CN104053224B - 在码分多址系统中获取同步的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种在码分多址移动通信系统中获取初始同步的方法。该方法包括：将接收信号量化到多个级别；计算已量化的接收信号与本地码之间的相关值；计算相关值的绝对值；并且检测在绝对值中超过阈值的最大值的位置以及下行链路同步(SYNC‑DL)序列的ID，并且确定可用小区的定时值以及对应于定时值的能量值。

Description

在码分多址系统中获取同步的方法和装置

技术领域

本发明涉及码分多址(CDMA)系统。更具体地，本发明涉及在CDMA系统中获取初始同步的方法和装置。

背景技术

时分双工(TDD)方案被应用于CDMA系统，基于TDD方案的CDMA系统可以使用由下行链路和上行链路两者共享的相同的频带，并且可以通过改变时隙(此后，称为“TS”)的分配来自由地控制和操作其数据容量。在这些类型的系统当中，时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统已被商业化并且正在中国使用。

图1示出了根据相关技术的在TD-SCDMA中使用的子帧的结构。

参考图1，一个子帧包括7个具有相同的数据传输长度的TS和一个特殊时隙(STS)。STS用于区分下行链路和上行链路，并且包括下行链路导频时隙(DwPTS)、保护时段(GP)和上行链路导频时隙(UpPTS)。DwPTS和UpPTS包括物理传输同步的信息。也就是说，在DwPTS字段中传输用于前向链路传输同步的序列，而在UpPTS字段中传输用于反向链路传输同步的序列。在其中执行数据传输的TS包括数据码元间隔和中间训练序列，并且用户数据被包含在数据码元间隔中并且包括用于中间训练序列信道估计的导频信号信息。通常，TS0主要用于在一个小区内的广播信道的数据传输，TS1总是用于上行链路数据传输，并且TS2到TS6根据更高的分配而用于上行链路或者下行链路数据传输。基本上，TS1和TS2被分配给上行链路，而TS3到TS6被分配给下行链路。每个TS块中的D和U分别指代下行链路和上行链路。

图2示出根据相关技术的用于下行链路中的初始同步获取的DwPTS的详细结构。

参考图2，DwPTS包括GP和下行链路同步(SYNC-DL)码。SYNC-DL码利用恒定功率来传输并且不扩频。通过高层信令来确定SYNC-DL序列的功率。

当基于TDD方案的CDMA系统被初始驱动时，需要初始同步获取。初始同步获取通常包括下述的三个步骤，并且可以根据实施而以各种类型来实现。

1.第一步骤：搜索DwPTS以及识别SYNC-DL序列

通过使用一个子帧的第二TS(STS)中的DwPTS中的SYNC-DL序列来执行时隙同步而确定SYNC-DL序列索引。通过32×6400个假设中的最大值与阈值之间的比较来进行该确定，其中借助匹配滤波器执行相关来获得上述假设。此时，考虑到几个小区以及每个小区的有效多径的数量，可能需要获取多个假设。

2.第二步骤：扰频和基础中间训练码的识别

可以从第一步骤中获得的SYNC-DL序列中获知相应的中间训练码组，即对DwPTS的搜索和对SYNC-DL序列的识别，并且在包括于该组中的四个基本中间训练码当中识别相应的中间训练码。在一个子帧中平均地使用所识别出的中间训练码。进一步，由于中间训练码和扰频码之间的关系对应于一对一对应映射关系，所以当中间训练码被确定时，也就自动确定了扰频码。下面的表1中示出了中间训练码和扰频码之间的对应。

表1

3.第三步骤：控制多帧同步

通过主公共控制物理信道(P-CCPCH)的中间训练码的信道值的相位被反映到SYNC-DL上，并且通过使用关于DwPTS相位的信息确定控制多帧的位置。

4.第四步骤：广播信道(BCH)解码

只有当CRC通过对BCH的解调变为“好”时，所有的步骤才成功完成，并且通常的通信开始。这样的步骤不能包括在初始同步过程中。

同时，在基于TDD方案的CDMA系统中，周期性地接收与初始同步相关的具有图1中示出的结构的信道。特别地，由于在TS-SDMA系统中每5ms间隔接收到包括64个码片的SYNC-DL，所以与其中使用连续接收到的导频信道获得初始同步的宽带码分多址(W-CDMA)/频分双工(FDD)系统相比，TD－SCDMA系统具有相对低的检测能力。

因此，TDD系统通过下面的两种方法获取初始定时同步。

第一种方法通过使用存在于一个子帧中的SYNC-DL信号与邻近SYNC-DL信号的GAP之间的功率比找到近似位置，然后借助最大似然(ML)方案再次搜索该位置的附近。借助该方法，通过在每个子帧中计算SYNC-DL与邻近SYNC-DL的左侧和右侧的GP之间的功率比((GP_左+GP_右)功率/SYNC-DL功率)来找到近似位置。此时，功率比可以被设置并且计算为码片间隔或者码片间隔的倍数。但是，由于使用功率比的方法精确度低，所以应当通过在相当多数量的子帧期间的观察来找到具有最小值的区域，并且此后对于预先确定的间隔通过使用ML方案对每半个码片累计能量，以便在缩短的搜索间隔中以半个码片为单位找到准确的定时信息，此后，被报告具有最高能量的位置被确定为最终的定时位置。由于该方法只需要计算功率比，所以接收器结构相对简单。进一步，由于第一同步获取搜索间隔被限制到近似找到的位置的附近，所以降低了复杂度并且可以只使用小尺寸存储器。但是该方法与第二种方法相比找到精确位置需要花费两到三倍长的时间，这样，应当预期到该方法的性能的大幅下降。

第二种方法是通过使用ML方案检测一个子帧的信号、获取初始定时并且获取用作相应的导频的码ID的方法。例如，在TD-SCDMA中，该方法使用ML方案搜索和比较在整个子帧间隔的所有位置中(即6400个码片)累计的能量值，并且随后计算具有最大能量值的SYNC-DL码和以半个码片为单位确定的位置。尽管该方法也通过观察多个子帧间隔来计算最终位置，但是与第一种方法相比，它只用了不到一半的时间就可以获得初始定时。但是，由于只有在具有所有位置的能量值的情况下，该方法才可以确定最终位置，因此需要很大的存储器容量。因此，该方法在性能方面具有优势，但是在复杂性和存储器容量方面存在问题。进一步，只有当仅存在下行链路时，第二种方法才可以达到最初希望获得的性能，当由其它终端传输来的上行链路信号位于同一频带中时，会产生显著的性能下降。

此外，在初始同步获取的第一和第二步骤中，当检测到信号定时并且宣布成功获取了SYNC-DL/中间训练序列ID时，执行后面的步骤。此时，由于可能产生的误报警可以增加平均小区搜索时间(MCST)。特别地，在第二步骤中由于误报警产生错误时，后侧估计出错误的残留频率偏移，并且第三步骤中的帧同步获取失败。因此，应当重新执行第二步骤，但这需要很多时间。因此，需要最小化误报警的产生。但是通过简单地控制阈值很难获得期望的性能。此外，当在信号不存在的位置执行初始同步获取过程时，可能产生误报警，并且因此还需要额外地执行不必要的小区搜索过程。因此，为了降低由误报警导致的性能下降需要附加的可靠性检查算法。

提供上述信息作为背景信息仅仅是为了辅助理解本发明的内容。没有确定或者断言上述内容中的任何部分是否可以用作本发明的现有技术。

发明内容

本发明的各方面是至少解决前面提到的问题和/或缺陷，并且至少提供下面描述的优点。因此，本发明的一个方面提供用于在基于TDD方案的CDMA下行链路系统中获取有效初始同步定时的方法和装置。

本发明的另一方面是提供获取初始同步定时，并且提高可靠性以解决由于误报警而引发的MCST增加的问题的方案。

根据本发明的一个方面，提供一种在码分多址移动通信系统中获取初始同步的方法。该方法包括：将接收信号量化到多个级别；计算经量化的接收信号与本地码之间的相关值；计算所述相关值的绝对值；以及检测在所述绝对值当中超过阈值的最大值的位置以及SYNC-DL序列的ID，并且确定可用小区的定时值以及对应于所述定时值的能量值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在码分多址移动通信系统中获取初始同步的装置。该装置包括：量化器，其将接收信号量化到多个级别；匹配滤波器，其计算经量化的接收信号与本地码之间的相关值；绝对值计算器，其计算所述相关值的绝对值；以及峰值检测器，其检测在所述绝对值当中超过阈值的最大值的位置以及SYNC-DL序列的ID，并且确定可用小区的定时值以及对应于所述定时值的能量值。

在一个示例性实施例中，通过使用应用初始同步获取的第一步骤(即搜索DwPTS和识别SYNC-DL序列)的方法，可以应用ML或者混合方案中的性能并且可以适当减小存储器容量。通过划分搜索间隔可以进一步减小存储器容量。

进一步，通过向初始同步获取的第一和第二步骤应用提高可靠性的附加检查方法，可以显著降低由于误报警引发的MCST。

从下面结合附图进行的公开了本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其他方面、优点和特征对本领域技术人员而言将更明显。

附图说明

从后面结合附图进行的说明，本发明的特定实施例的上述及其他方面、特征以及优点将变得更明显，在附图中：

图1示出了根据相关技术的在TD-SCDMA中使用的子帧的结构；

图2示出了根据相关技术的用于下行链路中的初始同步获取的DwPTS的详细结构；

图3示出了根据本发明一示例性实施例的用于获取通用初始同步的装置的配置；

图4示出了根据本发明一示例性实施例的用于获取初始同步的装置的配置；

图5示出了根据本发明一示例性实施例的多层量化器的配置；

图6示出了根据本发明一示例性实施例的以子区域为单位执行搜索的过程；以及

图7示出了根据本发明一示例性实施例的初始同步获取过程的流程图。

应当注意：贯穿附图，相同的附图标记用于指代相同或类似的元素、特征和结构。

具体实施方式

参考附图的下面的说明被提供来帮助综合明白由权利要求和它们的等同内容限定的本发明的示例性实施例。它包括用于帮助理解的具体细节，但是这些仅被看作示例性的。因此，本领域内的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的范围和精神的情况下，可以进行在此所述的实施例的各种改变和修改。另外，为了清楚和简洁，可以省略公知功能和构造的描述。

在下面的说明书和权利要求中使用的术语和词语不限于书面含义，而是仅被发明人用于使能本发明的清楚和一致的理解。因此，对于本领域内的技术人员应当显然，本发明的示例性实施例的下面的说明被提供来仅用于例示的目的，而不用于限制由所附的权利要求及其等同内容限定的本发明的目的。

应当明白，单数形式“一个”和“该”包括复数指示，除非上下文清楚地另外指示。因此，例如，对于“一个部件表面”的引用包括对于一个或多个这样的表面的引用。

在基于CDMA的系统中，由信道化代码来区分所有信道，通过接收从基站发送的控制相关信息可以获得关于小区的信息。相应地，终端需要获取关于期望小区的初始同步的信息来获取控制相关信息。进一步，由于在特定TS中存在包括用于初始同步获取的信息的信道，TDD系统应当通过获取定时和导频序列的码ID来执行初始同步获取过程，其中，所述码ID诸如是周期性传输的TD-SCDMA的SYNC-DL码。

图3示出了根据本发明一示例性实施例的获取通用初始同步的装置的配置。

参考图3，获取初始同步的装置包括匹配滤波器310、绝对值计算器320和峰值探测器330。

匹配滤波器310将在本地码产生器(未示出)中产生的与SYNC-DL序列对应的本地码和接收信号进行相关。可以存在32个SYNC-DL序列。当接收到的信号与从基站发送的SYNC-DL码匹配时，该SYNC-DL码与其他码相比具有较高的相关特性。绝对值计算器320计算匹配滤波器310的输出值的绝对值，并且为了确保高可靠性在几个子帧中累计各个位置的能量值。峰值探测器330比较在所有候选组位置中计算的能量值，并且检测对应于最大值的位置和SYNC-DL ID。基于峰值探测器330的结果，控制器(未示出)执行区分有效路径信息的过程。

同时，影响TDD模式下的DwPTS检测的因素是上行链路TS和下行链路TS的功率值之比。但是由于无法在初始同步获取中获知关于上行链路TS或者下行链路TS的存在性的信息和相关定时信息，所以可以接收到比下行链路信号功率大很多的其它终端的上行链路传输功率，并且因此，可以认为功率值的不稳定性较大。特别地，当终端位于小区边界上时，其它终端的传输功率与接收信号的功率值之间的差可以为几十dB或者更大。这样，基于传统ML方案的第一步骤中的同步获取过程中的检测能力急剧下降。

根据本发明的示例性实施例，确定接收信号的符号并且作为执行到多个级别的量化的多层量化(MQ)被应用于初始同步获取。

图4示出了根据本发明一示例性实施例的用于获取初始同步的装置的配置。

参考图4，根据本发明示例性实施例的用于获取初始同步的装置的配置包括子区域选择器410、多层量化器420、匹配滤波器430、绝对值计算器440和峰值探测器450。

将在后面描述子区域选择器410。

多层量化器420将接收信号映射到预先确定的级别中的数值和符号上。例如，可以通过使用符号划分接收信号的二值量化来处理信号。由于通过使用经量化的接收信号获取同步的操作与图3的相同，因此省略了重复的描述。

如上面描述的，当以各种级别量化接收信号时，甚至当大信号进入上行链路间隔时，也不会产生在传统方法中产生的比几十dB大的、由其它终端信号引发的误差。这就是说，由于过大的级别的信号是饱和的，所以阻止了不准确信息的产生，其中通过该不准确信息产生过度测量的值。

因此，可以解决在基于TDD的CDMA中使用ML方案的初始同步获取中产生的问题。

其后，描述根据本发明一个示例性实施例的多层量化器420.

图5示出了根据本发明一示例性实施例的多层量化器的配置。

参考图5，根据本发明的示例性实施例的多层量化器420接收多个输入信号，将接收到的信号量化为多个级别，并且随后输出经量化的信号。在这些输入信号中，INPUT(RX)是接收的信号，并且N_SEL是设置级别的数量的值。当值为1时，信号被量化为二元的值。S1_MQ_TH(n)是预定义的阈值，根据输入信号级别，该阈值可以被设置为等于或者大于1的值。在二值量化的情况下，该数值被设置为1。S1_MQ_UP/DOWN(n)提供了一参考值，通过该值，S1_MQ_TH(n)与输入值进行比较，并且随后该值被量化为特定值。在二值量化的情况下，S1_MQ_UP(n)和S1_MQ_DOWN(n)可以被设置为+1和-1。可以为全部间隔相同地执行根据本发明示例性实施例的多层量化，通过向特定区域提供加权，可以有区别地设置每个级别的宽度。

接下来，将描述根据本发明的示例性实施例的子区域选择器410。

尽管在通过ML方案获取初始同步时，应当在第一步骤中搜索对应于整个搜索区域的6400个码片间隔，但是可以在从整个搜索间隔中划分出的几个子区域上执行同步获取的第一步骤，以便降低过程的复杂性。子区域选择器410不是必须的组件，并且可以根据将在终端中使用的存储器容量来确定是否使用。

图6示出了根据本发明一个示例性实施例的以子区域为单位执行搜索的情况。

参考图6，当整个区域被划分为N个子区域时，在M个子帧的时间上在每个子区域中累计能量，并且存储备选组的位置和能量值。各个子区域的预定间隔彼此重叠以便包括所有的搜索间隔。此后，当通过与特定阈值的比较检测到信号时，初始同步获取的第一步骤结束。但是，当未检测到信号时，对所有子区域重复操作直到检测到信号，并且随后最终找到具有最大能量值的位置。因此，与前面提到的ML方案不同，该方案对应于混合检测模式，这是因为通过ML方案在特定区域中检测到信号，并且通过使用预定阈值确定该数值是否有效。此处，可以随机地设定寻找子区域的顺序，并且可能不按照顺序排序，例如区域1→区域3→区域2→...→区域N。

图7是示出根据本发明一个示例性实施例的初始同步获取过程的流程图。

参考图7，在步骤710确定是否通过使用子区域选择器来执行同步获取过程，当不使用子区域选择器时，在步骤721选择所有的子区域，而当使用子区域选择器时，在步骤722选择将要被搜索的子区域。随后在步骤730执行对接收信号的多层量化，并且在步骤740使用经量化的信号执行同步获取过程。在步骤750，确定是否成功检测到下行链路同步序列ID，以及获取到了准确的信号接收定时。当成功地检测到和获取到时，初始同步获取的第一步骤结束，基于检测到的下行链路同步序列ID执行检测中间训练序列的第二步骤。进一步，当未成功检测到下行链路同步序列ID时，该过程返回步骤710。

接下来，将描述根据本发明另一个示例性实施例的通过使用附加可靠性检查算法降低由于误报警引起的错误产生的可能性。

在第一步骤初始同步获取之外的获取中间训练序列ID的第二步骤中，通常使用ML方案确定最有效的值。由于当接收信号不存在时产生误报警，所以该过程可以进行到下一步。进一步，当接收信号不存在的情况下，当检测到超过阈值的值时，产生误报警，由此增加了平均小区搜索时间。这样，当通过将对应于候选组的信号的尺寸与预定值比较而确定信号不存在时，再次执行第一和第二步骤，由此显著地缩短整体平均小区搜索时间。

特别地，在初始同步获取第一步骤中确定最终可用小区的定时信息和对应于定时信息的能量信息。根据本发明的示例性实施例，当确定的小区的路径在能量上的差小于预定值时，就认为产生了误报警并且重新执行第一步骤。进一步，当在第二步骤中使用四个中间训练序列计算的相关值中的差也小于预定值时，就认为产生了误报警并且重新执行第二步骤。如上面所描述的，借助根据本发明示例性实施例的可靠性检测方法可以缩短整体平均小区搜索时间。

虽然参考本发明的特定示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解在不脱离由附加权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的条件下，可以在此做出形式上和细节上的各种变化。

Claims (16)

1.一种在码分多址移动通信系统中获取初始同步的方法，该方法包括：

将接收信号量化到多个级别；

计算经量化的接收信号与本地码之间的相关值；

计算所述相关值的绝对值；并且

检测在所述绝对值当中超过阈值的最大值的位置以及下行链路同步SYNC-DL序列的ID，并且确定可用小区的定时值以及对应于所述定时值的能量值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，量化所述接收信号包括在多个级别中不同地或者相同地设置宽度。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在量化接收信号之前，将每个子帧划分成多个子区域，并且选择将在其中执行初始同步获取的子区域；以及

检测来自所选择子区域的接收信号，并且比较来自所选择子区域的检测到的信号与预定阈值以确定有效性。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，当没有从所选择子区域检测到有效的接收信号时，根据预定顺序从其它子区域检测接收信号。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，根据码分多址移动通信系统的存储器容量确定子区域的数量。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，每个子区域被设置为以预定间隔重叠其它子区域。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述定时值包括：比较所确定的小区能量值之间的差与预定值，并且当所述能量值之间的差小于所述预定值时，量化接收信号被重新执行。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于检测到的SYNC-DL序列的ID检测中间训练序列，其中，检测所述中间训练序列包括：当检测到的中间训练序列的能量值之间的差小于预定值时，再次检测中间训练序列。

9.一种用于在码分多址移动通信系统中获取初始同步的装置，该装置包括：

量化器，其将接收信号量化到多个级别；

匹配滤波器，其计算经量化的接收信号与本地码之间的相关值；

绝对值计算器，其计算所述相关值的绝对值；和

峰值探测器，其检测在所述绝对值当中超过阈值的最大值的位置以及下行链路同步SYNC-DL序列的ID，并且确定可用小区的定时值以及对应于所述定时值的能量值。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述量化器在多个级别中不同地或者相同地设置宽度。

11.根据权利要求9所述的装置，还包括：子区域选择器，其将每个子帧划分为多个子区域，并且选择将在其中执行初始同步获取的子区域，其中，所述子区域选择器检测来自所选择子区域的接收信号，并且比较检测到的信号与预定阈值以确定有效性。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，当没有从所选择子区域检测到有效的接收信号时，所述子区域选择器根据预定顺序从其它子区域检测接收信号。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，根据码分多址移动通信系统的存储器容量确定子区域的数量。

14.根据权利要求9所述的装置，其中，每个子区域被设置为以预定间隔重叠其它子区域。

15.根据权利要求9所述的装置，其中，所述峰值探测器比较所确定的小区能量值之间的差与预定值，并且当能量值之间的差小于预定值时，量化接收信号被重新执行。

16.根据权利要求9所述的装置，还包括：中间训练序列检测器，其基于检测到的SYNC-DL序列的ID检测中间训练序列，其中，当检测到的中间训练序列的能量值之间的差小于预定值时，所述中间训练序列检测器再次检测中间训练序列。