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CN100397799C - 在宽带码分多址进接蜂窝式移动电话系统的移动接收机中测定基地站载频的方法和装置 - Google Patents

在宽带码分多址进接蜂窝式移动电话系统的移动接收机中测定基地站载频的方法和装置 Download PDF

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Abstract

在宽带码分多址进接蜂窝式移动电话系统的移动接收机中测定基地台载频的方法和装置。在宽带码分多址进接蜂窝式移动电话系统的移动接收机中测定基地台载频的方法和装置。其中，首先通过使带主要同步码的接收信号在大量信号片上发生关联的方法对接收信号最强的基地台的主要同步信道载频进行搜索。

Description

在宽带码分多址进接蜂窝式移动电话系统的移动接收机中测定基地站载频的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种在宽带码分多址进接蜂窝式移动电话系统的移动接收机中测定基地站载频的方法和装置。
背景技术
本发明涉及用于宽带码分多址进接蜂窝式移动电话系统的移动接收机，其详细的文献介绍见P.Jung于1997年在斯图加特B.G.
Figure C0180374900041
-Verlag发表的“数字移动电话系统的分析与设计(Analyse und Entwurf digitalerMobilfunksysteme)”一文和IEEE车载技术论文集(IEEE Transactions onvehicular technology)1998年11月第4期第47卷中的论文“宽带码分多址进接未来移动多媒体通讯用无线电接口(W-CDMA-The radio interfacefor future mobile multimedia communications)”。此方法具有相当的重要性，如IEEE车载技术论文集1998年11月第4期第47卷中论文“通用移动通讯系统：制定第三代标准(UMTS Universal mobile telecommunication system：Development of s tandards for the third generation)”中所述，它旨在构成第三代移动电话系统的全球性标准。在此新颖的移动电话操作方法中，问题发生在当移动接收机首次开机时，它得不到有关周围基地站传输频率和定时方面的信息。因此，移动接收机必须进行主要初始蜂窝搜索以测定接收信号最强的基地站及该基地站的对应时间同步。此任务是宽带码分多址进接移动电话系统中移动接收机最困难和最消耗计算时间的任务之一。
发明内容
因此，本发明的目的是找到一种方法和设备，对须与移动接收机同步的基地站载频进行最经济和最便利的搜索。
根据本发明的一种在宽带码分多址进接蜂窝式移动无线系统移动接收机中测定基地台载频的方法，所述方法包括：首先通过使带主要同步码的接收信号的同相和正交分量在大量信号片上发生非相干关联的方法对主要同步信道的载频和基地台的时间同步进行搜索，其中，对所述主要同步信道的搜索是以逐步减少的粗频率步骤来完成的，其中包括：在各步骤中在第一频率范围的各间隔内测量关联结果的能量，然后在各步骤中选择拥有最高能量的频带并在小于所述第一频率范围的第二频率范围的各间隔内进行测量，然后在各步骤中选择拥有最高能量的频带并在小于所述第二频率范围的第三频率范围的各间隔内进行测量，并且，选择具有最高能量的数值作为所述载频的前提。
根据此发明，此目的可以实现：首先通过使接收信号的同相和正交分量与大量信号片的主要同步码发生非相干关联的方法对主要同步信道(pSCH)的载频和接收信号最强的基地站的时间同步进行搜索。
尤其最好，通过测定关联输出信号中最大峰值来对时隙长度模，由此获得接收信号最强的基地站的时间同步。
尤其最好，先以粗频率(coarse frequency)步骤对主要同步信道进行搜索；以约1MHz的间隔对关联结果的能量进行测量，选择具有最高能量的频带，以约100KHz的间隔对其进行测量，尔后再次选择具有最高能量的频带  以约10KHz的间隔对其进行测量，具有最高能量的值被选择为接收机载频的前提。这样，主要同步信道的载频即能以一种非常简单快捷的方式进行测定。
尤其最好，对所有2560个信号片实施关联。
另外尤其最好，在测定了主要同步信道载频和接收信号最强基地站的时间同步后，通过次要同步信道测定该基地站的框同步和码群。
根据此发明，此目的还可通过一台为宽带码分多址进接蜂窝式移动电话系统的移动接收机测定基地台载频的专用设备来实现。根据本发明的一种为宽带分码多重进接蜂窝式移动电话系统移动接收机测定基地台载频的装置，其特征在于，至少一台对应搜索设备包括利用主要同步信道(pSCH)为载波频率的各假设测定时隙同步的装置、用于测定时框同步的装置、用于识别加扰码的装置、用于对公用实体主要控制信道(pCCPCH)进行解调的装置、用于使各路径时延关联的装置和用于估算信号时延的装置。
根据此发明，特别建议移动接收机中配备两个此类搜索装置。
附图说明
本发明将通过后面的附图以具体化示例做更详细的说明，其中：
图1示出通过关联对主要同步码进行搜索的示意图；
图2示出本发明中搜索装置的图标概述；
图3示出本发明中频率捕获系统的简化基本电路图；
图4示出图3中宽带信号处理的简化示意图；
图5示出本发明中时隙同步装置。
具体实施方式
本发明论及的问题是：当一台移动无线电接收机在符合UMTS标准(第三代移动电话)的移动电话系统中初次开机时，得不到有关周围基地站频率和时间同步的信息。因此，移动无线电接收机必须进行主要初始蜂窝搜索以测定接收信号最强的基地台和相关的时间同步。
在UMTS标准中，已知所有基地台正常发送信号的唯一已知信道是主要同步信道(pSCH)。由此，时间同步和频率同步均利用此信道来实施。
请注意：只有当移动无线电接收机知道了要进行定时输入同步的相应的基地台载频后才可实施同步。
因此，发明方法的目的是首先在整个频带上搜索接收信号最强的基地台的主要同步信号。为此目的，根据此发明，移动无线电接收机借助不同载频上的关联器对通常来自不同基地台的主要同步信道的能量进行测量。为能简单快捷地实施搜索，发明中建议使用不同的分辨率。首先进行粗频率同步。当每一同步步骤都完成(大部分能量被测量出来)后，再用相对较细的分辨率对上述范围进行搜索。
根据此发明，实施频率同步的优点基于这样的事实：与常规方法相比，实现与信号接收最强基地台的主要同步信道的正确同步所花费的时间明显减少了。
由于有设备权利要求中和下面说明中的硬件设施，还可以将同样的硬件用于不同的任务，因此，移动无线电接收机的电路配置可大大简化。
在随后的文字中，将对本的发明做详尽的阐述。为此，将首先介绍宽带码分多址进接接收机内的信号检测和跟踪原理，随后，将介绍各方法的详细性能。
原则上，信号检测分为三个方法步骤：
-初始蜂窝搜索，
-空闲模式中的蜂窝搜索，和
-工作(呼叫)模式中的蜂窝搜索
移动无线电接收机新开机后的初始蜂窝搜索在移动无线电接收机的搜索装置中以非相干方式进行。这一措施又分成三个更小的步骤，即
-测定频率和时间同步，
-框同步和码群识别，和
-加扰码识别
下面将对其中的第一步做详细介绍。
随后的文字中将对频率测定和时间同步做详细介绍。
初始蜂窝搜索程序(后面将予以介绍)必须在移动接收机已开初后或连接已完全下线后实施。除了频率和时间同步外，这一过程还可提供工作和候选基地台组。对频率和时隙位置测定前提的试验是以非相干关联为依据的，此关联在下文中被称之为时隙同步  且在下文中将首先予以介绍。
在初始蜂窝搜索过程的第一步中(两台根据此发明配备的搜索装置中仅一台工作)，移动接收机使用主要同步信道来测定信号接收最强基地台的载频和时间同步。这一工作是通过被调向主要同步信道的非相干关联器来完成的。接收到的信号与一个带主要同步码的2560信号片同相(I)和正交(Q)分量进行关联以找到一个时隙的起点。
关联器的输出将包含每个基地台每条传播路径在移动接收机范围内的信号峰。下面的图1展示了一个对应信号，左边的两个峰来自基地台i，其信号经两条不同强度的路径传播至移动接收机，而右边的峰来自基地台j，其信号仅通过一条路径到达。上面的图1展示了对接收到的信号采取的单独方法步骤。首先，在关联器10中实施关联，关联器的输出信号如下面图1中所示。一个时隙的周期Tslot可从此输出信号中测量出来。这就为逐时隙累加创造了条件。此方法被标称为本12。此时仅需测定最大值。此最大值检测14之后，就知道了定时模Tslot。最强峰值同步的检测可以对时隙长度Tslot模的方式提供信号接收最强的基地台的定时。为提高此方法的可靠性，关联器的输出信号可以累加若干时隙。根据此发明，时隙数可在1至16之间设定。
由于初始接收的载频fc对于移动接收机是未知的，因此必须对各种有关初始接收频率的假定进行时隙同步和前提试验。为了获得接收载频和信号接收最强基地台的定时，此发明建议采用一种下文中介绍的交互方法：
从初始接收载频fc开始，如上面所述，时隙同步产生一个前提，此前提连同对应的接收载频fc被存贮起来。然后，上面所述的时隙同步在n迭代中进行重复且接收载频按照公式
fc，n＝fc+(1MHz)·n
改变直至为对应的移动电话系统释放的整个频谱已完全搜遍。
此步骤后，进行前提试验以找出精度约±200kHz的最有可能的接收载频fc.n的候选者。然后，按照下列公式以每次变化100kHz频率的方式测定频率和时隙同步：
fc，h，n＝fc，h-300kHz+(100kHz)·n，n＝1...5
最后，根据下列公式围绕一个已知精度为±20kHz的修正过的最有可能的接收载频fc，hh进行前提试验：
fc，hh，n＝fc，hh-300kHz+(10kHz)·n，n＝1...5
一旦此初始蜂窝搜索程序的第一步已经完成，测定的接收载频精度即足以允许建立一时间同步。此外，工作和候选基地台组已被识别。在此过程中，基地台被划分为成工作基地台组的一个组成部分的优选基地台和初始分配至候选基地台组的所有其它基地台。于是，工作基地台组有一个单元而候选基地台组可包括0至3个单元。
初始蜂窝搜索的第二和第三步此时必须结束的优选基地台随后将被第一搜索装置进一步处理。
当移动接收机处于空闲状态(开机但设有移动电话呼叫)时，它会连续不断地在本和邻近的接收载频上搜索新的基地台。这样就使移动接收机能够连续不断地更新候选基地台组和工作基地台组。在空闲状态下进行此蜂窝搜索所用的频率即可被设定以减少移动无线电接收机的电力消耗  延长一块电池充电量可能的待机时间。
空闲状态下的蜂窝搜索从本质上讲与初始蜂窝搜索相似。然而，只允许在时隙状态下改变接收载频。这样，空闲状态下的蜂窝搜索程序包括下列步骤：
-初始蜂窝搜索程序中所述的时隙同步(例外：频率搜索只能在分时隙模式下进行)，
-框同步和码群识别只能在下列情况下进行：能用作工作基地台组成员的基地台已在上述空闲状态蜂窝搜索的第一步中得到识别，和
-来自工作基地台组的基地台加扰码的识别。
如果移动接收机处于工作状态，它会连续不断地在本载频上搜索新的基地台。蜂窝搜索与空闲状态下蜂窝搜索的实施方法完全相同。如果移动接收机使用时隙方式，它还可以在其它载频上搜索新的基地台。在一个移动电话系统的运行过程中，必须始终假定基地台与移动接收机之间的信号是从基地台经过有不同路径时延、不同连续变化路径到达移动接收机的。在这样一个时变多径信道中，必须对信道脉冲响应做出估算以方便瑞克(RAKE)(多分多径)接收机中的准相干解调。相应地，必须对重要的多径分量连续不断地测定。为此，必须连续不断地采取下列措施：
-重要的多径分量的识别
-相关路径时延的估算，和
-相关复数振幅的估算
下文中将对与发明的移动无线电接收机载频测定相关的发明电路(硬件组件)的配置进行介绍。
图2为发明的移动无线电接收机搜索装置概况图。1台移动无线电接收机最好在一个芯片上包含两个这样的搜索装置。搜索装置30与瑞克接收机一样连接在相同的缓冲器20上。公用实体控制信道和捕获指示信道(AICH)的解调、定时关联、加扰码的识别、时隙同步、框同步和路径时延的估算都是在搜索装置内完成的。时隙同步、框同步和时延估算是在一条公用数据路径内完成的，下面将对此做详细介绍。
图3是依据本发明绘制的载频测定装置简化示意图。
来自无线100的射频信号(RF)被送至模拟射频接收机102，模拟射频接收机102再将射频信号转换成模拟宽带资料(Brose+Brose)。
这些资料在信号混合转换器104中被转换为数字宽带资料。信号混合模/数转换是在此信号混合转换器104中完成的。然后，数字宽带资料被送至宽带信号处理器106，其结构和工作原理请参见下面的图4。宽带信号处理器106还控制着振荡器108，该振荡器提供射频部分102中射频转换所需的辅助频率。
宽带信号处理器106的结构在图4中做了详细展示。接收到的数字宽带信号被送至一检测器110。例如，这可以是图5中所示的快速关联器。此检测器110的检测结果被送至一个评估装置112，此评估装置同时含有一个向振荡器108提供控制信号的振荡器控制器。
用作检测装置110的关联器的结构和工作原理会参照图5在下面予以说明。
初始蜂窝搜索的第一和第二步结束后，就得到了关于时隙同步、框同步和局部与蜂窝相关的码群的信息。由此，基于公用实体主更控制信道的时隙和框计数已经开始。
在初始蜂窝搜索程序的第一步中，移动接收机使用主要同步信道(pSCH)实现与接收信号最强的基地台的时隙同步。这是通过快速关联完成的。一旦主要同步信号(pSCH)码从分级关联顺序中产生出来，一个两步关联即被用于时隙同步。
图5是这一单元块的概况图。关联器的输出有移动接收机范围内各基地台各射束的峰值。最强峰值位置的检测可以对时隙长度模的方式提供接收信号最强的基地台的定时。如果假定r(i)为接收到的信号和同相正交分支，则关联数值以下列方式积累：
P ( k ) = | Σ i = 0 1 X 1 ( i ) · { Σ i = 0 15 X 2 ( j ) · r ( 16 · i + j + k ) } | , k = 0 . . . 2559
同相(I)和正交(Q)分支中接收到的双图形信号被首先插入一个32步长移位寄存器。每个第二图形与包含16步的第二顺序X2相关联。此计算结果被转送至一个482步长移位寄存器中。在此阶段，仅每个32值与第一顺序X1相关联。第二阶段的输出信号的绝对值包含一个判定变量。获得的5120个数值在一个可调时隙数量n范围内进行累加。这样做是为了获得一个对时隙起点更可靠的估算，因为不同的基地台都在发送同步信号  且它们的信号的接收强度在移动接收机上是随时间变化的。
为节省计算时间，还可以减小关联间隔。在处理了数量n1的时隙 达到了粗同步后，仅需对发现的最大值周围数量M的图形进行进一步关联。
蜂窝搜索功能如基于主要同步信道pSCH的时隙同步、框同步、时延估算和基于公用实体主要控制信道pCCPCH的时延估算都是以类似的算术步骤，如累加、构成二进制补码和开方等为基础的。
因此，根据此发明，建议使用一台同样可以用于时分复用系统的中央计算装置(搜索器资料路径)。此计算装置搜索器资料路径由若干负责提供输入资料地址、使用的关联资料地址、资料路径控制和启动信号及中间结果地址的有限态自动机驱动。上述每种用途各有一台有限态自动机。计算装置搜索资料路径必须具有极快的速度以实现与供给随机存取内存(循环缓冲器)的更新相一致的时隙同步。这意味着计算装置必须已经结束了一个子函数，该子函数使用了若干尚未在循环缓存器内更新的输入资料。否则，供给随机存取内存必须进行不必要的扩展。例如，取一个保持半时隙资料(3k×16位)的供给随机存取内存。一旦供给随机存取内存被配置为循环缓冲器，输入资料在半个时隙间隔后即被更新。这意味着时隙同步必须在1个时隙时间间隙内建立起来。

Claims (6)

1.一种在宽带码分多址进接蜂窝式移动无线系统移动接收机中测定基地台载频的方法，所述方法包括：
首先通过使带主要同步码的接收信号的同相和正交分量在大量信号片上发生非相干关联的方法对主要同步信道的载频和基地台的时间同步进行搜索，其中，
对所述主要同步信道的搜索是以逐步减少的粗频率步骤来完成的，其中包括：
在各步骤中在第一频率范围的各间隔内测量关联结果的能量，然后在各步骤中选择拥有最高能量的频带并在小于所述第一频率范围的第二频率范围的各间隔内进行测量，
然后在各步骤中选择拥有最高能量的频带并在小于所述第二频率范围的第三频率范围的各间隔内进行测量，并且
选择具有最高能量的数值作为所述载频的前提。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过测定关联输出信号中最大峰值以对时隙长度模的方式获得接收信号最强的基地台的时间同步。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，首先以粗频率步骤对主要同步信道进行搜索，以约1MHz的间隔对关联结果的能量进行测量，选出拥有最高能量的频带，以约100kHz的间隔进行测量；然后再选出拥有最高能量的频带，以约10kHz间隔进行测量，最后选择具有最高能量的数值作为接收机载频的前提。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在2560个信号芯片上实施关联。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当主要同步信道的载频和接收信号最强的基地台的时间同步已测定后，通过次要同步信道测定该基地台的框同步和码群。
6.一种为宽带码分多址进接蜂窝式移动电话系统移动接收机测定基地台载频的装置，其特征在于，至少一台对应搜索设备包括利用主要同步信道为载波频率的各假设测定时隙同步的装置、用于测定时框同步的装置、用于识别加扰码的装置、用于对公用实体主要控制信道进行解调的装置、用于使各路径时延关联的装置和用于估算信号时延的装置。
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