CN1460348A - 移动通信设备的频率捕获、尤其是初始频率捕获的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种借助已知的同步序列进行频率捕获、尤其是进行初始频率捕获的方法，用于使具有接收振荡器的移动通信设备同步到基站的预先已知的发射频率上，其中该已知的发射频率是以已知的具有确定频率点的信道光栅进行发射的，具有步骤：a)借助传感器通过扫描频率范围而求出所述已知的同步序列的带内功率，b)粗略地确定所述带内功率的局部功率最大值，并由此在所扫描的频率范围上粗略地确定所接收的载频，c)根据基站发射频率的信道光栅的知识推导出所述基站发射时所用的可能信道频率，d)通过与已知的同步序列作比较来细确定所接收的载频，e)校正所述接收振荡器同所发射的载频的频率偏差。
Description
本发明涉及借助已知的同步序列进行频率捕获、尤其是进行初始频率捕获的方法，用于使具有接收振荡器的移动通信设备同步到基站的预先已知的发射频率上，其中该已知的发射频率是以已知的具有确定频率点的信道光栅(Kanalraster)进行发射的。
在移动通信设备中，移动通信标准提供了一个在网络范围内已知的同步序列。另外，基站的发射频率是以一个足够高的、由标准组织规定的精度而被已知的。在目前的UMTS标准中该精度为百万分之0.05。在该情形下，基站发射时采用的信道光栅对于移动台来说是根据先验知识而已知的。在UMTS移动无线网中，该信道光栅是由间隔为200kHz的确定频率点上的信道组成的。相反，基站在当前使用哪个信道和移动接收台的振荡器具有何种频率偏移是不知道的。由于生产和温度的杂散性以及可能的其它外部影响，在接收振荡器中会导致一个典型地为百万分之+/-25的频率不准确性。在采用便宜的本地振荡器(L0)的情况下，所述的频率不准确性甚至还会超过上述值。这么大的不准确性是不利的，因为这会导致移动部分与基站的同步变得费钱和费时。
该问题迄今为止是通过如下方式来解决的，即在制造过程中校准所述通信设备的移动部分，由此把接收振荡器的频率偏移降到约百万分之+/-3。但这是非常费时和昂贵的。
另外还曾建议，在频率不准确性譬如为百万分之+/-25的情况下，在首次接通移动部分时采用一种算法来进行自动初始化校准，其中借助SCH相关器并通过变化接收频率来扫描一个利用SCH信道(同步信道)而调制的基站载波。在此，迄今为止只采用单个的所谓“匹配滤波器”作为SCH相关器，该滤波器被匹配到主SCH信道(另外还简称为SCH信道)的同步频率上。在成功地进行自动初始化校准之后，可以在接下来的同步过程中基于百万分之+/-3的频率精度。因为按规定所采用的代码的相关带宽相对于扫描范围是小的-以10至20kHz的数量级，而被扫描的频率范围可以包括60MHz的UMTS带宽，所以该方法是非常费时和费钱的。为了进行相关，在该情形下必须采用小于14kHz的步宽。该步宽可以从仿真结果中获得。在采用步宽譬如为10kHz的情况下，初始的频率捕获需要6000个步骤。
因此本发明的任务在于介绍一种方法，通过它可以加速移动通信设备的移动部分中的频率捕获。
该任务通过权利要求1所述的方法来解决。本发明的改进方案由从属权利要求给出。
本发明基于的思想在于，并行于常规的SCH相关-它依旧被用作为新研制的方法的积分元件，借助传感器求出带内功率。根据在整个扫描范围上确定局部功率最大值，推导出所述基站发射时所用的可能信道频率。为此补充地使用了所述基站的可能为离散的信道频率的、根据先验知识而已知的光栅间隔在UMTS移动无线网中，频率点之间的光栅间隔为200kHz。此外，基站的发射频率是以足够高的、通过标准组织规定的精度百万分之+/-0.05而已知的。在最大频率为2.17GHz的情况下，基站所发射的信号不可靠性大小约为20Hz。这种高的精度通过GPS或DVF77信号来实现。由此可以采用由基站发出的信道频率作为差信号来调谐移动台的本地接收振荡器。这便带来如下优点，即可以明显更快地实现同步，这便大大降低了移动部分内的电流消耗。这意味着可以明显延长移动部分的待机时间。
优选地，在所述移动通信设备首次投入运行和/或每第x次继续投入运行时应用所述的方法。由此可以自动地再校正被用于产生频率的元件的老化效应和温度偏差。在连接建立时自动执行它之后，不会带来附加的额外费用。相反，在生产时校准温度是费时和费钱的。另外，在所述的方法中，所述的通信设备可以自适应地与用户周围的环境相匹配。此外该方法还可以通过所实现的再校准提高产品的寿命。虚拟参量x的确定取决于多个因素，例如振荡器的周围环境温度波动及其年龄。该值可以是1，以便在每次同步时进行再校准，或也可以是2、10等等。x的值越大，所述的电流消耗就越小，移动部分也就能实现更长的待机时间。
另外优选的是，通过把求出的硬件校准参数存放到移动通信设备的存储器中，而在同步之后把该准确求出的接收振荡器频率采纳作为参考。由此可以在移动台HF部分中对接收振荡器执行首次校准，也就是说在该情形下由算法负责进行设置，以便自动地校准接收振荡器，否则这必须在生产过程中进行。
所述的方法尤其被优选地应用于UMTS移动无线网中，其中借助功率传感器来求出所述的带内功率，以及借助SCH相关器对所接收的载频进行细确定。
本发明的一种可能的改进方案规定，把所述的移动通信设备同步到第一基站上，并向该基站建立通信连接，但在通信连接期间切换到第二个基站。如果在通信连接期间表明对另一基站的接收要强于原来已被同步到的那个基站，那么这是有利的。由此与已知的方法相比，比只采用SCH相关器的常规方法实现了更高的可靠性和频率精度。这是因为，所述的结果是相互独立地同时通过SCH相关器和功率传感器确认的。在UMTS移动无线网中，这意味着该网络的每个可能的信道都可以被考虑用于同步。例如，可以同步到第一网络运营商的基站的第2信道上；但原本的连接建立是随后在第二网络运营商的另一基站的第5信道上进行的。因此这是可能的，因为UMTS基站是利用近似相同的频率进行发射的，其差别仅为百万分之+/-1。
下面借助优选实施例来详细讲述本发明，为讲述它们参考了以下附图。其中：
图1示出了本发明实施例流程的简要概图，
图2示出了在图1所示的方法期间用于单个步骤的扫描频率范围，
图3示出了相对于频率变化过程的功率传感器的测量设备，以及
图4示出了图3的测量结果并结合了在频率范围上的pSCH相关器的测量结果。
在图1中给出了单个的信息群，它们汇入到分析器1中，并根据它们来进行频率捕获。一方面，关于基站信道光栅的先验知识2被送入到所述的分析器中；另外，还输入了利用功率传感器3所测出的在一个频率范围上的带内功率结果，如图3所示。此外还输入经主同步信道(pSCH)4所获得的信息，如图4所示。在pSCH4中，信号分组5是按时间间隔Ts1逐时隙地传输的。图1所示的信号分组6具有来自第一基站的双辐射信号6和来自第二基站的单辐射信号7。所接收的信号分组5经匹配滤波器8被进行逐时隙的累加9。在通过积分器10和峰值检测器11处理完如此获得的信息之后，把从其获得的信息输送到分析器1中。然后在该分析器中准确地确定所述移动通信设备的移动台16内的接收振荡器的接收频率。
在图2示出了接收机振荡器的频率偏移的准确测定过程，由此也示出了借助UMTS移动无线网对该接收机振荡器的校准。由UMTS所覆盖的频带为60MHz宽，并且具有被编号的信道。在第一个迭代步骤中基站的平均载频约为2.1GHz。为了粗略地确定基站的发射频率，在第一个迭代步骤中借助功率传感器3测量约具有3.84MHz带宽的带内功率。由此在原本的相关之前设置了一个粗搜寻。结合信道光栅的先验知识，所获得的结果已经在预选中根据+/-200kHz确定了所接收的、源于不同基站的信道频率，因为这恰好相当于所述的信道光栅。这意味着，通过功率传感器3求出位于200kHz-光栅内的接收信道。通过功率传感器3所求出的最大值位于约10MHz，其中该频率已经被减小了基站的平均载频。根据信道光栅的先验知识，该步宽约为1MHz，其中所述的信道频率最大可以确定到+/-200kHz，也就是说，通过功率传感器3求出基站发射时所用的200kHz光栅内的接收信道。也可以采用超过1MHz的步宽；但优选的是在多个基站进行发射时采用小于1MHz的步宽。
接收振荡器的频率细调节通过按照预定标准规定的pSCH相关器来实现。该相关器的结果被用来校正接收振荡器的、因元件容差和温度波动而存在的频率偏差。
根据如此找到的信道光栅，可以用极低的费用通过第二个迭代步骤来借助pSCH相关器对振荡器偏移进行细调谐。在第二个迭代步骤中，把所接收的信号与已经知道的且在网络范围内统一的pSCH序列进行比较。所述的pSCH相关器具有一个非常窄的相关带宽，也就是说，此处仅在小的频率失谐情况下获得明显的、但功率非常大的扫描结果。相关带宽位于10-20kHz，尤其约为16kHz，这可以从仿真结果中获得。如果同步码在标准化过程中发生变化，则也可以为所述的相关带宽得出其它的值。
在所述的信道频率已经被确定到+/-200kHz之后，此时可以在第三个迭代步骤中利用一个小于所述相关带宽的步宽-例如此处为10kHz-以小的步骤来确定基站发射时的准确频率。
然而，如果采用了关于信道光栅的先验知识，且移动台的本地振荡器(L0)已被如此好地校准以致于其只还有百万分之+/-3的不准确性-这相当于6kHz，那么，所述的第三个步骤将是多余的。
图4给出了一个图，其中一方面示出了在图3中所示的带内功率12及其最大值13。另一方面还在功率传感器3的带内功率12的下方描绘了pSCH相关器在基带内的输出14。在此也已经以基站的约为2.1GHz的载频进行了校正。pSCH相关器的输出14在10MHz处具有一个相关峰值15。从该结果可以推导出移动台内接收振荡器的振荡频率，因为基站发射时所用的信道光栅根据先验知识对移动台来说是已知的。在此，基站的载频利用百万分之0.05的精度进行准确地校正。通过将所找到的被测相关峰值15的位置与已知的基站信道频率进行比较，便求出了移动台16的接收振荡器同已知参考频率的偏差。由此获得用于自动校准的数据。所述接收振荡器的固有频率中的为百万分之+/-25的制造杂散性可以如此程度地得到补偿，使得将来的同步过程可以基于最大为百万分之+/-3的偏差。由此大大加速了将来的同步处理。
如果涉及首次同步的情况，也即由客户首次打开设备，那么由此将得到最大为偏离于参考频率百万分之50的偏差。这意味着，可以譬如以步宽为百万分之1(也即2kHz)的50个步骤来进行所述的pSCH相关。于是，在成功地首次校准之后，最大允许的偏差只还有百万分之3。于是，在相同步宽为2kHz的情况下，所述的pSCH相关仅还需要6个步骤。这就是说，在成功地进行首次同步之后，所述的自动频率捕获在工作时几乎快了10倍。
在移动部分6的HF部分中首次校准接收振荡器期间，可以设置算法来校准所述的接收振荡器，否则这种设置必须在生产过程中进行。为替代在生产过程中执行校准，这是在用户首次启动设备时自动地实现的。在同步之后，通过存储硬件校准参数而把准确求出的接收振荡器频率采纳作为参考。
Claims (5)
1、借助已知的同步序列进行频率捕获、尤其是进行初始频率捕获的方法，用于使具有接收振荡器的移动通信设备同步到基站的预先已知的发射频率上，其中该已知的发射频率是以已知的具有确定频率点的信道光栅进行发射的，具有步骤：
a)借助传感器通过扫描频率范围而求出所述已知的同步序列的带内功率，
b)粗略地确定所述带内功率的局部功率最大值，并由此在所扫描的频率范围上粗略地确定所接收的载频，
c)根据基站发射频率的信道光栅的知识推导出所述基站发射时所用的可能信道频率，
d)通过与已知的同步序列作比较来细确定所接收的载频，
e)校正所述接收振荡器同所发射的载频的频率偏差。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：
在所述移动通信设备首次投入运行和/或每次继续投入运行时应用所述的方法。
3、按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：
通过把准确求出的所述接收振荡器的频率存放到移动通信设备的存储器中，而把该频率采纳作为参考。
4、按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：
所述的方法被应用于UMTS移动无线网中，借助功率传感器来求出所述的带内功率，以及借助pSCH相关器对所接收的载频进行细确定。
5、按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：
把所述的移动通信设备同步到第一基站上，并向该基站建立通信连接，但在通信连接期间切换到第二基站。
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