CN2757441Y - 时分同步码分多址系统中应用于初始小区搜索的相关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种时分同步码分多址系统中应用于初始小区搜索的相关装置，其包含一个或若干个“1比特”子相关装置，该“1比特”子相关装置的各自输入端连接采样数据输出端，该“1比特”子相关装置包含：两个符号位提取器、反旋转器、两个N比特移位寄存器(N为大于1的正整数)、两批比特异或单元、两个“1”个数统计器、功率计算器。根据本实用新型所实现的应用于初始小区搜索第一步骤中的相关装置，具有相对较低的相关复杂度，并能够在较恶劣的传播条件下，达到较高的检测概率，同时能够有效地缩短TD－SCDMA系统中初始小区搜索时间。其能够较好的解决TD－SCDMA系统初始小区搜索第一步骤相关处理计算量过大的问题。

Description

时分同步码分多址系统中应用于初始小区搜索的相关装置

技术领域

本实用新型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 MultipleAccess，简称TD-SCDMA)移动通信系统中，应用于初始小区搜索(Initial CellSearch)的相关装置。

背景技术

如图1所示的是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、以及应选择哪个基站11(或者小区10)进行有关上行接入(Uplink Access)操作。用户终端设备选择小区进行接入的过程一般被称为“初始小区搜索”(InitialCell Search)过程。用户终端设备12进行初始小区搜索的目的是选择合适的工作频点，并在该频点上取得与某个小区10内的基站11的下行同步，同时解读该基站11发送的有关系统广播消息——依据这些信息，用户终端设备12才能开始有关的上行接入过程，并最终建立与该基站11之间的连接。

按照3GPP规范TS 25.224(Release 4)或者CWTS规范TSM 05.08(Release3)中的有关定义，在TD-SCDMA系统中，当完成初始频点选择后，在每个候选频点上，初始小区搜索过程可包括以下四个步骤：

DwPTS(下行导频时隙)搜索步骤：通过将总共32个SYNC-DL(下行同步码)码字与接收信号序列进行相关处理或者类似处理后，得到DwPTS时隙的(粗略)同步信息，同时检测出最有可能的SYNC-DL码字；

扰码(Scrambling Code)和Midamble(中导码)码字序列检测步骤：得到DwPTS粗略位置信息后，根据TD-SCDMA帧结构用户终端可以接收位于第0时隙(TS0)上的P-CCPCH(主公共控制物理信道)信道上的Midamble部分接收信号。由于每个SYNC-DL码字对应一个码组(Code Group)，包含了4个可能的Midamble码字序列，因此通过将这4个可能的码字与TS0上Midamble部分的接收信号进行相关处理或者类似处理后，可检测出系统采用了其中哪个Midamble码字序列；由于扰码和Midamble码字存在一一对应关系，所以扰码也可以检测到Midamble码字序列后同时获得；

控制复帧同步步骤：TD-SCDMA系统中通过对SYNC-DL码进行QPSK(四相相移键控)调制、并根据连续四帧内SYNC-DL码字上的调制相位图案来确定控制复帧(Control Multi-frame)的开始。用户终端通过对接收SYNC-DL码字信号上调制相位图案的检测来确定控制复帧同步；

读取BCCH(广播信道)信息步骤：获得控制复帧同步后，就可以知道哪些帧上有BCCH系统广播消息存在；用户终端对这些帧的P-CCPCH上的接收数据进行解调(Demodulation)和解码(Decoding)，然后进行循环冗余校验(CRC)；如果校验通过，则该块BCCH信息被认为有效并被传递给高层，初始小区过程成功结束。

在TD-SCDMA系统中，前述初始小区搜索第一步骤的设计对整体设计尤为关键：因为此时用户终端设备还没有任何定时信息，所以往往需要通过在整个无线帧内进行接收信号与一个或者多个(最多32个)备选SYNC-DL码字之间进行一系列滑动相关操作及后续处理后，才能确定有关的定时信息及功率最强的SYNC-DL码字，然后开始初始小区搜索第二步骤的有关处理。例如，在国际专利申请公开号WO03/028399，发明名称为“小区搜索方法和通信终端设备”(CELL SEARCH METHOD AND COMMUNICATION TERMINAL APPARATUS)中，主要公开了一种在TD-SCDMA系统中执行所述小区搜索第一步骤的方法和装置，该方法中首先将各SYNC-DL码与接收信号进行滑动相关，并找到相关值最大的SYNC-DL及其对应位置作为输出。

如图2所示的现有技术，为一种应用于TD-SCDMA系统初始小区搜索第一步骤的相关器装置。首先，接收数据经过首先采样、模数转换和基带数字匹配滤波后，得到接收数据信号采样流作为该相关器的输入。其中，采样速率一般可选为码片速率的某个倍数，例如采用2倍过采样，即每个码片间隔内进行2个采样；模数转换(ADC)用于将输入模拟采样值量化为对应的数字值，提供给数字基带单元进行一系列处理；基带数字匹配滤波器主要用于滤除带外干扰和噪声，其输出数字信号的量化比特数M的典型取值为6或者8。相关器接收数据采样输入后，首先通过反旋转器31对输入I/Q两路采样值a_n进行反旋转后得到b_n。该操作是与发射机端的旋转操作对应的。具体而言，反旋转操作可用下述公式表征：

          b_n＝a_n*(-j)ⁿ    (n＝0，1，2，…)

其中，a_n和b_n分别为反旋转器31的输入、输出符号，下标n为输入采样序号，而j为-1的单位根。事实上，用复数表示符号a_n和b_n(其中实部对应I路即同相分量，虚部对应Q路即正交分量)：a_n＝ai_n+j*aq_n，b_n＝bi_n+j*bq_n，则下述公式成立：

     bi_n＝ai_n，bq_n＝aq_n     (n＝4k，k＝0，1，2，…)

     bi_n＝aq_n，bq_n＝-ai_n    (n＝4k+1，k＝0，1，2，…)

     bi_n＝-ai_n，bq_n＝-aq_n   (n＝4k+2，k＝0，1，2，…)

     bi_n＝-aq_n，bq_n＝ai_n    (n＝4k+3，k＝0，1，2，…)

因此，该反旋转器可通过I/Q路交换、取反和计数单元等实现。反旋转后的数据采样分为I和Q两路，分别被移入两组各含64个M比特寄存器的寄存器组32_1-64和34_1-64。如图3所示：在第N时刻，每次的新数据采样分别被移入Q比特寄存器32₁和34₁，同时每个寄存器组内的每个寄存器的值被移入右边的寄存器。以I路为例，这意味着寄存器32_i原先的存储值被移入寄存器32_i+1内，其中i＝1，2，…，63，而寄存器32₆₄中原先的存储值被丢弃。接下去，两组寄存器组中的各寄存器的存储值，根据候选SYNC-DL码字中的对应比特，分别通过一批“保持/取负”单元33_1-64和35_1-64。假设I路和Q路两组寄存器组中的存储值分别为{bi_N，bi_N-1，…，bi_N-63}和{bq_N，bq_N-1，…，bq_N-63}；并假设候选SYNC-DL码字为{s₁，s₂，…，s₆₄}，其中s_k的取值为0或1(k＝1，2，…，64)，则I路上的第k个“保持/取负”单元33_k的输入bi_N+1-k、s_k和输出ui_k关系可用如下公式表征：

       ui_k＝bi_N+1-k     如果s_k＝1；

       ui_k＝-bi_N+1-k    如果s_k＝0    (k＝1，2，…，64)

类似的，在Q路上的第k个“保持/取负”单元35_k的输入bq_N+1-k、s_k和输出uq_k关系可用如下公式表征：

         uq_k＝bq_N+1-k   如果s_k＝1；

         uq_k＝-bq_N+1-k  如果s_k＝0    (k＝1，2，…，64)

然后，所得中间结果{ui₁，ui₂，…，ui₆₄}和{uq₁，uq₂，…，uq₆₄}分别被输入两个加法器36₁和36₂，得到两个加法器输出ci和cq，所述加法计算可用如下公式表征：

                  ci＝ui₁+ui₂+…+ui₆₄

                  cq＝uq₁+uq₂+…+uq₆₄

最后，两个加法器的输出ci和cq被送入一个功率计算器37，输出相关结果功率值p_N可用如下公式表征：

                      p_N＝ci²+cq²

这样，如图3所示的相关器就完成了第N时刻的相关值计算。当每次有一个新的采样值输入，该相关器经过上述操作后，就可产生一个相关结果输出；这样随着接收数据采样流的不断输入，该相关器就产生了一系列相关输出，从而完成了“滑动”相关过程。接着，后续处理模块将根据这些相关输出经过一系列处理后，完成有关的同步和检测功能。

虽然该装置虽然可达到理论上最优的性能，但是其复杂度却很高，这意味着将消耗很多的处理器资源以及更多的功耗。假设接收信号输入采用2倍速数据采样(即对应每个码片有两个输入采样输入)，且每个采样采用6比特量化，由于SYNC-DL码字长度为64，对应64个采样的相关需要实/虚部各64个12-比特的加减法操作，这样进行每个SYNC-DL的相关处理需要：

              64*2*6400*2＝1,638,400

个12-比特加减法操作完成第一步骤。对于TD-SCDMA系统的初始小区搜索，由于可能要同时进行32个SYNC-DL码的搜索和同步过程，因此采用如图3所示的相关器结构将使整个处理过程更为复杂、或者耗时。因为如果要同时进行所有32个码字的相关处理，则在5ms内完成总共：

              1,638,400*32＝52,428,800

个12-比特加减法操作——这是目前的商用软/硬件处理能力一般所难以达到的。因此，为了实现该装置，往往只能在每个5ms内只进行一批若干个SYNC-DL码字(例如2个或者4个码字)的相关处理，并将所有备选SYNC-DL码字分成多批来处理。这样做的目的是降低对软/硬件处理能力的要求，但所付出的代价是拉长了执行初始小区搜索第一步骤所花费的时间。因此，如何降低该相关器的复杂度，同时又保证同步和检测性能满足设计要求，是TD-SCDMA系统初始小区搜索过程设计中所面临的关键问题之一。

为了避免整个帧内进行对所有SYNC-DL码字进行的滑动相关处理，在国际专利申请公开号WO01/074103，发明名称为“一种码分多址数字移动通信系统的小区初始方法”(METHOD OF CELL INITIAL SEARCH IN CDMA DIGITALMOBILE TELECOMMUNICATION SYSTEM)中，公开了一种采用了所谓“特征窗”(Characteristic Window)的方法，进行TD-SCDMA系统中进行初始小区搜索中的第一步骤的方法。该方法的主要思想是，利用TD-SCDMA帧结构中DwPTS部分所特有的功率包络特性，先进行粗略的DwPTS同步，然后在该同步点附近在进行所有备选SYNC-DL码字的滑动相关处理。由于避免了在整个帧内进行滑动相关，因此其处理复杂度与前述方案相比大大降低。该方案的性能很大程度上取决于其“特征窗”方法的有效性，但是由于仅采用了功率信息，导致这种基于DwPTS包络特性的方法，在低信干噪比(SINR)条件下、特别是SINR＜0dB时，很难在短时间内找到正确的DwPTS位置；另一方面，由于TDD信号特有的各时隙相对功率包络起伏可能较大的特性，在接收整个帧的数据时，经常要求采用分段的增益控制(AGC)的方法来调整输入信号——在此AGC作用的情况下，DwPTS部分的功率包络特性是否仍然能被保留、或者其特征是否依然明显，仍有待进一步的研究。综上所述，尽管这种基于“特征窗”的方案可以有效的降低TD-SCDMA系统初始小区搜索装置的处理复杂度，但其在实际工作环境的性能却受了很多因素的制约，因而有待进一步的实践检验。

发明内容

本实用新型所要解决的技术技术是提供一种应用于时分同步码分多址(TD-SCDMA)移动通信系统中应用于初始小区搜索第一步骤的相关装置，其有效地降低了小区搜索第一步骤的处理复杂度。

本实用新型的应用于初始小区搜索的相关装置，包含一个或若干个“1比特”子相关装置，该“1比特”子相关装置的各自输入端连接采样数据输出端，所述的“1比特”子相关装置包含：

两个符号位提取器，其接收数据采样输入后，分别提取提取输入数据采样流的同步(I)和正交(Q)支路上的符号比特；

反旋转器，其与所述两个符号位提取器相连接，对输入I/Q两路采样值进行反旋转操作，包含I/Q路交换电路和比特取反电路；

两个N比特移位寄存器(其中N为大于1的正整数)，其与反旋转器相连接，每个N比特移位寄存器保存了最近的N个I或Q路数据采样的符号比特，每次有新的数据采样符号比特进入时，进行一次移位操作，即，将最老的符号比特移出丢弃，并将新的数据采样符号比特移入；

两批比特异或单元，其连接移位寄存器和候选同步码字接口，用于将I/Q路两个N比特移位寄存器中的比特值分别与候选同步码字进行逐比特异或操作；

两个“1”个数统计器，分别连接上述两批比特异或单元的输出端口，用于分别统计I/Q路两组异或输出结果中“1”的个数；

功率计算器，与所述的两个“1“个数统计器相连接，根据上述I/Q路的统计结果，计算出相关功率。

根据本实用新型所实现的应用于初始小区搜索第一步骤中的相关装置，具有相对较低的相关复杂度，并能够在较恶劣的传播条件下，达到较高的检测概率，同时能够有效地缩短TD-SCDMA系统中初始小区搜索时间。其能够较好的解决TD-SCDMA系统初始小区搜索第一步骤相关处理计算量过大的问题。

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为一种应用于TD-SCDMA系统初始小区搜索第一步骤的属于现有技术的相关装置；

图3为实现本实用新型的应用于TD-SCDMA系统初始小区搜索第一步骤的“1比特”子相关装置的结构框图；

图4为实现本实用新型的应用于TD-SCDMA系统初始小区搜索第一步骤、包含若干个“1比特”子相关装置的“1比特”相关装置的结构示意图。

具体实施方式

以下根据图3、图4说明本实用新型的较佳实施方式。

如图3所示，为实现本实用新型的应用于TD-SCDMA系统初始小区搜索第一步骤的“1比特”子相关装置500₁的结构框图。该子相关装置包括：

两个符号位提取器50₁和50₂，其接收数据采样输入后，分别提取提取输入数据采样流的同步(I)和正交(Q)支路上的符号比特；

反旋转器51，其与所述两个符号位提取器相连接，对输入I/Q两路采样值进行反旋转操作，由于反旋转操作以4为周期，并且输入I/Q路均为一个比特，所以可采用真值表等手段简单实现；

两个N＝64比特移位寄存器52、53，其与反转器相连接，每个64比特移位寄存器保存了最近的64个I或Q路数据采样的符号比特，每次有新的数据采样符号比特进入时，进行一次移位操作(将最老的符号比特移出丢弃)，并将新的数据采样符号比特移入；

两批比特异或单元54_1-64和55_1-64，连接移位寄存器和候选SYNC-DL码字接口，用于将I/Q路两个64比特移位寄存器中的比特值分别与候选SYNC-DL码字进行逐比特异或操作；

两个“1”个数统计器56₁和56₂，其与上述两批比特异或单元的输出端口连接，用于分别统计I/Q路两组异或输出结果中“1”的个数，该操作在某些数字信号处理器(DSP)上可简单的用一条或者几条指令实现，或者也可基于硬件采用采用一系列逻辑门电路的组合简单实现。

功率计算器57，其与所述两个“1”个数统计器相连接，根据上述I/Q路的统计结果，计算出相关功率。

进一步地，所述的两个符号位提取器，分别提取I/Q路数据的符号比特{ai_n，aq_n}，其中下标n为输入采样序号，而ai_n和aq_n分别表示I和Q路上的符号比特：

         如果输入＞＝0，则输出＝1；反之，输出＝0或者，

         如果输入＞＝0，则输出＝0；反之，输出＝1

所述的反旋转器，对所得的I/Q路符号比特{ai_n，aq_n}进行反旋转操作，得到{bi_n，bq_n}，其中bi_n和bq_n分别表示I和Q路上经过反旋转操作后的符号比特，其包含I/Q路交换电路和比特取反电路，亦即：

         bi_n＝ai_n，bq_n＝aq_n     (n＝4k，k＝0，1，2，…)

         bi_n＝aq_n，bq_n＝~ai_n    (n＝4k+1，k＝0，1，2，…)

         bi_n＝~ai_n，bq_n＝~aq_n   (n＝4k+2，k＝0，1，2，…)

         bi_n＝~aq_n，bq_n＝ai_n    (n＝4k+3，k＝0，1，2，…)

其中，操作符~x表示对比特x的取反操作，亦即~0＝1、~1＝0。

所述的两批比特异或单元，在第N时刻，将I/Q路上的移位寄存器接收的两组最近64个比特{bi_N，bi_N-1，…，bi_N-63}和{bq_N，bq_N-1，…，bq_N-63}，分别与候选SYNC-DL码字{s₁，s₂，…，s₆₄}(其中s_k的取值为0或1，下标k＝1，2，…，64)的对应比特进行比特异或(bit exclusive OR)操作，得到I/Q路上的两组异或输出{ui₁，ui₂，…，ui₆₄}和{uq₁，uq₂，…，uq₆₄}。具体而言，在I路上，分别将bi_N+k-1和对应的码字比特s_k进行异或，得到输出：

             ui_k＝bi_N+1-ks_k  (k＝1，2，…，64)

其中，操作符表示异或操作，其输入/输出关系为：

                           00＝0

                           01＝1

                           10＝1

                           11＝0

类似的，在Q路上，分别将bq_N+k-1和对应的码字比特s_k进行异或，得到输出：

         uq_k＝bq_N+1-ks_k  (k＝1，2，…，64)

所述的两个“1”个数统计器，分别统计I路和Q路上两组异或操作结果{ui₁，ui₂，…，ui₆₄}和{uq₁，uq₂，…，uq₆₄}中“1”的个数，得到输出ci和cq。该步骤用公式可表征为：

                  ci＝ui₁+ui₂+…+ui₆₄

                  cq＝uq₁+uq₂+…+uq₆₄

由于输入ui_k和uq_k均为一个比特，所以输出ci和cq均取值在[0，64]范围内。

所述的功率计算器，根据输入的ci和cq值，计算得到第N时刻相关功率输出p_N，其中计算公式如下：

         p_N＝(N/2-ci)²+(N/2-cq)²＝(32-ci)²+(32-cq)²

这样，相关器就完成了第N时刻的相关值计算。

另外，所述的功率计算还可用两个平方器和三个加/减法器实现；或者也可以采用查表逻辑单元和一个加法器来降低复杂度。其中所述的查表逻辑单元用于实现函数f(x)＝(N/2-x)²＝(32-x)²，其中整数x的取值范围为[0，N]亦即[0，64]。

如图4所示，为实现本实用新型的应用于TD-SCDMA系统初始小区搜索第一步骤的、包含若干个所述“1比特”子相关装置的“1比特”相关装置的结构框图。该装置包含了n(n＞＝1)个前述的“1比特”子相关装置500_1-n。其中，接收数据采样流被送入这n个“1比特”子相关装置；同时，每个“1比特”子相关装置处理一个候选SYNC-DL码字，并且各个“1比特”子相关装置处理的SYNC-DL码字各不相同。这样，采用如图4所示的相关装置，就可以实现同时完成对多个SYNC-DL码字进行“滑动”相关的过程。注意到，由于所述“1比特”子相关器具有相对较低的复杂度，因此允许在每帧内同时处理多个SYNC-DL码字相关，并仍然保持合理的总复杂度。另一方面，如果时间允许，在下一帧数据到达前，采用如图4所示的同一相关装置，可以继续处理另外一批或者几批候选SYNC-DL码字。这样，采用如图4所示的“1比特”相关装置，就能够以合理的复杂度，实现了在一帧内进行多个SYNC-DL码字的相关处理。具体而言，根据软/硬件资源等条件，设计人员可将待处理的所有N个候选SYNC-DL码字分为B批，每批最多处理ceil(N/B)个候选SYNC-DL码字，其中ceil(x)函数返回大于或者等于输入变量x的最小整数；并且每次在连续的M(M＞＝1)帧中完成一批候选SYNC-DL码字的相关处理、以及相应的后续同步和检测处理。这样，在经过至少M*B帧的数据处理、并经过最终的判决后，就可以完成TD-SCDMA系统初始小区搜索第一步骤的过程。

Claims (4)

1、一种时分同步码分多址系统中应用于初始小区搜索的相关装置，其特征在于，包含一个或若干个“1比特”子相关装置，该“1比特”子相关装置的各自输入端连接采样数据输出端，所述的“1比特”子相关装置包含：

两个符号位提取器，其接收数据采样输入后，分别提取提取输入数据采样流的同步(I)和正交(Q)支路上的符号比特；

反旋转器，其与所述两个符号位提取器相连接，对输入I/Q两路采样值进行反旋转操作，包含I/Q路交换电路和比特取反电路；

两个N比特移位寄存器(其中N为大于1的正整数)，其与反旋转器相连接，每个N比特移位寄存器保存了最近的N个I或Q路数据采样的符号比特，每次有新的数据采样符号比特进入时，进行一次移位操作，即，将最老的符号比特移出丢弃，并将新的数据采样符号比特移入；

两批比特异或单元，其连接移位寄存器和候选同步码字接口，用于将I/Q路两个N比特移位寄存器中的比特值分别与候选同步码字进行逐比特异或操作；

两个“1”个数统计器，分别连接上述两批比特异或单元的输出端口，用于分别统计I/Q路两组异或输出结果中“1”的个数；

功率计算器，与所述的两个“1“个数统计器相连接，根据上述I/Q路的统计结果，计算出相关功率。

2、根据权利要求1所述的时分同步码分多址系统中应用于初始小区搜索的相关装置，其特征在于，所述的功率计算器，包括两个平方器和三个加/减法器。

3、根据权利要求1所述的时分同步码分多址系统中应用于初始小区搜索的相关装置，其特征在于，所述的功率计算器，包括包括一个查表逻辑单元和一个加法器。

4、根据权利要求1所述的时分同步码分多址系统中应用于初始小区搜索的相关装置，其特征在于，两批N比特移位寄存器为64比特移位寄存器，与长为64的下行同步码相对应。

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