專利名稱：一種小區(qū)初始搜索快速頻率掃描方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及時分雙工一長期演進通信系統(tǒng) (TDD-LTE)用戶初始化時進行快速頻率掃描，以確定中心頻點和系統(tǒng)帶寬的方法與裝置。
背景技術(shù)：
對于蜂窩移動通信系統(tǒng)來說的，當(dāng)UE開機后，首先需要搜索周邊的小區(qū)，然后選 擇合適的小區(qū)注冊。UE只有在注冊到合適的小區(qū)后，才能夠獲取該小區(qū)及相鄰小區(qū)更詳細(xì) 的信息，以便發(fā)起其它連接。因此，小區(qū)搜索對LTE研究來說是一個重要方面。當(dāng)前的小區(qū) 初始頻點掃描方案大多針對以CMDA為核心的3G系統(tǒng)，與基于OFDM的LTE系統(tǒng)有較大的區(qū) 別，不能直接應(yīng)用于LTE系統(tǒng)。圖1為TDD-LTE幀結(jié)構(gòu)圖。每一個無線幀由兩個半幀構(gòu)成，每一個半幀長度為 5ms。每個半幀由4個常規(guī)子幀和一個特殊子幀構(gòu)成。一個常規(guī)子幀包含兩個時隙，每個時 隙長度為0.5ms。特殊子幀由下行導(dǎo)頻時隙(Downlink Pilot Time Slot, DwPTS)、保護時 隙(Guard Period, GP)和上行導(dǎo)頻時隙(Uplink Pilot Time Slot, UpPTS)三個特殊時隙 構(gòu)成，DwPTS和UpPTS的長度是可配置的，但DwPTS、GP以及UpPTS的總長度等于1ms。每個 時隙包含^；個OFDM符號。小區(qū)搜索的一般方法是依次掃描所有頻點接收信號，通過判斷功率的大小來確 定中心頻點。如以200KHz(LTE =IOOKHz)為間隔，對每一個頻點逐頻搜索，選取功率最大頻 點作為中心頻點，但這種方法速度很慢。為了加快搜索速度，可以先搜廣播信道分配表上的 所有頻點(CDMA)，如果不成功，再搜所有頻點。盡管如此，在搜索頻點很多的情況下，仍需對 許多頻點進行掃描，不能有效提升小區(qū)初搜速度。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，提出了一種改進的 小區(qū)初始搜索的快速頻率掃描算法，包括頻率粗描和細(xì)掃兩個過程。這種方法雖然能較快 確定中心頻點，但與前面兩種方法一樣不能適應(yīng)系統(tǒng)帶寬可選擇的情況(如LTE下行信道 可提供10M、15M和20M三種帶寬)，因此不能應(yīng)用于LTE系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)計的兩步粗掃一步 細(xì)掃方法能通過分窗求功率法快速確定系統(tǒng)帶寬和中心頻點，并對低信噪比和子幀突發(fā)情 況提出了一定的處理機制，具有較強的適應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種小區(qū)初始搜索的快速頻率掃描方法與裝置，使用戶能實現(xiàn) 快速確定中心頻點位置和系統(tǒng)帶寬。本發(fā)明提供的小區(qū)初始搜索的快速頻率掃描方法，依次包括兩步粗掃和一步細(xì) 掃。第一步粗掃，將整個LTE系統(tǒng)頻帶均分為N個窗口(N按實際系統(tǒng)，根據(jù)經(jīng)驗確 定)，并以各窗口中心為中心頻點，接收多幀數(shù)據(jù)并分窗口進行功率測量。依次記錄所有功 率值并根據(jù)功率分布特征進行位圖式的分析，從而確定中心頻點的粗略范圍。第二步粗掃，為第一次粗掃進一步縮小頻率范圍，將上一步確定的分布范圍均分為M個窗口(M按實際計算需要，根據(jù)經(jīng)驗確定)，以各窗口中心為中心頻點，用三種可能的 帶寬(10M，15M和20M三種帶寬)，測量計算出3*M個接收信號功率值，通過分析功率值序列 與相應(yīng)頻點序列形成的位圖式分布特征，從而確定系統(tǒng)帶寬及中心頻點的粗略位置。細(xì)掃，是在第二步粗掃確定的備選中心點附近，以固定的頻率為間隔(LTE信道柵 格)選取可能的小區(qū)中心頻點，以上一步確定的系統(tǒng)帶寬為窗口尺寸，測量各接收信號功 率值。獲得各功率值及對應(yīng)的一組頻點后，按功率值大小對該組備選中心頻點排序。最后， 取最大功率值對應(yīng)的頻點作為中心頻點。本發(fā)明還進一步提出對低信噪比及對子幀突發(fā)情況的處理方法，以增強系統(tǒng)對復(fù) 雜環(huán)境的適應(yīng)性。為了應(yīng)對低信噪比情況，提出了如下方法在第一步粗掃中，如果N個功率值都相 差較小，判定為信噪比較低的情況，則分別采用兩種方案第一種方案是丟棄該幀，繼續(xù)接收下一幀并進行如上判斷，直到功率值相差較大， 再執(zhí)行第二步粗掃及細(xì)掃，最終獲得中心頻點和系統(tǒng)帶寬；第二種方案是在低信噪比情況下仍然對每幀進行處理(基于本發(fā)明提出的兩步 粗掃一步細(xì)掃方案在低信噪比情況下中心頻點定位誤差較小)，如果在連續(xù)η幀內(nèi)，第一步 粗掃中的N個功率值都相差較小，則對這η次結(jié)果進行統(tǒng)計，將備選結(jié)果中被選次數(shù)最多的 中心頻點和系統(tǒng)帶寬作為最終結(jié)果。如果在η幀內(nèi)出現(xiàn)了某次功率差值較大情況，對應(yīng)信 噪比較高情況，則直接將該次結(jié)果作為最終結(jié)果并結(jié)束對后續(xù)幀的處理。為了應(yīng)對子幀突發(fā)情況，每次計算該幀多個子幀的OFDM符號對應(yīng)功率，將數(shù)據(jù)突 發(fā)的影響減至較低水平。在上述的測量功率過程中，包含AGC自動調(diào)節(jié)操作，具體為a調(diào)整終端接收機放大器的自動增益控制至最大，測量某頻點上連續(xù)接收的數(shù)據(jù)， 獲得第一個最大功率值b將終端接收機放大器的自動增益降低一個級別，重新測量該頻點上連續(xù)接收的 數(shù)據(jù)，獲得第二個最大功率值；c計算第二個最大功率值與第一個最大功率值之間的差值，并與設(shè)定的功率差值 門限做比較；d如果差值小于門限，將第二個最大功率值作為所述的該頻點的最大測量功率值， 并結(jié)束該頻點上的最大功率測量；若差值大于門限，則將第二次功率測量值作為第一次功 率測量值，重返步驟b。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)主要不同在于采用兩步粗掃，一步細(xì)掃，并且在分析兩步粗掃 得到的數(shù)據(jù)時采用了位圖式的功率值分布特征分析，能在下行帶寬未知情況下快速確定系 統(tǒng)帶寬的同時，確定中心頻點，誤差在士 IKHz之內(nèi)1 第一步粗掃，以20M為步長將整個LTE帶寬100M均分為5個窗，每個窗覆蓋20M 帶寬；測量各窗功率。通過功率排序及功率值的關(guān)系確定中心頻點粗略分布，將中心頻點范 圍精確到IOM頻率范圍內(nèi)。2 第二步粗掃，以IM為步長將上步確定的IOM窗口均分為10個窗口，以各窗口中 心為中心頻點，測量接收信號功率值。通過分析功率值序列與相應(yīng)頻點序列形成的位圖式 分布特征，確定系統(tǒng)帶寬及中心頻點，將中心頻點范圍精確到IM的頻率范圍內(nèi)。
3 細(xì)掃，以100K為步長將第二步粗掃中確定的IM窗口再均分為10個窗口，分窗 口測量功率并選擇其中功率最大值對應(yīng)的頻點作為中心頻點。本發(fā)明另一目的在于提供一種小區(qū)初始化時確定中心頻點和系統(tǒng)帶寬的搜索裝 置，以實現(xiàn)快速接入。一種小區(qū)搜索的裝置包括射頻模塊，掃描模塊，控制模塊及輸出模塊。射頻模塊 接收無線射頻信號，進行相應(yīng)下變頻，并將信號傳遞給快速掃描模塊進行處理。掃描模塊先 對接收數(shù)據(jù)進行分窗功率計算，將計算結(jié)果輸出至功率分析單元，然后根據(jù)位圖式功率分 布特性調(diào)整下一次分窗的大小及位置，具體表現(xiàn)為兩次粗掃和一次細(xì)掃流程。最后將計算 得到的中心頻點及系統(tǒng)帶寬值傳遞到輸出模塊。控制模塊主要用來AGC功率控制，參數(shù)初 始化以及一些判別規(guī)則的設(shè)置。其中AGC功率控制用于調(diào)整終端接收信號的動態(tài)范圍使接 受放大器工作在線性區(qū)。上述的掃描模塊包括分窗功率計算單元和功率分析單元。分窗功率計算單元計算 以特定頻率為中心一定帶寬內(nèi)的信號功率，并將功率值傳遞給功率分析單元。功率分析單 元通過預(yù)先設(shè)置的一系列判別規(guī)則及位圖式功率分布特性判斷下一步分窗的大小和位置， 并將結(jié)果反饋給分窗功率計算單元，經(jīng)過兩步粗掃和一步細(xì)掃后輸出最終結(jié)果。本發(fā)明通過先作兩步粗掃然后在粗掃基礎(chǔ)上做頻點細(xì)掃，并且對于獲得的功率值 序列與相應(yīng)頻率序列相關(guān)聯(lián)后進行了位圖式的分布特征分析，有效減少了待掃描的頻點 數(shù)，可加快掃描速度。同時利用本發(fā)明內(nèi)容提供的裝置，具有快速測量和準(zhǔn)確測量的優(yōu)點， 能提高用戶的滿意度。


圖1是TDD-LTE幀結(jié)構(gòu)示意圖(5ms切換周期)。圖2是第一次粗掃時功率關(guān)系與中心頻點選擇示意圖。圖3是實現(xiàn)本發(fā)明的算法流程圖。圖4是仿真結(jié)果，對應(yīng)系統(tǒng)帶寬為10M，15M，20M，信噪比為5db，中心頻點隨機選取 情況下，測量次數(shù)為100時的測量系統(tǒng)帶寬及中心頻點分布；圖5是本發(fā)明的小區(qū)快速頻點掃描的裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式頻率掃描的實施方案如下第一次粗掃在執(zhí)行第一次粗掃描的時候，在LTE總頻帶2300MHz至2400MHz中， 以20MHz為窗口長度，初始中心頻率從2310MHz開始，順序測量5個最大功率值。將5個功 率值從大到小排列。取最小兩個功率值的均值作為系統(tǒng)的噪聲功率。如果所有5個功率值 相差不大，即對應(yīng)信噪比較低的情況，設(shè)置標(biāo)志Flag = 1，表示處理完該幀數(shù)據(jù)后，繼續(xù)等 待下一幀數(shù)據(jù)進行同樣處理。如果在較短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)信道信噪比變高，對應(yīng)上述功率差值 較大，則直接處理完該幀后使用該結(jié)果并將FLAG置為0，表示不需對下一幀進行處理。如果 信道一直處于低信噪比情況，則處理一定數(shù)量幀(如10幀)后，將結(jié)果中出現(xiàn)概率最高的 中心頻點和帶寬作為該情況下結(jié)果。該方案能對提高低信噪比情況下的定位中心頻點準(zhǔn)確 率，同時保證處理時間不會太長。本方案對子幀突發(fā)的處理主要體現(xiàn)在求取功率時取多個子幀的OFDM符號進行計算。這樣在保證準(zhǔn)確率的同時減少運算量。將最大功率值和次大功率值分別減去噪聲功率后，做比值(次大功率除以最大功 率)。在第一次粗掃后，對得到的數(shù)據(jù)進行比較，為第二次粗掃縮小范圍。判決規(guī)則如下5_1)如果以上比值大于閾值Pthl_ratio(—般取0. 1)，并且對應(yīng)最大和次大功 率值的兩個20MHz頻帶相鄰，則認(rèn)為系統(tǒng)頻帶位于這兩個頻帶交接處附近。將頻率較小的 20MHz頻帶的中心頻率記為fcl，測量的功率值記為Pl ；頻率較大的20MHz頻帶的中心頻率 記為fc2，測量的功率值記為P2(都已減去噪聲功率)。5_1_1)如果P1/P2或者P2/P1大于閾值Pth3(—般取0.9)，可以確定小區(qū)的 中心頻率靠近(fcl+fc2)/2。下一步中心頻率粗掃范圍確定在((fcl+fc2)/2+fcl)/2至 ((fcl+fc2)/2+fc2)/2 之間。5_1_2)如果P1/P2或者P2/P1小于閾值Pth3并且P2-P1大于閾值Pth2 ( 一般取 0)，可以確定小區(qū)的中心頻率靠近fc2。下一步中心頻率粗掃范圍確定在了(fcl+fc2)/2至 fc2之間。5_1_3)如果P1/P2或者P2/P1小于閾值Pth3并且P1-P2大于閾值Pth2，可以確 定小區(qū)的中心頻率靠近fcl。下一步中心頻率粗掃范圍確定在fcl至(fcl+fc2)/2之間。5_2)如果上述比值小于閾值Pthl_ratio，或者最大和次大功率值對應(yīng)的兩個 20MHz頻帶不相鄰?？梢源_定中心頻率在靠近fcl處，所以下一步中心頻率粗掃描的范圍可 以確定在fcl-5MHz至fcl+5MHz之間。第二次粗掃將第一次粗掃確定的IOMHz頻帶窗口均分為10個IMHz的子窗口。 分別以這10個子窗口中心為fc，系統(tǒng)帶寬分別為10MHz，15MHz, 20MHz三種情況下，測量出 10個功率值，然后在三種帶寬情況下，分別按照功率從大到小的順序排列成備選頻帶。取 相同帶寬下的10個功率值中最大的5個功率值做方差，方差最大的所對應(yīng)的帶寬為系統(tǒng)帶 寬。為了減少誤差，需要查看各個可能系統(tǒng)帶寬下測量的10個功率值并做單調(diào)性檢驗。上述的單調(diào)性檢查是指檢查最大的5個功率值或最小的5個功率值是否成單調(diào)分 布。若單調(diào)遞增，則向功率值變大的方向再選取5個間隔為IMHz頻點并測量功率(前面測 得的10個頻點只需保存后5個)。若單調(diào)遞減，則向功率值變小的方向取5個間隔為IMHz 的頻點并測量功率(前面測得的10個頻點只需保存前5個)。循環(huán)直到不再滿足上述的單 調(diào)性。第三步細(xì)掃在以上得到的IMHz的窗口內(nèi)以IOOKHz為步長，取11個頻點作為fc， 并使用以上得到的系統(tǒng)帶寬，分別測量11個功率值，取最大值對應(yīng)的頻點作為最終中心頻
點O上述方案各步驟測量功率時都需考慮AGC調(diào)整策略。由于終端接收信號的動態(tài)范 圍很大，要測量比較不同頻點的信號功率大小，接收機放大器就必須工作在線性工作區(qū)。采用的方法是通過比較放大器在不同工作頻點時的測量值來判斷接收機是否工 作在飽和區(qū)，并由此來調(diào)整AGC ；具體步驟如下1)先將接收機放大器增益(AGC)調(diào)整至最大，在某一頻點fn上連續(xù)一幀數(shù)據(jù)測量 該頻點fn的最大功率值，記為Pl。2)將AGC增益降低一個級別(如IOdb)，按上述步驟中的過程重新測量該頻點fn的最大功率值，記為P2。3)設(shè)定功率差值門限Pth (門限根據(jù)計算要求確定，如取3db)，比較兩次測量的最 大功率值P2-P1，如果差值小于Pth，說明兩次測量接收機都接近線性工作區(qū)，則認(rèn)為該頻 點的功率值為P2。如果差值大于Pth，說明至少有一次接收機工作在飽和區(qū)，剔除第一次測 量功率值，并將第二次測量功率值作為第一次測量的最大功率值P1 = P2，返回步驟2)。4)如果接收機增益AGC已經(jīng)降至最低級別，則取該頻點對應(yīng)地最大功率值為P = P2，測量結(jié)束。本發(fā)明還提供一種小區(qū)初始化時快速頻率掃描確定小區(qū)系統(tǒng)帶寬和中心頻點的 裝置。圖5是該裝置的結(jié)構(gòu)圖。該裝置包括射頻模塊、掃描模塊、控制模塊以及輸出模塊。所述的射頻模塊接收無線射頻信號，進行相應(yīng)下變頻，并將信號輸出給掃描模塊 進行處理。掃描模塊先對接收數(shù)據(jù)進行分窗功率計算，然后根據(jù)功率分布特性調(diào)整每次功 率分窗的大小及位置，具體表現(xiàn)為兩次粗掃和一次細(xì)掃的流程，并將計算所得中心頻點及 系統(tǒng)帶寬值傳送至輸出模塊?？刂颇K實現(xiàn)AGC功率控制，參數(shù)初始化及設(shè)定判別規(guī)則等 功能；其中AGC功率控制用于調(diào)整終端接收信號的動態(tài)范圍使接受放大器工作在線性區(qū)。 具體實現(xiàn)參見發(fā)明內(nèi)容部分。所述的掃描模塊包括分窗功率計算單元和功率分析單元。分窗功率計算單元計算 以特定頻率為中心一定帶寬內(nèi)的信號功率，并將功率值發(fā)送至功率分析單元。功率分析單 元根據(jù)預(yù)先設(shè)置的一系列判別規(guī)則及位圖式功率分布特征將下一次分窗的大小和位置反 饋給前一單元，迭代計算逼近目標(biāo)值。經(jīng)過兩次反饋(分別為第二次粗掃和一次細(xì)掃)得 到最終的系統(tǒng)帶寬和中心頻點，傳送至輸出模塊。在具體實施中，可以根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容及裝置做適當(dāng)修改以適應(yīng)具體情況的需要。 根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式
只是起示范作用，并不用以限制本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種小區(qū)初始搜索的快速頻率掃描方法，其特征在于具體步驟包括兩步粗掃和一步細(xì)掃第一步粗掃，將整個LTE系統(tǒng)頻帶均分為N個窗口，并以各窗口中心為中心頻點，接收多幀數(shù)據(jù)并分窗口進行功率測量；依次記錄所有功率值并根據(jù)功率分布特征進行位圖式的分析，從而確定中心頻點的粗略范圍；第二步粗掃，為第一次粗掃進一步縮小頻率范圍，將上一步確定的分布范圍均分為M個窗口，以各窗口中心為中心頻點，用三種可能的帶寬10M，15M，20M，測量計算出3*M個接收信號功率值，通過分析功率值序列與相應(yīng)頻點序列形成的位圖式分布特征，從而確定系統(tǒng)帶寬及中心頻點的粗略位置；所述的細(xì)掃，是在第二步粗掃確定的備選中心頻點附近，以固定的頻率為間隔選取可能的小區(qū)中心頻點，以上一步確定的系統(tǒng)帶寬為窗口尺寸，測量各接收信號功率值，獲得各功率值及對應(yīng)的一組頻點后，按功率值大小對該組備選中心頻點排序；最后，取最大功率值對應(yīng)的頻點作為中心頻點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小區(qū)初始搜索的快速頻率掃描方法，其特征在于還包括對低 信噪比及子幀突發(fā)情況的處理方法，以增強系統(tǒng)對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性；對低信噪比情況在第一步粗掃中，如果N個功率值都相差較小，判定為信噪比較低的 情況，則采用如下兩種方案之一第一種方案是丟棄該幀，繼續(xù)接收下一幀并進行如上判斷，直到功率值相差較大，再執(zhí) 行第二步粗掃及細(xì)掃，最終獲得中心頻點和系統(tǒng)帶寬；第二種方案是在低信噪比情況下仍然對每幀進行處理，如果在連續(xù)η幀內(nèi)，第一步粗 掃中的N個功率值都相差較小，則對這η次結(jié)果進行統(tǒng)計，將備選結(jié)果中被選次數(shù)最多的中 心頻點和系統(tǒng)帶寬作為最終結(jié)果；如果在η幀內(nèi)出現(xiàn)了某次功率差值較大情況，對應(yīng)信噪 比較高情況，則直接將該次結(jié)果作為最終結(jié)果并結(jié)束對后續(xù)幀的處理；對子幀突發(fā)情況，每次計算該幀多個子幀的OFDM符號對應(yīng)功率，將數(shù)據(jù)突發(fā)的影響減 至較低水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小區(qū)初始搜索的快速頻率掃描方法，其特征在于在上述的功率測量過程中，包含AGC自動調(diào)節(jié)操作，具體步驟為a、調(diào)整終端接收機放大器的自動增益控制至最大，測量某頻點上連續(xù)接收的數(shù)據(jù)，獲 得第一個最大功率值；b、將終端接收機放大器的自動增益降低一個級別，重新測量該頻點上連續(xù)接收的數(shù) 據(jù)，獲得第二個最大功率值；C、計算第二個最大功率值與第一個最大功率值之間的差值，并與設(shè)定的功率差值門限 做比較；d、如果差值小于門限，將第二個最大功率值作為所述的該頻點的最大測量功率值，并 結(jié)束該頻點上的最大功率測量；若差值大于門限，則將第二次功率測量值作為第一次功率 測量值，重返步驟b。
4.一種如權(quán)利要求1所述的小區(qū)初始搜索的快速頻率掃描方法的實現(xiàn)裝置，其特征在 于該裝置位于移動終端，包括射頻模塊、掃描模塊、控制模塊以及輸出模塊；其中，射頻模塊 接收無線射頻信號，進行下變頻后將數(shù)據(jù)傳輸給掃描模塊進行處理；掃描模塊先對接收數(shù)據(jù)進行分窗功率計算，然后根據(jù)位圖式功率分布特性調(diào)整后續(xù)分窗的大小及位置，并將最終確定的中心頻點及系統(tǒng)帶寬值傳輸?shù)捷敵瞿K；控制模塊用來進行AGC功率控制，參數(shù) 初始化及判別規(guī)則的設(shè)置；所述的掃描模塊包括分窗功率計算單元和功率分析單元；分窗功率計算單元測量以特 定頻率為中心一定帶寬內(nèi)的信號功率，然后將結(jié)果傳遞給功率分析單元；功率分析單元根 據(jù)預(yù)先設(shè)置的一系列判別規(guī)則及位圖式功率分布特征判斷下一步分窗的大小和位置，并將 結(jié)果反饋給分窗功率計算單元，經(jīng)過兩步粗掃和一步細(xì)掃后輸出最終結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為小區(qū)初始搜索的快速頻率掃描方法與裝置。該方法包括兩步粗掃和一步細(xì)掃。第一步粗掃將整個LTE系統(tǒng)頻帶均分為N個窗口，接收多幀數(shù)據(jù)分窗口測量功率并根據(jù)其功率值分布特征確定中心頻點的粗略分布范圍；第二步粗掃將確定的范圍均分為M個窗口，分別測量功率并以位圖方式分析功率分布特征，從而確定系統(tǒng)帶寬及粗略的中心頻點；細(xì)掃是在確定的備選中心頻點附近，以固定的頻率為間隔，以已確定的系統(tǒng)帶寬為窗口長度測量各功率，取最大功率值對應(yīng)的頻點作為中心頻點。本發(fā)明還提供了上述方法的實現(xiàn)裝置。本發(fā)明有效減少了待掃描的頻點數(shù)，可加快掃描速度，提高測量準(zhǔn)確性。
文檔編號H04B1/707GK101883411SQ20101018643
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者唐堯, 楊彥東, 譚偉 申請人:復(fù)旦大學(xué)