CN1459945A - 同调型检测与译码方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种检测与译码方法，应用于分码多任务接取系统的细胞搜寻的第二阶段，检测来自基地台的一进入信号的次级同步码，该检测与译码方法主要包含下列步骤：同调地计算该次级同步码的相关值，其中该相关值由针对所有次级同步码设计的内码检测与外码检测得之；在每个时槽上选择最大的相关值作为该时槽所检测出的次级同步码，并形成一码字；以及完成接收整个或部分的码字后，以一同调加权型无间断里德－所罗门码将该码字进行译码，以得到该进入信号的码群及码框同步。本发明更揭示一种检测与译码装置，用于实现本发明的检测与译码方法。
Description
技术领域
本发明有关于一种检测与译码方法与装置，用于通讯系统译码过程。更特别有关于一种检测与译码方法与装置，用于第三代合作计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)宽频分码多任务接取系统(wideband code division multiple access，W-CDMA)的细胞搜寻(cellsearch)中。该方法与装置使用同调型检测及同调加权型无间断里德-所罗门码(comma-free Reed Solomon code，CFRS)的译码能够有效的提升效能。
背景技术
使用一直接序列型展频分码多任务接取(direct sequence spreadspectrum code division multiple access)技术的分码多任务接取细胞式系统(cellular systems)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，分码多任务接取系统的频宽效率(bandwidth efficiency)比起其它多任务接取系统(如分频多任务接取与分时多任务接取)更加优越。此外，细胞规划(cell planning)在分码多任务接取系统相当简单。因此，分码多任务接取细胞系统将是未来的主流。特别是第三代合作计画(3rd Generation Partnership Project，3GPP)宽频分码多任务接取/分频双工(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。
在一分码多任务接取的细胞式系统中，被用户装置(userequipment，UE)作为搜寻最佳细胞的方法系被称为“细胞搜寻”(cellsearch)。快速的细胞搜寻非常重要，为了减少该用户装置开机延迟时间(switched-on delay)(初始搜寻，initial search)、增加待机(standbytime)(闲置状态搜寻，idle mode search)及在换手(handover)(动作状态搜寻，active mode search)保持良好的通讯连结品质。
现请参考图1，该图将有助于了解一第三代合作计画(3GPP)宽频分码多任务接取/分频多任务系统的码框结构(frame structure)。首先，在第三代合作计画(3GPP)的宽频分码多任务接取/分频多任务系统中，细胞搜寻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)及一个共同引导信道(common pilot channel，CPICH)。在第一阶段110中，初级同步信道(primary synchronization channel，PSCH)111用于时槽(slot)同步。该初级同步信道111包含有初级同步码(primary synchronizationcode，PSC)定义为acp，其中“a”(＝±1)依赖于基地台的多样性传送(diversity transmission)存在与否而定。在第二阶段120中，次级同步信道(secondary synchronization channel，SSCH)121用于码框/码群(frame/code group)辨识。该次级同步信道121包含有次级同步码(secondary synchronization code，SSCs)定义为acs，其中系数a等同于初级同步信道的系数。在第三阶段130中，该共同引导信道131用于下传扰乱码(downlink scrambling code)的决定。如图所示，在10毫秒(ms)码框(radio frame)中包含了15个时槽，并且因为该系统中使用每秒3.84百万码片(Mchips/sec)的速度。因此，每一码框中包含38400个码片(chips)，也就是每一时槽中包含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个码片且仅在该时槽边界的开端传输。
近年来，用于分码多任务接取的细胞式系统的快速细胞搜寻(cellsearch)方法被揭示。见于颁给Nystrom等人的美国专利号码第6,185,244号，其标题为”细胞搜寻于分码多任务接取通讯系统”(Cellsearching in a CDMA communications system)。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细胞基地台的方法”(Method for Acquiring A CellSite Station in Asynchronous CDMA Cellular Communication Systems)。以及见于颁给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任务接取中继台异步细胞系统的接收器”(Initial Synchronization Method And Receiver for DS-CDMA InterBase Station Asynchronous Cellular System)。然而，由于频率偏移(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，即该进入信号载波频率可能会具有频率的偏移量，因此造成频率偏移。
在过去，用于细胞搜寻第二阶段的次级同步检测装置，大致可以区分成两级：(1)次级同步码匹配滤波器(secondary synchronizationcode matched filter)，用于检测该次级同步码及(2)译码器，依据次级同步码匹配滤波器检测到的码字进行译码过程。其中次级同步码匹配滤波器采用非同调结构(non-coherent structure)来实行以对抗频率偏移以及多重路径衰落信道(multipath fading channel)造成的效能衰减。该项技术可见于Y.P.E.Wang and T.Ottosson，“Initial frequencyacquisition in W-CDMA，”IEEE Proc.VTC’99，Vol.2，pp.1013-1017，Sept.1999。此外，在译码器部分大致可分为软性决定型(Soft Decision)及硬性决定型(Hard Decision)方式。然而软性决定型(Soft Decision)的译码器需要大量运算，因而增加了装置的复杂度。所以一般常采用硬性决定型(Hard Decision)的汉米相关器(Hamming correlator)。该汉米相关器设计使得复杂度相对较低，但其效能也较差。
发明内容
本发明的主要目的提供一种检测与译码方法，用于分码多任务接取系统的细胞搜寻，更特别用于宽频分码多任务接取系统的细胞搜寻的第二阶段，采用同调型检测方法及同调加权型无间断里德-所罗门码的译码方式可以降低系统中频率偏移效应以及多重路径衰落信道对细胞搜寻特性劣化的影响，借此完成快速完成细胞搜寻的目的。
本发明的次要目的提供一种检测与译码装置，用于分码多任务接取系统的细胞搜寻，更特别用于宽频分码多任务接取系统的细胞搜寻的第二阶段，采用同调型检测器及同调加权型无间断里德-所罗门码的译码器可以降低系统中频率偏移效应以及多重路径衰落信道对细胞搜寻特性劣化的影响。
为达上述的主要目的，本发明提供一种检测与译码方法，应用于分码多任务接取系统的细胞搜寻的第二阶段，该检测与译码方法主要包含下列步骤：同调地计算该次级同步码的一相关值，其中该次级同步码相关值(correlation values of the secondary synchronization codes)来自于该同调型次级同步码侦测器；在每个时槽上选择最大的相关值作为该时槽所检测出的次级同步码，并形成一码字；以及完成接收整个或部分的码字后，一同调加权型无间断里德-所罗门码将该码字进行译码，以得到该进入信号的码群及码框同步。
为达上述的次要目的，本发明提供一种检测与译码装置，用于分码多任务接取系统的细胞搜寻，更特别用于宽频分码多任务接取系统的细胞搜寻的第二阶段，该检测与译码装置包含：一同调型次级同步检测器，用于该进入信号的一次级同步码的码字选择；以及一同调加权型无间断里德-所罗门码译码器，用于进行该进入信号的译码以得到该进入信号的码群及码框同步。
本发明具有下列优点：
(1)本发明的次级同步检测方法，采用同调型检测方法，可以有效降低频率偏移与多重路径衰落信道效应对细胞搜寻特性劣化的影响，其效果较非同调型效果更佳。
(2)本发明的次级同步检测方法，采用同调加权型无间断里德-所罗门码译码方式，能在系统效能与复杂度之间取得较佳搭配。
(3)在实际应用上，本发明的次级同步检测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。
附图说明
图1显示一用于第三代合作计画(3GPP)的宽频分码多任务接取/分频多任务系统的码框结构图。
图2显示根据本发明的一种检测与译码方法的流程图。
图3a是图2的方框10的一实施例。
图3b是图2的方框20的一实施例。
图3c是图2的方框30的一实施例。
图4显示根据本发明的一种检测与译码装置的结构图。
图5a是图4中的该同调型次级同步码检测器的一实施例。
图5b是图4中的该同调加权型无间断里德-所罗门码译码器的一
实施例。标号说明：
111 初级同步信道 121 次级同步信道
131 共同引导信道
510 同调型次级同步检测器 511 内码匹配滤波器
512 外码匹配滤波器 513 缓存单元
514 码字选择单元
520 同调加权型无间断里德-所罗门码检测器
521a、521b 延迟组件 522a、522b 复数个计算单元
523 累加单元 524 选择单元
具体实施方式
一般来说，细胞搜寻需要依序经过三个同步阶段，分别为(1)第一阶段：时槽同步(slot synchronization)(2)第二阶段：码框同步/码群判定(frame synchronization/code group identification)(3)第三阶段：扰乱码判定(scrambling code identification)。现请参照图2，该图显示根据本发明的一种检测与译码方法的流程图，可用于有效提升细胞搜寻的效能。该方法可用于分码多任务接取系统的细胞搜寻的第二阶段，即次级同步码的检测与译码以得到码框同步/码群判定，但并不限于此种应用。在步骤10中，同调地计算该次级同步码的各相关值，其中该相关值由针对所有次级同步码设计的内码(inner code)检测与外码(outer code)检测得之。在步骤20中，在每个时槽上选择最大的相关值作为该时槽所检测出的次级同步码，并形成一码字。在步骤30中，完成接收整个或部分的码字后，以一同调加权型无间断里德-所罗门码将该码字进行译码，以得到该进入信号的码群及码框同步。
图3a是图2的步骤10的一实施例。其中步骤10还包含下列步骤：在步骤11中，将该次级同步码的256个码片分成W个区段，每区段具有256/W个码片，其中W为一适当的正整数，其中每一小区段称之为内码。在步骤12中，针对16个次级同步码检测其所对应的内码，即内码检测。举例来说，若分为4个区段，每区段有64个码片，则该内码检测有4个输出值。在步骤13中，将该W区段进行外码检测，针对16个次级同步码进行匹配，其中外码检测的W区段中存有相对应的内码检测的输出。在步骤14中，将每个外码检测的输出值与其时间上相对应的一初级同步码检测(在第一阶段中)的输出值的共轭复数相乘得一相乘值；其中该次级同步码与该初级同步码正交。在步骤15中，将每一区段中的该相乘值取其实部后累加得一相关值，意即，每个次级同步码分为W区段累加。在步骤16中，将步骤15的相关值以码框为周期，在每个时槽上分别针对所有次级同步码累加所得的相关值作为该码字判断的依据。
图3b是图2的步骤20的一实施例。当完整接收第二阶段所需的次级同步码，后续在步骤20中还包含下列步骤：在步骤21中，在每一个时槽上选择在步骤16所得所有次级同步码的该相关值的最大值，并储存起来，共得到P个相关值(P为介于3至15的整数)。在步骤22，根据搜集所检测到的次级同步码，即P个相关值，得到一组完整或部分的码字。
图3c是图2的步骤30的一实施例。其中步骤30还包含下列步骤：在步骤31中，该码字具有P个符元，分别对应该符元所代表的次级同步码以及其相关值大小(该相关值为接收完所有欲接收的次级同步码后，在步骤22中所储存的相关值)，将该P个符元与该无间断里德-所罗门码的每一个符元进行比对；其中比对正确者，该码字的符元所对应的相关值乘上一正数形成一加权值，反之则乘上一负数形成另一加权值。依此类推。须注意，该正负数的设计可以有所变化，由设计者自订。根据本发明中所揭示的同调型译码方法，其加权值为步骤31所得到的结果。在步骤32中，累加该P个符元分别与960种可能码字比对后所得的加权值作为比对的结果，直到960次比对结束。在步骤33中，选择960个比对结果中的最大值，以作为该进入信号的码群与码框同步。
图4显示根据本发明的一种检测与译码装置的结构图。一种检测与译码装置，应用于分码多任务接取系统的细胞搜寻的次级同步码检测，更特别用于宽频分码多任务接取系统的细胞搜寻的第二阶段，检测来自基地台的一进入信号，该检测与译码装置500包含：一同调型次级同步码检测器510，用于该进入信号的一次级同步码的码字选择，以及一同调加权型无间断里德-所罗门码译码器520，用于进行该进入信号的译码以得到该进入信号的码群及码框同步。
图5a是图4中的该同调型次级同步检测器510的一实施例。其中该同调型次级同步检测器510更包含：一内码匹配滤波器511；一外码匹配滤波器512；一缓存单元513以及一码字选择单元514。如图所示，该内码匹配滤波器511，用于将该次级同步码的内码检测。将该次级同步码的256个码片分成W个区段，每区段具有256/W个码片，其中W为一适当的正整数，其中每一小区段称之为内码。该内码匹配滤波器511分别针对16个次级同步码分别作匹配。举例来说，若分为4个区段，每区段有64个码片，则该内码匹配滤波器有4个输出值。该外码匹配滤波器512，用于该次级同步码的外码检测，其中该外码匹配滤波器512亦针对16个次级同步码分别作匹配。该外码匹配滤波器512的W区段中存有相对应的该内码匹配滤波器511的输出值，将该外码匹配滤波器512的输出值与其时间上相对应的一初级同步码匹配滤波器(在第一阶段中)的输出值的共轭复数相乘得一相乘值；其中该次级同步码与该初级同步码正交。该外码匹配滤波器512将每一区段中的该相乘值取其实部后累加后获得一外码匹配滤波器512输出的相关值，意即，每个次级同步码分为W区段累加。凭借上述步骤，即可得到实数的相关值于该外码匹配滤波器512的输出端。。该缓存单元513，将该外码匹配滤波器512输出的相关值以码框为周期，在每个时槽上累加并储存于该缓存单元513中，直到接收完所有欲接收的次级同步码后，在每一个时槽上选择所得所有次级同步码的该相关值的最大值，并储存起来，共得到P个新的相关值(P为介于3至15的整数)，其中该P个新相关值实数值。当完成接收完所有欲接收的次级同步码后，该码字选择单元514，在P(为一整数)个新相关值中得到一组完整(当P＝15)或部分(当2＜P＜15)的码字。
图5b是图4中的该同调加权型无间断里德-所罗门码译码器520的一实施例。该同调加权型无间断里德-所罗门码检测器520更包含：复数个延迟组件521a、521b、、；复数个计算单元522a、522b、、；一累加单元523以及一选择单元524。该同调加权型无间断里德-所罗门码检测器520操作一码字，与960种可能组合的无间断里德-所罗门码做比对，其中该码字由该同调型次级同步检测器510所获得。
举例来说，该码字具有P个符元，由码字选择单元514选出，分别对应该符元所代表的次级同步码以及其相关值大小，其中选定的次级同步码作为与960种可能码字的比对的依据，而该相关值则作为权值产生的依据。该码字的P个符元分别进入复数个延迟组件521a、521b、、之中，第一个符元进入第一个延迟组件521a，第二个符元进入第二个延迟组件521b，依此类推。该码字的P个符元并分别与来自该无间断里德-所罗门码的每一个符元进行比对。经过比对后，若第一个符元若比对正确，则该符元在该计算单元522a中以一正值代表；若第二个符元比对错误，则该符元在该计算单元522b中以一负值代表。依此类推。须注意，该正值与负值系由设计者自订。最后将储存在延迟组件中的相关值分别乘上在该计算单元522a、522b等的该对应的正值或负值，即成为累加单元523的一输入信号。该累加单元523将所有输入信号进行累加，每次累加即可得到一累加值作为比对结果，译码完成前该累加单元523共计产生960个比对结果，依序输入至选择单元524。
经过此960次比对后，该选择单元524，连接于该累加单元523，选择960个比对结果中的最大数值，该数值所对应到的无间断里德-所罗门码即为我们所判定的码群以及对应的码框同步。该最大值的选择方法如下，第一次比对中，将累加单元524的第一笔输出与选择单元524中预先设定的数值(该数值由设计者决定)比较大小，将较大的数值与其对应的码字储存于该选择单元524，此后，每一次新进的输入信号皆与储存于该选择单元524中的信号做比较，并且储存比较之后的较大值。依此类推，直到960次比对结束时即可凭借储存于选择单元524中的数据判断码群与码框同步。
在实际应用上，本发明的检测与译码装置，由于各方块的功能明确，因此能以软件配合硬件方式来实现，特别是以芯片的方式来实现，以嵌入在细胞搜寻电路上。
因此，根据本发明用于分码多任务接取系统的检测与译码方法，能在分码多任务接取系统中，有效地降低频率偏移与多重路径衰落信道所造成的效应及快速达到细胞搜寻。
根据本发明用于分码多任务接取系统的检测与译码装置，能在频率偏移以及多重路径衰落信道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。
虽然本发明已以前述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定为准。
Claims (14)
1.一种检测与译码方法，应用于分码多任务接取系统的细胞搜寻的第二阶段，检测来自基地台的一进入信号的次级同步码，其特征在于：该检测与译码方法包含下列步骤：
(a)同调地计算该次级同步码的相关值，其中该相关值由针对所有次级同步码设计的内码检测与外码检测得之；
(b)在每个时槽上选择最大的相关值作为该时槽所检测出的次级同步码，并形成一码字；
(c)完成接收整个或部分的码字后，以一同调加权型无间断里德-所罗门码将该码字进行译码，以得到该进入信号的码群及码框同步。
2、如权利要求1所述的检测与译码方法，其特征在于：其中步骤(a)还包含下列步骤：
(a-1)将该次级同步码的256个码片分成W个区段，每区段具有256/W个码片，其中W为一适当的正整数，其中每一小区段称之为内码；
(a-2)分别针对16个次级同步码检测其所对应的内码；
(a-3)将该W区段进行外码检测，针对16个次级同步码进行匹配，其中外码检测的W区段中存有相对应的内码检测的输出；
(a-4)将每个外码检测的输出值与其时间上相对应的一初级同步码检测(在第一阶段中)的输出值的共轭复数相乘得一相乘值；其中该次级同步码与该初级同步码正交；
(a-5)将每一区段中的该相乘值取其实部后累加得一相关值，意即，每个次级同步码分为W区段累加；
(a-6)将步骤(a-5)的该相关值以码框为周期，在每个时槽上分别针对所有次级同步码累加，所得的相关值作为该码字判断的依据。
3、如权利要求1所述的检测与译码方法，其特征在于：其中步骤(b)还包含下列步骤：
(b-1)在每一个时槽上选择在步骤(a-6)的所得所有次级同步码的该相关值的最大值，并储存起来，共得到P个相关值，其中P为介于3至15的整数；
(b-2)由此搜集所检测到的次级同步码，即P个相关值，得到一组完整或部分的码字。
4.如权利要求1所述的检测与译码方法，其特征在于：其中步骤(c)还包含下列步骤：
(c-1)该码字具有P个符元，将该P个符元与该无间断里德-所罗门码的每一个符元进行比对，其中比对正确者，该码字的符元所对应的相关值乘上一正数形成一加权值，反之则乘上一负数形成另一加权值；
(c-2)累加该P个符元分别与960种可能码字比对后所得的加权值作为比对的结果，直到960次比对结束；
(c-3)选择960个比对结果中的最大值，以作为该进入信号的码群与码框同步。
5.如权利要求4所述的检测与译码方法，其特征在于：其中该正数与该负数可以相等或不相等。
6.一种检测与译码装置，应用于分码多任务接取系统的细胞搜寻的第二阶段，检测来自基地台的一进入信号的次级同步码，其特征在于：该检测与译码装置包含：
一同调型次级同步检测器，用于该进入信号的码字的选择；
一同调加权型无间断里德-所罗门码译码器，用于进行该进入信号的译码，以得到该进入信号的码群及码框同步。
7.如权利要求6所述的检测与译码装置，其特征在于：其中该同调型次级同步检测器还包含：
一内码匹配滤波器，用于将该次级同步码的内码检测；
一外码匹配滤波器，用于该次级同步码的外码检测，并得到一相乘值与一相关值；
一缓存单元，用于将该外码匹配滤波器输出的相关值以码框为周期，在每个时槽上累加并储存，直到接收完所有欲接收的次级同步码后，在每一个时槽上选择所有次级同步码的该相关值的最大值，并储存起来共得到P个相关值(P为介于3至15之整数)；
一码字选择单元，用于在P(为一整数)个相关值中得到一组完整(当P＝15)或部分(当2＜P＜15)的码字。
8.如权利要求6所述的检测与译码装置，其特征在于：其中该同调加权型无间断里德-所罗门码译码器还包含：
复数个延迟组件，用于将该码字的P个符元与该无间断里德-所罗门码的每一个符元进行比对；
复数个计算单元，连接于该复数个延迟组件，用于产生正值与负值，其中该码字的符元若比对正确，则产生一正值，反之则为一负值；
一累加单元，连接于复数个计算单元，用于累加输入信号，每次累加即可得到一累加值作为比对结果，其中该输入信号由储存在延迟组件中的相关值分别乘上在该计算单元等的该对应之正值或负值；
一选择单元，连接于该累加单元，选择比对结果中的最大值，以作为该进入信号的码群与码框同步。
9.如权利要求7所述的检测与译码装置，其特征在于：其中该内码匹配滤波器将该次级同步码的256个码片分成W个区段，每区段具有256/W个码片，其中W为一适当的正整数，每一小区段称之为内码。
10.如权利要求7所述的检测与译码装置，其特征在于：其中该内码匹配滤波器在内码检测时针对16种次级同步码作匹配。
11.如权利要求7所述的检测与译码装置，其特征在于：其中该外码匹配滤波器再外码检测时针对16个次级同步码分别作匹配。
12.如权利要求7所述的检测与译码装置，其特征在于：其中该外码匹配滤波器输出的该相乘值来自该外码匹配滤波器的输出值与其时间上相对应的一初级同步码匹配滤波器(在第一阶段中)的输出值的共轭复数相乘得；其中该次级同步码与该初级同步码正交。
13.如权利要求7所述的检测与译码装置，其特征在于：其中该外码匹配滤波器输出的该相关值，在该外码匹配滤波器中，将每一区段中的该相乘值取其实部后累加得到，意即，每个次级同步码分为W区段累加。
14.如权利要求8所述的检测与译码装置，其特征在于：其中该正值与负值可以相等或不相等。
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