專利名稱：碼分多址移動通信系統(tǒng)的峰值檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)的峰值檢測方法，特別涉及一種用于碼分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)移動通信系統(tǒng)的初始同步(InitialSynchronization)的峰值檢測方法。
背景技術：
在CDMA系統(tǒng)中，用戶設備(UE)開機后需要完成與小區(qū)基站的下行同步，然后才能讀取小區(qū)廣播信息。一般基站在下行鏈路中加入信標信號，UE通過對信標位置的檢測來實現(xiàn)下行同步捕獲。在全球移動通信系統(tǒng)(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)的頻分雙工(Frequency Division Duplex，F(xiàn)DD)標準和高碼率時分雙工(High Chip RateTime Division Duplex，HCR-TDD)標準中，基站采用公共的信標信號，稱為主同步碼。低碼率時分雙工(High Chip Rate Time Division Duplex，HCR-TDD)標準定義的時分同步碼分多址(Time Division Synchronous Code DivisionMultiple Access，TD-SCDMA)移動通信系統(tǒng)則定義了一個同步碼組，包含了32個長為64碼片的下行同步碼(SYNC-DL碼)?；驹谠摯a組中選擇一個同步碼在每個子幀的下行特定時隙上發(fā)送。圖1為TD-SCDMA系統(tǒng)的幀結構示意圖。如圖1所示，每個5ms子幀包含7個承載上下行業(yè)務的時隙(TS0，TS1...TS6)和三個特殊時隙。特殊時隙位于TS0和TS1之間，包括96碼片長度的下行導頻時隙(Downlink Pilot Time Slot，DwPTS)，96碼片長度的保護間隔(Guard PeriodGP)以及160碼片長度的上行導頻時隙(Uplink PilotTime SlotUpPTS)。SYNC-DL碼在DwPTS的后64碼片上發(fā)送。
UE開機后并不知道接收子幀的實際起始位置，因此需要在一個虛擬子幀內搜索同步碼。常用方法是用本地產生的所有同步碼與虛擬子幀分別做相關，通過檢測相關峰值獲得同步碼起始位置。由于噪聲和干擾的影響，在單個子幀內搜索的結果通常是不可靠的，因此還需要在連續(xù)多個子幀中搜索，并對多幀搜索的結果合并。圖2所示是一種傳統(tǒng)的用于TD-SCDMA系統(tǒng)的初始同步裝置結構圖。無線信道發(fā)送來的模擬信號由UE的天線21接收下來，經過前端接收單元22和模數轉換器23后轉變?yōu)閿底中盘?。數字信號被分為相同?2個支路，分別送到32個相關器251-2532的一個輸入端。同步碼發(fā)生器24生成的32個SYNC-DL序列分別送到相關器251-2532的另一個輸入端。相關器251-2532在一個子幀周期里對接收到的數字信號序列和SYNC-DL碼序列做相關運算。多幀平均單元261-2632用于把本子幀的相關結果和前一子幀的相關結果做平均，然后把平均后的相關序列保存到存儲器271-2732中，片于下一次子幀間平均。當若干個子幀處理完成后，峰值檢測器讀取存儲器271-2732中的所有32個相關序列，尋找其中的最大相關值。該最大相關值對應的SYNC-DL碼即是檢測到的基站發(fā)送的SYNC-DL碼，該最大相關值在子幀中的位置指示了SYNC-DL碼的起始位置。由于時隙DwPTS在子幀內的位置是固定不變的，因此由SYNC-DL碼的起始位置即可得到子幀的起始位置。
傳統(tǒng)初始同步裝置有兩個不足。一是需要較大的存儲空間。存儲空間的大小與同步碼組中同步碼的數目，子幀長度以及過采樣率成正比。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，同步碼數目為32個，子幀長度為6400碼片，如果采用2倍過采樣率，同時做完32個同步碼的檢測需要的復數存儲空間大小為32×6400×2＝409,600，在實際系統(tǒng)中要滿足這樣的存儲需求十分困難。另外一個不足是運算量大。在一個子幀周期(5ms)內，除了相關運算外，還要完成32×6400×2＝409,600次復數乘加運算。盡管可以采取32個同步碼分批處理的方法降低運算量，但不可避免的增加了同步延時。
在國際專利申請公開號為WO03/032512，發(fā)明名稱為“低碼率移動通信系統(tǒng)的捕獲電路”(Acquisition Circuit for Low Chip Rate Option for MobileTelecommunication System)的專利申請中，公開了一種UMTS低碼率時分雙工(LCR-TDD)系統(tǒng)中的小區(qū)搜索電路。該電路對多幀檢測結果采用硬判決合并的方法，即檢測連續(xù)多個子幀中最大相關峰出現(xiàn)在同一位置的次數。這種方法避免了多幀平均運算，但正確檢測概率有所損失，達到可靠檢測的時間較長。
在國際專利申請公開號為WO01/74103，發(fā)明名稱為“一種碼分多址數字移動通信系統(tǒng)的小區(qū)搜索方法”(Method of Cell Search in CDMA DigitalMobile Telecommunication System)的專利申請中，公開了一種具有導頻碼和保護時隙幀結構的碼分多址移動通信系統(tǒng)中的小區(qū)搜索方法。該方法采用功率特征窗方法判斷下行同步碼的大致位置，然后在該位置附近做相關以獲得精確定時。這種方法的檢測概率受特征窗檢測準確性影響較大，當噪聲和干擾較大導致下行同步時隙功率特征不明顯時，檢測性能惡化嚴重。
在國際專利申請公開號為WO03/028399，發(fā)明名稱為“小區(qū)搜索方法和通信終端裝置”(Cell search method and communication terminal apparatus)的專利申請中，公開了一種用于TD-SCDMA的下行同步碼檢測方法。該方法分為兩步，第一步將每個子幀的相關序列分段，在段內檢測相關峰并在連續(xù)子幀上做平均，然后在子幀范圍內尋找最大相關峰。第二步在最大相關峰附近再次做相關找到精確的同步碼位置。為保證檢測性能，該方法將相關序列分成800段以上，每段存儲一個相關值，存儲量仍然較大。另外兩步檢測方法也增加了同步延時。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種應用于CDMA移動通信系統(tǒng)的初始同步的峰值檢測方法，利用該方法，在保證良好同步性能和較小處理延時的同時，能夠顯著降低同步過程的復雜度和存儲需求。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種應用于碼分多址移動通信系統(tǒng)中的初始同步的峰值檢測方法，該方法包括以下步驟分段峰值檢測步驟在每個子幀周期內將接收信號采樣與候選同步碼字進行相關后，將相關序列c分為p個連續(xù)的相關數據段，段長度為q，在每個相關數據段內尋找前g個最大相關值及最大相關值對應的位置信息，p≥1；q＝N/p；1≤g≤q；該步驟在每個子幀周期內得到了一個最大相關值序列；幀間合并步驟將相鄰幀上經過分段峰值檢測步驟所檢測到的最大相關值序列按位置進行合并，亦即，得到第(r+1)子幀周期內的最大相關值序列后，將其與之前r個子幀周期內已合并的最大相關值序列再次進行合并，從而得到前(r+1)個子幀周期內合并后的最大相關值序列，這里r為一個正整數。該步驟用于完成連續(xù)F個子幀周期內的最大相關值序列的合并，這里F為一個正整數；
碼內峰值檢測步驟對于每個候選同步碼字，根據連續(xù)F個子幀周期內合并的最大相關值序列，在其中搜索最大相關峰，并記錄其相關值和對應的出現(xiàn)位置；碼間峰值檢測步驟根據碼內峰值檢測結果，在所有候選同步碼字的最大相關峰中搜索一個或者多個最大值，并且將對應的碼字以及相關峰作為同步檢測的輸出。
其中，所述的幀間合并步驟包含以下子步驟比較子步驟在第j個小段內，分別比較第(r+1)子幀周期內該小段的最大相關值的位置，是否與前r個子幀周期內對應小段的最大相關值的位置相同；合并子步驟在第j個小段內，如果發(fā)現(xiàn)有兩個相關值的位置相同，則合并該位置上的最大相關值；其中，合并可采用非相干(non-coherent)方法，例如將兩個相關值的模值或模值平方相加，也可采用相干(coherent)方法，即保留相位信息、直接將兩個相關值進行相加；更新子步驟在第j個小段內，對于那些位置相同的相關值，將經過所述合并子步驟處理的相關值及其位置存入一個的序列sj；而對于位置沒有重疊的相關值，則不改變其相關值和位置，并也存入序列sj；根據上述子步驟，對每個小段進行處理后，將所有p個序列{s1，s2，…，sp}組合，就得到了前(r+1)個子幀周期內合并后的最大相關值序列。


圖1為TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)的子幀結構示意圖；圖2為現(xiàn)有技術中一種同步裝置的示意圖；圖3為本實用新型發(fā)明提供的同步裝置的一種實施方式的電路方框圖。
圖4為本發(fā)明提供的幀間合并方法的示意圖；圖5為應用本發(fā)明提供的峰值檢測方法的TD-SCDMA系統(tǒng)初始同步過程的計算機性能仿真結果對比圖。
具體實施例方式
以下根據圖3說明本發(fā)明的一種實施方式。
圖3所示為本實用新型發(fā)明提出的CDMA移動通信系統(tǒng)同步裝置的一種實施方式的電路方框圖。該裝置包括天線51，前端接收單元52，模數轉換器53，同步碼發(fā)生器54，相關器551-55K。第一峰值檢測器561-56K，幀間合并器571-57K，存儲器581-58K，第二峰值檢測器59，以及第三峰值檢測器60。
天線51接收經無線信道發(fā)送到UE的數據，接收數據在前端接收單元52中處理后送入模數轉換器53，在這里模擬信號被轉換為數字基帶信號。隨后數字信號被分為相同的K個支路，分別送到K個相關器551-55K的一個輸入端。本地同步碼發(fā)生器54生成的K個同步碼序列分別送到相關器551-55K的另一個輸入端。相關器在一個子幀周期里對接收到的數字序列和同步碼序列做相關運算。K個相關器輸出的K個相關序列被分別送到第一峰值檢測器561-56K中。第一峰值檢測器561-56K在相關序列的p個連續(xù)數據段(段長度為q)內分別搜索出g個最大相關值，然后將這些最大相關值及其位置信息分別送到幀間合并器571-57K的一個輸入端，同時幀間合并器571-57K的另一個輸入端從存儲單元581-58K中讀取上一子幀保存的對應段內的最大相關值序列和位置序列，幀間合并器571-57K對兩組最大相關值序列的位置做比較，對相同的位置上的兩個相關值做合并，并將合并結果寫回存儲器581-58K對應的存儲單元。對不同的位置，把該位置信息和該位置上的相關值保存到存儲器581-58K中。按照同樣合并方法對R個子幀處理完畢后，K個第二峰值檢測器591-59K分別在存儲器581-58K保存的相關值中尋找最大值。最后，第三峰值檢測器60，根據所有第二峰值檢測器的輸出峰值，尋找出其中最大的一個或者若干個值，并記錄它們分別所對應的同步碼序號和同步位置。
其中，所述的相關器551-55K用于將UE接收到的數據序列與本地同步碼發(fā)生器生成的同步碼做全相關或者部分相關后，并得到相關序列c。后續(xù)處理模塊通過在相關序列c中搜索相關峰值，就可以完成同步碼的檢測以及子幀同步過程。
所述的第一峰值檢測器561-56K用于實現(xiàn)“分段峰值檢測”步驟該步驟將上述每個相關序列分為p(p≥1)個連續(xù)的相關數據段，段長度為q(q＝N/p)。在每個相關數據段內尋找前g(1≤g≤q)個最大相關值。對應于第k個同步碼字的相關序列ck，分段后可以表示為ck=(c1k,c2k,Λ,cjk,Λ,cpk),]]>其中cjk=(c1+(j-1)·qk,c2+(j-1)·qk,Λ,cj·qk)---q=N/p;j=1,2,Λ,p]]>例如，如果假定每個數據段只檢測一個最大相關值(g＝1)，則第j個數據段的最大相關值cj，maxk為cjk=cj,maxk=max(|cjk|)]]>并記錄與cj，maxk對應的段內位置為Posj，maxk，1≤Posj，maxk≤q。其中，搜索最大值的過程，是通過比較相關序列cjk中各相關值的模值來進行的。cj，maxk和Posj，maxk需要保存到存儲器中用于下面所述的“幀間合并”步驟。一般的，一個子幀周期內最多只需保存pg個最大相關值和pg個位置信息。
參數p與g的取值需要根據性能要求與實現(xiàn)復雜度進行仔細衡量。一方面，為了減少對存儲量的需求，參數p與g的取值應該盡可能小——極端情況下，可取p＝g＝1，即每個子幀周期內只保留一個最大相關峰值。但是，由于噪聲、干擾或著信道衰落等不利因素的影響，保留的這一個最大相關峰值很可能是錯誤的，而出現(xiàn)在實際同步點附近的那個相關值(其相關值一般也不小，并可能接近與該子幀周期內的最大相關峰值)可能已經被丟棄。所以，為了提高性能，必須盡可能多的保留數目較多的相關值，所以p與g的取值也不應太小，這樣可以在較多的分段中分別保留較多的局部(local)最大相關值。通過計算機仿真后，在長為N＝6400碼片的TD-SCDMA子幀周期內，推薦的取值是p＝50左右(每段長為6400/50＝128個碼片)，而每段內只取一個最大相關值，即g＝1。而且，由于采用了兩倍碼片速率的數據采樣，在每個采樣相位上各保留一個最大相關值。這樣，在每個子幀周期內，經過分段峰值檢測后，其輸出最大相關值序列共包含了
50*1*2＝100個(局部)最大相關值。
為了提高檢測性能，上述相關和分段峰值檢測步驟將在連續(xù)多個子幀周期內進行，然后再按某種方式進行幀間合并后，克服噪聲或者干擾帶來的影響。
所述的幀間合并器用于實現(xiàn)“幀間合并”步驟對相鄰幀上檢測到的最大相關值序列按位置進行合并，亦即，得到第(r+1)子幀周期內的最大相關值序列后，將其與之前r個子幀周期內已合并的最大相關值序列再次進行合并，從而得到前(r+1)個子幀周期內合并后的最大相關值序列，這里r為一個正整數。為了進行F(F為大于1的正整數)個連續(xù)子幀周期內的幀間合并，需要從得到其中第二個子幀周期內起，在得到周期的最大相關值序列后，執(zhí)行所述的幀間合并步驟，這樣從第二到第F個子幀周期內，共需執(zhí)行(F-1)個所述的幀間合并步驟。而對于第一個子幀周期內的最大相關值序列，則無須在執(zhí)行所述的幀間合并步驟。
參見圖4，所示為描述該幀間合并步驟的一個示意圖。
所述的幀間合并步驟包含以下子步驟比較子步驟在第j個小段內，分別比較第(r+1)子幀周期內該小段的最大相關值的位置，是否與前r個子幀周期內對應小段的最大相關值的位置相同；合并子步驟在第j個小段內，如果發(fā)現(xiàn)有兩個相關值的位置相同，則合并該位置上的最大相關值；其中，合并可采用非相干(non-coherent)方法，例如將兩個相關值的模值或模值平方相加，也可采用相干(coherent)方法，即保留相位信息、直接將兩個相關值進行相加；更新子步驟在第j個小段內，對于那些位置相同的相關值，將經過所述合并的相關值及其位置存入一個的序列sj；而對于位置沒有重疊的相關值，則不改變其相關值和位置，并也存入序列sj；根據上述子步驟，對每個小段進行處理后，將所有p個序列{s1，s2，…，sp}組合，就得到了前(r+1)個子幀周期內合并后的最大相關值序列。
經過F個子幀周期內最大相關值的幀間合并，可得到對應第k個同步碼的相關峰序列和位置序列，分別可表示為ccombk=(ccomb,1k,ccomb,2k,Λ,ccomb,Lk)]]>poscombk=(poscomb,1k,poscomb,2k,Λ,poscomb,Lk)---k=1,2,Λ,K]]>其中L為F個子幀周期內最大相關值合并序列的總長度，下標comb用于表示合并完成后的序列。
通過計算機仿真后，可知在TD-SCDMA系統(tǒng)中，一般的，采用F＝5幀就可以取得令人滿意的檢測效果。這樣，假設采用了兩倍碼片速率的數據采樣，并在每個子幀內的分段峰值檢測步驟中，分別保留每個采樣相位上的最大相關值，這樣，經過5個子幀合并后，對應每個同步碼字最多需要(對應每次幀間合并時，每小段內均未發(fā)現(xiàn)有位置重合的最大相關值的情況)存儲50*1*2*5＝500個最大相關值。在TD-SCDMA系統(tǒng)中最多所有32個SYNC-DL下行同步碼字，這樣，如果檢測所有32個同步碼字，最多需要存儲500*32＝16,000個最大相關值。與存儲每個子幀內的所有相關值的方法(如在背景技術中介紹的那樣)相比，節(jié)省了大約1-16,000/409,600＝96％的存儲空間。
所述的第二峰值檢測器用于實現(xiàn)“碼內峰值檢測”步驟在存儲器中保存的相關峰序列中尋找最大相關峰，即cmaxk=max(|ccombk|)]]>注意，搜索最大值的過程，是通過比較幀間合并后的相關序列ccombk中各相關值的模值來進行的。
同時，記錄下該最大值出現(xiàn)的位置，即posmaxk=poscomb.,mk,]]>其中m=argmaxi(|ccomb.,ik|)]]>這樣，根據所有K個第二峰值檢測器的輸出，就得到了K組分別對應于本批處理的K個同步碼的，最大相關峰值及其出現(xiàn)位置。
所述的第三峰值檢測器，用于實現(xiàn)“碼間峰值檢測”步驟根據所有第二峰值檢測器的輸出相關峰值，尋找出其中的最大值，并記錄對應的同步碼序號和同步位置。后續(xù)小區(qū)搜索裝置，根據所檢測到的同步位置，進行相應的幀定時調整后，可完成幀同步；并根據所檢測到的同步碼序號，繼續(xù)完成其它小區(qū)基本信息的獲取。亦即，選取同步碼序號及其同步位置分別為K=argjmax(cmaxj),POS=posmaxK]]>進一步的，所述的第三峰值檢測器，根據所有第二峰值檢測器的輸出峰值，經過降序排序后，也可以尋找出其中多于一個的相關峰值，并記錄它們分別對應的同步碼序號和同步位置。之所以這樣做，是因為(特別是當用戶終端設備處于多個小區(qū)的邊緣時)可能有多個候選同步碼字的相關峰功率比較接近，這樣第一步驟就將它們都輸出，并由后續(xù)小區(qū)搜索步驟來做進一步的判斷，從而達到提高正確檢測概率、以及縮短搜索時間的目的。
如圖5所示，為采用本發(fā)明所提供的一種峰值檢測方法，應用于TD-SCDMA系統(tǒng)初始同步時的計算機性能浮點仿真結果，并與采用最優(yōu)方法時(即在背景技術中介紹的、存儲每個子幀內的所有相關值的方法)的性能做了比較。其中，假設初始頻率偏移等于10kHz，并且同步算法采用了如中國專利申請?zhí)?00420107957.8、名稱為“碼分多址移動通信系統(tǒng)中的初始同步裝置”中所公布的一種實現(xiàn)方法。采用本發(fā)明提供的一種峰值檢測方法，參數為p＝50(即每小段的長度為128個碼片)、g＝1、F＝5。由圖5可見，與最優(yōu)方法相比，采用本發(fā)明提供的峰值檢測方法，將存儲量節(jié)省96％左右的同時，所帶來的性能損失卻很小。例如，在DwPTS_Ec/N0等于-7.5dB時，兩者均可達到90％以上的正確檢測性能，而由于采用本發(fā)明所提供的簡化方法后損失的正確檢測概率僅在5％左右。因此，本發(fā)明可在比較小的性能損失的前提下，可以大大節(jié)省存儲空間，降低初始同步實現(xiàn)的復雜度。
權利要求
1.一種碼分多址移動通信系統(tǒng)的峰值檢測方法，其特征在于，包括如下步驟分段峰值檢測步驟在每個子幀周期內將接收信號采樣與候選同步碼字進行相關后，將相關序列c分為p個連續(xù)的相關數據段，段長度為q，在每個相關數據段內尋找前g個最大相關值及最大相關值對應的位置信息，p≥1；q＝N/p；1≤g≤q；該步驟在每個子幀周期內得到了一個最大相關值序列；幀間合并步驟將相鄰幀上經過分段峰值檢測步驟所檢測到的最大相關值序列按位置進行合并，即，得到第(r+1)子幀周期內的最大相關值序列后，將其與之前r個子幀周期內已合并的最大相關值序列再次進行合并，從而得到前(r+1)個子幀周期內合并后的最大相關值序列，連續(xù)進行F個子幀周期內的最大相關值序列的合并；碼內峰值檢測步驟對于每個候選同步碼字，根據連續(xù)F個子幀周期內合并的最大相關值序列，在其中搜索最大相關峰，并記錄其相關值和對應的出現(xiàn)位置；碼間峰值檢測步驟根據碼內峰值檢測結果，在所有候選同步碼字的最大相關峰中搜索一個或者多個最大值，并且將對應的碼字以及相關峰作為同步檢測的輸出。
2.根據權利要求1所述的碼分多址移動通信系統(tǒng)的峰值檢測方法，其特征在于，所述的幀間合并步驟包含以下步驟比較子步驟在第j個小段內，分別比較第(r+1)子幀周期內該小段的最大相關值的位置，是否與前r個子幀周期內對應小段的最大相關值的位置相同；合并子步驟在第j個小段內，如果發(fā)現(xiàn)有兩個相關值的位置相同，則合并該位置上的最大相關值；更新子步驟在第j個小段內，對于那些位置相同的相關值，將經過所述合并子步驟處理的相關值及其位置存入一個的序列sj；而對于位置沒有重疊的相關值，則不改變其相關值和位置，并也存入序列sj；對每個小段進行處理后，將所有p個序列{s1，s2，…，sp}組合，就得到了前(r+1)個子幀周期內合并后的最大相關值序列。
3.根據權利要求1所述的碼分多址移動通信系統(tǒng)的峰值檢測方法，其特征在于，分段峰值檢測步驟中搜索最大相關值的方法，是通過比較相關序列中各相關值的模值來進行的。
4.根據權利要求1所述的碼分多址移動通信系統(tǒng)的峰值檢測方法，其特征在于，所述的幀間合并步驟中，所述的之前r個子幀周期內已合并的最大相關值序列存儲在存儲器中，且一個子幀周期內最多只需保存pg個最大相關值和pg個位置信息。
5.根據權利要求1或4所述的碼分多址移動通信系統(tǒng)的峰值檢測方法，其特征在于，所述的幀間合并步驟中，r為一個正整數
6.根據權利要求1或4所述的碼分多址移動通信系統(tǒng)的峰值檢測方法，其特征在于，所述的幀間合并步驟中，這里F為一個正整數。
7.根據權利要求2所述的碼分多址移動通信系統(tǒng)的峰值檢測方法，其特征在于，所述的合并子步驟中的合并方法可采用非相干方法，將兩個相關值的模值或模值平方相加，或者，采用相干方法，保留相位信息、直接將兩個相關值進行相加；
8.根據權利要求1所述的碼分多址移動通信系統(tǒng)的峰值檢測方法，其特征在于，所述碼內峰值檢測步驟中搜索最大相關值的方法，是通過比較幀間合并后的相關序列中各相關值的模值來進行的。
9.根據權利要求1所述的碼分多址移動通信系統(tǒng)的峰值檢測方法，其特征在于，所述的碼間峰值檢測步驟根據碼內峰值檢測步驟輸出峰值，經過降序排序后，也可以尋找出其中多于一個的相關峰值，并記錄它們分別對應的同步碼序號和同步位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種應用于CDMA移動通信系統(tǒng)的初始同步的峰值檢測方法，包括分段峰值檢測步驟、幀間合并步驟、碼內峰值檢測步驟和碼間峰值檢測步驟。其中，所述的幀間合并步驟有包含了比較子步驟、合并子步驟和更新子步驟等。利用該方法，在保證良好同步性能和較小處理延時的同時，能夠顯著降低同步過程的復雜度和存儲需求。
文檔編號H04B7/26GK1710832SQ20051002686
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月17日 優(yōu)先權日2005年6月17日
發(fā)明者謝一寧, 冉曉龍 申請人:凱明信息科技股份有限公司