CN1171402C

CN1171402C - 移动无线接收机与无线信号的帧结构同步的方法和设备

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Publication number: CN1171402C
Application number: CNB008062390A
Authority: CN
Inventors: M; M·德特施; �ո��; P·荣; J·普莱钦格; ε; P·施米德特; M·施奈德; T·凯拉
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG; Intel Deutschland GmbH
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: US20020114298A1; EP1169795A1; US6882633B2; KR20020026422A; DE19917337C2; ATE244476T1; WO2000064074A1; DK1169795T3; DE50002733D1; EP1169795B1; DE19917337A1; JP2002542714A; CN1347598A

Abstract

移动无线接收机与从确定基站获得的无线信号的帧结构同步的方法以此为出发点，每个基站每帧发送一个由帧同步代码形成的预先确定的特殊序列。在移动无线接收机中检测并译码同步代码，给每个同步代码分配一个独特的代码特征值。在代码特征值的基础上识别由确定基站发送的序列，并且确定该帧的开始时刻和结束时刻。在这些时候移动无线接收机帧同步。

Description

移动无线接收机与无线信号的帧结构同步的方法和设备

本发明涉及移动无线接收机与从多个基站中的一个确定基站中获得的无线信号的帧结构同步的方法，以及涉及适合于移动无线接收机的帧同步设备。

为了移动无线系统的运行，在基站和移动站之间时间上的同步是必需的。对此区分二种形式的同步：频率同步和帧同步。本发明仅仅涉及帧同步。在下行链路上，也就是说从基站(发射机)到移动站(接收机)实现帧同步。帧同步表明，移动站在接收的无线信号中识别(也就是说时间上正确地获得)发送的数据流的(在基站中通过数据结构规则预定的)帧结构，由此在移动站中使不仅接收的数据符号的关于帧的处理而且必须发送的无线信号的时间正确(也就是说与基站同步的)帧形成成为可能。

从P.Jung的著作“数字移动无线系统的分析与布局”，斯图加特，B.G.Teubner，1997，236-237页中已经公开了，借助于所谓的、由基站以有规则的重复发出的“同步脉冲串”执行移动站的帧同步。

在CDMA(码分多址)系统中建议，为了获得帧同步应用一个由所有基站共同使用的同步信道。每个基站以持续的重复在有用信号的每个帧期间在同步信道内刚好发出一个对于基站表征的、包括预定数目N个帧同步代码的序列。对于所有基站相同的帧持续时间以及由不同基站发出的不同序列对于移动站是已知的。移动站从一个任意开始时刻借助于经过帧持续时间检测的、具有全部已知序列并具有全部N个循环偏移的帧同步代码与帧相关，并且接着以最大相关性确定(也许循环偏移的)序列，这样移动站获得由一个确定基站发出的有用信号的帧的时间状况。达到最大相关的序列一方面识别确定的基站，并且另一方面使在移动站中帧同步成为可能。

在出版文献W0 00 12273 A和W0 99 00912 A中说明了移动无线接收基于从确定多个数目的基站中获得的无线信号的帧结构同步的方法，这些基站基本上按照上述原理工作。最先列举的这二个出版文献公开了为此一个同步设备，其具有一个均衡器和一个译码器、借助于二者在移动无线接收机中检测并译码由确定基站发送的帧同步代码、一个借助于帧同步代码实施计算的计算单元和根据具有从基站获得的无线信号的帧结构的帧同步代码的序列同步移动无线接收机的帧时隙调准设备。

这个方法的缺点是较高的计算费用。在R个基站(也就是说R个不同序列)的情况下对于确定基站的识别必需实施RN个相关计算和最大检索。

本发明基这个任务，给出一个低成本的移动站与基站帧同步的方法。此外本发明目的在于，建立低成本工作的、用于移动站与基站帧同步的设备。

这个任务通过移动无线接收机与一个从多个基站中的一个确定基站中获得的无线信号的帧结构同步的方法得以解决，其中

-每个基站每帧发送一个包括N个帧同步代码的预先确定的序列，并且

-至少在一个帧同步代码中区分各二个由不同基站发送的序列；

在该方法中：

-在移动无线接收机中检测并译码由确定基站发送的帧同步代码；

-给每个已检测并译码的帧同步代码分配一个对于代码独特的代码特征值；

-在N个连续获得的代码特征值的基础上识别由确定基站发送的序列；并且

-移动无线接收机根据帧同步代码的已识别的序列与从确定基站获得的无线信号的帧结构同步，

-以这个已识别的序列的开始时刻和结束时刻调准在移动无线接收机中应用的帧结构的时间位置。

这个任务还通过移动无线接收机与一个从多数基站中的一个确定基站中获得的无线信号的帧结构同步的设备得以解决，其中

-每个基站每帧发送一个包括N个帧同步代码的预先确定的序列，并且该设备具有：

-一个检测器和译码器，借助于二者在移动无线接收机中检测并译码由确定基站发送的帧同步代码；

-一个计算单元，其借助于帧同步代码执行计算；

-一个帧时隙调准设备，其根据帧同步代码的序列同步移动无线接收机，其特征在于，

-分配逻辑电路，为每个已检测并译码的帧同步代码分配一个对于代码独特的代码特征值；

-计算单元，在根据N个连续获得的代码特征值执行的计算的基础上识别由确定基站发送的序列；并且

-通过以这个已识别的序列的开始时刻和结束时刻调准在移动无线接收机中应用的帧结构的时间位置，帧时隙调准设备根据帧同步代码的已识别的序列使移动无线接收机与从确定基站获得的无线信号的帧结构同步。

通过分配给每个已检测的帧同步代码一个代码特征值使在N个确定的代码特征值的基础上简单识别确定基站发送的序列成为可能。

对此在一个帧的持续时间中计算紧张的相关分析不是必需的，因此需要相对较低的计算费用。

“成对不同的序列”的概念意识是，在至少一个帧同步代码(在考虑这些代码的顺序的情况下)区分每二个(来自不同基站的)序列。

根据本发明方法的一个有益的实施形式在于，在序列中包含的帧同步代码的数量是成对不同的，一个与已检测帧同步代码的循环偏移检测相比不变的函数用于识别由确定基站发送的序列，并且函数运用N个收到的代码特征值，并且获得的函数值识别由确定基站发送的序列。

首先根据函数

F (c 1, . ., cN) = Σ_{n = 1}^{N} {(K (cn))}^{p}

算出确定的基站，其中p是一个P＞0的自然数、特别是p＞1，并且K(c1)、...、K(cN)是确定的代码值。根据该函数的不变量与帧同步代码的循环偏移检测相比这是不重要的，一个序列的帧同步代码中的那一个作为N个代码的(时间上)第一个代码检测。

在从属权利要求中给出本发明的另外的有益扩展。

下面根据实施例参考图描述本发明；在图中指出：

图1具有一个移动站和多个基站的移动无线系统的空间接口的图解描述；

图2a在该移动无线系统中应用的帧的数据结构的图解描述；和

图2b同步信道的概括描述，在该同步信道内描绘了确定基站的无线信号的第一同步代码和(第二)帧同步代码经过时间到达必需同步的移动站的位置。

图1以图解说明指出了蜂窝式移动无线系统的空间接口。分配给各个用户的移动站MS处于多个基站BS1、BS2、...、BSX、...的无线范围内，这些基站与一个公共的电信网连接。在基站BS1、BS2、...、BSX、...和移动站MS之间的电信连接K1、K2、...、Kx、...不如多路径传播。

每个基站BS1、BS2、...、BSX、...与多个另外的移动站(没有描述)存在无线连接。全部基站的经过通信连接K1、K2、...、Kx、...发送的无线信号F具有系统一致的，也就是说结构相同的帧结构。

图2a指出了无线信号F的一个如此帧结构的实例。

无线信号F包括各个数据符号(位)d的顺序。数据块B1；B2；...；BN由系统标准特殊数目的数据符号d(在此例如320个数据符号)形成。由系统标准特殊数目N个数据快B1、B2、...、BN建立一个帧R。例如可以由N＝16个数据块B1、B2、...、B16建立一个帧R，并且一个帧在本实施例中于是包含5120个数据符号d。

在图2a中描述的实例以CDMA无线信号为基础。这表明，以用户特殊的扩展代码(CDMA)对每个数据符号d扩展编码。扩展代码每数据符号d包含例如8个碎片e1、e2、...、e8。

系统特殊地预先确定全部的在图2a中描述的、无线信号F的帧/块/数据/碎片结构以及相应的帧/块/数据碎片持续时间，并且对于所有基站BSi，i＝1、2、...的发送的无线信号F是相同的。

如果在移动站MS和一个确定的基站(BSX)(通常具有对移动站MS较大接收信号强度的这个基站)之间的双向通信连接KX与通话接受或接收(移交)应当建立联系，则移动站MS首先必须与由确定基站BSX获得的无线信号F的帧结构同步，也就是说移动站MS必需处于这种情况，断定获得的帧R的开始与结束。

为了得到一个如此的帧同步性应用了一个对于所有基站BSi来说公共的同步信道SK(参见图2b)。该同步信道SK划分为二个信道SK1和SK2。

在第一信道SK1中每个基站BSi在有规则的时间间隔内-例如在每个数据块B1、B2、...、BN的始端-发出一个第一同步代码cp。这个第一同步代码cp对于所有块B1、B2、...、BN和所有基站BSi是相同的。由确定基站BSX发出的第一同步代码cp用于，为所有“愿意同步”的移动站MS提供一个时钟标准，这个时钟标准使移动站能够时间正确地检测这个由(确定)基站BSX此外发出的、在下面还详细阐述的(第二)帧同步代码。

由于每个移动站MS已知了系统特殊的块持续时间，所以如果在第一信道SK1中此外出现另外基站BSi的第一同步代码cp，则移动站然后也可以获得确定基站BSX的时钟。

正如已经提到的，由于第一同步代码cp对于所有基站BSi是相同的，可是不允许发出该代码的基站的识别。

经过第二信道SK2实现基站BSi的识别以及与该基站的帧同步。在该信道中每个基站BSi发出一个在每个帧R中同样再现的、包括N个帧同步代码c1(BSi)；c2(BSi)；...；cN(BSi)的序列FBSi＝(c1(BSi)、c2(BSi)、...、cN(BSi))。

每个序列FBS i的各个帧同步代码c1(BSi)；c2(BSi)；...；cN(BSi)来自成对不同的帧同步代码c1、c2、...、cK的K个单元的基本量M＝{c1、c2、...、cK}，系统标准特殊地预先确定基本量并且其单元(各个帧同步代码)不仅在基站BSi中而且在移动站MS是已知的。在基本量M中包含的帧同步代码c1、c2、...、cK例如可以是例如256个碎片长度的正交的、未调制的金代码。

由每个基站BSi发出的序列FBSi对于要发送的基站BSi是特殊的，也就是说在各至少一个单元(帧同步代码)中区分剩余基站BSj，j＝1、2、...；j≠i的所有另外的序列FBSj。

二个序列FBSi、FBSj的区别以此为基础，即二个序列是单元不相交的，也就是说一个序列包含至少一个帧同步代码，另一个不包含帧同步代码。否则二个序列FBSi、FBSj是单元相同的。由于这个帧同步代码c1；c2；...；cK可能多次地出现在一个序列中，所以也可以区分单元相同的序列FBSi、FBSj(通过相同帧同步代码的不同数目)。第三个可能性在于，单独通过帧同步代码的不同顺序区分二个序列FBSi、FBSj。

在第一个的二种情况(不相交序列；具有相同帧同步代码的不同频繁性的单元相同的序列)中，分别在序列FBSi、FBSj中包含的帧同步代码的N个单元的量{c1(BSi)、...、cN(BSi)}和{c1(BSj)、...、cN(BSj)}是不同的。

这是很明显的，K可以小于、等于或大于N。

现在根据图2b描述移动站MS与确定基站BSX的帧同步。在移动站MS中在时刻t1、t2、...、tN接收在第一同步信道SK1中在时间t上描述的(BSX的)第一同步代码cp。为了找到帧始端在移动站MS中现在必须首先识别发送这个第一同步代码的确定基站(即BSX)。由此实现，-在一个任意的时钟开始时刻(t1或t2或...或tN)开始-检测并译码N个连续的、各自与第一同步代码cp时间一致到达的帧同步代码c1、c2、...、cN。

借助于一个检测器以及一个用于译码各个帧同步代码c1、c2、...、cN的译码器实施这个检测/译码。

然后给每个已检测的帧同步代码c1、c2、...、cN分配一个代码特殊的特征值(代码特征值)K(cn)，n＝1、2、...、N。所分配的代码特征值K(cn)例如可能是基本量M的一个帧同步代码cn的(可以随意预先确定的)索引n，也就是说K(cn)＝n。

下面单独根据N个确定的代码特征值K(c1)、K(c2)、...、K(cN)确定这个确定基站BSX的一致性。

为了这个目的考虑一个与确定代码特征值K(c1)、K(c2)、...、K(cN)的循环偏移相比恒等的函数、例如

F (c 1, . ., cN) = Σ_{n = 1}^{N} {(K (cn))}^{p}

其中例如p＝2。根据与确定代码特征值的循环偏移相比的不变量

F(c1、...、cN)＝F(FBSX)适用。

如此选择基站BSi的序列FBSi和分配规则K(cn)，对于所有序列FBSi函数值F(FBSi)是不同的。在这种情况下函数值F(FBSi)明确地表明附属的基站BSi，也就是说识别这个基站。

在这个在图2b中描述的情况下，也得出一个函数值F(FBSX)，其明确地指出，第一和第二同步代码cp或者cn(BSX)来自于基站BSX。

然后由此引起移动站MS与确定基站BSX的同步，即用以断定序列FBSX的开始时刻(t1)和结束时刻(tN)调准在(接收和/或发送有用信号的)移动站(MS)内部应用的帧结构的时间长度。为此必须-例如-已断定序列FBSX的处于帧始端t1的第一帧同步代码c1(BSX)在移动站MS中是已知并且在序列(FBSX)中是唯一的。一个或多个另外的在序列FBSX中唯一的、具有已知时间间隔tn-t1的参考帧同步代码cn(BSX)自然同样能够更好地用于帧始端。

根据图2a和2b举一个例子阐述根据本发明的方法，在该例中在一个帧中块的数目N与序列FBSi的帧同步代码cn(BSi)的数目N一致。可是这对于本发明来说是根本不需要的。

此外指明，借助于DS-(直接顺序)CDMA无线信号或者有用信号(参见图2)阐述根据本发明的方法，可是这是明显的，在另外已知的CDMA方法中、例如FH(跳频：跳频-)CDMA或MC(多载波编码：多载波-)CDMA以及一般也在另外的多重访问方法(TDMA、FDMA)中可以使用本方法。

为了在移动无线接收机中执行根据本发明的方法，这个接收机配备一个(通常通过软件实现的)分配逻辑电路，其承担这个任务，给各个已检测并译码的帧同步代码c1、...、cN分配代码特征值K(c1)、...、K(cN)。一个计算单元执行函数F的函数值的计算，该函数值识别接收的序列FBSX并因此识别基站BSX。然后由一个帧时隙调准设备根据已识别的帧一个或多个独特时刻(例如开始时刻和/或结束时刻)实施移动无线接收机的帧同步。

Claims

1.移动无线接收机与一个从多个基站(BS1、BS2、...)中的一个确定基站(BSX)中获得的无线信号(F)的帧结构同步的方法，

其中

-每个基站(BSi)每帧发送一个包括N个帧同步代码的预先确定的序列，并且

-至少在一个帧同步代码中区分各二个由不同基站(BSi；BSj)发送的序列；

在该方法中：

-在移动无线接收机(MS)中检测并译码由确定基站(BSX)发送的帧同步代码(c1、...、cN)；

-给每个已检测并译码的帧同步代码(c1；...；cN)分配一个对于代码独特的代码特征值；

-在N个连续获得的代码特征值的基础上识别由确定基站(BSX)发送的序列；并且

-移动无线接收机(MS)根据帧同步代码的已识别的序列与从确定基站(BSX)获得的无线信号(F)的帧结构同步，

-以这个已识别的序列的开始时刻(t1)和结束时刻(tN)调准在移动无线接收机(MS)中应用的帧结构的时间位置。

2.按照权利要求1的方法，

其特征在于，

-在序列中包含的帧同步代码的数量是成对不同的，

-一个与检测的帧同步代码(c1、...、cN)的循环偏移相比不变的函数用于识别由确定基站(BSX)发送的序列，并且

-该函数运用N个获得的代码特征值，并且获得的函数值识别由确定基站(BSX)发送的序列。

3.按照权利要求2的方法，

其特征在于，

函数是

E (c 1, . ., cN) = Σ_{n = 1}^{N} {(K (cn))}^{p}

其中p是一个p＞0的自然数，特别是p＞1，并且K(c1)、...、K(cN)是确定的代码特征值。

4.按照上述权利要求之一的方法，

其特征在于，

所述同步步骤包括以下步骤：

-在帧始端确定具有已知时间间隔的已识别的序列的至少一个参考帧同步代码，并且

-移动无线接收机借助于参考帧同步代码进行同步。

5.按照上述权利要求1-3之一的方法，其特征在于，帧同步代码(c1、c2、...、cN)是正交金代码。

6.移动无线接收机与一个从多个基站(BS1、BS2、...)中的一个确定基站(BSX)中获得的无线信号(F)的帧结构同步的设备，其中

-每个基站(BSi)每帧发送一个包括N个帧同步代码的预先确定的序列，并且该设备具有：

-一个检测器和译码器，借助于二者在移动无线接收机(MS)中检测并译码由确定基站(BSX)发送的帧同步代码(c1、...、cN)；

-一个计算单元，其借助于帧同步代码执行计算；

-一个帧时隙调准设备，其根据帧同步代码的序列同步移动无线接收机，

其特征在于，

-分配逻辑电路，为每个已检测并译码的帧同步代码(c1；...；cN)分配一个对于代码独特的代码特征值；

-计算单元，在根据N个连续获得的代码特征值执行的计算的基础上识别由确定基站(BSX)发送的序列；并且

-通过以这个已识别的序列的开始时刻(t1)和结束时刻(tN)调准在移动无线接收机(MS)中应用的帧结构的时间位置，帧时隙调准设备根据帧同步代码的已识别的序列使移动无线接收机(MS)与从确定基站(BSX)获得的无线信号(F)的帧结构同步。