CN1640157A

CN1640157A - 在cdma通信系统中获取载波频率的方法和装置

Info

Publication number: CN1640157A
Application number: CN02829347.9A
Authority: CN
Inventors: 平野朝士
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2005-07-13
Also published as: WO2004010719A1; AU2002368108A1

Abstract

一种宽带CDMA手机，具有简化初始序列获取的接收机。该接收机通过在预定频带内的预定间隔处扫描(38)，诸如在60MHz频带中每5MHz扫描，来搜索和分配位于预定频带内的基站载波频率。接收机在每个预定间隔处测量接收信号强度(40)并在每个预定间隔处生成接收强度信号指示(RSSI)。然后为邻近扫描的间隔计算RSSI比(42)，将计算的比值同预定RSSI值进行比较(46)。如果比值之一大于预定RSSI值，则估计其中心频率(50)，并且将其分配作为用于与基站通信的频率。

Description

在CDMA通信系统中获取载波频率的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及通信系统，更具体涉及在码分多址(CDMA)通信系统中获取载波频率的方法和装置。

背景技术

码分多址(CDMA)近来已在美国用于数字蜂窝电话系统。在其他区域，诸如在日本和欧洲，使用了CDMA的变种，称为宽带CDMA(WCDMA)。WCDMA允许非常高速的多媒体服务，诸如语音、因特网接入和视频会议，在局域网中速度可达到2Mbps，在广域网中达到384kbps。CDMA使用扩频调制技术，其中每信道的信号能量扩展到宽频带上，对应于不同系统用户的多个信道占用了相同的频带。CDMA提供了有效使用可用频谱的优点，但是付出了加大计算复杂度的代价。

为了解调接收的信号，移动CDMA接收机必须以适时的方式识别和同步本地基站。这个过程被称为获取。在获取过程中，移动接收机确定合适基站的扩展码序列和扩展码相位。为了使移动接收机更易于获取基站的扩展码序列和相位，基站发送若干导频信号。导频信号是这样的助手，其允许移动接收机更容易地确定扩展码序列和扩展码相位。为了同步基站，移动站选择可能的同步点，测试使用该同步点的信号能量是否超出阈值。这一过程被称为假设测试。移动接收机必须使用不同的可能的同步点进行假设测试，直到找到一个正确概率很高的点。移动接收机还继续搜索其他基站，作为呼叫移交的候选。

在现在的第三代环境(3GPP)中，当手机开机时，必需给它分配来自60MHz频带中的总共大约300个的200kHz光栅的频率载波。每个频率载波不同步地建立在不同服务提供商之间，以允许国际间的漫游。因此，在最初开机时，手机必须检查和检测所有信道频率，并通常基于接收到的信号强度指示(RSSI)测量来分配频率。

因此，在移动CDMA接收机中的获取需要许多的计算。这些计算容易降低电池寿命。拥有能够快速搜索和获取基站并消耗非常少能量的CDMA接收机将是很有利的。

附图说明

通过结合附图阅读，将更好地理解本发明优选实施例的下面的详细的描述。为便于说明本发明，在附图中示出了当前优选的实施例。但是，应该理解，本发明并不限于所示的精确结构和手段。在附图中：

图1是根据本发明用于搜索和获取频率载波的方法的流程图；

图2是根据图1所示的方法搜索和获取频率载波的无线通信设备的一部分的示意框图；

图3A-3C是用于说明本发明的搜索和获取方法的第一实例的图；

图4A-4C是用于说明本发明的搜索和获取方法的第二实例的图；和

图5A-5C是用于说明本发明的搜索和获取方法的第三实例的图。

具体实施方式

下面结合附图阐述的详细描述希望被认为是对本发明当前优选实施例的描述，而不希望被认为是表示实践本发明的唯一形式。应该理解，通过意图包含在本发明精神和范围内的不同实施例也可以实现相同或等价的功能。此外，尽管本发明被示为WCDMA系统，其也可应用于其他系统，诸如MC-CDMA系统。在图中，相似的标号用于指示类似的元素。

根据本发明，无线通信设备，即蜂窝电话，通过假设特定的载波频率来搜索并获取载波频率，而并不搜索所有信道，因此搜索和获取信道所需的时间和处理所消耗的电流可得到降低。

在本发明一个实施例中，公开了一种为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，其中基站载波频率位于预定频带内，方法包括步骤：以预定间隔扫描预定频带，每个预定间隔具有接收信号强度；在每个预定间隔测量接收信号强度并在每个预定间隔生成接收信号强度指示(RSSI)。然后为邻近扫描间隔计算RSSI比。将计算的RSSI比同预定的RSSI值进行比较，并且估计大于预定RSSI值的至少一个计算的RSSI比的中心频率。然后将估计的中心频率分配给无线设备，用于同基站通信。因此，仅需要有限的扫描量就能检测具有强RSSI的基站载波频率。

扫描、测量、计算和比较步骤定义了一个循环。在另一实施例中，在比较步骤中，如果没有计算RSSI比超过预定RSSI值的话，就再次进行循环步骤，调整扫描步骤的预定间隔，使得扫描预定频带内的更多频率。循环可以进行多次，直到计算RSSI比之一超出预定RSSI值。如果循环进行了多次仍旧没有计算RSSI比超出预定RSSI值的话，就再次进行扫描步骤，扫描预定频带的所有频率并检测每一频率的RSSI，直到找到具有超过预定RSSI值的RSSI的频带。

在另一实施例中，在扫描步骤之前，方法确定是否预设了基站载波频率数据，包括预设频率，在此情况中，测量预设频率的信号强度。

在又一实施例中，在扫描步骤之前，方法确定是否在无线设备中预储存了可替换的载波频率分配程序，如果是这样的话，就执行该可替换程序。

在进一步的实施例中，在扫描步骤之前，方法确定无线设备是否在W-CDMA环境中开机，如果没有的话，就扫描该环境中所有可用频率，以获取和分配基站频率。

现在参看图1，示出了根据本发明用于搜索和获取频率载波的方法的流程图。该方法是为W-CDMA环境优化的。但是，如本领域技术人员所理解的，该方法可用于其他通信环境。该方法开始于通信设备在框10开机。通信设备可以是工作在单一频带上的CDMA型设备，或者可以是多频带设备。如果通信设备仅是W-CDMA设备，某些步骤可以包含在用于实现该方法的软件和/或硬件中。

在设备开机之后，在步骤12，方法检查以确定是否在设备中预储存或预设了载波数据。也就是说，是否预设了具体载波或服务提供商的预设频率。例如，用户可能只想使用特定的载波，其已知工作在预定频率上。在此情况下，可在设备的寄存器或存储位置设置标志并检查该标志。如果设置了这样的标志(或者使用否定逻辑清除这样的标志)，则执行步骤14，其设定设备工作在预储存的频率上。在步骤16，测量预储存频率上的信号强度，然后在步骤18，执行已知的信道解码步骤。在示例实施例中，使用软决策维特比(Viterbi)算法解码器。得出的解码信息比特进一步传递到通常包括数字声码器并用作与扬声器、麦克风和显示屏的接口以组成蜂窝手机的电路。测量信号强度、计算RSSI和信道解码都是本领域公知的，对于完整理解本发明，都不需要对这些步骤进行进一步的描述。

如果在步骤12，没有预设频率数据的话，方法就继续到步骤20。在步骤20，方法检查确定在无线设备中是否预储存了可替换的载波频率分配程序，基于确定步骤的结果，如果预储存了可替换的程序，方法跳转到步骤22以执行预储存的频率分配程序。预储存的频率分配程序，如步骤22所示，可能是想要的，例如用来直接前进到下述的步骤28、38和52的处理之一。否则，方法前进到步骤24，设备检查确定是否在W-CDMA环境中开机，而不是例如CDMA-2000类型环境。该环境检查通常是通过检查储存在用户SIM卡中的信息来进行的。或者是储存在设备存储器中的信息，诸如储存在闪存中的信息。如果环境不是W-CDMA环境的话，就执行开始于步骤26的可替换的处理程序。注意到，步骤24可以在步骤20之前执行。

在本发明一个实施例中，从步骤26开始的可替换的处理程序可以是这样的程序：扫描环境中所有可用频率以获取和分配基站频率(即，步骤52)。但是，在目前的优选实施例中，开始于步骤28的可替换的程序使用预储存的频率偏移信息，其可从设备存储器中读取。例如，预储存的偏移值可以是1、2或3MHz。然后，在步骤30，测量频带内每个偏移频率值处的信号强度。例如，测量每3MHz的RSSI。下面将结合例3(图5A-5C)进行详细说明。在步骤32，对GSM，估计每200kHz频带的中心频率，对于宽带(WCDMA)是每5MHz。然后，在步骤34，如果中心频率处的RSSI大于预设值，分配该频率，并且方法前进到步骤18以进行已知的信道解码过程。例如，对于WCDMA系统，预设RSSI值可以是-90+/-10dBm。如果多个中心频率大于预设最小值的话，就选取第一个大于最小值的中心频率或者具有最大RSSI值的中心频率。如果没有值大于预设最小值的话，执行就会前进到步骤52，这是扫描所有频率的程序(即，常规方法)。

另一方面，如果设备在W-CDMA环境中开机，方法从步骤24前进到步骤36。步骤36检查程序可用性，即，储存在存储器中。注意到，步骤36也可以去除，步骤24可以直接前进到步骤38。

如前面所讨论的，目前W-CDMA定义了大约300个载波频率，其覆盖了60MHz的频带。本发明不会耗时地去为基站载波频率而扫描所有这些频率，而是以5MHz的间隔进行扫描。这样，对于60MHz的频带，要进行12次扫描。这将在下面参考例子详细示出。当然，本领域技术人员明白，可以改变这个扫描间隔。例如，可以在60MHz的频带上以10MHz为间隔进行6次扫描。因此，本发明并不限于特定的扫描间隔。

因此，在步骤38，以预定间隔对频带进行扫描。每个预定间隔具有接收信号强度，在步骤40测量接收信号强度并为每个预定间隔计算接收信号强度指示(RSSI)。在步骤42，使用RSSI测量对邻近扫描间隔计算每5MHz的RSSI比。优选地，该计算只在邻近的两个间隔都具有大于预定最小值的RSSI时在邻近的间隔上进行。

在步骤44，偏移并相加计算的RSSI比。也就是说，将邻近的RSSI比求和并将其偏移到其中心频带。对于5MHz的扫描间隔，RSSI比偏移2.5MHz，然后求和。在步骤38和42的扫描和测量没有检测到信号的情况下(RSSI约等于0.0)，在这5MHz频带不会进行偏移和求和。在步骤46，求和的RSSI值同预定最小RSSI值进行比较，如果求和的值大于预定最小值，在步骤50，估计该求和值的中心频率，将该中心频率分配给设备，随后在步骤18进行信道解码。预定最小RSSI值可以取决于载波。在目前的优选实施例中，使用-90+/-10dBm的预定最小RSSI值。类似于步骤34，如果多个中心频率大于预定最小值的话，则可以选取第一个大于最小值的中心频率或具有最大RSSI值的中心频率。

在步骤46，如果没有求和的RSSI值大于预定最小值的话，则方法返回到步骤38，重复将扫描步骤的预定间隔偏移预定量(诸如偏移2.5MHz)的处理。例如，在程序的第二次循环中，扫描间隔为每5MHz，但每个RSSI测量将比先前循环的测量偏移2.5MHz。随后的循环又会偏移不同的值，例如2MHz偏移。每次进行循环，都扫描更小的间隔。在中间步骤48，在循环之前，方法检查计数值从而使得循环只进行一定的次数。例如，如果循环进行了3次，可能停止循环并跳转到步骤52更有效。如前面所讨论的，在步骤52，扫描所有频率并进行RSSI测量，如常规方法一样，以选取和分配通信频率。作为可供选择的另一方案，循环可以一直进行，直到它扫描了所有频率，而不必跳转到单独的步骤52。

现在参看图2，本发明还提供通信设备60，其执行上述方法来为基站和设备60之间的通信获取和分配基站频率。图2是通信设备60一部分的示意框图。通信设备60包括微控制单元(MCU)62，基带控制器64，RF部分66，和天线68。天线68允许无线信号在预定通信信道上的发送和接收。

天线68连接到RF部分66。RF部分66包括RSSI检测器70和频率合成器72。RSSI检测器70以已知方法测量通过天线68接收的信号的信号强度。天线68通过RF部分中的双工器连接到模拟接收机和发射功率放大器电路。天线68、双工器、接收机和发射电路、以及RSSI检测器70都是标准设备，允许通过单一天线的同时发送和接收。天线68收集发射的RF信号并通过双工器将其提供给模拟接收机。来自双工器的RF信号典型地在850 MHz的频带，或者在1.8或1.9GHz的频带。RF信号通过频率合成器72下变频到中频(IF)。频率合成器72是标准设计，并且允许接收机调谐到所有蜂窝电话频带的接收频带内的任意频率。IF信号之后通过滤波器，诸如表面声波(SAW)带通滤波器(未示出)，例如，其可以为大约5.0MHz的带宽。选择SAW滤波器的特性使得匹配蜂窝站发射的信号的波形，其可以通过以预定速率(通常约4.096MHz)钟控的正负(PN)序列来进行直接序列扩频调制。RF部分66还进行功率控制功能，用于调整设备60的发射功率。RF部分66生成模拟功率控制信号。

RF部分66连接到基带控制器64。基带控制器64包括RSSI测量控制器74。RSSI测量控制器74将测量所需波形的任意接收的强度。RSSI测量控制器74提供信号强度信号给MCU 62，指示最强的信号和相对时间关系。向基带控制器64提供模数(A/D)转换器(未示出)，用于将IF信号转换成数字信号，在优选实施例中，转换的时钟速率为32,768MHz，这恰好是PN芯片速率的八倍。数字化信号提供给两个或更多的信号处理器或数据接收器中的每个，其中之一是MCU 62，其余的是数据接收机。但是，应该理解，廉价、低性能移动设备可能只有单一的数据接收机，而高性能单元可能具有两个或更多的数据接收机来允许分集接收。

MCU 62优选是本领域公知的类型，通常可买到，诸如摩托罗拉M-芯处理器。MCU 62包括中心频率估计控制器76，频率偏移控制器78和存储器80。中心频率估计控制器76控制偏移频率和RSSI比较值。频率偏移控制器78控制频率偏移多少，例如在步骤30和44。存储器80用于储存程序代码以控制MCU 62的操作，从而执行上述如图1所述的方法。本领域技术人员应该理解，中心频率估计控制器76和频率偏移控制器78不需要专用硬件，而是可以通过在MCU 62的存储器80中执行的程序代码来实现。

现在将上述方法应用于某些例子，如图3A-3C、图4A-4C和图5A-5C。现在参看第一个例子图3A-3C，图3A是示出具有多个频率标识(FID#0到FID#99)的频带的图。W-CDMA带宽是3.84MHz和5MHz，包括防护频带。对于该例，示出了可能在60MHz带宽上传输的300个载波中的两个载波，载波A和载波B。为了示例简单，图3A的图只显示到了FID#99，而不是延伸显示到FID#299。同时参看图1的流程图，如果通信设备在W-CDMA环境中开机，设备使用本发明的搜索算法的话，则图3B显示了步骤40和42中测量RSSI和计算RSSI比的结果。也就是说，对每5MHz扫描和测量RSSI的结果是RSSI测量rssi1、rssi2、rssi3和rssi4。rssi1和rssi2是从载波A中确定的，rssi3和rssi4是从载波B中确定的。RSSI检测器70确定活动RSSI值并通过RSSI测量控制器74将其提供给MCU 62，RSSI测量控制器74确定进行多少RSSI测量。由于在图3A中没有FID#49附近的载波，在中间5MHz检查处的对应RSSI值为0。图3C示出了在步骤44偏移频率和添加RSSI测量的结果。更具体地，RSSI A是rssi1与rssi2之和，而RSSI B是rssi3与rssi4之和。注意到，在位于RSSI A和RSSIB之间的两个5MHz频带处没有进行检查，因为在图3A中，在这两个频带处没有检测到载波。本发明的算法随后将继续以比较RSSI A和RSSI B的值与预定最小RSSI值，并选取大于预定值的一个。如果两个或多于一个的值大于预定值的话，则选取具有最大RSSI值的载波。如果载波具有相同的RSSI值，如图3C所示，算法可以选取其中的一个，诸如缺省选取最大的，或者如果相等，选取第一个，也就是RSSI A。接下来，在步骤50确定RSSI A的中心频率，然后，为步骤18的信道解码分配这个中心频率。

现在参看图4A-4C，示出了第二个例子。图4A，类似于图3A，是示出具有多个频率标识(FID#0到FID#99)的频带的图。对于该例，示出了具有不同信号强度的三个载波，载波A、载波B和载波C。图4B显示了步骤40和42中测量RSSI和计算RSSI比的结果。对每5MHz扫描和测量RSSI的结果是RSSI测量rssi1、rssi2、rssi3、rssi4和rssi5。rssi1是从载波A中确定的，rssi2是从载波A和B中确定的，rssi3是从载波B中确定的，rssi4和rssi5是从载波C中确定的。注意到，虽然在图4A中在载波B和C之间的5MHz频带没有传输载波，但RSSI平均功能在该频带中具有值。但是，在图4C中我们看到，在定义和偏移步骤44期间，在该频带上没有进行定义和偏移，因为那里没有载波。现在参看图4C，RSSI A是rssi1与rssi2之和；RSSI B是rssi2与rssi3之和；而RSSI C是rssi4与rssi5之和。本发明的算法随后将继续以比较RSSI A、RSSI B和RSSI C的值与预定最小RSSI值，并选取RSSI C，因为在本例中，RSSI C具有最大值(假设在最小值之上)。接下来，在步骤50确定RSSI C的中心频率，然后，为步骤18的信道解码分配这个中心频率。

现在参看图5A-5C，示出了第三个例子。该例引向程序2，其从步骤26接入，开始于步骤28。图5A是示出具有多个频率标识FID#0到FID#99的频带的图，示出了具有不同信号强度的三个载波，载波A、载波B和载波C。图5B显示了在偏移频率值处测量RSSI(步骤30)的结果。对每5MHz扫描和测量RSSI的结果是RSSI测量rssi1、rssi2、rssi3、rssi4和rssi5。rssi1是从载波A中确定的，rssi2是从载波A和B中确定的，rssi3是从载波B中确定的，rssi4和rssi5是从载波C中确定的。图5C显示了偏移频率和添加RSSI测量的结果，从而可在步骤32进行中心频率估计。更具体地说，在由偏移值定义的不同频率偏移范围处，RSSI A是rssi1与rssi2之和，RSSI B是rssi2与rssi3之和，而RSSI C是rssi4与rssi5之和。本例中，图5C显示了使用比先前两个例子更小的偏移值。更小的偏移值可能是具有许多载波的更复杂区域中所需的。偏移值可以根据多个因素来设置，这些因素包括用户主载波、区域中载波数目等等。本发明的算法随后将继续以比较RSSI A、RSSI B、RSSI C的值和未标出的其他RSSI值与预定最小RSSI值，并选取大于预定值的一个值。如果多个值大于预定值的话，则可选取具有最大RSSI值的载波。接下来，在步骤32确定RSSIA的中心频率，然后，为步骤18的信道解码分配这个中心频率。

虽然通过优选实施例描述了本发明，本领域技术人员将认识到，本发明可以以很多方式进行修改，并且可假定除具体阐述的上述实施例之外的许多实施例。例如，搜索算法可以完全用硬件实现，完全用软件实现，或者其各种不同的组合。因此，希望用所附的权利要求书覆盖所有落入本发明范围内的对本发明的修改。

Claims

1.一种用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，其中，基站载波频率位于预定频带内，所述方法包括以下步骤：

以预定间隔扫描预定频带，每个预定间隔具有接收信号强度；

在每个预定间隔测量接收信号强度并在每个预定间隔生成接收强度信号指示(RSSI)；

为邻近扫描的间隔计算RSSI比；

将计算的RSSI比同预定RSSI值进行比较；

估计大于预定RSSI值的至少一个计算的RSSI比的中心频率；和

将估计的中心频率分配给无线设备，用于与基站的通信。

2.如权利要求1所述的用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，其中，所述预定频带是W-CDMA频带。

3.如权利要求1所述的用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，其中，所述预定扫描间隔是大约5MHz。

4.如权利要求1所述的用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，其中，所述计算步骤只在邻近的两个间隔都具有大于预定最小值的RSSI值时才在这两个邻近间隔上进行。

5.如权利要求1所述的用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，其中，所述扫描、测量、计算和比较步骤定义了一个循环，并且其中，在所述比较步骤中，如果没有计算的RSSI比超过预定RSSI值的话，则再次进行循环的步骤，调整扫描步骤的预定间隔，使得扫描预定频带内的更多频率。

6.如权利要求5所述的用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，其中，如果没有计算的RSSI比超过预定RSSI值的话，就进行预定次数的循环。

7.如权利要求6所述的用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，其中，如果进行了所述预定次数的循环之后仍旧没有计算的RSSI比超过预定RSSI值的话，扫描步骤就扫描预定频带的所有频率，并检查每个频率处的RSSI，直到找到具有超过预定RSSI值的RSSI的频带。

8.如权利要求1所述的用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，进一步包括如下步骤：

在扫描步骤之前，确定是否预设了基站载波频率数据，包括预设的频率；和

基于确定步骤的结果，测量预设频率的信号强度。

9.如权利要求1所述的用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，进一步包括如下步骤：

在扫描步骤之前，确定在无线设备中是否预储存了可替换的载波频率分配程序；和

基于确定步骤的结果，如果预储存了可替换的程序的话，执行预储存的频率分配程序。

10.如权利要求1所述的用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的方法，进一步包括如下步骤：

在扫描步骤之前，确定无线设备是否在W-CDMA环境中开机，如果该环境不是W-CDMA环境，则扫描该环境中的所有可用频率以获取和分配基站频率。

11.一种用于为无线设备搜索和分配基站载波频率的电路，其中，所述基站载波位于预定频带内，所述电路包括：

RSSI检测器，连接到天线，检测天线接收的信号的信号强度；

RSSI测量控制器，用于确定各种频率间隔处的RSSI值；

中心频率估计控制器，用于从RSSI测量控制器所确定的RSSI值来计算中心频率；

频率偏移控制器，用于规定RSSI测量控制器所使用的各种频率间隔；和

存储器，用于储存控制RSSI测量控制器和频率偏移控制器的程序代码，由此为邻近扫描的间隔计算RSSI比并将其同预定RSSI值进行比较，如果RSSI比大于预定RSSI值，估计所述RSSI比的中心频率，并将所述中心频率分配给无线设备，用于与基站的通信。

12.如权利要求11所述的电路，其中，所述预定频带是W-CDMA频带。

13.如权利要求11所述的电路，其中，所述预定扫描间隔是大约5MHz。