專利名稱：Cdma蜂窩式通信初始導(dǎo)頻獲取的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CDMA蜂窩式通信初始導(dǎo)頻獲取的方法，主要用于無線蜂窩式通信。
背景技術(shù)：
用于無線蜂窩式通信的CDMA1、CDMA2000和WCDMA采用碼分多址(CDMA)技術(shù)。在這些系統(tǒng)中，每一個基站廣播一導(dǎo)頻信號以使服務(wù)區(qū)移動用戶終端連接業(yè)務(wù)信道。導(dǎo)頻信號不是數(shù)據(jù)調(diào)制的，實際上，它只是攜帶了和特定基站相關(guān)的偽噪碼(PN code)。在CDMA1和CDMA 2000標準里，和基站相關(guān)的PN code是整個時間同步系統(tǒng)的主碼的時間偏移版本。時間偏移對應(yīng)于數(shù)字塊的整數(shù)數(shù)量，更常用的名稱是偽噪碼相位(PN code phase)。
為了和基站通信，移動站必須知道基站廣播的載波準確頻率和導(dǎo)頻相位。更準確的說，移動站(終端)必須與基站的偽噪序列(PN sequence)的頻率和時序進行同步。這種處理過程稱初始獲取(initial acquisition)。有兩種基本的initial acquisition打開移動用戶終端電源后的initialacquisition稱作冷啟動初始獲取，出現(xiàn)通信狀態(tài)的initial acquisition稱作交互呼叫獲取。在通話過程中，若移動站被移到一個有新系統(tǒng)參數(shù)的地區(qū)，后者就會執(zhí)行，并作為系統(tǒng)重獲取的一部分和移動站通信。
一種相當標準的initial acquisition方法是用某個范圍內(nèi)頻率進行測試，對于每一個頻率值，采用一定范圍的PN code phase，逐個進行測試。若用某頻率和相位值測量的信號強度符合特定的標準，則認為獲取成功。
基站用來產(chǎn)生射頻載波的振蕩器的精度、移動站用來產(chǎn)生用于射頻信號的振蕩器的精度以及蜂窩系統(tǒng)存在的多普勒頻率范圍，這三者決定了頻率的測試數(shù)量。在使用蜂窩波段或個人通訊服務(wù)(PCS)波段的蜂窩系統(tǒng)，用戶終端振蕩器的精度是頻率不可靠性的主要影響因數(shù)。通常用戶終端有一個自動頻率控制(AFC)機制，以自動調(diào)整目標頻率使和初始頻率足夠的相近。要求的初始化精度通常大于不可靠的初始頻率，所以需要測試多個假設(shè)頻率。
因為偽噪序列很長(cdma1是2^15 chips)，每一個頻率對應(yīng)的需要被測試的code phase是很巨大的。initial acquisition的時間依賴于硬件支持的同時測試數(shù)量，有可能達到移動站操作者難于忍受的程度。因此，需要智能的搜索策略來減少initial acquisition的平均時間。

發(fā)明內(nèi)容
設(shè)計目的討論一種initial acquisition的方法和適當?shù)姆抡嬖O(shè)備，它們能夠極大的減少冷啟動獲取和交互呼叫獲取的搜索平均時間。
設(shè)計方案1、冷啟動initial acquisition的方法是通過一系列的第一階段搜索和相應(yīng)的第二階段搜索來完成的，第一階段搜索采用粗糙的頻率和code phase值來搜索，第二階段搜索采用精確的頻率和code phase值來搜索。搜索系統(tǒng)包括射頻高/低變換、搜索硬件、M控制、存貯器及DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
2、冷啟動initial acquisition的方法采取如下做法成功的冷啟動initialacquisition得到的code phase被存儲在永久的存儲器，在下次需要冷啟動initial acquisition時做為默認值，如果測試不成功，才需要用一些頻率假設(shè)值測試。
3、冷啟動initial acquisition第二階段搜索的方法a.第二階段code phase搜索窗口以第一階段的搜索結(jié)果為中心，搜索窗口的大小應(yīng)該正好大到容納第一階段搜索和第二階段搜索得到的code phase漂移值。
b.緊接著搜索第二階段窗口，并檢查兩個PN phase locations是否在同一個chip里。
4、inter-call acquisition的方法
a.搜索窗口位于PN phase(前一次呼叫最后時刻對應(yīng)的激活集合里最強多路徑)的中間。
b.要被測試的頻率是前一次呼叫最后時刻保存在易失存儲器里的頻率。


圖1是搜索器系統(tǒng)圖表。
圖2是產(chǎn)生一個假設(shè)頻率值方框圖。
圖3是冷啟動初始獲取流程圖。
圖4是能量測試方框圖。
圖5是第一價段搜索流程圖。
圖6是第二價段搜索流程圖。
圖7是交互呼叫獲取流程圖。
具本實施方式移動站接受器的搜索系統(tǒng)執(zhí)行initial acquisition的任務(wù)。圖1展示了包含搜索系統(tǒng)的移動站接受器各部件。接受器至少使用一條天線來接受通信信號，通信信號被傳送到一個Rx circuit(模擬接受器)，在那里它們被降頻、放大和數(shù)字化。若要降頻，Rx circuit必須產(chǎn)生一個與輸入信號載波頻率相同頻率的局部射頻信號。局部振蕩器提供一個時序基準來產(chǎn)生用來降頻的射頻信號。移動電話使用的振蕩器是VTCXO(電壓控制的溫度補償晶體振蕩器)，它的輸出頻率隨著輸入電壓的變化而改變。盡管VTCXO有很強的抵抗溫度影響能力，但仍然存在因溫度的變化而發(fā)生頻率漂移情況，每100萬個里面會有幾個改變。
在圖1所示的仿真系統(tǒng)，微控制器(MController)組織初始的獲取，并負責控制VTCXO的輸入電壓。它通過寫數(shù)字控制信號到DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)來產(chǎn)生相應(yīng)的模擬控制電壓?，F(xiàn)在有很多類型的DAC，這里就不多討論。為了方便討論，我們在圖2展示了一個可以用在頻率控制系統(tǒng)的DAC，它包含一個PDM(脈沖強度調(diào)制器)，接下來是low-pass filter(低通濾波器)。通過圖2展示的DAC/Interface設(shè)備，一個數(shù)字AFC PDM的值對應(yīng)一個VTCXO的輸出頻率。圖1所示的模擬接受器(Rx circuit)使用VTCXO的輸出來產(chǎn)生一個局部射頻。這樣，在initial acquisition過程中，通過產(chǎn)生一個AFC PDM值，微控制器就產(chǎn)生一個頻率。
圖3通過一個流程圖展示了冷啟動initial acquisition過程。成功獲取后的最后一個步驟是，把AFC PDM值(產(chǎn)生成功的精確頻率值的那個相應(yīng)AFC PDM值)存在永久存儲器，設(shè)置Valid_PDM狀態(tài)標志(也存在永久存儲器里)。冷啟動獲取算法一開始就檢查這個標記，如果標記沒有被設(shè)置，把頻率取值范圍等分為i個粗糙頻率值并測試這i個假設(shè)值。舉一個例子，如果整個頻率取值范圍內(nèi)取3個粗糙頻率值測試，則這i個要被測試的AFC PDM值就是NOMINAL、NOMINAL-DELTA、NOMINAL+DELTA，特別指出的是，NOMINAL是頻率取值范圍的中間值，是3個默認值中最有可能正確的值。因為一旦一個粗糙的假設(shè)頻率成功通過測試，搜索過程就從第一階段進入到第二階段，所以最有可能是正確的值先被檢測。另一方面，如果Valid_PDM狀態(tài)標志被設(shè)置，則表明永久存儲器存儲著一個有效的AFC PDM值，這個存儲值將被第一個測試，且測試的次數(shù)最多達到J次。假若這個存儲值最終測試不成功，Valid_PDM狀態(tài)標志就會被清除，上文提到的i個假設(shè)頻率值就會被測試。因為VTCXO的特性不大可能顯著的改變，所以大多情況下這個存儲值第一次測試會成功，大大的節(jié)約了測試那些架設(shè)的粗糙頻率值而花費的時間。測試所有的粗糙值一次構(gòu)成一次測試，同樣的，測試那個存儲值J次也構(gòu)成一次測試。K次測試失敗后獲取失敗。失敗后的處理過程是系統(tǒng)相關(guān)的，本文不做討論。
第一次搜索覆蓋了所有可能的時間偏移。換句話說，是整個PN codephases取值范圍。PN code phases的數(shù)量很龐大，這樣需要通過把相鄰的假設(shè)值的差在不會減少第一階段搜索成功可能性情況下盡量拉大來減小要被測試的假設(shè)值數(shù)量。在一個有數(shù)字搜索器硬件的的仿真系統(tǒng)，碼相位(code phases)測試的增量值是chip。第二階段搜索要檢查的假設(shè)值數(shù)量更少，code phases的增值更好。
對于每一個假設(shè)的PN phase，能量測試是通過圖4所示的電路圖完成的。數(shù)字化的I and Q信道數(shù)據(jù)可以用一些有名的技術(shù)來求積。如果輸入的信號code phase和局部PN code接近，則能量測量儀器就會顯示一個大的值，否則就不會。圖5展示的的是第一階段搜索的流程圖，每一個假設(shè)code phase被測試，窮舉搜索得到的最大值再和第一階段閾值相比較。第一階段搜索是否成功的標準是這個最大能量值大于一些預(yù)先確定的第一階段閾值。閾值的大小可以通過數(shù)學(xué)分析或?qū)嶒瀬泶_定。顯然這個頻率不是很準確，圖4中用于連續(xù)求和的數(shù)N的值要盡量的小。IS-95系統(tǒng)的N大小是64。為了得到能量的測量值，連續(xù)求和值L是通過如圖所示的非連續(xù)累加得到的。L的大小影響了能量測量值的精度，當L越大，能量測量值的平均結(jié)果就越好，但測試假設(shè)的PN phase的時間是和L的大小成比例的。
仿真IS-95系統(tǒng)第一階段L采用的折衷值是8。要從圖4所示的codephase實驗裝置輸出值得到能量值，需要把結(jié)果劃分成為(N^2)L來規(guī)格化它。然而，更經(jīng)濟的計算應(yīng)該包含第一階段搜索的成功和失敗閾值。如果需要搜索一些頻率信道，在第一階段搜索將對每一個信道進行搜索。圖表所示的都是只有一個信道需要被搜索。對于那些熟悉技術(shù)的人來說，這里討論的方法用于多信道搜索是很容易的。
如果第一階段搜索成功，假設(shè)PN phase和假設(shè)頻率的合成值被存儲起來，并把PN phase和頻率的中間值提供給圖6所示的第二階段搜索。第二階段搜索PN phase和頻率的劃分會更細。這些精確頻率值被一個特定數(shù)量值分割，這個數(shù)量值小于AFC操縱系統(tǒng)(initial acquisition最后調(diào)用它)的緊縮范圍。在某個仿真系統(tǒng)里，假設(shè)的精確頻率是第一階段搜索的結(jié)果頻率值、大于結(jié)果值3kHZ的頻率和小于結(jié)果值3kHZ的頻率。第二階段的假設(shè)PN phase劃分增量是chip，范圍是覆蓋一個小的搜索窗口，窗口的大小足夠覆蓋任何在第一階段搜索和第二階段搜索之間這段時間內(nèi)code phase的漂移。Code phase的漂移是因為偽噪產(chǎn)生器還沒有調(diào)頻。請看美國專利號為6,249,539的文檔以得到怎樣計算code phase漂移的詳細資料。一個假設(shè)頻率相應(yīng)的PN窗口的第二階段搜索進行循環(huán)測試，在兩次搜索中比較最大能量對應(yīng)的相位位置。最大能量值和位置有效的前提是這兩個位置必須在同一個chip里。這個步驟極大的減少了另一次搜索第二階段搜索窗口所花費的時間。在第一階段，除了N和L大于第二階段搜索的的那些假設(shè)值，每一個假設(shè)值都通過圖4的儀器測試。仿真系統(tǒng)的N和L分別取值64和64。第二階段成功/失敗閾值也必須相應(yīng)的設(shè)置。圖1的微控制器用合適的N和L來編碼搜索硬件，并且它實現(xiàn)圖3、5、6和7要求的功能。
圖7展示了inter-call acquisition的流程圖，我們也稱它為第三階段獲取。在呼叫的最后，當前的AFC PDM值存儲在易失存儲器。因為這個值往往對應(yīng)于熱電話，而不是冷啟動initial acquisition最后存儲的那個值，所以這兩個值保存在不同的地方。保持這種區(qū)別有助于減少溫度補償?shù)男枰?，但不是消除溫度補償?shù)男枰Ｒ蛞苿与娫挏囟鹊淖兓?，即使有溫度補償振蕩器，每100萬次也會出現(xiàn)幾次頻率發(fā)生漂移。
搜索窗口位于PN phase位置(前一次呼叫最后時刻對應(yīng)的激活集合里最強多路徑)中間。每次呼叫的最后，微控制器需要把PN位置存儲在易失存儲器。在第二階段搜索中，因為搜索窗口的寬度(仿真系統(tǒng)中是32chips)能夠很小，兩個假設(shè)code phase的差能夠也就能達到很小。因為在呼叫之間，VTCXO漂移很小，頻率可以達到很高的精度。在商業(yè)CDMA網(wǎng)絡(luò)中，基站對于頻率的公差要求是很嚴格的。這樣，第三階段用于相干積分的值N要比冷啟動initial acquisition的相應(yīng)值大，在仿真系統(tǒng)取128。一個更大的N意味著取得同樣的能量測量精度需要更小的L。在第三階段仿真系統(tǒng)L取值16。如果在第三階段發(fā)現(xiàn)的最大能量值比第三階段閾值大，則inter-call acquisition成功，局部PN phase就被當作相應(yīng)于最大能量的相位。如果三階段發(fā)現(xiàn)的最大能量值小于第三階段閾值，則inter-callacquisition失敗，系統(tǒng)按常規(guī)方法做冷啟動initial acquisition。
需要理解到的是上述實施方案只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實質(zhì)精神的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.CDMA蜂窩式通信初始導(dǎo)頻獲取的方法，其特征是①冷啟動initialacquisition是通過第一階段搜索采用粗糙的頻率和code phase值來搜索，第二階段搜索采用精確的頻率和code phase值來搜索。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDMA蜂窩式通信初始導(dǎo)頻獲取的方法，其特征是成功的冷啟動initial acquisition得到的code phase被存儲在永久的存儲器，在下次需要冷啟動initial acquisition時做為默認值，如果測試不成功，才需要用一些頻率假設(shè)值測試。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDMA蜂窩式通信初始導(dǎo)頻獲取的方法，其特征是冷啟動initial acquisition第二階段搜索的方法a.第二階段code phase搜索窗口以第一階段的搜索結(jié)果為中心，搜索窗口的大小應(yīng)該正好大到容納第一階段搜索和第二階段搜索得到的code phase漂移值；b.緊接著搜索第二階段窗口，并檢查兩個PN phase locations是否在同一個chip里。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDMA蜂窩式通信初始導(dǎo)頻獲取的方法，其特征是inter-call acquisition的方法a.搜索窗口位于PN phase(前一次呼叫最后時刻對應(yīng)的激活集合里最強多路徑)的中間；b.要被測試的頻率是前一次呼叫最后時刻保存在易失存儲器里的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDMA蜂窩式通信初始導(dǎo)頻獲取的方法，其特征是搜索系統(tǒng)包括射頻高/低變換、搜索硬件、M控制、存貯器及DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明冷啟動initial acquisition的方法是通過一系列的第一階段搜索和相應(yīng)的第二階段搜索來完成的，第一階段搜索采用粗糙的頻率和code phase值來搜索，第二階段搜索采用精確的頻率和code phase值來搜索。成功的冷啟動initialacquisition得到的code phase被存儲在永久的存儲器，在下次需要冷啟動initial acquisition時做為默認值，如果測試不成功，才需要用一些頻率假設(shè)值測試。第二階段code phase搜索窗口以第一階段的搜索結(jié)果為中心，搜索窗口的大小應(yīng)該正好大到容納第一階段搜索和第二階段搜索得到的code phase漂移值。緊接著搜索第二階段窗口，并檢查兩個PN phase locations是否在同一個chip里。搜索窗口位于PN phase(前一次呼叫最后時刻對應(yīng)的激活集合里最強多路徑)的中間。要被測試的頻率是前一次呼叫最后時刻保存在易失存儲器里的頻率。
文檔編號H04B1/69GK1479473SQ0314293
公開日2004年3月3日 申請日期2003年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月25日
發(fā)明者汪力成, 高東楊 申請人:浙江華立通信集團有限公司