WO2009152780A1

WO2009152780A1 - 一种时分同步码分多址系统的上行导频搜索装置及方法

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Publication number: WO2009152780A1
Application number: PCT/CN2009/072359
Authority: WO
Inventors: 范博源
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2009-12-23
Also published as: CN101610109B; CN101610109A

Description

一种时分同步码分多址系统的上行导频搜索装置及方法技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种时分同步码分多址 ( TD-SCDMA )通信系统上行导频搜索装置及搜索方法。背景技术

TD-SCDMA无线通信系统是一种同步系统。在上行链路中，多个用户（移动台）向基站发送信号，为了防止不同用户信号之间的相互干扰，需要对各用户进行同步控制，保证其同时到达基站。

TD-SCDMA通信系统子帧结构如图 1所示。上行同步的建立是靠 UpPTS

(上行导频时隙）来完成的。当 UE (用户设备）准备建立同步的时候，将发射 UpPTS,如果 Node B (基站）能够成功地检测到 SYNC— UL (上行同步码），则在下行对应的 FPACH (快速物理接入信道）上向 UE发送确认消息，然后 UE可在分配好的 PRACH (物理随机接入信道 )上向 Node B发送接入信息，最后 Node B再将必要的信息发送给 UE, 呼叫建立完成。

UpPTS是由长度为 128chip的 SYNC— UL和长度为 32chip的 GP(保护间隔）组成的。 SYNC— UL是一组 PN码，用于在接入过程中区分不同的 UE。整个系统有 256个不同的 SYNC— UL, 分为 32组，每组 8个。因为码组是由 Node B确定，所以 8个 SYNC— UL对基站和已经获得下行同步的 UE来说都是已知的。当 UE需要建立上行同步时，将从 8个已知的 SYNC— UL中随机选择 1个，并根据估计的定时和功率在 UpPTS发射。 Node B为了检测在 UpPTS 时隙上是否有 SYNC— UL接入，首先需要对 UpPTS时隙上的天线接收信号进行导频搜索，就是要计算 Node B本身的 128chips (码片 ) SYNC— UL与接收的 UpPTS时隙区间上的天线数据的相关性，如果二者的数学模式相匹配，则表示有 SYNC— UL接入。常规 TD-SCDMA通信系统的 UpPTS时隙搜索窗长度为 256chip( 96 + 128 + 32 )如图 2所示。由于系统的码片速率为 1.28MHz, DwPTS (下行导频时隙）与 UpPTS之间的保护间隔 GP为 96个 chip, 电磁波传播速度 V约为 3 108米 /秒，则 96个码片对应的电磁波传播距离为 V X 96/ ( 1.28 X 106 ) = 22.5公里，也就是当 UE与 NodeB的距离小于 11.25公里的时候才能完成上行同步建立，远距离覆盖的时候（小区半径大于 11.25公里）无法进行同步建立，因为那样会导致 UpPTS时隙延时到达基站，与 TS1时隙互相干扰，这也是 TD-SCDMA通信系统的缺点之一。而且，现有技术中尚无釆用硬件进行 TD-SCDMA通信系统上行导频搜索的方案。发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种 TD-SCDMA通信系统上行导频搜索装置及方法，用于在 UE与 NodeB的距离大于或小于等于 11. 25公里情况下的同步建立。为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种时分同步码分多址系统的上行导频搜索装置，包括：依次相连的本地同步码存储器、读写地址控制器、天线数据存储器、相关器、求能量模块和能量合并模块，还包括分别与上述各模块相连的时钟 /复位 /控制器，其中本地同步码存储器还与相关器相连，

读写地址控制器用于控制本地同步码存储器、天线数据存储器的读和写，给各个存储器提供地址信号和读、写使能信号，片选信号；本地同步码存储器用于存储全部本地复数化的上行同步码；

时钟 /复位 /控制器用于对上述各模块提供时钟信号和复位信号；提供能量合并模块、求能量模块、相关器的运算使能信号；给读写地址控制器提供搜索窗的窗宽信息；能量合并模块用于对求能量模块输出的天线能量求和；求能量模块用于对相关器输出的相关结果复数数据求能量；相关器用于对接收到的上行导频时隙序列和本地复数化的上行同步码序列求相关运算；天线数据存储器用于存储接收到的上行天线数据。

其中，所述相关器具体包括：依次相连的虚拟乘法器、复数加法器、多路选择器；

虚拟乘法器用于求解本地同步码存储器和天线数据存储器输出数据序列的复数乘法；复数加法器用于对虚拟乘法器输出的复数序列做累加运算；多路选择器用于控制累加运算的开始和结束。

其中，还包括与所述能量合并模块相连的能量判决模块，用于判断上行同步建立是否有用户设备接入。

其中，所述天线数据存储器与本地同步码存储器均为双口 RAM 。

一种时分同步码分多址系统的上行导频搜索方法，包括以下步骤： a: 配置搜索窗长度，并将上行各天线数据緩存在天线数据存储器中，本地同步码緩存在本地同步码存储器中；

b: 由相关器计算上行同步码与天线数据的相关序列；

c: 由求能量模块计算各天线对应的相关功率序列；

d: 由能量合并模块进行各天线数据的合并。

其中，步骤 b中所述搜索窗长度大于或等于 256个码片。

其中，步骤 b 具体实现公式为：

Rx

其中， Rx— sync为搜索窗内的天线上行导频数据序列， SyncCode为本地复数化上行同步码， Rx— cor为相关运算的结果，（·)*表示共轭运算，上标 ½ 表示天线序号， ^{ka = 0}U , 上标 ^wc表示本地复数化上行同步码的编号，即 sync = 0,\,... ,7_o

其中，步骤 c具体实现公式为： Rx _ pow†^a^^nc) = (Re[Rx _ cor 。' ^c) ])² + (lm[Rx _ _Cor 。' ^c) ])²

其中， ^Re[']表示取实部运算， ^Im[']表示取虚部运算。

其中，步骤 d之后还包括判断上行同步建立是否有用户设备接入，如果是，则继续后续操作；否则，返回步骤1)。

本发明具有以下有益效果：

1 )本发明釆用全串行、流水线结构电路实现导频搜索中的相关运算，本相关器装置硬件电路资源消耗最小；

2 )本发明中提出的导频搜索装置搜索窗长度可配置，可以应用在远距离覆盖场景或者正常距离覆盖场景，不需要二次开发 ASIC;

3 )用 8个中低资源消耗的相关器对 8天线数据同时计算，保证高效率。附图说明

图 1是本发明 TD-SCDMA无线通信系统子帧结构；

图 2是本发明 TD-SCDMA无线通信系统子帧中导频时隙结构；图 3是本发明远距离覆盖情况下延伸的导频时隙搜索窗示意图；图 4是本发明实现的导频搜索的硬件装置；

图 5是本发明中相关器的硬件实现装置。具体实施方式

本发明通过提供一种搜索窗可配置的导频搜索装置及搜索方法，实现 TD-SCDMA无线通信系统的上行导频搜索，并且釆用低资源消耗的全硬件实现。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

请参阅图 4所示，包括：依次相连的本地同步码存储器 402、读写地址控制器 401、天线数据存储器 407、相关器 406、求能量模块 405、能量合并模块 404和能量判决模块 408, 其中，本地同步码存储器 402还与相关器 406 相连。另外，还包括分别与上述本地同步码存储器 402、读写地址控制器 401、天线数据存储器 407、相关器 406、求能量模块 405、能量合并模块 404相连的时钟复位控制器 403 , 其中相关器有 8套，天线数据存储器有 8套，求能量模块有 8套。图 5为相关器装置，包括依次相连的虚拟乘法器 501、复数加法器 502、多路选择器 503。本发明中，天线数据存储器 407与本地同步码存储器 402均为双口 RAM 。

读写地址控制器 401 : 用于控制本地同步码存储器 402、天线数据存储器 407的读和写，给各个存储器提供地址信号和读、写使能信号，片选信号。

本地同步码存储器 402用于存储全部本地复数化的上行同步码。

时钟 /复位 /控制器 403用于对其它所有模块提供时钟信号和复位信号；提供能量合并模块 404、求能量模块 405、相关器 406的运算使能信号；提供多路选择器 503的控制端信号；给读写地址控制器 401提供搜索窗的窗宽信息。

能量合并模块 404用于对求能量模块 405输出的 8天线能量求和。

求能量模块 405用于对相关器 406输出的相关结果复数数据求能量。相关器 406用于对接收到的上行导频时隙序列和本地复数化的上行同步码序列求相关运算。

天线数据存储器 407用于存储接收到的上行天线数据。

虚拟乘法器 501用于求解本地同步码存储器 402和天线数据存储器 407 输出数据序列的复数乘法。

复数加法器 502用于对虚拟乘法器 501输出的复数序列做累加运算。多路选择器 503用于控制累加运算的开始和结束。

下面是关于本发明提出的虚拟乘法器的说明：

由于本地复数上行同步码序列 ^{§ = (}-!'-²'-'-¹²⁸⁾是由基本上行同步码序列

8 = 0^^". ¾₈)通过以下方式得到，即： ^ = Uy ' s! ^ e {1 -1}, = 1,2,...,128 。

可见，复数化上行同步码 ^α_ ，__/ = ι，2，···，ΐ28。

因此，在相关器 406 的运算中，对于天线复数数据（a+b*j ) 而言，与复数上行同步码的乘积可以表示为：

(a+b*j)*l=a+b*j； (a+b*j)*(-l)=-a-b*j；

(a+b*j)*j=-b+a*j ； (a+b*j)*(-j)=b-a*j 。

另外，本发明提出用两位二进制编码存储复数化本地上行同步码 si, 即釆用简单的译码器： '00，表示 1 , '01，表示- 1 , '10，表示 j , '11，表示- j 。因此，本发明相关器 406 中需要的复数乘法器可以由一般的译码器和多路选择器来替代，也就是釆用虚拟乘法器，从而减少硬件资源的使用。

本发明中提及的相关器 406与现有的相关器相比，其区别在于：第一，不需要移位寄存器组，而是直接釆用图 4中天线数据存储器 407与本地同步码存储器 402的双口 RAM; 第二，现有的相关器多是釆用并行或串并结合的方式，电路结构复杂，资源消耗大，而本发明中的相关器釆用全串行的流水线操作，如图 5所示，这里仅仅需要一个虚拟乘法器、复数加法器以及一个多路选择器，最大限度的节约了资源。另外，目前已有的 TD-SCDMA导频搜索实现方案中，都是釆用 FFT/IDFT来求解相关运算，其缺点在于不能应用在搜索窗可变的导频搜索中，并且必须釆用至少 4个实数乘法器进行运算，而本发明用相关器来替代 FFT/IDFT, 并且解决了这一问题。

如图 3所示，在远距离覆盖的时候， UpPTS会延伸到 TS1的部分空间， TS1 将不再作为业务时隙使用，将 TS2 配置为固定上行时隙，这样就允许 SYNC— UL延时到达基站并占用 TS1的部分空间， TS1 的剩余码片空闲，这时搜索窗适当扩大，可以满足远距离覆盖的导频搜索，相当于是用系统容量来换取性能。 TS1 时隙有 864个 chip, 但是， SYNC— UL搜索窗决不能占用 TS1全部的 chip, 因为那样搜索窗太长，相关器 406的计算量将过大，这在工程上是不可行或得不偿失的，本发明装置中，时钟 /复位 /控制器 403里面包含一个窗长寄存器，可以根据需要来配置搜索窗的大小，控制读写地址控制器 401 , 相关器 406的工作，从而控制整个导频搜索过程。另外， SYNC— UL 每延伸 96chip, 小区半径就会增加 11.25公里。因此，搜索窗完全没有必要扩展到 TS1的全部 864个 chip 。

本装置中搜索窗长度仅仅影响电路的运算时间，不影响电路结构。

下面结合具体实施例，介绍本发明搜索方法步骤。

实施例 1:

搜索窗正常模式（非远距离覆盖）时，其工作原理描述如下：

第一步：

配置正常模式下的搜索窗长度为 256chip, 如图 2所示，其中配置寄存器在时钟 /复位 /控制器 403中。

第二步：

上行 8根天线数据緩存在天线数据存储器 407的 8个存储器中，本地同步码緩存在本地同步码存储器 402中，每组本地同步码有 8个，本发明提出用两位二进制编码表示复数化本地上行同步码，即： '00，表示 1, '01，表示 - 1, '10，表示 j, '11，表示 _j 。

第三步：

由相关器 406计算 SYNC— UL与天线数据的相关序列，即实现

Rx_co ^a'^sync) = Rx_synci^ka)

/ = 0,1,···, 382

A: = 0,1,·· -,127

« = 0,1,···, 255

Rx— sync为搜索窗内的天线上行导频数据序列， SyncCode为本地复数化上行同步码， Rx— cor为相关运算的结果。（·)*表示共轭运算，上标 ka表示天线序号， ^{ka = Q}U。 8根天线的数据同时处理。 SyncCode的上标 ^wc是本地复数化上行同步码的编号，即 ^wc = 0, 1 , ... ,7。

每根天线搜索窗内数据的长度为 256, 即 n=0,l,2...,255 。相关运算数据结果的长度为 128+256-1 = 383, 即 i=0,l,2...,382。第四步：

由求能量模块 405计算各天线对应的相关功率序列，即，

Rx _ pow^^sync) = (Re[Rx _ cor ])² + (lm[Rx _ cor^^ync) ])² 公式中 ^Re[']表示取实部运算， ^Im[']表示取虚部运算。

第五步：

由能量合并模块 404进行 8天线数据的合并，送往后续的能量判决模块，判断同步建立是否成功，也就是判断是否有 UE接入。如果不成功，则重复上述第三步〜第五步，直到 8个上行同步码都计算完毕。

实施例 2:

搜索窗为远距离覆盖（即小区半径大于 11.25公里）时，其工作原理描述如下：

第一步：

配置远距离模式下的搜索窗长度为 384chip, 如图 3所示，图中 n = 96, 即比正常模式下多了 96个 chip的搜索窗长度，通过其对应的电磁波传播距离，可知道搜索窗增加 96chip后，小区半径可以达到 22.5公里。

第二步：

与实施例 1的差别在于，每根天线的緩存数据多了 96chip,即延伸到 TS1 的 96个 chip。

第三步：

由相关器 406计算 SYNC— UL与天线数据的相关序列，即实现

Rx _co ^a'^sync) = ^Rx _synci^ka) ^SyncCod

k,n ^J

/ = 0,1, · · ·, 478

A: = 0,1, · · -,127

« = 0,1, · · -,351

Rx— sync为搜索窗内的天线上行导频数据序列， SyncCode为本地复数化上行同步码， Rx— cor为相关运算的结果。（·)*表示共轭运算，上标 ka表示天线序号， ^{ka = Q}U。 8根天线的数据同时处理。 SyncCode的上标 ^wc是本地复数化上行同步码的编号，即 ^wc = 0, 1 , ... ,7。与实施例 1的差别在于，每根天线搜索窗内数据的长度为 256 + 96 = 352 , 即 n=0,l,2... ,351 。相关运算数据结果的长度为 128+352-1 = 479 , 即 i=0,l,2... ,478。

第四步：

由求能量模块 405计算各天线对应的相关功率序列，即，

Rx _ pow^^sync) = (Re[Rx _ cor ])² + (lm[Rx _ cor^^ync) ])² 公中 ^Re[']表示取实部运算， ^Im[']表示取虚部运算。

第五步：

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，这些修改或者等同替换均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

工业实用性

本发明公开的上行导频搜索装置及方法釆用全串行、流水线结构电路实现导频搜索中的相关运算，避开了乘法器的使用，因此相关器装置硬件电路资源消耗最小。此外，所述上行导频搜索装置的搜索窗长度可配置，因此可以用于远距离覆盖场景或者正常距离覆盖场景，而不需要二次开发 ASIC。进一步地，所述上行导频搜索装置用 8个中低资源消耗的相关器对 8天线数据同时进行计算，从而保证了高效率。

Claims

权利要求书

1、一种时分同步码分多址系统的上行导频搜索装置，其包括：依次相连的本地同步码存储器、读写地址控制器、天线数据存储器、相关器、求能量模块和能量合并模块，还包括分别与上述各模块相连的时钟 /复位 /控制器，其中本地同步码存储器还与相关器相连，

时钟 /复位 /控制器用于对上述各模块提供时钟信号和复位信号；提供能量合并模块、求能量模块、相关器的运算使能信号；给读写地址控制器提供搜索窗的窗宽信息；能量合并模块用于对求能量模块输出的天线能量求和；求能量模块用于对相关器输出的相关结果复数数据求能量；

相关器用于对接收到的上行导频时隙序列和本地复数化的上行同步码序列求相关运算；天线数据存储器用于存储接收到的上行天线数据。

2、如权利要求 1所述的时分同步码分多址系统的上行导频搜索装置，其中，所述相关器具体包括：依次相连的虚拟乘法器、复数加法器、多路选择器；

3、如权利要求 1或 2所述的时分同步码分多址系统的上行导频搜索装置，其还包括与所述能量合并模块相连的能量判决模块，用于判断上行同步建立是否有用户设备接入。

4、如权利要求 1或 2所述的时分同步码分多址系统的上行导频搜索装置，其中，所述天线数据存储器与本地同步码存储器均为双口 RAM 。

5、一种时分同步码分多址系统的上行导频搜索方法，其包括以下步骤： a: 配置搜索窗长度，并将上行各天线数据緩存在天线数据存储器中，本地同步码緩存在本地同步码存储器中；

b: 由相关器计算上行同步码与天线数据的相关序列；

C : 由求能量模块计算各天线对应的相关功率序列；

d: 由能量合并模块进行各天线数据的合并。

6、如权利要求 5所述的时分同步码分多址系统的上行导频搜索方法，其中，步骤 b中所述搜索窗长度大于或等于 256个码片。

7、如权利要求 5所述的时分同步码分多址系统的上行导频搜索方法，其中，步骤 b 具体实现公式为：

Rx

8、如权利要求 7所述的时分同步码分多址系统的上行导频搜索方法，其中，步骤 c具体实现公式为：

Rx _ pow^^sync) = (Re[Rx _ cor ])² + (lm[Rx _ cor^^ync) ])² 其中， ^Re[']表示取实部运算， ^Im[']表示取虚部运算。

9、如权利要求 5所述的时分同步码分多址系统的上行导频搜索方法，其中，步骤 d之后还包括判断上行同步建立是否有用户设备接入，如果是，则继续后续操作；否则，返回步骤1)。