CN1794850A

CN1794850A - 用于在无线通信系统中蜂窝搜索的方法和设备

Info

Publication number: CN1794850A
Application number: CNA2005101328207A
Authority: CN
Inventors: 林仁天; 金泰坤; 朴润相; 宋凤基
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2006-06-28
Also published as: DE602005013479D1; JP4295276B2; EP1675340B1; KR100689552B1; US20060133321A1; US7532902B2; KR20060071766A; JP2006180518A; EP1675340A1

Abstract

本发明公布一种用于在无线通信系统中执行蜂窝搜索的方法和设备。用户站根据在频域的前导信号中的子载波的位置计算子载波的能量，并识别该用户站所属的蜂窝的区段。然后，用户站将对应于已经蜂窝的识别区段的PN序列和频域的前导信号相关。因此，显著地减少了在蜂窝搜索中的用于确定相关值的计算次数。

Description

用于在无线通信系统中蜂窝搜索的方法和设备

本申请要求于2004年12月22日在韩国知识产权局提交的题目为“Method And Apparatus for Cell Search In wireless Communication System”的第2004-110743号韩国专利申请的利益权，该申请的内容公开于此以资参考。

技术领域

本发明涉及一种用于在无线通信系统中执行蜂窝搜索的方法和设备。

背景技术

典型的无线通信系统包括将通信服务提供给每个用户站(移动终端)的至少一个蜂窝。每个蜂窝可以根据用户数量而被分为预定数量的区段。用户站必须识别出该用户站所属的蜂窝或识别出该用户站在蜂窝中所属的区段。为了识别出用户站所属的蜂窝或蜂窝中的区段，该用户站分析从无线通信系统广播的信号。

最近，为了高速传输数据，采用正交频分多址(OFDMA)方案的无线通信系统已经在电气与电子工程师学会(IEEE)802.16标准化组(IEEE 802.16标准)中被提议。图1是示出采用OFDMA方案的无线通信系统的结构的方框图。具有移动性的用户站(未显示)位于蜂窝10或20中，并与骨干网40通信。骨干网40与为用户站(SS)提供认证和服务授权的认证和服务授权服务器(ASA)50相连。

从根据IEEE802.16.e标准的OFDMA系统广播的前导信号提供用于执行蜂窝搜索和初始同步的信息。从包括在前导信号中的重复的模式中估计初始同步。为了在诸如OFDMA系统的多载波系统中产生这种具有重复的模式的前导信号，需要在传输信号被传输之前周期性地将零插入到频域的传输信号中并使用逆快速傅立叶变换(IFFT)将该传输信号变换为时域信号。

图2是显示在具有多扇区环境的无线通信系统中的频率使用的示例的示图。通过在频域中将信号仅插入到三个子载波中的一个子载波中并将零插入到该三个子载波中的另两个子载波中，然后对这三个经过处理的子载波执行IFFT，来获得前导信号，从而该前导信号在时域中包括三次重复的预定信号模式。

同时，如上所述，无线通信系统中的蜂窝能够被分为多个区段。前导信号包括作为用于蜂窝搜索的信息的蜂窝ID和根据区段而区分的96个伪噪声(PN)序列。每个PN序列包括284比特并被调制为在频域中具有三个间隔。从每三个子载波中，根据区段来确定信号被插入其中的比特的位置。从96个PN序列中，#0到31PN序列对应于区段#0(12)，#32到63PN序列对应于区段#1(14)，#64到95PN序列对应于区段#2(16)。

通过使用如上所述的方案而获得的前导信号来互相区分各个蜂窝和区段。找到用户站所属的蜂窝相当于找到该蜂窝的前导信号。用户站通过快速傅立叶变换(FFT)将前导信号转换为频域的信号。对频域的前导信号执行和PN序列的互相关计算处理。这里，具有最大相关值的PN序列被确定为当前蜂窝的PN序列。

图3是示出蜂窝搜索的传统过程的流程图。

当用户站接收到前导信号时，在步骤102中，用户站通过将已知的PN序列和该前导信号相关来获得相关值。在这种情况中，由于用户站必须知道该用户站在其所属的蜂窝中所属的区段，因此该用户站将前导信号与全部PN序列相关。然后，在步骤104中，该用户站确定相关值计算的次数是否等于或多于全部PN序列的数量。结果，当相关值计算的次数少于全部PN序列的数量时，该用户站进行到步骤108并将相关值计算的次数加1，然后返回到步骤102。该用户站以上述方式依次将前导信号与全部PN序列相关。此后，当相关值计算的次数的数值等于或多于全部PN序列的数量时，该用户站进行到步骤106。在步骤106中，该用户站从全部相关值中，例如，从96个相关值中选择具有最大的相关值的PN序列。

图4是示出传统的蜂窝搜索设备的方框图。图4中显示的蜂窝搜索设备示出为了找到用户站在该用户站所属的蜂窝中所属的区段而获得最大的相关值所需的计算量。也就是说，该蜂窝搜索设备使所有已知的PN序列和频域的前导信号相关。

该蜂窝搜索设备包括：第一块210，用于对对应于区段#0的32个PN序列进行相关计算；第二块220，用于对对应于区段#1的32个PN序列进行相关计算；第三块230，用于对对应于区段#2的32个PN序列进行相关计算。另外，该蜂窝搜索设备包括最大PN序列选择单元240，用于从由块210、220和230提供的相关值中选择具有最大的相关值的PN序列。如上所述，传统的蜂窝搜索设备必须将所有已知的PN序列和频域的前导信号相关。

根据这种传统的蜂窝搜索设备，需要将对应于每个蜂窝的区段的所有PN序列和前导信号相关，从而花费过多的时间来执行蜂窝搜索。

发明内容

因此，提出本发明来解决在现有技术中出现的上述问题，本发明的目的是提供一种能够减少在无线通信系统中执行蜂窝搜索所需的计算量和时间的用于执行蜂窝搜索设备和方法。

为了实现这个目的，根据本发明的一方面，提供一种无线通信系统中的蜂窝搜索设备，所述蜂窝搜索设备包括：子载波能量计算单元，用于根据频域的前导信号的位置计算子载波的能量，并识别用户站所属的蜂窝的区段；和相关单元，用于执行对应于蜂窝的识别区段的预定数量的PN序列和频域的前导信号之间的相关操作，由此输出相关值。

根据本发明的另一方面，提供一种用于在无线通信系统中执行蜂窝搜索的方法，所述方法包括以下步骤：根据频域的前导信号中的位置计算子载波的能量，并识别用户站所属的区段；和使对应于蜂窝的识别区段的预定数量的PN序列相关。

附图说明

通过下面组合附图的详细描述，本发明的上述和其他目的、特性、优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出采用OFDMA方案的无线通信系统的结构的方框图；

图2是显示在具有多扇区环境的无线通信系统中的频率使用的示例的示图；

图3是示出用于执行蜂窝搜索的传统过程的流程图；

图4是示出传统的蜂窝搜索设备的方框图；

图5是示出根据本发明实施例的蜂窝搜索设备的构造的方框图；

图6是图5中显示的蜂窝搜索设备的一部分的详细方框图；

图7是示出根据本发明实施例的蜂窝搜索方法的流程图；和

图8和图9是示出本发明和现有技术之间的性能差异的图表。

具体实施方式

下文中，将参考附图描述本发明的一个优选实施例。在本发明的实施例的如下描述中，当包含于此的已知的功能和结构的描述可能模糊本发明的主题内容时，将省略对它们的详细描述。

图5是示出根据本发明实施例的蜂窝搜索设备的构造的方框图，图6是图5中显示的蜂窝搜索设备的一部分的详细方框图。

参考图5，所述蜂窝搜索设备包括：接收单元310，用于接收前导信号并将接收的前导信号转换为频域的前导信号；子载波能量计算单元320，用于计算子载波的能量；相关单元330，用于将前导信号和每个PN序列相关；和最大PN序列选择单元340，用于从相关值中选择对应于最大的相关值的PN序列。

具体地说，在前导信号中，在频域中，信号被插入到每三个连续子载波中的一个子载波中，零被插入到该三个连续子载波中的其他两个子载波中。因此，前导信号具有预定信号模式在时域中被重复三次的形式。然而，在无线通信系统中，当服务呼叫区域被分为多个区段区域时，在频域中各个区段使用互不相同的子载波。由于每个用户站属于蜂窝中的多个区段中的一个区段，因此每个用户站接收前导信号，该前导信号包含频域中的每预定数量的子载波中的一个子载波中的信号。当然，重复的模式可以被替换为两次重复的模式、四次重复的模式，六次重复的模式等等。

根据本发明的一个实施例，当用户站的蜂窝搜索设备接收到前导信号时，所述蜂窝搜索设备根据该前导信号的频域中的子载波的位置来计算每个子载波的能量。

例如，在在前导信号的频域中将信号插入到每三个连续子载波中的一个子载波中的情况下，当蜂窝搜索设备知道从该三个连续子载波中载入信号的子载波的位置时，所述蜂窝搜索设备能够找到该蜂窝搜索设备在蜂窝中所属的区段。因此，所述蜂窝搜索设备按各次序计算每三个连续子载波中位于相同次序的子载波的能量之和。然后，所述蜂窝搜索设备确定与最大总和的位置对应的区段是所述蜂窝搜索设备所属的区段。

为此，当所述蜂窝搜索设备的接收单元310接收到前导信号时，接收单元310使用快速傅立叶变换(FFT)将时域的前导信号转换为频域的前导信号，然后将频域的前导信号输出到子载波能量计算单元320。子载波能量计算单元320按各次序计算每三个连续子载波中各位置上的子载波的数据能量，如公式1所示。

公式1

P_{3 k} = Σ_{k = 0}^{283} \sqrt{{I (3 k)}^{2} + Q {(3 k)}^{2}}

P_{3 k + 1} = Σ_{k = 0}^{283} \sqrt{{I (3 k + 1)}^{2} + Q {(3 k + 1)}^{2}}

P_{3 k + 2} = Σ_{k = 0}^{283} \sqrt{{I (3 k + 2)}^{2} + Q {(3 k + 2)}^{2}}

这里，‘P_3K’、‘P_3K+1’和‘P_3K+2’分别表示第3k、(3k+1)和(3k+2)个于载波数据的能量，I和Q分别表示I信道数据和Q信道数据。

如公式1中所示，子载波能量计算单元320根据频域的各个子载波的位置计算能量，然后确定具有最大能量的区段以将确定的区段通知给相关单元330。此外，作为另一个实施例，子载波能量计算单元320可以计算能量，然后将计算的能量报告给相关单元330，从而相关单元330能够确定具有最大能量的区段。

相关单元330将与具有最大能量的区段对应的预定数量的PN序列和接收的前导信号相关。例如，由于每个区段有预定数量的PN序列，因此相关单元330对于该预定数量的PN序列计算相关值。公式2显示了在前导信号的频域中信号被插入到每三个连续子载波中的一个子载波中以及PN序列包括284比特的情况中用于根据每个区段计算相关值的计算方程。

公式2

如公式2中所示，相关单元330通过执行接收的前导信号和对应于用户站所属的区段的预定数量的PN序列之间的相关操作来获得相关值，然后将获得的相关值输出到最大PN序列选择单元340。

作为本发明的另一个实施例，可以考虑到由信道导致的定时偏移存在。当定时偏移存在时，相关单元330使用原始信号的差分信号计算相关值，以最小化在已经经过FFT的前导信号中出现的相移对于确定最大相关值所施加的影响。此外，在这种情况中，自然应该仅对与用户站所属的区段对应的预定数量的PN序列计算相关值。

作为本发明的另一个实施例，也可以考虑估计整数倍频率偏移。当整数倍频率偏移(Δf)存在时，对应于第K个子载波的信号移动到(K+Δf)子载波中。因此，当获取接收的前导信号和PN序列之间的相关值时，相关单元330需要考虑整数倍频率偏移。当整数倍频率偏移被另外估计时，执行从整数倍频率偏移和对应于选择的区段的PN序列之间的组合中获得具有最大相关值的组合的操作。在这种情况中，当整数倍频率偏移具有-F到F的估计范围时，传统的蜂窝搜索方法要求必须从其计算相关值的整数倍频率偏移和PN序列之间的组合的总数是“所有可用的PN序列的数量×(2F+1)”。相反地，在相同的情况中，本发明要求必须从其计算相关值的整数倍频率偏移和PN序列之间的组合的总数是“对应于用户站所属的区段的PN序列的数量×(2F+1)”，由此与传统的蜂窝搜索技术相比减少了计算量。

通过这种方式而获得的相关值被输出到最大PN序列选择单元340。然后通过最大PN序列选择单元340找到对应于最大相关值的PN序列，从而可以获得蜂窝ID的值。

例如，当在前导信号的频域中信号被插入到每三个连续子载波中的一个子载波中以及PN序列包括284比特时，最大PN序列选择单元340使用如下的公式3从相关值中选择对应于最大相关值的PN序列。

公式3

(MAX能量＝P_3k)

\underset{n + 32}{MAX} Σ_{n = 0}^{31} Σ_{k = 0}^{283} {PN}_{n + 32} (k) PR (3 k + 1)

(MAX能量＝P_3k+1)

\underset{n + 64}{MAX} Σ_{n = 0}^{31} Σ_{k = 0}^{283} {PN}_{n + 64} (k) PR (3 k + 2)

(MAX能量＝P_3k+2)

这里，PR(3k)，PR(3k+1)和PR(3k+2)分别表示第3k、(3k+1)和(3k+2)个子载波前导信号值，PN_n(k)表示在第n个PN序列中的第k个比特的值。

因此，所述蜂窝搜索设备能够以比现有技术更少的计算量快速地找到该蜂窝搜索设备所属的蜂窝的PN序列。

图6是示出在根据本发明实施例的蜂窝搜索设备中的相关单元的构造的示例的详细方框图。图6中显示的相关单元显示获得相关值所需的计算，从而用户站能够找到该用户站在该用户站所属的蜂窝中所属的区段。根据本发明实施例的相关单元将对应于用户站所属的区段的PN序列和频域的前导信号相关。

如图6中所示，在蜂窝搜索设备中的相关单元330被构造为将属于预定区段M的PN序列(例如，32个PN序列)和频域的前导信号相关。如上所述，每个PN序列包括284比特。因此，每个PN序列的284个比特和频域的前导信号相关。在这种情况中，与PN序列进行相关操作的频域的前导信号对应于位于信号被载入其中的位置的子载波，其与由子载波能量计算单元的结果值识别的区段相对应。对于对应于区段M的全部PN序列执行对每个PN序列的相关操作。

同时，根据本发明实施例的相关单元的构造可以根据同时彼此相关的PN序列和频域的前导信号的数量而改变。因此，毫无疑问地，本发明不限于图6中显示的构造。

图7是示出根据本发明实施例的蜂窝搜索方法的流程图。

当蜂窝搜索设备开始蜂窝搜索时，在步骤402中，蜂窝搜索设备首先计算子载波的能量。具体地说，如上所述，当蜂窝搜索设备理解在每预定数量的连续子载波中载入信号的子载波的位置时，它能够识别该蜂窝搜索设备在蜂窝中所属的区段。为此，蜂窝搜索设备按各次序计算每三个连续子载波中位于相同次序的子载波的能量之和，由此获得P_k、P(_k+1)和P_(k+2)子载波的每个能量。然后，在步骤404中，蜂窝搜索设备确定与具有最大能量的子载波的位置对应的区段(例如，所示的区段#0、#1或#2)是该蜂窝搜索设备所属的区段。因此，例如，当在前导信号的频域中信号被插入到每三个连续子载波中的一个子载波中时，当蜂窝搜索设备理解从三个连续子载波中载入信号的子载波的位置时，蜂窝搜索设备能够识别该蜂窝搜索设备在蜂窝中所属的区段。在这种情况中，蜂窝搜索设备按各次序计算每三个连续子载波中位于相同次序的子载波的能量之和。然后，蜂窝搜索设备确定对应于最大总和的位置的区段是该蜂窝搜索设备所属的区段。

此后，蜂窝搜索设备根据该蜂窝搜索设备所属的区段进行到步骤406、416和426中的任意一个。在步骤406、416和426的每个中，蜂窝搜索设备执行接收的频域的前导信号和与该蜂窝搜索设备所属的区段对应的预定数量的PN序列之间的相关操作，如公式2中所示。

根据本发明的另一个实施例，在步骤406、416和426的每个中，考虑到由信道导致的定时偏移，蜂窝搜索设备可以使用原始信号的差分信号计算相关值，以最小化在已经经过FFT的前导信号中出现的相移对于确定最大相关值所施加的影响。

同时，当整数倍频率偏移(Δf)存在时，对应于第K个子载波的信号移动到(K+Δf)子载波中。因此，根据本发明的另一个实施例，当获取接收的前导信号和PN序列之间的相关值时，蜂窝搜索设备可以考虑这种频率偏移。当这种整数倍频率偏移被另外估计时，蜂窝搜索设备从整数倍频率偏移和与选择的区段对应的PN序列之间的组合中搜索具有最大相关值的组合。

再次参考图7，在步骤408、418和428的每个中，蜂窝搜索设备判断是否已经对与该蜂窝搜索设备所属的区段对应的预定数量的PN序列的全部执行了相关计算。当没有完成与该蜂窝搜索设备所属的区段对应的预定数量的PN序列的全部的相关计算时，蜂窝搜索设备进行到步骤409、419或429，并将相关值计算的次数加1，然后返回到步骤406、416和426的每个。

在这种方式中，蜂窝搜索设备依次地将前导信号和对应于某区段的预定数量的PN序列相关，并且当相关值计算的次数等于或大于每个区段的PN序列的预定数量时，蜂窝搜索设备进行到步骤440。在步骤440中，用户站从预定数量的相关值(例如，32个相关值)中选择对应最大相关值的PN序列(最大PN序列)。选择最大的相关值(和它的对应的PN序列)使得能够获得对应的蜂窝ID，从而，蜂窝的ID和用户站所在的区段都能够被找到，由此结束蜂窝搜索过程。

如上所述，由于以两个单独的步骤执行根据本发明的蜂窝搜索过程，因此可以减少执行蜂窝搜索所需的计算次数。此外，根据本发明，尽管定时偏移和/或整数倍频率偏移存在，但是可以以更少的计算执行用于执行蜂窝搜索的相关值计算过程。

图8和图9中显示了本发明和现有技术之间的性能差异。图8是示出在ITU-R Pedestrian B信道模型的基础上，以3km/h的速度测试的传统的蜂窝搜索技术和以60km/h的速度测试的提议的两步蜂窝搜索技术之间的性能差异的图表。图9是示出在SUI-5信道模型的基础上，以3km/h的速度测试的传统的蜂窝搜索技术和以60km/h的速度测试的提议的两步蜂窝搜索技术之间的性能差异的图表。参考图8和图9，在这两个模型中，传统的蜂窝搜索技术和提议的两步蜂窝搜索技术都具有类似的误差概率。因此，可以理解，在本发明中提议的两步蜂窝搜索技术与使用传统的技术相比，在减少计算量和搜索时间的同时，提供了类似于传统的蜂窝搜索技术的性能。

如上所述，根据本发明，由于以两个单独的步骤执行蜂窝搜索过程，因此可以减少执行蜂窝搜索所需的计算次数。此外，根据本发明，尽管定时偏移和/或整数倍频率偏移存在，但是与使用传统技术相比，可以以更少的计算执行用于执行蜂窝搜索的相关值计算过程。

尽管已经作为示例对于根据IEEE802.16标准的正交频分多址(OFDMA)描述了本发明，但是应该理解，本发明也可以应用到其他的通过使用重复的前导模式来在异步方案(延迟和相关)中获得帧同步的系统。例如，本发明可以应用到具有重复的前导模式的标准的正交频分复用(OFDM)系统。

虽然已经参照其特定优选实施例显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例做出形式和细节上的各种改变。因此，本发明的范围不是由上述实施例限定的，而是由权利要求及其等同物所限定。

Claims

1、一种无线通信系统中的蜂窝搜索设备，所述蜂窝搜索设备包括：

子载波能量计算单元，用于根据频域的前导信号的位置计算子载波的能量，并识别用户站所属的蜂窝的区段；和

相关单元，用于执行与蜂窝的识别区段对应的预定数量的伪噪声序列和频域的前导信号之间的相关操作，由此输出相关值。

2、如权利要求1所述的蜂窝搜索设备，还包括接收单元，其接收前导信号，将接收的前导信号转换为频域的前导信号，并将转换的前导信号提供给子载波能量计算单元和相关单元。

3、如权利要求1所述的蜂窝搜索设备，还包括最大伪噪声序列选择单元，其从所述相关值中选择对应于最大相关值的伪噪声序列。

4、如权利要求1所述的蜂窝搜索设备，其中，当定时偏移存在时，所述相关单元使用原始信号的差分信号计算所述相关值。

5、如权利要求1所述的蜂窝搜索设备，其中，当整数倍频率偏移存在时，所述相关单元从与选择的区段对应的伪噪声序列和整数倍频率偏移之间的组合中计算具有最大相关值的组合。

6、如权利要求1所述的蜂窝搜索设备，其中，所述频域的前导信号被设置为在每个相关的区段中具有重复周期的模式，并且当所述前导信号具有N周期的模式时，所述子载波能量计算单元计算第NK、第(NK+1)、第(NK+2)到第[NK+(N-1)]个子载波的能量，并确定对应于最大能量的区段为用户站所属的区段。

7、如权利要求1所述的蜂窝搜索设备，其中，当在前导信号的频域中信号被插入到每三个连续载波中的一个子载波中时，子载波能量计算单元按照如下的公式根据每个区段计算子载波的能量：

P_{3 k} = Σ_{k = 0}^{283} \sqrt{I {(3 k)}^{2} + Q {(3 k)}^{2}}

P_{3 k + 1} = Σ_{k = 0}^{283} \sqrt{I {(3 k + 1)}^{2} + Q {(3 k + 1)}^{2}}

P_{3 k + 2} = Σ_{k = 0}^{283} \sqrt{I {(3 k + 2)}^{2} + Q {(3 k + 2)}^{2}}

其中，P_3K、P_3K+1和P_3K+2分别表示第3k、(3k+1)和(3k+2)个子载波数据的能量，I和Q分别表示I信道数据和Q信道数据。

8、如权利要求3所述的蜂窝搜索设备，其中，当在前导信号的频域中信号被插入到每三个连续子载波中的一个子载波中以及并且伪噪声序列包括284比特时，所述相关单元和最大伪噪声序列选择单元按照如下的公式计算相关值并从计算的相关值中选择对应于最大相关值的最大伪噪声序列：

(MAX能量＝P_3k)

\underset{n + 32}{MAX} Σ_{n = 0}^{31} Σ_{k = 0}^{283} P N_{n + 32} (k) PR (3 k + 1)

(MAX能量＝P_3k+1)

\underset{n + 64}{MAX} Σ_{n = 0}^{31} Σ_{k = 0}^{283} P N_{n + 64} (k) PR (3 k + 2)

(MAX能量＝P_3k+2)

其中，PR(3k)，PR(3k+1)和PR(3k+2)分别表示第3k、(3k+1)和(3k+2)个子载波前导信号值，PNn(k)表示在第n个PN序列中的第k比特的值。

9、一种用于在无线通信系统中执行蜂窝搜索的方法，所述方法包括以下步骤：

根据频域的前导信号中的位置计算子载波的能量，并识别用户站所属的区段；和

对与蜂窝的识别区段对应的预定数量的伪噪声序列进行相关计算。

10、如权利要求9所述的方法，还包括步骤：接收前导信号并将接收的信号转换为频域的信号。

11、如权利要求9所述的方法，还包括步骤：从相关值中选择对应于最大相关值的PN序列。

12、如权利要求9所述的方法，其中，在相关步骤中，当定时偏移存在时，使用原始信号的差分信号计算所述相关值。

13、如权利要求9所述的方法，其中，在相关步骤中，当整数倍频率偏移存在时，从与选择的区段对应的PN序列和整数倍频率偏移之间的组合中计算具有最大相关值的组合。

14、如权利要求9所述的方法，还包括步骤：从最大PN序列获取蜂窝标识符。