CN1988415B - 在cdma通信系统中判断下行导频信号发送方式的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在CDMA通信系统中判断下行导频信号发送方式的方法，该方法包括：移动台将选定频点所发送的数据按照一个子帧的长度依次分为多个数据帧，并依次将相邻的两个数据帧分为一数据帧组；使用“特征窗”法计算各数据帧组的相邻两个数据帧中第一个数据帧的特征窗中两边n个码片对中间n个码片的能量比，获得多个特征窗特性系数，同时记录特征窗中中间n个码片的能量，获得相应多个简化的特征窗结果；将上述两个数据帧的多个简化的特征窗结果对应相除，获得相应多个修正的特征窗特性系数；根据多个相邻数据帧的计算结果确定该频点是否为有效频点，如果为有效频点，则确定该频点采用的下行导频信号发送方式。本发明能够在小区建立阶段迅速判断出频点的下行导频信号发送方式。

Description

在CDMA通信系统中判断下行导频信号发送方式的方法

技术领域

本发明涉及一种CDMA(码分多址)通信系统中在小区搜索阶段判断DwPTS发送方式的方法。

背景技术

TD-SCDMA(时分同步码分多址)通信系统是基于TDD(时分双工)的技术，该系统采用在同一频率信道的不同时隙接收和传送数据。

TD-SCDMA的物理信道包含三层结构：第一层为无线帧，第二层为子帧，第三层为时隙。具体的说，其物理信道由若干个无线帧组成，一个无线帧为10ms，每个无线帧又分为连续两个5ms的子帧，每个子帧又包括七个业务时隙和三个特殊时隙。

如图1所示，在七个业务时隙中第0个时隙(TS0)固定分配给下行，第1个时隙(TS1)固定分配给上行，其余的时隙可以在上下行之间任意分配。斜线填充部分的三个特殊时隙分别为DwPTS(下行导频时隙)，UpPTS(上行导频时隙)，以及GP(保护时隙)。其中，DwPTS时隙用来发送下行同步码，完成下行同步；UpPTS时隙用来发送上行同步码，完成初始上行同步。其中，在DwPTS上发送的DwPCH包括96码片(chip)，GP包括96chip，在UpPTS上发送的UpPCH包括160chip，每个码片的宽度是0.78125us。

目前，基站在每一个子帧的DwPTS时隙进行DwPCH(下行导频信道)的发送。

DwPCH承载了SYNC_DL(下行导频同步码)的发送，由于下行导频信号要完成标识小区的功能，需要对整个小区实现覆盖，因而要求采用比较大的功率并持续发射SYNC_DL，因此，在一定的距离范围内该信号会产生回波干扰(指发送信号的回波对接收信号产生的干扰)。虽然该回波干扰主要集中在GP(保护间隔)区间上，但仍会干扰在GP后的UpPTS时隙，也即下行导频信号产生了不容忽视的回波干扰。而且，远端基站的下行导频信号也会传播到本端基站，其将与本小区的下行导频信号的回波一起干扰本小区的上行导频信号的接收。

此外，在引入N频点系统后，即使终端在不发送DwPCH的频点发送UpPCH，但由于基站在发射DwPCH存在向别的频点的能量泄露，而这个能量的衰减往往小于路损，因此终端还是只能在DwPTS之后的时间点发送UpPCH，以避免基站收到的上行同步信号被下行导频信号的带外泄漏所干扰。

目前已经提出了DwPCH不连续发送的方法，即在奇数子帧中发送DwPCH，或者在偶数子帧中发送DwPCH，如图1(b)所示。这样可以在没有DwPCH发送时发送UpPCH，可以有效地避免如上所述的下行导频信道发送产生的回波干扰及远端基站的下行导频信号干扰上行导频信道接收的问题，并且提高了系统检测UpPCH的准确度。

基站可以灵活配置DwPCH的发送方式是连续发送(即每一个子帧中都含有DwPCH)或者是不连续发送，因此终端在小区搜索过程中需要确定基站所使用的DwPCH发送方式，以便能够成功接入小区。

在TD-SCDMA的子帧结构中，在SYNC_DL的左边有3个symbol(32+16＝48个码片)的GP，右边有6个symbol(96个码片)的GP，SYNC_DL本身为4个symbol(64个码片)，如图2所示。

由于GP的功率很小，故从功率谱的角度上看，与GP相比，SYNC_DL段是“峰”值。当用SYNC_DL段功率和除以两边4个symbol(两边各两个)功率和时，得到的值就会很大，用此方法就可以判断出SYNC_DL的大致位置。因此，我们可以利用TD-SCDMA子帧结构的这个特征，将图2所示的这种结构称为一个“特征窗”，利用“特征窗”在整个子帧范围内移动，其移动步长可以是逐chip，逐2chip或逐symbol，能够得到L个功率“特征窗”，如果逐chip进行处理，则L为6400，如果逐2chip进行处理，则L为3200。其余步长时，L可以类似获得，本领域技术人员可根据运算量和系统要求选择步长值。利用“特征窗”进行SYNC_DL的位置的搜索，我们称为“特征窗”法，“特征窗”法的详细说明已经在本公司的专利申请，申请号为CN200410000534.0以及CN200410000535.5的说明书中公开。

对每一个“特征窗”，如果计算其内部两边4个symbol对中间4个symbol的能量比Ri。该能量比即特征窗特性系数，用来反映不同特征窗确定的SYNC_DL位置的可靠性。在L个Ri中找寻一个最小值，其对应的“特征窗”位置即为SYNC_DL的位置；如果计算其内部中间4个symbol对两边4个symbol的能量比，则寻找出最大值，则其对应的“特征窗”位置即为SYNC_DL的位置。每个码片的功率为实部和虚部数据的平方和。为了确保对整个5ms数据(一个子帧长度的数据)的每个chip计算特征窗，实际参与处理的数据应大于6400chip(应超过一个子帧的码片数，此时需要6400+127个码片参与处理。其中最后127个码片属于下一个数据帧，用于本数据帧最后一个码片特征窗的计算，其余步长情况类似)。

TD-SCDMA系统的小区搜索能够使用“特征窗”法很快地完成。利用“特征窗法”进行小区搜索的详细说明已经在专利申请文件，申请号为CN200410000535.5的说明书中公开，下面简单进行描述。

对于基站连续发送DwPCH的情况，其主要过程如下所述：

首先，按照功率进行频点排序；

然后，利用特征窗，找到DwPTS的大致位置，确定小区所使用的SYNC_DL码；

接着，在已知SYNC_DL码的基础上，进行频偏粗估计和频偏调整；

接着，确定小区使用的基本midamble码；利用midamble码进行频偏精调；

接着，确定SYNC_DL的调制相位，确定P-CCPCH的复帧同步；

最后读取小区广播，完成小区搜索。

具体来说，包括如下步骤：

a.移动台根据频点的信号功率，进行频点排序，优先处理功率较强的频点；

b.移动台将各频点发送的数据按照一个子帧的长度(5ms)分成多个数据帧，利用特征窗，根据多个数据帧的结果，确定DwPTS的大致位置；

步骤b中完成粗同步，粗同步进一步包括以下步骤：

b1.假设移动台接收到数据的频点为有效频点，计算某一数据帧所有的特征窗的特征窗特性系数，判断该数据帧中DwPTS大致位置；

b2.计算多个数据帧的特征窗的特征窗特性系数，判断所有数据帧中的DwPTS大致位置；

b3.根据多个数据帧的结果，确定本频点是否是有效频点，即是否真正含有DwPTS，裁定DwPTS大致位置；

由于基站可以使用的SYNC_DL码有多个，每个SYNC_DL码具有的功率特征窗一致，需要在步骤c进一步确定具体的码号。而由于噪声的影响，由步骤b获得的结果不是非常准确，甚至会存在错误的可能，因此需要进一步进行精同步，即进入步骤c。

c.移动台确定SYNC_DL码准确位置，以及具体的码号；

步骤c中完成精同步，精同步包括以下步骤：

c1.采用相关运算法或者其它类似的方法进一步确定某个数据帧是否真正含有SYNC_DL码(即进一步判断步骤b的结果是否正确)，以及具体的码号；

c2.保存多个数据帧的结果；

c3.根据多个数据帧的结果，判决要驻留小区的SYNC_DL码的码号以及准确的位置。

步骤c中的计算不需要针对整个数据帧的6400个码片位置进行，而是根据步骤b获得的结果前后一定范围内(DwPTS的大致位置，例如从步骤b获得的结果的前面32个码片位置开始，到后面32个码片位置结束，共计算65个码片位置，使用128个码片数据参与运算)进行。引入步骤b的原因就是因为如果直接进行步骤c，运算量太大，先使用步骤b将大部分明显不需要计算的位置排除。

d.移动台在确定了SYNC_DL码号以后，利用接收到的DwPTS数据进行频偏粗调；

步骤d中完成频偏粗调，频偏粗调包括以下步骤：

d1.利用含有DwPTS的接收数据进行频偏粗估计；

d2.根据频偏粗估计结果进行频偏粗调；

e.确定基本Midamble码；

f.根据Midamble码进行频偏精调；

g.移动台在后续完成了找midamble码、频偏精调之后，需要估计SYNC_DL码的调制相位，确定P-CCPCH的复帧同步；

步骤g中完成找S1，具体请参见3GPP规范25.223中的描述，由于不是本发明的重点，因此不再一一赘述。

找S1包括以下步骤：

g1.估计调制相位；

g2.判断调制相位序列；

g3.确定是否接收P-CCPCH的复帧数据。

经过上述步骤便可完成小区搜索过程，使终端驻留在一个合适的小区中。

由于基站能够使用不连续发送方式发送DwPCH，而移动台并不知道基站所使用的发送方式，因此会影响到移动台进行频点排序、找DwPTS的大致位置、确定小区所使用的SYNC_DL码、频偏粗估计、确定SYNC_DL的调制相位这一些步骤。也就是说，目前小区搜索只支持DwPCH连续发送，不支持DwPCH不连续发送。

发明内容

因此，移动台在进行小区搜索时，需要改进方法，尽快判断出当前基站发送DwPCH的方式，并在此基础上采用不同的方法，完成小区搜索和小区广播信息的读取。

本发明的目的在于提供一种在TD-SCDMA系统小区搜索时判断DwPCH发送方式的方法，该方法在基站DwPCH不连续发送时，可以使终端迅速判断出基站的DwPCH发送方式，并获得DwPTS的大致位置。

本发明提供了一种在CDMA通信系统中判断下行导频信号发送方式的方法，该系统包括移动台和基站，该方法包括：

步骤1，移动台接收多个频点的信号，并根据每个频点的信号功率，进行频点排序，优先处理功率大的频点；

步骤2，移动台将选定频点所发送的数据按照一个子帧的长度依次分为多个数据帧，并依次将相邻的两个数据帧分为一数据帧组；

步骤3，使用“特征窗”法计算各数据帧组的相邻两个数据帧中第一个数据帧的特征窗中两边n个码片对中间n个码片的能量比，获得多个特征窗特性系数，同时记录特征窗中中间n个码片的能量，获得相应多个简化的特征窗结果，其中n为不超过SYNC_DL长度的码片数；

步骤4，对上述两个相邻数据帧的第二个数据帧计算特征窗中中间n个码片的能量，获得相应多个简化的特征窗结果；

步骤5，将上述两个数据帧的多个简化的特征窗结果对应相除，获得相应多个修正的特征窗特性系数；

步骤6，重复上述步骤3-5，进行该频点的随后多个数据帧组的计算；

步骤7，根据多个相邻数据帧的计算结果确定该频点是否为有效频点，如果为有效频点，则对多个相邻数据帧的修正的特征窗特性系数中的最大值或最小值对应的位置进行多次判决，若所述修正的特征窗特性系数的最大值或最小值对应的位置符合大数定理，则确定该频点采用的下行导频信号发送方式为不连续发送方式。

本发明的原理、实用性及诸多优点在结合附图阅读时将从下面的详细描述中变得更加清楚。

附图说明

图1为TD-SCDMA系统的子帧结构；

图2为一个特征窗的结构图；

图3示出了SNR＝10dB，两个子帧不连续发送时的相邻两个5ms数据帧的功率仿真结果图；

图4为根据图3的结果按照本发明的方法进行两个5ms数据帧逐简化的特征窗相除计算后的结果图，

图5为图4结果的采样(图4中1000chip位置的前后20个chip结果)

图6为SNR＝0dB，TS1的INR＝30dB，两个子帧不连续发送时的相邻两个5ms数据的功率仿真结果图；

图7为根据图6的结果按照本发明的方法进行两个5ms数据帧逐简化的特征窗相除计算后的结果图。

具体实施方式

根据DwPCH不连续发送的特性，由于基站不连续发送时，如果前一个子帧存在DwPCH，则后一个子帧必然不存在DwPCH，反之，如果前一个子帧不存在DwPCH，则后一个子帧必然存在DwPCH。现在假设前一个子帧存在DwPCH，后一个子帧不存在DwPCH。

由于一个无线帧的长度为10ms，时间间隔很短，故可以认为两个子帧经过的信道的波动不明显，即在一个无线帧内两个子帧对应的简化的特征窗中的功率变化不大。由于简化的特征窗大小刚好为SYNC_DL的大小，如果某个简化的特征窗中的功率发生很大的变化，则该简化的特征窗对应的位置必然是SYNC_DL位置，该功率波动是由于DwPCH不连续发送导致的。

根据上述原理，将前后相邻的两个子帧的简化的特征窗对应相除，得到的结果我们称为修正的特征窗特性系数。

则在理想情况，即没有噪声等的影响，如果前一个子帧存在DwPCH，后一个子帧不存在DwPCH，则DwPTS所在位置的结果必然很大(若无噪声影响应为无穷大，若有噪声影响，则在[(信号功率+噪声功率)/噪声功率]上下波动)，而其余位置的值应近似为1(即[(信号功率+噪声功率)/(信号功率+噪声功率)]或者(噪声功率/噪声功率)。因此，L个修正的特征窗特性系数中最大值对应的位置就是DwPTS的位置。反之，如果后一个子帧存在DwPCH，前一个子帧不存在DwPCH，则DwPTS所在位置的结果必然很小(在[噪声功率/(信号功率+噪声功率)]上下波动)，而其余位置的值近似为1。

在有噪声影响的实际情况下，本发明采用了大数定理进行判定，具体将在下面的实施方案中进行说明。

本发明利用了上述特性，在现有TD-SCDMA系统小区搜索方法中增加了一些处理，使得终端能够迅速判断出基站的DwPCH发送方式，并获得DwPTS的大致位置。

由于本发明仅针对粗同步阶段进行改进，故对粗同步阶段的操作进一步描述如下，其它阶段的具体操作在此不作详细描述。

该方法对现有技术的步骤b进行了改进，具体过程如下：

b1.移动台将要处理的频点发送的数据按照一个子帧的长度(5ms)分成多个数据帧；

b2.计算两个相邻数据帧的第一个数据帧的特征窗特性系数，即计算特征窗中两边4个symbol对中间4个symbol的能量比，获得L个结果，同时计算L个简化的特征窗的结果，即只考虑特征窗中中间的4个symbol，两边的各两个symbol不考虑(其在计算特征窗特性系数时便可获得，不用单独计算)；

b3.对上述相邻两个数据帧的第二个数据帧进行简化的特征窗计算，获得L个结果；

b4.将上述两个数据帧的L个简化的特征窗结果对应相除，获得L个修正的特征窗特性系数(即所获得的商)；

b5.重复上述3个步骤，进行多个相邻数据帧的计算；

b6.根据多个相邻数据帧的结果，采用大数定理，确定本频点DwPCH是否采用不连续发送，并裁定DwPTS的大致位置。

图3示出了有噪声的情况下(SNR＝10dB)，两个子帧不连续发送时的相邻两个数据帧的功率仿真结果图，图4为根据图3的结果图按照本发明的方案进行两个数据帧逐简化的特征窗相除计算后的结果图，因此根据图4显示的结果，可以清楚地看出极大值(接近10)出现在其DwPCH的起始位置(位于接收数据的第1000chip位置)附近。

对于步骤b6，采用大数定理的原因如下：

(1)如果基站采用连续发送的方式，或者该频点不是有效频点(即基站没有在该频点发送DwPCH)，则简化的特征窗相除的结果，最大值出现的位置是随机的，因此不会满足大数定理。此时需要根据第一个5ms数据帧的结果判断是基站采用了连续发送方式，还是目前的频点是无效频点，基站根本没有发送DwPCH。如果基站采用连续发送方式，则虽然修正的特征窗特性系数不满足大数定理，但特征窗特性系数会满足大数定理。如果仍然不满足大数定理，则可以判定基站没有发送DwPCH，为无效频点。

(2)由于实际情况中存在无线信道噪声的干扰，并且“特征窗”采用近距离(逐码片移动或者逐2码片、逐4码片)移动的方法进行计算，因此SYNC_DL附近可能将计算出多个比较大的值，这些值不一定在DwPTS的准确位置，而是在DwPTS准确位置附近随机抖动，对于瞬时干扰很大的极端情况，甚至最大值会出现在非DwPTS位置。

出现这种情况是噪声的随机性导致的。所以如果两个5ms数据帧获得的最大值位置相差不大，例如小于16个码片，应该将这2个结果视作同一个SYNC_DL的结果，此时可以取中间值当作SYNC_DL的大致位置。只有相隔很远的两个最大值，才可以看作是2个不同小区的SYNC_DL导致的，需要对其进行分别处理。

如图5所示，最大值位置并不是SYNC_DL的准确位置(1000chip)，但与准确位置的偏差不超过16个码片。这就是上面所说的噪声影响的结果。由于在步骤c中进行精同步，会对步骤b中最大值前后32个码片位置进行处理，所以步骤b将最大值位置作为SYNC_DL的大致位置，提供给步骤c进行后续处理，不会影响步骤c的结果。

(3)由于在绝大多数情况下，一个无线帧内每个时隙的配置均一致(FPACH除外，是5ms为单位配置的)，不同无线帧每个时隙的配置可以不一致。因此，终端接收到的由基站发来的多个无线帧中，可能会出现前一个无线帧的某个时隙上有数据，而接下来一个无线帧的相同时隙上没有数据的情况，而在小区搜索最开始阶段，终端连续接收多个无线帧，并且取任意时间点自认为是一个无线帧的第一个子帧的起始位置(虽然实际可能是一个无线帧的任意位置)，因此如果终端将接收到的第一个无线帧的第二个子帧当作一个无线帧的第一个子帧，而将第二个无线帧的第一个子帧当作同一个无线帧的第二个子帧时，会被终端误判断为基站使用不连续发送方式DwPCH的情况，此时在业务时隙位置会出现一次极大值，一次极小值。

本发明的方案就采用大数定理，对多个相邻数据帧进行计算，从而排除了这种情况导致的干扰。

图6为在强噪声的情况下(SNR＝0dB)，TS1上有数据的情况(TS1的INR＝30db)，两个子帧不连续发送时的相邻两个5ms数据帧的功率仿真结果图；图7为根据图5的结果按照本发明的方案进行两个5ms数据帧逐简化的特征窗相除计算后的结果图。

对比图4和图6可以清楚地看出，噪声很小时(SNR＝10dB)，修正的特征窗特性系数最大值接近于10(此时前一个5ms数据帧存在SYNC_DL，后一个5ms数据帧不存在SYNC_DL)，且只有在SYNC_DL附近存在特别大的值，其余位置修正的特征窗特性系数均不会超过2。噪声很强(SNR＝0dB，信号与噪声功率相等)时，虽然仍然是前一个5ms数据帧存在SYNC_DL，后一个5ms数据帧不存在SYNC_DL，修正的特征窗特性系数最大值仅稍大于2.4，且在非SYNC_DL附近存在超过2的值。此外，在附图6中TS1位置，修正的特征窗特性系数在1附近波动，这是因为此时信号与噪声相比很强(TS1的INR＝30dB，信号是噪声的1000倍)，且相邻两个TS1位置均存在信号。可见，噪声越小，结果越接近于理想情况，噪声增大，性能将明显下降。

本发明方法根据DwPCH不连续发送时功率谱的特性，进行了有针对性的处理，当基站采用不连续发送时，在进行粗同步阶段就能迅速判别出小区中基站的DwPCH发送方式，并获得DwPTS的大致位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。例如，在DwPTS两边，分别有48和96个码片，本发明采用的“特征窗”只从中分别取32和32个码片(针对4个symbol情况而言)，但也不一定严格地按照前后32个码片进行读取(例如也可以取3个symbol)，这也是现有技术的不同实现方式。本发明对前后两个5ms数据SYNC_DL位置对应的功率的运算，进行运算的长度最好是4个symbol，但差一两个chip关系不大。

Claims (6)

1.一种在CDMA通信系统中判断下行导频信号发送方式的方法，该系统包括移动台和基站，该方法包括：

步骤1，移动台接收多个频点的信号，并根据每个频点的信号功率，进行频点排序，优先处理功率大的频点；

步骤2，移动台将选定频点所发送的数据按照一个子帧的长度依次分为多个数据帧，并依次将相邻的两个数据帧分为一数据帧组；

步骤3，使用“特征窗”法计算各数据帧组的相邻两个数据帧中第一个数据帧的特征窗中两边n个码片对中间n个码片的能量比，获得多个特征窗特性系数，同时记录特征窗中中间n个码片的能量，获得相应多个简化的特征窗结果，其中n为不超过下行导频同步码长度的码片数；

步骤4，对上述两个相邻数据帧的第二个数据帧计算特征窗中中间n个码片的能量，获得相应多个简化的特征窗结果；

步骤5，将上述两个数据帧的多个简化的特征窗结果对应相除，获得相应多个修正的特征窗特性系数；

步骤6，重复上述步骤3-5，进行该频点的随后多个数据帧组的计算；

步骤7，根据多个相邻数据帧的计算结果确定该频点是否为有效频点，如果为有效频点，则对多个相邻数据帧的修正的特征窗特性系数中的最大值或最小值对应的位置进行多次判决，若所述修正的特征窗特性系数的最大值或最小值对应的位置符合大数定理，则确定该频点采用的下行导频信号发送方式为不连续发送方式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，在确定该频点采用不连续发送方式后，还包括获得下行导频时隙的大致位置的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述步骤7中，若所述修正的特征窗特性系数的最大值或最小值对应的位置不符合大数定理，则对步骤3中计算的多个相邻数据帧的特征窗特性系数中的最小值对应的位置进行多次判决，若所述特征窗特性系数中的最小值对应的位置符合大数定理，则确定该频点采用的下行导频信号发送方式为连续发送方式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述确定该频点采用连续发送方式后，还包括获得下行导频时隙的大致位置的步骤。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若所述特征窗特性系数中的最小值对应的位置不符合大数定理，则确定该频点是无效频点，并选择下一个频点进行处理。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：

n为64。

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