CN1430831A - 用于使接收机与发射机同步的方法 - Google Patents
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Abstract
由发射机向接收机发送一个带有多个第二同步信号的第一同步信号,该第二同步信号是从被划分为代码组的一组第二同步信号中获取的,其中,通过一个代码组来确定所述与第一同步信号一起发送的多个第二同步信号,其中,把所述的代码组分群为可用的和至少一个未用的代码组,以及其中,把所述的第二同步信号组如此地划分为多个代码组,使得所述通过可用代码组确定的第二同步信号与所述第一同步信号的互相关函数的峰值最大值为最小。
Description
本发明涉及尤其在移动无线网内使接收机与发射机同步的方法。
近年来,移动通信领域内技术的迅速发展导致研制了第三代新的移动无线系统。在此,至少部分地基于WCDMA(宽带码分多址)的所谓的UMTS(通用移动电信系统)具有重要的意义。该系统的空中接口UTRA(UMTS地面无线接入)构成了该系统的中心要素。该空中接口按照现有技术是通过两个不同的双工类型、亦即TDD(时分双工)和FDD(频分双工)来实现的。
为了使接收机(移动台,用户台)与发射机(基站)同步,已知需要从发射机(基站)向接收机(移动台)发送一个用于检测小区或基站的第一同步信号(同步序列,同步码,码字)PSC(主同步码)和一个用于对所检测的小区或基站的不同参数进行标识的第二同步信号(同步序列,同步码,码字)SSC(次同步码)。这种同步也称为小区搜索。
对此,从[1]和[5]还可以得知,可以为URTA FDD和UTRA TDD使用相同的PSC和相同的SSC。但在此会产生如下情形,即对于UTRAFDD需要使用16个不同的SSC来与用户台进行同步,反之,对于UTRATDD只需要使用12个不同的SSC来与用户台进行同步。
16个SSC形成的组在UTRA TDD中被分为5个代码组,其中分别包含有3个SSC的四个代码组在UTRA TDD中被用来进行同步,而包含有4个SSC的一个代码组在UTRA TDD中不被用于同步。为进行同步,一个代码组的三个SSC与PSC并行地在分配有一个PSCH(主同步信道)的多个时隙内被发送出去。
PSC是具有较好非周期自相关特性的所谓的“通用分级格雷序列”,这可以从[2]中得知。
据此,尤其通过如下结构规程来定义所述的PSC:
-假定一个16元素的序列a=<x1,x2,x3,...,x16>=<1,1,1,1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,-1,1>。
-然后通过如下方式来产生PSC,即利用一个互补的格雷序列来调制‘a’。于是重复该序列a,并且在每次重复时把序列a的所有元素同所述互补格雷序列的与该重复相应的值相乘。随后把所有的元素乘以复数(1+j)。由此产生一个具有相等实部和虚部的复值序列。
-由此把PSC Cp定义为:
Cp=<y(0),y(1),y(2),...,y(255)>,其中适合:
y=(1+j)×<a,a,a,-a,-a,a,-a,-a,a,a,a,-a,a,-a,a,a>;在此,具有最小指数y(0)的值对应于在时隙中发送的第一符号或码片。
同样,由[5]公开的16个SSC{C0,...,C15}是基于哈达玛(Hadamard)序列,该序列由按位置扰码的哈达玛矩阵H8的每第16行-从第0行开始-组成。它们同样是具有相等实部和虚部的复值序列。
尤其按如下方式构成所述的16个SSC:
-通过按位置给哈达玛序列乘以序列z来获得所述的16个SSC(SSC码字){C0,...,C15},序列z被定义为
z=<b,b,b,-b,b,b,-b,-b,b,-b,b,-b,-b,-b,-b,-b>,其中适合:
b=<x1,...,x8,-x9,...,-x16>=<1,1,1,1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,1,-1,1,1,-1>;
-所述的哈达玛序列被定义为矩阵H8的行,其中H8通过如下递归定义来确定:
H0=(1)
-所述的行从上至下编号,在第一行以0开始(它是只包含1的行)。
-此时,第n个哈达玛序列被定义为H8的第n行,其中这些行从上至下用0,1,2,...,255按行进行编号。
-假设hm(i)或z(i)是序列hm或z的第i个符号,其中i=0,1,2,...,255,而且i=0涉及最左边标示的符号。
-然后,第i个SCH码字,CSCH,i(其中i=0,...15)被定义为
CSCH,i=(1+j)×<hm(0)×z(0),hm(1)×z(1),
hm(2)×z (2),...,hm(255)×z(255)>,
其中m=(16×i),且在最左边示出的符号对应于首先被发送的符号或码片。
-针对所述矩阵H8的每第16行定义这类SCH码字;这样总共得出16个不同的SCH码字。
-此时利用这些SCH码字CSCH,i把所述的SSC定义为:Ci=CSCH,i,i=0,...,15。
1.下面也利用SSCi或SSCi来表示第二同步序列,其中SSCi=SSCi=Ci=CSCH,i,i=0,...,15;
于是,由于此时为同步的目的而并行地发送一个PSC和代码组的三个SSC,并且在接收方进行相关计算以实现同步,所以把SSC组分群为代码组会影响该相关计算的质量和复杂性,并由此影响所述的同步或小区搜寻。
在[5]中建议过有利地把SSC分群为可使用的代码组,其中简单地借助SSC的如下顺序来确定该分群:
代码组1:SSC0,SSC1,SSC2
代码组2:SSC3,SSC4,SSC5
代码组3:SSC6,SSC7,SSC8
代码组4:SSC9,SSC10,SSC11
在[1]中建议了如下的把SSC分群为可利用的代码组,其中该分群按如下规则来进行:
a)从16个可能的、与PSC的互相关具有最小RMS值(均方根值)的SSC中选出12个SSC作为可用的SSC。在此,所述的RMS值表示SSC与PSC的CCF(互相关函数)的均方根。该规则是基于如下知识:如果在SSC和PSC之间存在大的互相关,则在搜寻PSC的过程中-典型地通过使接收信号与PSC进行相关-,可能由移动台错误地把这种与SSC的较大的互相关断定为PSC。
b)所述的12个SSC被如此地分群为代码组,使得处于一个代码组内的所有三个SSC的平均RMS值对于最坏的群也变得最小。
通过运用该判据,在[1]中得出如下的、把SSC分群为可用代码组:
代码组1:SSC5,SSC8,SSC11
代码组2:SSC0,SSC1,SSC15
代码组3:SSC12,SSC13,SSC14
代码组4:SSC4,SSC6,SSC10
但正如以下所阐述的一样,该选择不是最佳的。
本发明在此所基于的任务在于,提供一种使接收机与发射机同步的方法以及一种能可靠地实现同步的小区搜寻方法。
该任务通过独立权利要求的特征来解决。优选和有益的改进方案由从属权利要求给出。
于是根据本发明,为了使接收机与发射机同步,由发射机向接收机发送一个带有多个第二同步信号的第一同步信号,并如此地把一组第二同步信号划分为可用的和至少一个未用的代码组,使得所述通过可用代码组确定的第二同步信号与所述第一同步信号的互相关函数的峰值最大值为最小。
在此,发送“带有”第二同步信号的第一同步信号还包括:在发第一同步信号期间发送一个代码组的单个的(譬如依次的)、多个的或所有的第二同步信号。
在该情形下,本发明尤其涉及UTRA TDD模式;因此不排除也在发送PSC期间以UTRA FDD模式使用一个未用代码组的第二同步信号。本发明还包括如下情形,未用的第二同步信号不被理解成代码组。
在此本发明是基于如下知识:互相关函数CCF的RMS(均方根值)没有CCF的峰值那么重要。
这又主要是基于对快而短的PSC搜寻的要求,由于以下三种原因,该搜寻应尽可能地快:
-PSC相关性要求连续地激活无线部分,并需要移动台的基带部分的连续而高的计算能力。因此,为了节省能量而需要较快的PSC搜寻。
-在第一次小区搜寻中,本地振荡器尚未利用基站信号校准其频率,而是经常具有较高的频率误差。但由于存在频率误差会是移动台的时基相对于基站的时基产生偏移。因此便不能在较长的时间间隔上累加所述PSC的相关和由此譬如通过求平均来获得较可靠的结果。
-对于PSC搜寻所采用的相关(也即用于PSC搜寻的可能候选),它们中的最大值可以直接通过如下方式来进行验证,即利用该假设在从该最大值导出的时间间隔内执行小区搜寻的第二级以及最后还有第三级。这比过去能更有效和更长地执行PSC相关以及累加。
因此,在短PSC搜寻的该特殊边界条件下,在PSC搜寻(搜寻PSC相关的最大值)时所叠加的噪声成分还相当地高。但是,如果PSC与SSC的互相关位于该典型的高噪声电平之下,则它是不重要的,而且只有当它超过该电平时才会导致检测的明显变坏。故障检测的概率与CCF最大值的大小呈指数增长。因此只有最大的CCF最大值对故障检测才是重要的。
通过本发明实现了:同步的第一级、也即借助PSC可靠地检测小区或基站将会比现有技术更加可靠。
本发明所基于的主要知识是在于:与文献[1]的建议所基于的方案相反,本发明并不是依赖于使SSC代码组中可用的SSC与PSC的互相关函数CCF的平均RMS值最小化,而是依赖于使所述可用SSC与PSC的互相关函数的峰值最大值最小化。
本发明的一种改进方案规定,如此来进行SSC至第一代码组的分配,使得所述第一代码组所属的SSC与PSC的CCF的峰值最大值尽可能地小,然后针对接下来的代码组使用相同的判据,以从尚未分配给代码组的SSC中进行选择。
该改进方案是基于如下知识,即:在[1]中将SSC分群为代码组以使得一个代码组内的RMS对于最坏的代码组也是尽可能地小,这会导致比如下方式要更低的同步可靠性,该方式为,所述CCF的峰值最大值对于第一代码组尽可能地小,然后对其它的代码组使用相同的判据,以从尚未分配给代码组的SSC中进行选择。
本发明的一种优选扩展方案规定,按如下方式对第二同步序列进行分群:
代码组1:SSC1,SSC3,SSC5;
代码组2:SSC10,SSC13,SSC14;
代码组3:SSC0,SSC6,SSC12;
代码组4:SSC4,SSC8,SSC15。
这会导致如下未用的第二同步序列或如下未用的代码组:
SSC2,SSC7,SSC9,SSC11。
利用专门为该目的而设立的仿真工具进行复杂的仿真,通过运用本发明的判据可以对第二同步序列进行特殊的分群。相应的结果被综合在下面的表格之中:
代码组 | SSC与PSC的CCF | SSC的相应代码组的CCF的最大峰值 | |||
峰值 | RMS | ||||
SSC5 | 67 | 9.93 | |||
1 | SSC1 | 67 | 11.28 | 75 | |
SSC3 | 75 | 12.58 | |||
SSC14 | 77 | 11.87 | |||
2 | SSC10 | 77 | 11.24 | 79 | |
SSC13 | 79 | 11.48 | |||
SSC12 | 79 | 11.62 | |||
3 | SSC6 | 79 | 11.65 | 81 | |
SSC0 | 81 | 10.49 | |||
SSC15 | 83 | 11.48 | |||
4 | SSC8 | 83 | 12.10 | 89 | |
SSC4 | 89 | 11.90 | |||
SSC11 | 99 | 10.46 | |||
未用 | SSC7 | 99 | 12.91 | ||
SSC9 | 109 | 12.31 | |||
SSC2 | 111 | 12.13 |
表格1:SSC的相应代码组的CCF的最大峰值,用于按照本发明的优选改进方案分群成多个代码组:
选择与PSC的CCF具有最小峰值的SSC;
如此地将所选的SSC分群成多个代码组,使得在每个代码组内所述SSC的CCF的最大峰值为最小。
代码组 | SSC与PSC的CCF | SSC的相应代码组的CCF的最大峰值 | ||
峰值 | RMS | |||
SSC5 | 67 | 9.93 | ||
1 | SSC8 | 83 | 12.10 | 99 |
SSC11 | 99 | 10.46 | ||
SSC0 | 81 | 10.49 | ||
2 | SSC1 | 67 | 11.28 | 83 |
SSC15 | 83 | 11.48 | ||
SSC12 | 79 | 11.62 | ||
3 | SSC13 | 79 | 11.48 | 79 |
SSC14 | 77 | 11.87 | ||
SSC4 | 89 | 11.90 | ||
4 | SSC6 | 79 | 11.65 | 89 |
SSC10 | 77 | 11.24 | ||
SSC2 | 111 | 12.13 | ||
未用 | SSC3 | 75 | 12.58 | |
SSC7 | 99 | 12.91 | ||
SSC9 | 109 | 12.31 |
表格2:SSC的相应代码组的CCF的最大峰值,用于按照[1]分群为多个代码组。
代码组 | SSC与PSC的CCF | SSC的相应代码组的CCF的最大峰值 | ||
峰值 | RMS | |||
SSC0 | 81 | 10.49 | ||
1 | SSC1 | 67 | 11.28 | 111 |
SSC2 | 111 | 12.13 | ||
SSC3 | 75 | 12.58 | ||
2 | SSC4 | 89 | 11.90 | 89 |
SSC5 | 67 | 9.93 | ||
SSC6 | 79 | 11.65 | ||
3 | SSC7 | 99 | 12.91 | 99 |
SSC8 | 83 | 12.10 | ||
SSC9 | 109 | 12.31 | ||
4 | SSC10 | 77 | 11.24 | 109 |
SSC11 | 99 | 10.46 | ||
SSC12 | 79 | 11.62 | ||
未用 | SSC13 | 79 | 11.48 | |
SSC14 | 77 | 11.87 | ||
SSC15 | 83 | 11.48 |
表格3:SSC的相应代码组的CCF的最大峰值,用于按照[5]分群为多个代码组。
SSC的整个组的CCF的最大峰值 | ||
本发明的实施方案变型 | [1]中的建议 | 目前的规范 |
89 | 99 | 111 |
81 | 89 | 109 |
79 | 83 | 99 |
75 | 79 | 89 |
表格4:针对所述三种建议的每个代码组而综合了所述CCF的最大峰值。
本发明的另一改进方案规定,为了进行同步,在接收侧、譬如在移动台内尤其以相关计算的形式继续处理所述被发送的同步序列。现借助UMTS移动无线系统来阐明本发明,其中参考附图:
图1示出了移动无线系统的原理图。
在图1中给出了譬如为UMTS(通用移动电信系统)系统的蜂窝移动无线网,它由许多移动交换中心MSC组成,这些交换中心相互结网或建立通往固定网的入口。另外,这些移动交换中心MSC还分别与至少一个基站控制器BSC相连,而该基站控制器也可以由数据处理系统构成。
每个基站控制器BSC又与至少一个基站BS相连接。这种基站BS是一种能通过无线接口与其它无线电台、所谓的移动台MS建立无线连接的无线电台。在移动台MS和这些移动台MS所属的基站BS之间,可以借助无线信号来传输信息。一个或在个别情况下的多个基站的无线信号作用距离基本上决定了一个无线小区cel。
基站BS和基站控制器BSC可以组合成一个基站系统。在该情形下,所述的基站系统还负责无线信道管理或分配、数据速率匹配、无线传输链路的监视、切换过程、以及分配可使用的扩频码集等等,并把为此所需的信令信息传输给移动台MS。
在该情形下,所述的UMTS系统和相应的部件“移动台和/或基站”可以以UTRA-TDD和/或UTRA-FDD模式进行通信。
为了第一次小区搜寻或进行基站与移动台同步的第一步骤,由基站BS发送第一同步信号PSC。与该PSC并行地由基站发送多个第二同步信号SSC,以用于基站与移动台同步的第二步骤。在此,针对UTRA FDD和UTRA TDD,从由16个预定的第二同步序列组成的相同的集或相同的组中获取所述与PSC并行发送的多个第二同步信号SSC。
然而,根据在哪种或哪些模式下运行所述的基站,通过所述16个SSC被划分成的不同代码组来确定所述与PSC一起发送的多个第二同步信号SSC。
在该情形下,16个SSC构成的组以UTRA TDD被分群为5个代码组,其中四个分别包含3个SSC的代码组在UTRA TDD中被用于同步,以及一个包括4个SSC的代码组在UTRA TDD中未被用于同步。于是,一个代码组的三个SSC与PSC相并行地在分配有PSCH(主同步信道)的时隙中被发送以用于同步的目的。
此时,第二同步信号按如下方式被分群为可用代码组:
代码组1:SSC1,SSC3,SSC5;
代码组2:SSC10,SSC13,SSC14;
代码组3:SSC0,SSC6,SSC12;
代码组4:SSC4,SSC8,SSC15。
在该情形下,所述的PSC和SSC通过上述方法来形成。
在移动台中,通过相关计算来求出第一同步序列PSC的时间位置和多个第二同步序列SSC的时间位置。此时典型的方式是,通过采用所谓的匹配滤波器将PSC的同步序列在整个帧上的每个可能的位置与接收信号进行比较。此时还会产生SSC与PSC的所有可能的互相关,于是在SSC最佳化的情况下必须检查整个互相关函数。所述的第一同步序列被用于时隙同步,而所述的多个第二同步序列被用于帧同步和其它系统参数的检测。
在本发明的另一改进方案中,可以利用:所有接下来的SSC均具有相同的、与PSC的CCF峰值:
SSC13,SSC12,SSC6。
由此存在三种不同的选择可能性来形成所述的均允许(近似)相等检测概率的代码组(除上述实施例之外另外还有两个)。在此,每次使用第二代码组中的SSC(SSC13,SSC12,SSC6)之一。在一种优选的改进方案中,此时把SSC6用于第三代码组,以便使所述的组之间的RMS值的差更小。如上所述,尽管RMS值不是首要决定性的判据,但还是可以有利地作为进行这种选择的次要判据。
在本发明的进一步改进方案中考虑:在第一次小区搜寻期间可能存在频率误差,其典型地可能约为10kHz。在该改进方案中,选择代码组也可以根据所述的CCF而在有频率误差时进行。于是对上述选择判据作如下扩展,即不是采用无频率误差的CCF值,而是采用具有频率误差的CCF值,或者在具有或没有频率误差的最佳代码组之间使用折衷。
在另一改进方案中考虑:可以同时发送一个组的SSC,但各个SSC是利用集{+1,-1,+j,-j}中的值进行调制。在该改进方案中,单个SSC与PSC的CCF的特性并没有被最佳化,而是被调制的SSC的可能不同组合与PSC的CCF。在该情形下可以象上文所述那样实行类似地选择,尤其是通过考虑与上文相同的判据。
除了本发明的上述实施方案变型之外,许多其它的改进方案都属于本发明的范畴,在此不再进一步讲述,但借助所阐述的实施例可以将这些方案简单地转换到实践之中。
在本申请中引用了如下文献。即:
[1]Mitsubishi Electric,“Optimised code sets for PSCH inUTRA TDD(在UTRA TDD中用于PSCH的优化代码集)”,3GPP TSG RANWG1#13 Tdoc R1-00-0626,东京,日本,2000年5月22-25
[2]西门子,Texas Instruments,“Generalised HierarchicalGolay Sequence for PSC with low comp lexity correlation usingpruned efficient Golay correlators(利用被剪切的有效格雷相关器且具有低相关性的、用于PSC的通用分级格雷序列)”,TSG-RAN工作组(层1)会议#5,Tdoc 567/99,Cheju Island,韩国,1999年6月1-4
[5]第三代合伙项目;技术规范组无线接入网络;“扩频和调制(TDD)”;3G TS 25.223 V3.2.0(2000-03)
Claims (13)
1.用于使接收机与发射机同步的方法,
-其中,由发射机向接收机发送一个带有多个第二同步信号的第一同步信号,该第二同步信号是从被划分为代码组的一组第二同步信号中获取的,
-其中,通过一个代码组来确定所述与第一同步信号一起发送的多个第二同步信号,
-其中,把所述的代码组分群为可用的和至少一个未用的代码组,以及
-其中,把所述的第二同步信号组如此地划分为多个代码组,使得所述通过可用代码组确定的第二同步信号与所述第一同步信号的互相关函数的峰值最大值为最小。
2.用于使接收机与发射机同步的方法,
-其中,由所述的发射机发送带有多个第二同步信号的第一同步信号,其中通过把第二同步信号分群为多个代码组来确定所述的可被一起发送的多个第二同步信号,并且,如此地形成所述的代码组,使得所述第二同步信号与所述第一同步信号的互相关函数的峰值最大值为最小。
3.用于选择与第一同步信号一起发送的多个第二同步信号的方法,
-其中,从一组第二同步信号中选出多个第二同步信号,
-其中,将该组第二同步信号划分为多个代码组,
-其中,把所述的代码组分群为可用的代码组和至少一个未用的代码组,
-其中,把所述的第二同步信号组如此地划分为多个代码组,使得所述被包含在可用代码组中的第二同步信号与所述第一同步信号的互相关函数的峰值最大值为最小。
4.按上述权利要求之一的方法,将其应用于UMTS系统的TDD模式中。
5.按上述权利要求之一的方法,其中,
在UMTS系统的FDD模式下,将所述第二同步信号组的所有同步信号用于同步。
6.按上述权利要求之一的方法,其中,
所述的第一同步信号是一种分级序列,而且
分别通过按位置将所述第一同步信号乘以哈达玛矩阵的一行来获得所述的第二同步信号。
7.按上述权利要求之一的方法,其中,
可以按如下方式来获得所述的同步信号:
-通过如下关系式确定所述的第一同步信号Cp:
-Cp=<y(0),y(1),y(2),...,y(255)>,其中适合:
y=(1+j)×<a,a,a,-a,-a,a,-a,-a,a,a,a,-a,a,-a,a,a>,其中适合:
-a=<x1,x2,x3,...,x16>=<1,1,1,1,1,1,-1,-1,1,-1,
1,-1,1,-1,-1,1>;
-通过如下关系式确定16个第二同步信号{C0,..,C15}:
-Ci=CSCH,i,i=0...,15,其中适合:
-CSCH,i=(l+j)×<hm(0)×z(0),hm(1)×z(1),hm(2)×z(2),...,hm(255)×z(255)>,
其中适合:
-m=(16×i)
第n个哈达玛序列hn是矩阵H8的一行,该矩阵可以通过如下关系式递归地求出:
H0=(1)
其中以0开始向上编号,n=0,1,2,...,255;
-hm(i)和z(i)表示所述序列hm或z的第i个符号,其中i=0,1,2,...,255,且i=0对应于非常左边的符号。
8.按上述权利要求之一的方法,其中,
将所述可用的代码组定义如下:
代码组1:SSC1,SSC3,SSC5;
代码组2:SSC10,SSC13,SSC14;
代码组3:SSC0,SSC6,SSC12;
代码组4:SSC4,SSC8,SSC15。
9.按上述权利要求之一的方法,其中,
在接收方通过相关计算来确定所述第一同步序列的时间位置和所述多个第二同同步序列的时间位置。
10.按上述权利要求之一的方法,其中,
在接收方把所述的第一同步序列用于时隙同步,以及把所述的多个第二同步序列用于帧同步。
11.按上述权利要求之一的方法,其中,
在所述的最小化判据中,还在至少一个频率误差情况下考虑所述通过可用代码组所确定的第二同步信号与所述第一同步信号的互相关函数的峰值最大值。
12.按上述权利要求之一的方法,其中,
在所述通过可用代码组所确定的第二同步信号的互相关函数峰值具有相同最大值的多个选项情况下,作为次要判据使该互相关函数的RMS值最小化。
13.按上述权利要求之一的方法,其中,
把所述通过可用代码组所确定的第二同步信号的调制叠加同所述第一同步信号的互相关函数的峰值最大值最小化。
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