下行同步跟踪方法，其特征在于，步骤A具体为：

A1、获取时分同步码分多址接入TD-SCDMA的各子帧中下行同步SYNC-DL码前32码片、下行同步SYNC-DL码和下行同步SYNC-DL码后32码片的数据，所述数据采用至少2倍采样率，与用户设备UE本地的下行同步SYNC-DL码相关，得到时延函数DP值；

A2、对时延函数DP值进行n倍内插，得到时延函数DP内插值，n为自然数；

A3、计算能量时延函数PDP值，所述能量时延函数PDP值为时延函数DP内插值的模的平方。

3.根据权利要求1所述的下行同步跟踪方法，其特征在于，步骤B中能量时延函数PDP值的计算公式为：PDP(n)＝(1-α)*PDP(n-1)+α*PDP(n)，

其中，PDP(n)为第n个子帧计算的能量时延函数PDP值，PDP(n-1)为第n个子帧的前一个子帧的能量时延函数PDP值进行无限脉冲响应IIR滤波 后的能量时延函数PDP值，α为滤波系数；n＝1时，直接保存能量时延函数PDP(1)值。

4.根据权利要求1所述的下行同步跟踪方法，其特征在于，步骤D中子帧的峰值标识值的确定规则为：

如果当前子帧的能量时延函数PDP值的峰值位置大于理想峰值位置，则该子帧的峰值标识值为1；

如果当前子帧的能量时延函数PDP值的峰值位置小于理想峰值位置，则该子帧的峰值标识值为-1；

如果当前子帧的能量时延函数PDP值的峰值位置等于理想峰值位置，则该子帧的峰值标识值为0。

5.根据权利要求1所述的下行同步跟踪方法，其特征在于，步骤E中调整滤波系数的规则为：

S1、如果各子帧峰值位置与理想峰值位置完全重合，则减小滤波系数；

S2、如果子帧的峰值位置小于理想峰值位置的数量超过设定门限值，或者子帧的峰值位置大于理想峰值位置的数量超过设定门限值，则增大滤波系数；将当前全部峰值标识值清零，且令随后的若干子帧的峰值标识值为0；

S3、如果不是S1或S2中的情况，保持滤波系数不变。

6.一种下行同步跟踪装置，其特征在于，该装置包括相关器、内插模块、能量时延函数计算模块、寄存器、滤波器、峰值比较器和输出模块，其中，

相关器，用于获取时分同步码分多址接入TD-SCDMA各子帧的下行同步SYNC-DL码，与用户设备UE本地的下行同步SYNC-DL码进行相关运算，获得各子帧的时延函数DP值；

内插模块，用于对各子帧的时延函数DP值进行n倍内插，得到时延函数DP值内插值；

能量时延函数计算模块，用于根据DP值内插值计算各子帧的能量时延函数PDP值；

寄存器，用于存储各子帧的能量时延函数PDP值； 

滤波器，用于对各子帧的能量时延函数PDP值进行无限脉冲响应IIR滤波，并将滤波后的能量时延函数PDP值存回寄存器相应位置；

峰值比较器，用于寻找各子帧的PDP值的峰值，并将各子帧的PDP值的峰值位置发送到输出模块；

输出模块，用于输出各子帧的PDP值的峰值位置，

该装置还包括缓存器和滤波系数调整模块，其中，峰值比较器还用于比较各子帧的PDP值的峰值位置与理想峰值位置，得到各子帧的峰值标识值；

缓存器，用于存储各子帧的峰值标识值；

滤波系数调整模块，用于统计缓存器中峰值标识值，并根据设定的条件调整滤波系数，将调整后的滤波系数发送到滤波器，滤波器根据调整后的滤波系数进行无限脉冲响应IIR滤波。

7.根据权利要求6所述的下行同步跟踪装置，其特征在于，所述缓存器为先入先出缓存器。 

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