TW595173B - Apparatus and method of searching for known sequences - Google Patents

Description

(1) 玖、發明說明 之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式 技術領域 簡單說明) (發明說明應敘明：I明所屬 本發明係關於A #，t 、 、®精由相關而在接收機中執行搜尋一 p 傳輸信號序列時“拓 "仪，已知 、… f所而要的計時解析度與所遭受的性能損失 之對照。搜尋在+ t係在傳播路徑搜尋或隨機進接通道（Rach)前 行偵測期間★人贫_ · · 々矛三代合夥計劃（3GPP)寬帶劃碼多重進接 (WCDMA)接收機中執行。

先前技術 本^月的4明主要聚焦於一通訊系統的分頻雙工（fdd) “:、而 本喪明可以應用於任何通訊系統中之幾乎全部 已知序列搜哥’以搜尋時域中之所接收信號之已知送出的 序列。 接收機為何知遒符號序列可能自一發射機送出有若干目 的’諸如在路徑搜尋中之關於計時璉遲、振幅及相的通道 估計；諸如藉由隨機進接通道前行偵測之用於（槽 式）aloha多重進接碰撞偵測及進接允准的傳訊；及諸如 在單元搜尋中之計時關係與偶數碼群分配的傳訊。 特別是在涉及低階傳訊的狀況，通常有若干可能送出的 不同已知序列，且傳訊值依發現何者而定。所以，必須針 對所有可能或相關的序列進行搜尋。本發明可以應用於是 否~次搜尋.一序列或是以並列或串逢方式執行不同單一序 列的若干不同搜尋。 已知序列的精確接收計時通常係未知。不幸，此正是所 關注的參數（例如，對於隨機進接通道前行而言，如果發 -6 - (2)

身j*機^、、 接收機之間的距離及傳播潛伏係未知）。此外’諸 "^口 早疋搜尋冲，傳輸計時可能完全未知；或者，已知序 J勺接收於計時、振幅及相方面可能係在不同的複製品 τ|"> ， 彳曰 s是這些參數在諸如路徑搜尋中將是特別受到關注 者。 通當 ^ ... ，*預期收到序列時，有某一時間窗，其由某傳輸

Ί十日寺 REJ 々係（或者，如果序列係規則地重複送出，則只有重 Η)構成。所以，在接收側，於時間窗中進行序列的搜 寸一型上係藉由在連續時間間隔使進入之接收信號重複 相關’接著搜尋此相關器之輸出信號中的最大值或臨限值 ^ 此連％時間間隔之相關的操作可以視為進入的信號 t有限脈衝響應（FIR)濾波，其使用所預期的序列當作有限 脈衝響應濾波器的係數。此與使用匹配的濾波器進行偵測 的理念一致。 在弟三代合夥計劃系統中，已知的符號序列使用根上升 餘弦（RRC)型脈波成型濾波器傳輪。在接收機側，使用一 匹配万、此傳輸脈波的根上升餘弦型滤波器。二滤波器的組 口（在寺域、迴旋方面）則係上升餘弦（rc)型。圖^顯示一 上升餘弦濾、波器在時域的脈衝響應，❼用於第三代合夥計 财的遽波器向上轉移因子係G22，且正常化至1G以當作 最大振惴。圖丨之濾波态脈衝響應之以分貝表示的振幅大 小顯示於圖2。 顯然，如果一符號的傳輸與接收計時係完全對準，則接 收U的振巾§係最大值’且對於以符號期間Te的整數倍隔 595173 (3) 赖触續藏 離之相鄰符號而言，接收信號係零。此·係這些型式的濾波 器的基本性質之一，且係此型式的濾波器使用於此申請案 的理由。 如果精確的符號計時係未知·，且接收係以某計時偏置而 關閉’則接收信號的振幅不再是最大值。關於使用未知計 時之已知序列的搜尋，典型上不符合精確的符號計時。因 此，此型式的誤差幾乎總是發生。 如果在時間間隔Tc執行一已知序列的搜尋，則最大可能 的計時誤差係Tc/2，且由此導致的振幅退化-如圖2所示〜 約為4分貝，其為了性能的理由而遭禁止。對於間隔Tc/2 執行一序列的搜尋而言，，最大的計時誤差係Tc/4，且振幅 退化係0.94分貝。 鑒於上述’以Tc/2的比率執行全相關乃是對於使用未知 計時之已知序列搜尋的目前方法中最普遍可見的方法。然 而此方法在處理的努力方面並非最佳。計時不匹配造成 之性能退化的問題已在先前技術中藉由使用在基帶處理鏈 之開心、進行的簡單超取樣方法而解決。與不使用超取樣的 處理相比此方法需要數量可觀的額外硬體。 發明内容 本發明能夠以每晶&留 说^ i 士 片早一樣本的比率執行高度需求硬體 的晶片率，此與超取樣率成為對比。 為了處里》t時a差的可能性，本發明使用有限脈衝響應 滤波器結構當作估計遽波器，其估計已在晶片率處理中掠 過的那些樣本。因為處理係在符號位準執行，且因為有限 (4) 595173 脈衝響應濾波器的係數很短 著低於在晶片專執行超取樣 可以忽路，即使當使用具有 波器結構時亦然，此濾波器 並不昂貴。 戶2以，所需要的額外硬體顯 所需者。偵測性能的退化幾乎 二數分接頭的有限脈衝響應濾 、、、°構係簡單的& # ^ 早的叹叶，且實施時 於是， 比，本發 類似的性 义取樣技術相 明使相關過程的處理成本 戟y約50%，同時達成 能，且所需要的硬體成本減少。 實施方式 碼代表所有相 將參考圖式，說明本發明，其中相同的號 同的元件。 先前技術段落中提到’在一已知序列的搜尋卜於計 相關空閒時間的時候，_振幅可以從上升餘弦脈㈣ 出依”十時落後而定。假設已知序列具有所欲的性質，即， 具有單一狄拉克脈波的自動相關功能，其僅係近似。實際 上，此自動相關也具有旁瓣，依精確的已知序列/攪亂碼一 為了該碼，必須將精密評估列入考慮—而定，但是為了簡 便起見，在此可以忽略。 所以，如果針對以時間互相隔離（例如，以TC)的已知序 列執行相關，則上补餘弦脈波的取樣複製品可以在這些相 關結果的序列中看到。- 在稀有的精確接通時間相關的狀況，.此蔣係最大值，且 不能看到旁瓣。在/般的狀況，其中存在某計時偏置，將 可觀祭到一最大值，且在鄰近的相關結果中，將觀察到依 595173 (5) 發明說明續頁 據上升餘弦脈波在Tc取樣的正與負旁瓣。. 因為希望以-Ι/Tc的比率計算相關結果，但是希望在Tc/2 的計時偏置之狀況避免遭受4分貝的損失，本發明嘗試針 對可用的值，藉由將旁瓣收集及建設性結合在一起，以額 外的計時偏置Tc/2計算遺失但是係所欲的相關結果值。依 此方式，正旁瓣將與正權值結合，且負旁瓣將與負權值結 合。 為了更精確導出權值，可以使用強旁瓣以放大，及使用 弱旁瓣以衰減，如同最大比例結合理論，（即，匹配的滤 波器）。在相關結果的複製品中-其係取樣的上升餘弦型-應用一匹配於此信號的有限脈衝響應濾波器，其也係取樣 的上升餘弦型濾波器。 對於接通時間的狀況及以Ι/Tc取樣而言，有限脈衝響應 濾波器的脈衝響應係單一狄拉克脈波，所以不需要其他行 動。對於Tc/2轉移的狀況及以Ι/Tc取樣而言，有限脈衝響 應濾波器係在Tc^N + Z的時間間隔取樣的上升餘弦時間脈 波，N係所有整數。 除了應用於匹配至一已知序列之匹配的濾波器（其係相 關濾波器）以外，本發明也可以應用於匹配至全知傳輸濾 波器鏈之匹配的濾波器（其係上升餘弦濾波器）。此濾波 器-其係數如同在Tc^N+K的時間間隔取樣的上升餘弦脈 波，N係所有整數）-的長度無限，所以需要截取。假設濾 % 波器截取至4係數a〇...a3的長度，其中afa^RCG^l.S)。-0.1914 且 a广a2=RC(t = 0.5) = 0.6294，（t 正常化至 Tc)。如果計 -10- 595173 ： 發明說明續頁 算的相關録果吨）可以用於某些落後㈣，U，3，則可以只 使用4分接頦有限脈衝響應濾波器，透過可用的相關結果， 完成cr(1.5)之良好的估計： cr(1.5)= v

LaMn) 方程式（1) 使用此方法，可以從任何四鄰近的相關結果估計所欲的 中央、非町用（Q為並非整數而是整數+ ZTc的計時偏置）但 是係所欲的相關結果值，以減少計時誤差及所得的振幅衰 減。 因為截取濾波器長度，所以它係估計值，而非精確的計 算值。而且，因為上升餘弦脈波具有大於1/(2*Tc)但小於 1.22/(2*Tc)的單側頻帶寬度，所以從它使用"丁^當作取樣 率而取樣不足的事實導致更多的損失。此外，所使用之估 計濾波器的帶寬小於1/(2*Tc)。必須注意，在希望將解析 度自2/Tc延伸至4/Tc的例子中，帶寬的問題無關緊要。然 而’因為此並非較佳的應用實施例，所以在本發明中以1/Tc 的比率執行上升餘弦脈波的取樣（即，以1/Tc的比率執行初 始相關’然後估計其餘的值，以獲得2/Tc的比率）。 此外’為了序列搜尋的目的，不需要藉由在N倍Tc(n非 零）零父叉而維持上升餘弦型總脈波成型濾波器鏈的基本 性質。貫際上’在此應用中，重要的是就全部計時偏置而 達成南尖學’俾使尖峰偵測性能儘可能與準隨機計時偏置 無關。 如㈤述’本發明較佳為使用4分接頭有限脈衝響應濾波 器-其以Ι/Te的時間間隔，應用於可用的計算相關結果_ -11 - 595173 ⑺ 以估計t W㈣’藉以將相關結果的計時解 2/Tc。然後，任何連續處理-諸如臨限值比較 尋-以2/Tc的比率施加至可用的這些相關結果 們已以2/Tc的比率藉由暴力全相關而計算。 圖5顯示系統模型10,其中狄拉克脈了皮12施 限脈衝響應濾波器14，其施加至形成通道“之 上升餘弦（RRC)有限脈衝響應濾波器18。在接 上升餘弦（RRC)有限脈衝響應濾波器加接.收傳 波器20匹配於傳輸脈波。濾波器18與2〇的組合 弦（RC)型濾波器。本發明的新穎特點之一係使 偵測器22於信號處理鏈。在内插以後，以極類 置的万式，在級22執行後處理，例如，最大值 值偵測。自信號處理鏈省略有限脈衝響應濾波 致一藉由相關之已知序列的搜尋苦於嚴重的性 必須使先前的主要晶片率處理的複雜性加倍。 圖6顯示「暴力」方法，.其中^ μ㈣ 相關器有限脈衝響應(FIR)滤波器24·，其以每晶 比率接收進人的信號，且提供它的輸，出至同樣 樣本的比率操作之尖學搜尋偵測器25。 進行比車交，本發明的新穎方法一顯示於_ 7 ’樣本的比率提供進入的信號至序列相關器有 滤波器24。它的輸出〜也是以:每晶片一樣本的 犯加土夕工态28及估計濾波器26，估計濾波器 犯例中係四（4)分接頭有限脈衝響應濾波器。 發明編1讀頁 析度增加至 或最大值搜 ，恰如同它 加至序列有 一部分的根 收機端，根 輸信號，濾 當作上升餘 用已知序列 似於傳統裝 搜尋或臨限 器結構將導 能退化，或 器22包括一 片一樣本的 以每晶片二 -以每晶片 限脈衝響應 比率-直接 26在較佳實 -12- (8) (8)595173 信號以每晶片一樣本的比率施加至有P.艮脈衝響應濾波器 24 ’且它的輸-出-同樣以每晶片一樣本的比率—由估計有 限脈衝響應濾波器26處理。 多工裔· 28接收二信號流，且將這些流交替傳送至尖夸搜 寻/偵測备2 5，其以母晶片一樣本的比率執行尖辛搜尋/偵 測操作。 用於本申請案之4分接頭有限脈衝響應濾波之性能的估 計提出於下。因為濾波器的建議係數係作為所取樣之上升 餘弦脈波本身，對於一接通時間而言（即，在此狀況係1/Tc 取樣的3 Tc/2)，進入:滤波器的信號（假設尖峰振幅係1〇) 一 待由相關係數相乘之每分接頭的信號-等於係數： cr(n) = RC(n-1.5) 方程式（2) 内插滤波器可以視為匹配至上升餘弦（RC)脈波的匹配濾波 器。因為此脈波係無限，所以理想的濾波器也將係無限。 藉由限制濾波器為四（4)分接頭，使用眾人皆知的方法使 係數進一步最佳化-諸如使均方誤差減至最小-係可能 的。然而，所得的改進不高於·〇1分貝偵測敏感度。 使用方程式（2)於方程式（1 ) ’，則以上方程式（丨）提出的係 數er(1.5)可以估計為·· c^(1.5)=^(aj2 方程式（3) «=0 在此狀況，cr'( 1.5) = 0.8656係在t==1.5之尖峰的估計，係就 t = 0…3(即，鄰近的4值）而從cr⑴估計。對於估計的尖峰而 口 此係-1.25分貝-201og(0.8656)的損失。方程式（3)的結果 代表濾波器將施加至一在它的輸入之白雜訊信號的能量定 -13- (9) (9)595173 標。此意指在濾波器的輸入之白雜訊衰減_0.63八 _ 刀貝 = 101og(0.8656)·而到達輸出。 因為希望獲得衰減儘可能小的估計之尖峰，同時防止白 雜訊放大或衰減，所以有限脈衝響應濾波器的全部係數缸 以 1/s qrt( cr'( 1.5))= 1/s qrt(0.86,56)= 1 ·0749 定標。然後，新〆 數組係 b0=b3 = RC(t=1.5)/sqr.t(cr'(1.5)) = — 〇.2〇57a bfb卢尺c (^ = 0.5)/^1:1:((:^(0.5)) = 0.6765 〇 此遽波為設計不會改變白雜訊信號通過滤波哭時的么匕 J月匕 量。然而，藉由新定標的濾波器係數之估計結果將只達成 cr’’（1.5) = sqrt(0.8656) = 0.9304之值。尖峰的剩餘衰減現在減 小為-0.63 分貝=201og(sqrt(0.8656))。因此，此-〇 63 分弓的 衰減等於在尖峰之信·號雜訊比（SNR).·的.退化。 已展示如果來自以.Ι/Te相關之真實計時偏置等於丁c/2時 本發明之新定標的估計濾波莽的衰減為何。此狀況很稀 有，且通常，計時偏置係不同且準隨機。因此，現在將考 慮不同計時偏置對於本發明的濾波器估計方法之衝擊。如 果觀祭使用濾波器之上升餘弦脈波的迴旋，則此係可能 的。結果顯示於圖3。 本方法之總最大衰減與原始相關結果及估計相關結果之 以分貝表示的振幅大小間之.差異以共同圖顯示於圖4。如 圖4所示，本發明的方法之最大衰減係115分貝，其不會比 以Tc/2的比率執行之暴力相關計算（其係〇 94分貝）大很多。 四分接頭有限脈衝響應估計濾波器的使用提供相當於 「暴力」彳法的性能，且將用於執行「暴力」方法的：體 :14- 595173 (ίο) 發明說明續頁 減少5 0 %的位階。 雖然大量分·接頭可以提供於估計有限 T，限脈衝響應濾波器 26，但是隨著包含額外的分接頭，所得 、 1件到的濾波器性能之 改進顯著降低。然而，分接頭數目的择 7、加使通過濾波器的 延遲增加，且添加濾波器的複雜性。认σ *丨 I疋，分接頭的總數 較佳為四(4)，但是在二(2)至二十(2〇)的範圍内仍然有意 我。較佳的範圍係二（2)至十（10)，而最佳的範圍係二（？）至 四（4)。 本發明之此内插方法有若干變形，以使性能與處理的努 力之對比最佳化： •改變濾波器分接頭的數目 •使用多於1之估計值，其與相隔Tc的真實計算值隔離

Tc/2(例如，使用隔離Tc/3的2估計值及2分接頭濾波）。 •圖8顯示一配置，其中使用多於1的估計有限脈衝響應濾 波器。例如，假設使用二估計濾波器26-1與26-2，它們 的輸出及來自序列相關有限脈衝響應濾波器24的輸出施 加至多工器281，其與圖7所♦示的多工器28之差異在於來 自26-1與26_2及22的輪出係以循序方式饋送至尖峰搜尋 偵測& 25 ’尖導搜尋偵測器25以三倍取樣率的比率操 乍在所提供的例予中，估計有限脈衝響應濾波器26-1 與26-2可以係二（2)分接頭有限脈衝響應估計濾波器。如 果需要的·t 口 更大量估計濾波器26可以使用於以N+ 1倍 取掭率的比率操作之尖峰·搜尋/偵測器24，其中N等於所 使用的估汁濾波器之數目、必須注意，4吏用更大量估計 -15- 595173 (Π) 發明說明續頁 濾波器所得到的性能改進同樣很顯'著降低，估計濾波器 之最大數目較佳為不超過四（4)。 總之，本發明建議使用估計，以使極度需要處理的相關 之時域的計時解析度增加，與增加原始相關中的解析度相 比，額外的處理很少。 圖式簡單說明 圖1係向上轉移因子為0.22之上升餘弦濾波器的時域中之 脈衝響應。 圖2係以分貝表示之圖1之濾波器的振幅大小。 圖3係藉由本發明的濾波器之上升餘弦脈波的迴旋。 圖4係本方法與原始相關結果及估計相關結果的總最大 衰減之以分貝表示的振幅大小比較。 圖5係用於達成計時同步化之系統的方塊圖。 圖6係用於解釋目前使用的「暴力」技術之方塊圖。 圖7係用於解釋本發明的技術之方塊圖。 圖8係本發明的替代實施例。 圖式代表符號說明 10 系 統 模 型 12 狄 拉 克 脈 波 14 序 列 有 限 脈 衝響應濾波器 16 通 道 18,20 根 上 升 餘 弦 (RRC)有限脈衝響應濾波器 22 已 知 序 列 偵 測器_ 24 相 關 器 有 限 脈衝響應（FIR)濾波器 595173 (12) 發明說明續頁 25 尖峰搜尋偵測器 26,26-1，26-2估·計遽波器 28,281 多工器 -17-

Claims (1)

1. 595173 拾、申請專利範圍 1· 一種偵測具有已知序列的接收信號以獲得同步化之方 法，包含： a.使該信號通過一匹配於預期的已知序列之有限脈衝 響應（FIR)相關序列濾波器； b ·使步騾（a)獲得的信諱通過第二有限脈衝響應濾波 器，其匹配於一以如在既定晶片率進·行的晶片率處理以 前所見者的信號脈波； c ·執行中間結果之相干與不相干結合的後處理； d.以不同於該既定晶片率的晶片率，對於步騾（c)獲得 的信號執行臨限值比較。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（d)係以該既定 晶片率的二倍執行。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（b)包含：提供 具有既定數目之分接頭的有限脈衝響應濾波器。 4_如申請專利範圍第3項之方法，其中步騾（b)包含提供具 有一些分接頭之該有限脈衝響應濾波器，其在二（2)至 二十（20)的範圍内。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中步騾（b)較佳為包含 提供具有四（4)至十（10)分接頭之該有限脈衝響應濾波 器。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中最佳的範圍係二（2) 至四（4)分接頭。 7.如申請專利範圍第6項之方法，其中步騾（b)包含提供具 595173 t讀專利範圍續頁 有係數（ai，a2，a3，a4)之四（4)個分接頭，其中 a0 = a3 = RC(t=1.5)= - 0.1914 且 3^32 = 1^0 = 0.5) = 0.6294，以 儘可能使該估計的尖峰衰減，及防止白雜訊放大或衰 減。 8. 如申請專利範圍第6項之方法，.其中步驟（b)包含提供具 有係數（Ι3ΐ5ΐ32，ΐ33，ΐ34)之四（4)個分接頭，其中 b0=b3 = RC(t=1.5)/sqrtU/( 1 ..5)) = - 0.2057且 0.5)/ sqrt(c/(0.5)) = 0.6765，以儘可能使該估計的尖峰衰減， 及防止白雜訊放大或衰減。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中又包含： e.在執行步驟（c)以前，將步騾（a)與步騾（1))獲得的信 號多工處理’步驟（c)包含·以交替的方式在步驟（a)與步 驟（b)獲得的信號執行臨限值比較。· ίο·如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（b)係以1/Tc的 比率執行’且步騾（d)係以k2/Tc的比，率執行，1/Tc係該晶 片率。 11·如申印專利範圍第）項之方法，其中步驟（b)係以2/丁^的 比率執仃’且步騾（d)係以4/Tc的比率執行，丨/Tc係該晶 片率。 12.如申請專利範圍第i,之 比率執行，且步騾（d)係 晶片率。 13. —種使具有已知序列的 包含： 方法，其中步驟（b)係以N/Tc的 以.2N/Tc的比率執行，i/Tc係該 信號相關以、獲得同步化之裝置， -2- 申譜專利範圍續頁 一匹配於該已知序列之序列相關有限脈衝響應（FIR)濾 波器； 一估計有限脈衝響應（FIR)濾波器，其匹配於在來自該 序列相關有限脈衝备應滤波咨的原始信號上，進行晶片 率處理行動以前的脈波；及 一作用於來自該估計有限脈衝響應濾波器的信號上， 以便進行尖♦偵測之臨限值偵測器。 μ.如申請專利範圍第13項之裝置，其；中該臨限值偵測器以 該接收信號之晶片率的二倍操作。 如申請專利範圍第13項之裝置，其中該估計有限脈衝響 應遽波器具有複數個（Ν)分接頭，ν = 2 0。 16.如申請專利範圍第15項之裝置，其中Ν==4。 17·如申請專利範圍第13.項之裝置，其中該脈波係用於寬帶 劃碼多重進接系統的根上升餘弦脈波。 18·如申請專利範圍第13項之裝置，其中該估計有限脈衝響 應遽波器包含若干連接至該序列相關濾波器之匹配的濾 波器。 · ’ 19_ 一種用於同步化具有已知序列及既定晶片率的接收信號 之方法，包含： a) 提供一多分接頭有限脈衝響應（FIR)濾波器； b) 將該有限脈衝響應濾波器的係數組定標·，及 e)以大於該既定晶片率的預定率，取樣通過該有限脈 衝響應濾波器的信號。 〇·如申請專利範圍第19項之方法，其中·资驟（c)以該既疋 595173 wmmrnm 晶片率的二倍執行。 21. —種偵測具有已知序、列及既定晶片、率的接收信號之方 法，包含： a) 使該信號通過一·有限脈衝響應（FIR)濾波器，以用 於序列相關； b) 使步騾（a)獲得的信號通過η有限脈衝響應（FIR)估 計滤波器；及 c) 循序耦合步驟（a)與（b)獲得的信號至一以該晶片 率之N+ 1倍的比率操作之尖峰搜尋/偵測器。 22. 如申請專利範圍第21項之方法，·其中當n=l，步驟（b)包 括提供一個四個（4)分接·頭有限脈衝響應濾波器。 23. 如申請專利範圍第21項之方法，其中當n = 2，步騾（b)包 括提供第一與第二個二（2)分接頭有限脈衝響應濾波 器。 24. 如申請專利範圍第2 1項之方法’其中步驟（b)包含配置 該有限脈衝響應濾波器，以在該晶片率操作。