CN1228929C - 参数驱动控制的小区搜索装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小区搜索装置，应用于码分多址系统。该小区搜索装置，包含：一前处理装置，用于对来自基站的一进入信号作模拟数字处理与取样方式的选择，其中该进入信号因频率偏移而具有一载波频率不确定范围；一第一阶段处理装置，用于得到该进入信号的时隙同步；一第二阶段处理装置，用于得到该进入信号的码群与码框同步；一第三阶段处理装置，用于得到该进入信号的一扰码；一后处理装置，用于判定该进入信号的该小区搜索过程是否成功；以及一参数驱动控制器，用于在该进入信号的该小区搜索过程中下达各种指令，以实时使用不同的小区搜索方法。本发明的小区搜索装置能针对不同程度的频率偏移，做出实时的控制及选择较佳的装置组合与方法组合。

Description

参数驱动控制的小区搜索装置

技术领域

本发明有关于一种用于码分多址(code division multiple access，CDMA)系统的小区搜索装置，更特别有关于一种用于宽带码分多址(wideband code division multiple access，W-CDMA)系统的小区搜索装置，该装置采用一参数驱动控制器(parameter driven controller)而形成一工作平台，能使用不同小区搜索方法于其中并实时(real time)控制不同小区搜索方法的切换。

背景技术

使用一直接序列扩频码分多址(direct sequence spread spectrumcode division multiple access)技术的码分多址蜂窝式系统(cellularsystems)其特点在大幅地增加信道容量。该系统于最近的移动通讯系统研究中吸引相当的注意。一般而言，由于频率的再利用(frequencyreuse)性质，码分多址系统的频宽效率(bandwidth efficiency)比起其它多任务接取系统(如分频多任务接取与时分多址)更加优越。此外，蜂窝规划(cell planning)在码分多址系统相当简单。因此，码分多址蜂窝系统将是未来的主流。特别是第三代合作计划(Third generationpartnership project，3GPP)宽带码分多址/频分双工(W-CDMA/FDD)系统已被采用于一种用于IMT-2000第三代系统的标准之一。

在一码分多址的蜂窝式系统中，被用户装置(user equipment，UE)作为搜寻最佳蜂窝的方法被称为“小区搜索”(cell search)。快速的小区搜索非常重要，为了减少该用户装置开机延迟时间(switched-ondelay)(初始搜寻)、增加待机(standby time)(闲置状态搜寻)及在切换(handover)(动作状态搜寻，active mode search)保持良好的通讯连结品质。

见于颁给Shou等人的美国专利第6,038,250号，其标题为“初始化同步方法及直接序列型的分码多二接取中继台异步蜂窝系统的接收器”(Initial Synchronization Method And Receiver for DS-CDMAInter Base Station Asynchronous Cellular System)揭示一使用初始化同步方法于高速被搜寻的蜂窝及一接收器用于直接序列型于码分多址中继台异步蜂窝系统。一基频带接受信号被输入至一匹配滤波器且相关于一展频码，该展频码由展频码产生器提供。一信号电功率计算器计算匹配滤波器的相关输出的电功率，且输出该结果至长码同步时程决定器(long code synchronization timing determiner)、门限值计算器(threshold value calculator)及长码验证器(long code identifier)。于初始小区搜索期间，该展频码产生器输出一短码，该短码共同于每一基站的控制信道长码同步时程已被决定之后，每一组成一部分合成展频码序列的N码片的码片相继被置换与输出。

见于颁给Nystrom等人的美国专利第6,185,244号，其标题为“蜂窝搜寻于分码多工接取通讯系统”(Cell searching in a CDMAcommunications system)，揭示于小区搜索于码分多址通讯系统期间，更有效率的编码计昼需要一长码及帧时程。一个具有MQ列(M Q-ary)码元长度的码集合，其中该码元包含来自一Q短码的集合，该码集合定义至特定的特性。该被满足的初始特性为该码元无循环性飘移因而产生一有效的码元；其它的被满足的特性为于长码信息与有效的码元之间，具有一对一应称(mapping)，且该编码器将可发现出现在干扰与噪声的随机移动(因而发现帧时程)与该传输的码元(也就是，相关于长码表示信息(10ng code indication message))，具有某些程度上的精确与合理的复杂度。

见于颁给Kim等人的美国专利第6,289,007号，其标题为“一个在异步分码多任务接取移动通讯系统的获得搜寻蜂窝基地台的方法”(Method for Acquiring A Cell Site Station in Asynchronous CDMACellular Communication Systems)，揭示一群码(group code)与蜂窝码多任务传输的且被用作为一引导码(pilot code)，该引导码用于异步蜂窝分码多上接取通讯系统中的有差别的基站。使用多任务传输码，干扰由于使用两个引导码而减少。一个在异步分码多二接取移动通讯系统的获得搜寻蜂窝基站的方法包含一基站控制器、多个移动台及基站、和使用不同序列的不同基站，该搜寻蜂窝基站的方法的步骤包含(a)指定该蜂窝的群码作为基站的同相(inphase)信道的引导码(b)指定该蜂窝的群码作为基站的四分之一(quadrature)信道的引导码(c)多任务传输该同相(inphase)信道与四分之一(quadrature)信道的引导码及产生一同相与四分之一的引导码。

现请参考图1，该图将有助于了解一第三代合作计划(3GPP)宽带码分多址/分频多任务系统的帧结构(frame structure)。首先，在第三代合作计划(3GPP)的宽频分码多二接取/分频多任务系统中，小区搜索一般而言凭借三个阶段(three stages)来完成，该三阶段包含两个特别设计的同步信道(synchronization channel，SCH)及一个公共导频信道(common pilot channel，CPICH)。在第一阶段110中，初级同步信道(primary synchronization channel，PSCH)111用于时隙(slot)同步。该初级同步信道111含有初级同步码(primary synchronization code，PSC)定义为ac_p，其中“a”(＝±1)依赖于基站的多样性传送(diversitytransmission)存在与否而定。在第二阶段120中，次级同步信道(secondary synchronization channel，SSCH)121用于帧/码群(frame/code group)辨识。该次级同步信道121包含有次级同步码(secondarysynchronization code，SSCs)定义为ac_s，其中系数a等同于初级同步信道的系数。在第三阶段130中，该公共导频信道131用于下行扰码时隙(downlink scrambling code)的决定。如图所示，在10毫秒(ms)帧(radio flame)中包含了15个时隙，并且因为在该系统中使用每秒3.84百万码片(Mchips/sec)的速度。因此，每一帧中包含38400个码片，也就是每一时隙中包含2560个码片。此外，该初级同步信道与该次级同步信道长度包含256个码片且仅在该时隙边界的开端传输。

用于第三代合作计划(3GPP)的宽带码分多址/分频多任务系统的传统的小区搜索可概括地被分为两类：依序式(serial)搜寻及导管式(pipelined)搜寻。如图2所示，依序式搜寻在下一个新的搜寻开始之前，需要依序经过三个同步阶段，分别为(1)时隙同步(slotsynchronization)(2)帧同步/码群判定(frame synchronization/codegroup identification)(3)扰码判定(scrambling code identification)。为更进一步了解依序式搜寻，现请参考图2，该图1用于传统三阶段依序式(serial)小区搜索过程的简化图。为简化起见，一完整的三阶段搜寻将被称之为一个试验(trial)。在依序式小区搜索中，试验并不重叠，直到该搜寻成功为止，也就是说，在一时间内只能有一个阶段在动作，即一时间内只有一个方框(block)211、方框212与方框213在动作(此处每一方框表示某一试验的某一阶段)，因此消耗较低的功率损失，但花费更长的搜寻时间。

此外，如图3所示，导管式(pipeline)搜寻的三个阶段则分别同时进行。为详细介绍导管式搜寻，请参考图3，该图1用于传统三阶段导管式小区搜索过程法的简化图。在导管式搜寻中，不同阶段的检测同时操作，也就是说试验与试验之间重叠的。举例来说，方框311、方框321与方框331在同一个试验。明显的，在导管式搜寻中，在一个固定的时间内可以有更多可能的试验，也因此得到一个更快的搜寻。当然所付出的代价更大的功率消耗。为了加速小区搜索，因此，该导管式搜寻较广泛为人所使用。需注意对导管式搜寻而言，比起依序式小区搜索并没有额外的硬件装置需要的。举例来说，若我们假设每一阶段需要10毫秒的时间，如果该小区搜索在第K次试验成功，则每一次搜寻所需要的小区搜索时间(K+2)×10毫秒(ms)：相较之下依序式搜寻则需要K×30毫秒(ms)。

然而，一般使用于第三代合作计划宽带码分多址/分频多任务的小区搜索的先前技术中有两个基本假设。第一，在码片—匹配滤波器(chip-matched filter)输出的取样完美的(理想取样(ideal sampling))。然而，实际上，在码片-匹配滤波器输出的取样不是完美的(即非理想取样(non-ideal sampling))。第二，在发射机的码片时间对接收机已精确知道(即是没有取样频率偏移(clock offset))，也就是，该进入信号载波频率皆设定没有频率的偏移。实际上，频率偏移(frequency offset)来自于用户装置的晶体震荡器的频率不稳定，对用户装置而言，该进入信号载波频率可能会具有频率的偏移量，因此造成载波频率的不确定范围。频率偏移在基频带造成两项效应，(1)相位偏移(phase rotation)(2)取样频率偏移。其中取样频率偏移的部分，在先前技术中尚未被考虑到。在过去，由频率偏移所造成的相位偏移效应可通过一非同调组合结构(non-coherent combined structure)的初级同步码匹配滤波器(primary synchronization code matched filter)来消除。该项技术可见于Y.P.E，Wang and T.Ottosson，“Initial frequency acquisition inW-CDMA”IEEE Proc.VTC’99，V01.2，pp.1013-10 II 7，Sept.1999。

                                          表1

                  在一30毫秒的试验中在不同频率飘移所造成的码片取样点飘移

频率飘移(kHz)	取样点飘移(Tc)
				10ms	20ms	30ms
	0	0	0				0
6				0.1152	0.2304	0.3456
	8	0.1536	0.3072				0.4608
12				0.2304	0.4608	0.6912
	24	0.4608	0.9216				1.3824

该频率偏移造成的码片取样频率偏移存在于基站与用户装置之间。现请参考表1，该表显示在不同频率偏移的状况下所产生的取样点飘移(clock drift)与时间的关系，举例来说，在12kHz频率偏移的出现下，在一个30毫秒帧中取样点会有0.69倍码片时间的偏移，相当于6ppm的取样频率偏移。因此将造成错误信息及增加小区搜索时间。图4a与图4b图并非先前技术，但发明人在考虑频率偏移造成的取样点飘移效应下在初级码匹配滤波器输出的观察图。如图4a与图4b显示，由于频率偏移所造成的码片取样频率偏移效应下，信号位准降低与码片间干扰增加的结果。本发明的发明人曾提出多种新的小区搜索方法以解决该频率偏移量的状况，如第一阶段依序测试每帧随机取样、多重停留方法等小区搜索方法，以及多种新的小区搜索架构，如使用全补偿结构或是部分补偿结构下的初级同步检测装置。然而该等方法与装置各自独立而来整合，因此便有需要提出一种小区搜索装置作为一工作平台，能整合各方法与其执行的装置。此外，因为不同方法与装置的实时使用，更能有效降低系统中码片取样频率偏移效应对小区搜索特性劣化的影响，并快速完成小区搜索。

发明内容

本发明的主要目的提供一种小区搜索装置，用于码分多址系统，更特别用于宽带码分多址系统，可以使用于降低系统中高码片取样频率偏移效应对小区搜索特性劣化的影响，并快速完成小区搜索。

为达上述的主要目的，本发明提供一种小区搜索装置，应用于码分多址系统，包含：一前处理装置，用于对来自基站的一进入信号作模拟数字处理与取样方式的选择，其中该进入信号因频率偏移而具有一载波频率不确定范围：一第一阶段处理装置，连接于该前处理装置，用于得到该进入信号的时隙同步：一第二阶段处理装置，连接于该前处理装置，用于得到该进入信号的码群与帧同步；一第三阶段处理装置，连接于该前处理装置，用于得到该进入信号的一扰码；一后处理装置，连接于该前处理装置，用于判定该进入信号的该小区搜索过程是否成功；以及一参数驱动控制器(parameter driven controller)，用于在该进入信号的该小区搜索过程中下达各种指令，以实时使用不同的小区搜索方法：其中该前处理装置、该第一阶段处理装置、该第二阶段处理装置、该第三阶段处理装置与该后处理装置经过控制路径而独立地受该参数驱动控制器所控制，且该前处理装置、该第一阶段处理装置、该第二阶段处理装置、该第三阶段处理装置与该后处理装置的信息通过资料流向路径(data flow path)回馈至该参数驱动控制器。

本发明的小区搜索装置具有下列优点：

(1)本发明的小区搜索装置能有效地降低系统中频率偏移效应对小区搜索特性劣化的影响。

(2)本发明的小区搜索装置能让多样性的小区搜索方法在同一装置内兼容实现。

(3)本发明的小区搜索装置能针对不同程度的频率偏移程度以及不同设计对系统的影响，做出实时(real time)的控制，实时地选择较佳的装置组合与方法组合。

(4)本发明的小区搜索装置能提供设计者，易于发展或修正新的小区搜索方法，而不需改变该小区搜索装置，在装置的设计上极具弹性。

(5)在实际应用上，本发明的小区搜索装置能以硬件方式来实现，特别是以芯片的方式来实现，此一设计将特别有利于系统芯片(SoC)的开发。

本发明的其它特征与优点将从下文详细的描述，所附图标和所界定的申请专利范围而更为明确。

附图说明

图1显示一用于第三代合作计划(3GPP)的宽频分码多二接取/分频多任务系统的帧结构图。

图2显示一用于第三代合作计划(3GPP)宽带码分多址/分频多任务系统的传统的依序式小区搜索方法。(在此例中，每一阶段的过程时间假设为10毫秒(ms))。

图3显示一用于第三代合作计划(3GPP)宽带码分多址/分频多任务系统的传统的导管式小区搜索方法。(在此例中，每一阶段的过程时间假设为10毫秒(ms))。

图4a与图4b显示，频率偏移造成的取样点飘移效应下，信号位准降低与码片间干扰增加的结果。

图5显示根据本发明的一种参数驱动控制小区搜索的一实施例。

图6为图5的前处理装置的一实施例。

图7为图5的第一阶段处理装置的一实施例。

图8为图5的第二阶段处理装置的一实施例。

图9为图5的第三阶段处理装置的一实施例。

图10为图5的后处理装置的一实施例。

图11a显示一种分柜方法的示意图。

图11b显示一种分柜方法的示意图。

图12显示根据本发明的一种信号模型。

图13显示在频率偏移效应{EMBED Equation.DSMT4}＝24kHz下不同分柜数下的小区搜索方法的特性图(几何因子(CeometryFactor)G＝6dB)

图14显示在频率偏移效应{EMBED Equation.DSMT4}＝24kHz下，比较不同候选者数目的小区搜索方法的特性图。(几何因子(Geometry Factor)G＝6dB)

图15显示在频率偏移效应{EMBED Equation.DSMT4}＝24kHz下，比较不同停留倍数的小区搜索方法的特性图。(几何因子(GeometryFactor)G＝6dB

图16显示在频率偏移效应{EMBED Equation.DSMT4}＝24kHz下，比较不同第一阶段处理装置的小区搜索方法的特性图。

图标说明：

111初级同步信道                131公共导频信道

311、321、331方框              510前处理装置

512码片匹配滤波单元            514频率补偿单元

121次级同步信道                211、212、213方框

500小区搜索装置                511模拟数字转换单元

513补偿单元                    515取样点扰乱器

520第一阶段处理装置

522a、522b初级同步码检测器

521第一交换接口                 523第二交换接口

524a、524b循环缓冲器            525选择单元

530第二阶段处理装置             532a、532b次级同步码检测器

531、第三交换接口               533、第四交换接口

534、储存单元                   535、码元选择单元

536、译码单元                   540第三阶段处理装置

541、第五交换接口               542a，542b有源相关器

543、记数单元                   544门限检测决定单元

550、后处理装置                 551解扩单元

552、频率偏移估计单元           553、同步验证单元

560参数驱动控制器

具体实施方式

现请参考图5，图5显示根据本发明的一种参数驱动控制的小区搜索装置的一实施例。一种小区搜索装置500，主要包含：一前处理装置510；一第一阶段处理装置520；一第二阶段处理装置530；一第三阶段处理装置540；一后处理装置550；以及一参数驱动控制器(parameter driven controller)560。该前处理装置510，用于对来自基站的一进入信号作模拟数字处理与取样方式的选择，其中该进入信号因频率偏移而具有一载波频率不确定范围。该第一阶段处理装置520，连接于该前处理装置，用于得到该进入信号的时隙同步。该第二阶段处理装置530，连接于该前处理装置，用于得到该进入信号的码群与帧同步。该第三阶段处理装置540，连接于该前处理装置，用于得到该进入信号的一扰码。该后处理装置550，连接于该前处理装置，用于判定该进入信号的该小区搜索过程是否成功；以及该参数驱动控制器(parameter driven controller)560，用于在该进入信号的该小区搜索过程中下达各种指令，以实时使用不同的小区搜索方法。须注意，其中该前处理装置510、该第一阶段处理装置520、该第二阶段处理装置530、该第三阶段处理装置540与该后处理装置550经过控制路径而独立地受该参数驱动控制器560所控制。该前处理装置510、该第一阶段处理装置520、该第二阶段处理装置530、该第三阶段处理装置540与该后处理装置550的信息以数据流向路径(data flow path)回馈至该参数驱动控制器560作分析。

现请参考图6，图6为图5的前处理装置的一实施例。该前处理装置510更包含：一模拟数字转换单元511、一码片匹配滤波单元512以及一补偿单元(compensation unit)513。其中该模拟数字转换单元511，用于对一进入的模拟信号转换成数字元信号。该码片匹配滤波单元512，连接于该模拟数字转换单元511，用于匹配与检测该进入信号。以及该补偿单元513，连接于该码片匹配滤波单元512，用于补偿该进入信号的频率偏移与操作取样方式的选择。其中该补偿单元513更包含一频率补偿单元(frequency compensation unit)514，用于该进入信号的相位偏移补偿与取样频率偏移补偿；以及一取样点扰乱器(sampling point scrambler)515，用于操作该进入信号的取样方式的选择。

现请参考图7，图7为图5的第一阶段处理装置的一实施例。其中该第一阶段处理装置520更包含有一第一交换接口521、多个初级同步码检测器522a、522b、、，一第二交换接口523、多个循环缓冲器(circular buffer)524a、524b、、，以及一选择单元525。其中该第一交换接口521，具有多个交换端口，通过该参数驱动器560独立地控制，用于将来自该补偿单元的进入信号作切换以使用不同的小区搜索方法。该多个初级同步码检测器522a、522b、、，连接于该第一交换接口510，用于检测该进入信号的一初级同步码，其中该码用分辨该进入信号的时隙边界。该第二交换接口523，连接于多个初级同步码检测器522a、522b，具有多个交换端口，通过该参数驱动器560独立地控制，用于将来自该多个初级同步码检测器的进入信号作切换以使用不同的小区搜索方法。多个循环缓冲器524a、524b、、，连接于该第二交换接口523，用于储存来自该多个初级同步码检测器的检测结果并继续判断该进入信号较佳的时隙边界；以及该选择单元525，连接于该多个循环缓冲器524a、524b，用于在该进入信号中挑选出多个(N1)个可能的时隙边界作为多个(N1)候选者。

现请参考图8，图8为图5的第二阶段处理装置的一实施例。其中该第二阶段处理装置530更包含一第三交换接口531、多个次级同步码检测器532a、532b、、，一第四交换接口533、一储存单元(storageunit)534、一码元选择单元535以及一译码单元536。其中该第三交换接口531，具有多个交换端口，通过该参数驱动器560独立地控制，用于将来自该补偿单元的进入信号作切换以使用不同的小区搜索方法。该多个次级同步码检测器532a、532b、，，连接于该第三交换接口531，用于检测该进入信号的一次级同步码，其中该码用于分辨该进入信号的码群与帧。该第四交换接口533，连接于多个次级同步码检测器532a、532b，具有多个交换端口，通过该参数驱动器560独立地控制，用于将来自该多个次级同步码检测器的进入信号作切换以使用不同的小区搜索方法。该一储存单元534，连接于该第三交换接口533，用于储存来自该多个次级同步码检测器532a、532b的检测结果并继续判断该进入信号较佳的码群。该码元选择单元535，连接于该储存组件534，用于在该进入信号中挑选出多个(N2)个可能的码元作为多个(N2)码元候选者；以及该译码单元536，连接于该码元选择器535，用于将N2个码元候选者做译码以得到该进入信号的码群与帧。

现请参考图9，图9为图5有第三阶段处理装置的一实施例。其中该第三阶段处理装置540更包含：一第五交换接口541、多个有源相关器(active correlator)542a、542b、、，一记数单元543与一门限检测决定单元544。其中该第五交换接口541，具有多个交换端口，通过该参数驱动器560独立地控制，用于将来自该补偿单元的进入信号作切换以使用不同的小区搜索方法。多个有源相关器(activecorrelator)542a、542b、、，连接于该第五交换接口541，用于判定该进入信号的可能的扰码，通过在每隔多个码片就做一次判断中，该可能的扰码具有最大值。该记数单元543，连接于多个有源相关器542a、542b，用于将该多个主动相关侦测器542a、542b中最大值所相对应的扰码纪录一次，经过一个帧长度，该最大记录值所对应的扰码选定为该进入信号的扰码。该门限检测决定单元544，连接于该记数机器543，用于将该进入信号的扰码与一门限值η₀比较。

现请参考图10，图10为图5的后处理装置的一实施例。该后处理装置550包含：多个解扩单元551、一频率偏移估计单元552以及一同步验证单元(synchromzation verification unit)553，该多个解扩单元551，用于将该进入信号解扩。该频率偏移估计单元552，连接于该多个解扩单元551，用于对该进入信号作精细的频率偏移估计，以作为可靠度检测。以及该同步验证单元(synchronization verificationunit)553，连接于该频率偏移估计单元552，用于判定该扰码的帧同步。

现请参考图5，其中该小区搜索装置500更包含：一基频带信号处理装置570，连接于该前处理器510，在该小区搜索装置的各装置并未完全使用于小区搜索时，如用于该进入信号的基频带信号处理。

现请参考图5至图10，以下将说明该小区搜索装置的工作例。

第一工作例：当该系统的频率偏移量较小时，举例来说，在小于6ppm的取样频率偏移的状况下，但并不受限于此，该装置500会采用一每帧随机取样(RSPF)的小区搜索方法，根据本发明的该装置接收来自基站之一进入信号。将该进入信号通过该模拟数字转换单元511以码片速率过取样N次，且该过取样后信号表示成Y₁(k)，Y₂(k)、、、Y_N(k)。经过该码片匹配滤波单元512后，该进入信号降取样且输出该N个过取样点至该补偿单元5130需注意，在该装置500中，对不同的小区搜索方法，并不是所有的组件皆须动作。所有的组件皆由该参数驱动器560独立地控制而动作。该取样点扰乱器(sampling pointscrambler)515在该N过取样点中随机地选取一取样点，并传送该被选取的一取样点至该第一阶段处理装置520进行处理。该取样点扰乱器515也在该N过取样点中随机地选取一取样点，并传送该被选取的一取样点至该第二阶段处理装置530进行处理。该取样点扰乱器515也在该N过取样点中随机地选取一取样点，并传送该被选取的一取样点至与该第三阶段处理装置540进行处理处理。需注意的，在同一试验中，对该第一阶段处理装置520、该第二阶段处理装置530与该第三阶段处理装置540而言，其所处理的取样点独立且随机取样，因此可能相同或不同。如此的试验将一直进行，直到扰码被该同步验证过程所接受。该进入信号的取样点在进入该第一阶段处理装置520后，经过该第一交换接口521，通过该参数驱动器560的控制，切换以至该多个初级同步码检测器522a、522b的任一个，用于检测该进入信号的一初级同步码，其中该码用于分辨该进入信号的时隙边界。需注意，此时该多个初级同步码检测器522a、522b并不须同时工作。该匹配滤波器将该进入信号的码片，分为多个区段，且每一区段的输出以其绝对值合并。该进入信号经过该第二交换接口523，通过该参数驱动器560独立地控制，将来自该初级同步码检测器的进入信号作切换至多个循环缓冲器524a、524b中的一个。该循环缓冲器524a或524b 742用于储存来自该初级同步码检测器的检测结果并继续判断该进入信号较佳的时隙边界。接着该选择单元525，连接于该多个循环缓冲器524a、524b，用于在该进入信号中挑选出多个(N1)个可能的时隙边界作为多个(N1)候选。

在时隙同步后，该码群与帧同步可以在该第二阶段处理装置530中完成。该进入信号经过该第三交换接口531，通过该参数驱动器560独立地控制，切换至该多个次级同步码检测器532a、532b、、，以检测该进入信号的一次级同步码，其中该码用于分辨该进入信号的码群与帧。此时，相干的累积(the coherent accumulation)可能的通过使用来自第一阶段的该信道估计。经过该第四交换接口533，将来自该多个次级同步码检测器的进入信号切换至该储存单元534，用于储存来自该多个次级同步码检测器532a、532b的检测结果并继续判断该进入信号较佳的码群。该码元选择单元535，连接于该储存组件534，用于在该进入信号中挑选出多个(N2)个可能的码元作为多个(N2)码元候选者。在集合了15个次级同步码后，它们相关于该64无间断里德—所罗门码(comma-free Reed S010mon code，CFRS)码元，每一码字有15可能的循环移动位置，如此得到960个相关值。并经过该译码单元536，将N2个码元候选者做译码以得到该进入信号的码群与帧。

该第三阶段处理装置540判定该进入信号的一扰码。经过该第五交换接口541，该进入信号切换至多个有源相关器(activecorrelator)542a、542b，凭借选择一群中8个码的一个，其中该码群已该第二阶段处理装置530被辨识。该多个有源相关器542a、542b，每隔256码片就对该进入信号做一次判断。凭借该记数单元543对选取最大值所相对应的扰码纪录一次。经过150次纪录后(一个帧长度)，该最大得票数的值须作经过该门限检测决定单元544去决定该扰码是否正确。该最大得票数之值与一门限值η₀比较。该门限值η₀根据固定错误警报率(constant false alarm rate)来决定。如果该门限值未被超过，该试验视为失败，凭借该参数驱动器560独立地控制，一新试验在不延迟下将重新开始。如果该门限值被超过，该扰码即进入该同步验证单元553作第二次验证。该同步验证单元553验证该扰码是否被接受，其中如果该扰码通过，则试验成功，否则一新试验在一延迟时间T_P毫秒(ms)后重新开始。需注意，在该第三阶段处理装置540中，并不是所有的组件皆须动作，所有的组件皆由该参数驱动器560独立地控制而动作。

第二工作例：当该系统的频率偏移量较小时，举例来说，在小于6ppm的取样频率偏移的状况下，但并不受限于此，该装置500亦可能采用一每试验随机取样(RSPT)的小区搜索方法。该第二工作例近似第一工作例，其主要的差别在于该取样点扰乱器515由该参数驱动器560独立地控制，在该N过取样点中随机地选取一取样点，并一次同时传送该被选取的一取样点至该第一阶段处理装置520、该第二阶段处理装置530与该第三阶段处理装置540进行处理处理。其余过程近似于第一工作例。

第三工作例：当该系统的频率偏移量极小或甚至没有，此时仅考虑系统的非理想取样效应的状况。该装置500也可能采用一第一阶段依序测试(STS1)的小区搜索方法，该第三工作例近似第一及第二工作例，其主的差别在于该取样点扰乱器515由该参数驱动器560独立地控制，在该N过取样点中选取一最佳取样点，并一次同时传送该被选取的一取样点至该第一阶段处理装置520、该第二阶段处理装置530与该第三阶段处理装置540进行处理处理，其中该最佳取样点指该进入信号的取样点中具有最大取样值。其余过程近似于第一工作例。

第四工作例：当该系统的频率偏移量增大，举例来说，该频率偏移量大于6ppm的状况，但本发明并不会受限于此。该装置500的该第一阶段处理装置520、该第二阶段处理装置530与该第三阶段处理装置540也可能采用一分柜方式(multiple-bin method)，其中该分柜方式较佳用在该第一阶段处理装置5200此种分柜方法的主要观念为了减少该进入信号的载波频率的偏移量，因此能有效降低频率偏移的效应下小区搜索的不良特性。现请参照图11a，该图显示一种分柜方法的示意图。将该载波频率不确定范围分成多个小区域(cell)，每个区域中有一子载波(sub-carrier)频率；其中该子载波频率作为各阶段处理该进入信号时的参考频率，且该多个小区域称为分柜(bin)。该多个分柜以相同的间隔或不等的间隔来切分该载波频率不确定范围。如图11a所示，该多个分柜以不等的间隔来切分该载波频率不确定范围，然而较佳当该多个分柜以相同的间隔来等分该载波频率不确定范围，如图11b所示。载波频率不确定范围分成多个分柜，因此根据本发明的该装置，该第一阶段处理装置520需要该第一交换接口521、多个初级同步码检测器522a、522b、，一第二交换接口523、多个循环缓冲器(circular buffer)524a、524b、来执行需注意的是，分柜的数目小于等于该多个初级同步码检测器与多个循环缓冲器的数目。而使用到的该多个初级同步码检测器与多个循环缓冲器由该参数驱动器560独立地控制的该第一交换接口521与第二交换接口523所切换。其余第二阶段处理与第三阶段处理皆近似于前几工作例。

第五工作例：然而，在该第一阶段处理装置520中具有多个初级同步码检测器与多个循环缓冲器增加了功率的消耗与运算的复杂度，因此，以结构的观点，该装置500也在该第一阶段处理装置520执行全补偿架构(fully-compensated)或部分补偿架构(partial-compensated)。举例来说，在全补偿架构(fully-compensated)中，该补偿单元513包含的该频率补偿单元514用于该进入信号的相位偏移(phase rotationcompensation)补偿与取样频率偏移(clock offset compensation)补偿。当该进入信号因为频率偏移而有很大取样频率偏移效应时，该频率补偿单元513会决定以将该进入信号的频率不确定范围分成多个小区域(cell)，每个区域中有一子载波(sub-Garrier)频率；此时多个初级同步码检测器522a、522b、与多个循环缓冲器(circular buffer)524a、524b皆同时运作。然而，在部分补偿架构中，经过该参数驱动器560独立地控制的该第一交换接口521的切换，在多个初级同步码检测器522a、522b中，仅有一初级同步码检测器在动作。但经过该参数驱动器560独立地控制的该第二交换接口523的切换，该多个循环缓冲器(circular buffer)524a、524b配合分柜方式在运作。值得一提的是，基于分柜的数目应尽可能减少至维持正确小区搜索时所能忍受的最低效能，本装置500可同时结合数种方式以达到最佳小区搜索，举例来说，该全补偿架构或部分补偿架构的该第一阶段处理装置520，可配合第一工作例的每帧随机取样(RSPF)的小区搜索方法，也即该取样点扰乱器515在该N过取样点中随机地选取一取样点，并传送该被选取的一取样点至该第一阶段处理装置520进行处理。其余第二阶段处理与第三阶段处理皆近似于前几工作例。如此可更有效地减少分柜的数目，并有效降低系统中高码片取样频率偏移效应对小区搜索特性劣化的影响。

第六工作例：说明该装置500采用多重停留策略(multiple dwellscheme)的小区搜索能降低系统中高取样频率偏移的效应。该技术的特征在，该第一阶段处理装置520以一预选阶段处理与一决选阶段处理来执行。在该装置500的实现上，多个初级同步码检测器522a、522b选出第一批多个时隙边界作为第一批多个候选者(candidates)，该第一批多个候选者分别传送至该第一阶段处理装置520的该多个循环缓冲器524a、524b及该第二阶段处理装置530继续进行处理。该第一批多个候选者在该多个循环缓冲器524a、524b中，继续受检测以分辨较佳的候选者，以得到该进入信号的一时隙同步。在该多个循环缓冲器524a、524b处理时间结束前，由第一批多个候选者中选择第二批多个候选者进入该第二阶段处理装置530。借此该参数驱动器560的控制，该装置500可以针对多个初级同步码检测器522a、522b与该多个循环缓冲器5249、524b的处理时间做不同的设定。其余第二阶段处理与第三阶段处理皆近似于前几工作例。

第七工作例：该装置500特别采用第五工作例中全补偿架构或部分补偿架构组合使用的混合法。此例中更能清楚看出，针对不同程度的频率偏移程度，该装置500做出实时(real time)的控制，实时地选择较佳的装置组合与方法组合。该工作例中，基于功率的消耗与运算的复杂度的考虑，在小区搜索的一开始，该装置500的该第一阶段处理装置520以部分补偿架构来执行。借此该参数驱动器560的控制，该装置500可设定一段时间T1后，举例来说，T＝300毫秒，该第一阶段处理装置520经过该第一接口521的切换而转成由全补偿架构来执行。或者是，通过该参数驱动器560的控制，该装置500可设定一定目标的搜寻时间的累积密度函数，若该装置500在一段时间内T2无法达成目标，该第一阶段处理装置520经过该第一接口521的切换而转成由全补偿架构来执行，也就是第一阶段处理装置520可以使用合分补偿架构与全补偿架构的混合方法。明显地，该第七工作例中，该装置可同时配合在多重停留策略(见第六工作例)及每帧随机取样方法(见第一工作例)的执行。

通过参数驱动器560的控制，该小区搜索装置作为一工作平台，可使用不同的小区搜索方法(多重停留策略，每帧随机取样方法、每试验随机取样方法及分柜方法)、不同的结构(全补偿或部分补偿)及不同参数(延迟时间、停留时间、分柜数目等)的设定。

显而易见，本发明的小区搜索装置的实施方法并不限于以上的工作例。本发明的小区搜索装置能提供设计者，易于发展或修正新的小区搜索方法，而不需改变该小区搜索装置，在装置的设计上极具弹性。更进一步的计算机模拟使用于探讨本发明的实施例的小区搜索方法与传统方法的操作特性的比较。此处强调非理想取样效应与频率偏移的效应。所有的数值结果依据：过取样点N＝2，最大的都普勒飘移(maximum Doppler shift)185.2赫兹(相当于用户装置以100-km/hr的速度移动)，每一阶段的检测10毫秒(ms)，T_p＝250毫秒(ms)且η₀以10^-4的错误警报率(constant false alarm rate)来设定。此外，该实际信道的传输功率如下表示。首先，初级同步信道与次级同步信道具有相同的功率，且该公共导频信道与同步信道(初级同步信道+次级同步信道)的功率比值固定的。第二，该公共导频信道的功率为总传输功率的10％。换句话说，在小区搜索过程中，基站总传输功率的80％贡献在蜂窝内干扰。最后，一几何因子(geometryfactor)G＝(P_l+P_psc+P_ssc+P_pc)/P_x使用于模块化该用户装置在蜂窝中的位置。愈高的G值，表示该用户装置愈靠近该基站附近。搜寻时间的蓄积的分布函数(CDF)用来探讨不同搜寻方法的特性指针。

现请参考图12，该图显示根据本发明，在频率偏移所造成的码片取样频率偏移效应下的一种信号模型。该接收到的信号r(t)使用一基频(base-band)表示并给定为：

$r\left(t\right)=\underset{i=-\∞}{\overset{\∞}{\∑}}\left\{\right[\sqrt{p_{\mathrm{psc}}}{c}_{\mathrm{psc}}\left(i\right)+\sqrt{p_{\mathrm{ssc}}}{c}_{\mathrm{ssc}}\left(i\right)+\sqrt{p_{\mathrm{pc}}}{c}_{\mathrm{pc}}\left(i\right)]h(t-i(1+\mathrm{\ξ}){\tilde{T}}_c-\mathrm{\τ})+\sqrt{p_I}{n}_I\left(t\right)\}g\left(t\right)e^{j2\mathrm{\π}{\∫}_h\mathrm{\ξ}}+\sqrt{p_x}{n}_{x\left(t\right)}$

其中p_psc，c_psc，p_ssc，c_ssc and p_pc，c_pc分别为该初级同步信道，该次级同步信道与该公共导频信道的功率与展频码。g(t)表示雷利衰落(Rayleightfading)增益其为一复数形式，h(t)一上升余弦函数的平方根(square rootraised cosine shaping function)并具有一绕屈因子(roll-off factor)为0.22。{EMBED Equation，DSMT4}该用户装置的码片期间。τ来自传播延迟(propagation delay)且一具有在(-0.5Tc，0.5Tc)之间均匀地分布的随机变量。T_c该基站的码片期间，且{EMBED Equation.DSMT4}该基站的载波频率，{EMBED Equation.DSMT4}基站与用户装置之间的频率偏移量，ξ＝{EMBED Equation.DSMT4}/{EMBEDEquation.DSMT4}。此外，P_I与P_x分别为蜂窝内干扰(intra-cellinterference)N_I(t)与蜂窝间干扰(inter-cell interference)n_x(t)的功率，其中n₁(t)与n_x(t)为白色高斯噪声(additive white GauSSian noise)；其统计平均值为0，变异数为1。在此作为蜂窝内与蜂窝间干扰的模型。上述模型有三个观察值得在此提出。首先，为了简化，只考虑平坦的衰落信道(flat fading)，且只有有关于该小区搜索的信道才被特别表示在我们的接收信号表示式；所有其它的信道被包含在干扰项n₁(t)或n_x(t)之内了。第二，ξ表示为频率偏移的效应，τ表示为非理想取样效应，这些都是先前技术所忽略的。第三，该模型中频率偏移与非理想取样效应来自于传播延迟不确定以及频率偏移所造成的相位偏移及取样频率偏移。

图13显示在频率偏移效应{EMBED Equation.DSMT4}＝24kHz下，不同分柜数下的小区搜索方法的特性图(几何因子(GeometryFactor)G＝6dB)。该特性在该第一阶段处理采用具有多个分柜来进行处理。如图所示，当分柜数一个时，衡量小区搜索的指针，即搜寻时间的累积密度函数特性明显的劣化。当分柜数增加至3个时，搜寻时间的累积密度函数特性明显提升。分柜数增加至4个时，在即搜寻时间的累积密度函数特性并没有更好表现。因此分柜数并非越多越好，而是分柜的数目应尽可能减少至维持正确小区搜索时所能忍受的最低效能。

图14显示在频率偏移效应{EMBED Equation.DSMT4}＝24kHz下，比较不同候选者数目的小区搜索方法的特性图(几何因子(Ceometry Factor)G＝6dB)。为简化，该第一阶段处理的该决选阶段的处理时间与该第二阶段处理的处理时间设为相等，若该第一阶段处理的该决选阶段的处理时间为该预选时间的X倍，则表示为X+1多重停留数。该图在第一阶段处理时采用3个分柜，及2个多重停留数的状况下。该第一阶段处理中，在该初级同步码中，选择多个该码的时隙边界作为多个候选者，并将该多个候选送至该第二阶段处理。如图所示，10个候选者送至该第二阶段处理较佳的结果。

图15显示在频率偏移效应{EMBED Equation.DSMT4}＝24kHz下，比较不同停留倍数的小区搜索方法的特性图(几何因子(GeometryFactor)G＝6dB)。该图在该第一阶段处理、该第二阶段处理与该第三阶段处理时，配合采用每帧随机取样策略(RSPF)，且在第一阶段处理时采用5个分柜及10个候选者。如图所示，该第一阶段处理与该第二阶段处理延长为4倍的停留时间已不适用在3个分柜的状况。如前几图所示，分柜的数目应尽可能减少至维持正确小区搜索时所能忍受的最低效能。在本发明中，5个分柜与3倍停留时间的状况比较好的结果，能有效降低系统中高频率偏移效应。

图16显示在频率偏移效应{EMBED Equation.DSMT4}＝24kHz下，比较不同第一阶段处理装置的小区搜索方法的特性图。图中比较了小区搜索装置的第一阶段处理装置520使用部分补偿架构、全补偿架构以及同时使用合分补偿架构与全补偿架构的混合方法。此图中更能清楚看出，针对不同程度的频率偏移程度，该小区搜索装置做出实时(real time)的控制，实时地选择较佳的装置组合与方法组合。由图知，当用户装置远离基站时，在第一阶段处理装置采用部分补偿架构时，该小区搜索装置的操作特性不佳。通过一段时间后，该第一阶段处理装置转成由全补偿架构来执行，可以大幅提升该小区搜索装置的搜寻时间的累积密度函数。在该图中，该装置可同时配合在多重停留策略、分柜方式及每帧随机取样方法的执行。

显而易见，本发明的小区搜索装置的实施方法并不限于以上的工作例。本发明的小区搜索装置能提供设计者，易于发展或修正新的小区搜索方法，而不需改变该小区搜索装置，在装置的设计上极具弹性。

因此，根据本发明用于码分多址系统的该小区搜索方法，能在此码分多址系统有效地降低频率偏移所造成的效应及快速达到初始同步。

根据本发明用于分码多上接取系统的该小区搜索装置，能在频率偏移所造成的码片取样频率偏移效应下有效提升系统效能。根据本发明的方法与装置可用于移动装置与无线个人数字化助理(PDA)系统。

Claims (16)

1、一种小区搜索装置，应用于码分多址系统，其特征在于：包含：

一前处理装置，用于对来自基站的一进入信号作模拟数字处理与取样方式的选择，其中该进入信号因频率偏移而具有一载波频率不确定范围，该频率偏移是指基站的载波中心频率与客户端本地震荡器对应所产生的载波中心频率之间的误差值；

一第一阶段处理装置，连接于该前处理装置，用于对该前处理装置输出的信号作时隙同步的处理；

一第二阶段处理装置，连接于该前处理装置，用于对该前处理装置输出的信号作码群与帧同步的处理；

一第三阶段处理装置，连接于该前处理装置，用于对该前处理装置输出的信号作一扰码的处理；

一后处理装置，连接于该前处理装置，用于判定该前处理装置输出的信号的小区搜索过程是否成功；

一参数驱动控制器，用于在该前处理装置输出的该小区搜索过程中下达各种指令，以实时使用不同的小区搜索方法，该参数驱动控制器接收该第一阶段处理装置、该第二阶段处理装置，该第三阶段处理装置与该后处理装置反馈的信息以分别地控制该前处理装置、该第一阶段处理装置、该第二阶段处理装置、该第三阶段处理装置与该后处理装置。

2、如权利要求1所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该前处理装置还包含：

一模拟数字转换单元，用于将进入信号由模拟形式转换为数字形式；

一码片匹配滤波单元，连接于该模拟数字转换单元，用于匹配与检测该模拟数字转换单元输出的信号；

一补偿单元，连接于该码片匹配滤波单元，用于补偿该码片匹配滤波单元输出的信号的频率偏移与操作取样方式的选择。

3、如权利要求2所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该补偿单元还包含：

一频率补偿单元，用于该码片匹配滤波单元输出的信号的相位偏移补偿与取样频率偏移补偿；

一取样点扰乱器，用于操作该码片匹配滤波单元输出的信号的取样方式的选择。

4、如权利要求1所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该第一阶段处理装置包含：

一第一交换接口，具有多个交换端口，凭借该参数驱动控制器的控制，将该前处理装置输出的信号作切换；

多个初级同步码检测器，连接于该第一交换接口，用于检测该第一交换接口输出的信号的一初级同步码，其中该初级同步码用于分辨该第一交换接口输出的信号的时隙边界；

一第二交换接口，连接于多个初级同步码检测器，具有多个交换端口，凭借该参数驱动控制器的控制，用于将来自该多个初级同步码检测器输出的信号作切换；

多个循环缓冲器，连接于该第二交换接口，用于储存来自该多个初级同步码检测器的检测结果并继续判断该第二交换接口输出的信号较佳的时隙边界；

一选择单元，连接于该多个循环缓冲器，用于在该多个循环缓冲器输出的信号中挑选出多个可能的时隙边界作为多个候选者。

5、如权利要求1所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该第二阶段处理装置包含：

一第三交换接口，具有多个交换端口，凭借该参数驱动控制器的控制，将该前处理装置输出的信号作切换；

多个次级同步码检测器，连接于该第三交换接口，用于检测该第三交换接口输出的信号的次级同步码，其中该次级同步码用于分辨该第三交换接口输出信号的码群与帧；

一第四交换接口，连接于多个次级同步码检测器，具有多个交换端口，凭借该参数驱动控制器的控制，用于将来自该多个次级同步码检测器输出的信号作切换；

一储存单元，连接于该第四交换接口，用于储存来自该多个次级同步码检测器的检测结果并继续判断该第四交换接口输出的信号较佳的码群；

一码元选择单元，连接于该储存单元，用于在该储存单元输出的信号中挑选出多个可能的码元作为多个码字候选者；

一译码单元，连接于该码元选择单元，用于将该多个码元候选者做译码。

6.如权利要求1所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该第三阶段处理装置还包含：

一第五交换接口，具有多个交换端口，凭借该参数驱动控制器的控制，将该前处理装置输出的信号作切换；

多个有源相关器，连接于该第五交换接口，用于判定该第五交换接口输出的信号的可能的扰码，在每隔多个码片的一次扰码判断中，该可能的扰码具有最大值；

一记数单元，连接于多个有源相关器，用于将该多个有源相关器输出的信号的每个最大值所相对应的扰码纪录一次，经过一个帧长度，记录次数最多的最大值所对应的扰码选定为该进入信号的扰码；

一门限检测决定单元，连接于该记数单元，用于将该进入信号的扰码与一门限值η0比较。

7、如权利要求1所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该后处理装置包含：

多个解扩单元，用于将该前处理装置输出的信号解扩；

一频率偏移估计单元，连接于该多个解扩单元，用于对该多个解扩单元输出的信号作频率偏移估计，以作为该小区搜索过程的可靠度检测；

一同步验证单元，连接于该频率偏移估计单元，用于判定该扰码的帧同步。

8、如权利要求1所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该小区搜索装置还包含：

一基频带信号处理装置，连接于该前处理装置，在该小区搜索装置的各装置并未完全使用于小区搜索时，用于该前处理装置输出的信号的基频带信号处理。

9、如权利要求3所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该取样点扰乱器在该码片匹配滤波单元输出的信号中随机地选择一取样点。

10、如权利要求3所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该取样点扰乱器在该码片匹配滤波单元输出的信号中选择一最佳取样点，其中该最佳取样点在该码片匹配滤波单元输出的信号中具有最大取样值。

11、如权利要求4所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该多个初级同步码检测器的数目与该多个循环缓冲器的数目由该前处理装置输出的信号的一分柜数目来决定，其中将该前处理装置输出的信号的载波频率不确定范围分成多个小区域，每个区域中有一次要载波频率，该多个次要载波频率作为该多个次要检测器与该多个循环缓冲器的参考频率，且该多个小区域的数目称为该分柜数目。

12、如权利要求11所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该前处理装置输出的信号的载波频率不确定范围指，该进入信号的最大可能频率与最小可能频率之间的频率范围，其中该载波频率不确定范围由于用户装置的晶体震荡器的频率不稳定所造成。

13、如权利要求11所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该多个小区域以相同的间隔等分该前处理装置输出的信号的载波频率不确定范围。

14、如权利要求11所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该次要载波频率位于该多个小区域的中间。

15、如权利要求4所述的小区搜索装置，其特征在于：其中多个初级同步码检测器，在一初级同步信道中，检测的该初级同步码为一般化分级格雷序列。

16、如权利要求5所述的小区搜索装置，其特征在于：其中该译码单元以一(15，3)的无间断里德-所罗门码来进行译码以得到该进入信号的码群与帧同步。

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