CN1797990A - 时分同步码分多址系统中的频点扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种时分同步码分多址系统中的频点扫描方法，其包含步骤：1.1初步搜索步骤，用于用户设备确定临近TD－SCDMA基站所使用的频点的大致范围；在某个运营商所使用的频带内可能的TD－SCDMA信号的中心频点的间隔为200KHz；用户设备从第一个频点开始以步长f_step1扫描频点，分别计算扫描到的频点的功率；输出结果为N_{Sel_step1}个功率最强的频点；1.2精确搜索步骤，用于用户设备精确确定临近TD－SCDMA基站所使用的频点；该搜索的范围是上述1.1搜索所输出结果的N_{Sel_step1}个频点以及各自左右各M个可能的频点，这些频点之间的间隔为200KHz；计算扫描到的频点的功率；输出结果为_{NSet_step2}个功率最强的频点。

Description

时分同步码分多址系统中的频点扫描方法

技术领域

本发明涉及一种应用于无线通信系统的，特别涉及一种应用于时分同步码分多址(Time Division Synchronous Code-Division Multiple Access，简称TD-SCDMA)移动通信系统中，用户终端设备进行频点扫描(FrequencyScan)，即搜索临近基站所使用的频点的方法和装置。

背景技术

1946年，美国的贝尔实验室便提出了将移动电话的服务区划分成若干个小区，每个小区设一个基站，构成蜂窝状系统的蜂窝(Cellular)移动通信新概念。1978年，这种系统在美国芝加哥试验获得成功，并于1983年正式投入商用。蜂窝系统的采用，使得相同的频率可以重复使用，从而大大增加了移动通信系统的容量，适应了移动通信用户骤增的客观需要。蜂窝移动通信系统的发展经历了一个从模拟网到数字网，从频分多址(FDMA)到时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)的过程。

随着时代的发展，人们对通信的要求，包括对通信质量和业务种类等的要求，也越来越高。第三代(3G)移动通信系统正是为了满足该要求而被发展起来的。它是以全球通用、系统综合作为基本出发点，并试图建立一个全球的移动综合业务数字网，综合蜂窝、无绳、寻呼、集群、移动数据、移动卫星、空中和海上等各种移动通信系统的功能，提供与固定电信网的业务兼容、质量相当的多种话音和非话音业务，进行袖珍个人终端的全球漫游，从而实现人类梦寐以求的在任何地方、任何时间与任何人进行通信的理想。

第三代移动通信系统中最关键的是无线电传输技术(RTT)。1998年国际电信联盟所征集的RTT候选提案：除6个卫星接口技术方案外，地面无线接口技术有10个方案，被分为两大类：CDMA与TDMA，其中CDMA占主导地位。在CDMA技术中，国际电信联盟目前共接受了3种标准，即欧洲和日本的W-CDMA、美国的CDMA 2000和中国的TD-SCDMA标准。

与其它第三代移动通信标准相比，TD-SCDMA采用了许多独有的先进技术，并且在技术、经济两方面都具有突出的优势。TD-SCDMA采用时分双工(Time Division Duplex，TDD)、智能天线(Smart Antenna)、联合检测(JointDetection)等技术，频谱利用率很高，能够解决高人口密度地区频率资源紧张的问题，并在互联网浏览等非对称移动数据和视频点播等多媒体业务方面具有潜在优势。

如图1所示，为一个典型的蜂窝移动通信系统的例子。该系统是由多个小区10₁-10_N(10)构成的，其中每个小区内各有一个基站(Base Station)11₁-11_N(11)，同时在该小区服务范围内存在一定数量的用户终端设备(UserEquipment，简写为UE)12₁-12_N(12)。每一个用户终端设备12通过与所属服务小区10内的基站11保持连接，来完成与其它通信设备之间的通信功能。

每次当用户终端设备12开机后，一般并不知道其所处的位置也不知道其附近基站所使用的频点，用户终端设备首先要通过搜索来确定附近基站的频点，然后在这个频点上发起小区搜索过程。

如图2所示，为TD-SCDMA系统的帧结构示意图。该结构是根据3G合作项目(3GPP)规范TS 25.221(Release 4)中的低码片速率时分双工(LCR-TDD)模式(1.28Mcps)，或者中国无线通信标准(CWTS)规范TSM 05.02(Release3)中给出的。TD-SCDMA系统的码片速率为1.28Mcps，每一个无线帧(RadioFrame)20₀、20₁(20)的长度为5ms，即6400个码片(对于3GPP LCR-TDD系统，每个无线帧长度为10ms，并可划分为两个长度为5ms的子帧(subframe)，其中每个子帧包含6400个码片)。其中，每个TD-SCDMA系统中的无线帧(或者LCR系统中的子帧)20又可以分为7个时隙(TS0～TS6)21₀-21₆(51)，以及两个导频时隙：下行导频时隙(DwPTS)22和上行导频时隙(UpPTS)24，以及一个保护间隔(Guard)23。进一步的，TS0时隙21₀被用来承载系统广播信道以及其它可能的下行业务信道；而TS1～TS6时隙21₁-21₆则被用来承载上、下行业务信道。上行导频时隙(UpPTS)24和下行导频时隙DwPTS时隙22分别被用来建立初始的上、下行同步。TS0～TS6时隙21₀-21₆长度均为0.675ms或864个码片，其中包含两段长均为352码片的数据段DATA1(27)和DATA2(29)，以及中间的一段长为144码片的训练序列——中导码(Midamble)序列28。Midamble序列在TD-SCDMA有重要意义，包括小区标识、信道估计和同步(包括频率同步)等模块都要用到它。DwPTS时隙22包含32码片的保护间隔30、以及一个长为64码片的下行同步码(SYNC-DL)码字25，它的作用是小区标识和建立初始同步；而UpPTS时隙包含一个长为128码片的上行同步码(SYNC-UL)码字26，用户终端设备利用它进行有关上行接入过程。

按照3GPP规范TS 25.102(Release 4)中的有关定义，在TD-SCDMA系统中，每个TD-SCDMA信号占用1.6MHz的带宽，而可能的中心频点的间隔为200KHz.频点扫描的任务就是搜索附近基站所使用的中心频点。频点扫描通过计算每一个可能的中心频点为中心的TD-SCDMA信号的载波功率来确定附近基站所使用的中心频点。

一般来讲运营商会在SIM卡里存储有关本运营商所使用的频段的信息，频点扫描方法在这个频段来搜索临近基站所使用的频点。在这样一个频段内以200KHz为间隔依次搜索的话将花费很长的时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种时分同步码分多址系统中的频点扫描方法，其通过计算以某个频点为中心频点的TD-SCDMA信号功率，在运营商所使用的频段内，搜索临近基站所使用的频点，大大缩短搜索的时间。

为达到上述目的，本发明提供的时分同步码分多址系统中的频点扫描方法，其包含以下步骤：

1.1初步搜索步骤，用于用户设备(UE)确定临近TD-SCDMA基站所使用的频点的大致范围；

在某个运营商所使用的频带内可能的TD-SCDMA信号的中心频点的间隔为200KHz；第一步搜索用户设备(UE)从第一个频点开始以步长f_step1扫描频点，分别计算扫描到的频点的功率；第一步搜索的输出结果为N_{Sel_step1}个功率最强的频点；

1.2精确搜索步骤，用于用户设备(UE)精确确定临近TD-SCDMA基站所使用的频点；该搜索的范围是上述1.1搜索所输出结果的N_{Sel_step1}个频点以及各自左右各M个可能的频点，这些频点之间的间隔为200KHz；该搜索步骤所要扫描的频点数为N_{Sel_step1}×(2×M+1)个；

分别计算扫描到的频点的功率；输出结果为N_{Sel_step2}个功率最强的频点。

该第二步搜索输出的频点信息将用于初始小区搜索。M的值由第一步搜索的的步长为f_step1来确定。

在本发明中，计算扫描到的频点的功率的方法包括以下步骤：

步骤21，每次开始计算一个新的频点的功率之前都要将的自动增益控制(AGC)增益调到初始增益；

步骤22，接收一个虚帧长度的信号；由于在进行频点扫描的时候用户设备(UE)还没有和基站取得时间同步，可以将这个时候用户设备(UE)的帧头称为虚帧头而将真正取得同步后的帧头称为实帧头；这一帧信号首先通过接收滤波器的处理，接收滤波器一般为跟发送滤波器根升余弦滤波器(RRCfilter)；

步骤23，将通过接收滤波器处理后的信号分成N块；通过将一个虚帧分成块的方法，使本发明不用考虑不同小区负载不均衡的问题，因为对于任何一个小区而言都会有一块的信号包括P-CCPCH或是DwPTS，而对于任何一个小区P-CCPCH和DwPTS总是以较大的功率向小区广播的；

步骤24，分别计算每一块的能量；能量的计算方法为每一块内所有采样值的平方和；即先计算每一个采样值的能量即实部的平方加虚部的平方，然后将所有采样值的能量累加。

步骤25，选出能量最大的一块的能量值P_max；

步骤26，根据P_max来计算接收下一帧信号的AGC的增益，即本发明给出的一种用于频点扫描的自动增益控制(AGC)方法；

步骤27，判断P_max是否在期望的范围之内；

步骤28，如果P_max在期望的范围之内，则根据P_max和当前虚帧所使用的AGC增益来计算当前虚帧的信号功率，如果P_max在期望的范围之外则不做任何处理；

步骤29，对计数器M加1。计数器M用来对用于功率平均的子帧数计数。

步骤210，判断计数器M是否大于等于Nave，Nave是期望的用于功率平均的子帧的个数。如果不满足条件则继续功率的计算，回到步骤22，重新开始循环；

步骤211，如果条件满足，则计算这Nave个子帧的功率的平均值；对于这个频点的功率计算结束。

步骤26，根据P_max来计算接收下一帧信号的AGC的增益，包含以下步骤：

步骤261，判断AGC增益是否在期望的范围内；

步骤262，如果新算出的AGC增益在期望的范围之内，则步骤263，用这个AGC增益来调整低噪声放大器(LNA)的增益并接收下一虚帧的信号，继续进行上述步骤22至步骤26的动作。也就是说在本发明中AGC增益是每帧调整一次的；

步骤264，如果新算出的AGC增益在期望的范围之外，则计算该频点的功率的过程结束。这里根据P_max来作为计算AGC增益的依据也是本发明的独特之处。

通过采用本发明的两步搜索方法可以大大缩短频点扫描的速度，从而加速初始小区选择的速度。

由于TD-SCDMA的帧结构，不同小区的业务负载区别很大，但所有小区的P-PCCPCH(主公共控制信道)和DwPTS(下行导频时隙)都是以较大的功率向小区全向广播的。考虑到TD-SCDMA系统的这一特征，本发明采用分块的方法来平衡不同小区的业务负载不同对于不同频点功率计算的影响。由于在不同频点的TD-SCDMA信号的功率相差相当大，为了更加精确的计算每一个频点的功率，本发明还给出了一种用于频点扫描的自动增益控制(AGC)方法。

通过采用本发明的分块的方法和本发明的自动增益控制(AGC)方法，可以大大提高每个频点功率计算的准确度。

附图说明

图1为一典型的蜂窝移动通信系统的简单示意图；

图2为TD-SCDMA系统的帧结构示意图；

图3两步频点搜索过程；

图4为计算某个频点的功率的方法和过程；

图5为一个虚帧的信号的分块方法。

具体实施方式

以下根据图3至图5，说明本发明的一个较佳实施方式。

本发明采用两步搜索的方法可以大大缩短频点搜索的时间。下面将通过图3来说明两步搜索的过程。

第一步为初步搜索步骤，用于用户设备(UE)确定临近TD-SCDMA基站所使用的频点的大致范围。如图3所示，在某个运营商所使用的频带内可能的TD-SCDMA信号的中心频点31的间隔为200KHz.第一步搜索用户设备(UE)从第一个频点开始以步长f_step132扫描频点，分别计算扫描到的频点的功率。对于每个频点的能量计算方法下面将详细介绍。第一步搜索的输出结果为N_{Sel_step1}个功率最强的频点。

第二步为精确搜索步骤，用于用户设备(UE)精确确定临近TD-SCDMA基站所使用的频点。第二步搜索的范围是第一步搜索所输出结果的N_{Sel_step1}个频点以及各自左右各M个可能的频点，这些频点之间的间隔为200KHz。M的值由第一步搜索的的步长为f_step1来确定。这样，第二步搜索所要扫描的频点数为N_{Sel_step1}×(2×M+1)个。对于每个频点的能量计算方法和第一步搜索是相同的，下面将详细介绍。第二步搜索的输出结果为N_{Sel_step2}个功率最强的频点。该第二步搜索输出的频点信息将用于初始小区搜索。

通过采用本发明的两步搜索方法可以大大缩短频点扫描的速度，从而加速初始小区选择的速度。

下面通过图4和图5来介绍一下本发明计算以某个频点为中心频点的TD-SCDMA信号的功率的方法和过程。

步骤41，每次开始计算一个新的频点的功率之前都要将的自动增益控制(AGC)增益调到初始增益。

步骤42，接收一个虚帧长度的信号。由于在进行频点扫描的时候用户设备(UE)还没有和基站取得时间同步，我们将这个时候用户设备(UE)的帧头称为虚帧头而将真正取得同步后的帧头称为实帧头。这一帧信号首先通过接收滤波器的处理，接收滤波器一般为跟发送滤波器根升余弦滤波器(RRCfilter)。

步骤43，将通过接收滤波器处理后的信号分成N块33，如图5所示。通过将一个虚帧分成块的方法，使本发明不用考虑不同小区负载不均衡的问题，因为对于任何一个小区而言都会有一块的信号包括P-CCPCH或是DwPTS，而对于任何一个小区P-CCPCH和DwPTS总是以较大的功率向小区广播的。

步骤44，分别计算每一块的能量。能量的计算方法为每一块内所有采样值的平方和。即先计算每一个采样值的能量即实部的平方加虚部的平方，然后将所有采样值的能量累加。

步骤45，选出能量最大的一块的能量值P_max。

步骤46，根据P_max来计算接收下一帧信号的AGC的增益，即本发明给出的一种用于频点扫描的自动增益控制(AGC)方法；判断AGC增益是否在期望的范围内(步骤49)，如果新算出的AGC增益在期望的范围之内则用这个AGC增益来调整低噪声放大器(LNA)的增益并接收下一虚帧的信号(步骤413)，继续进行上述步骤42至步骤46的动作。也就是说在本发明中AGC增益是每帧调整一次的。如果新算出的AGC增益在期望的范围之外则计算该频点的功率的过程结束412。这里根据P_max来作为计算AGC增益的依据也是本发明的独特之处。

步骤47，判断P_max是否在期望的范围之内，如果P_max在期望的范围之内，则根据P_max和当前虚帧所使用的AGC增益来计算当前虚帧的信号功率(步骤48)，如果P_max在期望的范围之外则不做任何处理。

步骤410，对计数器M加1。计数器M用来对用于功率平均的子帧数计数。

步骤411，判断计数器M是否大于等于Nave，Nave是期望的用于功率平均的子帧的个数。如果不满足条件则继续功率的计算，回到步骤42，重新开始循环。如果条件满足，则计算这Nave个子帧的功率的平均值，步骤414。对于这个频点的功率计算结束。

本发明提供的时分同步码分多址系统中的频点扫描方法，其通过计算以某个频点为中心频点的TD-SCDMA信号功率，在运营商所使用的频段内，搜索临近基站所使用的频点，大大缩短搜索的时间。

由于TD-SCDMA的帧结构，不同小区的业务负载区别很大，但所有小区的P-PCCPCH(主公共控制信道)和DwPTS(下行导频时隙)都是以较大的功率向小区全向广播的。考虑到TD-SCDMA系统的这一特征，本发明采用分块的方法来平衡不同小区的业务负载不同对于不同频点功率计算的影响。由于在不同频点的TD-SCDMA信号的功率相差相当大，为了更加精确的计算每一个频点的功率，本发明还给出了一种用于频点扫描的自动增益控制(AGC)方法。

通过采用本发明的分块的方法和本发明的自动增益控制(AGC)方法，可以大大提高每个频点功率计算的准确度。

Claims (5)

1、一种时分同步码分多址系统中的频点扫描方法，其包含以下步骤：

1.1初步搜索步骤，用户设备确定临近TD-SCDMA基站所使用的频点的大致范围；

在某个运营商所使用的频带内可能的TD-SCDMA信号的中心频点的间隔为200KHz；第一步搜索用户设备从第一个频点开始以步长f_step132扫描频点，分别计算扫描到的频点的功率；第一步搜索的输出结果为N_{Sel_step1}个功率最强的频点；

1.2精确搜索步骤，用户设备精确确定临近TD-SCDMA基站所使用的频点；该搜索的范围是上述1.1搜索所输出结果的N_{Sel_step1}个频点以及各自左右各M个可能的频点，这些频点之间的间隔为200KHz；

分别计算扫描到的频点的功率；输出结果为N_{Sel_step2}个功率最强的频点。

2、如权利要求1所述的时分同步码分多址系统中的频点扫描方法，其特征在于，M的值由第一步搜索的的步长为f_step1来确定。

3、如权利要求1或2所述的时分同步码分多址系统中的频点扫描方法，其特征在于，计算扫描到的频点的功率的方法包括以下步骤：

步骤21，每次开始计算一个新的频点的功率之前都要将的自动增益控制增益调到初始增益；

步骤22，接收一个虚帧长度的信号；由于在进行频点扫描的时候用户设备还没有和基站取得时间同步，可以将这个时候用户设备的帧头称为虚帧头而将真正取得同步后的帧头称为实帧头；这一帧信号首先通过接收滤波器的处理，接收滤波器一般为跟发送滤波器根升余弦滤波器；

步骤23，将通过接收滤波器处理后的信号分成N块；

步骤24，分别计算每一块的能量；

步骤25，选出能量最大的一块的能量值P_max；

步骤26，根据P_max来计算接收下一帧信号的AGC的增益；

步骤27，判断P_max是否在期望的范围之内；

步骤28，如果P_max在期望的范围之内，则根据P_max和当前虚帧所使用的AGC增益来计算当前虚帧的信号功率，如果P_max在期望的范围之外则不做任何处理；

步骤29，对计数器M加1；计数器M用来对用于功率平均的子帧数计数；

步骤210，判断计数器M是否大于等于Nave，Nave是期望的用于功率平均的子帧的个数；如果不满足条件则继续功率的计算，回到步骤22，重新开始循环；

步骤211，如果条件满足，则计算这Nave个子帧的功率的平均值；对于这个频点的功率计算结束。

4、如权利要求3所述的时分同步码分多址系统中的频点扫描方法，其特征在于，步骤26，根据P_max来计算接收下一帧信号的AGC的增益，包含以下步骤：

步骤261，判断AGC增益是否在期望的范围内；

步骤262，如果新算出的AGC增益在期望的范围之内，则步骤263，用这个AGC增益来调整低噪声放大器(LNA)的增益并接收下一虚帧的信号，继续进行上述步骤22至步骤26的动作；

步骤264，如果新算出的AGC增益在期望的范围之外，则计算该频点的功率的过程结束。

5、如权利要求4所述的时分同步码分多址系统中的频点扫描方法，其特征在于，步骤24，能量的计算方法为每一块内所有采样值的平方和；先计算每一个采样值的能量即实部的平方加虚部的平方，然后将所有采样值的能量累加。

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