CN101656554A - 无线通信系统中初始小区搜索 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用以执行初始小区搜索方法和系统。执行步骤1程序以检测一波峰主要同步码(PSC)位置(亦即芯片偏差或是芯片位置)。执行步骤2程序以获得toffset及码群组。执行步骤3程序以识别一基站的中间码，该基站为该WTRU执行该初始小区搜索时可能会与其同步的基站。

Description

无线通信系统中初始小区搜索
本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2004/003207，国际申请日为2004年2月5日，进入中国国家阶段的申请号为200480003389.X，发明名称为“无线通信系统中初始小区搜索”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明有关一种无线发射/接收单元(WTRU)同步于一基站，本发明尤其是有关一种改善的初始小区搜索程序。
背景技术
无线电信系统在此领域中是众所皆知的，为了替无线系统提供全球性的连接，已经发展出标准并据以实施。现行一个广泛使用的标准便是移动电信全球系统(GSM)，亦即被视为所谓的第二代移动无线系统标准(2G)以及其后的修正版(2.5G)，GPRS和EDGE便是2.5G技术的范例，其提供了相对于(2G)GSM网络较高的速度数据服务。这些标准中每一个皆试图在先前的标准上以额外的特征和增强来改善，在1998年1月时，欧洲电信标准局-特别移动组(ETSI SMG)同意了一种第三代无线系统的无线存取机制，称作全球移动电信系统(UMTS)。为了更进一步实施该UMTS标准，便在1998年12月成立了第三代伙伴计划(3GPP)，3GPP则持续发展一个公用的第三代移动无线标准。
根据现行的3GPP规格，图1A描述一个典型的UMTS系统架构。该UMTS网络架构包含一个核心网络(CN)，其经由一个称为Iu的接口与一UMTS地面无线存取网络(UTRAN)相连，该接口详细定义于目前公开的3GPP规格文件中。该UTRAN配置以通过无线发射/接收单元(WTRUs)提供无线电信服务给使用者，在3GPP中即为使用者设备(UEs)，其经由亦名为Uu的无线接口。该UTRAN具有一个或多个无线网络控制器(RNCs)及基站，其在3GPP中又名为节点Bs，其全面地为具有UEs的无线通信提供地理上的涵盖。一个或多个节点Bs经由一个在3GPP中称为IuB的接口与每一个RNC连接。该UTRAN可具有数个节点Bs群连接至不同的RNCs，图1A以两个为例来描述。若在一个UTRAN中提供超过一个的RNC，则RNC间的通信则经由各Iur接口执行。
与网络外部组件的通信借助在一使用者层级的节点Bs经由该Uu接口，以及在一网络层级的CN经由连接至外部系统不同的CN连接来实施。
一般来说，像是节点Bs这种基站的主要功能，便是提供介于基站网络及WTRUs间的无线连接，典型地这些基站会发射共享信道允许未连接的WTRUs与基站时序同步。在3GPP中，节点B执行与该UEs的实体无线连接，该节点B通过Iub接口上接收来自RNC的信号，其控制该节点B通过Uu接口所发射的无线信号。
CN负责排定信息路线使其能传到正确的目标，举例来说，CN可排定来自UE的声音流量至网络所指定的公开切换电话网络(PSTN)或是封包数据的路线，该声音流量由UMTS经由其中一个节点Bs所接收。在3GPP中，CN具有六个主要组件：1)一个服务整体封包无线服务(GPRS)支持节点；2)一个通信闸GPRS支持节点；3)一个边界通信闸；4)一个拜访者位置注册器；5)一个移动服务切换中心；以及6)一个通信闸移动服务切换中心。服务GPRS支持节点提供存取封包切换域，例如网际网络。通信闸GPRS支持节点是连接至其它网络的通信闸支持节点，所有前往其它操作网络或网际网络数据流量都会通过通信闸GPRS支持节点。边界通信闸是作为一种防火墙，用以防止网络外的侵入者攻击在网络范围内的用户。拜访者位置注册器是需要提供服务的用户数据的现行服务网络「拷贝」，此信息一开始来自管理移动用户的数据库。移动服务切换中心是主管从UMTS终端至该网络的「电路切换」连接。通信闸移动服务亦接收和管理从外部网络的用户所请求的连接。
RNCs通常控制UTRAN的内部功能，RNCs亦提供通信的中间服务，该通信具有一区域组件经由一Uu接口与一节点B连接，以及具有一外部服务组件经由介于该CN及一外部系统间的连接，举例来说，用移动电话在国内的UMTS打越洋电话。
典型地，一个RNC监督多个基站，管理在节点Bs所服务的无线服务涵盖的地理区域内的无线资源，且控制Uu接口的实体无线资源。在3GPP中，一个RNC的Iu接口提供两个连接至CN：一个是连接到封包切换域，另一个是连接到电路切换域，RNC的其它重要功能还包含机密和健全的保护。
在例如第三代伙伴计划(3GPP)时分双工(TDD)及频分双工(FDD)系统的通信系统中，结合多个不同数据率的共享和专用信道以发射。此类系统的先前技术规格公开存在且持续研发中。
初始小区搜索处理用于将WTRU同步化于一基站，WTRU经由一个称作实体同步化信道(PSCH)的共享下链信道来完成。请参照图1B，该PSCH具有一个结构，其中相同的主要同步码(PSC)及基于群组号码复杂调变的三个次要同步码(SSC)是以一个相对于槽k或k和k+8开始的toffset发射。
三个复杂调变的SSCs的选择与群组号码有关。举例来说，在128信元系统中便有32个群组，在每一个群组中，SSCs的调变模式和码组合都不相同，每一个码群组皆与四个基本的中间码码有关，因此便有128个基本中间码码。在128系统中每一个信元分派给一个群组，使得在一个给定的接收区域中不会有一个群组给超过一个的信元使用。
因此，该小区搜索同步系统决定利用一初始小区搜索程序信元的加密码。共享初始小区搜索程序利用三个主要的步骤：步骤1程序检测PSC且决定一芯片偏差；步骤2程序使用步骤1所得的信息且检测该toffset及码群组号码；以及步骤3程序利用步骤2程序所提供的信息并检测基本中间码码。值得注意的是会执行一个激活自动频率控制(AFC)算法，以降低在WTRU和基站间的频率偏差。
尽管初始小区搜索目前是于无线通信中执行，还是需要一个改善的方法和系统以执行初始小区搜索。
发明内容
本发明是一种用以执行初始小区搜索方法和系统。步骤1程序是于偶数和奇数样本上执行，用以检测一波峰主要同步码(PSC)位置(亦即芯片偏差或是芯片位置)。步骤2程序执行以获得toffset及码群组。步骤3程序执行以识别一基站的中间码，该基站为该WTRU执行该初始小区搜索时可能会与其同步的基站。
附图说明
图1A所示为说明一种典型的无线通信系统；
图1B所示为实体同步信道(PSCH)；
图2所示为初始小区搜索的方块图；
图3所示为初始小区搜索的逻辑图；
图4所示为初始小区搜索的步骤1方块图；
图5所示为初始小区搜索的步骤2方块图；以及
图6所示为初始小区搜索的步骤3方块图。
具体实施方式
此后，一无线发射/接收单元(WTRU)包含但并未限制于一使用者设备、一移动站台、一固定或移动用户单元、一呼叫器或可在一无线环境下操作任何形式的装置。当本文此后提到一基站，其包含但并未限制于一节点B、一站台控制器、一存取点或是在无线环境下任何形式的接口装置。
首先请参照图2，所示为初始小区搜索(ICS)的方块图200。一初始小区搜索于两倍芯片率输入至一接收器均方根升余弦滤波器(Rx-RRC)，典型地，一个帧中会有38400个芯片，因此于两倍芯片率接收该输入会提供76800个样本。这76800个样本分成两个群组，较佳地分成奇数群组和偶数群组。该偶数样本和奇数样本由处理程序的识别顺序处理，其示于图2。
步骤的顺序为：步骤1或主要同步码(PSC)程序用以决定同步化信道(SCH)(亦即芯片偏差)的位置；步骤2或次要同步码(SSC)程序根据toffset(其是码群组特定)及步骤1所提供的芯片偏差，来决定该码群组(亦即对应该检测PSC的信元群组)及时槽同步化；以及步骤3或中间码程序用以决定对应该检测PSC的信元参数。初始小区搜索步骤1、2及3在一特定频率上对每群组的样本执行，如果在特定频率上没有检测的话，则会在另一个频率上执行初始小区搜索。
一个控制器202提供以协调三个处理步骤，每一步骤都提供噪声评估器204及检测阈值和帧参数(N，W，T)。尽管可能特定任何参数，较佳地还是指定在重设前累加的帧数、噪声阈值系数(T)以及芯片中所显示的搜寻窗大小(W)。值得注意的是步骤1不需要指定搜寻窗(W)大小，因为整个帧都会搜寻。N1为步骤1所执行的帧数，N1较佳为4。N2为为步骤2所执行的帧数，N2较佳为8。N3为步骤3所执行的帧数，N3较佳为4。T1、T2、T3为不同的阈值系数，其基于一个错误警告率。
步骤3程序的输出输入一个选择区块206，其产生初始小区搜索的最终输出，步骤3的输出识别执行该初始小区搜索的WTRU所必须同步的基站。更精确地说，该输出为码群组、信元参数、案例号码、案例2的槽k和k+8的相对位置、以及中间码关联值。如同所述，中间码程序(亦即步骤3)有偶数和奇数的处理，因此每一个串流都会产生两个关联结果，该中间码关联值便是每一个串流所产生的关联结果。选择区块206在两个步骤3输出间选择，且提供该初始小区搜索的最终输出。在选择区块206所做的选择介于偶数和奇数最大值间。所获得的关联结果是属于四个不同的基本中间码码。最大值于奇数和偶数结果间决定，一旦在奇数和偶数结果间决定，便决定出对应的基本中间码。同样地，第一个明显的路径(亦即在时序中第一次通过阈值的路径)亦根据该关联结果决定。
更精确地说，仍参照图2，一个初始小区搜索始于对该初始小区搜索控制器202的命令，该初始小区搜索控制器处理此命令且送出一个「步骤1开始」命令信号至步骤1区块208和噪声评估器区块204。在步骤1结束后，该步骤1区块208送出一个「成功/失败」信号给初始小区搜索控制器。「成功」信号会使得初始小区搜索控制器送出一个「步骤2」开始信号至该步骤2区块210，在此时间点该步骤1区块208将停止处理输入信号。「失败」信号将使得该初始搜寻控制器将该信号转运于ICS区块200外，以便增强信号放大及/或改变该载波信号。在步骤2程序完成后，该步骤2区块210会送出一个「完成」信号至该初始小区搜索控制器202，其再送出一个「开始步骤2」信号至步骤3区块212，同时该步骤2区块210将停止其程序。当步骤3处理完成后，便完成最终选择程序且产生该ICS的输出，借此完成该ICS程序。
值得注意的是另一个选择最终输出的方法，便是在每一个步骤后组合该偶数和奇数输出，并为剩余步骤从两者中选择较佳的一个。如果在步骤1区块208的后偶数或奇数处理路径失败的话，则会产生一个适当的失败旗标，接续程序将在成功的路径中继续执行。在此状况下，在步骤3之后，该选择盒子206将选择此路径所提供的结果。
现在请参照图3，所示为用以执行初始小区搜索的方法300。该方方法300始于步骤203，其初始所有初始小区搜索的步骤(亦即初始小区搜索的步骤1、2及3)。接着在步骤206中，便执行初始小区搜索的步骤1，较佳地执行4个帧，当然可执行所需任何数量的帧。如同先前所述，在初始小区搜索的步骤1中，该WTRU会寻找具最大功率的PSC关联波峰位置。
在步骤308中，会判定是否有一PSC检测。如果有一个PSC检测，则该方法300便进行步骤316。在步骤316中，会执行一个AFC算法，较佳地执行24个帧，以降低在WTRU和基站频率间的任何偏差，较佳地降低至2kHz。在步骤316后，该方法300进行步骤312，其初始小区搜索的步骤2执行8个帧。
在步骤312之后，该方法300进行步骤318以判定是否已经有SSCs检测。如果有检测，则初始小区搜索的步骤3便执行4个帧(步骤322)，如同先前所述，该初始小区搜索的步骤3中，会决定该加密码及独特的中间码基站识别号码。在步骤324中，在执行初始小区搜索步骤3的同时，判定是否有检测。如果有检测，则步骤300止于步骤326，如果没有检测，则步骤3便在步骤328中再执行4个帧。在步骤322和328中，较佳为4个帧，但步骤3可视需要执行任何数目的帧。如果有检测的话(步骤330)，则方法300止于步骤326，如果没有，则会失败且方法300止于步骤320。
再次参照步骤308和318，如果在步骤1或步骤2中无检测，则该方法300进行步骤332。在步骤332中，会判定是否尚有增益设定存在，如果没有增益设定存在，便会失败且该方法300止于步骤320，如果有额外的增益设定，该方法300便进行步骤334，其将WTRU自动增益控制器(AGC)设定成下一个增益设定。举例来说，该增益设定为模拟信号在输入模拟数字转换器前所放大的量，典型地有四种增益设定，且典型地会先使用最高的增益设定。因此在步骤334中，该自动增益控制器(AGC)较佳地将会被设定为下一个最低的增益设定，一旦该AGC设定下一个增益设定，方法300便进行步骤306且继续上述步骤。
现在参照图4，所示为初始小区搜索步骤1的区块400。步骤1的目的是为了寻找一个帧的WTRU所检测样本的最强路径，并且决定该最强路径的芯片偏差(亦即位置)。如同先前所述，该输入信号于两倍芯片率取样，且由一分离器402分离或解多任务，以便产生偶数和奇数样本。
一旦样本信号由分离器402分离后，该偶数和奇数样本便以芯片率通过层次高雷相关器(Hierarchical Golay Correlators，HGC)404、406。每一组样本以相同的方式处理，因此为了简便说明，此处仅讨论处理偶数样本。HGC 404类似PSC序列的有效匹配滤波器，HGC 404在连续芯片位置执行接收信号和主要同步码(PSC)间的关联。当完整的PSC在HGC 404中，便会产生一个波峰，该波峰将在每一个帧内同样的位置产生，这是因为该PSC于每一个帧内相同的位置发射。当然在案例2中，会有两个PSC位置。
因此借借助将该PSC通过该HGC，会在该PSC最后一个芯片产生一个波峰，因此为了识别该PSC开始，便会将该波峰位置减去255个芯片，这将会提供该PSC序列的开始位置，因为该PSC为256芯片长。该HGC 404的输出为复数输出，其输入至一个绝对值转换区块406，值得注意的是可在区块406中使用任何将复数转换成量的的方法。该区块406输出为复数的量，其由HGC 404输出。区块406所提供的量输入一个延迟区块408，其告知八个芯片延迟，该延迟用以调准该HGC 404相对于该噪声阈值评估器418，这是必要的，因为如同图4所示，该HGC 404输出最终除以该噪声评估(其在HGC 404值后约8个芯片到来)，所以两值必须调准时间。
8个芯片延迟区块408输出是输入至一累加器410。假设一个案例1用以说明，每帧有一个单一PSC，其在槽k中提供每帧一个单一波峰，记得每一个在累加器中皆为量，一旦第一个帧通过，在该帧中在一特定位置变会有一个具有波峰值的单一点，此波峰值在接续帧中的同一位置会重复出现。累加器410在每一点一个一个累加其上，此总和了所有的波峰值以获得免除噪声，因为噪声无法如信号般快速累加其上，此较佳地执行4个帧。为了在4个帧其间完成这个加总，便有一个具有38400点的缓冲器412(亦即足够一个完整帧的38400芯片使用的点)以及一个帧延迟区块414。输出Xe为一个具有38400点长度的向量，其中向量中的每一个点为四个不同帧每一点量的总和，因此Xe是典型信噪比中每一个芯片的信号值。
为了获得噪声值，其为图4所示的Y，每一芯片的噪声评估(亦即Y)由噪声阈值评估器区块418所提供，为了获得每一芯片的SNR，Xe于除法器416中除以Y。值得注意的是，无论何处发生偶数或是奇数累加器值(亦即X)小于阈值(Y)，就没有需要进行除法且可直接输入零作为除法的结果。每一个芯片的SNR输入一个比例均等缓冲器420，该缓冲器具有38400个点使得其可保存一个帧的所有芯片，当然使用不同的帧长度便可提供更多点或更少点。在偶数和奇数样本间具有最高SNR值的芯片便会被选为该PSC的位置，注意PSC序列开始位置的波峰可直接输入至步骤2，如果波峰位置为PSC序列的终点，则该波峰位置便减去255个芯片，才能提供PSC序列的开始给步骤2。
为了简化步骤1，决定区块422会有一个参考。如同所述，偶数和奇数样本输入至步骤1，具有最大SNR的芯片及对应索引(亦即最大SNR所位于的芯片位置，亦称为波峰位置)由评估所有的偶数和奇数样本决定，接着执行一个检查以确保所检测最大SNR高于一特定的阈值，如果最大SNR高于该阈值，便会成功且将该旗标设定成1，否则会将旗标设定成0。因此步骤1的输出为步骤1旗标及该芯片偏差(亦即波峰位置)，其较佳地为PSC序列的开始。如同所述，对应该PSC序列的芯片偏差，应该在开始步骤2前将输出减掉255个芯片。
现在请参照图5，所示为初始小区搜索步骤2的方块图500。初始小区搜索步骤2用以在槽开始获得加密码群组号码及toffset，该同步化信道(SCH)位置输入至一个相关器502，该SCH位置会调准使得该SCH位置输入为该PSC序列的开始，PSC序列开始可用来作为开SCH的开始，因为该SCH是以PSC及三个SSCs组成，其中所有四个码(PSC和三个SCCs)位于每一帧中的相同芯片。同样地，所有对应于该PSC的芯片样本输入该相关器502中，注意于步骤1中识别为对应该PSC的芯片位置储存于内存中，使得其可输入至步骤2。因此以两倍芯片率输入的样本，512个样本系输入于相关器502，而以芯片率输入的样本，则256个样本输入于相关器502。因此假设为了描述方块图500，输入256个样本至相关器502中。
当产生SSCs时，一个波封序列提供给哈达马(Hadamard)矩阵的的列中，以便在PSC和SSCs间具有一些正交性。该波封必须在进行步骤2剩下的部分前移除，该波封移除由相关器502所执行。
一旦该波封由输入信号移除后，该信号由相关器502输出至一个快速哈达马转换(Fast Hadamard Transformm，FHT)区块504，该FHT区块504减少纯哈达马关联的复杂度，将256x256的矩阵减小成16x16的矩阵。
FHT区块504的输出较佳地细于区块506中乘上HGC在步骤1中所提供的波峰PSC的共轭数，为了获得该波峰PSC的共轭数，256个样本及SCH位置输入至一个PSC相关器/相位评估器518，且接着输入至一个共轭器516，其获得该波峰PSC的共轭数。该波峰PSC的共轭数接着乘上FHT区块504的输出，如同所述，此为一个较佳实施方式。在另一个实施方式中，该PSC相关器/相位评估器区块518评估该PSC的相位，并且将其表示为复数，该PSC相关器/相位评估器区块518的输出接着输入到共轭器516中，其获取该共轭复数且将其输入至该复数乘法器506，如同先前所述其是乘上该FHT区块504的输出。
复数乘法器区块506的输出输入至一个累加器和储存区块508。在复数乘法器区块506中，所有的相位不确定由信号中移除，此允许该复数乘法器区块506的输出可累加且前后一致地储存于累加器和储存区块508中。这表示实部值可直接累加在实部值上，而不用将复数转换成量然后再储存，这不但会降低效能，且更重要的是在步骤2程序中，这会造成无法检测群组号码，因为该信息搭载着复数调变序列。
累加器和储存区块508的输出输入至一个计算区块510，其根据群组号码、案例信息、k或k+8、以及调变映像该输入，这些值由预设查询表中获得且映像至决定变量中。映像使用步骤1所获得关于该波峰位置是否位于k或k+8的信息执行，理想决定变量与噪声评估区块512所提供的噪声评估比较，且k的位置及码群组便会决定。值得注意的是在案例2中，该位置可为k+8的位置。除了k位置及码群组外，亦提供指定为案例1或案例2、系统帧数(SFN)(亦即该基于奇数或偶数帧是否有该检测)、以及是否发生步骤2检测的指示。
现在请参照图6，所示为初始小区搜索的步骤3的方块图600，再一次，输入通信信号由RX-RRC以两倍芯片率提供，且分成奇数和偶数样本，再一次，为了简化缘故，在此仅描述偶数样本，因为偶数和奇数的处理是相同的。在此点，已经知道槽的开始及码群组，而且目标是识别一个欲对其同步化的特定信元。码群组与四个基本中间码相关，且每一个基本中间码与两个中间码M1和M2相关，因此便为了每一个中间码组M1和M2提供一个相关器，亦即相关器0602提供给第一组的中间码，相关器1604提供给第二组中间码，相关器2606提供给第三组中间码，而相关器3608提供给第四组中间码。举例来说每一个中间码是关于一个特定基站(或信元)，而目标是选择最佳的基站以同步化。值得注意的是假设使用发射多样性的话，则一基站的每个天线可能使用不同的中间码，亦需要注意中间码M1和M2，其在同一时间发射，其单纯地用于同步化且不会用于流量。
如同在步骤1中，当该中间码完全地在该相关器内，便会有一个波峰，M2相关器会被告知一个57芯片的延迟以便调准M1和M2的最高点，且将两个波峰加总。当加总该波峰时，较佳地是在相关器间交替，因此使用在步骤2所获得的SFN值便很重要。举例来说，关于缓冲器618，当SFN为0时，该相关器0602的输出便输入至缓冲器618，当SFN为1时，该相关器1604的输出便输入至缓冲器618，这确保了波峰加总时不会混在混合，且确保中间码的交替。然而，如果每一个帧产生相同的中间码，就不需要交替。
假设缓冲器大小为100个点，量提供给400点以做偶数处理以及400点以做奇数处理，总共800个点，因此在决定区块626中，800个点下，便会选择具最大量的点。接着较佳地亦于决定区块中，判定那一个缓冲器(亦即累加器)产生具有最大量的点，一旦识别该缓冲器，便使用SFN以识别原本产生该最大量的相关器。举例来说，若识别相关器0 602，则对应相关器0 602的信元参数(亦即信元识别)提供作为信元参数输出，该信元识别提供该识别信元的加密码，基于检测中间码的信号强度以及噪声评估的比较，可提供一个FIRM指示，也就是说信号相对于噪声评估足够的话，便提供FIRM指示。关于偏差部分，偏差较佳地提供作为该信道响应的开始位置，借助识别该信道响应的开始，执行该初始小区搜索WTRU便知道读取识别信元信标的时间，且接着可同步化该信元并进行通信。
值得注意的是决定区块、相关器、共轭器、除法器等等于本发明中所述，代表在一个WTRU内适当的处理装置，该处理装置可视所需为任何数量的处理器。
很重要的是本发明可视所需用于任何利用任何时分双工(TDD)技术形式的无线通信系统。举例来说，本发明可用于UMTS-TDD、TDSCDMA或任何型式的无线通信系统。此外，尽管本发明以不同实施方式描述，其它在本发明的保护范围内的变形对熟悉本技术的人士亦是显而易见的，本发明保护范围列于下文的权利要求项中。

Claims (4)

1.一种识别代表一预设数量基站的一码群组的方法，该等基站可包含一可使无线发射/接收单元同步化以通信的一基站，所述方法包含以下步骤：
输入在一帧内的一芯片偏差至一第一相关器；
输入多个芯片样本至该第一相关器，其中在所述多个芯片样本中的一主要同步码都已经检测过；
输入一波峰主要同步码至一第二相关器且获取该主要同步码的共轭复数；
将该第一相关器的输出乘上该主要同步码的共轭复数，以获得在输入至该第一相关器的该芯片上发射的信号量；
在四个帧期间加总该量；
考虑一预设的决定变量以评估该加总信号；以及
基于该评估及一噪声评估，决定一案例号码、一码群组、一时槽位置、以及系统帧数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该第一相关器的输出是乘上一先前检测的主要同步码的相位的一评估的共轭复数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于输入256个样本至该第一相关器。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于输入512个样本至该第一相关器。
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