CN1104783C - 一种直序扩频系统中的伪随机序列同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，以构成长序列码的短序列码的序号为操作对象，捕获长序列码。包括：将包含有长序列码的信号分别与各短序列码作相关累加；进行择大操作，记下最大短序列码的序号；对n个序号作串并转换，并输入各比较器，分别与序号移位寄存器输出比较；计算各比较器输出为1的个数；1的个数最多且不小于设定值一路的序号移位寄存器的内容就是所要的长序列码，其状态代表帧同步。可减少硬件资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种扩频通信系统中的伪随机序列同步方法，更确切地说是涉及一种对由多个短序列码构成的长序列码的识别方法。
背景技术
本发明所称的扩频系统是指无线通信系统中的扩展频谱系统，所称的伪随机序列是指具有随机特征的序列。
由欧洲提出的宽带码分多址(WCDMA)协议和由北美提出的CDMA2000协议是目前用于第三代移动通信系统的主流标准，两种协议都对通信系统所采用的无线传输技术、信道结构、网络信令及结构等作了详细的定义和说明。在WCDMA标准中，因为系统采用了多小区微蜂窝的基站结构，所以还专门定义了一个同步信道SCH(Synchronization Channel)，移动终端利用同步信道承载的信息来搜索基站，使移动终端通过与基站所发信号的时隙同步和帧同步，达到与基站的信号同步。
WCDMA FDD(频分双工)系统，为了快速并可靠地获得移动终端与基站的同步，在下行链路提供的专用同步信道中设计有两个子信道，包括基本SCH(Primary SCH)和辅助SCH(Secondary SCH)。
图1示出辅助SCH的结构，WCDMA协议定义每帧时间(Tframe)长10ms，每帧内有16个时隙(Tframe＝16*Tslot)，因为传输速率为4.096Mb/s，所以每个时隙内共有2560码片(chips)。辅助同步码序列(长序列码)是由16个长度各为256码片的未经信息调制的正交扩频码(短序列码，包括m序列、Gold码、Kassimi码、Walsh码、Hadamard等)组成的序列(以下以Gold码为例)，如图中所示Cs i，1Cs i，2Cs i，16，于每个时隙的开始发送其中的一个，以10ms为周期重复发送。这16个短序列码中的每一个短序列码都是从17个长度各为256码片的短序列码中选出来的，表示为Cs i，k，k＝1，2，3，…，16，17个短序列码表示为C1，C2，…，C17，在一个辅助同步长序列码中，这些短序列码可以重复出现，即一个辅助同步长序列码的16个短序列码中可能有两个或两个以上的短序列码相同，如C2C5C7C5C2C11C10C9C1C15C13C15C1C9C10C11。
在WCDMA方案中，基站下行链路扰码共有512个，分别标记为512个基站，因基站扰码长40960码片，为了使移动终端(台、站)能快速地捕获到基站扰码，目前技术的做法是将512个可能的基站扰码分为32组，每组16个基站扰码，并用辅助同步长序列码来标记基站下行链路扰码所处的组号，所以辅助同步长序列码共有32个，如用上述的C2C5C7C5C2C11C10C9C1C15C13C15C1C9C10C11表示第32组基站扰码。移动终端通过对这32个辅助同步长序列码及其相位的识别而获得基站扰码组号和帧同步。
现有的对辅助同步长序列码及其相位的识别基本有两种方法，分别示于图2、图3中。
图2所示是利用累加器实现对辅助同步长序列码及其相位的识别，以确定基站扰码和帧同步。输入信号1是32个辅助同步长序列码中的任意一个，由于接收机开机时的随机性及信号的传播延时，辅助同步长序列码在到达接收机时的相位也是随机的，即接收到的信号可能是这个辅助同步长序列码16种循环状态的任何一种，因此接收信号的状态共有32×16种。输入信号1通过17个相关累加器A分别与17个短序列码C1，C2，…，C17进行相关累加(对应位相乘再相加)，经过16个时隙后，每一个相关累加器A都得到16个相关累加值Si 1，Si 2，…，Si 16，i＝1，2，…，17，17组相关累加值分别放入17个移位寄存器B中，共有16×17＝272个相关值，再由512个累加器C按照512种状态进行累加，可得到512个累加值，再经择大器D处理，其中最大的一个累加值所对应的状态就是要找的状态，从而得到要找的辅助同步长序列码及其相位，即扰码组组号和帧同步。
采用第一种方法需要17个8位(256＝28)的相关累加器A，一个64Kbit存储器(移位寄存器B)和512个12位(256×16＝212)累加器C，其硬件规模是十分可观的。
图3所示是利用相关器实现对辅助同步长序列码及其相位的识别，以确定基站扰码和帧同步。输入信号1通过17个相关累加器A分别与17个短序列码C1，C2，…，C17进行相关累加，由择大器E在每个时隙选取17个相关累加值中的最大值，即选取与最大相关累加积分值对应的短序列码Ci，i＝1，2，…，17，经过16个时隙后，可以得到16个短序列码21，图中22，23，…，533是512种辅助同步长序列码状态，经过512个相关累加器F后得到512个值，如图中的534所示，经择大器G选取其中的最大值，该最大值所对应的状态就是要找的状态，从而得到要找的辅助同步长序列码及其相位，即扰码组组号和帧同步。
采用第二种方法需要17个8位(256＝28)相关累加器A，512个12位(256×16＝212)相关累加器F，其硬件规模比第一种方法还多。
综上所述，现有辅助同步长序列码识别方法的特点是比较直观，但由于都是对辅助同步长序列码本身进行操作，面对如此长的辅助同步长序列码(16×256码片)，不管是采用相关累加器还是采用累加器，都会导致很大的硬件资源消耗，不利于降低移动终端的成本。
以上仅以辅助同步长序列码的识别(捕获)方法为例，但直序扩频通信系统中的伪随机序列都存在对由多个短序列码构成的长序列码的识别(捕获)，因此本发明的方法是针对由多个短序列码构成的长序列码的识别(捕获)提出的。
发明内容
本发明的目的是设计一种直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，该方法简单实用，可大大减少硬件资源，有利于降低产品成本。
本发明的方法是利用长序列码的构成特点而作出的，不是对长序列码本身进行操作，而是对构成长序列码的短序列码的序号进行操作。如辅助同步长序列码的构成特点是任意连续3个短序列码都不相同，本发明的同步捕获方法正是利用了该构成特点而作出的。
本发明的目的是这样实现的，一种直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，其特征在于：是以构成长序列码的短序列码的序号为操作对象，实现对由多个短序列码构成的长序列码的识别。
所述的以构成长序列码的短序列码的序号为操作对象进一步包括：
1).在每一时隙内，将输入的包含有长序列码的信号分别与X个短序列码作相关累加，长序列码由X个短序列码组成；
2).对X路相关累加值进行择大操作，记下选出的最大短序列码的序号；
3).经n个时隙的n次相关累加，将择大操作后串行输出的n个最大短序列码的序号转换为n个并行输出，并输入至Y个比较器一端，与Y个比较器另一端的Y个序号移位寄存器输出比较，Y是长序列码的个数，Y个序号移位寄存器输出各短序列码的序号；
4).序号移位寄存器每循环移位一次，计算各比较器输出为1的个数；
5).取各路比较器输出中1的个数最多、且其1的个数不小于m的一路，该路序号移位寄存器的内容就是输入信号中所包含的长序列码，序号移位寄存器的状态代表帧同步，m是不大于n的设定值。
所述的时隙n选择为3～16，所述的设定值m选择小于或等于n。
所述的X是组成长序列码的短序列码的种类数，所述的Y是长序列码的种类数。
所述的长序列码是包括辅助同步长序列码在内的由一个以上的短序列码构成的长序列码。
所述的短序列码是包括m序列、Gold码、Kassimi码在内的扩频码。
在所述的短序列码是Walsh码或Hadamard码时，用Walsh码变换或Hadamard码变换代替所述步骤1)中的相关累加操作。
所述的序号移位寄存器中存放的分别是组成各长序列码的X个短序列码的序号。
本发明的方法可扩展到：有一组扩频长序列L，其中每一个扩频长序列都是由若干个短序列构成的，可用数字方式定义为：Li＝Ai，1Ai，2…Ai，j…Ai，k，其中，Li是N个扩频长序列中的第i个长序列，i＝1，2，…，N，表示有N个长序列，k为构成长序列Li的短序列A的个数，Ai，j是M个可能的短序列中的一个。N个长序列Li各不相同，且其循环移位是唯一的，即任一长序列的任何大于0次小于k次的循环移位都互不相同。
附图说明
图1是宽带码分多址辅助同步信道结构示意图；
图2是现有技术中利用累加器实现基站扰码确定和帧同步方法的实施过程示意图；
图3是现有技术中利用相关器实现基站扰码确定和帧同步方法的实施过程示意图；
图4是本发明确定基站扰码组及帧同步实施过程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术
图1至图3的说明前已述及，不再赘述。
仍以对辅助同步长序列码的识别(捕获)为例说明本发明的方法。经过仔细观察和仿真，发现每个辅助同步长序列码，包括其循环移位的序列，都不会有任意连续3个相同的短序列码，在对辅助同步长序列码该构成特点认识的基础上，而产生了本发明直序扩频系统中的辅助同步长序列码的同步方法，即通过“截短”辅助同步长序列码进行判别(捕获)。
将输入的包含有辅助同步长序列码的信号同时与构成辅助同步长序列码的17个短序列码作相关累加，不考虑噪声影响，每一时隙通过对17个相关累加积分输出值的择大操作必定能找到组成某个辅助同步长序列码的某个短序列码，经过3个时隙后就能找到组成一个码序列的3个短序列码，以这3个短序列码的序号组成一个新序列，这个新序列再与放在序号移位寄存器中的组成32个辅助同步长序列码的短序列码的序号比较，序号移位寄存器不停地循环移位，必有一路连续3个输出都为1(相等)，该路就是所需的辅助同步长序列码的序号，即此基站扰码所在的组号，这一路序号移位寄存器的状态就代表了帧定时。
但若考虑噪声影响，只用3个时隙是不可靠的，经仿真，每个辅助同步长序列码的任意连续5个短序列码(包括其循环移位)的汉明距离都小于3，因此为提高识别(捕获)的准确度，可以选择5个时隙。在连续5个输出中选择1的个数最多且不小于4的一路，该路序号移位寄存器的内容就是输入信号中所包含的辅助同步长序列码，该序号移位寄存器的状态代表帧同步。此时完成搜索所需的时间就是5×0.625ms。
参见图4，图中示出确定基站扰码组及帧同步的原理。输入的辅助同步长序列码信号10通过17(即X)个相关累加器11分别与17个短序列码C1，C2，…，C17在每一个时隙内作相关累加，所获得的相关累加积分输出12送入择大器13进行择大操作，经过n个时隙后，串行输出的14经过串并转换器15获得n个并行输出16，32个16序号移位寄存器17中分别存放的是组成32个辅助同步长序列码的短序列码的序号，每个序号移位寄存器17的连续n个抽头与n个并行输出16分别在32个比较器18(即Y)中比较，最后再由择大器20对32个比较器18的输出19作择大判决，选择连续n个输出中1的个数最多且不小于m的一路，该路序号移位寄存器的内容就是输入信号中所包含的辅助同步长序列码，该路序号移位寄存器的状态就代表帧同步。
通过以上实例可以看出：采用本发明的方法，只需要使用17个8位相关累加器、32个16序号移位寄存器和32个比较器，所需的硬件较之传统的方法大大减少；本发明在使用5(即n为5)个时隙的情况下，只需用5×0.625ms的时间，即可实现辅助同步长序列码的识别(捕获)，从而缩短了同步时间。
本发明的方法可适用于一切采用前述定义并符合上述特征的扩频序列的识别，对由多个短序列码构成的长序列码的识别(捕获)，可以以短序列码的序号为操作对象，所需的器件将会较传统方法大大减少，且有利于减少识别(捕获)时间。
Claims (9)
1.一种直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，其特征在于包括以下处理步骤：
1).在每一时隙内，将输入的包含有长序列码的信号分别与X个短序列码作相关累加，长序列码由X个短序列码组成；
2).对X路相关累加值进行择大操作，记下选出的最大短序列码的序号；
3).经n个时隙的n次相关累加，将择大操作后串行输出的n个最大短序列码的序号转换为n个并行输出，并输入至Y个比较器一端，与Y个比较器另一端的Y个序号移位寄存器输出比较，Y是长序列码的个数，Y个序号移位寄存器输出各短序列码的序号；
4).序号移位寄存器每循环移位一次，计算各比较器输出为1的个数；
5).取各路比较器输出中1的个数最多、且其1的个数不小于m的一路，该路序号移位寄存器的内容就是输入信号中所包含的长序列码，序号移位寄存器的状态代表帧同步，m是不大于n的设定值。
2.根据权利要求1所述的直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，其特征在于：所述的时隙n选择为3～16，所述的设定值m选择小于或等于n。
3.根据权利要求1所述的直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，其特征在于：所述的X是组成长序列码的短序列码的种类数，所述的Y是长序列码的种类数。
4.根据权利要求1所述的直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，其特征在于：所述的长序列码是包括辅助同步长序列码在内的由一个以上的短序列码构成的长序列码。
5.根据权利要求1所述的直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，其特征在于：所述的短序列码是包括m序列、Gold码、Kassimi码在内的扩频码。
6.根据权利要求1所述的直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，其特征在于：在所述的短序列码是Walsh码或Hadamard码时，用Walsh码变换或Hadamard码变换代替所述步骤1)中的相关累加操作。
7.根据权利要求1所述的直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，其特征在于：所述的序号移位寄存器中存放的分别是组成各长序列码的X个短序列码的序号。
8.根据权利要求1所述的直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，其特征在于：所述步骤1)中的相关累加是在X个相关累加器中进行的，X个相关累加器一端输入所述的长序列码，X个相关累加器的另一端分别输入X个短序列码，X个相关累加器输出所述的X路相关累加值。
9.根据权利要求1所述的直序扩频系统中的伪随机序列同步方法，其特征在于：所述步骤5)，是分别在Y个比较器中，对Y个序号移位寄存器的连续n个抽头与步骤3)中获得的n个并行输出比较。
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