CN1251418C - 在移动电话系统中同步移动无线接收机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在移动无线系统中同步移动无线接收机的方法，提供了具有第一频率的第一同步信道，该第一同步信道借助于一个信号，通过对移动无线系统的所有移动无线接收机和所有基站已知的一个代码发射，从基站到移动无线接收机的传输将该信号延迟一个未知时段，并且第一频率通过传送被置换到一个第二频率上；该方法具有以下步骤：a)相关和抽样接收的信号；b)数字滤波步骤a)中相关和抽样的信号；c)平方步骤b)中滤波的信号；d)确定在步骤c)中平方的信号的最大信号电平；e)用步骤d)中确定的最大信号电平估算未知时段；f)用已知码检测接收信号；g)将第二频率细调谐到第一频率。

Description

在移动电话系统中同步移动无线接收机的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种在移动无线系统中同步移动无线接收机的方法，以及在移动无线系统中同步移动无线接收机的装置。

背景技术

在移动无线系统中，希望“注册”到移动无线系统的一个移动无线接收机必须同步。这里所述的同步包括：获取同步信号和跟踪该信号，和可能的其它链路的信号。

在符合GSM(全球移动通信系统)标准的移动无线系统中，从每个基站单向地向移动无线接收机发射信号的所谓的广播控制信道(BCCH)被用于获取处理。在广播控制信道中广播移动接收机的重要信息，例如，关于功率控制、最小接收场强和BCCH的频率位置的信息。此外，在BCCH中还发射具有频率校正脉冲串的用于频率校正的一个频率控制信道(FCCH)，以及用于执行同步的一个同步信道(SCH)。该SCH具有所谓的借助于可以同步移动无线接收机的一个同步脉冲串。当GSM移动接收机接通时，搜索用于BCCH的所有可能的载频。然后，将频率校正脉冲串用于选择一个合适的频率，以及估算同步脉冲串，以便设置一个校正时间基准。

基于码分多址方法(CDMA)的移动无线系统，比如UMTS(通用移动通信系统)具有一个主同步信道(PSCH)，它类似于GSM系统情况中BCCH，也是从每个基站单向地发射给移动无线接收机。PSCH的频率对所有的移动无线系统的基站是相同的。移动无线接收机接通时，它首先搜索该PSCH以便执行时间和频率同步。在该处理中，移动无线接收机中PSCH的频率最初地过粗设置，通过频率校正的适当算法进行细调谐。

基站经PSCH发射的一个信号s(t)具有以下等式：

$s\left(t\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{c}_n\·g(t-n\·T_0)\·\exp (j\·{\mathrm{\ω}}_0\·t)=c(t-T_d)\·\exp (j\·{\mathrm{\ω}}_0\·t)$

其中，g(t)是一个脉冲波形函数(例如矩形波信号)，T_c是一个码片的周期，c_n是PSCH的码片，以及ω₀＝2πf₀是PSCH的载频。T_d是接收机未知的一个延迟时间，特别是，该延迟时间是由基站到移动无线接收机的传播造成的。

通常，按照频带扩频技术采用其值为+1和-1的二进制方式对码片c_n进行编码：

c＝2·b_n-1

b_n代表一系列1/0比特。其它码片字母，例如从BTO传输导出的码片字母最好是可能的。

对于PSCH，发射总共256二进制码片c_n。该码片被每个移动无线接收机和每个基站所知，并且构成了识别PSCH的唯一确定序列。

在经PSCH传输期间，例如，作为二次同步信道(SSCH)和其它临近信道的结果出现的噪声和干扰造成了信号s(t)失真。

解调的接收信号r(t)以发射信号s(t)为基础，在移动无线接收机中，该接收信号r(t)具有下列等式：

r(t)＝c(t-T_d)·exp(j·Δω·t+)+n(t)

函数n(t)代表因为噪声和干扰造成的干扰。频率Δω是移动无线接收机中的发射信号频率ω₀的偏移。对于用于解调的频率ω_d，应用下列等式：ω_d＝ω₀+Δω。

从接收信号r(t)中正确检测码片，即，同步和将解调频率ω_d精确调整到发射信号频率ω₀以便确切地同步移动无线接收机，是有问题的。为了精确调整，未知的延迟时间T_d和尽可能地接近发射频率ω₀的解调频率ω_d对于检测是必需。

发明内容

本发明的目的是规定在基于码分复用方法的移动无线系统中同步移动无线接收机的一种方法和装置，

本发明的上述目的是借助于在移动无线系统中同步移动无线接收机的一种方法，和执行该方法的一种装置实现的。

本发明的上述目的是借助于在移动无线系统中同步移动无线接收机的一种方法实现的，在该方法中提供了具有第一频率的第一同步信道，该第一同步信道借助于一个信号，通过对移动无线系统的所有移动无线接收机和所有基站已知的一个代码发射，从基站到移动无线接收机的传输将该信号延迟一个未知时段，并且第一频率通过传送被置换到一个第二频率上；该方法具有以下步骤：

a)将接收的信号分解成实数和虚数信号元素；

b)对步骤a)中通过分解获得的每个信号进行抽样；

c)数字滤波步骤b)中抽样的每个信号，以便使它与已知代码相关；

d)平方步骤c)中滤波的每个信号；

e)从步骤d)中平方的两个信号中确定最大信号电平；

f)用步骤e)中确定的最大信号电平估算未知时段；

g)用考虑了步骤f)中估算的时段的已知代码来解扩接收的信号；和

h)将第二频率细调谐到第一频率上。

该方法可有利地用于获取和跟踪，并且还可以扩展从GSM系统得知的方法。具体地说，该方法可适用于多模移动无线接收机，也就是说，该方法适用于可以在基于不同标准，例如GSM和UMTS标准的移动无线接收系统中使用的移动无线接收机。

最好是，在步骤c)中，通过数字滤波将每个信号的抽样值延迟(2k+1)个时钟周期。给定抽样值一个长延迟，将有利于非常精确地估算在从基站到移动无线接收机的传送期间对传送的一个信号延迟的未知时段。这里，最长的延迟将位于传送信号的最长的可能延迟的区段。具体地说，不同延迟的抽样值乘以2(k+1)个系数，然后求和。2(k+1)个系数最好具有(k+1)对相同系数。

在一个优选实施例中，用该信号发射的代码具有一个256码片的序列，该256码片唯一地表征第一同步信道。特别是，用一个抽样率抽样接收的信号，其中每代码码片取两个抽样值。

本发明还涉及一种在一个移动无线系统中同步移动无线接收机的装置，其中提供了第一同步信道，该第一同步信道借助于一个信号，通过对移动无线系统的所有移动无线接收机和所有基站已知的一个代码发射，在移动无线接收机中提供了用于接收的信号的实数部分和虚数部分的输入信号处理单元，所述的实数和虚数部分有实数和虚数信号元素并且生成将馈送到串接的延迟电路的抽样值，用于使实数和虚数信号元素与已知代码相关，每个延迟电路的输入信号和输出信号在所有情况下分别馈送给一个乘法器，该乘法器将馈送给它的信号乘以一个系数，乘法器的输出信号被馈送给第一加法器，第一加法器连接下游的平方元件，以及平方元件的输出信号被馈送给第二加法器。

输入信号处理器最好包括一个模拟低通滤波器，并且连接下游的一个抽样器和一个存储抽样值的存储器。

最好提供(k+1)个不同的系数。具体地说，提供2(k+1)个乘法器，两个乘法器在所有情况下将馈送给它们的信号乘以(k+1)个不同系数之一。特别是在这里，在所有情况下，两个乘法器将一个延迟电路的输入信号或输出信号乘以(k+1)个不同系数的一个。

附图说明

此外，本发明的优点和应用可能性将会从下面的结合附图对示范性实施例的说明中得到，其中：

图1示出了实现本发明的方法的装置的一个示范性实施例。

具体实施方式

图1所示的装置代表一个不相干的数字滤波器，它确定由传送造成未知的延迟Td。不相干滤波器具有以下传送函数：

h(t)＝c^*(k·T_c-t)

其中，0≤t≤K·T_c

这里，K相当于在滤波的数字滤波器中使用的系数的数量。

为了确定延迟T_d，移动无线接收机中合成的接收信号首先被分成实数部分1和虚数部分2。实数部分1和虚数部分2随后由相应的相同输入信号处理器并行地处理。

实数部分1和虚数部分2每一个被分别馈送到模拟低通滤波器4和5。

分别连接低通滤波器4和5的下游，在所有情况下，分别是抽样器6和7，它们用抽样率T_s分别对低通滤波器4和5的输出信号抽样。这里，将T_c＝2T_s选作抽样率，即，接收信号的每个码片周期取两个抽样值。这样，每个码片由两个抽样值表征。对于要实现更精确结果的方法，每个码片可以取两个以上的抽样值，但随后的处理该抽样值的消耗将增加。在所有情况下，存储器8和9被分别安排到抽样器6和7的下游。

下面，分别用Re_k和Im_k代表被低通滤波和抽样的实数部分和虚数部分。这里，下标k代表抽样值。

然后，将每个抽样值延迟(2k+1)时钟周期，并且乘以滤波器的k个系数的每个系数。然后对相乘的结果求和、平方并馈送到检测最长输出信号的估算电路。然后，将最长输出信号馈送给频率细调谐器，该频率细调谐器将用于解调器的频率细调谐到传送信号频率上。然后将抽样值Re_k和Im_k馈送给一个延迟电路，该延迟电路具有多个串联连接的延迟元件80、81、82、83到84和90、91、92、93到94。在这里，每个串联支路具有2k+1个延迟元件。

各延迟元件的输入信号被并行地分别馈送给乘法器100和110、101和111、102和112、103和113、104和114，这些乘法器分别是2k+1个延迟元件80、81、83、84和90、91、93、94的每个输入的下游。此外，最后的延迟元件84和94的输出信号分别馈送给乘法器105和115。在这种方式中，存在2k+2个乘法器每个滤波系数两个乘法器，在所有情况中，两个乘法器100和101、110和111至104和105、114和115分别用滤波器的同一系数c₀至c_k乘以一个抽样值-由一个时钟周期延迟的这些抽样值的一个抽样值。

乘法器100至105以及110至115的输出信号被分别馈送给第一加法器12和13。

分别将加法器12和13的输出信号平方的平方元件14和15分别连接第一加法器12和13的下游。

平方元件14的输出信号和平方元件15的输出信号被馈送给第二加法器16。

第二加法器16的输出信号3与接收信号的已滤波的抽样值的序列相对应，该输出信号3被馈送给估算电路，以确定每个序列的最强信号。

输出信号3具有下列包络：

y(t)＝r(t)*h(t)。

对于时间变量t，应用以下值：

t＝0，T_s，2T_s，…。

最强的输出信号出现在最接近的未知延迟时间T_d的延迟时间期间。这样，可以在估算电路中容易地确定未知延迟时间T_d。

由于给出了未知延迟时间T_d的知识，因此可以解扩和处理接收信号r(t)，将解调频率ω_d细调谐到传送信号频率ω₀上。

解扩信号e(t)具有以下包络：

e(t)＝r(t+T_d·c^*(t)

＝(c(t)·exp(j·(t+T_d)+))+n(t+T_d))·c^*(t)

＝|c(t)|²·exp(j·(Δω·t+ω₀))+n(t+T_d)·c^*(t)

＝|c(t)|₂·exp(j·(Δω·t+ω_o))+n¹(t)

用抽样率T_s对解扩信号e(t)抽样之后，得到以下序列：

e_n＝A_n·exp(j·(n·Δω·T_s+₀))+n_n

如果插入Δω＝2πf`和T_b＝N T_s，则可以获得用于该序列的下式：

使用频率校正的算法可以容易地进一步处理该序列，以便确定频率偏移f｀。

Claims (13)

1、一种在移动无线系统中同步移动无线接收机的方法，所述移动无线系统提供了具有第一频率的第一同步信道，通过该第一同步信道，将移动无线系统的所有移动无线接收机和所有基站已知的一个代码借助于一个信号发射，从基站到移动无线接收机的传输将该信号延迟一个未知时段，并且第一频率通过传送被置换到第二频率上；该方法具有以下步骤：

a)将接收的信号分解成实数和虚数信号元素；

b)对步骤a)中通过分解获得的每个信号进行抽样；

c)数字滤波在步骤b)中抽样的每个信号，以便使它与已知代码相关；

d)平方在步骤c)中滤波的每个信号；

e)从步骤d)中平方的两个信号中确定最大信号电平；

f)用步骤e)中确定的最大信号电平估算未知时段；

g)用考虑了步骤f)中估算的时段的已知代码，解扩接收的信号；和h)将第二频率细调谐到第一频率上。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，通过数字滤波将每个信号的抽样值延迟2k+1个时钟周期。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，不同延迟的抽样值被乘以2k+2个系数(100-105，110-115)，然后求和。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于2k+2个系数(100-105，110-115)具有k+1对相同系数((100，101)-(104，105)，(110，111)-(114，115))。

5、根据前述权利要求之一项所述的方法，其特征在于，用信号发射的代码具有一个256码片的序列，该256码片唯一地表征第一同步信道。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用一个抽样率(T_s)抽样通过分解获得的每个信号，其中每代码码片取两个抽样值。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤g)和步骤f)之间执行以下步骤：

根据解扩的接收信号确定在所述第一频率和所述第二频率之间的频率偏移

8、一种在一个移动无线系统中同步移动无线接收机的装置，其中提供了第一同步信道，通过该第一同步信道借助于一个信号，对移动无线系统的所有移动无线接收机和所有基站已知的一个代码发射，在移动无线接收机中提供了用于接收的信号的实数部分和虚数部分的输入信号处理单元(E1，E2)，所述的实数和虚数部分有实数和虚数信号元素(1，2)并且生成将馈送到串接的延迟电路(80-84，90-94)的抽样值，用于使实数和虚数信号元素与已知代码相关，每个延迟电路的输入信号和输出信号分别馈送给一个乘法器(100-105，110-115)，该乘法器用一个系数乘所供应的信号，乘法器的输出信号被馈送给第一加法器(12，13)，第一加法器连接下游的平方元件(14，15)，以及平方元件(14，15)的输出信号被馈送给第二加法器(3)。

9、根据权利要求7所述的装置，其特征在于输入信号处理单元(E1，E2)具有一个模拟低通滤波器(4，5)，一个抽样器(6，7)和一个存储器(8，9)。

10、根据权利要去7或8所述的装置，其特征在于提供了k+1个不同的系数c₀-c_k。

11、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，设置2k+2个乘法器，在所有情况下，两个乘法器将馈送给它们的信号乘以k+1个不同系数(c₀-c_k)之一，所述两个乘法器是由不同路径的乘法器形成的。

12、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，在所有情况下，两个乘法器((100，101)-(104，105)，(110，111)-(114，115))将延迟电路(80-84，90-94)之一个延迟电路的输入信号或输出信号乘以k+1个不同系数c₀至c_k的一个，所述两个乘法器是由相同路径的乘法器形成的。

13、一种在移动无线系统中同步移动无线码分多址接收机的方法，所述移动无线系统提供了用于所述移动无线系统中的时间同步且具有第一频率的第一同步信道，通过该第一同步信道，将移动无线系统的所有移动无线接收机和所有基站已知的一个代码借助于一个信号发射，从基站到移动无线接收机的传输将该信号延迟一个未知时段，并且第一频率通过传送被置换到第二频率上；该方法具有以下步骤：

通过对接收的信号进行不相干滤波估算未知的时段；

用考虑了估算的时段的已知代码，解扩接收的信号；

根据解扩的信号确定在所述第一频率和所述第二频率之间的频率偏移；以及

将所述第二频率细调谐到所述第一频率上。