CN1126305C - 自适应门限w－cdma时隙同步方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种W-CDMA小区搜索中快速可靠的时隙同步的捕获方法以及应用这种方法的时隙同步装置。在匹配滤波器给出的主同步序列匹配结果中，该装置选择其中超过一定门限的相关峰值和相应位置进行记录分析，若在同一位置重复出现要求次数的相关峰则判定为捕获到该同步序列，否则根据分析结果动态调整门限，进入下一次记录分析过程。如果在既定时间内没有捕获到该同步序列则退出捕获过程，并给出捕获失败指示。

Description

自适应门限W-CDMA时隙同步方法与装置

(一)技术领域：

本发明涉及的三代移动通信系统中FDD(频分双工)模式的WCDMA(宽带码分多址)系统，具体涉及WCDMA系统中MT(移动终端)的小区搜索技术。

(二)背景技术：

在宽带码分多址(W-CDMA)系统中，移动台与基站间的通信建立在下行同步的基础上，即移动台需要获得基站的定时信息，包括码片(chip)定时、时隙(slot)定时、帧(frame)定时和超帧(super frame)定时。在W-CDMA系统中，移动台与基站定时同步的建立包括两个阶段的过程，第一个阶段是初始同步，在这一阶段移动台获得基站包括码片定时、时隙定时和帧定时在内的粗定时；第二阶段是精确同步，移动台根据初始同步阶段获得的粗定时进行精确的定时跟踪，并获得超帧定时。在W-CDMA中初始同步过程称为小区搜索(cell search)，该过程分为三个步骤，首先根据下行主同步信道(PSCH)获得时隙定时，然后根据下行辅助同步信道(SSCH)获得帧定时，最后根据公共导频信道(CPICH)获得下行主扰码信息。

本发明针对小区搜索中第一步时隙同步捕获给出了一种快速可靠的捕获装置和方法。

主同步信道中发送长度为256chip的主同步码字用于时隙同步捕获，该码字在每个时隙(长度为2560chip)的起始256chip时间内发送。通过对主同步码字相位的捕获，移动台可以得到基站的时隙定时。对该序列相位的粗同步一般可以通过两种方法实现：一是相关器组，即通过多个相关器在不同相位上与输入序列相关，从相关结果判断得到结果；二是匹配滤波器，即用一个冲激响应为已知同步序列的滤波器与输入序列做匹配滤波，从连续给出的匹配滤波结果判决得到相位信息。考虑到W-CDMA中主同步序列长度为256，而初始相位分布范围为2560chip，采用相关器方法若串行搜索则延时过大，若并行搜索则实现规模过大，而用匹配滤波器方法则在搜索延时、实现规模上均有较大优势。对于1/Nchip精度(N为正整数)的主同步码匹配滤波器，只需要有256×N的存储深度，而根据主同步码的特殊性运算单元可以减少到只有13个，大大降低了实现的规模和复杂度。本发明采用了匹配滤波器作为粗同步信息的获取装置。由于无线通信中无线信道传播带来的衰落以及其它干扰噪声的影响，从对一个时隙主同步信道的匹配滤波输出结果中并不能直接通过最大值出现的位置判决为主同步码相位是不可靠的，需要进行多个时隙的连续检测；另外对于不同的入口信号电平，匹配滤波器在正确相位上的匹配滤波输出结果能量不同。

综合考虑以上因素的影响，本发明提出了一种自适应门限W-CDMA时隙同步捕获装置，达到对主同步码字的准确快速捕获的目的。

(三)发明内容：

本发明的方法及装置技术方案如下：

输入基带采样(N倍码片速率过采样)信号通过冲激响应为主同步码字的匹配滤波器后可以得到连续的匹配输出结果，在这些结果中只关心那些超过给定门限的值和相应的出现位置。

自适应门限W-CDMA时隙同步方法如下：(1)通过对主同步码字的匹配滤波结果中超过一定门限值的匹配滤波结果的分析获得时隙同步信息；

(2)根据接收电平确定初始门限值；

(3)如果根据当前得到的超过门限的匹配滤波结果无法确定时隙同步，则根据对这些结果的分析确定下一个门限值的选取。

分析每次得到的N个超过设定门限的主同步码字匹配滤波结果，当这些结果分布在所希望的时间范围内(即跨越的时隙数在Nmin到Nmax之间)，而且每个时隙中幅度最大的匹配结果对应的相位重复次数在Nmin到Nmax之间，则认为在该相位上获得时隙同步；否则根据匹配结果的时间分布范围进行门限值的调整，如果跨越时隙数大于Nmax，则增加门限值，反之减小门限值。

如附图1所示，本发明装置主要包括三个部分：基带信号处理模块1、存储记录模块2和控制分析模块3。各部分基本功能及相互关系如下：基带信号处理模块1用于对输入的N倍基带采样信号进行匹配滤波，给出连续的1/N码片精度的匹配滤波结果，该结果输出给存储记录模块2。存储记录模块2根据控制分析模块3给出的门限将基带信号处理模块1输出的结果中记录下连续的N个超过门限的结果及其出现的相应位置，供控制分析模块3分析。控制分析模块3读取存储记录模块2中记录的所有N个结果，根据这些资料是否覆盖要求的时隙数以及最大值出现的位置是否重复足够多的次数来决定输出主同步信息还是调整门限继续下一次的处理、记录、分析。所以基带信号处理模块直接与存储记录模块连接，将匹配滤波结果输出给存储记录模块2，存储记录模块2与控制分析模块3连接，将超门限结果及位置输出给控制分析模块3，同时接收控制分析模块3的门限。

本发明有益效果：本发明装置及方法为了保证时隙同步相位捕获的可靠性，需要在多个时隙同一相位的相关结果上得到验证，经过上述门限调整可以保证快速记录适当个(Nmin到Nmax)时隙内可能的主同步相位对应的幅度，其后通过相同相位上幅度累加取最大和对最大幅度出项相位次数的要求保证了该最大幅度相位的可靠性。通过上述的主同步捕获装置及其采用的工作流程和门限调整方法，可以在给定的约束时间内快速可靠的对主同步码字进行捕获。

(四)附图说明：图1为自适应门限W-CDMA时隙同步捕获装置结构框图；图2为本发明装置实施例框图；图3为自适应门限W-CDMA时隙同步捕获装置工作流程图；图4为自适应门限W-CDMA时隙同步捕获装置在W-CDMA移动台中的应用。

(五)具体实施方式：

以下结合附图说明实施例：如图2所示：

基带处理模块1主要包括匹配滤波器101，这是一个冲激响应为逆序主同步码字的匹配滤波器，对应于1/N码片精度的匹配滤波，其冲激响应在一个码片内的N个样值除第一个位响应位置上的主同步码字，其余N-1个样值均为零。当输入N倍码片采样速率的基带信号经过这个匹配滤波器后，将得到N倍码片速率的匹配滤波输出，分别对应于循环的2560N个相位上输入信号与主同步码字的相关结果，相关结果出现的时间标志了它对应的相位信息。

存储记录模块2主要包括比较器201和存储单元202。比较器201中记录有控制分析模块3给出的门限值，该门限值与基带处理模块1给出的匹配滤波结果的模进行比较，对于那些大于门限值的结果给出指示，存储单元202用于存储那些比较器201指示的高于门限值的匹配结果，同时记录其大小和相位信息，按照出现的先后依次存储，一共可以存储N条记录，存满后交由控制分析模块3分析。

控制分析模块3主要分为门限控制器301、时隙数统计器302、主同步位置判决器303和定时器304。门限控制器301在起始时根据系统给定的初始门限控制存储记录模块2工作，在时隙同步捕获过程中，不断根据时隙数统计器302和主同步位置判决器303的结果调整门限值以进行下一次的存储记录过程；时隙数统计器302用于对存储单元202中存储的N个记录进行时间跨度上的分析，看所记录的数据是否分布在所希望的时间范围内(即时隙数Nmin到Nmax)，分析方法是看相邻的两条记录其相位信息的相对大小，如果后一条记录的相位信息较小，则认为跨越了一个时隙；主同步位置判决器303用于处理存储单元202中N个记录以得到主同步码相位信息，处理方法是对把同一相位信息的不同记录的幅度信息累加，然后选取其中幅度最大的那个相位，如果该相位出现的次数符合要求(Nmin到Nmax)，则认为主同步在该相位上，否则重新记录判断；定时器304用于对整个同步捕获过程计时，将整个成功捕获的过程限定在给定的Tmax时间内。

附图3给出了在附图2所示的结构框图下的时隙同步捕获装置工作流程。时隙同步捕获开始时需要设置一个初始门限ThrdInit，该初始门限由系统给定(门限可以根据移动台接收电平大小选取)，经过门限设置401配置门限后，将匹配滤波402给出的连续匹配滤波结果进行比较，选择其中幅度大于门限的进行记录，同时记录下幅度和相应的相位信息，这样一共记录N个大于门限的结果403；然后对记录的结果进行分析，从连续两条记录的相位信息是否后者小于前者统计出所有记录的结果所覆盖的时隙数Nslot404，如果Nslot不在Nmin到Nmax的范围内，相应的调整门限405，重新进行门限设置、记录和分析，若Nslot在Nmin到Nmax的范围内，则表明当前门限值合适，所记录的结果可以用于进一步的处理：将所有N条记录中相同相位信息的记录对应的幅度进行累加406，选取其中累加后幅度最大的那个作为时隙同步候选，若该最大幅度对应相位在N个记录中出现次数在Nmin到Nmax范围内407，则认为该候选相位即为主同步码字所在相位，输出该相位后成功退出主同步捕获过程408，如果该最大幅度对应相位在N个记录中出现次数低于Nmin，则说明该最大幅度对应的相位不是可靠的主同步相位，需要重新进行门限调整、设置、比较记录和分析，直到找到可靠的主同步相位为止。在设置初始门限开始后同时会启动定时器工作501，在上述装置工作过程中需要定期查询定时器，看是否超过系统给定的最大捕获时间Tmax502，若超时则以失败标志推出主同步捕获过程，否则继续进行上述捕获过程。

这里门限调整的方法是：如果记录的N个结果覆盖时隙数小于Nmin则在当前门限基础上增加ThrdStep，覆盖时隙数大于Nmax则在当前门限基础上减小ThrdStep；若N个结果覆盖时隙数在Nmin到Nmax范围内，而累加所得最大值对应的相位出现次数小于Nmin，则不对门限进行调整，继续下一次比较记录过程。

附图4给出了本发明装置及方法应用于W-CDMA移动台接收装置中的实施框图。如图所示，移动台接收到的天线信号进入射频前端装置601，经过A/D变换器602和滤波器603后成为基带N倍chip速率采样信号，输入本发明的W-CDMA时隙同步捕获装置604，给定初始门限后运算分析得到主同步码字相位信息，同时确定时隙同步，由后面的辅助同步、主扰码搜索装置605进一步完成小区搜索过程。可以看到，时隙同步捕获装置是W-CDMA移动台接收装置中关键的一个环节，快速可靠的捕获性能是整个装置良好性能的重要保障。

Claims (4)

1.自适应门限W-CDMA时隙同步方法，其特征在于：分析每次得到的N个超过设定门限的主同步码字匹配滤波结果，当这些结果分布在跨越的时隙数在Nmin到Nmax之间，而且每个时隙中幅度最大的匹配结果对应的相位重复次数在Nmin到Nmax之间，则认为在该相位上获得时隙同步；否则根据匹配结果的时间分布范围进行门限值的调整，如果跨越时隙数大于Nmax，则增加门限值，反之减小门限值。

2.如权利要求1所述的自适应门限W-CDMA时隙同步方法，其特征在于：时隙同步捕获开始时需要设置一个初始门限ThrdInit，该初始门限由系统给定，门限可以根据移动台接收电平大小选取，经过门限设置(401)配置门限后，将匹配滤波(402)给出的连续匹配滤波结果进行比较，选择其中幅度大于门限的进行记录，同时记录下幅度和相应的相位信息，这样一共记录N个大于门限的结果(403)；然后对记录的结果进行分析，从连续两条记录的相位信息是否后者小于前者统计出所有记录的结果所覆盖的时隙数Nslot404，如果Nslot不在Nmin到Nmax的范围内，相应的调整门限(405)，重新进行门限设置、记录和分析，若Nslot在Nmin到Nmax的范围内，则表明当前门限值合适，所记录的结果可以用于进一步的处理：将所有N条记录中相同相位信息的记录对应的幅度进行累加(406)，选取其中累加后幅度最大的那个作为时隙同步候选，若该最大幅度对应相位在N个记录中出现次数在Nmin到Nmax范围内(407)，则认为该候选相位即为主同步码字所在相位，输出该相位后成功退出主同步捕获过程(408)，如果该最大幅度对应相位在N个记录中出现次数低于Nmin，则说明该最大幅度对应的相位不是可靠的主同步相位，需要重新进行门限调整、设置、比较记录和分析，直到找到可靠的主同步相位为止。在设置初始门限开始后同时会启动定时器工作(501)，在上述装置工作过程中需要定期查询定时器，看是否超过系统给定的最大捕获时间Tmax(502)，若超时则以失败标志推出主同步捕获过程，否则继续进行上述捕获过程。

3.自适应门限W-CDMA时隙同步装置，其特征在于：包括基带信号处理模块

(1)、存储记录模块(2)和控制分析模块(3)且基带信号处理模块直接与存储记录模块连接，将匹配滤波结果输出给存储记录模块(2)，存储记录模块(2)与控制分析模块(3)连接，将超门限结果及位置输出给控制分析模块(3)，同时接收控制分析模块(3)的门限。

4.如权利要求3所述的自适应门限W-CDMA时隙同步装置，其特征在于：

基带处理模块(1)主要包括匹配滤波器(101)，这是一个冲激响应为逆序主同步码字的匹配滤波器，当输入N倍码片采样速率的基带信号经过这个匹配滤波器后，将得到N倍码片速率的匹配滤波输出；

存储记录模块(2)主要包括比较器(201)和存储单元(202)，比较器(201)中记录有控制分析模块(3)给出的门限值，存储单元(202)用于存储那些比较器(201)指示的高于门限值的匹配结果，同时记录其大小和相位信息；

控制分析模块(3)主要分为门限控制器(301)、时隙数统计器(302)、主同步位置判决器(303)和定时器(304)，门限控制器(301)在起始时根据系统给定的初始门限控制存储记录模块(2)工作，时隙数统计器(302)用于对存储单元(202)中存储的N个记录进行时间跨度上的分析，主同步位置判决器(303)用于处理存储单元(202)中N个记录以得到主同步码相位信息，定时器(304)用于对整个同步捕获过程计时，将整个成功捕获的过程限定在给定的Tmax时间内。

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