CN1147067C - 异步通信系统中的小区搜索装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种移动通信系统中的小区搜索装置和方法。在小区搜索方法中，从与时隙时间同步的同步信道信号中确定基站分组专用代码。然后，预定基站分组专用码元循环地读取基站分组专用代码表。选取相对于从基站分组专用代码表中读取的基站分组专用代码具有最小距离估计值的代码作为最后的基站分组专用代码。

Description

异步通信系统中的小区搜索装置和方法
                          技术领域
本发明一般涉及移动通信系统，具体涉及搜索异步基站(BS)与移动台(MS)之间的小区的装置和方法。
                          背景技术
UMTS(通用移动通信系统)是异步基站系统，其中，为每个分支BS分配唯一的小区专用代码作为标识。例如，如果UMTS包括512个小区，即512个BS，那么分别为512个BS分配512个小区专用代码。为了减少MS中用于小区搜索的计算，将UMTS中的BS分成预定数目的分组(例如，32个分组)，为每个分组分配一个不同的分组专用代码。首先，通过搜索BS分组的专用代码，MS检测服务BS所属的BS分组，然后，MS在BS分组中确定服务BS。这种多步骤的小区搜索算法包括下列步骤：(1)从服务BS接收主同步信道(P-SCH)信号，并与以最高功率接收到的时隙的时隙时间进行同步；(2)当MS与时隙时间同步时，从BS接收辅助同步信道(S-SCH)信号，并检测帧同步以及BS的分组专用代码；以及(3)基于帧同步和BS分组专用代码，从BS接收广播信道(BCH)信号，并搜索BS的小区专用代码。
图1是表示UMTS信道的结构。参照图1，一个UMTS信道帧包括16个时隙，每个时隙有2560个码片。因此，一帧具有40,960个码片(1时帧＝16个Tslot)。BS在每十分之一时隙内，也就是说在每256个码片内，在P-SCH上向MS发送同步代码#0，SC 0。然后，MS接收P-SCH信号CP并与BS时隙同步(第一小区搜索步骤)。UMTS的所有BS在P-SCH上向MS发送相同的同步代码。基于P-SCH信号的偏移，MS将其时序与服务BS的时隙同步。然后，对于“第i”BS分组，BS将其BS分组专用代码Cs i，1-Cs i，16在S-SCH上映射，并且与时隙时间同步的MS从接收到的S-SCH信号获取BS分组专用代码以及服务BS的帧同步。根据从可用的17个同步代码SC1-SC17中有选择地组合16个代码而生成的无逗点码(comma free code)，设置BS专用代码(第二小区搜索步骤)。
下面将参照图2详细说明第二小区搜索步骤。为了方便地解释判定变量的计算过程，假定一帧的相关结果数组是s[17][16](相关相关器217)，判定变量数组是Y[32][16](相关累加器223)，并且无逗点码表数组是C[32][16](无逗点码表221)。
图2是传统小区搜索装置的方框图。以下说明假定服务BS在第一BS分组中。参照图2，BS将与其BS分组专用代码相对应的同步代码映射到S-SCH信号上。MS在小区搜索装置中的S-SCH相关单元211处接收S-SCH信号，该MS按照在第一小区搜索步骤检测到的时隙时间同步索引与BS的时隙时间同步。S-SCH相关单元211由第1到第17S-SCH相关器213到215组成，用于采用第1到第17同步代码自相关函数，计算接收到的S-SCH信号的相关值。S-SCH相关单元211具有与同步代码个数相同的相关器，也就是说，具有17个用于相对于各个同步代码检测输入帧中每个时隙的相关值的相关器。在检测到输入帧的第一时隙时，S-SCH相关单元211相对于各个同步代码计算第一时隙中S-SCH信道的相关值。由于相对于第1到第17同步代码计算了一个时隙的17个相关值，所以对于一帧可获取17×16相关值的矩阵。如图3所示，S-SCH相关值存储器217以17×16矩阵的形式存储从S-SCH相关单元211接收到的相关值。逐列地存储输入帧的每一时隙中S-SCH的相关值。也就是说，将第一时隙中S-SCH的相关值排列在第一列中，s(1，1)，s(2，1)…，s(16，1)和s(17，1)。将第二时隙中S-SCH的相关值排列在第二列中，s(1，2)，s(2，2)…，s(16，2)和s(17，2)。最后，将第十六时隙中S-SCH的相关值排列在第十六列中，s(1，16)，s(2，16)…，s(16，16)和s(17，16)。
当在输入帧的末端将17×16相关值完全存储到S-SCH相关值存储器217中时，移位比较器219从无逗点码表存储器221中读取如图4所示的无逗点码表。移位比较器219将从S-SCH相关值存储器217接收到的S-SCH相关值与无逗点码表中的无逗点码进行比较，并将得到的映射过的相关值馈送给相关值累加器223。移位比较器219参照无逗点码表以找出图3A所示的初始S-SCH相关值s(1，1)。图4表示无逗点码表中的第一码字是以1作为其第一码元，表示在发送之前，BS将对应于码元1的同步代码，即第一同步代码SC1，映射到S-SCH。因此，相关值累加器223将s(1，1)存储在Y(1，1)中。通过同样的方式，映射到插在其他时隙中的第一码字的其他码元上的其他相关值也顺序地存储在Y(1，1)中。对其他码字也执行相同的步骤。这样，将0循环移位方案的累加值存储在32×16判定变量存储器Y(相关值累加器223)的第一行中。当移位比较器219如图3B所示循环地将S-SCH移位15次时，执行上述的步骤。相关值累加器223累加地存储32×16个判定变量。如果要详细说明判定变量(Y[32][16])的计算，那么按以下方法来执行计算算法：
for(i＝0；i＜32；i++)
   for(j＝0；j＜16；j++){
        Y[i][j]＝0；
        for(k＝0；k＜16；k++)Y[i][j]+＝s[C[i][(k+j)％16]][k]；
   }，
为了累加不同组合(32×16＝512)中的相关结果，可执行上述计算。在相关值累加器223中，最大相关值检测器225搜索最大值(i，j)，该最大值的第一索引i与BS分组专用代码相对应，第二索引j确定帧同步，即确定(16-j)％16时隙中下一帧的开始。因此，MS检测偏移，从而获取与BS的帧同步并找出BS分组。
为了在上述第二小区搜索步骤中检测帧同步和BS分组，传统的小区搜索装置需要具有能够存储S-SCH相关单元211中一帧的16个时隙的17×16个相关值的存储器，以及具有能够存储从相关值累加器223中通过移位比较而得到的32×16×16个相关值的存储器。
                          发明内容
因此，本发明的一个目的是，提供一种小区搜索装置和方法，能够使帧同步和BS分组的第二小区搜索步骤最小化。
本发明的另一个目的是，提供一种小区搜索装置和方法，能够提高帧同步和BS分组的第二小区搜索步骤中的资源使用效率。
为了实现上述或其他目的，提供了一种移动通信系统中的小区搜索装置和方法。在小区搜索装置中，基站分组专用代码预定单元从与时隙时间同步的同步信道中预先确定基站分组专用代码。运算单元对基站分组专用代码表的预定基站分组专用代码进行循环移位。相对于循环移位操作所得到的基站分组专用代码表中的基站分组专用代码，基站分组专用代码的检测单元根据估计值的存储值确定基站分组。
最好，基站分组专用代码预定单元包括：相关单元，用于相对于辅助同步代码计算辅助同步信道上接收到的帧的每个时隙的相关值；以及码元检测器，用于检测每个时隙中与相关值的最大值对应的辅助同步代码的码元。
最好，基站分组专用代码预定单元还包括：信道估计器，用于对辅助同步信道上接收到的信号进行信道估计；共轭器，用于对信道估计值进行共轭；以及混合器，用于将共轭值与计算后的相关值进行混合。
最好，基站分组专用代码预定单元还包括：估计基站分组专用码元存储器，用于由码元检测器选取的码元。
最好，运算单元包括：循环移位器，用于顺序地从基站专用代码表中循环读取基站分组专用代码；以及比较器，用于将预定基站分组专用码元与每个循环移位后的基站分组专用代码进行比较，并根据比较结果确定具有最小距离的码元。
最好，基站分组专用代码是无逗点码。
在该小区搜索方法中，从与时隙时间同步的同步信道中预先确定基站分组专用代码。然后，参照基站分组专用代码表，对预定的基站分组专用代码进行循环移位操作。相对于循环移位操作所得到的基站分组专用代码表上的基站分组专用代码，基站分组检测单元根据估计值的存储值确定基站分组。
最好，基站分组专用代码确定步骤包括下列步骤：相对于同步代码计算辅助同步信道上接收到的帧的每个时隙的相关值；以及检测每个时隙中与相关值的最大值对应的辅助同步代码的码元。
最好，基站分组专用代码确定步骤还包括下列步骤：选择每个时隙中的基站分组专用码元并存储基站分组码元。
最好，选择每个时隙中的基站分组专用码元的步骤包括下列步骤：顺序地从基站专用代码表中循环读取基站分组专用代码；以及将基站分组专用码元与每个循环移位后的基站分组专用代码进行比较，并根据比较结果确定具有最小距离的码元。
最好，基站分组专用代码是无逗点码。
最好，基站分组专用代码确定步骤包括下列步骤：对辅助同步信道上接收到的信号进行信道估计；对信道估计值进行共轭；以及将共轭值与计算后的相关值进行混合。
                          附图说明
通过参照附图以及下面的详细说明，将会更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和优点，附图中：
图1是表示典型的UMTS信道的结构；
图2是传统小区搜索装置的方框图；
图3A是S-SCH相关值表；
图3B是对图3A的表中的S-SCH相关值进行循环移位后得到的另一个相关值表；
图4是无逗点码表；
图5是表示按照本发明的实施例的小区搜索装置的方框图。
                          具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的优选实施例。在下面的说明中，没有详细说明公认的功能或结构，以避免出现不必要的细节而混淆本发明。
图5是表示按照本发明的实施例的小区搜索装置的方框图。
参照图5，小区搜索装置由下列部分组成：用于预定SCH上的BS分组专用代码的BS分组专用代码预定单元，该SCH为小区搜索装置提供时隙时间同步；用于参照BS分组专用代码表，对预定BS分组专用代码执行循环移位操作的运算单元；以及用于检测具有最小估计距离的BS分组专用代码的BS专用代码检测单元。BS分组专用代码预定单元包括：延迟器511、信道估计器513、共轭器515、S-SCH相关单元211、混合器517到519、S-SCH相关值存储器521、最大相关值检测器523、码元检测器525以及估计BS分组专用码元存储器527。运算单元包括：无逗点码表存储器221、循环移位器531以及比较器529。BS分组专用代码检测单元包括S-SCH估计存储器533以及BS分组确定器535。
如上所述，当在第一小区搜索步骤后接收到时隙时间同步的时隙索引时，与时隙同步地激活信道估计器513和S-SCH相关单元211。信道估计器513采用P-SCH信号对S-SCH进行估计，并将信道估计值馈送给共轭器515。假定接收到的P-SCH信号是(rI+rjaQ)，该信号输入到信道估计器513，其中，rI是接收到的信号的同相分量，rQ是接收到的信号的正交分量。然后，信道估计器513采用P-SCH的第一同步代码SCH0对输入信号进行解扩，并采用该解扩信号对S-SCH进行信道补偿。信道补偿可表示为：
Σ n = 0 255 ( ( rI ( n ) + jrQ ( n ) ) * SCH 0 ( n ) * ( 1 - 1 j ) - - - ( 1 )
信道估计器513将信道估计信号提供给共轭器515。进行信道估计可以防止因在预定BS分组专用代码时出现的错误而可能引起的性能降低。共轭器515获取接收信号的共轭。
同时，将P-SCH的时隙定时信号提供给信道估计器513和S-SCH相关单元211。为了补偿由于信道估计而引起的时间延迟，延迟器511对接收到的信号进行延迟，以便采用信道估计器513的输出来控制S-SCH相关单元211的输出定时。延迟时间的期间是256码片(1码元)因此，信道估计器513必须在这个时间内完成信道估计的计算。响应于从定时信号接收到的信号，对于第1到第17同步代码SC1到SC17，S-SCH相关单元211对从延迟器511接收到的信号的估计值进行计算。S-SCH相关单元211由第1到第17S-SCH相关器213到215组成，用于采用第1到第17同步代码自相关函数对接收到的S-SCH信号的相关值进行计算。S-SCH相关单元211具有与同步代码个数相同的相关器，也就是说，具有17个用于相对于各个同步代码检测输入帧中每个时隙的相关值的相关器。
提供17个S-SCH相关器的原因在于S-SCH的结构。下面将结合图4的无逗点码表说明S-SCH的结构。无逗点码是BS分组专用代码，用于设置S-SCH的同步代码。由于在无逗点码码中设置每个代码字的循环移位字，从而可以检测BS帧同步和BS分组专用代码。无逗点码包括16个码元。每个码元指明了同步代码号。例如，如果码元数据是6，那么将第6同步代码映射到S-SCH上。参照无逗点码表，第一BS分组专用代码是“1，1，2，11，6，3，15，7，8，8，7，15，3，6，11，2”。具有这组代码的BS逐个地将用于指明其BS分组专用代码的无逗点码的码元映射到S-SCH帧的时隙中。
下面说明如何将无逗点码的码元一一映射到S-SCH帧的时隙。如果BS属于第一BS分组，其BS分组专用代码是“1，1，2，11，6，3，15，7，8，8，7，15，3，6，11，2”，并且BS按照BS分组专用代码将同步代码映射到S-SCH信号帧的16个时隙上，也就是说，将SC1映射到时隙#1中，将SC1映射到时隙#2中，将SC2映射到时隙#3中，将SC11映射到时隙#4中，将SC6映射到时隙#5中，将SC3映射到时隙#6中，将SC15映射到时隙#7中，将SC7映射到时隙#8中，将SC8映射到时隙#9中，将SC8映射到时隙#10中，将SC7映射到时隙#11中，将SC15映射到时隙#12中，将SC3映射到时隙#13中，将SC6映射到时隙#14中，将SC11映射到时隙#15中，并且将SC2映射到时隙#16中。
因为从17个可用同步代码中选择16个代码进行组合而生成的无逗点码被映射到S-SCH信号帧的时隙中，所以为S-SCH相关单元211提供与同步代码个数相同的相关器，以计算与每个同步代码相关的相关值。由于相对于第1到第17同步代码检测一个时隙的17个相关值，所以在一帧中可获取17×16个相关值。第1混合器517从第一S-SCH相关器213接收相关值，第17混合器519从第十七S-SCH相关器215接收相关值。尽管在图中没有显示，设置S-SCH相关器，以将输入帧的第2到第16时隙与第2到第16同步代码进行相关，设置与第2到第16相关器个数相同的混合器，用于从相关器中接收相关值。这些由图5中第1与第17S-SCH相关器213、215之间的“…”以及第1与第17混合器517、519之间的“…”表示。混合器517-519将从共轭器515接收到的共轭值与从第1-17S-SCH相关器213-215接收到的信号分别进行混合。然后，S-SCH相关值存储器521将从第十七混合器517-519接收到的信号存储在表示一个时隙的相关值的17×1矩阵中。
下面将详细说明混合操作。当在小区搜索装置接收到第一小区搜索步骤中时隙时间同步的帧数据后，信道估计器513首先对输入帧的第一时隙中的信号进行信道估计。将信道估计信号延迟一个信道估计时间，并且延迟器511对由于信道估计而产生的时间延迟进行补偿。在将补偿后的信道估计信号馈送给S-SCH相关单元211后，延迟器511对S-SCH相关的时序进行同步。第1到第17S-SCH相关器213到215将S-SCH信号的第一时隙与第1到第17同步代码进行相关。混合器517到519将从第1到第17S-SCH相关器213到215接收到的相关值与从共轭器515接收到的信号进行混合。S-SCH相关值存储器521对从第十七混合器517到519接收到的混合值进行存储。然后，对第2到第16时隙分别重复上述步骤。
在完成第一S-SCH时隙的S-SCH相关器213到215的操作之前，第一S-SCH时隙的17×1相关值存储在S-SCH相关值存储器521中。然后，以时隙为单位，最大相关值检测器523对存储的相关值中的最大值进行检测。码元检测器525对与从最大相关值检测器523接收到的最大相关值相对应的同步代码进行检测，并将检测到的同步代码号作为码元号输出给估计BS分组专用代码存储器527。估计BS分组专用代码存储器527将码元数据作为BS专用代码的码元进行存储。此处，如果码元与第一同步代码SC1对应，那么码元为1。顺序地在第1到第16时隙上执行最大相关值检测过程，从而给出BS分组专用代码的16个码元。在依次完成对16个时隙进行的码元检测和存储后，将表示BS分组专用代码的码字存储在估计BS分组专用代码存储器527中。
同时，循环移位器531从无逗点码表存储器221中读取码字，并这些码字依次进行循环移位。也就是说，将第一码字的码元顺序地移位后送给比较器529。比较器529将从循环移位器531接收到的无逗点码与存储在估计BS分组专用代码存储器527中的码字进行比较。如果两者是相等的，那么在S-SCH估计值存储器533中存储估计值1。如果两者不相等，那么在S-SCH估计值存储器533中不存储估计值。当按顺序地将无逗点码表循环移位15次时，比较器529将一帧的16个时隙与无逗点码表中32个无逗点码中的每一个进行比较。因此，对检测到的码字需要进行32×16×16次比较。在完成32×16×16次比较之前，BS分组确定器535搜索最大值(i，j)，该最大值的第一索引与BS分组专用代码相对应，其第二索引确定帧同步，即确定在S-SCH估计值存储器533内(16-j)％16时隙中下一帧的开始。
为了在传统的第二小区搜索步骤中检测BS分组专用代码的码字，当接收到帧时，需要以17个自相关函数对16个时隙的每一个中的输入帧的相关值进行计算。然后，将17×16个相关值与指明32个BS分组的32个循环移位后的无逗点码中的每一个进行比较。从而总共执行32×16×16次计算。但是，本发明引用17×1估计BS分组专用代码。因此，本发明比引用17×16估计值的传统发明更有效。
而且，由于没有存储检测后的相关值，而是存储了其估计值，所以在本发明中节省了原本需要用于存储检测后的相关值的存储容量。从而，提高了资源的利用效率，降低了产品成本。
此外，在从S-SCH信号检测BS分组专用代码和帧同步之前，由于通过P-SCH进行了信道补偿，从而防止了因预定BS分组专用代码而可能产生的错误。
尽管本发明是参照其特定的优选实施例来描述的，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。

Claims (12)

1.一种移动通信系统中的小区搜索装置，包括：
基站分组专用代码预定单元，用于从与时隙时间同步的同步信道信号中确定基站分组专用代码；
运算单元，用于采用基站分组专用代码表，循环地检查预定基站分组专用代码的最小距离估计值；以及
基站分组检测单元，用于根据估计值的存储值确定基站分组。
2.如权利要求1所述的小区搜索装置，其中，基站分组专用代码预定单元包括：
相关单元，用于相对于辅助同步代码计算辅助同步信道上接收到的帧的每个时隙的相关值；以及
码元检测器，用于检测每个时隙中与相关值的最大值对应的辅助同步代码的码元。
3.如权利要求2所述的小区搜索装置，其中，基站分组专用代码预定单元还包括：
信道估计器，用于对辅助同步信道上接收到的信号进行信道估计；
共轭器，用于对信道估计值进行共轭；以及
混合器，用于将共轭值与计算后的相关值进行混合。
4.如权利要求2所述的小区搜索装置，其中，基站分组专用代码预定单元还包括：
估计基站分组专用码元存储器，用于由码元检测器选取的码元。
5.如权利要求1所述的小区搜索装置，其中，运算单元包括：
循环移位器，用于顺序地从基站专用代码表中循环读取基站分组专用代码；以及
比较器，用于将预定基站分组专用码元与每个循环移位后的基站分组专用代码进行比较，并根据比较结果确定具有最小距离的码元。
6.如权利要求4所述的小区搜索装置，其中，基站分组专用代码是无逗点码。
7.一种移动通信系统中的小区搜索方法，所述方法包括下列步骤：
从与时隙时间同步的同步信道信号中确定基站分组专用代码；
按顺序地从基站分组专用代码表中循环检查预定基站分组专用代码的最小距离估计值；以及
根据估计值的存储值确定基站分组。
8.如权利要求7所述的小区搜索方法，其中，基站分组专用代码确定步骤包括下列步骤：
相对于同步代码计算辅助同步信道上接收到的帧的每个时隙的相关值；以及
检测每个时隙中与相关值的最大值对应的辅助同步代码的码元。
9.如权利要求8所述的小区搜索方法，其中，基站分组专用代码确定步骤还包括下列步骤：
选择每个时隙中的基站分组专用码元并存储基站分组码元。
10.如权利要求9所述的小区搜索方法，其中，选择每个时隙中的基站分组专用码元的步骤包括下列步骤：
顺序地从基站专用代码表中循环读取基站分组专用代码；以及
将基站分组专用码元与每个循环移位后的基站分组专用代码进行比较，并根据比较结果确定具有最小距离的码元。
11.如权利要求10所述的小区搜索方法，其中，基站分组专用代码是无逗点码。
12.如权利要求8所述的小区搜索方法，其中，基站分组专用代码确定步骤包括下列步骤：
对辅助同步信道上接收到的信号进行信道估计；
对信道估计值进行共轭；以及
将共轭值与计算后的相关值进行混合。
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