TW201421930A - 行洞接收器中高效幀之追蹤 - Google Patents

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Abstract

一種無線通信系統中接收器之幀同步方法，其中資料係於多路環境之框單元中傳送，此種同步方法係藉由針對預定窗尺寸擷取資料樣本而開始，其中產生一對應於給定胞元參數之訓練序列。該資料係與訓練序列以不同延遲相關來定位可界定幀起始之第一有效路徑。該相關資料係針對各延遲位置被累積N次來產生至少一累積向量。最有效路徑值及位置係被決定為累積向量間之最大值。幀同步修正值係以第一有效路徑位置及一固定所謂的幀偏移間之差異來計算。幀同步係以幀同步修正值為基礎來調整。

Description

行洞接收器中高效幀之追蹤
本發明大致有關無線通信中之頻道估計。更特別是，本發明係有關藉由行動接收器及時追蹤頻道脈衝響應飄移控制多路環境中被接收顯著路徑之幀同步。
此後，無線傳輸/接收單元(WTRU)可包含但不限於使用者設備，行動台，固定或行動用戶單元，呼叫器，或可操作於無線環境中之任何其他類型元件。此後被稱為基地台係包含但不限於節點-B，位址控制器，存取點或無線環境中之其他互連元件。
當幀同步，編碼時序及編碼位置被同步時，係可獲得基地台及無線傳送/接收單元間之全下鏈(DL)同步。幀同步可界定無線傳送/接收單元接收器所見之幀起始。編碼時序係為無線傳送/接收單元接收器前端中被接收信號採樣期間之整數倍數。編碼位置係為無線傳送/接收單元接收器觀察之及時路徑或多路位置。全同步係以三個不同演算法被完成於三個階段：胞元搜尋(CS)，自動頻率控制(AFC)及幀追蹤(FT)。
第一階段中，胞元搜尋演算法可搜尋無線傳送/接收單元佔據，且以多路頻道延遲展頻中之第一有效路徑(FSP)位置為基礎執行幀同步之胞元。胞元搜尋完成後，自動頻率控制開始。自動頻率控制演算法可藉由調整電壓控制震盪器(VCO)調整控制電壓來調整編碼時序。編碼時序被自動頻率控制起始調整及亦被維持。當自動頻率控制位於其收斂狀態時(當電壓控制震盪器操作頻率被調整時)，編碼位置係藉由頻道估計來找出。頻道估計之輸出係為用於無線傳送/接收單元接收器之每個下鏈槽之編碼位置。
雖然胞元搜尋執行起始幀同步，但仍需維持幀同步。幀追蹤係為維持無線傳送/接收單元接收器之下鏈幀同步之一方法。因為幀同步係以第一有效路徑位置為基礎，所以幀追蹤程序負責更新第一有效路徑。幀追蹤程序將於起始幀同步之後定期運作。
若幀追蹤程序不能定期運作，無線傳送/接收單元之頻道估計向量任一端處之某些路徑可能消失，因這些路徑損失導致效能降級。具有可能使此發生之三個主要案例：無線傳送/接收單元運動，陰影及衰減多路頻道。
無線傳送/接收單元運動將視無線傳送/接收單元之起始及目前位置而定產生頻道估計向量之時間轉移至任一側。當無線傳送/接收單元於被起始同步至其之後以特定距離為基礎移至較靠近基地台時，傳播延遲會降低。第一有效路徑接著與起始位置相較下稍早及時出現。路徑將飄移至頻道估計向量左側且最後會消失。若無線傳送/接收單元移動遠離基地台，則路徑將反方向(也就是朝向頻道估計序列向量右緣)飄移。只要針對第一有效路徑位置之幀同步被更新，則頻道估計向量將於頻道估計向量起始處或附近顯示第一有效路徑，且延遲展頻中之所有路徑將出現於整個向量。例如，針對120公里/小時之無線傳送/接收單元徑向速度，第一有效路徑之飄移將會消失非常緩慢，被用於3GPP W-CDMA時約為3.84Mcps之260幀中之一晶片飄移。
多路頻道陰影係為需幀同步更新之另一例。無線傳送/接收單元起始同步期間，一物體可阻礙從基地台至無線傳送/接收單元之直接路徑。當該阻礙物體或無線傳送/接收單元改變位置時，該直接路徑可能較目前已知第一有效路徑且甚至較頻道估計窗更早出現。為了使用此路徑，提供幀同步係需第一有效路徑位置更新。
衰減多路頻道係為幀同步之另一挑戰。胞元搜尋不可於多路衰減頻道情況下連續偵測第一有效路徑。此情況可藉由於起始胞元搜尋期間使用較長累積期間來避免。然而，由於起始幀同步之非同步電壓控制震盪器及受限時間預算，所有例中幀累積數係不足以連續找出第一有效路徑之位置。
針對多路衰減頻道，頻道估計必須找出各路徑之時間位置及複合大小。頻道估計演算法應可遵循頻道之相當慢及快速改變特性。慢速改變頻道特性係為無線傳送/接收單元運動。同時，無線傳送/接收單元運動及基地台本地震盪器之頻率差異可產生頻道脈衝響應飄移。當這些效應被組合時，其產生頻道脈衝響應及時飄移。
快速頻道特性改變係因路徑大小快速急遽改變之熟知多路衰減現象而致。無線傳送/接收單元接收器運動亦以類似方式影響所有路徑。然而，多路衰減係藉由單獨改變其功率位準以獨一方式影響路徑。傳統頻道估計演算法並不有效使用這些差異。此可能產生過度計算或缺乏效率。
多路衰減需資料幀被固定之具高解析度之較頻繁更新。例如，共用雷克(RAKE)接收器可定位路徑並藉由分配編碼追蹤器給各路徑來個別追蹤它們。同時，處理無線傳送/接收單元接收器運動需較不頻繁更新及較少時間解析度之信號處理。更新頻率及解析度之這些差異係為頻道估計之挑戰。
一種促使多路環境中以過度採樣傳送速率作信號處理之幀追蹤無線通信頻道方法係被提供。幀追蹤方法係與另一演算法一起操作來提供最後頻道估計。這些頻道估計有用於可頻道等化之雷克，等化器或多使用者偵測(MUD)接收器。行動接收器之幀追蹤係被維持來阻礙接收器及本地震盪器飄移之運動。幀追蹤操作於第一顯著信號路徑且以相當低速度來更新其位置。為回應此，被接收多路信號之頻道估計係藉由固定短窗尺寸操作來增強，其依序頻繁更新頻道估計。幀追蹤使所有移動路徑得以維持於頻道估計窗內側。結果，多路傳播頻道之快速改變輪廓係以改良精度來估計。追蹤各路徑係藉由分隔幀追蹤及頻道估計演算法來避免。
資料被傳送於多路環境中之框單元中之無線通信系統中接收器之幀同步方法係藉由針對預定窗尺寸擷取資料樣本而開始。對應被給定胞元參數之訓練序列係被產生。該幀同步可為如FDD CDMA中之前導，或如TDD W-CDMA中之用中間碼(midamble)。資料係與訓練序列以不 同延遲相關來定位可界定幀啟始之第一有效路徑。該被相關資料係針對各延遲位置被累積N次來產生至少一累積向量。最有效路徑值及位置係被決定為累積向量間之最大值。幀同步修正值係以第一有效路徑位置及固定稱謂幀偏移之間差異來計算。幀同步係以幀同步修正值為基礎來調整。
102‧‧‧兩倍時槽區間
104‧‧‧系統幀數偶數/奇數指標
106‧‧‧廣播頻道傳送器時間分集指標
108‧‧‧基地台胞元
110‧‧‧幀同步修正信號
200‧‧‧幀追蹤處理器
202‧‧‧第一有效路徑位置
204‧‧‧最有效路徑是否有效指標
206‧‧‧第一有效路徑處理部件
302‧‧‧擷取及分割單元
304、306、308、310‧‧‧相關器
312、314‧‧‧延遲單元
320、322‧‧‧累積器
400‧‧‧中間碼產生器
第1圖顯示幀追蹤程序之輸入及輸出塊狀圖；第2圖顯示第一圖中幀追蹤程序之輸入及輸出更詳細塊狀圖；第3圖顯示幀追蹤程序元件之塊狀圖；第4圖顯示中間碼(midamble)產生器及相關器塊狀圖；第5圖顯示被轉移中間碼(midamble)訓練序列之產生；第6圖顯示依據本發明之幀追蹤程序之處理時線；及第7A至7C圖係為顯示依據本發明之幀追蹤程序操作之流程圖。
雖然此後實施例與使用3.84Mcps分時雙工模式(TDD)第三代夥伴計劃(3GPP)寬頻分碼多重存取(W-CDMA)系統一起作說明，但該實施例亦可應用至任何混合分碼多重存取(CDMA)/分時多重存取(TDMA)通信系統，如TD-SCDMA。另外，該實施例通常可應用至分碼多重存取系統，如3GPP W-CDMA或3GPP 2 CDMA2000之提議分頻雙工(FDD)。
幀追蹤係為維持無線傳送/接收單元之下鏈幀同步之過程。因為幀同步係以第一有效路徑位置為基礎，所以幀追蹤程序負責更新第一有效路徑。幀追蹤程序將於起始胞元搜尋完成且自動頻率控制收斂之後開始。此後，其定期運作。
第1圖顯示幀追蹤程序之輸入及輸出塊狀圖。資料輸入 係包含兩倍時槽區間102中之過度採樣廣播頻道(BCH)。三個控制信號亦被提供為輸入：系統幀數(SFN)偶數/奇數指標104，廣播頻道傳送器時間分集指標106，及駐存基地台胞元108(步驟702)。幀同步修正信號110係為幀追蹤處理之輸出。
第2圖顯示被用來實施幀追蹤處理之元件塊狀圖。幀追蹤處理器200係輸出第一有效路徑位置202及最有效路徑(MSP)是否有效之指標204。第一有效路徑處理部件206可分析第一有效路徑位置202及最有效路徑有效指標204來產生幀同步修正信號110以調整系統時序。
例如，3GPP TDD系統中，擷取自輸入資料之資料係較佳被採用自廣播頻道時槽中之中間碼(midamble)位置，其為來自槽起始之976晶片或1952半晶片複合樣本。此用中間碼(midamble)區段係包含有用於頻道估計之被編碼至該資料上之訓練序列。較佳是，幀追蹤係使用窗採樣技術來執行。於是，廣播頻道資料輸入於MWS為多路窗尺寸之名目用中間碼(midamble)位置前後進一步包含2×MWS複合半晶片樣本。為了方便，這些樣本可被分為獨立偶數及奇數序列。
第3圖顯示幀追蹤處理元件塊狀圖，包含一擷取及分割單元302；用於偶數採樣處理之兩中間碼(midamble)相關器304，306；用於奇數採樣處理之兩中間碼(midamble)相關器308，310；一偶數樣本延遲單元312；一奇數樣本延遲單元314；相關器相加器316，318；一偶數樣本累積器320；一奇數樣本累積器322；及幀追蹤處理器200。各中間碼(midamble)相關器304，306，308，310係被第4圖所示之中間碼(midamble)產生器400饋送。應注意假設相關器304，306，308，310間之時間被共享，則一中間碼(midamble)產生器400可被使用。中間碼(midamble)產生器400可以對應胞元識別號之基本中間碼(midamble)序列為基礎產生512晶片長中間碼(midamble)m(1)，若BCH_tx_diversity為開啟，則中間碼(midamble)m(2)，其中m(k)代表被k晶片轉移之基本中間碼(midamble)序列。
第一有效路徑位置係藉由不同延遲執行被接收廣播頻道中間碼(midamble)之相關來找出。若控制信號BCH_tx_diversity為關閉，則僅中間碼(midamble)m(1)被使用；否則，中間碼(midamble)m(1)及m(2)被使 用。從2×(976-MWS)至2×(976+MWS)半晶片複合樣本之廣播頻道時槽部分係被擷取；也就是中間碼(midamble)加上50稍早及50稍後晶片。這些樣本係被分割為偶數及奇數序列來獨立處理。
針對中間碼(midamble)m(1)，具有兩相關器304，308，一個用於偶數序列304，另一個用於奇數序列308。如第3圖顯示，若中間碼(midamble)m(2)被處理(BCH_tx_diversity為開啟)，則具有附加相關器306，310配對。各兩或四個相關器中，針對各101延遲位置n，其中n變化當作-50，-49，…，+49，+50晶片位置，則相關被計算為：
其中p c (n)為相關器c之輸出，r(i)為被擷取資料長度612，其中，而m(i)為中間碼(midamble)。注意，相關器之輸出係為量值，所以相關器輸出之進一步處理係非同調。
延遲單元312，314提供位於中間碼(midamble)m(1)及中間碼(midamble)m(2)間之較佳57晶片延遲。該延遲係對應兩中間碼(midamble)間之序列轉移。第5圖顯示與長度456之基本中間碼(midamble)序列506相關之中間碼(midamble)序列m(1)502及m(2)504。以57晶片延遲為例，BCH_tx_diversity為開啟，偶數及奇數m(2)相關器306，310之輸出向量之元件-50至-7係各被添加至偶數及奇數m(1)相關器304，308之輸出向量之元件7至50。此相同於添加m(2)相關器輸出向量之57-元件延遲版本至m(1)相關器輸出向量。
BCH_tx_diversity開啟例之兩相關器輸出或相加輸出向量係被計算四次，每次相隔五幀。這些輸出係藉由累積器320，322累積於此期間如下：
其中p(i)c (n)為第i次計算之相關器c之輸出向量，n範圍為。累積器320，322係於幀追蹤值Frame_Sync_Correction 110被計算之後被重 設。第1至4圖之元件可被實施於單積體電路(IC)，當作分離組件或當作這些之組合。
第6圖顯示幀追蹤處理之時序圖。幀追蹤處理係於起始胞元搜尋完成且自動頻率控制來到穩定狀態(點A)之後開始運作。此後，幀追蹤每五幀讀取及執行廣播頻道時槽之相關(點B)，其等於每50ms之10ms較佳幀尺寸。第四個廣播頻道被處理之後(點C)，幀追蹤修正值110係針對下一個被讀取廣播頻道時槽之幀被計算及應用。
第7A及B圖係顯示依據本發明之幀追蹤程序700之流程圖。程序700係以收集廣播頻道及其他信號輸出而開始(步驟702)。資料窗係於廣播頻道中間碼(midamble)附近被擷取(步驟704)，而中間碼(midamble)序列係被產生(步驟706)。廣播頻道中間碼(midamble)係以不同延遲被相關來找出第一有效路徑位置(步驟708)。相關器輸出係被累積四次，每次相隔五幀。步驟702-710已結合第1至6圖被較詳細說明如上。
累積四次之後，幀追蹤處理器係執行峰值偵測，其中該處理可找出胞間兩累積器向量間最大值之元件。被辨識最大值係為最有效路徑值(步驟712)。最有效路徑值之位置係為最有效路徑位置，而包含最有效路徑之累積器係為最有效路徑累積器。
最有效路徑之有效性，也就是當累積器輸出之信號雜訊比(SNR)強得足以假設有效路徑已被辨識時，(步驟714)係被決定如下及如第7C圖所示。例如，雜訊功率之估計係使用以下兩步驟程序來獲得。第一，初步雜訊估計(PNE)係為所有最有效路徑累積器元件之平均(步驟730)。初步雜訊門檻係為C 1 ×PNE(步驟732)；C 1 之較佳值係為1.5。第二，最後雜訊估計(FNE)係為該初步門檻以下所有最有效路徑累積器元件之平均(步驟734)。
若控制信號BCH_tx_diversity為關閉，則最後雜訊門檻係藉由C 2 ×PNE來決定，或其為開啟，則為C 3 ×PNE(步驟736)；C 2 之較佳值係為1.83而C 3 之較佳值係為2.2。若最有效路徑值位於最後雜訊門檻之上(步驟738)，則控制信號MSP_valid係為開啟(步驟740)，且該方法終止(步驟742)。若最有效路徑值位於最後雜訊門檻之下(步驟738)，則MSP_valid 控制信號係為關閉(步驟744)，且該方法終止(步驟742)。
回去參考第7A及B圖，第一有效路徑之偵測係涉及檢查控制信號MSP_valid之狀態(步驟714)。若控制信號MSP_valid為開啟，則從最早(-50)位置開始，偶數及奇數累積器320，322之元件係被檢查最後雜訊門檻。具有大於最後雜訊門檻之值之第一位置係被選為第一有效路徑位置(步驟716)。若控制信號MSP_valid為關閉，則此步驟被跳過。
接著，第一有效路徑處理係被執行如下。若控制信號MSP_valid為開啟，則幀追蹤值Frame_Sync_Correction 110係被計算為：Frame_Sync_Correction=第一有效路徑位置-幀偏移方程式3
若Frame_Sync_Correction量值大於預定最大幀同步修正值，Smax，則其被限制為Smax，其較佳介於六至十晶片範圍(步驟720)。Frame_Sync_Correction正值係表示幀同步應被延遲，也就是第一有效路徑較預期為慢被偵測(步驟722)。時序被調整(步驟724)，且該方法終止(步驟725)。Frame_Sync_Correction負值係表示幀時序應被提前，也就是第一有效路徑較預期為早被偵測(步驟726)。時序被調整(步驟724)，且該方法終止(步驟725)。若信號MSP_valid為關閉(步驟714)，則Frame_Sync_Correction值係被設定為零，且所有累積器係被重設為零(步驟728)。
針對此處理，遵照廣播頻道之相對幀15相關之計算，Frame_Sync_Correction值可被計算及施加至相對幀16-20區間中任何處。然而，為了與信號編碼功率(RSCP)量測同步，較佳施加Frame_Sync_Correction值於相對幀20開始處。
雖然本發明已說明依據方程式3必須較佳執行累積四次，讀取較佳增量五之幀數，及使用五之較佳幀偏移，但這些值並不預期受限而可被調整適應操作系統之需要。
雖然本發明特定實施例已被顯示及說明，但只要不背離本發明範圍，熟練技術人士均可作許多修改及變異。上述提供說明但不限制任何方式之特定發明。

Claims (4)

  1. 在無線通信中被配置以調整幀同步的時序的無線傳輸/接收單元(WTRU)的方法，該方法包括：一幀追蹤處理器，被配置以接收一最有效路徑(MSP)確認值，其中該MSP確認值是基於接收信號的累積，且不論該累積信號是否超過一最後雜訊門檻(FNT)，其中在該累積信號超過該FNT的情況下，該MSP確認值是開啟的，且在該累積信號未超過該FNT的情況下時，該MSP確認值是關閉的；該幀追蹤處理器，被配置以在一廣播頻道(BCH)中間碼至該FNT前，始於一最早延遲位置比較該累積信號；該幀追蹤處理器，被配置以決定一第一有效路徑(FSP)為一第一位置，其中該累積信號超過該FNT；以及該幀追蹤處理器，被配置以在該MSP確認值是開啟的情況下，基於一修正值相等於介於該FSP位置與一幀偏移間的一差異，計算該幀同步修正值；其中該WTRU被配置以調整幀時序，其中在該幀同步修正值是負的情況下，時序被提前，且在該幀同步修正值是正的情況下，該時序被延遲。
  2. 如申請專利範圍第1項之WTRU，其中該幀同步修正值是被限制為一預定最大值，±Smax。
  3. 如申請專利範圍第2項之WTRU，其中該Smax的值為6到10個晶片的範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項之WTRU，其中該幀追蹤處理器更被配置以在該MSP確認值是關閉的情況下，設定該幀同步修正值至一零值。
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