CN106102136B - 一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法，包括：S1.根据自动增益控制的增益值调整射频功放，并缓存射频功放调整后的接收数据；S2.在一个下行同步信号发送周期内检测是否有下行同步信号：若检测到下行同步信号，则输出下行同步信号的位置及此时自动增益控制的增益值，并退出搜索过程；否则，执行步骤S3；S3.判断已完成搜索周期数是否达到最大搜索周期数：若达到最大搜索周期数，则输出未搜索到下行同步信号的标识，并退出搜索过程；若未达到最大搜索周期数，则调整自动增益控制的增益值，执行步骤S1。本发明能够在较短的时间内使同步信号幅度调整在合适范围内，提高了搜索成功率，缩短了搜索时间。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法。
背景技术
现代移动通信系统被广泛地部署以提供各种类型的通信服务，例如语音和数据服务等。目前较常见的有地面移动通信系统(例如GSM、TD-SCDMA和LTE等)和卫星移动通信系统(例如INMARSAT等)。在这些系统中，用户终端(UE)必须先获取所在地网络(小区)的时间和频率等信息(也成称为行同步、小区搜索或小区初搜)以完成和通信网络的同步，然后才能在网络中继续进行其他操作。下行同步过程是UE的关键物理过程，直接影响UE性能和用户体验。因此，现代移动通信系统一般会设计专门的下行同步信号用于UE同步。而且这些下行同步信号一般都是按照一定的时间间隔周期发送的，目的是为了让在任意时刻开始接收的UE都可以在一个周期内至少接收到一个下行同步信号。下行同步的一般过程如图1所示，包括下行同步信号搜索(即找到下行同步信号所在的时间位置)、接收时频偏和小区其他参数估计以及使用估计参数对接收进行调整完成物理同步这几个步骤。
在上述步骤中，下行同步信号搜索是关键，它直接决定了不同场景下UE接入网络的延时，对用户体验影响很大。因此，现有大量的文献讨论各种移动通信系统下的下行同步信号搜索过程，然而有一个方面的讨论却相对较少，那就是UE在进行下行同步信号搜索时所搭配的自动增益控制(AGC)过程。移动通信系统中UE接收信号受网络负载、信道衰落、阴影效应、路径损耗和热噪声等因素影响，接收机输入端的信号强度变化范围剧烈。过大的接收信号动态范围会使得功率放大器、模数转换器(ADC)等器件无法工作在正常范围内，导致送入基带的信号质量较差，直接影响后续的各种信号处理过程。所以必须设置自动增益控制系统来保证信号大小维持在一个合适的范围内。
在进行下行同步信号搜索时，AGC需要在无任何先验信息的情况下对接收信号幅度进行调节。而其控制的优劣直接影响到UE小区搜索的灵敏度和搜索时间，进而也直接影响到UE的性能和用户体验。因此，一个好的下行同步信号搜索方法必须包括和其适配的AGC方案。现有的资料大部分只讨论下行同步信号搜索而不涉及AGC，或者只讨论AGC而不涉及和下行同步信号搜索过程的具体结合。虽然有少部分资料对两方面的搭配使用方法有些讨论，例如：专利“移动通信系统中搜索下行同步信号位置的方法”(CN 100337508 C)、“一种LTE系统的厨师AGC方法及设备”(CN 102413543 B)、“时分双工系统中的自动增益控制捕获”(CN 102893520 B)和“用户设备和低噪声放大器的调整增益的方法”(CN 105657786A)。但是这些资料所论述的方法只针对时分双工(TDD)模式的移动通信系统，例如：TD-SCDMA和TDD-LTE。对于频分双工(FDD)模式的移动通信系统，相关资料较少。
如果使用现有的AGC方法搭配FDD移动通信系统的下行同步信号搜索，也会存在一些问题。开环AGC方法设置固定初始大或小增益值，而后根据下行搜索成功与否，对增益逐次降档或增档后再尝试，这种方式容易造成对此尝试搜索时间较长的问题。普通的闭环AGC方法在滑动搜索的同时计算当前的信号功率，然后根据信号功率和调整目标功率的关系得到待调整值，然后调整接收机攻防增益，由于现在的移动通信系统基本都使用时分多址(TDMA)技术，一段时间(称为帧)划分成若干等长单元(称为子帧或时隙)，并分配给不同的业务或者用户使用。下行同步信号所在时间单元之外的其他时间单元，可能有数据发送，也可能没有数据发送(只有噪声)，情况不明。再加上各种信道衰落和损耗的影响，在搜索到下行同步信号之前的信号功率必然是不明确且很可能在较大范围内变化的。如果采用闭环AGC的边搜索边调整的方式，很有可能会因为下行同步信号之前的接收信号功率相对下行同步信号过强或者过弱而造成接收下行同步信号时增益值过小或者过大，这样都会影响后续对信号搜索计算的性能，进而增加完成同步的时间。TDD系统存在类似的问题，但它的信号功率大范围变化的原因主是主要考虑邻近用户大上行发送功率的干扰。虽然有少数资料考虑了这个问题，并采用减小调整周期、增加调整频度等方法解决这个问题。但是这些方法会明显增加AGC控制及实现的复杂程度，用在FDD系统上过于复杂，而且有些方法也是不适用FDD系统的。
因此，需要适用于FDD移动通信系统的搭配有合适自动增益控制方案的下行同步信号搜索方法，但是目前并没有相关技术方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法，根据一个下行同步信号发送周期内的所有信号功率值灵活确定可靠的增益值，在较短的时间内使同步信号幅度调整在合适范围内，提高了搜索成功率，缩短了搜索时间。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法，包括：
S1.根据自动增益控制的增益值调整射频功放，并缓存射频功放调整后的接收数据；
S2.在一个下行同步信号发送周期内检测是否有下行同步信号：
若检测到下行同步信号，则输出下行同步信号的位置及此时自动增益控制的增益值，并退出搜索过程；否则，执行步骤S3；
S3.判断已完成搜索周期数是否达到最大搜索周期数：
若达到最大搜索周期数，则输出未搜索到下行同步信号的标识，并退出搜索过程；
若未达到最大搜索周期数，则调整自动增益控制的增益值，执行步骤S1。
所述接收数据的缓存方法为：每次根据自动增益控制的增益值调整射频功放后的接收数据均从缓存空间的起始位置开始依次向后存放，直到下一次根据自动增益控制的增益值调整射频功放后又从缓存空间的起始位置开始存放。
所述检测是否有下行同步信号的方法为：采用一定长度的搜索窗对接收信号进行滑动搜索。
所述步骤S2号包括：定义一个下行同步信号发送周期内的接收数据长度为LT，搜索窗长为Lw，滑动步长为ls，一个下行同步信号发送周期内最大滑动次数为其中表示向上取整，搜索次数为i，搜索次数i的初始值为1；
S21.从缓存空间中Idx位置开始取Lw个接收数据，并检测所述Lw个接收数据中是否有下行同步信号；
S22.计算得到所述Lw个接收数据的平均功率Pw,i；
S23.若所述Lw个接收数据中检测到下行同步信号，则输出下行同步信号的位置及此时自动增益控制的增益值，并退出搜索过程；
若所述Lw个接收数据中未检测到下行同步信号，判断搜索次数i的值是否大于最大滑动次数N：若搜索次数i的值大于最大滑动次数N，则执行步骤S3；否则更新搜索次数i和Idx，执行步骤S21。
在开始一个下行同步信号发送周期的搜索时，将Idx的值初始化为1。
所述更新搜索次数i和Idx的方法为：将搜索次数i加一，将Idx加滑动步长ls。
所述步骤S3包括：
S31.更新已完成搜索周期数的值，判断已完成搜索周期数是否达到最大搜索周期数；
若达到最大搜索周期数，则输出未搜索到下行同步信号的标识，并退出搜索过程；否则，执行步骤S32；
S32.找出刚完成搜索周期中所有平均功率Pw,i，令平均功率数组Pw＝[Pw,1,...,Pw,x,...,Pw,N]，并找出平均功率数组Pw中的最大平均功率Pw,max；
S33.比较所述最大平均功率Pw,max与自动增益控制的目标功率值Ptarget：
若所述最大平均功率Pw,max小于等于所述目标功率值Ptarget，则将自动增益控制的增益值设置为Ptarget/Pw,max，执行步骤S1；否则，执行步骤S34；
S34.定义门限Pth＝Pw,max/α，从平均功率数组Pw中取出所有大于门限Pth的值，构成新的平均功率数组P′＝[P′1,...,P′x,...,P′M]，计算平均功率数组P′中所有平均功率的平均值P′mean，将自动增益控制的增益值设置为Ptarget/P′mean，执行步骤S1。
本发明的有益效果是：
(1)本发明在进行下行同步信号搜索时，采用和下行同步信号发送周期相近的自动增益调整周期，使用整个发送周期内的所有滑窗信号功率来确定自动增益控制的增益值；在最大功率信号小于目标功率的情况下，上调增益；在最大功率信号大于目标功率的情况下，使用高于一定门限的所有信号功率的平均值来确定自动增益控制的增益值；从而避免了现有技术方案中增益值过大或过小造成多次尝试的长耗时问题，使得经过一个周期的搜索后，下一周期的自动增益控制的增益值会更合理，能够较快地(一般为二至三个发送周期内)使同步信号幅度调整在合理范围之内，加快搜索完成；
(2)本发明中的自动增益控制方案比现有的应用于TDD移动通信系统中的方案的复杂度更低、实现更简单；
(3)本发明中搜索过程和自动增益控制过程搭配合理，且又相互独立，能够兼容现有的搜索方案，有很好的应用空间。
附图说明
图1为现有技术中下行同步信号搜索的示意图；
图2为本发明的一个实施例的示意图；
图3为本发明的又一个实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图2和图3所示，一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法，包括：
S1.根据自动增益控制的增益值调整射频功放，并缓存射频功放调整后的接收数据。
所述接收数据的缓存方法为：每次根据自动增益控制的增益值调整射频功放后的接收数据均从缓存空间的起始位置开始依次向后存放，直到下一次根据自动增益控制的增益值调整射频功放后又从缓存空间的起始位置开始存放。
在进行下行同步信号搜索时，自动增益控制的增益值的初始值为一中档值，例如，可以选取增益值的可选值的中间值作为其初始值。通过将增益值的初始值设置为中档值，可以更快地使同步信号幅度调整在合理范围之内。
S2.在一个下行同步信号发送周期内检测是否有下行同步信号：
若检测到下行同步信号，则输出下行同步信号的位置及此时自动增益控制的增益值，并退出搜索过程；否则，执行步骤S3。
在本实施例中，所述检测是否有下行同步信号的方法为：采用一定长度的搜索窗对接收信号进行滑动搜索。
所述步骤S2号包括：定义一个下行同步信号发送周期内的接收数据长度为LT，搜索窗长为Lw，滑动步长为ls，一个下行同步信号发送周期内最大滑动次数为其中表示向上取整，搜索次数为i，搜索次数i的初始值为1；
S21.从缓存空间中Idx位置开始取Lw个接收数据，并检测所述Lw个接收数据中是否有下行同步信号；检测接收数据中是否有下行同步信号的方法可以采用任何一种现有的方法，本实施例对此不做任何限制。
在开始一个下行同步信号发送周期的搜索时，将Idx的值初始化为1。
S22.计算得到所述Lw个接收数据的平均功率Pw,i，并存储平均功率Pw,i。
S23.若所述Lw个接收数据中检测到下行同步信号，则输出下行同步信号的位置及此时自动增益控制的增益值，并退出搜索过程。
若所述Lw个接收数据中未检测到下行同步信号，判断搜索次数i的值是否大于最大滑动次数N：若搜索次数i的值大于最大滑动次数N，则执行步骤S3；否则更新搜索次数i和Idx，执行步骤S21。
所述更新搜索次数i和Idx的方法为：将搜索次数i加一，将Idx加滑动步长ls。
S3.判断已完成搜索周期数是否达到最大搜索周期数：
若达到最大搜索周期数，则输出未搜索到下行同步信号的标识，并退出搜索过程；
若未达到最大搜索周期数，则调整自动增益控制的增益值，执行步骤S1。
所述步骤S3包括：
S31.更新已完成搜索周期数的值(即将已完成搜索周期数的值加一)，其中已完成搜索周期数的初始值为0，，判断已完成搜索周期数是否达到最大搜索周期数；
若达到最大搜索周期数，则输出未搜索到下行同步信号的标识，并退出搜索过程；否则，执行步骤S32。
S32.找出刚完成搜索周期中所有平均功率Pw,i，令平均功率数组Pw＝[Pw,1,...,Pw,x,...,Pw,N]，并找出平均功率数组Pw中的最大平均功率Pw,max；
S33.比较所述最大平均功率Pw,max与自动增益控制的目标功率值Ptarget：
若所述最大平均功率Pw,max小于等于所述目标功率值Ptarget，则将自动增益控制的增益值设置为Ptarget/Pw,max，执行步骤S1；否则，执行步骤S34；
S34.定义门限Pth＝Pw,max/α，从平均功率数组Pw中取出所有大于门限Pth的值，构成新的平均功率数组P′＝[P′1,...,P′x,...,P′M]，计算平均功率数组P′中所有平均功率的平均值P′mean，将自动增益控制的增益值设置为Ptarget/P′mean，执行步骤S1；其中，α是计算门限的参数值，α可以由下行同步场景的仿真实验得到。
在一个实施例中，设定一个下行同步信号发送周期内的接收数据长度LT＝3840，搜索窗长Lw＝120，滑动步长为ls＝10，则可以得到，一个下行同步信号发送周期内最大滑动次数最大搜索周期数Tth＝4，参数值α＝2。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法，其特征在于，包括：
S1.根据自动增益控制的增益值调整射频功放，并缓存射频功放调整后的接收数据；
S2.在一个下行同步信号发送周期内检测是否有下行同步信号：
若检测到下行同步信号，则输出下行同步信号的位置及此时自动增益控制的增益值，并退出搜索过程；否则，执行步骤S3；
步骤S2号包括：
定义一个下行同步信号发送周期内的接收数据长度为LT，搜索窗长为Lw，滑动步长为ls，一个下行同步信号发送周期内最大滑动次数为其中表示向上取整，搜索次数为i，搜索次数i的初始值为1；
S21.从缓存空间中Idx位置开始取Lw个接收数据，并检测所述Lw个接收数据中是否有下行同步信号；
S22.计算得到所述Lw个接收数据的平均功率Pw,i；
S23.若所述Lw个接收数据中检测到下行同步信号，则输出下行同步信号的位置及此时自动增益控制的增益值，并退出搜索过程；
若所述Lw个接收数据中未检测到下行同步信号，判断搜索次数i的值是否大于最大滑动次数N：若搜索次数i的值大于最大滑动次数N，则执行步骤S3；否则更新搜索次数i和Idx，执行步骤S21；
S3.判断已完成搜索周期数是否达到最大搜索周期数：
若达到最大搜索周期数，则输出未搜索到下行同步信号的标识，并退出搜索过程；
若未达到最大搜索周期数，则调整自动增益控制的增益值，执行步骤S1；
步骤S3包括：
S31.更新已完成搜索周期数的值，判断已完成搜索周期数是否达到最大搜索周期数；
若达到最大搜索周期数，则输出未搜索到下行同步信号的标识，并退出搜索过程；否则，执行步骤S32；
S32.找出刚完成搜索周期中所有平均功率Pw,i，令平均功率数组Pw＝[Pw,1,...,Pw,x,...,Pw,N]，并找出平均功率数组Pw中的最大平均功率Pw,max；
S33.比较所述最大平均功率Pw,max与自动增益控制的目标功率值Ptarget：
若所述最大平均功率Pw,max小于等于所述目标功率值Ptarget，则将自动增益控制的增益值设置为Ptarget/Pw,max，执行步骤S1；否则，执行步骤S34；
S34.定义门限Pth＝Pw,max/α，其中，α是计算门限的参数值，从平均功率数组Pw中取出所有大于门限Pth的值，构成新的平均功率数组P′＝[P1′,...,Px′,...,P′M]，计算平均功率数组P′中所有平均功率的平均值P′mean，将自动增益控制的增益值设置为Ptarget/P′mean，执行步骤S1。
2.根据权利要求1所述的一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法，其特征在于，所述接收数据的缓存方法为：每次根据自动增益控制的增益值调整射频功放后的接收数据均从缓存空间的起始位置开始依次向后存放，直到下一次根据自动增益控制的增益值调整射频功放后又从缓存空间的起始位置开始存放。
3.根据权利要求1所述的一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法，其特征在于，所述检测是否有下行同步信号的方法为：采用一定长度的搜索窗对接收信号进行滑动搜索。
4.根据权利要求1所述的一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法，其特征在于，在开始一个下行同步信号发送周期的搜索时，将Idx的值初始化为1。
5.根据权利要求1所述的一种频分双工移动通信系统下行同步信号的搜索方法，其特征在于，所述更新搜索次数i和Idx的方法为：将搜索次数i加一，将Idx加滑动步长ls。
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