CN1716817B - Td-scdma移动通信系统中实现用户设备下行同步的方法 - Google Patents

Abstract

一种在TD-SCDMA移动通信系统中实现用户设备下行同步的方法，包括根据用户设备所接收的信号，用信道估计法求出信道冲激响应；利用业务信道来估计信号的信号干扰比；将所得的信号干扰比与一设定的阈值的比较，如果信号干扰比大于该阈值，找到信道冲激响应的峰值位置，并将此位置与理想的峰值位置进行比较，求出信道冲激响应的峰值位置与理想的峰值位置之间的偏差；并将此时域偏差经多帧平均之后转换为频域的偏差，用于根据基站的频率来调整用户设备的频率，实现下行同步。

Description

TD-SCDMA移动通信系统中实现用户设备下行同步的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种在第三代移动通信系统中实现信号下行同步的方法；更确切地说，涉及一种在TD-SCDMA移动通信系统中对多载波信号实现下行同步的方法。

(二)背景技术

在TD-SCDMA系统中，下行同步是手机能够正常通话的第一个至关重要的步骤，它是通过同步码(SYNC码)来实现的。

由于制造、温度等多方面的原因，手机与基站之间理论上相同的晶振频率在实际中会有偏差或非同步，致使手机的帧周期会在5毫秒的系统子帧周期附近震荡或漂移。若不在用户设备(如手机)端对这种频率漂移做校准和校正，用户设备端的时钟周期就会逐渐偏离5毫秒，使通信无法正常进行。因此通信过程中需要不断地对用户设备进行下行同步。

目前在多载波系统中，下行同步时手机的频率微调(fine tuning)是在广播信道(BCCH)载波上进行的，而没有在非广播信道上的同步解决方案。另外，即使对广播信道的同步解决方案而言，由于现在的算法精度不够高，只能实现一个码片精度的频率校正，因此手机频率的振荡和漂移问题不能完全解决，由此而伴生的一系列问题依然在一定程度上存在。

到目前为止，已有技术中对用户设备的频率微调同步是通过图1的方式实现的。

已有技术的不足之处在于：

(1)它只能在广播信道载波上进行。

(2)广播信道载波的时隙0(TS0)上总是承载着P-CCPCH物理信号，它仅仅占用TS0的前两个码道，其他码道上为噪声，则此时的信号干扰比(SIR)即为信号窗(前两个码道)的能量和噪声窗(其它任意两个码道)的能量之比，公式如下所述：

$\mathrm{SIR}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{signal}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{noise}}_i}$

从效果上看，目前的下行同步时时域偏差的精度只能达到1个码片。

(三)发明内容

本发明公开了一种在多载波中进行同步的新算法，这种算法不但适用于广播信道载波的同步，也可用于非广播信道载波的同步。

根据本发明，当需要在广播信道载波中实现下行同步时，利用TS0来估计信道冲激响应。这部分技术实现手段与已有技术类似，利用TS0的信号窗口与其它任意一个噪声窗口的功率之比求出信号干扰比，当信号干扰比足够高时，找出信道冲激响应的峰值位置，从而得到该信道冲激响应的峰值与理想的峰值之间的位置偏差；进行二阶锁相环操作，把该位置偏差转换成频率偏差，并根据该偏差值，以基站频率为基点，对用户设备的频率进行微调，从而实现用户设备与基站之间的下行同步。在这种情况下，也可以采用下面所述的方法，对信道冲激响应值做1/8码片精度的插值操作，得到远远高于已有技术1个码片的信道冲激响应测量精度。

而在非BCCH载波上，将利用业务时隙来估计信道冲击响应。当这个信道冲击响应的信号干扰比高于一定的门限，此时将估计出的信道冲击响应做1/8插值，会得到具有1/8码片精度的峰值位置，根据这个信道冲击响应峰值位置和理想的峰值位置偏差得到时域的偏差，在经过一定的转换变到频率域，此频率偏差用于调整手机的频率。其中信道冲击响应的信号干扰比是通过盲估计(blindestimation)的算法实现的。

具体地说，根据本发明的一个方面，本发明公开了一种在TD-SCDMA移动通信系统中实现下行同步的方法，所述的系统包括至少一个基站和至少一个用户设备；所述的方法包括在非广播信道的时隙中进行用户设备的下行同步，包括：

(1)根据用户设备所接收的信号，用信道估计法求出信道冲激响应；

(2)利用业务信道来估计信号的信号干扰比：对业务信道的窗口长度进行判断；如果业务信道的窗口长度为16，则将每个信道冲激响应窗口的最后n个码片的平均值作为噪声的估计值，把用户信号窗口除去噪声的n个码片以外的其它码片的平均信号作为对信号的估计值，并根据上述的信号估计值和噪声估计值计算信号干扰比；如果业务信道的窗口长度不等于16，则将每个信道冲激窗口的第一个和最后一个码片的平均值作为噪声的估计值，将用户信号窗口除去第一个和最后一个码片以外的其它码片的平均值作为对信号的估计值，并根据上述的信号估计值和噪声估计值计算信号的信号干扰比；

(3)将步骤(2)中所得的信号干扰比与一设定的阈值的比较：如果信号干扰比小于该阈值，返回步骤(1)；如果信号干扰比大于该阈值，进到下面的步骤(4)；

(4)找到信道冲激响应的峰值位置，并将此位置与理想的峰值位置进行比较，求出信道冲激响应的峰值位置与理想的峰值位置之间的偏差；

(5)将此时域偏差经多帧平均之后转换为频域的偏差，用于根据基站的频率来调整用户设备的频率，实现下行同步。

根据本发明的另一个方面，与上述技术方案具有共同的构思，本发明公开了一种在TD-SCDMA移动通信系统中实现下行同步的方法，所述的系统包括至少一个基站和至少一个用户设备；所述的方法包括：

(1)由用户决定一个进行下行同步的时隙；

(2)如果在步骤(1)中所决定的时隙在广播信道中，实施下面步骤(3)的下行同步过程；如果在步骤(1)中所决定的时隙在非广播信道中，则实施下面步骤(4)的下行同步过程；

(3)广播信道的下行同步过程：

(3a)根据用户设备接收的通信信号，用信道估计法求出信号的信道冲激响应；

(3b)利用TS0的信号窗和其它任意一个噪声窗的功率之比求出信号干扰比；

(3c)将上述的信号干扰比与一个设定的阈值进行比较，如果该信号干扰比小于该阈值，返回步骤(3a)；如果该信号干扰比大于该阈值，进到下面的步骤(3d)；

(3d)从各个信道冲激响应值找出一个最高的峰值；

(3e)求出上述信道冲激响应峰值与理想峰值之间的位置偏差；

(3f)将该时域偏差经多帧平均之后转换为频域的偏差，并根据基站的频率，用该频率偏差值调整用户设备的频率，实现用户设备与基站之间的下行同步。

(4)非广播信道的下行同步过程：

(4a)根据用户设备所接收的信号，用信道估计法求出信道冲激响应；

(4b)利用业务信道来估计信号的信号干扰比：对业务信道的窗口长度进行判断；如果业务信道的窗口长度为16，则将每个信道冲激响应窗口的最后n个码片的平均值作为噪声的估计值，把用户信号窗口除去噪声的n个码片以外的其它码片的平均信号作为对信号的估计值，并根据上述的信号估计值和噪声估计值计算信号干扰比；如果业务信道的窗口长度不等于16，则将每个信道冲激窗口的第一个和最后一个码片的平均值作为噪声的估计值，将用户信号窗口除去第一个和最后一个码片以外的其它码片的平均值作为对信号的估计值，并根据上述的信号估计值和噪声估计值计算信号的信号干扰比；

(4c)将步骤(4b)中所得的信号干扰比与一设定的阈值的比较：如果信号干扰比小于该阈值，返回步骤(4a)；如果信号干扰比大于该阈值，进到下面的步骤(4d)；

(4d)找到信道冲激响应的峰值位置，并将此位置与理想的峰值位置进行比较，求出信道冲激响应的峰值位置与理想的峰值位置之间的偏差；

(4e)将此时域偏差经多帧平均之后转换为频域的偏差，用于根据基站的频率来调整用户设备的频率，实现下行同步。

(5)回到步骤(1)，由基站决定下一个进行下行同步的时隙。

根据本发明的另一个方面，可以用下面的方法对所得的信道冲激响应做1/8码片插值：先对所得的信道冲激响应值做1/2插值，再将用户所在的信号窗进行1/4插值，就得到1/8码片的插值结果。

根据本发明的另一个方面，在上述方法中，n为从4到8之间的5个整数之中的一个时，最终的结果较好；n＝6时效果更好。

根据本发明的又一个方面，TD-SCDMA移动通信系统进一步包括了基于二代核心网的TD-SCDMA移动通信系统(TSM，TD-SCDMA System for Mobile)系统和低码片速率(LCR)系统。其中LCR系统支持单载波，而TSM系统支持三载波。本发明当用于LCR系统时，用户设备物理层之上的高层可以指定广播信道，也可以指定非广播信道，进行用户设备的下行同步。当本发明用于TSM系统时，由于系统支持三个载波，用户设备可以指定广播信道，也可以指定非广播信道进行下行同步，具有更大的灵活性。

本发明在非BCCH载波上实现用户设备与基站的同步(即对用户设备进行频率微调)的方式如附图3所示。

在非BCCH载波上，可以利用业务时隙来估计SIR。由于业务时隙的联合检测算法本身也要估计信道冲击响应，频率微调可以直接利用这个信道冲击响应，而不用自己再重新计算一次，这样就可以减小运算量。由于手机仅仅知道自己的信息，对于其他窗(即其它用户)是信号还是噪声是无法确认的，所以此时就提出一种盲估计的算法来计算SIR。此算法对于不同的窗长(窗长是受用户数影响的，对于同一种业务，用户越多，窗长越短)有不同的处理方法。

表一：新的SIR盲估计方法

本文中新提出的算法可以将估计的时域漂移精度提高到1/8码片，这样做频率微调时就会比1个码片精度的效果要好的多。若精度为1个码片，当实际的信道冲击响应峰值在两个码片之间时就会产生比较大的误差，而实现了1/8码片精度后，这种估计的偏差就会有很大的改善。如何实现1/8个码片的内插呢？首先将信道冲击响应作1/2插值，再将用户所在的信号窗进行1/4插值即可得到1/8码片的精度。基于这个精度的峰值位置就可以得到1/8精度的时域偏差。

$f_{\mathrm{int}2}\left(\stackrel{..}{j}\right)=c\·[(1-\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}(j+\frac{\stackrel{..}{2}M}{2})}{2M}\right))\·\frac{\sin \left(\frac{\mathrm{\π}\left(\stackrel{..}{j}\right)}{2}\right)}{\frac{\mathrm{\π}\left(\stackrel{..}{j}\right)}{2}}],\stackrel{..}{j}=-\frac{2M}{2}.......\frac{2M}{2}-1$

$f_{\mathrm{int}4}\left(\stackrel{..}{j}\right)=c\·[(1-\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}(j+\frac{\stackrel{..}{4M}}{2}+1)}{4M+2}\right))\·\frac{\sin \left(\frac{\mathrm{\π}\left(\stackrel{..}{j}\right)}{4}\right)}{\frac{\mathrm{\π}\left(\stackrel{..}{j}\right)}{4}}],\stackrel{..}{j}=-\frac{4M}{2}.......\frac{4M}{2}$

根据仿真结果M＝6。

新算法的优点：

SIR的盲估计算法无需有任何其它用户的先验知识。

频率微调能够通过对业务时隙的估计来获得。

手机频率调整的精度有了很大的提高。

这种新算法已经被应用于TD-SCDMA系统中，很大程度上改善了频率调整的精度，使得下行同步更稳定。而且，这种新算法不需要引入任何新的硬件。

(四)附图说明

图1示出了已有技术中采用广播信道进行用户设备下行同步的流程图。

图2为已有技术中进行信道冲激响应的示意图。图中P-CCPCH物理信号仅占用了TS0的前两个码道，其它码道上为噪声。

图3为采用本发明进行非广播信道的用户设备的下行同步的一种方法的流程图。

图4为采用本发明方法的、在业务信道上所做的信道冲激响应示意图。

(五)具体实施方式

图4中列出了当前业务时隙共有8个用户，假设当前感兴趣的用户在第二个窗，其它用户的信息对于当前用户是未知的。根据上图的信道冲击响应，相应的SIR为：

$\mathrm{SIR}=\frac{\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{all}\_\mathrm{user}\_\mathrm{sign}{\mathrm{al}}_{2i}}{10}}{\frac{\underset{j=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=11}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{all}\_\mathrm{user}\_\mathrm{sign}{\mathrm{al}}_{\mathrm{ji}}}{6*8}}$

若SIR超过给定的门限值，则首先对这个信道冲击响应进行1/2插值，然后对第二个窗的CIR再进行1/4插值(仅仅对用户窗数据进行插值可以减小运算量)，即可找到具有1/8码片精度的峰值位置，再与理想的峰值位置比较就可以得到时域的偏差，将其转换为频率的调整量用于对手机频率的调整。这样就可以改善由于晶振引起的手机频率漂移，从而使得手机端的帧周期不会有较大的偏移，确保手机的各项业务能够正常的进行。

本发明的方法比传统的算法有了很大的改善，不仅仅减小了手机同步时的运算量，同时大大的提高了频率调整的精度。这个算法已经在TD-SCDMA系统中得到充分的验证。

另外，TSM标准中可以存在3载波。在这种情况下，如果用户接入时如果不限于在广播信道中实现下行同步，而是采用本发明的方法，在非广播信道中实现下行同步(例如在接入过程中用户可以切换到非广播信道上，实现下行同步)，可以使该基站中容纳更多用户。在这种情况下，本发明具有较之应用于LCR系统更大的优越性。

Claims (12)

1.一种在TD-SCDMA移动通信系统中实现用户设备下行同步的方法，所述的系统包括至少一个基站和至少一个用户设备；所述的方法包括在非广播信道的时隙中进行用户设备的下行同步，包括：

(1)根据用户设备所接收的信号，用信道估计法求出信道冲激响应；

(2)利用业务信道来估计信号的信号干扰比：对业务信道的窗口长度进行判断；如果业务信道的窗口长度为16，则将每个信道冲激响应窗口的最后n(n为从4到8之间的5个整数之中的一个)个码片的平均值作为噪声的估计值，把用户信号窗口除去噪声的n个码片以外的其它码片的平均信号作为对信号的估计值，并根据上述的信号估计值和噪声估计值计算信号干扰比；如果业务信道的窗口长度不等于16，则将每个信道冲激窗口的第一个和最后一个码片的平均值作为噪声的估计值，将用户信号窗口除去第一个和最后一个码片以外的其它码片的平均值作为对信号的估计值，并根据上述的信号估计值和噪声估计值计算信号的信号干扰比；

(3)将步骤(2)中所得的信号干扰比与一设定的阈值的比较：如果信号干扰比小于该阈值，返回步骤(1)；如果信号干扰比大于该阈值，进到下面的步骤(4)；

(4)找到信道冲激响应的峰值位置，并将此位置与理想的峰值位置进行比较，求出信道冲激响应的峰值位置与理想的峰值位置之间的偏差；

(5)将此时域偏差经多帧平均之后转换为频域的偏差，用于根据基站的频率来调整用户设备的频率，实现下行同步。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(1)中用下面的方法对所得的信道冲激响应做1/8码片插值：先对所得的信道冲激响应值做1/2插值，再将用户所在的信号窗进行1/4插值，就得到1/8码片的插值结果。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中n＝6。

4.一种在TD-SCDMA移动通信系统中实现用户设备下行同步的方法，所述的系统包括至少一个基站和至少一个用户设备；所述的方法包括：

(1)由用户设备决定一个进行下行同步的时隙；

(2)如果在步骤(1)中所决定的时隙在广播信道中，实施下面步骤(3)的下行同步过程；如果在步骤(1)中所决定的时隙在非广播信道中，则实施下面步骤(4)的下行同步过程；

(3)广播信道的下行同步过程：

(3a)根据用户设备接收的通信信号，用信道估计法求出信号的信道冲激响应；

(3b)利用TSO的信号窗和其它任意一个噪声窗的功率之比求出信号干扰比；

(3c)将上述的信号干扰比与一个设定的阈值进行比较，如果该信号干扰比小于该阈值，返回步骤(3a)；如果该信号干扰比大于该阈值，进到下面的步骤(3d)；

(3d)从各个信道冲激响应值找出一个最高的峰值；

(3e)求出上述信道冲激响应峰值与理想峰值之间的位置偏差；

(3f)将该时域偏差经多帧平均之后转换为频域的偏差，并根据基站的频率，用该频率偏差值调整用户设备的频率，实现用户设备与基站之间的下行同步，然后跳转至步骤(5)；

(4)非广播信道的下行同步过程：

(4a)根据用户设备所接收的信号，用信道估计法求出信道冲激响应；

(4b)利用业务信道来估计信号的信号干扰比：对业务信道的窗口长度进行判断；如果业务信道的窗口长度为16，则将每个信道冲激响应窗口的最后n个码片的平均值作为噪声的估计值，把用户信号窗口除去噪声的n(n为从4到8之间的5个整数之中的一个)个码片以外的其它码片的平均信号作为对信号的估计值，并根据上述的信号估计值和噪声估计值计算信号干扰比；如果业务信道的窗口长度不等于16，则将每个信道冲激窗口的第一个和最后一个码片的平均值作为噪声的估计值，将用户信号窗口除去第一个和最后一个码片以外的其它码片的平均值作为对信号的估计值，并根据上述的信号估计值和噪声估计值计算信号的信号干扰比；

(4c)将步骤(4b)中所得的信号干扰比与一设定的阈值的比较：如果信号干扰比小于该阈值，返回步骤(4a)；如果信号干扰比大于该阈值，进到下面的步骤(4d)；

(4d)找到信道冲激响应的峰值位置，并将此位置与理想的峰值位置进行比较，求出信道冲激响应的峰值位置与理想的峰值位置之间的偏差；

(4e)将此时域偏差经多帧平均之后转换为频域的偏差，用于根据基站的频率来调整用户设备的频率，实现下行同步；

(5)回到步骤(1)，由用户设备决定下一个进行下行同步的时隙。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于在步骤(3a)或(4a)中用下面的方法对所得的信道冲激响应做1/8码片插值：先对所得的信道冲激响应值做1/2插值，再将用户所在的信号窗进行1/4插值，就得到1/8码片的插值结果。

6.如权利要求4或5所述的方法，其中n＝6。

7.如权利要求1、2、4、5中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述的TD-SCDMA移动通信系统为TSM移动通信系统，系统支持三载波工作。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的TD-SCDMA移动通信系统为TSM移动通信系统，系统支持三载波工作。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的TD-SCDMA移动通信系统为TSM移动通信系统，系统支持三载波工作。

10.如权利要求1、2、4、5中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述的TD-SCDMA移动通信系统为LCR移动通信系统，系统支持单载波工作。

11.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的TD-SCDMA移动通信系统为LCR移动通信系统，系统支持单载波工作。

12.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的TD-SCDMA移动通信系统为LCR移动通信系统，系统支持单载波工作。

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