CN1185810C - 帧同步和编码组检测的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及帧同步和编码组检测或编码数量检测装置，该装置对于异步IMT-2000系统的初始小区搜索是有用的，为此，本发明公开了帧同步和编码组检测或编码数量检测的方法，其包括步骤：在系统启动时进行时隙同步，其中系统通过使用至少两个定时相反不同的解扩器获得时间偏移；根据时隙定时的指定位置检测能量和时间偏移；通过使用所检测的能量和信息检测帧同步和编码组/编码数量。

Description

帧同步和编码组检测的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种可应用于3GPP(全球合作项目)异步国际移动无线电通讯(IMT)-2000系统中的用于帧同步和编码组或编码数量检测的装置和方法，尤其涉及一种用跟踪功能进行帧同步和编码组或编码数量检测、以将通常由终端接收信号和基站内部产生的信号之间的频率偏移所导致的劣化减小到最低程度的装置和方法。

背景技术

首先说明帧同步和编码组或编码数量检测装置在相关技术中的典型使用。

图1是说明传统的帧同步和编码组或编码数量检测过程的框图；

如图中所述，该装置包扩一个当时解扩器10，用于通过获得在时隙同步后指定为一个采样点的时隙定时的位置，来对接收输入进行解扩；能量存储器11，用于存放从当时解扩器输出的能量；帧同步和编码组检测器12，通过使用存储器的输出值检测帧同步和编码组；编码数量检测器13，用帧同步和编码组检测器12的输出值检测编码数量。

当时解扩器进一步包括由乘法器10a和积分器10b组成的对接收信号进行运算的积分转储电路；在积分转储值上执行快速哈达玛(hadamard)变换的快速哈达玛变换器(FHT)10c；获得解扩能量的平方器10d。

现在参考图2对传统的帧同步和编码组或编码数量检测装置的操作进行说明。

首先，在系统启动时启动时隙同步，即步骤20。

一旦时隙被同步，当时解扩器10对所接收的具有作为采样点的指定时隙定时位置的输入进行解扩，并将接收的输入信号输出到能量存储器。帧同步和编码组检测器12用能量存储器的输出值给编码数量检测器13输出帧同步和编码组的信息，即步骤21，在这个过程中检测适合的编码数量，即步骤22。

但是很不幸，在一般可操作过程中，由于为了改变采样位置而减少提取的能量，造成了频率的最初偏移，经常使原有的异步IMT-2000系统劣化。

一般在初始小区搜索过程期间，终端和基站在对应于2GHz带宽中6KHz的频率偏移是3PPM(3 Parts Per Million，百万分之3)。但是，如果将多普勒效应考虑进去，则任何接近7KHz的频率都将去掉。

在这种情况下，即使有一帧(10msec)的变化，本地时钟(内部产生的信号)大约超前或滞后接收信号Tc/8，这就意味着当通过四帧后脉冲本地时钟将偏移+1/2，因而同步失败(参考图3)。

为了便于理解，以下举例说明。

图3说明在帧同步和编码组检测器中根据对应于接收信号的内部产生信号的定时差检测能量的状态。

在图中，Y轴表示解扩器获得的能量值，X轴表示接收信号和内部产生信号之间的定时差。

由于内部产生的同步码是在数字域产生的，因此将能量分布指示为±Tc/2。

图3中的A点说明当接收信号和内部产生信号一致时特别检测到最大能量的情况。可以看到，与A点的定时差较大时检测到的能量降低，最后达到“0”。

当内部产生信号的定时为接收信号定时的±1/2码片时产生得到“0”的点，并且相应的能量分布为对称形状，如图3所示。

如图3所示，如果时隙同步电路的输入信号采样在图3A点开始，计算一帧，并且7KHz频率的偏移在同一方向产生，则频率偏移造成的内部产生定时(图3中的B点)和接收信号差Tc/8。

这说明B点的能量比A点的能量减少很多。同样，如果帧同步和编码数量检测器从B点开始计算一帧，则内部产生的定时到达C点。当再操作一次编码数量检测器时，定时的位置变化到D点，此处和初始的定时差达到3Tc/8之多。在这种情况下，由于能量可被降低至另一种噪声的形式，对从噪声环境获得的C点能量的识别就变得相当困难。

同时，由于初始小区搜索器计算2或3帧，尽管或许能在最后的帧偏移上开始时隙同步，后一级(帧同步和编码组或编码数量的检测)的同步可能会失败。

为解决上述问题，需要开发一种新的装置，用于在小区搜索器的中间操作中跟踪粗略的频率或得到定时偏移。

发明内容

因此，本发明的目的是利用频率偏移时由能量减少而起作用的码分多址解调的优势，提供具有频率跟踪能力的帧同步和编码组或编码数量检测的装置和方法。

本发明的另一个目的是提供具有频率跟踪能力的帧同步和编码组或编码数量检测的装置和方法，以使由于终端和基站之间的频率偏移造成的初始同步劣化的降低减到最小。

为实现上述目的，提供一种用于帧同步和编码组检测的装置，其特征在于包括：

准时解扩器，通过取时隙同步后指定为采样点的时隙定时位置，来对接收输入进行解扩；

超前时间和滞后时间解扩器，对与准时解扩器的采样点相比超前或滞后的采样点进行解扩；

转换检测器，用解扩器输出的解扩信号的能量来检测时间偏移；

转换历史存储器，和转换检测器连接，存储输出的转换值，该转换值作为根据解扩器输出的解扩信号的能量检测时间偏移的结果；

复用器，根据转换检测器的输出，选择准时、超前时间、滞后时间解扩器的输出值中的一个；

能量存储器，存放复用器的输出值；以及

帧同步和编码组检测器，分别用能量存储器和转换历史存储器的输出值检测帧同步和编码组。

本发明的另一个方面是提供具有初始小区搜索操作的异步移动通讯系统的同步和编码组检测方法，其特征在于包括步骤：

在系统启动时进行时隙同步；

根据时隙定时的指定位置检测能量和时间偏移；以及

用能量存储器和转换历史存储器的输出值检测帧同步和编码组，

其中，检测时间偏移的步骤进一步包括子步骤：

通过时隙同步，取时隙定时的指定位置作为准时采样点；

进行超前解扩，以取比准时采样点超前的采样点；

进行滞后解扩，以取比准时采样点滞后的采样点；

通过比较各解扩器的输出能量控制复用器选择能量；

通过比较各解扩器的输出能量，经时间偏移检测来存储转换值；

存储复用器输出的能量。

因此，本发明利用跟踪方案，非常有利于防止任何小区搜索器由根据接收信号和内部产生信号之间的频率偏移导致的定时变化(定时偏移)所经常引起的劣化。从而现在能够使初始小区搜索器和基站执行更精确、更快的正向同步。

附图说明

本发明的上述和其它目的及特性，在下面结合附图的说明及附加权利要求中将变得非常明了。应该了解的是这些附图仅仅说明本发明的典型实施例，因此不应被认为是对本发明的范围限定。通过使用附图将更详细、具体地说明本发明。其中：

图1是说明相关技术的帧同步和编码组检测装置的框图；

图2是说明在相关技术中的用于异步码分多址系统中正向同步的初始小区搜索的流程图；

图3用图表说明相关技术和本发明的根据相对于从帧同步和编码组检测装置接收信号产生的内部定时差所检测到的能量值的状态；

图4是说明根据本发明的帧同步和编码组检测装置的框图；

图5是说明普通异步码分多址系统正向同步初始小区搜索的流程图；

图6是说明异步码分多址系统前向帧同步和编码组或编码数量检测的流程图。

具体实施方式

参考附图将详细说明根据本发明的具有定时偏移/频率跟踪能力的帧同步和编码组或编码数量检测装置的结构。在下列的说明中，即使在不同的附图中相同的组成部分也使用相同的附图参考标号。说明中定义的内容只提供用来帮助对本发明的全面理解。因此显而易见，不用那些定义的内容也能够执行本发明。另外，对众所周知的功能和结构不作详细说明，因为这样是不必要地使本发明模糊。

首先，图4是说明根据本发明的帧同步和编码组或编码数量检测装置的框图。

如图4所示，该装置包括：当时解扩器100，通过取时隙同步之后指定作为采样点的时隙定时位置，来解扩接收的输入；超前时间解扩器200和滞后时间解扩器300，对超前时间解扩器的采样点或者滞后时间解扩器的采样点进行解扩；转换检测器114，用解扩器输出的解扩信号的能量检测定时偏移；转换历史存储器115，和转换检测器连接，用于存放根据从解扩器输出的解扩信号的能量检测定时偏移结果的输出转换值；复用器(MUX)111，根据转换检测器的输出，从当前滞后或超前时间解扩器的输出值中选择一个输出；能量存储器112，存放复用器的输出值；帧同步和编码组检测器113，分别用能量存储器和转换历史存储器的输出值检测帧同步和编码组；编码数量检测器116，分别用转换历史存储器及帧同步和编码组检测器的输出值检测编码的数量；以及，同步码发生器110，通过在终端产生用于解扩(解调)的同步码给各解扩器授权(authorizing)本地信号。

每一个解扩器，即超前时间解扩器、当时解扩器以及滞后时间解扩器包括装置1，用于获取有关在超前、当时和滞后时间接收信号的接收信号；积分转储电路包括乘法器2和积分器3，用于计算同步码发生器110的输出和装置1的输出，同步码发生器110产生内部产生信号(本机信号)；快速哈达玛转换器(FHT)4，在积分转储值上执行快速哈达玛转换，以获得解扩能量值。

根据本发明的3GPP(全球合作项目)异步国际移动无线电通讯(IMT)-2000系统的正向连接中的初始小区搜索操作包括三个步骤，将同步信道的特性并入考虑范围。

例如，图5是说明关于异步码分多址IMT-2000系统的正向同步初始小区搜索的流程图。

如流程图所示，第一步包括使用初级同步码时隙同步，即步骤40，第二步包括用时隙同步进行的帧同步和编码组检测，即步骤41。

这里更适宜使用的信道是次级同步信道。

最后第三步包括用从第一步和第二步中获得的帧同步和编码组检测编码数量，并确认编码的数量，即步骤42。

但是不幸的是，由于接收信号定时和内部产生信号定时之间的差值，使初始小区搜索程序包括的上述三步经常产生频率偏移。为解决这个问题，本发明另外提供三个解扩器以防止任何的同步失败，从而把从转换检测获得的具体定时偏移信息提供给帧同步和编码组或编码数量检测装置。

换言之，在系统启动时，启动时隙同步，即步骤40。

一旦时隙同步，各解扩器100、200和300通过取时隙定时的指定位置作为采样点对接收的输入进行解扩，并将解扩的接收输入输出给转换检测器114和MUX 11。

能量存储器112存储按照转换检测器的输出所选择的解扩器的能量。而转换历史存储器通知哪个解扩器产生能量，该能量已经从能量存储器输出并提供给帧同步和编码组检测器。

以这种方式，通过转换值求和(即+、-等)获得的定时偏移，被施加于解扩器的定时，其已经用于帧同步，然后编码检测器检测编码的数量。

用于检测帧同步和编码组的帧同步和编码组检测器113根据能量存储器112和转换历史存储器的输出值，通过转换检测得到帧同步、编码组以及定时偏移的信息，并将该信息输出到编码数量检测器116，即步骤41。然后为检测编码数量，相对于接收信号而内部产生的定时被超前、滞后或维持现状，即步骤42。

图6是说明异步码分多址系统正向帧同步以及编码组或编码数量检测的过程。

首先，以下说明本发明的全部操作。

如上所述，本发明克服了在传统帧同步和编码组或编码数量检测装置中观察到的具体问题，这些问题包括由于接收信号定时和内部产生信号定时之间的差而引起的劣化，以及自身同步的失败。如图4所示，本发明与传统装置不同的是包括三个解扩器。

假设时隙同步后指定时隙定时的位置是B点(参考图3)，帧同步和编码组检测器恰好在图3的B点启动。

然后如图4中所说明，当时解扩器100按照码片来接收在采样点的采样，并对所接收的输入进行解扩。

另外，滞后时间解扩器200用比当时解扩器滞后一些的采样将接收的输入按ΔT解扩，同样，超前时间解扩器300用比当时解扩器超前一些的采样将接收的输入按ΔT解扩。

在这一点上ΔT要比Tc/4小一些，给定ΔT为Tc/8、超前时间解扩的能量达到点A、滞后时间解扩的能量达到点C(见图3)。

比较图3中的三点A、B、C，显然当前标准定时的B点(采样点)慢于接收信号，因此，应该用由时隙同步结果获得的点A的能量(而不是点B的能量)进行帧同步和编码组检测。

简单地说，图3中关于对称性和标准定时的相等定时差，即，超前ΔT的时间能量和滞后时间能量之间的关系满足：

[(超前时间能量-滞后时间能量)]＞(准时能量)/α(1)

[(超前时间能量-滞后时间能量)]＜-(准时能量)/α(2)

在情况(1)中，当前的标准定时慢于接收信号的定时。

另一方面，在情况(2)中的超前ΔT时间的定时能量和滞后能量之间的关系是当前的标准定时快于接收信号的定时。

以这种方式，可用当前的标准定时-(超前量)、+(滞后量)，或维持同样多的时间偏移或者定时差，以检测帧同步和编码组或编码数量。

图4中所示的转换检测器114是使用上述能量特性的装置。

转换检测器114在帧同步和编码组检测器中选择三个解扩器中的一个，另外，转换检测器114具有下述功能：

1)如果[(超前时间能量-滞后时间能量)]＞(准时能量)/α，转换检测器114控制复用器111使存放在能量存储器112中的值成为超前时间解扩能量；

2)如果[(超前时间能量-滞后时间能量)]＜-(准时能量)/α，转换检测器114控制复用器111使存放在能量存储器112中的值成为滞后时间解扩能量；和

3)对于上述以外的情况，转换检测器114控制复用器111使存放在能量存储器112中的值成为准时解扩能量。

此处将标准值设定为(准时能量)/α，以防止转换检测器114由于接收信号和噪声的混合引起转换检测器114的衰变。而“α”可按照能够顺应(超前时间能量-滞后时间能量)中的变化的方法来指定。

一旦将所有的基本能量存入能量存储器112，帧同步和编码组检测器113确定帧同步和编码组。

保存的“基本能量”或能量数量根据实际用于帧和编码组检测的配置而变化。

更具体地说，有“硬判决”方法和“软判决”方法。由于软判决方法更可取，所以将根据该方法解释本发明。

图4中所示的FHT共产生16个相关信号，即，各解扩器产生16个解扩能量。复用器111选择从三个解扩器输出的能量(来自各解扩器的16个解扩能量)，并根据比较结果将单独的能量存入转换检测器中。

因此，每次存入能量存储器112和转换历史存储器的能量数和转换值是16。例如，如果对N时隙执行帧同步和编码组检测过程，则存储的能量和转换历史的总数将分别是(16*N)。

假定超前解扩器FHT输出能量是E0、E1、E2……E15，当时解扩器FHT输出能量是O0、O1、O2……O15，滞后时间解扩器FHT输出能量是L0、L1、L2……L15。

转换检测器114首先比较能量E0、O0和L0，如果结果是能量E0最大，则复用器111将E0存入能量存储器112，且转换历史存储器记录这个标指为0的超前量(-)，然后按照同样的方法再对EI、O1和L1进行比较。

该方法直至使用到E15、O15和L15。实际上，同样可以用完全一样的方法进行下一次跟踪。

帧同步和编码组检测器在跟踪数量期间运行，并根据相应频率偏移至时间偏移的大小和方向，将标准定时移动Tc/8。

由于本发明使用和传统的帧同步和编码组检测同样的方法，故此处不提供该方法的详细说明。

同时，根据初始小区搜索的第三步，即步骤42，定时变化信息会被送到编码数量检测器。

转换历史存储器115是定时变化信息合适的传送器。随后，这个信息和跟随帧同步及编码组检测器最后操作的帧同步及编码组的其他信息一起存入编码数量检测器，从而激活编码组检测器的操作。

转换历史存储器115根据FHT能量接收转换检测器114的每一个输出，并记录从标准起点到最后结果点有多少转换存在，然后转换历史存储器115根据帧同步和编码组检测方法将各能量的转换值求和，并将此处获得定时值(+，-或维持)提供给编码检测器，定时值在这里用于编码检测过程。

简言之，存放在转换历史存储器中的单独转换值输出给能量存储器，并且在这种情况下可知哪个产生能量的解扩器被用于帧同步和编码组检测器。另外，转换值的和用作基本信息，以找出如何应用包括在帧同步和编码检测器中能量所花费定时的时间偏移。

下面说明图6中所示的过程。

首先，使用主扰频码进行时隙同步，即步骤61。

然后，通过取时隙定时的作为准时采样点的时隙定时指定位置，当时解扩器解扩(解调)接收的输入，即步骤62。

同样，通过取时隙定时的作为超前(滞后)时间采样点的时隙定时指定位置，超前(滞后)时间解扩器解扩接收的输入，超前(滞后)时间采样点实际上超前(滞后)于准时采样点，即步骤63和步骤64。

用从各个解扩器输出的解扩信号的能量差，转换检测器114根据当前标准定时和接收信号的定时检测时间偏移，此偏移以后存放在转换历史存储器115中，即步骤65。

转换检测器对从各个解扩器输出的能量进行比较，并控制复用器选择解扩能量的一个输出，而且将所选择的能量存入能量存储器112，即步骤66。

同时，通过使用能量存储器输出的能量和历史存储器输出的能量实现帧同步和编码组的检测。然后，将与用于帧同步和编码组检测的能量相应的转换历史值求和，并且，将得到的时间偏移(例如+，-)用于检测合适的编码数量。

尽管结合各种实施例对本发明作了说明，但它们都只是说明性的。本领域的技术人员可以在上述详细说明内容的基础上加以各种替代和变化。因此，所有落于权利要求或其等同的范围内的变更和修改将被所附加的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种用于帧同步和编码组检测的装置，其特征在于包括：

准时解扩器，通过取时隙同步后指定为采样点的时隙定时位置，来对接收输入进行解扩；

超前时间和滞后时间解扩器，对与准时解扩器的采样点相比超前或滞后的采样点进行解扩；

转换检测器，用解扩器输出的解扩信号的能量来检测时间偏移；

转换历史存储器，和转换检测器连接，存储输出的转换值，该转换值作为根据解扩器输出的解扩信号的能量检测时间偏移的结果；

复用器，根据转换检测器的输出，选择准时、超前时间、滞后时间解扩器的输出值中的一个；

能量存储器，存放复用器的输出值；以及

帧同步和编码组检测器，分别用能量存储器和转换历史存储器的输出值检测帧同步和编码组。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括编码数量检测器，分别用转换历史存储器的输出值和帧同步和编码组检测器的输出值检测编码的数量。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括同步码发生器，其通过在终端产生同步码，给各解扩器鉴权信号以进行解扩。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当超前时间能量减滞后时间能量大于准时能量与α的比值时，转换检测器控制复用器选择超前时间解扩能量；将α设计为与超前时间能量减滞后时间能量的值的变化相对应。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当超前时间能量减滞后时间能量小于准时能量与α的比值时，转换检测器控制复用器选择滞后时间解扩能量；将α设计为与超前时间能量减滞后时间能量的值的变化相对应。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，准时能量与α的比值是一个标准值，用于防止由噪声和接收信号混合引起的转换检测器的劣化。

7.一种具有初始小区搜索操作的异步移动通讯系统的同步和编码组检测方法，其特征在于包括步骤：

在系统启动时进行时隙同步；

根据时隙定时的指定位置检测能量和时间偏移；以及

用能量存储器和转换历史存储器的输出值检测帧同步和编码组，

其中，检测时间偏移的步骤进一步包括子步骤：

通过时隙同步，取时隙定时的指定位置作为准时采样点；

进行超前解扩，以取比准时采样点超前的采样点；

进行滞后解扩，以取比准时采样点滞后的采样点；

通过比较各解扩器的输出能量控制复用器选择能量；

通过比较各解扩器的输出能量，经时间偏移检测来存储转换值；

存储复用器输出的能量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过使用经时间偏移检测的转换值和所存储的复用器输出值，进行帧的同步和编码组的检测。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过使用转换历史存储器的输出值以及帧同步和编码组检测器的输出值，来实现编码数量检测。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过比较各解扩器输出的能量，控制复用器选择能量的步骤包括：

(a)当超前时间能量减滞后时间能量大于准时能量与α的比值时，转换检测器控制复用器选择超前时间解扩能量，从而将超前时间解扩能量存入能量存储器；

(b)当超前时间能量减滞后时间能量小于准时能量与α的比值时，转换检测器控制复用器选择滞后时间解扩能量，从而将滞后时间解扩能量存入能量存储器；和

(c)如果超前时间能量减滞后时间能量既不满足情况(a)、也不满足情况(b)，则转换检测器控制复用器选择准时解扩能量，从而将准时解扩能量存入能量存储器。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在通过比较各解扩器输出的能量、经检测时间偏移而存储转换值的步骤中，当超前时间能量减滞后时间能量大于准时能量与α的比值时，即当前标准定时慢于接收信号的定时，则当前标准定时变化为接收信号的定时，使当前标准定时为超前解扩能量的定时，并将所变化的值存储为转换值。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在通过比较各解扩器输出的能量、经检测时间偏移的存储转换值的步骤中，当超前时间能量减滞后时间能量小于准时能量与α的比值时，即当前标准定时快于接收信号的定时，则当前标准定时变化为接收信号的定时，使当前标准定时为滞后解扩能量的定时，并将所变化的值存储为转换值。

13.根据权利要求8或11或12所述的方法，其特征在于，在通过使用经时间偏移检测的转换值和所存储的多路复用的输出值检测帧同步和编码组的步骤中，转换值是表明解扩器产生用于帧同步和编码组检测的能量的信息。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在通过使用经时间偏移检测的转换值和帧同步和编码组检测器的输出值检测编码数量的步骤中，该转换值是通过对各种情况转换值求和得到的滞后、超前定时信息。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，编码数量检测器通过使用将与用于帧同步和编码组检测器的能量相对应的转换值求和得到的滞后、超前定时信息，来检测编码数量，该转换值存放在转换历史存储器中。

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