專利名稱：用于CDMA2000 1x EV-DO系統(tǒng)的下行同步PN碼捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于CDMA20001x EV-DO (下文中簡稱EV-DO)系統(tǒng)下行同步PN碼 捕獲的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
CDMA20001x是目前得到廣泛商用的3G蜂窩無線移動通信系統(tǒng)之一，但隨著無線 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的不斷增長，CDMA20001x對高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力已不能夠滿足未來 發(fā)展的需求。為此，3GPP2提出了 EV-DO (Evolution Data Optimized)技術(shù)，專門針對數(shù)據(jù) 業(yè)務(wù)的突發(fā)性、前/反向鏈路負(fù)載非對稱性以及大信道容量的特點(diǎn)，以平滑演進(jìn)的方式，提 供更高的數(shù)據(jù)傳輸能力。 相比CDMA20001x系統(tǒng)，EV-DO可提供更高的空中接口速率。前向鏈路采用了時(shí)分 信道調(diào)度、動態(tài)速率控制和高階調(diào)制等技術(shù)，同時(shí)，反向鏈路使用了反向?qū)ьl、功率控制和 速率控制等技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)可以更加合理的安排各種無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 EV-DO系統(tǒng)前向鏈路的時(shí)分信道結(jié)構(gòu)如圖1所示，基站發(fā)送的前向鏈路基帶信號 均經(jīng)過了偽隨機(jī)噪聲(PN)序列的加擾，不同的PN序列相位用于區(qū)別不同的基站。每個(gè)基 站都要發(fā)送專門的導(dǎo)頻信道以便于該小區(qū)內(nèi)的移動臺進(jìn)行同步，移動臺必須第一時(shí)間捕獲 所在小區(qū)的PN序列相位，并將本地PN序列與之同步(誤差必須在幾分之一碼片的量級) 才能準(zhǔn)確解擾。EV-DO的幀周期為26. 667ms (32768個(gè)碼片周期)，碼片速率為1. 2288Mchip/s，分 為16個(gè)時(shí)隙(slot)，每個(gè)時(shí)隙又分為2個(gè)半時(shí)隙(half-slot)，時(shí)隙結(jié)構(gòu)如圖2所示。
I、 Q兩路的PN序列特征多項(xiàng)式分別為P工(X) = X"+X'。+X8+X7+X6+X2+1PQ(X) = 5+ 2+X"+ 。+x9+x5+x4+x3+l 對應(yīng)的生成多項(xiàng)式分別為/(") = /(" — 15)十/(" — 13)十z(" — 9)十/(" 一 8) — 7)十/(" - 5) "(/7 -15)十《("-12)十《("-11)十《("-10)十《("- 6)十《(w - 5)十g(w-4)十《(w-3) 其中，符號0表示模2加運(yùn)算。PN序列的生成一般使用線性反饋移位寄存器 (LFSR)實(shí)現(xiàn)，I路與Q路的PN序列LFSR結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。 15級移位寄存器的m序列周期長度為215_1 ，在連續(xù)14個(gè)0后插入一個(gè)0，然后進(jìn) 行單極性至雙極性的映射(比特0映射為+1 ;比特1映射為-1)得到周期為215(32768個(gè) 碼片)的PN序列，首尾相連周期性重復(fù)。 系統(tǒng)零偏置參考PN序列的起始時(shí)刻定義為連續(xù)15個(gè)0中的第一個(gè)0的發(fā)送時(shí) 刻。同頻基站之間，利用PN序列偏置指數(shù)(PN offset index)進(jìn)行區(qū)分，偏置指數(shù)(取值 從0至511，共512種取值可能)乘以64個(gè)碼片就是本基站PN序列相對零偏置參考PN序列的滯后碼片數(shù)。 在接收端，利用PN序列解擾流程如圖4所示。假設(shè)接收機(jī)以某一時(shí)刻s為起始 存儲M個(gè)半時(shí)隙(對應(yīng)1024 ，M個(gè)碼片)長度的接收信號，設(shè)該信號的實(shí)部和虛部分別為 巧(s+k)、r。(s+k)，其中k = 0，1，2…1024 .M-l，利用本地生成的復(fù)PN序列P!(k)、P。(k)對
接收信號解擾，解擾后的1、Q路信號為 yi (s+k)=巧(s+k) P！ (k) +rQ (s+k) PQ (k);yQ(s+k) = rQ (s+k) P！ (k)-巧(s+k) PQ (k) ;k = 0， 1， 2…1024 M_l。
現(xiàn)有PN序列的捕獲方法一般是將接收信號起始點(diǎn)s在整個(gè)PN序列周期上滑動， 對每一個(gè)可能的相位同步時(shí)刻s而言，將對應(yīng)的解擾序列yi(s+k) 、 yQ(s+k) (k = 0， 1，2… 1024 *M_1)提取出導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)再進(jìn)行累加，第m個(gè)半時(shí)隙的累加結(jié)果記為em(s):
559 559 Z3^(s + 1024'm + A:)+/' J];^(y + 1024.附+ ^:); w = 0,l,'"M-l ，
A=464 再將M個(gè)結(jié)果(e。(s)， ejs)，
t=464
9
(s))累加后求取模值平方，記為I e (s) =
A/—1
2
m=0 則在一個(gè)PN序列周期內(nèi)使得I 9 (s)l2最大的時(shí)刻s即為接收信號PN序列相位 同步時(shí)刻；"argmax^s)!。 EV-DO中導(dǎo)頻信道為時(shí)分復(fù)用，搜索時(shí)只累加每個(gè)半時(shí)隙中導(dǎo)頻位置的解擾序列。 在實(shí)現(xiàn)時(shí)，為了簡化相關(guān)計(jì)算，只對接收信號導(dǎo)頻位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行解擾。此時(shí)接收端在作 相關(guān)前需對本地PN序列進(jìn)行截取，方法是在獲得某一偏置指數(shù)對應(yīng)的PN序列后，截取每 1024個(gè)碼片中間的96個(gè)碼片數(shù)據(jù)。但是，不同偏置指數(shù)的PN序列截取后得到的序列是不 同的(本發(fā)明稱PN序列截取后得到的序列為PN圖案)。由于未知所在小區(qū)的PN偏置指 數(shù)，移動臺在進(jìn)行初始捕獲時(shí)，需要對所有可能的PN圖案進(jìn)行搜索。 PN偏置指數(shù)與PN圖案的關(guān)系如圖5所示，圖中示意性畫出了每個(gè)半時(shí)隙中導(dǎo)頻突 發(fā)的位置(本發(fā)明中簡稱PN截段)，編號為Pi (i = 0， 1，…，511)的PN截段表示偏置指數(shù) 為i的PN序列截取后的第一段數(shù)據(jù)。由于PN序列滯后碼片數(shù)以64chip為單位，則PN偏 置指數(shù)每增大16， PN序列滯后碼片數(shù)增加1024個(gè)碼片，剛好等于一個(gè)半時(shí)隙的長度，圖5 中標(biāo)出了編號PO的PN截段出現(xiàn)的情況。分析可知，本地PN序列共有16種不同的圖案，其 余496種截取后的PN序列可由這16種圖案以PN截段為單位順序偏移得到任意兩種PN 序列的偏置指數(shù)相差16或者16的整數(shù)倍時(shí)，擁有相同的PN圖案，且在序列上超前或滯后 若干個(gè)PN截段。因此，捕獲時(shí)，對偏置指數(shù)為0至15的PN圖案進(jìn)行檢測即可保證發(fā)現(xiàn)任 意PN偏置指數(shù)的基站導(dǎo)頻信號。 實(shí)際系統(tǒng)中，接收信號的E。/N。(E。為接收信號平均碼片能量，N。為噪聲功率譜密 度)可能會很低，而用于PN序列捕獲的導(dǎo)頻信道又只占了部分發(fā)射時(shí)隙；另外，移動臺可能 存在較大的射頻晶振頻率偏差或是處在車載高速移動環(huán)境中。這些都將增加PN序列捕獲 的難度。 對于傳統(tǒng)捕獲方法而言，在低E。/N。的情況下，需要增加相關(guān)長度(即增大上文中的半時(shí)隙數(shù)M)以期提高捕獲性能，但在接收端存在頻率偏移的情況下，相關(guān)長度越長頻率 偏移對捕獲結(jié)果的影響也越大。傳統(tǒng)捕獲方法無法同時(shí)兼顧兩方面的性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷與不足，本發(fā)明的目的就是提出一種用于 CDMA20001xEV-D0系統(tǒng)的下行同步PN碼捕獲方法。該方法適用于可編程器件(包含但不限 于FPGA、DSP等)實(shí)現(xiàn)，對16種PN圖案并行搜索，相對于傳統(tǒng)方法而言，可在接收信號存在 較大的頻率偏移以及E。/N。較低時(shí)，實(shí)現(xiàn)可靠的下行同步；并且可以根據(jù)實(shí)際的信道環(huán)境， 靈活的配置參數(shù)，更好的利用硬件資源。 本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)用于CDMA20001x EV-DO系統(tǒng)的下行 同步PN碼捕獲方法，包括以下步驟 步驟1、將當(dāng)前時(shí)刻s為起始的接收信號緩存M個(gè)半時(shí)隙的數(shù)據(jù)，分別提取出每個(gè) 半時(shí)隙導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)； 步驟2、令n = O，i = 0，將接收信號第n個(gè)半時(shí)隙導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)與本地PN
圖案號為i的第n個(gè)PN截段數(shù)據(jù)相關(guān)累加，得到1點(diǎn)累加結(jié)果； 步驟3、令n = n+l，重復(fù)步驟2，直至n 二M-1，得到M-1點(diǎn)累加結(jié)果； 步驟4、將步驟2和步驟3所得的M點(diǎn)累加結(jié)果分別求取模值平方，得到M點(diǎn)模值
平方； 步驟5、將步驟4所得的M點(diǎn)模值平方累加，得到模值平方累加結(jié)果； 步驟6、將模值平方累加結(jié)果與預(yù)設(shè)門限比較，若超過預(yù)設(shè)門限，則成功捕獲PN序
列相位；否則i = i+l，n二0，返回步驟2，直至i = 15; 步驟7、若16種PN圖案對應(yīng)的模值平方累加結(jié)果都沒有超過預(yù)設(shè)門限，則s =
s+l，接收信號起始位置延時(shí)一個(gè)碼片，返回步驟l，直至成功捕獲PN序列相位。 本發(fā)明的捕獲過程為存儲以s時(shí)刻為起始1024 M個(gè)碼片長度(對應(yīng)M個(gè)半時(shí)
隙)的接收信號，分別提取出每個(gè)半時(shí)隙中導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)；第n(0《n《M-l)個(gè)半
時(shí)隙導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)與本地PN圖案號為i (0《i《15)的第n個(gè)截段數(shù)據(jù)pr^(k) (k
二o，i，2…95)相關(guān)累加；然后再將M個(gè)相關(guān)累加結(jié)果(eiQ(s)， e/(s)，…，、s))分
別求取模值平方，再進(jìn)行累加得到模值平方累加結(jié)果Metric^ (s)。若當(dāng)前s時(shí)刻的接收信 號PN序列與本地PN圖案號為i的序列基本同步時(shí)，MetriCi(s)就會超過預(yù)設(shè)門限，實(shí)現(xiàn)PN 序列相位捕獲。否則，計(jì)算其他15種PN圖案對應(yīng)的模值平方累加結(jié)果，并判斷是否有超過 預(yù)設(shè)門限的；若其余15種PN圖案對應(yīng)的相關(guān)結(jié)果都沒有超過門限，則s = s+l，接收信號 起始位置延時(shí)1個(gè)碼片，重復(fù)上述步驟，即可成功捕獲PN序列。 從以上技術(shù)方案和捕獲過程可知，與現(xiàn)有傳統(tǒng)捕獲方法相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及 有益效果在于 1)以相位s為起始的接收信號，只對導(dǎo)頻位置數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)累加運(yùn)算，減少了計(jì) 算量，在可編程器件中使用匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。 2)對每段相關(guān)結(jié)果先求模值平方再累加，使頻率偏移對相關(guān)結(jié)果的影響不隨累加 段數(shù)的增加而積累。當(dāng)接收信號存在一定范圍內(nèi)的頻率偏移時(shí)，由于模值平方運(yùn)算使得頻 率偏移的不利影響不會隨著累加段數(shù)的增加而積累；頻率偏移對每一段96個(gè)碼片長度的相關(guān)結(jié)果影響較小，所以本方法的相關(guān)長度不再受到頻率偏移的限制。經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，當(dāng)接 收信號存在士3kHz范圍內(nèi)的頻率偏移以及Ec/N。 > -20dB時(shí)，該方法可以實(shí)現(xiàn)可靠的下行 同步PN序列捕獲。此外，該方法適合在可編程器件上實(shí)現(xiàn)。 3)并行搜索16種PN圖案，有效縮短了平均捕獲時(shí)間本發(fā)明對16種PN圖案進(jìn) 行并行搜索時(shí)，對每一個(gè)搜索窗或者相位點(diǎn)，同時(shí)檢測完16種PN圖案后，再滑動一個(gè)搜索 窗或者相位點(diǎn)；而不是如現(xiàn)有技術(shù)中的串行搜索那樣，每次只搜索一個(gè)PN圖案，對一個(gè)PN 圖案搜索完一幀后，再搜索下一種PN圖案。本發(fā)明的并行搜索在具體計(jì)算的時(shí)候，對16種 PN圖案仍然是分開來逐一計(jì)算的。


圖1為CDMA20001xEV-D0系統(tǒng)前向鏈路時(shí)分信道的示意圖； 圖2為CDMA20001xEV-D0系統(tǒng)前向鏈路時(shí)隙結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3為CDMA20001xEV-D0系統(tǒng)利用LFSR生成I、 Q兩路PN序列的示意圖； 圖4為接收端利用復(fù)PN序列對基帶信號進(jìn)行解擾的示意圖； 圖5為CDMA20001xEV-D0系統(tǒng)PN偏置指數(shù)與PN圖案的示意圖； 圖6為本發(fā)明對接收信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的示意圖； 圖7為本發(fā)明的捕獲流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。 實(shí)施例 本發(fā)明可以在可編程器件上實(shí)現(xiàn)，對接收信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的過程如圖6所示， 詳細(xì)流程如圖7所示；具體包括以下步驟 步驟1、將當(dāng)前時(shí)刻s為起始的接收信號緩存M個(gè)半時(shí)隙(1024 M個(gè)碼片長度) 的數(shù)據(jù)，記為r(s+k) (r(s+k)=巧(s+k)+j *rQ(s+k)，k = 0，1，2…1024 'M-1)，分別提取出
每個(gè)半時(shí)隙導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)。 步驟2、令n = O，i = 0，將接收信號第n個(gè)半時(shí)隙導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)與本地PN 圖案號為i的第n個(gè)PN截段數(shù)據(jù)pr^(k)相關(guān)累加，得到1點(diǎn)累加結(jié)果。
上述步驟中每個(gè)PN截段數(shù)據(jù)的長度均為96個(gè)碼片。優(yōu)選地，所述相關(guān)累加在可 編程器件中使用96個(gè)復(fù)數(shù)抽頭的匹配濾波器實(shí)現(xiàn)，第n個(gè)相關(guān)器輸出作為累加結(jié)果6^(》2[r" + 1024'" + 464 + A:).;7《(A:)'; 其中，k = 0，1，2…95 ;符號*表示復(fù)數(shù)共軛運(yùn)算。 步驟3、令n = n+l，重復(fù)步驟2，直至n 二M-1，得到M-1點(diǎn)累加結(jié)果。 步驟4、將步驟2和步驟3所得的M點(diǎn)累加結(jié)果(ej(s)， 9 / (s)，…，9,、s))
分別求取模值平方，得到M點(diǎn)模值平方。將模值平方記為I 9 in(s) |2 ;其中，模值平方的求取
在可編程器件中使用2 M個(gè)實(shí)數(shù)乘法器和M個(gè)實(shí)數(shù)加法器實(shí)現(xiàn)。 步驟5、將步驟4所得的M點(diǎn)模值平方累加，得到模值平方累加結(jié)果
MeWc,.(j)-乞; 上述模值平方累加在可編程器件中使用M-l個(gè)實(shí)數(shù)加法器實(shí)現(xiàn)。 步驟6、將模值平方累加結(jié)果MetriCi(s)與預(yù)設(shè)門限比較，若超過預(yù)設(shè)門限，則成
功捕獲PN序列相位；否則i = i+l，n二0，返回步驟2，直至i = 15。 模值平方累加結(jié)果MetriCi(s)與預(yù)設(shè)門限的比較通過1個(gè)比較器實(shí)現(xiàn)。 步驟7、若16種PN圖案對應(yīng)的模值平方累加結(jié)果MetriCi(s) (i = 0，1，2，…，15)
都沒有超過預(yù)設(shè)門限，則s = s+l，接收信號起始位置延時(shí)一個(gè)碼片，返回步驟l，直至成功
捕獲PN序列相位。 上述實(shí)施例以單倍采樣為例，是本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并 不受上述實(shí)施例的限制，例如多倍采樣的原理與實(shí)現(xiàn)可在本實(shí)施例所述基礎(chǔ)上簡單擴(kuò)展得 到；其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均 應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
用于CDMA20001x EV-DO系統(tǒng)的下行同步PN碼捕獲方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、將當(dāng)前時(shí)刻s為起始的接收信號緩存M個(gè)半時(shí)隙的數(shù)據(jù)，分別提取出每個(gè)半時(shí)隙導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)；步驟2、令n＝0，i＝0，將接收信號第n個(gè)半時(shí)隙導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)與本地PN圖案號為i的第n個(gè)PN截段數(shù)據(jù)相關(guān)累加，得到1點(diǎn)累加結(jié)果；步驟3、令n＝n+1，重復(fù)步驟2，直至n＝M-1，得到M-1點(diǎn)累加結(jié)果；步驟4、將步驟2和步驟3所得的M點(diǎn)累加結(jié)果分別求取模值平方，得到M點(diǎn)模值平方；步驟5、將步驟4所得的M點(diǎn)模值平方累加，得到模值平方累加結(jié)果；步驟6、將模值平方累加結(jié)果與預(yù)設(shè)門限比較，若超過預(yù)設(shè)門限，則成功捕獲PN序列相位；否則i＝i+1，n＝0，返回步驟2，直至i＝15；步驟7、若16種PN圖案對應(yīng)的模值平方累加結(jié)果都沒有超過預(yù)設(shè)門限，則s＝s+1，接收信號起始位置延時(shí)一個(gè)碼片，返回步驟1，直至成功捕獲PN序列相位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于CDMA20001x EV-DO系統(tǒng)的下行同步PN碼捕獲方法，其特征在于步驟2中每個(gè)PN截段數(shù)據(jù)的長度均為96個(gè)碼片，相關(guān)累加在可編程器件中使用96個(gè)復(fù)數(shù)抽頭的匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于CDMA20001x EV-DO系統(tǒng)的下行同步PN碼捕獲方法，其特征在于步驟4所述模值平方的求取在可編程器件中使用2 ，M個(gè)實(shí)數(shù)乘法器和M個(gè)實(shí)數(shù)加法器實(shí)現(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于CDMA20001x EV-DO系統(tǒng)的下行同步PN碼捕獲方法，其特征在于步驟5所述模值平方累加在可編程器件中使用M-l個(gè)實(shí)數(shù)加法器實(shí)現(xiàn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于CDMA20001x EV-DO系統(tǒng)的下行同步PN碼捕獲方法，其特征在于步驟6所述模值平方累加結(jié)果與預(yù)設(shè)門限的比較通過1個(gè)比較器實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于CDMA2000 1x EV-DO系統(tǒng)的下行同步PN碼捕獲方法，包括步驟將當(dāng)前時(shí)刻s為起始的接收信號緩存M個(gè)半時(shí)隙的數(shù)據(jù)，分別提取出每個(gè)半時(shí)隙導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)；將第n個(gè)半時(shí)隙導(dǎo)頻突發(fā)位置的數(shù)據(jù)與本地PN圖案號為i的第n個(gè)截段數(shù)據(jù)相關(guān)累加；然后再將M個(gè)相關(guān)累加結(jié)果分別求取模值平方，再進(jìn)行累加得到模值平方累加結(jié)果；若模值平方累加結(jié)果超過預(yù)設(shè)門限則成功捕獲；否則計(jì)算其余15種PN圖案對應(yīng)的模值平方累加結(jié)果，若仍然沒有超過預(yù)設(shè)門限，則接收信號起始位置延時(shí)一個(gè)碼片，重新計(jì)算直至成功捕獲。本發(fā)明可在接收信號存在較大的頻率偏移以及Ec/N0較低時(shí)，實(shí)現(xiàn)可靠的下行同步。
文檔編號H04B1/707GK101699773SQ20091019379
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者施英, 許鴻輝, 高原 申請人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司