CN1183011A - 用于导频信道探测的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种无线通信设备运行在CDMA系统的时隙方式下时在分配的时隙到来前探测导频信道。该设备包括确定现用导频和邻导频信道的短期平均导频强度的搜索接收机。分支接收机确定现用导频和邻导频信道的长期平均导频强度。逻辑和控制电路根据信道的短期平均导频强度把分支接收机分配给导频信道,判定一个邻信道的长期平均导频强度是否大于现用导频信道的导频强度,并确定切换到具有较大长期平均导频强度的邻导频信道。

Description

用于导频信道探测的方法和设备
本发明一般地涉及数字通信领域，并且更具体地涉及用于导频信道探测的一种方法和一种设备。尽管本发明具有广泛的应用范围，它尤其适用于采用码分多址(CDMA)并带有时隙方式特性的无线通信装置，从而将在这个方面上具体说明。
在蜂窝电话系统中，从基站到例如手持无线电话的移动台的通信是沿前向信道进行的；相反，从移动台到基站的通信是沿反向信道进行的。在由电信工业协会为实施CDMA而采用的暂行标准IS-95-A下，从基站向移动台沿称之为寻呼信道的一个前向信道发送寻呼(page)。寻呼通知移动台它已被呼叫。
IS 95-A提供时隙方式特性，这可使移动台在降低功耗的方式下运行。即，寻呼信道被划分成称之为寻呼信道时隙的80毫秒长的区间，对在时隙方式下运行的每个移动站分配一个它在该区间监视寻呼信道的专用时隙。所分配的时隙是周期性的，称为时隙周期。因为移动站仅需在分配给它的时隙期间监视寻呼信道，在时隙周期中的所有其它时间中移动站可以“入睡”，即例如通过关闭射频(RF)部分进入降低功耗方式。为了监视下一个周期的时隙，移动站必须按时从睡眠中“醒起”，以便在分配的时隙中监视寻呼信道。
蜂窝系统包括若干在一个地理区域中分布的基站，而移动台可在该区域中移动。在移动台睡醒后可监视寻呼信道之前，它必须首先确定从那个基站监视寻呼信道，最好是从提供最强信道信号的那个基站。在按照IS-95-A的CDMA系统中，每个基站连续地发射一个导频信道信号。各个基站发射的导频信号具有相同的扩展码，但是码的相位偏移不同。相位偏移使各基站的导频信号得以互相区分，并且进而可区分各个基站。IS-95把扩展码定义为一个具有215个码片(chip)周期的伪随机噪声(PN)序列，而且相位偏移定义为相对于零偏移导频PN序列的64个码片的倍数。
在静止环境下，移动台保持在它入睡前监视的基站(称为“现用导频”)的覆盖范围内，而且，当该移动台醒来时它最有可能得到和它入睡前监视的相同的导频信号。在动态环境下，移动台可能不处在它入睡前监视的基站的覆盖范围内，从而在监视寻呼信道之前可能有必要切换到另一个基站上。对导频信道的探测-不论是现用导频还是另一个基站-必须发生在所分配的时隙受到监视之前，使得移动台不会丢失任何寻呼，并且从而不会丢失任何呼叫。
因此需要一种方法和设备，以使在移动台运行于CDMA系统的时隙方式下时用于在分配的时隙到达之前探测导频信道。
图1是采用本方法的无线通信设备的电方块图。
图2是一个流程图，说明搜索导频信道的一种方法。
图3A和3B分别是一个流程图，说明由本无线通信设备进行的一种导频信道探测的方法。
图4是一个流程图，说明一种向导频信道分配分支接收机的方法。
本文说明的方法和设备当移动站运行在CDMA系统的时隙方式下时在分配的时隙到达之前探测导频信道。而且，通过动态地调整早期检测阈值以一种有效的方式进行导频信道探测。调整后的早期检测阈值可以缩短或延长搜索导频信道的时间。此外，通过利用跟踪最强的邻导频以及提供对邻导频和现用导频的可靠导频信号强度测量的分支接收机，以一种可靠的方式进行导频信道探测。
在下面的说明中部分地叙述本发明的其它优点和新颖特性(在下面的说明中将显示和说明本发明的实施方式)，而熟练的技术人员通过研究下述详细说明或通过实践了解本发明可以从别的角度理解本发明的其它优点及新颖特性。
现将详细引用一个根据本发明构成的实施例。
图1是一个可采用本发明的方法的无线通信设备，例如无线电话100的电方块图。图1表示在各部件中天线101用于接收来自基站102(仅示出一个)的信号和发射由无线电话100产生的信号。模拟前端103处理接收到的信号并把它们提供给模数转换器(ADC)105。数字化后的接收信号提供到由多个分支接收机107组成的分集接收机，并且至少有一个搜索接收机109并行连接，分支接收机和搜索接收机的运行部分地是由逻辑和控制电路113控制的。分支接收机和搜索接收机的输出提供给逻辑和控制电路113以便作进一步处理。逻辑和控制电路113还向传输路径电路115提供数据，后者处理该数据并把处理后的数据提供给数模转换电路(DAC)117。由DAC117输出的模拟信号提供到模拟前端103，以便经天线101传输给基站102。分集(rake)接收机和传输路径电路115的一个例子是从Qualcomm公司购买的Mobile StationModem(移动台调制解调器)。
虽然所示的逻辑和控制电路113是一个相对于接收机的分离部件，一般的技术人员可以理解，逻辑和控制电路诸部分可以安装到接收机里面。
当无线电话100睡醒时，天线101从现用导频接收一个邻集，邻集是一组可能候选切换的基站的导频信道的列表。在无线电话100入睡之前把现用导频和邻近导频组的记录存储到逻辑和控制电话113中去。
搜索接收机109可以搜索现用导频以及各邻导频的导频信道信号，以便确定每个导频信道的强度。搜索接收机109通过复相关运算确定导频信道强度，复相关运算提供以分贝(dB)表示的对Ec/Io的度量，其中Ec是对导频能量的测量而Io是接收带宽内的总功率频谱密度。该功率测量将看作是短期平均Ec/Io，并代表信号对信号加噪声之和的比值。
从一个基站发出的导频信号可能沿几条称为“射线”的路径行进，从而产生多路径信号。在对诸邻导频的导频信号进行搜索时，搜索接收机109设定一个中心位于特定导频信号的码相位偏移处的多码片窗口。扫描该码片窗口的目的是导出导频信号的多路径分布。在搜索码片窗口中所出现的邻导频的最强射线下，为码片窗口的多个码片偏移中的每个偏移获得复相关以及短期平均Ec/Io的测量。
复相关具有两个阶段。在早期检测阶段中，对最大数量的常规相关的码片(这里“码片”指的是有关导频信号)子集确定短期平均Ec/Io以便对在特定的码片偏移上是否存在足够的导频信号能量提供指示。最大数量的码片子集称之为早期检测相关长度。当短期平均Ec/Io在早期检测相关长度上足够大时，进行第二阶段，第二阶段为该最大数量的码片完成相关。
现在参照图2-图4说明上面所构成及描述的无线通信设备的使用与运行方法，图2-图4是流程图，图中分别表示搜索导频信道的方法、该无线通信设备进行的导频信道探测方法以及把一个分支接收机分配给一个导频信道的方法。
现在参照图2，它表示搜索导频信道的方法200。最初，逻辑和控制电路113判定在邻集中是否存在任何邻导频。(见图3A的步骤317)。如果存在，搜索接收机109开始对邻导频的搜索(步骤201)。逻辑和控制电路113判定是否该特定邻导频的所有码片偏移都已作了相关运算(步骤203)，以便结束对一个特定邻导频的扫描。如果已经作了相关运算，对该邻导频的搜索就完成了(步骤215)。如果没有，搜索接收机109进行特定码片偏移上的相关运算(步骤205)。作为相关运算的一部分，搜索接收机109在早期检测相关长度上确定特定码片偏移的短期平均值Ec/Io(步骤207)。
逻辑和控制电路113判定早期检测相关长度上的导频信号强度是否小于早期检测阈值(EDT)(步骤209)。若在对最大码片子集的相关运算之后短期平均值Ec/Io仍小于EDT，可能导频信号不存在于该特定的码片偏移上，从而终止在该特定码片偏移上的相关运算(步骤213)，并且逻辑和控制电路113再次判定该特定邻导频的所有码片偏移是否都已作了相关运算。
若在对最大码片子集作相关运算之后短期平均值Ec/Io不小于EDT时，表明在该特定的相位偏移处导频信号存在足够能量，则对该最大数量的码片继续进行相关运算(步骤211)，并且该方法的控制返回到步骤203。最终，将对一个特定邻导频的所有码片偏移(不论部分还是全部)进行相关运算。将提供最强射线的短期平均值Ec/Io，并且利用该值判定是否应该对所搜索的邻导频信号的最强射线分配一个分支接收机。
此外，通过被分配的分支接收机，利用代表最强射线的码片偏移，以便跟踪该邻导频。跟踪邻导频的一个目的是在导频搜索器继续搜索邻集中其它邻导频期间查明该邻导频的存在或者不存在。另一个目的是提供所跟踪邻导频的导频强度。
取决于无线电话100中设置的分支接收机的数量，可以向相同邻导频的多条射线分配多个分支接收机以得到表示组合射线的导频信号强度。
只要无线电话醒得足够早，使得在分配的时隙中监视寻呼信道之前完成对每个邻导频的搜索，对邻集中的所有邻导频都可执行方法200。例如，在邻集中可以有20个邻导频，而每个邻导频可以有一个60个码片的窗口。因此，要进行1200次相关运算。我们可以理解在早期检测相关长度上终止对一个特定的码片偏移进行相关运算的重要性，从而在监视寻呼信道之前搜索和探测具有最大强度的导频信道的过程中，可减小无线电话100必须醒着的时间。
全相关长度值，早期检测相关长度值以及EDT值应这样选择，使能提供满意的搜索器速度并达到可接受的导频信号丢失概率以及可接受的虚报概率。
按照本发明，根据现用导频信号的强度动态地调整EDT，这一点是本发明的一个重要方面。EDT可以从第一值重置成第二值。这里所说的“动态”指的是，在开始本导频探测方法之后可对一个预编程的参数进行调整的能力。当存在一个足够强的导频信号时，寻找一个更强的邻导频的重要性趋于减少，从而允许更高的丢失较弱导频的可接受概率同时保持检测更强导频的高概率。这意味着可以提高EDT，导致对各邻导频的更快搜索并且缩短搜索整个邻集所需的总时间。
图3A和3B组成一个表示由无线通信设备进行的导频信道探测方法300的流程图。如上面所述，在最佳实施例中，最初把EDT设置成第一值(步骤301)。当睡醒时，搜索接收机109按类似于上面所说的搜索邻导频的方法去搜索现用导频，以便找出最强射线(步骤303)并且确定现用导频的短期平均值Ec/Io(步骤305)。接着逻辑和控制电路113判定现用导频信道的导频强度是否小于第一阈值(步骤307)。如果不小于，逻辑和控制电路113然后判定在邻集中是否存在任何邻导频(步骤317)。当现用导频信道的导频强度小于第一阈值时，逻辑和控制电路113对现用导频信道分配一个分支接收机步骤(309)。
当向导频信道分配一个分支接收机时，该分支接收机锁定在并且跟踪由具有最大信号强度确定的码片偏移上的导频信道。在跟踪期间，该信号强度可能减弱到不能接收的电平上，表明该导频信道已经丢失。当出现这种情况时，可释放该分支接收机从而可分配给其它的导频信道。
当锁定在一个导频信道上时，分支接收机可提供对导频强度的测量。在本最佳实施例中，这种导频强度是对Ec/Io的一种度量，但和由搜索接收机提供的短期平均值Ec/Io不同，本Ec/Io测量值是经过滤波的，表示对Ec/Io的一种累积的经过滤波的测量值，在本文中称为长期平均值Ec/Io。简言之，可以把短期平均值Ec/Io看做是导频强度的快照，而长期平均值Ec/Io是对导频强度的长期观察。由于诸如瑞利衰落等引起导频信号的能量变化的因素，短期平均值Ec/Io测量不如长期平均值Ec/Io可靠。
逻辑和控制电路113还判定现用导频信道的导频强度是否小于第二阈值，在本最佳实施例中，第二阈值大于第一阈值(步骤311)。如果小于，逻辑和控制电路113判定在邻集中是否存在任何邻导频(步骤317)。当现用导频信道的导频强度不小于第二阈值时，逻辑和控制电路113把EDT重置为第二阈值(步骤313)。
当在邻集中没有邻导频时，将不存在切换(步骤319)。当在邻集中存在邻导频时，将如图2所说明的那样开始搜索邻导频，并把分支接收机分配给那些最强的邻导频(步骤321)。
图4是一个表示把分支接收机分配给邻导频的方法500的流程图。在完成对一个邻导频的搜索之后(见图2步骤215)，开始分支接收机的分配方法(步骤501)。逻辑和控制电路113判定是否存在可使用的分支接收机。当存在可使用的分支接收机时，该可使用的分支接收机被分配给最后搜索到的邻导频信道(步骤505)。当在几次重复方法200和方法500之后，所有的分支接收机都已分配给现用导频以及邻导频并且这些分支接收机保持锁定在这些导频上时，可能不能得到分支接收机。当不能得到分支接收机时，然后必须作出是否应该把一个分配给并锁定在一个邻导频上的分支接收机重新分配给最后搜索到的邻导频信道的判定。为了这样做，在本最佳实施例中，逻辑和控制电路113确定所有分配有分支接收机的邻导频中的最低的长期平均导频强度(步骤507)。接着逻辑和控制电路113判定最后搜索到的邻导频信道的导频强度是否大于最低长期平均导频强度(步骤509)。如果不是，则不对最后搜索到的邻导频信道分配一个分支接收机而且结束对最后搜索到的导频的分支接收机分配方法(步骤513)。如果是，逻辑和控制电路113把跟踪具有最低长期平均导频强度的邻导频的分支接收机重新分配给最后搜索到的邻导频信道(步骤511)，并且结束为最后搜索到的导频的分支接收机的分配方法(步骤513)。
现在参照图3B以进一步说明导频信道探测方法。在搜索了所有的邻导频(假定有足够的时间)和进行分支接收机的分配之后，逻辑和控制电路113判定是否把任何分支接收机锁定在邻导频上(步骤405)。如果分支接收机没有被锁定在邻导频上，则不会进行切换。如果在邻导频上锁定着一个或多个分支接收机，则必须判定是否应该对这些邻导频中的一个进行切换。当一个邻导频信道具有一个锁定在其信道上的分支接收机、并且其导频强度充分地大于现用导频信道的导频强度时，将进行切换。
在最佳实施例中，搜索接收机109通过重新搜索现用导频信道及重新确定它的短期平均值Ec/Io，以重新确定现用导频的强度(步骤401)。接着，逻辑和控制电路113确定分配着分支接收机的邻导频信道中的最强的邻导频强度。在最佳实施例中，比较由分支接收机提供的邻导频的长期平均值Eo/Ic以确定那个邻导频具有最大值(步骤403)。
在导频信道探测期间对邻导频分配分支接收机以及根据长期平均值Ec/Io确定邻导频的最大邻导频强度是本发明的重要特性，因为长期平均值Ec/Ic提供导频强度的可靠测量。另一方面，可由搜索接收机对锁定着分支接收机的邻导频进行重新搜索以得到供比较的短期平均值Ec/Io，或者建立一个用短期平均值Ec/Io对邻导频强度排序的表，并把该表顶部的邻导频选为具有最大邻导频强度的邻导频。但是，这两种变通方式都不是推荐的，因为短期平均值Ec/Io不是对导频强度的可靠测量，并且在排序的情况下，邻导频的短期平均值Ec/Io(尤其是早期扫描的邻导频)在对邻集进行扫描的过程中可能会明显地变化。
在确定最大邻导频强度之后，逻辑和控制电路113判定最大邻导频强度是否大于现用导频信道的导频强度。和最大邻导频强度比较的现用导频的信号强度可能是步骤401中得到的短期平均值Ec/Io、当对现用导频分配着一个分支接收机时(图3A中所示的步骤309)的长期平均值Ec/Io或者滤波后的短期平均值Ec/Io以上三者当中的一个。通过对从搜索现用导频(例如步骤303和403中进行的搜索)得到的多次短期平均测量值Ec/Io进行滤波得到滤波后的期平均值Ec/Io。因此，经过滤波的短期平均值Ec/Io比短期平均值Ec/Io是更为可靠的对现用导频强度的测量。滤波可由逻辑和控制电路113进行。
因为长期平均值Ec/Io优于滤波后的短期平均值Ec/Io，逻辑和控制电路113判定是否向现用导频信道分配一个分支接收机(步骤411)。如果分配的话，则对最大邻导频强度和现用导频的长期平均值Ec/Io进行比较(步骤415)。如果没有分配，则最大邻导频强度和现用导频的经过滤波的短期平均值Ec/Io进行比较(步骤413)。
在最佳实施例中，最大邻导频强度必须至少比现用导频的强度大3dB。该裕度确保仅当邻导频具有明显强于现用导频的信号时才进行切换，并且还减少导频探测期间的切换次数。另外，即使存在着更强的邻导频该裕度仍优先监视现用导频。一般的技术人员可以理解该裕度可被设置为3dB以外的值。当最大邻导频强度不至少大于现用导频强度3dB时，不进行切换(步骤409)。当最大邻导频强度至少大于现用导频强度3dB时，切换到具有最大邻导频强度的邻导频信道上(步骤417)。
总之，根据本发明配置的无线通信设备所采用的方法，通过只要现用导频强度足够强时动态地调整早期检测阈值，并且还通过利用分支接收机对现用导频和邻导频得到可靠的导频信号强度测量，以一种有效和可靠的方式探测导频信号。
熟练的技术人员将会承认，在不违背本发明的范围和精神的前提下，可以对本发明的方法及设备以及对该设备的结构进行各种修改及改变。

Claims (10)

1.一种在码分多址系统中探测导频信道的方法，该方法包括诸步骤：
把早期检测阈值(EDT)置为第一值；
确定一个现用导频信道的导频强度；
判定该现用导频信道的导频强度是否小于第一阈值；
当现用导频信道的导频强度不小于第一阈值时把EDT重置为第二值；
判定在邻集中是否存在至少一个邻导频信道；以及
当存在至少一个邻导频信道时搜索至少一个邻导频信道，搜索至少一个邻导频信道的步骤包括下述诸子步骤：
在至少一个邻导频信道的特定码片偏移上进行相关运算，
确定在该特定码片偏移处的早期检测相关长度上的导频强度，
判定该早期检测相关长度的导频强度是否小于EDT，以及
当该早期检测相关长度的导频强度小于EDT时，终止在该特定码片偏移处的相关运算；
对至少一个邻导频信道分配分支接收机；
重新确定现用导频信道的导频强度；
重新确定分配有分支接收机的至少一个邻导频信道的导频强度；以及
当分配有分支接收机的至少一个邻导频信道的重新确定的导频强度大于现用导频信道的重新确定的导频强度时，切换到该至少一个的邻导频信道上。
2.权利要求的方法，其中第二值大于第一值。
3.权利要求1的方法，其中确定现用导频信道的导频强度的步骤包括确定现用导频的短期平均值Ec/Io的子步骤。
4.权利要求1的方法，其中确定特定码片偏移的早期检测相关长度上的导频强度的步骤包括确定该特定码片偏移的该早期检测相关长度上的导频的短期平均值Ec/Io的子步骤。
5.权利要求1的方法，其中向至少一个邻导频信道分配分支接收机的步骤包括诸子步骤：
判定是否存在可使用的分支接收机；以及
当存在可使用的分支接收机时，向至少一个邻导频信道分配可使用的分支接收机。
6.一种在码分多址系统中探测导频信道的方法，该方法包括诸步骤：
判定在邻集中是否存在至少一个邻导频信道；
当存在至少一个邻导频信道时，搜索该邻集中的诸邻导频信道，其中包括确定邻导频信道的导频强度的子步骤；
根据导频强度向邻导频信道分配分支接收机；
确定分配着分支接收机的邻导频信道中的最大邻导频强度；
确定现用导频信道的导频强度；
判定最大邻导频强度是否大于现用导频信道的导频强度；以及
当最大邻导频强度大于现用导频信道的导频强度时，切换到具有最大邻导频强度的邻导频信道上。
7.权利要求6的方法还包括诸步骤：
当现用导频信道的导频强度大于阈值时对现用导频信道分配一个分分接收机；以及
判定是否向现用导频信道分配分支接收机；
其中，
确定现用导频信道的导频强度的步骤包括当向现用导频信道分配分支接收机时，确定该现用导频的长期平均值Ec/Io的子步骤，
确定分配有分支接收机的邻导频信道中最大邻导频强度的步骤，包括确定最大长期平均值Ec/Io的子步骤，以及
当最大邻导频强度大于现用导频信道的导频强度时切换到具有最大邻导频强度的邻导频信道上的步骤包括当最大长期平均值Ec/Io大于现用导频信道的长期平均值Ec/Io时，切换到具有最大长期平均值Ec/Io的邻导频信道上的子步骤。
8.权利要求6的方法还包括诸步骤：
当现用导频信道的导频强度大于阈值时向现用导频信道分配一个分支接收机；以及
判定是否向现用导频信道分配分支接收机；
其中，
确定现用导频信道的导频强度的步骤包括当未对现用导频信道分配分支接收机时，确定现用导频的滤波后的短期平均值Ec/Io的子步骤，
确定分配有分支接收机的邻导频信道中最大邻导频强度的步骤包括确定最大长期平均值Ec/Io的子步骤，以及
在最大邻导频强度大于现用导频信道的导频强度时切换到具有最大邻导频强度的邻导频信道上的步骤包括，在最大长期平均值Ec/Io大于现用导频信道的滤波后的短期平均值Ec/Io时，切换到具有最大长期平均值Ec/Io的邻导频信道上的子步骤。
9.一种用于在码分多址系统探测导频信道的无线通信设备，该无线通信设备包括：
一个搜索接收机，用于搜索一个现用导频信道和多个邻导频信道并且用于确定现用导频信道以及各个邻导频信道的短期平均导频强度；
多个分支接收机，用于确定现用导频信道和邻导频信道的长期平均导频强度；以及
一个逻辑和控制电路，用于根据信道的短期平均导频强度把多个分支接收机分配给现用导频信道和邻导频信道，用于确定邻导频信道中的最大长期平均导频强度，用于判定最大长期平均导频强度是否大于现用导频信道的长期平均导频强度，和用于在最大长期平均导频强度大于现用导频信道的长期平均导频强度时，确定切换到具有最大长期平均导频强度的邻导频信道上。
10.权利要求9的无线通信设备，其中：
逻辑和控制电路判定现用导频信道的短期平均导频强度是否小于一个阈值，并且当现用导频信道的短期平均导频强度不小于该阈值时提高早期检测阈值(EDT)；以及
搜索多个邻导频信道的搜索接收机在对应于每个邻导频信道的各码片偏移处进行相关运算，在确定每个码片偏移处的早期检测相关长度上的导频强度，判定早期检测相关长度上的导频强度是否小于EDT，和当早期检测相关长度上的导频强度小于EDT时终止相关运算。
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