CN1856950A - 移动接收器中高效帧的追踪 - Google Patents

Abstract

一种无线通信系统中接收器的帧同步方法，其中数据系于多路环境的框单元中传送，此种同步方法系通过针对预定窗尺寸撷取数据样本而开始，其中产生一对应于给定信元参数的训练序列。该数据系与训练序列以不同延迟相关来定位可界定帧起始的第一有效路径。该相关数据系针对各延迟位置被累积N次来产生至少一累积向量。最有效路径值及位置系被决定为累积向量间的最大值。帧同步修正值系以第一有效路径位置及一固定所谓的帧偏移间的差异来计算。帧同步系以帧同步修正值为基础来调整。

Description

移动接收器中高效帧的追踪

技术领域

本发明大致有关无线通信中的信道估计。更特别是，本发明系有关通过移动接收器及时追踪信道脉冲响应飘移控制多路环境中被接收显著路径的帧同步。

发明背景

此后，无线传输/接收单元(WTRU)可包含但不限于使用者设备，行动台，固定或行动用户单元，呼叫器，或可操作于无线环境中的任何其它类型组件。此后被称为基地台系包含但不限于节点-B，地址控制器，存取点或无线环境中的其它互连组件。

当帧同步，编码时序及编码位置被同步时，系可获得基地台及无线传送/接收单元间的全下链(DL)同步。帧同步可界定无线传送/接收单元接收器所见的帧起始。编码时序系为无线传送/接收单元接收器前端中被接收信号采样期间的整数倍数。编码位置系为无线传送/接收单元接收器观察的及时路径或多路位置。全同步系以三个不同算法被完成于三个阶段：信元搜寻(CS)，自动频率控制(AFC)及帧追踪(FT)。

第一阶段中，信元搜寻算法可搜寻无线传送/接收单元占据，且以多路信道延迟展频中的第一有效路径(FSP)位置为基础执行帧同步的信元。信元搜寻完成后，自动频率控制开始。自动频率控制算法可通过调整电压控制震荡器(VC0)调整控制电压来调整编码时序。编码时序被自动频率控制起始调整及亦被维持。当自动频率控制位于其收敛状态时(当电压控制震荡器操作频率被调整时)，编码位置系通过信道估计来找出。信道估计的输出系为用于无线传送/接收单元接收器的每个下链槽的编码位置。

虽然信元搜寻执行起始帧同步，但仍需维持帧同步。帧追踪系为维持无线传送/接收单元接收器的下链帧同步的一方法。因为帧同步系以第一有效路径位置为基础，所以帧追踪程序负责更新第一有效路径。帧追踪程序将于起始帧同步之后定期运作。

若帧追踪程序不能定期运作，无线传送/接收单元的信道估计向量任一端处的某些路径可能消失，因这些路径损失导致效能降级。具有可能使此发生的三个主要案例：无线传送/接收单元运动，阴影及衰减多路信道。

无线传送/接收单元运动将视无线传送/接收单元的起始及目前位置而定产生信道估计向量的时间转移至任一侧。当无线传送/接收单元于被起始同步至其之后以特定距离为基础移至较靠近基地台时，传播延迟会降低。第一有效路径接着与起始位置相较下稍早及时出现。路径将飘移至信道估计向量左侧且最后会消失。若无线传送/接收单元移动远离基地台，则路径将反方向(也就是朝向信道估计序列向量右缘)飘移。只要针对第一有效路径位置的帧同步被更新，则信道估计向量将于信道估计向量起始处或附近显示第一有效路径，且延迟展频中的所有路径将出现于整个向量。例如，针对120公里/小时的无线传送/接收单元径向速度，第一有效路径的飘移将会消失非常缓慢，被用于3GPP W-CDMA时约为3.84Mcps的260帧中的一芯片飘移。

多路信道阴影系为需帧同步更新的另一例。无线传送/接收单元起始同步期间，一物体可阻碍从基地台至无线传送/接收单元的直接路径。当该阻碍物体或无线传送/接收单元改变位置时，该直接路径可能较目前已知第一有效路径且甚至较信道估计窗更早出现。为了使用此路径，提供帧同步系需第一有效路径位置更新。

衰减多路信道系为帧同步的另一挑战。信元搜寻不可于多路衰减信道情况下连续检测第一有效路径。此情况可通过于起始信元搜寻期间使用较长累积期间来避免。然而，由于起始帧同步的异步电压控制震荡器及受限时间预算，所有例中帧累积数系不足以连续找出第一有效路径的位置。

针对多路衰减信道，信道估计必须找出各路径的时间位置及复合大小。信道估计算法应可遵循信道的相当慢及快速改变特性。慢速改变信道特性系为无线传送/接收单元运动。同时，无线传送/接收单元运动及基地台本地震荡器的频率差异可产生信道脉冲响应飘移。当这些效应被组合时，其产生信道脉冲响应及时飘移。

快速信道特性改变系因路径大小快速急遽改变的熟知多路衰减现象而致。无线传送/接收单元接收器运动亦以类似方式影响所有路径。然而，多路衰减系通过单独改变其功率位准以独一方式影响路径。传统信道估计算法并不有效使用这些差异。此可能产生过度计算或缺乏效率。

多路衰减需数据帧被固定的具高分辨率的较频繁更新。例如，共享雷克(RAKE)接收器可定位路径并通过分配编码追踪器给各路径来个别追踪它们。同时，处理无线传送/接收单元接收器运动需较不频繁更新及较少时间分辨率的信号处理。更新频率及分辨率的这些差异系为信道估计的挑战。

发明内容

一种促使多路环境中以过度采样传送速率作信号处理的帧追踪无线通信信道方法系被提供。帧追踪方法系与另一算法一起操作来提供最后信道估计。这些信道估计有用于可信道等化的雷克，均衡器或多使用者检测(MUD)接收器。移动接收器的帧追踪系被维持来阻碍接收器及本地震荡器飘移的运动。帧追踪操作于第一显著信号路径且以相当低速度来更新其位置。为响应此，被接收多路信号的信道估计系通过固定短窗尺寸操作来增强，其依序频繁更新信道估计。帧追踪使所有移动路径得以维持于信道估计窗内侧。结果，多路传播信道的快速改变轮廓系以改良精度来估计。追踪各路径系通过分隔帧追踪及信道估计算法来避免。

数据被传送于多路环境中的框单元中的无线通信系统中接收器的帧同步方法系通过针对预定窗尺寸撷取数据样本而开始。对应被给定信元参数的训练序列系被产生。该帧同步可为如FDD CDMA中的前导，或如TDD W-CDMA中的用中间码(midamble)。数据系与训练序列以不同延迟相关来定位可界定帧启始的第一有效路径。该被相关数据系针对各延迟位置被累积N次来产生至少一累积向量。最有效路径值及位置系被决定为累积向量间的最大值。帧同步修正值系以第一有效路径位置及固定称谓帧偏移的间差异来计算。帧同步系以帧同步修正值为基础来调整。

附图说明

本发明可从以下较佳实施例说明及附图得到更详细了解，其中：

图1显示帧追踪程序的输入及输出块状图；

图2显示第一图中帧追踪程序的输入及输出更详细块状图；

图3显示帧追踪程序组件的块状图；

图4显示中间码(midamble)产生器及相关器块状图；

图5显示被转移中间码(midamble)训练序列的产生；

图6显示依据本发明的帧追踪程序的处理时线；及

图7A-7C系为显示依据本发明的帧追踪程序操作的流程图。

具体实施方式

虽然此后实施例与使用3.84Mcps分时双工模式(TDD)第三代伙伴计划(3GPP)宽频分码多重存取(W-CDMA)系统一起作说明，但该实施例亦可应用至任何混合分码多重存取(CDMA)/分时多重存取(TDMA)通信系统，如TD-SCDMA。另外，该实施例通常可应用至分码多重存取系统，如3GPP W-CDMA或3GPP 2 CDMA2000的提议分频双工(FDD)。

帧追踪系为维持无线传送/接收单元的下链帧同步的过程。因为帧同步系以第一有效路径位置为基础，所以帧追踪程序负责更新第一有效路径。帧追踪程序将于起始信元搜寻完成且自动频率控制收敛之后开始。此后，其定期运作。

图1显示帧追踪程序的输入及输出块状图。数据输入系包含两倍时隙区间102中的过度采样广播信道(BCH)。三个控制信号亦被提供为输入：系统帧数(SFN)偶数/奇数指针104，广播信道传送器时间分集指针106，及驻存基地台信元108(步骤702)。帧同步修正信号110系为帧追踪处理的输出。

图2显示被用来实施帧追踪处理的组件块状图。帧追踪处理器200系输出第一有效路径位置202及最有效路径(MSP)是否有效的指针204。第一有效路径处理部件206可分析第一有效路径位置202及最有效路径有效指针204来产生帧同步修正信号110以调整系统时序。

例如，3GPP TDD系统中，撷取自输入数据的数据系较佳被采用自广播信道时隙中的中间码(midamble)位置，其为来自槽起始的976芯片或1952半芯片复合样本。此用中间码(midamble)区段系包含有用于信道估计的被编码至该数据上的训练序列。较佳是，帧追踪系使用窗采样技术来执行。于是，广播信道数据输入于MWS为多路窗尺寸的名目用中间码(midamble)位置前后进一步包含2×MWS复合半芯片样本。为了方便，这些样本可被分为独立偶数及奇数序列。

图3显示帧追踪处理组件块状图，包含一撷取及分割单元302；用于偶数采样处理的两中间码(midamble)相关器304，306；用于奇数采样处理的两中间码(midamble)相关器308，310；一偶数样本延迟单元312；一奇数样本延迟单元314；相关器相加器316，318；一偶数样本累积器320；一奇数样本累积器322；及帧追踪处理器200。各中间码(midamble)相关器304，306，308，310系被图4所示的中间码(midamble)产生器400馈送。应注意假设相关器304，306，308，310间的时间被共享，则一中间码(midamble)产生器400可被使用。中间码(midamble)产生器400可以对应信元识别号的基本中间码(midamble)序列为基础产生512芯片长中间码(midamble)m⁽¹⁾，若BCH_tx_diversity为开启，则中间码(midamble)m⁽²⁾，其中m^(k)代表被k芯片转移的基本中间码(midamble)序列。

第一有效路径位置系通过不同延迟执行被接收广播信道中间码(midamble)的相关来找出。若控制信号BCH_tx_diversity为关闭，则仅中间码(midamble)m⁽¹⁾被使用；否则，中间码(midamble)m⁽¹⁾及m⁽²⁾被使用。从2×(976-MWS)至2×(976+MWS)半芯片复合样本的广播信道时隙部分系被撷取；也就是中间码(midamble)加上50稍早及50稍后芯片。这些样本系被分割为偶数及奇数序列来独立处理。

针对中间码(midamble)m⁽¹⁾，具有两相关器304，308，一个用于偶数序列304，另一个用于奇数序列308。如图3显示，若中间码(midamble)m⁽²⁾被处理(BCH_tx_diversity为开启)，则具有附加相关器306，310配对。各两或四个相关器中，针对各101延迟位置n，其中n变化当作-50，-49，…，+49，+50芯片位置，则相关被计算为：

$p_c\left(n\right)=\left|\underset{i=0}{\overset{511}{\mathrm{\Σ}}}r(i+n+50)m^{*}\left(i\right)\right|$ 方程式1

其中p_c(n)为相关器c的输出，r(i)为被撷取数据长度612，其中0≤i≤611，而m(i)为中间码(midamble)。注意，相关器的输出系为量值，所以相关器输出的进一步处理系非同调。

延迟单元312，314提供位于中间码(midamble)m⁽¹⁾及中间码(midamble)m⁽²⁾间的较佳57芯片延迟。该延迟系对应两中间码(midamble)间的序列转移。图5显示与长度456的基本中间码(midamble)序列506相关的中间码(midamble)序列m⁽¹⁾502及m⁽²⁾504。以57芯片延迟为例，BCH_tx_diversity为开启，偶数及奇数m⁽²⁾相关器306，310的输出向量的组件-50至-7系各被添加至偶数及奇数m⁽¹⁾相关器304，308的输出向量的组件7至50。此相同于添加m⁽²⁾相关器输出向量的57-组件延迟版本至m⁽¹⁾相关器输出向量。

BCH_tx_diversity开启例的两相关器输出或相加输出向量系被计算四次，每次相隔五帧。这些输出系通过累积器320，322累积于此期间如下：

$A_c\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{p}_c^{\left(i\right)}\left(n\right)$ 方程式2

其中p⁽ⁱ⁾ _c(n)为第i次计算的相关器c的输出向量，n范围为-50≤n≤+50。累积器320，322系于帧追踪值Frame_Sync_Correction110被计算之后被重设。第1至4图的组件可被实施于单集成电路(IC)，当作分离组件或当作这些的组合。

图6显示帧追踪处理的时序图。帧追踪处理系于起始信元搜寻完成且自动频率控制来到稳定状态(点A)之后开始运作。此后，帧追踪每五帧读取及执行广播信道时隙的相关(点B)，其等于每50ms的10ms较佳帧尺寸。第四个广播信道被处理之后(点C)，帧追踪修正值110系针对下一个被读取广描信道时隙的帧被计算及应用。

图7A及7B系显示依据本发明的帧追踪程序700的流程图。程序700系以收集广播信道及其它信号输出而开始(步骤702)。数据窗系于广播信道中间码(midamble)附近被撷取(步骤704)，而中间码(midamble)序列系被产生(步骤706)。广播信道中间码(midamble)系以不同延迟被相关来找出第一有效路径位置(步骤708)。相关器输出系被累积四次，每次相隔五帧。步骤702-710已结合第1至6图被较详细说明如上。

累积四次之后，帧追踪处理器系执行峰值检测，其中该处理可找出胞间两累积器向量间最大值的组件。被辨识最大值系为最有效路径值(步骤712)。最有效路径值的位置系为最有效路径位置，而包含最有效路径的累积器系为最有效路径累积器。

最有效路径的有效性，也就是当累积器输出的信号噪声比(SNR)强得足以假设有效路径已被辨识时，(步骤714)系被决定如下及如图7C所示。例如，噪声功率的估计系使用以下两步骤程序来获得。第一，初步噪声估计(PNE)系为所有最有效路径累积器组件的平均(步骤730)。初步噪声门槛系为C1×PNE(步骤732)；C₁的较佳值系为1.5。第二，最后噪声估计(FNE)系为该初步门槛以下所有最有效路径累积器组件的平均(步骤734)。

若控制信号BCH_tx_diversity为关闭，则最后噪声门槛系通过C₂×PNE来决定，或其为开启，则为C₃×PNE(步骤736)；C₂的较佳值系为1.83而C₃的较佳值系为2.2。若最有效路径值位于最后噪声门槛之上(步骤738)，则控制信号MSP_valid系为开启(步骤740)，且该方法终止(步骤742)。若最有效路径值位于最后噪声门槛的下(步骤738)，则MSP_valid控制信号系为关闭(步骤744)，且该方法终止(步骤742)。

回去参考第7A及7B图，第一有效路径的检测系涉及检查控制信号MSP_valid的状态(步骤714)。若控制信号MSP_valid为开启，则从最早(-50)位置开始，偶数及奇数累积器320，322的组件系被检查最后噪声门槛。具有大于最后噪声门槛的值的第一位置系被选为第一有效路径位置(步骤716)。若控制信号MSP_valid为关闭，则此步骤被跳过。

接着，第一有效路径处理系被执行如下。若控制信号MSP_valid为开启，则帧追踪值Frame_Sync_Correction 110系被计算为：

Frame_Sync_Correction＝第一有效路径位置一帧偏移   方程式3

若Frame_Sync_Correction量值大于预定最大帧同步修正值，Smax，则其被限制为±Smax，其较佳介于六至十芯片范围(步骤720)。Frame_Sync_Correction正值系表示帧同步应被延迟，也就是第一有效路径较预期为慢被检测(步骤722)。时序被调整(步骤724)，且该方法终止(步骤725)。Frame_Sync_Correction负值系表示帧时序应被提前，也就是第一有效路径较预期为早被检测(步骤726)。时序被调整(步骤724)，且该方法终止(步骤725)。若信号MSP_valid为关闭(步骤714)，则Frame_Sync_Correction值系被设定为零，且所有累积器系被重设为零(步骤728)。

针对此处理，遵照广播信道的相对帧15相关的计算，Frame_Sync_Correction值可被计算及施加至相对帧16-20区间中任何处。然而，为了与信号编码功率(RSCP)量测同步，较佳施加Frame_Sync_Correction值于相对帧20开始处。

虽然本发明已说明依据方程式3必须较佳执行累积四次，读取较佳增量五的帧数，及使用五的较佳帧偏移，但这些值并不预期受限而可被调整适应操作系统的需要。

虽然本发明特定实施例已被显示及说明，但只要不背离本发明范围，熟练技术人士均可作许多修改及变异。上述提供说明但不限制任何方式的特定发明。

Claims (13)

1.一种无线通信中接收器的帧同步的方法，其中数据系于多路环境的帧单元中传送，该方法包含步骤为：

针对一预定窗尺寸撷取数据样本；

产生对应一给定信元参数的一训练序列；

相关该数据系及于不同延迟的该训练序列来定位可界定该帧起始的第一有效路径的位置；

累积该被相关数据N次，每次相隔的前时序一帧偏移，来产生至少一累积向量；

决定在该累积向量间最大值的一最有效路径值及该最有效路径值的位置；

以该第一有效路径位置及该帧偏移间的差异为基础来计算一帧同步修正值；及

以该帧同步修正值为基础来调整该帧同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含步骤为：

以该芯片速率两倍分隔该被撷取数据样本为偶数样本及奇数样本；及

相关与该等奇数样本分隔的该等偶数样本。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该决定步骤系包含：

计算等于该被累积数据值平均的一初步噪声估计；

计算等于该初步噪声估计倍数的一初步噪声门槛；

计算等于该初步噪声门槛以下的该被累积数据值平均的一最后噪声估计；

计算等于该最后噪声估计倍数的一最后噪声门槛；及

若该最有效路径值大于该最后噪声门槛，则决定该最有效路径的有效性。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若该帧同步修正值为正数，则该调整步骤系包含延迟该帧同步。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若该帧同步修正值为负数，则该调整步骤系包含提前该帧同步。

6.一种用于无线通信系统的无线传送/接收单元，包含：

一撷取及分割单元，可接收一输入信号并将该输入信号分割为偶数样本及奇数样本；

两偶数中间码(midamble)相关器，用于偶数样本处理，各偶数中间码(midamble)相关器连接至该撷取及分割单元；

一偶数样本延迟单元，连接至该偶数中间码(midamble)相关器的一；

一偶数相关器相加器，连接至另一该偶数中间码(midamble)相关器及该偶数样本延迟单元；

一偶数样本累积器，连接至该偶数相关器相加器；

两奇数中间码(midamble)相关器，用于奇数样本处理，各奇数中间码(midamble)相关器系连接至该撷取及分割单元；

一奇数样本延迟单元，连接至该奇数中间码(midamble)相关器的一；

一奇数相关器相加器，连接至另一该奇数中间码(midamble)相关器及该奇数样本延迟单元；

一奇数样本累积器，连接至该奇数相关器相加器；及

一帧追踪处理器，连接至该偶数样本累积器及该奇数样本累积器。

7.根据权利要求6所述的无线传送/接收单元，其特征在于，该偶数样本累积器及该奇数样本累积器各提供57芯片延迟。

8.根据权利要求6所述的无线传送/接收单元，其特征在于，该帧追踪处理器系输出

一第一有效路径位置；及

一最有效路径有效指针。

9.根据权利要求8所述的无线传送/接收单元，其特征在于，该第一有效路径位置及该最有效路径有效指针系用于帧同步。

10.一种用于无线通信系统的集成电路，包含：

一撷取及分割单元，可接收一输入信号并将该输入信号分割为偶数样本及奇数样本；

两偶数中间码(midamble)相关器，用于偶数样本处理，各偶数中间码(midamble)相关器连接至该撷取及分割单元；

一偶数样本延迟单元，连接至该偶数中间码(midamble)相关器的一；

一偶数相关器相加器，连接至另一该偶数中间码(midamble)相关器及该偶数样本延迟单元；

一偶数样本累积器，连接至该偶数相关器相加器；

两奇数中间码(midamble)相关器，用于奇数样本处理，各奇数中间码(midamble)相关器系连接至该撷取及分割单元；

一奇数样本延迟单元，连接至该奇数中间码(midamble)相关器的一；

一奇数相关器相加器，连接至另一该奇数中间码(midamble)相关器及该奇数样本延迟单元；

一奇数样本累积器，连接至该奇数相关器相加器；及

一帧追踪处理器，连接至该偶数样本累积器及该奇数样本累积器。

11.根据权利要求10所述的集成电路，其特征在于，该偶数样本累积器及该奇数样本累积器各提供57芯片延迟。

12.根据权利要求10所述的集成电路，其特征在于，该帧追踪处理器系输出

一第一有效路径位置；及

一最有效路径有效指针。

13.根据权利要求12所述的集成电路，其特征在于，该第一有效路径位置及该最有效路径有效指针系用于帧同步。

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