CN102100049A - 并发同步信道搜索 - Google Patents

Abstract

相关器模块组被用于在其中可用频谱大于信道带宽且同步信道带宽比信道带宽更窄的系统中并发地执行一系列同步信道搜索。

Description

并发同步信道搜索

背景

领域

本发明一般涉及无线通信，尤其涉及无线通信系统中的同步。

背景

无线通信系统被广泛部署用以提供诸如语音、数据、视频等各种类型的通信内容。通常，商用无线通信系统使用允许多个用户共享可用系统资源的多址技术，诸如码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、正交频分多址(OFDMA)系统等。

在无线通信系统中，基站(BS)经由从BS至用户装备设备(UE)的下行链路路径和经由从UE至BS的上行链路路径与UE通信。当UE起初上电时，在其能经由下行链路接收信息或经由上行链路传送信息之前，它的第一个动作通常是与系统同步。同步的过程通常特别包括捕获系统时间以及估计并校正UE中的频率偏移量误差。出于此目的，一组基站通常发射具有已知码元值的公共同步信道(同步信道)。在初始系统进入之际，UE首先搜索同步信道以将其在系统中的存在通知给基站。

由于UE直至已经达成同步才能开始经由系统通信信息，因此对于用户装备设备而言在初始系统进入之际迅速获得同步是有利的。

概述

在无线系统中，用户装备模块在与基站通信之前先与系统同步。为此，用户装备设备(UE)通过测试相当大数量的假言中心频率和时间偏移量来搜索同步信道。用户装备设备协调RF接收机以接收宽带信道带宽。前端产生其带宽等于信道带宽的数字样本。这些样本被输入到相关器模块组中。每个模块将样本频移至不同的中心频率。经频移样本随后被滤波至同步信道的带宽。经滤波样本被与已知的同步信道码元相关。比较并发相关过程的结果以确定最可能的中心频率和时间同步假言。

在一个方面，信号捕获过程包括接收跨越信道带宽的样本集。并发地将样本集频移至一组信道中心频率以产生多个经频移样本集。根据一个方面，频移过程是使用相位斜坡执行的。并发地对多个经频移样本集中的每个集合滤波以产生多个有限频带样本集，以使得这多个有限频带样本集中的每个集合的带宽对应于同步信道带宽。并发地将多个有限频带样本集中的每个集合与同步信道码元相关以确定相关结果集。比较相关结果集以确定可能的同步信道中心频率。

在一个方面，该组信道中心频率中的第一信道中心频率与该组信道中心频率中的第二信道中心频率相差小于光栅步长以便检测接收单元中的频率偏移量。在另一方面，在频移和滤波的过程期间接收和处理跨越信道带宽的信息信号。在一些情形下，信息信号是由服务基站发射的，且上述可能的同步信道中心频率对应于相邻基站的中心频率。

在另一方面，一种机器可读介质包含在由数字处理系统执行时致使系统执行一种信号捕获方法的可执行程序指令。这些指令包括用于接收跨越信道带宽的样本集的指令。并发地将样本集频移至一组信道中心频率以产生多个经频移样本集。并发地对多个经频移样本集中的每个集合滤波以产生多个有限频带样本集，这多个有限频带样本集中的每个集合的带宽对应于同步信道带宽。并发地将多个有限频带样本集中的每个集合与同步信道码元相关以确定相关结果集。比较相关结果集以确定可能的同步信道中心频率。

在又一方面，用于信号捕获的装置包括接收跨越信道带宽的样本集。频移装置并发地将样本集频移至一组信道中心频率以产生多个经频移样本集。滤波装置并发地对多个经频移样本集中的每个集合滤波以产生多个有限频带样本集，这多个有限频带样本集中的每个集合的带宽对应于同步信道带宽。相关装置并发地将多个有限频带样本集中的每个集合与同步信道码元相关以确定相关结果集。比较相关结果集以确定可能的同步信道中心频率。

系统可使用具有配置成耦合至无线链路并产生收到信号的跨越信道带宽的数字样本的RF前端的客户站。该客户站还可具有相关器组，后者具有配置成接收数字样本的频移模块。频移模块可被配置成并发地将数字样本频移至一组信道中心频率以产生多个经频移样本集。相关器组还可具有配置成并发地对多个经频移样本集中的每个集合滤波以产生多个有限频带样本集的滤波和下采样模块，这多个有限频带样本集中的每个集合的带宽对应于同步信道带宽。相关器组还可具有并发地将多个有限频带样本集中的每个集合与同步信道码元相关以确定相关结果集的相关器模块。客户站还可具有用于存储相关结果集的缓冲器。

另外，频移模块可被配置成通过使用相位斜坡技术对数字样本进行频移。在一些情形下，该组信道中心频率中的第一信道中心频率与该组信道中心频率中的第二信道中心频率相差小于光栅步长以便检测客户站中的频率偏移量。客户站还可具有配置成在相关器模块集确定相关结果集的同时处理跨越信道带宽的信息信号的样本缓冲器和快速傅立叶变换模块。

附图简述

图1图解了具有多个基站和多个用户装备设备的无线通信系统。

图2是OFDMA系统中使用的频谱的表示。

图3A示出LTE无线电帧的时域表示。

图3B示出LTE无线电帧在时间和频率两者上的二维表示。

图4是用户装备设备的接收路径的简化框图。

图5是相关器模块组的简化框图。

图6是示出示例性并发码元时基检测的简化流程图。

详细描述

本文中描述的技术可用于各种无线通信网络，诸如码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交FDMA(OFDMA)网络、单载波FDMA(SC-FDMA)网络等。OFDMA网络可根据诸如IEEE 802.11、IEEE 802.16、IEEE 802.20、Flash-OFDM(R)、长期演进(LTE)等行业标准或者根据专属设计来实现。

LTE在下行链路上使用正交频分复用(OFDM)。OFDM将系统带宽分割成多个正交副载波，它们通常也被称为频调、频槽等。每个副载波可用数据调制，或者对于同步信道的情形通常可保持不经调制或者可用多个已知码元值之一来调制。

图1图解了具有多个基站110和多个用户装备设备(UE)120的无线通信系统100。基站一般是与其覆盖区——诸如覆盖区102a、102b、和102c——内的诸UE通信的固定位置站。为了改善系统容量，基站覆盖区可被划分成多个更小区域，诸如图1中所示地被划分成覆盖区102a的扇区104a、104b和104c。

基站有时被称为基站收发机子系统(BTS)或接入点，并且一般可以是任何无线网络进入点。同样，UE可以是固定、流动或移动的。UE有时被称为订户系统、订户单元、移动站、移动台、远程站、远程终端、接入终端、用户终端、用户代理、用户设备或客户驻地设备。用户装备可采取蜂窝电话、无绳电话、发起协议(SIP)话机、无线本地环路(WLL)站、个人数字助理(PDA)、手持式设备、游戏终端、无线调制解调卡或加密狗(dongle)、或用于与无线通信系统连接的其他处理设备等形式。

在初始系统进入之际，UE 120执行系统初始化过程。作为此过程的部分，特别地，UE 120通常确定可用频谱内的信道带宽及其中心频率、捕获基站时基并校正与其内部时钟相关联的任何频率误差。在已同步时，UE 120可开始采集基站专属信息及系统参数。一旦完成系统初始化，UE 120就能在从基站110至UE 120的下行链路128(或前向链路)和从UE 120至基站110的上行链路130(或反向链路)上建立与基站110的双向通信链路。

许多OFDM系统可使用特许或者非特许频谱进行工作。在任一种情形中，信道带宽小于可用频谱是常见的。例如，图2是OFDM系统中使用的频谱200的表示。假定一特许系统以作示例之用，政府可提供覆盖达75MHz或更大的可用频谱202的独占许可。然而，典型的OFDM系统并不提供这么大的信道带宽206。例如，LTE规定了一定范围的信道带宽以及它们之间的各种步长，基站可在这些信道带宽上发射与从5MHz到20MHz的公共信道相关联的信号。另外，典型的系统设计允许根据预定义的光栅步长对信道带宽206的中心频率210进行精细调节。例如，根据LTE，光栅步长214仅为100kHz。因此，在具有75MHz可用频谱、5MHz的信道带宽和100kHz的光栅步长的系统中，约有700个可能的中心频率210。

为了保存系统带宽用于数据承载功能，通常并不连续传送同步信道。例如，图3A示出LTE无线电帧302的时域表示300。LTE帧302历时10ms。LTE帧302被分成一系列10个子帧304a-304j，每个子帧历时1ms。根据LTE，同步信道被包括在子帧0(304a)和子帧5(304f)中。然而，在其他子帧中并不包括同步信道。即使在子帧304a内，同步信道也不是在子帧304a的整个持续期内都被传送。

例如，图3B示出LTE无线电帧302的部分在时间和频率两者上的二维表示320。显示子帧304a包括具有1.08MHz的同步信道带宽208的同步信道212。在所示示例中，帧302的信道带宽206为20MHz。子帧304a被分成两个隙322a和322b，其各自跨越该信道带宽并具有0.5ms的持续期。在第一隙内，同步信道212被传送约140μs。同步信道212在第二隙内完全不传送。因此，在10ms LTE帧的持续期内，同步信道仅传送约280μs。

再次参照图2，为了在初始系统进入时与系统同步，UE 120确定信道带宽206的中心频率210。在LTE中，UE 120使用同步信道212作出此确定。同步信道212具有独立于信道带宽206的大小的已知同步信道带宽208。

在初始系统进入期间，UE 120通常执行频带扫描以确定在可用频谱202的哪些区域检测到足够的能量以判断基站可能正在信道带宽204中工作。通常该频带扫描仅搜索能量而不检测时基。

然而，纵然对同步信道的搜索基于频带扫描的结果而受限，但UE 120也可在正确捕获同步信道信号之前测试大量的同步信道假言。如上所述，限制捕获同步信道所需的时间量以便能够在UE 120进入新系统后尽快向最终用户提供服务是有利的。

在一方面，UE利用信道带宽比同步信道带宽更大这一事实。为了在特定信道上工作，UE 120能够接收整个信道带宽。因此，UE 120一般被配置成接收与同步信道带宽相比相当大的带宽。一个方面提供在比同步信道带宽更大的信道带宽的一部分上对同步信道的并发并行搜索。

图4是UE 120的接收路径的简化框图。UE 120经由天线系统416接收信号。通常，天线系统416能够跨整个可用频谱接收信号。然而，RF接收机402将收到频率范围缩窄到信道带宽。例如，根据以上所给示例，在图4的示例性UE 120中，RF接收机402提供具有20MHz带宽或更小的模拟输出。注意，在捕获到同步信道之前，UE 120并不知晓实际的信道带宽。在典型实现中，在同步过程期间选用可能信道带宽集中的一个。

来自RF接收机402的模拟信号输出被模数(A/D)转换器406接收，模数转换器406将模拟信号数字化为数字样本。前端408数字地滤波和调理这些样本，并将所得输出提供给样本缓冲器410和相关器模块组414两者。一旦完成同步过程，样本缓冲器410采集一个码元周期的样本并将结果传给快速傅立叶变换(FFT)412。FFT 412将时域样本转换到频域并产生复值样本。相关器模块组414也被耦合至前端408的输出。相关器模块组414通过提供对多个同步信道假言的并发搜索来辅助获得系统同步。

图5是相关器模块组414的简化框图。相关器模块组414具有核心相关器模块(CCM)的多个实例508a-508x。例如，相关器模块组414可包含16个或者更多个CCM 508。在一些实施例中，CCM电路可以是分时的，从而得到多个虚拟CCM。每个CCM 508并发地接收满带宽采样率(fs)上的基带I/Q样本。满带宽采样率适于支持信道带宽206。例如，对于20MHz信道带宽，满带宽采样率可以是30.72M样本每秒。对于较低信道带宽，采样率通常较低。

每个CCM 508内的频移模块510接收满带宽采样率上且跨越信道带宽的I/Q样本。每个频移模块510使用例如相位斜坡来施加不同的频移并产生满带宽采样率上的经频移样本。因此，每个频移模块510产生具有不同中心频率的样本。

滤波和下采样模块512接收经频移样本。它对经频移样本进行带通滤波以将带宽大小限于同步信道带宽208。滤波和下采样模块512还将经频移样本下采样(或抽取)至适于同步信道带宽208的采样率(fs/N)。例如，在一个方面，滤波和下采样模块512以1.92M样本每秒的采样率产生表示1.08MHz同步信道带宽的窄带样本。

滤波和下采样模块512的窄带样本输出被输入到相关器514。相关器514包含持有一个同步码元的数据的移位寄存器。在初始化时，样本被移进相关器512直至其持有一整个同步码元的数据。此时，跨所存储的样本执行一次与一个或多个已知同步码元值的相关。当从滤波和下采样模块512接收到新样本时，将样本移进相关器514内的移位寄存器。同时，移出并丢弃最老的样本。对该新样本集执行另一次相关。每次相关的结果被捕获到结果缓冲器520中。通常此过程持续等于同步信道212的周期的时期，以此确保在相关过程期间出现至少一个同步信道码元。例如，根据图3A和3B中所示的时基，相关期为5ms加一个同步信道码元的历时。

在一个方面，同步信道212携带Zadoff-Chu(ZC)序列。ZC序列具有这样的特殊属性，即其时域表示与其频域表示相同。换言之，当ZC序列被从频域转换到时域时，其序列保持相同。因此，频域样本和时域样本具有相同的自相关属性。这样，相关机制可以按如上所述的方式在时域中实现。

当相关期结束时，结果缓冲器520包含执行相关的每个CCM 508的相关结果。因此，相比于现有技术，在单个相关期期间已经在可能较大范围的频率假言上执行了多次相关。例如，可能在信道带宽的低端执行了数次搜索，同时在信道带宽的中心和高端正执行其他搜索。这样，这些结果可对应于信道带宽206的相当一部分而无需RF模块402的再调谐。可根据本领域公知的技术使用相关结果定位同步信道。然而，通常此过程在实现同步之前将发生在若干个这样的相关期上。

在相关期结束后，每个相关器514内的移位寄存器被复位，且最后的有限频带样本集被从中清空，留待移位寄存器准备接收下一相关期期间的样本。通常，控制器516从潜在频率偏移量列表518中选择一组新的可能偏移量频率。控制器516随后将频移模块510复位以使其产生新的中心频率上的样本。

图6是示出示例性并发码元时基检测的简化流程图600。在框608，RF模块402被调谐至信道带宽内的中心频率，且由RF前端408产生信道带宽上的数字样本。在框610，每个CCM 508并发地接收跨越信道带宽的共同的样本集。在框612，每个CCM 508将样本频移至不同的假言中心频率，由此产生经频移样本。在一些情形下，假言中心频率可分布成使得诸假言同步信道带宽高度交叠。在其他情形下，一个或多个假言同步信道中心频率在整个信道带宽上展开。在框614，每个CCM 508对经频移样本滤波和下采样以根据同步信道带宽创建有限频带样本。在框616，每个CCM 508将经频移的有限频带样本与已知同步信道码元相关。在框618中，每个CCM 508并发地产生一系列的相关结果。

本文所公开的技术、元件和模块也可被用于补偿UE 120中的频率误差。不论中心频率是否已知，在初始搜索期间，基站110与UE 120之间的频率偏移量一般是未知的。如果此偏移量诸如由于UE内的内部时钟发生器中的频率漂移而较大，则此偏移量会阻碍成功同步。为了检测这种状况，可测试多个频率假言，其各自具有相对于光栅步长214的小偏移量。使用本文所公开的技术、元件和模块，能够并发地测试许多频率偏移量假言而无需对RF部分进行再调谐。

本文所讨论的技术、元件和模块也可被用于搜索相邻基站。在一些通信系统中，具有邻接覆盖区的两个基站可使用不同的频率映射。例如，相邻基站可使用具有不同中心频率的信道带宽。然而，只要此中心频率和同步信道能量落在服务基站的信道带宽内，UE 120就可在关于服务基站的正常操作期间搜索相邻基站的同步信道。

如本文中所使用的，使用术语耦合或连接不仅指直接耦合或连接也指间接耦合。在两个或多个块、模块、设备、或装置被耦合的场合，在这两个耦合的块之间可能有一个或以上居间块。

结合本文所公开的实施例描述的各个说明性逻辑框、模块、以及电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，处理器可以是任何处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或更多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文所公开的实施例描述的方法、过程或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。方法或过程中的各个步骤或动作可以所示次序执行，或者可以另一次序执行。此外，一个或以上过程或方法步骤可被省略，或者一个或以上过程或方法步骤可被添加到这些方法和过程中。加入的步骤、框、或动作可被添加在这些方法和过程的开始、结束、或居于现有要素之间。

提供了以上对所公开的实施例的描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对这些实施例的各种修改容易为本领域普通技术人员所显见，并且在此所定义的普适原理可被应用于其它实施例而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中示出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征一致的最广义的范围。

Claims (19)

1.一种信号捕获的方法，包括：

接收跨越信道带宽的样本集；

并发地将所述样本集频移至一组信道中心频率以产生多个经频移样本集；

并发地对所述多个经频移样本集中的每个集合滤波以产生多个有限频带样本集，所述多个有限频带样本集中的每个集合的带宽对应于同步信道带宽；

并发地将所述多个有限频带样本集中的每个集合与同步信道码元相关以确定相关结果集；以及

比较所述相关结果集以确定可能的同步信道中心频率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频移包括使用相位斜坡。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一组信道中心频率中的第一信道中心频率与所述一组信道中心频率中的第二信道中心频率相差小于光栅步长以便检测接收单元中的频率偏移量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述频移和所述滤波期间接收和处理跨越所述信道带宽的信息信号。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信息信号是由服务基站发射的，且所述可能的同步信道中心频率对应于相邻基站的中心频率。

6.一种包含可执行计算机程序指令的机器可读介质，所述程序指令在由数字处理系统执行时致使所述系统执行一种信号捕获的方法，所述方法包括：

接收跨越信道带宽的样本集；

并发地将所述样本集频移至一组信道中心频率以产生多个经频移样本集；

并发地对所述多个经频移样本集中的每个集合滤波以产生多个有限频带样本集，所述多个有限频带样本集中的每个集合的带宽对应于同步信道带宽；

并发地将所述多个有限频带样本集中的每个集合与同步信道码元相关以确定相关结果集；以及

比较所述相关结果集以确定可能的同步信道中心频率。

7.如权利要求6所述的机器可读介质，其特征在于，所述频移包括使用相位斜坡。

8.如权利要求6所述的机器可读介质，其特征在于，所述一组信道中心频率中的第一信道中心频率与所述一组信道中心频率中的第二信道中心频率相差小于光栅步长以便检测接收单元中的频率偏移量。

9.如权利要求6所述的机器可读介质，其特征在于，所述方法还包括在所述频移和所述滤波期间接收和处理跨越所述信道带宽的信息信号。

10.如权利要求9所述的机器可读介质，其特征在于，所述信息信号是由服务基站发射的，且所述可能的同步信道中心频率对应于相邻基站的中心频率。

11.一种用于信号捕获的装置，包括：

用于接收跨越信道带宽的样本集的装置；

用于并发地将所述样本集频移至一组信道中心频率以产生多个经频移样本集的装置；

用于并发地对所述多个经频移样本集中的每个集合滤波以产生多个有限频带样本集的装置，所述多个有限频带样本集中的每个集合的带宽对应于同步信道带宽；

用于并发地将所述多个有限频带样本集中的每个集合与同步信道码元相关以确定相关结果集的装置；以及

用于比较所述相关结果集以确定可能的同步信道中心频率的装置。

12.如权利要求11所述的用于信号捕获的装置，其特征在于，所述用于频移的装置包括用于使用相位斜坡的装置。

13.如权利要求11所述的用于信号捕获的装置，其特征在于，所述一组信道中心频率中的第一信道中心频率与所述一组信道中心频率中的第二信道中心频率相差小于光栅步长以便检测接收单元中的频率偏移量。

14.如权利要求11所述的用于信号捕获的装置，其特征在于，还包括用于在所述用于频移的装置和所述用于滤波的装置正在工作时接收和处理跨越所述信道带宽的信息信号的装置。

15.如权利要求14所述的用于信号捕获的装置，其特征在于，所述信息信号是由服务基站发射的，且所述可能的同步信道中心频率对应于相邻基站的中心频率。

16.一种用户设备，包括：

RF前端，配置成耦合至无线链路并产生收到信号的跨越信道带宽的数字样本；

相关器组，包括

频移模块集，配置成接收所述数字样本且并发地将所述数字样本频移至一组信道中心频率以产生多个经频移样本集；

滤波和下采样模块集，配置成并发地对所述多个经频移样本集中的每个集合滤波以产生多个有限频带样本集，所述多个有限频带样本集中的每个集合的带宽对应于同步信道带宽，以及

相关器模块集，配置成并发地将所述多个有限频带样本集中的每个集合与同步信道码元相关以确定相关结果集；以及

缓冲器，用于存储所述相关结果集。

17.如权利要求16所述的用户设备，其特征在于，所述频移模块集还被配置成通过使用相位斜坡技术对所述数字样本进行频移。

18.如权利要求16所述的用户设备，其特征在于，所述一组信道中心频率中的第一信道中心频率与所述一组信道中心频率中的第二信道中心频率相差小于光栅步长以便检测所述用户设备中的频率偏移量。

19.如权利要求16所述的用户设备，其特征在于，还包括配置成在所述相关器模块集确定所述相关结果集的同时处理跨越所述信道带宽的信息信号的样本缓冲器和快速傅立叶变换模块。

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