CN1123142C - 处理包括导引信道的信号以便得到定时同步信息的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在扩频通信系统中，导引信道传输的每个帧被划分成多个同步时隙。每个同步时隙包括一个导引码，以及至少一个同步时隙还包括组帧同步码。为了从导引信道发送中提取帧和时隙同步信息，首先通过把匹配滤波器或相关应用到接收的导引信号上以鉴别峰值、和使用峰值找出表示同步时隙边界的定时基准，从而来识别导引码定时。接着，把已知的帧同步码集与在所包括的已找到的同步时隙上的接收信号进行相关。假定已获知该已知的组帧同步码在帧内的位置，一旦在某个时隙位置上找到相关匹配，则也获知相对于此的帧的边界(即，帧同步)。

Description

处理包括导引信道的信号以便得到定时同步信息的方法和设备
发明背景
发明技术领域
本发明涉及扩频通信系统，具体地涉及在扩频通信系统中移动台与基站的时间同步。
相关技术描述
蜂窝电话工业在全世界商业运行中已经有了非凡的进展。在大城市中它的成长远远超过预期的情况，并且超过了其系统容量。如果这种趋势继续下去，快速成长的影响将甚至很快达到各种最小的市场。与继续增长有关的主要问题是，顾客群在扩展，而分配给蜂窝业务提供者用来载送射频通信的电磁频谱容量是保持固定的。因此要求有创新的解决办法来满足在有限的可提供的频谱中的这种增加的容量需要，以及保持高质量的业务和避免价格上涨。
当前，信道接入主要是通过使用频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)方法来达到的。在频分多址系统中，通信信道包括一个将信号发射功率集中到其中的射频频带。在时分多址系统中，通信信道包括在相同的射频范围内的周期性的时间间隔系列中的时隙。虽然从FDMA和TDMA通信系统获得了满意的性能，但通常由于顾客不断增长的要求而导致发生信道阻塞。因此，现在正在提出、考虑、和实施另一些信道接入方法。
扩频是这样一种通信技术，它作为无线通信的新的信道接入方法正在寻找商业应用。自从二次世界大战以来，一直应用着扩频系统。早期的应用主要是军事方面的(涉及智能阻塞和雷达)。然而，今天在使扩频系统应用到各种通信方面有日益增长的兴趣，这些应用包括数字蜂窝无线设备、地面移动无线设备、和室内/室外个人通信网。
扩频与传统的TDMA和FDMA通信系统在运行上有很大的不同。例如，在直接序列码分多址(DS-CDMA)扩频发射机中，基本符号速率的数字符号流被扩展到发送符号速率(或码片速率)。这种扩频运行包括把用户独特的数字码(扩展的或签名序列)加到符号流上，这样，该符号流在增加冗余度的同时提高了其符号速率。这个应用典型地是把数字符号流与数字码相乘。然后将其最后得到的发送数据序列(码片)通过使用适当的调制方案进行调制而产生输出信号。这个输出信号(被称为信道，例如业务信道或导引信道)被加到其它经过类似处理(即扩频)的输出信号(信道)上，以便通过通信媒体进行多信道传输。多个用户的输出信号(信道)然后有利地共用一个传输通信频率，这多个信号在频域和时域中似乎被彼此放置在对方的上面。然而，因为所应用的数字码是用户独特的，所以通过共用通信频率而发送的每个输出信号同样地是独特的，通过在接收机处应用专门的处理技术，可以把它们互相区分开。在DS-CDMA扩频接收机中，接收信号被解调，以及应用对于感兴趣用户的适当的数字码(即，相乘、或相匹配)来从想要的发射信号中进行去扩频或除去编码，从而返回到基本的符号速率。然而，在这个数字码被加到其它发射的和接收的信号中的场合下，由于这些信号保持它们的码片速率因而没有进行去扩频。因此，去扩频操作实际上包括把接收信号与适当的数字码进行比较的相关处理。
在扩频通信系统的移动台与基站之间的任何射频通信或信息传送可以出现以前，移动台必须找到和同步到该基站的定时基准。在直接序列码分多址扩频通信系统中，移动台例如必须找到这个定时参考时钟的下行链路码片边界、符号边界、和帧边界。对于这个同步问题实行的最通常的解决办法是，使基站以导引信道周期性地进行发射(按照重复周期Tp)，以及移动台检测和处理可识别的具有长度为Np个码片的导引码 如图1所示。在一种典型的CDMA通信系统中，每个基站利用从一个可提供的导引码集中取出的不同的已知导引码。在另一种典型的CDMA通信系统中，每个基站利用相同的导引码，而基站之间的差别则是通过使用用于发射的不同的相位而被识别的。
在移动台的扩频接收机中，接收的信号被解调和被加到一个与导引码相匹配的滤波器。当然，应当看到，可以使用另一种检测方案，(例如滑动相关)来进行导引码处理。匹配滤波器的输出在各个相应于周期性发射的导引码接收时间的时间处取峰值。由于多径传播效应，相关于单个导引码发送，可以检测到几个峰值。根据以已知的方式处理这些接收的峰值，可以发现相对于发送基站的定时基准具有一个等于重复周期Tp的模糊度。如果重复周期等于帧长度，则这个定时基准可被用来使得移动台与基站通信运行达到帧同步。
虽然对于发射的导引码
Figure C9880661100061
可以选择任意长度的码片的NP，但事实上，NP的长度受移动台接收机中实施的匹配滤波器的复杂性限制。同时，希望限制导引码信号/信道发射的瞬时峰值功率PP，以免造成对其它扩频发射信号/信道的高的瞬时干扰。为了得到有关于一个给定的码片长度NP的导引码发射的足够的平均功率，在CDMA通信系统中可能必须利用短于用于导引信道的帧长度Tf的导引码重复周期TP，如图2所示。
对于在单个帧长度内发送多个导引码
Figure C9880661100062
的另一个理由是，可以以本领域技术人员熟知的压缩模式来支持频率间下行链路同步。通过压缩模式处理，只在一部分帧时间期间而不是在整个帧期间实行对给定的载频的下行链路同步。然后，通过每帧仅仅一个导引码
Figure C9880661100063
压缩模式处理有可能在一个很大的时间间隔内遗漏对导引码的完整的检测。通过在每个帧时间期间发送多个导引码 对于压缩模式处理检测给出在每帧中的多个机会，以及至少一个导引码发送将能够被检测。
然而，对于在单个帧长度Tf内遇到多个导引码
Figure C9880661100065
发送的接收和同步有缺点。再一次地，对接收信号进行解调，以及将其加到与已知导引码匹配的滤波器(或相关器)上。匹配滤波器的输出在一些相应于周期性地发送的导引码的接收时间的时间处取峰值。通过处理这些峰值，可以以技术上熟知的方式找出有关导引码重复周期TP的对于发射基站的定时基准。然而，这个定时基准相对于帧定时是模糊的，因此，没有给出足以使基站/移动台能够帧同步到定时基准的信息。这里模糊的意思是帧的边界(即，其同步)不能只从所检测的导引码峰值来识别。这样，在与单个帧长度Tf内多个导引码
Figure C9880661100066
的发送相关的情况下，需要有一个用来确定帧同步的程序。
发明概要
在与导引信道有关的扩频通信系统内基站发射的每个帧可以被划分成多个同步时隙。每个同步时隙包括以相对于时隙边界的预定的定时偏移被发送的导引码
Figure C9880661100067
其中的至少一个同步时隙还包括以相对于时隙边界或相对于其相关的导引码 的预定的定时偏移被发送的组帧同步码
Figure C9880661100071
导引码 和组帧同步码 优选地是不重叠的。在多个组帧同步码
Figure C9880661100074
被发射的情况下(例如每个同步时隙一个帧同步码)，组帧同步码对于一个帧内的每个时隙是独特的，但是它们在每个帧内被重复。而且，多个组帧同步码
Figure C9880661100075
优选地是互相正交的，以及优选地与导引码 正交。
为了得到同步信息，移动台首先通过对接收信号进行 -匹配滤波以及识别峰值来识别导引码定时。根据这些峰值，相对于同步时隙边界的定时基准可通过利用在导引码与同步时隙边界之间的已知的定时偏移而被找到。虽然这个定时基准对于帧定时是模糊的，但同步时隙边界的知识可以间接地指出组帧同步码 在同步时隙中的位置。然后，移动台进一步把已知的组帧同步码
Figure C9880661100079
集与在组帧同步码的位置处的接收信号进行相关。假定已知每个组帧同步码 位置相对于时隙边界的定时偏移、以及时隙边界相对于帧边界的位置，一旦在该位置上找到相关匹配，则也获知相对于此的帧边界(以及因此，帧同步)。
附图简述
当结合附图参考以下的详细说明，可以得到对于本发明的方法和设备的更全面的了解，其中
图1，先前已描述，它显示直接序列码分多址(DS-CDMA)通信系统中的一种现有技术的导引信道信号传输格式的图形；
图2，先前已描述，它显示直接序列码分多址(DS-CDMA)通信系统中的另一种现有技术的导引信道信号传输格式的图形；
图3显示直接序列码分多址(DS-CDMA)通信系统中的本发明的导引信道信号传输格式的图形；
图4是显示由移动台在通过处理按照图3格式的导引信道信号传输而得到基站定时基准情况下所执行的处理的流程图；
图5是显示由移动台在图4的过程内找出帧定时(边界)的情况下所执行的处理的流程图；
图6是显示直接序列码分多址(DS-CDMA)通信系统中的另一个实施例的导引信道信号传输格式的图；
图7是显示由移动台在通过处理按照图6的另一种格式的导引信道信号传输而得到基站定时基准的情况下所执行的处理的流程图；以及
图8是扩频通信系统接收机的简化方框图。
                   附图详细描述
现在参照图3，图上显示了说明在扩频通信系统(例如直接序列码分多址通信系统)中的本发明的导引信道信号传输格式的图。导引信道所发送的每个具有长度Tf的帧被划分成多个(M个)同步时隙S0，S1，...，SM-1。每个同步时隙的长度S等于导引码重复周期TP。每个同步时隙包括导引码
Figure C9880661100081
和帧同步码 导引码在每个同步时隙和重复帧中是相同的。导引码
Figure C9880661100083
和帧同步码
Figure C9880661100084
优选地是非重叠的。通过发送多个(M个)组帧同步码
Figure C9880661100085
(每个同步时隙s0，s1，...，sM-1一个组帧同步码)，组帧同步码对于一帧中的每个时隙是唯一的，以及在每个帧中被重复。而且，多个组帧同步码 优选地是互相正交的，以及优选地与导引码相正交。导引码 具有相对于同步时隙的边界30的已知的定时偏移t1。组帧同步码
Figure C9880661100088
具有相对于其相关的导引码
Figure C9880661100089
的已知的定时偏移t2和具有相对于同步时隙的边界30的已知的定时偏移t3。而且，同步时隙具有相对于帧边界34的已知位置。
现在参照图4，图上显示由移动台在根据处理具有图3的导引信道信号传输格式的接收信号而得到基站定时基准的情况下所执行的处理的流程图。在步骤10，移动台接收一个信号。接着，在步骤12，移动台处理接收的信号 s，以便找出导引码 的定时(即同步时隙的位置)。这个处理是按照上面提到的在技术上熟知的进行匹配滤波或进行相关的程序实现的。根据所找到的导引码 定时，在步骤14，移动台接着鉴别所包括的组帧同步码 的位置。一旦同步时隙(导引码
Figure C98806611000813
)被找到的话，组帧同步码 的位置的识别自然地通过使用已知的定时偏移t2而随之实现，如图3所示。然后，移动台处理接收信号 s内在同步时隙位置处的组帧同步码
Figure C98806611000815
(步骤16)，以便通过利用定时偏移t2和/或定时偏移t3以及相对于帧边界34的同步时隙边界30的已知位置来找到帧定时(即帧边界)。
现在参照图5，图上显示由移动台在图4的过程内找出帧定时(边界)时(步骤16)所执行的处理的流程图。组帧同步码位置已经从图4的步骤14中获知。在所识别的帧同步码位置(通过使用定时偏移t2而找到的)处的一部分接收信号 s然后在步骤20与可能被鉴权的组帧同步码集 进行相关。这个运算步骤在数学上可以由下式表示： R i = | ( s ‾ , c s , i ‾ ) | - - - - - ( 1 )
其中0＜i＜M-1(即，在M个同步时隙s范围内)，以及
    ( a， b)表示相关运算。
接着，在步骤22，该过程确定在相对于时隙边界30与帧边界34的被识别的位置处部分接收信号 s在帧内的位置。按照这个运算，如果Ri在i＝n时具有最大值，则假定在被识别的位置处的部分接收信号s以定时偏移t3被放置在该帧的第n个同步时隙s内。然后，在步骤24，当获知被识别为位于相对于帧边界34的第n个同步时隙s边界30内的部分接收信号 s的位置时，就可以找到帧定时(边界)。
步骤20的相关运算可以在接连的同步时隙的几个同步码间隔范围内进行。这个运算步骤在数学上可以由下式表示： R i = Σ j = 0 L - 1 | s ‾ j , c ‾ s , i + j ( mod M ) | - - - - - ( 2 )
其中0＜i＜M-1(即，在M个同步时隙s范围内)；
sj是在接连的同步时隙的被识别的组帧同步码位置处的部分接收信号；
L是帧同步码间隔的数目；以及
( a， b)表示在第j个组帧同步码间隔时间内的接收信号 s与第(i+j)(模M)个组帧同步码 之间的相关运算。
接着，在步骤22，过程确定在识别的位置处的部分接收信号 s在帧内的位置。按照这个运算，如果Ri当i＝n时具有最大值，则假定在第一间隔(j＝0)中在识别的位置处的部分接收信号 s以定时偏移t3被放置在该帧的第n个同步时隙s内。然后，在步骤24，当获知被识别为位于相对于帧边界34的第n个同步时隙s边界30内的部分接收信号 s的位置时，就可以找到帧定时(边界)。
通过参考一个特定的例子可以得出对于图4和5上所实行的处理的更全面的了解。因此，现在再次参照图3。步骤12的运行把一个
Figure C9880661100095
-匹配滤波器或相关应用到接收信号。从这种滤波而找到的峰值可通过使用已知偏移t1来识别同步时隙边界30。一旦获知这些时隙边界30，以及给出所实施的导引信道格式化类型的知识，则通过使用已知的定时偏移t2也可获知所包括的帧同步码 的位置32(步骤14)。接着，通过使用式(1)或式(2)执行步骤20的相关运算，以使得在某一个识别的帧码位置32’处的部分接收信号 s与可能的被鉴权的组帧同步码集
Figure C9880661100102
之一相匹配。通过这一匹配，一个相应的特定时隙边界30’通过使用已知的定时偏移t3而被识别(步骤22)。一旦获知这个特定时隙边界30’以及给出在该组帧内在给定的时隙中所匹配的组帧同步码位置的知识，则帧边界34被识别(步骤24)。
现在参照图6，图上显示了说明在直接序列码分多址通信系统中的另一个实施例的导引信道信号传输格式的图。导引信道传输的每个具有长度Tp的帧被划分成多个(M个)同步时隙s0，s1，...，sm-1。每个同步时隙s的长度等于导引码重复周期TP。每个同步时隙包括导引码导引码在每个同步时隙和重复帧中是相同的。在该帧中的一个同步时隙s，例如所显示的第一个时隙s0，还被指定成包括组帧同步码导引码
Figure C9880661100105
和组帧同步码 优选地是非重叠的。导引码
Figure C9880661100107
具有相对于同步时隙的边界30的已知的定时偏移t1。组帧同步码
Figure C9880661100108
具有相对于导引码 的已知的定时偏移t2和具有相对于同步时隙的边界30的已知的定时偏移t3。而且，同步时隙(具体地是指定的同步时隙)具有相对于帧边界34的已知位置。
现在参照图7，图上显示由移动台在从处理具有图6的导引信道信号传输格式的接收信号得到基站定时基准的情况下所执行的处理的流程图。在步骤40，移动台接收导引信道信号。接着，在步骤42，移动台处理接收的信号，以便找出导引码 的定时(即同步时隙的位置)。这个处理是按照上面提到的在技术上熟知的程序实现的，以及利用了定时偏移t1的知识。从所找到的导引码
Figure C98806611001011
定时，移动台获知导引码重复周期TP。接着，在步骤44，使相应于根据已知的导引码重复周期TP找到的、在同步时隙s内所识别的可能的组帧同步码位置的接收信号 s的M个间隔与被鉴权的组帧同步码
Figure C98806611001012
进行相关。这个运算步骤在数学上可以由下式表示： R i = | ( s ‾ i , c s ‾ ) | - - - - - ( 3 )
其中0＜i＜M-1(即，在M个间隔范围内)，以及
      ( a， b)表示相关运算。
接着，在步骤46，找到帧定时(边界)。按照这个运算，如果Ri当i＝n时具有最大值，则假定接收信号 s的第n部分被放置在该帧的被指定用于帧同步码的同步时隙s内(即，在所示的实施例中的第一时隙s0)。然后，当获知对于所指定的同步时隙的帧边界的相对位置时，可以找到帧定时(边界)。
通过参考特定的例子可以得出对于图7上所实行的处理的更全面的了解。因此，现在再次参照图6。步骤42的运行把
Figure C9880661100111
-匹配滤波器应用到接收信号。从这种滤波而找到的峰值可以通过使用已知偏移t1来识别同步时隙边界30。一旦获知这些时隙边界30以及给出所实现的导引信道格式化类型的知识(即定时偏移t2和组帧码位置)，则可通过使用步骤44和式(3)的相关运算找到所包括的组帧同步码 该相关运算使在M个候选位置32处用于所识别的时隙内的组帧同步码的接连的部分接收信号 s与被鉴权的组帧同步码 相匹配。一旦获知组帧同步码位置32以及给出在该帧内所匹配的位置的知识(例如在所示的第一同步时隙中的定时偏移t3)，则帧边界34被识别(步骤46)。
现在参照图8，图上显示了扩频通信系统接收机50的简化方框图。接收天线52收集所发送的调制的扩频数据序列的信号能量，并把该能量传送到射频接收机54。接收机进行放大、滤波、混频、和模拟-数字变换，这正如为把接收的射频信号变换成基带信号所必须的那样。基带信号通常以每个码片周期至少一次地被采样，以及可以(或者也可以不)被存储在缓冲存储器中(未示出)。
基带信号被传送到多个业务信道相关器56(实施为RAKE接收机结构)。相关器56的运算功能有时被称为去扩频，因为当给定的去扩频序列与接收样本序列正确地时间对准时，该相关过程把多个扩频数据值相干地组合而返回成为单个信息值。输出相关值被提供给一个或多个检测器58，后者产生原先的信息数据流。所使用的检测器的形式取决于射频信道的特征和复杂性限制。它可包括信道估值和相干RAKE组合，或者差分检测与组合，如有必要的话。
在本发明的情况下，基带信号被传送到被特别指定用于导引信道处理的导引码搜索器60。导引码搜索器60处理基带信号，以便通过对于基站发送应用 -匹配滤波器、鉴别峰值、和寻找定时基准等的已知的作用从而找出导引码 定时，然后，根据导引码
Figure C9880661100123
位置鉴别所包括的组帧同步码 的位置。这个信息然后被传送到同步码搜索器62，后者通过确定帧定时(即，帧边界)来实施本发明的特定的导引信道处理。导引码搜索器60和同步码搜索器62由图4，5，和7的流程图以及式(1)，(2)和(3)规定。由导引码搜索器60和同步码搜索器62产生的导引信道帧和时隙定时/同步信息然后被业务信道相关器56与检测器58用来重现和处理原先的信息数据流。
虽然本发明的方法和设备的实施例已在附图中被显示和在上述的详细说明中被描述，但将会看到，本发明不限于所揭示的实施例，可以对其进行多种重新安排、修改、和替换而不背离由以下权利要求阐述和规定的本发明的精神。

Claims (9)

1.用于处理包括导引信道的信号以便得到定时同步信息的方法，其中该信号包括被划分成多个同步时隙的重复帧，每个时隙包括导引码
Figure C9880661100021
和至少一个时隙包括组帧同步码 该方法包括以下步骤：
把接收的信号与导引码 进行相关，以便找出同步时隙位置；以及
把在所找到的同步时隙内一个位置处的接收信号与一个组帧同步码集
Figure C9880661100024
进行相关，以便找出帧同步定时信息。
2.如在权利要求1中的方法，其特征在于，其中第二个相关的步骤包括把组帧同步码 与重复帧中多个接连的已找到的同步时隙位置中的每个同步时隙位置内的一个位置相匹配的步骤。
3.如在权利要求1中的方法，其特征在于，其中组帧同步码 如果是在一个以上的同步时隙中，则在每个同步时隙上是独特的，以及其中第二个相关的步骤包括把多个组帧同步码与一个同步时隙内的位置相匹配的步骤。
4.如在权利要求3中的方法，其特征在于，其中多个组帧同步码是互相正交的。
5.如在权利要求1中的方法，其特征在于，其中第二个相关的步骤还包括根据重复帧中相对于组帧同步码 的已知相对位置识别帧同步定时信息的步骤。
6.如在权利要求1中的方法，其特征在于，其中导引码 和组帧同步码 是非重叠的。
7.用于处理包括导引信道的码分多址信号以便得到定时同步信息的设备，包括：
接收机，用于接收包括被划分成多个同步时隙的重复帧的信号，每个时隙包括导引码 和至少一个时隙包括组帧同步码
Figure C98806611000211
以及
被连接到接收机的导引信道搜索器，用于接收该信号的导引信道部分，该搜索器用来把接收的导引信道部分与导引码
Figure C98806611000212
进行相关以便找出同步时隙位置，以及用来把在所找到的同步时隙内一个位置处的接收的导引信道部分与组帧同步码
Figure C98806611000213
进行相关以便找出帧同步定时信息。
8.如在权利要求7中的设备，其特征在于，其中该搜索器还用来把组帧同步码 与重复帧中多个接连的已找到的同步时隙中的每一个同步时隙内的一个位置进行匹配。
9.如在权利要求7中的设备，其特征在于，其中该搜索器还用来从重复帧中相对于组帧同步码
Figure C9880661100032
的已知相对位置识别帧同步定时信息。
CN98806611A 1997-06-27 1998-06-12 处理包括导引信道的信号以便得到定时同步信息的方法和设备 Expired - Lifetime CN1123142C (zh)

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