专利名称：宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法
技术领域：
本发明涉及宽带码分多址系统的移动台定位，特别是宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法。
背景技术：
社会信息化进程越来越快，人们希望能随时随地获取所需信息和进行通信，这对移动通信系统提出了更高的要求。人们在获得高质量的话音、数据、图形、图像等各种信息服务的同时，还希望移动通信系统能给他们带来更多的便利，蜂窝定位技术就是一项随时代潮流应运而生的新兴技术。本发明是涉及宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称“WCDMA”)定位技术的一种实现方法的改进。
在WCDMA通信系统中，主要的定位方法有基于小区标识定位法、观测时间差-下行链路空闲周期(OTDOA-IPDL)定位方法以及网络辅助的全球定位系统(Global Position System，简称“GPS”)定位法。其中，本发明涉及OTDOA-IPDL定位方法。网络观测时间差(UTRAN SFN-SFN observed timedifference)是定位测量单元(Location Measurement Unit，简称“LMU”)测量得到的多个小区的无线信号到达LMU的传播时间差。网络观测时间差用于校正移动台测量得到的移动台观测时间差(UE SFN-SFN observed timedifference type2)。
WCDMA通信系统中，在无线网络控制器(Radio Network Controller，简称“RNC”)的请求之下，LMU根据RNC下发或者自身配置的参考小区、各个邻小区的主扰码信息，进行网络观测时间差的测量并上报。为了获得网络观测时间差测量值，必须首先获得参考小区、以及各个邻小区的公共导频信道帧头信息。LMU需要做公共导频信道帧头搜索处理，来获得参考小区、以及各个邻小区的公共导频信道帧头信息。由此可知，LMU具有以下模块结构，如图1所示，即LMU主要由控制模块101和搜索模块102组成。控制模块101主要负责接收RNC下发的网络观测时间差测量请求，并控制搜索模块102的搜索过程。搜索模块102主要完成参考小区、以及各个邻小区的公共导频信道帧头的搜索处理，以及完成参考小区与各个邻小区之间的网络观测时间差测量值的计算，并把测量结果上报给控制模块101。
现有技术一般通过遍历法做网络观测时间差的初始搜索，来得到每个小区的公共导频信道帧头信息。首先，LMU利用小区主扰码信息，生成本地公共导频信道信号，与接收到的无线信号做匹配滤波处理，其搜索窗宽度是一帧；其次，寻找搜索窗中的相干峰值位置，该峰值即被选定为该小区的帧头；再次，重复上述两步，获得各个小区的帧头信息；最后，利用所获得的参考小区、以及各个邻小区的帧头信息，计算得出参考小区与各个邻小区之间的网络观测时间差测量值。
在做完初始搜索之后，LMU一般上会保存各个小区的帧头信息，以便在后续的跟踪搜索中，可以利用最近一次得到的帧头信息，来快速完成小区帧头的捕获，从而简化后续搜索过程。
在实际应用中，上述方案存在以下问题初始搜索过程中，对每个小区做匹配滤波的搜索窗宽度都是一帧，搜索窗宽度太大，硬件实现极其复杂，对内存等资源耗费严重，且算法复杂度很大，搜索时间会持续得很长。
造成这种情况的主要原因在于，公共导频信道有38400个码片，若仅利用公共导频信道进行搜索，则需进行38400次相干累加运算，过程相当复杂低效。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，使得在只知道参考小区以及若干个邻小区的主扰码信息的情况下，快速地搜索得到参考小区与各个邻小区的公共导频信道帧头，进而得出它们之间的网络观测时间差测量值，该方法可以用较为简单的硬件实现。
为实现上述目的，本发明提供了一种宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，进行网络观测时间差初始搜索时包含以下步骤A定位测量单元根据主同步码搜索主同步信道信号，获得公共导频信道候选时隙头信息；B根据所述候选时隙头信息和各个小区的主扰码信息，搜索公共导频信道信号，获得所述各个小区的公共导频信道帧头信息；C使用所述各个小区的公共导频信道帧头信息，计算参考小区与各个邻小区之间的网络观测时间差的测量初始值。
其中，所述步骤A还进一步包含以下子步骤A1根据所述主同步码利用匹配滤波方式搜索一个时隙宽度的所述主同步信道信号，搜索的相干长度设置为所述主同步码的长度；A2检测匹配滤波处理之后的搜索窗中的相干峰值，将这些相干峰值的位置选为所述公共导频信道候选时隙头的位置，记录所述公共导频信道候选时隙头的位置和相应的相干峰值。
所述步骤B还进一步包含以下子步骤B1设置初始的待搜索小区集；B2输入一个所述候选时隙头信息，根据所述待搜索小区集的信息，检测该候选时隙头对应的公共导频信道帧头和主扰码信息；B3如果本次检测成功，则将该候选时隙头对应的小区从所述待搜索小区集中删除；
B4判断所述候选时隙头是否都已经检测完毕，以及所述待搜索小区集是否为空，如果还有候选时隙头没有经过检测并且待搜索小区集不为空，则选择下一个候选时隙头信息，转入步骤B2。
所述待搜索小区集是无线网络控制器下发或者根据网络规划预先配置的所有小区，包含所述参考小区和各个邻小区。
所述步骤B2还进一步包含以下子步骤B21在候选时隙头位置，利用所述待搜索小区集中各个小区的主扰码所生成的本地公共导频信道信号，逐个与接收到的无线信号作预定相干长度的相干累加处理，得到各个小区的相干值；B22判断所述各个小区的相干值是否超过门限，如果是，则将该候选时隙头确定为该小区的公共导频信道帧头，记录该帧头位置和主扰码信息，标记本次帧头检测成功，进入步骤B3，否则进入步骤B23；B23判断该候选时隙头的位置是否已经后移了一帧，如果是，则标记本次帧头检测失败，进入步骤B3，否则进入步骤B24；B24把该候选时隙头的位置往后移一个时隙，作为新的侯选时隙头，进入步骤B21。
所述预定相干长度的取值范围是256至2048个码片，其典型取值为1024个码片。
所述门限按以下公式计算门限＝PEAKi*(M/N)*C其中，PEAKi为所述主同步码与所述接收到的无线信号进行匹配滤波处理后的第i个相干峰值，对应于第i个公共导频信道候选时隙头；M为本地公共导频信道信号与所述接收到的无线信号的相干长度；
N为所述主同步码与所述接收到的无线信号的相干长度；C为门限系数。
所述门限系数C的取值范围为0.7至0.9，其典型取值为0.8。
所述各个小区的主扰码信息可由宽带码分多址系统的无线网络控制器下发，或者根据网络规划预先配置。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，网络观测时间差的初始搜索过程中，本发明利用主同步信道与公共导频信道时隙头完全对齐的关系以及主同步信道自身的特点，通过一个两级搜索过程，即先利用主同步码在一个时隙长度内搜索得到若干个侯选时隙头；然后，对于每个候选时隙头，推算出一帧中其余的14个时隙头，然后在这15个时隙头中搜索确定出是哪个小区的公共导频信道的帧头；最后，利用各个小区的帧头就可以方便的获得网络观测时间差初始测量值。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即初始搜索过程中，只需在一个时隙2560个码片中搜索便可获得若干个候选时隙头，然后再在这些候选时隙头中确定出各个小区的公共导频信道帧头；而无须从38400个码片中搜索，大大减少了复杂度和搜索时间。此外，在主同步信道搜索过程中，相干长度较小，硬件实现简单且运算过程对内存等计算资源消耗少。
一次搜索获取多个小区的公共导频信道候选时隙头，进一步节省了计算资源的消耗。由于每个小区的主同步码均相同，长度为256码片，且每个时隙重复一次，因此，利用匹配滤波器搜索一个时隙宽度，相干长度设置为256码片，便可以搜索得到信号较强的多个小区的主同步信道时隙头。这些主同步信道时隙头就是公共导频信道候选时隙头。
图1是本发明所涉及的LMU的主要模块图；
图2是根据本发明的一个实施例的网络观测时间差测量流程图；图3是根据本发明的一个实施例的网络观测时间差测量的初始搜索处理流程；图4是根据本发明的一个实施例的多帧头搜索处理流程图；图5是根据本发明的一个实施例的单帧头检测处理流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
与其他测量网络观测时间差的方法一样，本发明在测量过程中，涉及以下几个主要步骤如图2所示，在步骤201中，LMU接收到RNC下发的网络观测时间差测量请求，根据RNC下发的或LMU自身配置的参考小区、各个邻小区的主扰码信息，启动网络观测时间差初始搜索处理过程。
接着进入步骤202，LMU进行网络观测时间差初始搜索处理，初始搜索处理结束之后，保存初始搜索得到的参考小区与各个邻小区的公共导频信道帧头信息，并利用上述帧头信息计算参考小区与各个邻小区之间的网络观测时间差测量初始值。
初始搜索后进入步骤203，转入网络观测时间差周期跟踪搜索处理过程。其处理步骤如下利用最近一次得到的各个小区的公共导频信道帧头信息，进行各个小区的帧头跟踪搜索处理，并完成参考小区与各个邻小区之间的网络观测时间差测量值的计算。
最后是步骤204，判断LMU是否仍需继续测量网络观测时间差，如果是则重复步骤203，否则结束。
本发明区别于以往方法的地方主要体现在步骤202中的网络观测时间差的初始搜索过程，以下对其作详细说明。
如图3所示，是LMU的网络观测时间差测量的初始搜索处理流程，其步骤如下首先，在步骤301中，LMU先搜索主同步信道(P-SCH)信号，获得若干个公共导频信道候选时隙头。由于在WCDMA系统中，任何小区中的主同步信道的时隙头与公共导频信道的时隙头完全对齐，因此，主同步信道的时隙头即为公共导频信道时隙头。此外，又由于在WCDMA系统中，主同步信道具有以下特点任何小区的主同步信道信号均相同，信号确知；主同步码一帧有15个相同时隙，每个时隙2560个码片，而这2560个码片中又平分成10个符号，其中只有第一个符号发送信号；因此，利用匹配滤波器搜索一个时隙宽度，且相干长度只需256个码片，便可以搜索得到信号较强的多个小区的主同步信道时隙头，这些主同步信道时隙头就是各个小区的公共导频信道候选时隙头。一次搜索获取多个小区的公共导频信道候选时隙头，这是本发明方案的一大优势。可以在后续的工作使用穷举法对每一个公共导频信道候选时隙头进行验证，逐一确认每一个小区的公共导频信道帧头。
LMU搜索主同步信道的具体方法如下根据WCDMA移动通信系统中确知的主同步码，利用匹配滤波器搜索一个时隙宽度，相干长度设置为主同步码长度N，检测匹配滤波处理之后的搜索窗中的相干峰值，这些相干峰值即被选为公共导频信道候选时隙头，并记录各个候选时隙头的位置以及相应的相干峰值PEAKi，其中，下标i代表第i个候选时隙头。
通过步骤301得到候选时隙头信息后，进入步骤302利用候选时隙头信息和无线网络控制器下发的各个小区的主扰码信息，启动多帧头搜索处理过程，搜索公共导频信道信号，获得可以检测得到的各个小区的公共导频信道帧头信息。其中，关于多帧头搜索处理流程将在后面的图4详细说明。熟悉本领域的技术人员可以知道，各个小区的主扰码信息也可以是网管人员根据网络规划预先配置的。
最后进入步骤303利用检测成功的各个小区的公共导频信道帧头，计算参考小区与各个邻小区之间的网络观测时间差测量初始值。其具体处理步骤如下得到参考小区帧头与邻小区帧头之间的时间差，并做一些必要的取模运算，以便使这个时间差被限制在-19200至19200个码片之间，该时间差即为参考小区与邻小区之间的网络观测时间差测量初始值。
在上述的步骤302中，为了获得各个小区的公共导频信道帧头信息，需进行多帧头搜索处理。其具体流程如图4所示首先是步骤401，设置初始的待搜索小区集为RNC下发的所有小区，其中包括参考小区和所有邻小区。熟悉本领域的技术人员可以知道，初始的待搜索小区集也可以是网管人员根据网络规划预先配置的。
然后进入步骤402，输入一个公共导频信道候选时隙头信息，根据待搜索小区集信息，启动单帧头检测处理过程，检测该时隙头对应的公共导频信道帧头和主扰码信息。如果单帧头检测成功，则把该时隙头对应的小区从待搜索小区集中删除；否则，不做任何处理。其中，关于单帧头检测处理流程，将在图5详细说明。
接着在步骤403中，判断待搜索小区集是否为空或者候选时隙头都已经检测完毕。如果是，则结束，否则跳返至步骤402。
在上述的步骤402中，所启动的单帧头检测处理过程，其流程如图5所示首先进入步骤501，在公共导频信道候选时隙头位置，利用待搜索小区集中的各个小区的主扰码所生成的本地公共导频信道信号，逐个与接收到的无线信号做相干长度为M的相干累加处理，得到各个小区的相干值。值得说明的是，相干长度M的取值范围为256至2048个码片，其典型取值为1024个码片。熟悉本领域的技术人员可以理解，M的取值的不同并不影响本发明的实质和范围，M的取值大小是复杂度与检测精度两者的折中，M越大，检测精度越高，但是复杂度也越高。
接着进入步骤502，判断各个小区的相干值是否超过门限K，如果超过，则该小区的公共导频信道帧头即被确定为该时隙头，并进入步骤503，记录该小区的帧头位置和主扰码信息，标记单帧头检测成功，接着退出单帧头检测处理过程。如果所有小区的相干值都没有超过门限K，则进入步骤504。上述门限K的计算方法如下K＝PEAKi*(M/N)*C。其中，PEAKi为主同步码与接收到的无线信号进行匹配滤波处理后的第i个相干峰值，对应于第i个公共导频信道候选时隙头；M为本地公共导频信道信号与接收到的无线信号的相干长度；N为主同步码与接收到的无线信号的相干长度。C为门限系数，其取值范围为0.7至0.9，其典型取值为0.8。熟悉本领域的技术人员可以理解，M、N、C取值的不同，并不影响本发明的实质和范围。
在步骤504中，判断候选时隙头的位置是否已经后移了一帧。如果是，则表明在上述处理过程中，没有任何小区的帧头被选定，进入步骤505中并标记单帧头检测失败。否则进入步骤506。
在步骤506中，把候选时隙头往后移一个时隙，作为新的公共导频信道候选时隙头位置，然后跳返至步骤501。
综上所述，本发明在网络观测时间差的初始搜索过程中，利用主同步信道与公共导频信道时隙头完全对齐的关系以及主同步信道自身的特点，通过一个两级搜索过程，即先利用主同步码在一个时隙长度内搜索得到若干个侯选时隙头；然后，对于每个候选时隙头，推算出一帧中其余的14个时隙头，然后在这15个时隙头中搜索确定出是哪个小区的公共导频信道的帧头；最后，利用各个小区的帧头就可以方便的获得网络观测时间差初始测量值。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，其特征在于，进行网络观测时间差初始搜索时包含以下步骤A 定位测量单元根据主同步码搜索主同步信道信号，获得公共导频信道候选时隙头信息；B 根据所述候选时隙头信息和各个小区的主扰码信息，搜索公共导频信道信号，获得所述各个小区的公共导频信道帧头信息；C 使用所述各个小区的公共导频信道帧头信息，计算参考小区与各个邻小区之间的网络观测时间差的测量初始值。
2.根据权利要求1所述的宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，其特征在于，所述步骤A还进一步包含以下子步骤A1 根据所述主同步码利用匹配滤波方式搜索一个时隙宽度的所述主同步信道信号，搜索的相干长度设置为所述主同步码的长度；A2 检测匹配滤波处理之后的搜索窗中的相干峰值，将这些相干峰值的位置选为所述公共导频信道候选时隙头的位置，记录所述公共导频信道候选时隙头的位置和相应的相干峰值。
3.根据权利要求1所述的宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，其特征在于，所述步骤B还进一步包含以下子步骤B1 设置初始的待搜索小区集；B2 输入一个所述候选时隙头信息，根据所述待搜索小区集的信息，检测该候选时隙头对应的公共导频信道帧头和主扰码信息；B3 如果本次检测成功，则将该候选时隙头对应的小区从所述待搜索小区集中删除；B4 判断所述候选时隙头是否都已经检测完毕，以及所述待搜索小区集是否为空，如果还有候选时隙头没有经过检测并且待搜索小区集不为空，则选择下一个候选时隙头信息，转入步骤B2。
4.根据权利要求3所述的宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，其特征在于，所述待搜索小区集是无线网络控制器下发或者根据网络规划预先配置的所有小区，包含所述参考小区和各个邻小区。
5.根据权利要求3所述的宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，其特征在于，所述步骤B2还进一步包含以下子步骤B21 在候选时隙头位置，利用所述待搜索小区集中各个小区的主扰码所生成的本地公共导频信道信号，逐个与接收到的无线信号作预定相干长度的相干累加处理，得到各个小区的相干值；B22 判断所述各个小区的相干值是否超过门限，如果是，则将该候选时隙头确定为该小区的公共导频信道帧头，记录该帧头位置和主扰码信息，标记本次帧头检测成功，进入步骤B3，否则进入步骤B23；B23 判断该候选时隙头的位置是否已经后移了一帧，如果是，则标记本次帧头检测失败，进入步骤B3，否则进入步骤B24；B24 把该候选时隙头的位置往后移一个时隙，作为新的候选时隙头，进入步骤B21。
6.根据权利要求5所述的宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，其特征在于，所述预定相干长度的取值范围是256至2048个码片，其典型取值为1024个码片。
7.根据权利要求5所述的宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，其特征在于，所述门限按以下公式计算门限＝PEAKi*(M/N)*C其中，PEAKi为所述主同步码与所述接收到的无线信号进行匹配滤波处理后的第i个相干峰值，对应于第i个公共导频信道候选时隙头；M 为本地公共导频信道信号与所述接收到的无线信号的相干长度；N 为所述主同步码与所述接收到的无线信号的相干长度；C 为门限系数。
8.根据权利要求7所述的宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，其特征在于，所述门限系数C的取值范围为0.7至0.9，其典型取值为0.8。
9.根据权利要求1所述的宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，其特征在于，所述各个小区的主扰码信息可由宽带码分多址系统的无线网络控制器下发，或者根据网络规划预先配置。
全文摘要
本发明涉及宽带码分多址系统(WCDMA)的移动台定位，公开了一种宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法，使得在只知道参考小区以及若干个邻小区的主扰码信息的情况下，快速地搜索得到参考小区与各个邻小区的公共导频信道帧头，进而得出它们之间的网络观测时间差测量值，该方法可以用较为简单的硬件实现。在这种宽带码分多址系统中的网络观测时间差测量方法中，LMU首先搜索主同步信道信号，获得若干个候选时隙头。然后，结合RNC下发的各个小区的主扰码信息，启动多帧头搜索过程，搜索公共导频信道信号，获得各个小区的公共导频信道帧头信息。最后，根据各个小区的公共导频信道帧头信息，便可以计算得出参考小区与各个邻小区之间的网络观测时间差测量值。
文档编号H04J13/00GK1661945SQ200410007149
公开日2005年8月31日 申请日期2004年2月28日 优先权日2004年2月28日
发明者徐斌 申请人:华为技术有限公司