CN1510858A - 用于在移动通信系统中识别移动信号的设备及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在移动通信系统中识别信号的方法和设备，其能缩短基于接收信号的信噪比和发送信号的用户设备的移动速度的平均获取时间。此设备包括基站调制解调器的多径搜寻器，其使用多普勒估值器分析来自移动用户设备的信号，确定用户设备的移动速度并且向相干和非相干累加器发送与移动速度成比例的控制信号。然后信扰比估值器确定信号的信噪比并且补偿发送给每个累加器的控制信号。通过此种方案，可以获得比其它仅仅考虑用户设备的移动速度的多径搜寻器更高的可靠性。而且，可以缩短识别和搜寻信号的平均获取时间和初始同步时间，并且节省基站的无线资源。

Description

用于在移动通信系统中识别移动信号的设备及其方法

技术领域

本发明一般涉及到移动通信系统，并且更具体地是一种用于在接收基站中识别移动信号的设备和方法。

背景技术

第一个移动通信系统是1946年在美国的圣路易斯提供，其使用150MHz带宽。此种类型的系统发展成各种复杂结构，使得用户可以通过电话同任何人，在任何时间、任何地点交谈。注意到系统的此种优点，移动通信系统的用户数目有巨大地增长，特别在近几年。

在快速、高质量和移动通信服务方面的需求在增长。可是，由于带宽有限，通常的频分多址(FDMA)或时分多址(TDMA)并不令人满意。为了解决上述问题，提出了CDMA。CDMA提供了很多技术上的优势，比如大寻呼容量和高质量的通话服务。即使有这些改进，对于更好的服务还是有强烈的要求。在服务质量上，用户要求移动终端服务快速和稳定，特别是在高速移动时。

在移动通信系统中已注册的用户设备(UE)允许用户在任何时候任何地点和任何人通信。可是，UE存在技术缺陷。例如，当用户在车上以高速移动时，单位时间内的数据速率就趋向降低并且误码率(BER)趋向升高，因此产生噪声或通话中断。在解决这些缺点的努力中，已经开发出一系列的相关技术并且仍然在进行研究。

不管UE是高速移动还是低速移动，移动通信基站必须总是接收到稳定信号使其能提供稳定服务。根据多普勒效应来确定每个UE的移动速度。基站调制解调器接收的UE信号包括不必要的信号或噪声。

在CDMA移动通信系统中，携带信息的通信信号以数字的方式发送，并且接收信号有噪声。接收终端使用一种方法来在同步状态累加多个稳定的窗口单元信号，使得从噪声中分辨出干净的通信信号。

在累加具有相同相位的窗口信号的方法中，当邻近信号被假定相位相同时，根据累加信号大小的总和的平方来增加累加的电平。当存在各种类型噪声时，其相位不同，因此会有部分偏移。在此种情况下使用的原则是累加噪声的大小变成噪声大小的平方和。例如，当信号是5并且噪声是5(即以1∶1的比例)，累加信号是(5+5)²＝100，并且累加噪声是5²+5²＝50，即根据上面的累加，其比例为2∶1。也就是，此种方法改进了信噪比(SNR)。

还可以使用时隙单元中经常累加的信号(通常称为相干多时隙累加)来改进SNR。另一种被作为非相干多时隙累加而熟知的方法累加时隙单元中的信号能量来增加信号能量。在这些方法中，当UE高速移动时，给非相干多时隙累加施加权重。相反，当UE低速移动时，给相干多时隙累加施加权重。

将会参照附图来介绍一种在通常基站调制解调器的多径搜寻器中识别信号的方法。

图1示出了根据非相干多时隙累加的用于累加时隙数目L_slot的整个搜寻过程时间。具体地是实时非相干多时隙累加过程，其用来接收和累加高速移动并且增加能量的UE信号。在图中，当累加时隙数目L_slot是4时，利用四种时隙：时隙T、时隙R、时隙C和时隙S来完成非相干多时隙累加。

T(投掷过程)时隙是一个任务处理器区，用来记录UE的移动通信数据值。T时隙是一个时隙，用来读取诸如用户数目、伪噪声(PN)码值以及同步位置值之类的参数信息，并且有一个固定的时间周期。R(工作过程)时隙是一个用来计算信号能量值的时隙。C(高速缓存过程)时隙是一个用来暂时存储结果值的时隙。而且，S(分类过程)时隙是一个用来顺次存储在R时隙中计算出的能量值的时隙。

如图所示，T时隙在C时隙的下方处理。C时隙不是一个处理过程，而是一个临时存储过程，并且因此能够同时处理另一个过程。因此，在C时隙中处理T时隙。另外，当累加数字为4时，T、R和C时隙重复4次，然后才处理S时隙。整个信号搜寻过程需要有10个时隙，如下面的公式所表示：

          非相干搜寻过程时间＝[2(1+L_slot)]时隙

例如，当累加时隙数目M_slot为4，图2示出了根据用于接收和累加低速移动的UE信号的相干多时隙累加，对于累加时隙数目M_slot的整个搜寻过程时间。如图所示，使用相干多时隙累加来实现的搜寻过程包括四个时隙，比如T时隙、R时隙、C时隙和S时隙。可是，不同于非相干多时隙累加，C时隙和S时隙不是同时进行处理的，在第一个T时隙后，重复4次R时隙，并且顺次处理C和S时隙。

而且在此搜寻过程中，整个信号搜寻过程有7个时隙，如下面的公式表示：

            相干搜寻过程时间＝[3+M_slot]时隙

当相同数目的时隙累加时，相干多时隙累加显示出好于非相干多时隙累加的特点。结果是，有利于平均获取时间，该时间是用于在基站调制解调器的多径搜寻器中识别接收信号的平均搜寻过程时间。

图3示出了用于在使用相干和非相干多时隙累加功能的基站调制解调器的多径搜寻器中识别信号的设备，其还使用多普勒估值器来确定累加时隙数。在基站调制解调器的多径搜寻器中识别信号的设备包括扰码发生器10、解扩器20、第一相干累加器30、第二相干累加器40、第一平方电路50、第二平方电路60、加法器70、非相干累加器80、存储器90以及多普勒估值器100。

解扩器20将扰码信号施加到天线接收到的并被分成同相(I)信道和四相(Q)信道的I信道信号和Q信道信号上来解扩信号。扰码发生器10产生扰码信号并且将信号发送到解扩器20。第一和第二相干累加器30和40将解扩器20输出的信号与导频信号相乘，并且累加得到的结果信号。第一和第二平方电路50和60将每个累加后的信号平方并且提取信号的大小元素。加法器70叠加第一和第二平方电路的输出信号并输出得到的结果值。非相干累加器80累加加法器输出信号的信号大小。然后存储器90顺序存储非相干累加器的输出信号。多普勒估值器100测量UE的移动速度并且将与移动速度成比例的控制信号发送到第一和第二相干累加器30和40以及非相干累加器80中。

图4示出了通过上面描述的在基站调制解调器的多径搜寻器中识别信号的设备实现的搜寻信号过程的顺序步骤的流程图。如图所示，基站接收的信号被通过发送信道分成I信道信号r₁和Q信道信号r_Q的综合(S10)。解扩器接收I信道信号r₁和Q信道信号r_Q，并且施加一个扰码发生器输出的扰码信号来扩展I信道信号r₁和Q信道信号r_Q，从而解扩信号(S11)。

多普勒估值器接收来自基站天线的信号，根据多普勒效应分析和处理接收的信号，从而确定UE的移动速度(S17)，并且输出在当前标准下基于移动速度的控制信号。当分析得到的移动速度高时，多普勒估值器输出控制信号来给L_slot添加权重来增加非相干累加中的累加时隙数目(S18)，并且当分析得到的移动速度低时，多普勒估值器输出控制信号来给M_slot添加权重来增加相干累加中的累加时隙数目(S19)。

第一和第二相干累加器接收解扩器输出的解扩信号，并且将其与导频图形相乘。得到的结果符号单元信号变为N_pilot导频符号。第一和第二相干累加器累加导频符号周期中的整个导频符号，并且根据给定的M_slot数目来累加M_slot-1时隙导频符号周期中的信号(S12)。第一和第二平方电路将预定时间内累加的信号平方，并且提取出信号的大小元素E₁和E_Q(S13)。加法器叠加第一和第二平方电路输出的I和Q信号的平方元素，获取一个能量E_total(S14)。其中，能量值是一个此相位的信号大小。然后，非相干累加器根据给定的L_slo累加加法器输出的能量信号E_tota(S15)。随后存储器存储非相干累加器的输出信号作为搜寻能量值(S16)。

在此过程中，在加法器之前的信号是一对I和Q信号，并且每个模块都是成对出现(S10～S13)。可是，多普勒估值器仅仅考虑UE的移动速度。即使UE的移动速度高，如果SNR低，在非相干多时隙累加中也不会改进性能。

而且，非相干多时隙累加中的平均获取时间要长于相干多时隙累加中的，其是基站调制解调器中识别接收信号所用的平均时间。因此，给非相干累加给定权重是没有意义的。

另外，初始同步时间被更长地延误并且浪费基站的无线资源。也就是，在给定相干累加和非相干累加的权重时仅仅考虑UE的移动速度的多普勒估值器没有效率。

发明内容

本发明的一个目的是解决一个和多个上述问题并且获得下述特点中的至少一个。

本发明的另一个目的是提供一种方法和设备，用来在有效地搜寻和识别移动信号的移动通信系统中识别移动信号。

本发明的另一个目的是提供一种方法和设备，用来在移动通信系统中识别信号，其能抑制基站调制解调器中的平均获取时间和同步时间。

本发明的另一个目的是提供一种方法和设备，用来在移动通信系统中识别信号，其考虑到信噪比来控制权重。

为了获得上述这些和/或其他目的和优点，本发明提供了一种方法和设备，通过根据运行基站调制解调器多径搜寻器的无线系统中接收的信号的信噪比控制给非相干累加器施加的权重，来识别移动信号。优选地，信扰比估值器确定信噪比。

优选地，当信噪比低时，信扰比估值器包括一个步骤，其固定非相干累加器的时隙数。

优选地，当信噪比高时，信扰比估值器把控制信号保持原样地从多普勒估值器发送到非相干累加器。

优选地，多普勒估值器发送一个控制信号，其根据用户设备的移动速度来增加给相干累加器和非相干累加器的时隙数目。

附图说明

图1示出了当L_slot为4时，根据现有技术的非相干多时隙累加的搜寻过程时间；

图2示出了当M_slot为4时，根据现有技术的相干多时隙累加的搜寻过程时间；

图3示出了根据现有技术，在通用基站调制解调器的多径搜寻器中识别信号的设备的结构；

图4示出了根据现有技术，包含在使用在基站调制解调器的多径搜寻器中用于识别信号的设备来搜寻信号的过程中的步骤；

图5示出了根据本发明的优选实施例，用于在基站调制解调器的多径搜寻器中识别信号的设备的结构；和

图6示出了根据本发明的优选实施例，包含在用于使用在基站调制解调器的多径搜寻器中识别信号的设备来搜寻信号的过程中的步骤的流程图。

具体实施方式

通常，在基站调制解调器的多径搜寻器中使用多普勒估值器来搜寻和识别移动UE的信号。可是，多普勒估值器仅仅只考虑UE的移动速度。即使UE的移动速度高，假如SNR低，给非相干累加器给定一个权重是没有意义的。因此，在非相干多时隙累加中识别接收的信号所花的平均获取时间要比在相干多时隙累加中花取的时间长。而且，初始同步时间也会增加，并且因此浪费了基站的无线资源。

根据本发明，通过添加一个信扰比(SIR)估值器，多普勒估值器根据信噪比来控制要向非相干累加器提供的权重。将会结合附图描述根据本发明的在移动通信系统中识别移动信号的设备和方法。

图5示出了根据本发明优选实施例的在基站调制解调器的多径搜寻器中识别信号的设备结构。用于基站调制解调器的多径搜寻器中识别信号的设备包括：扰码发生器110、解扩器120、第一相干累加器130、第二相干累加器140、第一平方电路150、第二平方电路160、加法器170、非相干累加器180、存储器190、多普勒估值器200和SIR估值器210。用于识别信号的设备的每一单元都会详细描述。

解扩器120把扰码信号施加到CDMA从UE输入并且被分成I信道和Q信道的I信道信号r₁和Q信道信号r_Q上，来解扩信号。扰码发生器110产生扰码信号，用来扩展信号并将信号传送到解扩器120。多普勒估值器200测量来自UE的信号的移动速度，并且将一个与移动速度成比例的控制信号传送到第一和第二相干累加器130和140以及非相干累加器180中。

SIR估值器210分析来自UE的信号，搜寻信号的SNR，并且根据搜寻的SNR来校正或补偿从多普勒估值器200传送到非相干累加器180上的控制信号。

第一相干累加器130接收r₁，在根据相应的导频符号值的时隙范围内累加信号，重新累加由来自多普勒估值器200的控制信号设定的时隙单元中的信号，并且输出结果信号。

第二相干累加器140接收r_Q，在根据相应的导频符号值的时隙范围内累加信号，重新累加由来自多普勒估值器200的控制信号设定的时隙单元中的信号，并且输出结果信号。

第一和第二平方电路150和160对来自第一和第二相干累加器130和140的每个输出信号求平方。加法器170将来自第一和第二平方电路150和160的输出信号叠加，然后输出一个信号E_total。

非相干累加器180累加来自加法器170的信号的信号大小，并且还累加由多普勒估值器200输出并且由SIR估值器210控制的控制信号设定的时隙单元信号。然后存储器190存储来自非相干累加器180的输出信号。

一种在识别信号的设备中使用的方法，该设备通过基站调制解调器从UE接收CDMA扩频信号，解扩接收信号，并且利用导频符号值来累加解扩信号。该方法包括的步骤：分别接收扩频信号r₁和r_Q，通过把每个信号与基于扰码和导频图形的PN码值相乘来解扩输入信号，并且根据导频符号值来累加信号。然后通过分析来自多普勒估值器中的UE的信号来测量出UE的移动速度，并且根据测量的UE移动速度将用于增加累加时隙数的控制信号传送到相干累加器或非相干累加器。当UE的移动速度高时，决定来自UE的信号的SNR是否低于预定水平。当SNR低于预定水平时，发送到非相干累加器上的控制信号被控制来增加累加时隙数。

图6示出了根据本发明的优选实施例，在使用用于在基站调制解调器的多径搜寻器中识别信号的设备来搜寻信号的过程中的步骤的流程图。在初始化步骤中，基站天线接收到的来自UE的CDMA扩频信号被分成I信道信号r₁和Q信道信号r_Q，并且将这些信号分别输入解扩器(S30)。解扩器将来自扰码发生器的扰码加到每个信号上，解扩信号，并且将信号分别传送到第一相干累加器和第二相干累加器(S31)。相干累加器从解扩器中接收解扩后的信号，并且将其与导频信号相乘。计算出的符号单元信号变成N_pilot导频符号。

第一和第二相干累加器利用来自相应功能单元的导频信号值分别累加输入信号r₁和r_Q。其中，根据来自多普勒估值器的控制信号确定时隙单元累加数并且利用确定的数目来重新累加信号，从而提高SNR(S32)。

也就是，比如，当导频符号值为6并且基于来自多普勒估值器的控制信号的时隙数为3时，18倍累加输入信号来提高SNR。累加数增加得越多，SNR提高得越多。可是，由于累加数的增加，增加了用于识别接收信号的平均获取时间。因此，确定最佳状态是非常重要的，这可以利用SIR估值器来完成。

第一和第二平方电路接收来自第一和第二相干累加器的输出信号，对信号求平方，并且分别输出结果能量值E₁和E_Q(S33)。加法器接收来自第一和第二平方电路的能量值E₁和E_Q，将其叠加成E_total，并且将结果值E_total发送到非相干累加器(S34)。根据非相干多时隙累加，非相干累加器累加E_total(S35)。随后存储器将来自非相干累加器的输出信号作为搜寻能量值存储(S36)。

在此过程中，在加法器之前的信号是一对I和Q信号，并且模块的每一个都是成对实现的。

根据由多普勒估值器输出并且由SIR估值器校正或补偿的控制信号，非相干累加器设定时隙数。然后，非相干累加器通过预设的时隙数来累加接收信号，并且在存储器中顺次存储信号。

多普勒估值器根据多普勒效应分析和处理来自UE的接收信号，以确定UE的移动速度(S37)。当分析出的UE移动速度低于基准水平时，多普勒估值器输出一个控制信号来增加第一和第二相干累加器中的时隙数M_slot，从而提高相应于相干多时隙累加的SNR(S38)。相反，当分析出的移动速度高于基准水平时，多普勒估值器输出一个控制信号来增加非相干累加器中的时隙数L_slot，从而提高相应于非相干多时隙累加的信号能量。

可是，当根据使用高或低UE移动速度的相干多时隙累加和非相干多时隙累加来控制时隙数时，并没有考虑平均获取时间。其中，SIR估值器完成必要功能，包括接收来自UE的信号，分析信号和搜寻SNR。

也就是，SIR估值器接收来自多普勒估值器的UE的速度信息，并且确定接收信号的SNR(S39)。当UE的移动速度高并且SNR低于预定水平时，SIR估值器校正或补偿输入非相干累加器的时隙数控制信号，将其保持在一个固定的时隙数，并且输出结果信号(S40)。在移动速度高并且SNR高于预定水平的情况，SIR估值器输出来自多普勒估值器的控制信号来增加非相干累加器中的时隙数L_slot，根据非相干多时隙累加来改进SNR(S41)。

如前所讨论的，考虑到接收信号的SNR影响，即使UE高速移动，假如接收信号的SNR低，用于增加基于非相干多时隙累加的时隙数的控制信号被校正或补偿到一个固定时隙数。结果是，有利于平均获取时间，该时间是多径搜寻器的平均搜寻过程时间。

根据本发明，当来自高速移动的UE的信号的SNR低时，用于在移动通信系统中的接收基站中识别信号的方法和设备校正或补偿一控制信号，该控制信号用于增加基于显示了相当长的平均获取时间的非相干多时隙累加的时隙数。结果是，用于改进接收信号的平均获取时间的用于识别信号的本发明的方法和设备可以提高性能。

另外，当基站调制解调器识别和处理UE信号时，可以提高系统的信号处理速度和可靠性。

而且，通过快速识别接收信号可以缩短初始同步时间，导致基站无线资源的低消耗。

由于本发明在不离开其精神或本质特征的基础上有几种形式的表征方式，应该理解的是上述实施例并不局限于上面描述的任何细节，除非有其它说明，而是应该在附录的权利要求书所规定的精神和范围内广泛地解释，因此所有在权利要求书的边界上和边界内或等同于边界上和边界内的改变和修订都应该受到附录权利要求书欢迎。

Claims (35)

1.一种用于在无线码分多址系统中识别移动信号的方法，包括：

测量发送终端的移动速度；

测量来自发送终端的信号的信噪比；以及

根据测量的移动速度和信噪比来控制接收终端的信号搜寻过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其中发送终端是用户设备并且接收终端是基站。

3.根据权利要求1所述的方法，其中多普勒估值器测量移动速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中信扰比估值器测量信噪比。

5.根据权利要求1所述的方法，其中控制步骤包括：

当移动速度高于基准水平时给非相干累加器给定一个权重。

6.根据权利要求1所述的方法，其中控制步骤包括：

当移动速度低于基准水平时给相干累加器给定一个权重。

7.根据权利要求1所述的方法，其中控制步骤包括：

当信噪比低于基准水平时抑制要给予非相干累加器的权重。

8.一种用于在CDMA移动通信系统中识别信号的方法，包括：

解扩接收到的信道信号，并且根据相干多时隙累加分别累加解扩信号；

求每个累加信号的平方，并且将其叠加成能量值；

根据非相干多时隙累加来累加能量值；

确定来自发送终端的信号的移动速度，所述接收信道信号来自该发送终端；

确定来自发送终端的信号的信噪比；以及

根据移动速度和信噪比来控制接收终端的信号搜寻过程。

9.根据权利要求8所述的方法，其中发送终端是用户设备并且接收终端是基站调制解调器的多径搜寻器。

10.根据权利要求8所述的方法，其中接收的信道信号是同相信道信号和四相信道信号。

11.根据权利要求8所述的方法，其中多普勒估值器确定来自发送终端的信号的移动速度。

12.根据权利要求8所述的方法，其中确定移动速度包括确定来自发送终端的信号的移动速度是第一速度还是第二速度，其中第一速度大于第二速度。

13.根据权利要求8所述的方法，其中信扰比估值器确定信噪比。

14.根据权利要求8所述的方法，其中控制步骤包括根据确定的移动速度来将控制信号发送到相干和非相干累加器。

15.根据权利要求8所述的方法，其中控制步骤包括根据确定的信噪比来补偿将要发送到非相干累加器的控制信号。

16.根据权利要求14所述的方法，其中当确定移动速度高于基准水平时，将用于增加时隙数的控制信号发送到非相干累加器中。

17.根据权利要求14所述的方法，其中当确定移动速度低于基准水平时，将用于增加时隙数的控制信号发送到相干累加器中。

18.根据权利要求15所述的方法，其中当确定信噪比低于预定值时，补偿发送到非相干累加器上的控制信号。

19.根据权利要求15所述的方法，其中控制信号增加基于非相干多时隙累加的时隙数目。

20.根据权利要求18所述的方法，其中通过固定基于非相干多时隙累加的时隙数来补偿控制信号。

21.根据权利要求8所述的方法，其中接收的信道信号至少包括同相信号和四相信号。

22.一种用于在CDMA移动通信系统中识别移动信号的设备，包括：

解扩器，其解扩一个或多个接收信号；

扰码发生器，其产生解扩器使用的扰码；

多普勒估值器，其确定移动终端发送的接收信号的速度并且发送控制信息；

信扰比估值器，其确定从移动终端接收的信号的信噪比，并且校正控制信息；

相干累加器，其接收解扩信号并在时隙单元中累加信号；

平方电路，其对相干累加器中累加的每个信号求平方；

加法器，其将平方电路提取的大小元素叠加；

非相干累加器，其累加加法器叠加的信号大小；和

存储器，其存储来自非相干累加器的输出信号。

23.根据权利要求22所述的设备，其中解扩器解扩的接收信号包括同相信道信号和四相信道信号。

24.根据权利要求22所述的设备，其中多普勒估值器通过确定移动终端发送的信号的速度是第一速度还是第二速度而确定该速度，其中第一速度大于第二速度。

25.根据权利要求22所述的设备，其中多普勒估值器根据确定的移动速度，将用于增加时隙数的控制信号发送到相干和非相干累加器。

26.根据权利要求25所述的设备，其中当移动终端的确定移动速度被确定为高于基准水平时，多普勒估值器将用于增加时隙数的控制信号发送到非相干累加器。

27.根据权利要求25所述的设备，其中当移动终端的确定移动速度被确定为低于基准水平时，多普勒估值器将用于增加时隙数的控制信号发送到相干累加器。

28.根据权利要求22所述的设备，其中信扰比估值器根据确定的信噪比补偿发送到非相干累加器的控制信号。

29.根据权利要求28所述的设备，其中当确定信噪比低于预定值时，信扰比估值器补偿发送到非相干累加器上用于控制时隙数为固定时隙数的控制信号。

30.根据权利要求22所述的设备，其中相干累加器包括：

第一相干累加器，其接收同相信道信号；和

第二相干累加器，其接收四相信道信号。

31.根据权利要求22所述的设备，其中平方电路包括：

第一平方电路，其接收来自第一相干累加器的信号；和

第二平方电路，其接收来自第二累加器的信号。

32.根据权利要求22所述的设备，其中平方电路对每个信号求平方并且输出能量值。

33.根据权利要求22所述的设备，其中加法器叠加能量值并且输出能量值，该能量值是对应相位的信号大小。

34.根据权利要求22所述的设备，其中相干累加器接收解扩信号，通过相应的导频符号值在时隙范围内累加信号，并且在由来自多普勒估值器的相应控制信号设定的时隙单元中重新累加信号。

35.根据权利要求22所述的设备，其中非相干累加器累加加法器叠加的相位中的信号大小，并且重新累加时隙单元中的信号，该时隙单元由从多普勒估值器输入的控制信号设定并由信扰比估值器校正。

Images