专利名称：同时检测小区组和循环前缀的方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及通信系统和组件，更具体地涉及适于使用正交频
分复用(OFDM)调制技术的无线通信系统和组件。
背景技术：
为了提供更高的数据速率，诸如全球移动通信系统(GSM)和宽带 码分多址(WCDMA)的演进型移动蜂窝标准将很可能需要诸如OFDM 的调制技术。OFDM是一种信号复用的方法，该方法将可用带宽(BW) 分割为称作子载波的一系列频率。
为了保证从现有的蜂窝系统平滑过渡到使用现有无线电频谱的大容 量、高数据速率系统，新系统必须能够在灵活的BW上工作。已提出第 三代长期演进(LTE)作为新的灵活蜂窝系统。LTE旨在作为WCDMA 标准的演进。LTE将很可能使用OFDM并工作在从1.25 MHz到20 MHz 的BW上。在高BWLTE服务中，将可以实现高达100 Mb/s的数据速率。
预期诸如语音的低速率服务也将使用LTE。因为LTE是针对传输控 制协议/互联网协议(TCP/IP)设计的，所以IP语音(VoIP)将很可能是
承载语音的服务。
LTE的一个重要方面是移动功能。结果，为了使诸如用户设备(UE)
的装置检测其它小区和与其它小区同步，同步符号和小区搜索程序非常 重要。
已提出的用于LTE的小区搜索方案如下
1、禾ll用主同步信号(P-SyS， primary synchronization signal)来检测 新小区的符号定时。此外，因为存在三个P-SyS，所以UE还检测己从小 区发送了哪些P-SyS。各P-SyS的索引标识了组内的小区ID。每5毫秒 (ms)发送P-SyS。2、 禾U用辅助同步信号(S-SyS,secondary synchronization signal)来检 测帧定时和小区组。使用P-SyS的频域表示作为相位基准，然后在频域 中执行S-SyS检测(与不同的S-SyS序列相关)。
3、 根据步骤(1)和步骤(2)，检测小区ID。
4、 读取广播信道(BCH)，以接收小区特定的系统信息。 在LTE中，将存在使用短循环前缀(CP)或长CP长度的可能性。
短CP长度(4.7微秒(psec))将用于小的小区，而长CP长度(16.7psec) 将用于大的小区和广播服务。这样做的意图在于使UE对小区特定CP长 度进行盲检测。这更适宜在利用辅助S-SyS检测帧定时和小区组(上述 小区搜索方案的步骤2)之前执行。如在图1的框图100中所看到的，可 以在时域中迸行盲CP检测。在该情况下，UE对接收到的信号以与OFDM
符号长度相对应的距离z;执行自相关。对相关求和，并计算功率(绝对
值)。峰101A、 101B以7; + &的距离到达，其中Tg是CP长度。根据此 情况，可以在模块102计算CP长度。该时域方法适于单个频率、同步的 网络，诸如数字视频广播-手持(DVB-H)，其中以相同的CP长度发送并 同步来自全部小区的信号。但是，在LTE中通常不是这样的情形。在LTE 中，小区可以以异步模式操作，不同的小区可能具有不同的CP长度。这 又将导致多个相关峰使得时域CP长度检测更加复杂这样的风险。
图2示出LTE中针对长CP 201和短CP 202两种情况的同步信号 (SyS)结构200。在LTE中，长度为0.5 ms的时隙在短CP情况下由7 个OFDM符号组成而在长CP情况下由6个OFDM符号组成。每10个 吋隙，即每5ms，发送SyS。对于LTE的频分双工(FDD)(全双工)， 在时隙的最后一个OFDM符号中发送P-SyS，在倒数第二个OFDM符号 中发送S-SyS。对于时分双工(TDD)，在最后一个OFDM符号中发送 S-SYS，而在下一时隙的第一个OFDM符号中发送P-SyS。
使用低复杂度的盲CP检测方法和装置将是有利的，该方法和装置在 像LTE那样的OFDM蜂窝系统的现有方案中也是鲁棒的。本发明提供了 这样的方法和装置。
发明内容
本发明是一种在无线通信系统中在利用S-SyS检测帧定时和小区组 的小区搜索步骤中同时确定CP长度和小区组的方法、装置和系统。
图1例示在时域中执行盲CP检测的框图2例示在LTE中针对长CP和短CP情况的同步信号(SyS)结构； 图3详细地例示长CP和短CP的SyS定时关系，其中叠加了本发明 所使用的S-SyS FFT定时；
图4提供了本发明的方法的流程图5是适于执行本发明的方法的装置的框图6例示可以执行本发明的方法的系统。
具体实施例方式
本发明是在使用S-SyS来检测帧定时和小区组时，通过对S-SyS的 快速傅立叶变换(FFT)窗口进行时间调节，而在小区搜索过程中同时确 定CP长度和小区组的方法。本发明还包括适于执行本方法的装置和系统。
当检测到P-SyS的5 ms定时时，可以针对长CP和短CP长度两种 情况来计算S-SyS的定时，即，可以确定这两种情况的FFT窗口的布置。 在本发明中，S-SyS的FFT窗口设置在针对长CP和短CP而估计的定时 之间。随后，相对于通过P-SyS确定的信道，将时域中的信道针对长CP 长度进行正相移，而针对短CP进行负相移。因此，在与S-SyS序列相关 之前，对接收的经过频域转换的S-SyS信号进行了正相位校正和负相位 校正，并且使S-SyS序列与这两个经过校正的信号相关。检测到S-SyS 序列和提供最大能量的校正作为小区组和CP的长度。如指出的，在频域 中可以检测CP，避免了常规方法的多峰问题，同时有利地仅使用了一个 FFT处理。因此，本发明的方法是鲁棒的，并具有低复杂度。
在图3中，更详细地示出了长CP和短CP的SyS定时关系，还示出了在本发明中使用的S-SyS FFT定时305。如指出的，为了发现P-SyS 序列以及P-SyS信号定时(提供5 ms定时信息)，装置首先使P-SyS信 号与接收的信号相关。在理想的情况下，检测到时刻(time instant) 301， 但是，特别是由于噪声，可能发现不了正确定时，例如，码片可以不同。 然而，假设确定了理想的定时。装置不知道小区具有长CP还是短CP， 因此，可以是情况302或情况303中的任一种。取决于对有长CP302或 短CP303的确定，装置确实地知道了正确的定时。因此，通常装置可以 在两个位置都设置FFT窗口 ，执行两次FFT运算，随后执行S-SyS检测 以发现最佳匹配。但是，这样的操作需要两次FFT运算，而本发明只需 要一次运算。如指出的，本发明适于在302和303之间具有FFT时刻， 如图3中304所示。优选地在302和303之间的中间选择定时位置，以 针对两种情况引入相等的相移，但本发明不限于该情形。本发明的另一 该实施方式是基于短CP和长CP的概率来放置窗口 。如果较短CP的概 率较大，则更靠近右侧地放置FFT窗口，而如果较短CP的概率较小， 则更靠近左侧地放置窗口。这样做的好处是，在执行S-SyS检测时针对 最大可能的CP长度由于ISI而引入的噪声较小。确定该概率的一种方式 是基于NB小区的CP长度。
从OFDM符号的FFT处理已知，(相对于理想定时)-n个码片的采 样误差给出了连续子载波之间的-27T"/A^r弧度角的旋转，其中AV盯是FFT 的长度。只要采样误差是在CP内，前述关系就为真，因此，如果n是已 知的，在检测处理中可完美地补偿采样误差。如在图3中可见的，FFT 日寸亥(J 304在长CP和短CP两种情况下都在CP之外，因此引入了符号间 干扰(ISI)。采样时间304以OFDM符号长度的5-10%的量级引入了采 样误差，这样的采样误差以7dB到8dB信号失真比(SDR)的量级引入 失真。但是，小区搜索被设计为在-6dB到0dB的信噪比(SNR)范围中 进行检测，即，在噪声强于信号的情况下进行检测。因此，对于典型的 小区搜索情形来说，由于ISI而引入的SDR在幅度上小于SNR，因而， 该ISI只造成了噪声功率的可忽略一部分。
假设在时刻304处的采样导致在长CP (+)和短CP (-)情况中相对于理想定时的土n码片的釆样误差。在子载波k处(其中针对SyS序列
使用A^w子载波)的频域接收S-SyS符号的数学模型现在可写为 f = e—. //A < ， k=1……，L (1)
其中，如果是长CP (正)，贝U+为真，而如果是短CP (负)，则-为 真。使用P-SyS作为相位基准来估计信道//,，因此可以对信道7/,进行均 衡，即，可以确定CP长度以及接收的S-SyS的小区组。可以使用各种技 术来完成均衡。例如，且不作为限制的，可采取以下步骤来执行均衡
S—SjaS
(2)
现在，产生两个去旋转的版本，对每个版本都以与接收的S-SyS的
长CP和短CP相对应的相移进行了相位校正，并且使这两个相位校正的
版本与全部可能的M个S-SyS序列相关，使用了提供最高功率的相关来
确定CP长度以及小区组。数学上；执行下面的步骤
、 (3) =eA."."AW 〖， (4)
小区组，CP长度=
arg
4=i
m=l......M (5)
在图4中提供了例示本发明方法的流程图400。从中可以看出，在 步骤401中，利用P-SyS确定P-SyS定时T，这对应于图3中的301。在 步骤402中，确定了 S-SyS定时，这对应于图3中的304。在步骤403中， 放置FFT窗口，并且对信号进行FFT处理以获得频域S-SyS符号。在步 骤404中，例如根据式(2)对频域S-SyS信号进行均衡，随后根据式(3) 和式(4)进行相位校正。在步骤405中，根据式(5)由提供最大能量 的相关给出了检测到的小区组和CP长度。
在图5中提供了适于执行本发明的方法的装置。图5是本发明的装 置的高级框图500，该装置包括天线501、前端接收器(FeRX) 502、模 数转换器(ADC) 503、 P-SyS相关模块504、 S-SyS定时模块505、快速傅立叶变换模块506、相位校正模块507、信道估计模块508、检测器509 和S-SyS检测器510。从图中可见，可包括UE的该装置适于执行下面的 操作。在天线501处接收到信号并在FE RX 502处解调信号后，在ADC 503 处将信号转换为数字信号。在P-SyS相关模块504处，利用P-SyS确定 P-SyS定时T，这对应于图3中的301。基于来自P-SyS的结果，在S-SyS定时模块505处得到S-SyS定时， 这对应于图3中的304。在FFT模块506处，放置FFT窗口，并对信号 进行FFT处理以获得频域S-SyS符号。例如根据式(2)对频域S-SyS信 号进行均衡，随后根据式(3)和式(4)对频域S-SyS信号进行相位校 正。在S-SyS检测器模块510中，根据式(5)由提供最大能量的相关给 出了检测到的小区组和CP长度。在信道估计单元508中，估计信道H。 针对S-SyS检测，使用P-SyS的f域表示作为用于S-SyS均衡的信道估计 的导频。此外，在检测器509中，使用基准符号(导频)来获得用于数 据均衡和检测的信道估计。图6例示了无线网络600，在该无线网络600中可使用根据本发明 原理的装置。无线网络600包括多个小区站点601A......601N，各站点都包括适于与装置602通信的基站(BS)。装置602可以是任何合适的无线 设备，包括UE、蜂窝无线电话、手持设备、个人数字助理、便携式计算 机或计量装置。本发明不限于移动手持机。可以使用包括固定无线终端 在内的其它类型接入终端。但是，为了简明起见，这里只示出和讨论UE。虚线603示出小区站点601的大概边界。仅仅出于例示和说明的目 的，将小区站点示出为大致的圆形。应非常清楚地理解的是，根据所选 择的小区配置以及自然和人为的障碍物，小区站点常常具有其它不规则 的形状。如在现有技术中公知的，小区站点601由多个扇区(未示出)组成， 各扇区都受到连接到基站的定向天线的照射。图6的实施方式例示了处 于小区中心的基站。另选的实施方式将定向天线设置在扇区的角落中。 本发明的系统不限于任何特定的小区站点配置。、 601B，并与服务 小区601B进行通信。装置602还位于靠近小区站点601B的边缘处。装 置602例行地执行小区搜索以检测在装置602附近的无线网络的基站。 每当装置开启，就执行初始小区搜索以便于搜索和获得无线网络的至少 一个基站。然后，装置继续执行小区搜索以确定附近最强的(多个)基 站并识别可用的基站，如果需要执行切换，则移动站可以转到该可用基 站。为提高这些小区搜索的效率，本发明的系统包括与无线网络结合的 图5的装置。这里描述和例示了通过对S-SyS的快速傅立叶变换(FFT)窗口进行 时间调节而在小区搜索过程中同时确定CP长度和小区组的方法、装置和 系统。尽管已描述了本发明的具体实施方式
，但不意味着本发明受此限 制，本发明旨在范围宽广到本技术领域将允许的范围，并且应同样地理 解本说明书。例如，当存在超过两个CP长度假设时，可以使用本方法。 在这样的情况下，相位去旋转和所使用的采样时刻与各个CP长度假设的 理想采样时刻之间的差成比例。随后可以应用这里所描述的步骤。此外， 尽管以框图的形式示出了本发明的装置，将理解的是，框图可以表示硬 件、软件、固件或其任意组合，并且框图可以由硬件、软件、固件或其 任意组合来实现。另外，框图的特定方面的功能可以通过等效或适当的 结构而获得。例如，可以利用其他傅立叶变换方式而不使用FFT。因此 本领域技术人员将理解，在不偏离所要求的本发明的精神和范围的情况 下，还可以对提供的本发明做出其它修改。
权利要求
1、一种同时检测小区组和循环前缀(CP)的方法，该方法包括以下步骤在与使用长CP或短CP来发送的正交频分复用(OFDM)符号相对应的估计定时之间放置针对辅助同步信号(S-SyS)的单个快速傅立叶变换(FFT)窗口。
2、 一种同时检测小区组和循环前缀(CP)的方法，该方法包括以下步骤在针对长CP的估计定时与针对短CP的估计定时之间放置针对辅助同步信号(S-SyS)的单个快速傅立叶变换(FFT)窗口；针对所述长CP长度，对频域信道执行第一相移；针对短CP，相对于由主同步信号(P-SyS)确定的信道，对频域信道执行第二相移；在与S-SyS序列相关之前，对接收的经过频域转换的S-SyS信号执行相位校正；使所述S-SyS序列与两个经过校正的信号相关；检测所述S-SyS序列和提供最大能量的校正作为所述小区组和CP的长度。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中，定时位置是在所述长CP与所述短CP之间的中间。
4、 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一相移是正相移，而所述第二相移是负相移。
5、 根据权利要求2所述的方法，该方法在用户设备(UE)中使用。
6、 一种同时检测小区组和循环前缀(CP)的方法，该方法包括以下步骤利用主同步信号(P-SyS)来确定所述主同步信号定时T;基于T来确定辅助同步信号(S-SyS)定时；设置单个快速傅立叶变换(FFT)窗口；对所述信号进行FFT处理以获得频域S-SyS符号；对所述频域S-SyS信号进行均衡；对所述信号进行相位校正；和通过提供最大能量的相关来检测小区组和CP长度。
7、 根据权利要求6所述的方法，其中所述均衡步骤是根据下式
8、 根据权利要求6所述的方法，其中所述相位校正步骤是根据下式:
9、 根据权利要求6所述的方法，其中所述提供最大能量的相关是根据下式小区组，CP长度=argm= 1……M。
10、 根据权利要求6所述的方法，该方法在用户设备(UE)中使用。
11、 一种同时检测小区组和循环前缀(CP)的方法，该方法包括以下步骤确定主同步信号(P-SyS)定时；基于所述定时来确定辅助同步信号(S-SyS)定时；放置单个快速傅立叶变换(FFT)窗口；执行FFT;获得S-SyS符号；针对经过相位校正的S-SyS符号来测试S-SyS序列；禾口基于最佳S-SyS相关匹配而获得小区组和CP长度。
12、 根据权利要求ll所述的方法，其中，所述最佳S-SyS相关是根据下式的提供最大能量的相关小区组，CP长度=<formula>formula see original document page 4</formula>
13、 根据权利要求6所述的方法，该方法在用户设备(UE)中使用。
14、 一种同时检测小区组和循环前缀(CP)的装置，该装置包括 用于确定主同步信号(P-SyS)定时的小区搜索单元； 用于基于所述P-SyS定时来确定辅助同步信号(S-SyS)定时的小区搜索单元；用于放置单个快速傅立叶变换(FFT)窗口的单元；用于执行FFT的单元；用于获得多个S-SyS符号的单元；针对经过相位校正的S-SyS符号来测试S-SyS序列的单元；和 用于基于最佳S-SyS相关匹配来获得所述小区组和CP长度的单元。
15、 根据权利要求14所述的装置，该装置与用户设备(UE)结合 使用。
16、 根据权利要求11所述的装置，其中，所述UE包括 天线；前端接收器(FeRX)，其具有连接到所述天线的输入端； 模数转换器(ADC)，其具有与所述前端接收器的输出端相连接的输 入端；P-SyS相关模块，其具有与所述模数转换器的输出端相连接的输入丄山顺；S-SyS定时模块，其具有与所述P-SyS相关模块的输出端相连接的 输入端；快速傅立叶变换(FFT)模块，其具有与所述模数转换器的输出端相 连接的输入端，和与所述P-SyS模块以及S-SyS定时模块的输出端相连 接的输入端；相位校正模块，其具有与所述P-SyS相关模块的输出端相连接的输A丄山 顺；信道估计模块，其具有与所述FFT的输出端相连接的输入端；检测器模块，其具有与所述FFT的输出端和所述信道估计模块的输 出端相连接的输入端；S-SyS检测器，其具有与所述相位校正模块的输出端和所述信道估 计模块的输出端相连接的输入端，其中，在所述P-SyS相关模块处，使用所述主同步信号确定所述主 同步信号定时T和所述辅助同步信号定时，在所述FFT模块处，放置所 述FFT窗口并对所述信号进行FFT处理以获得频域S-SyS符号，在所述 S-SyS检测器模块中通过提供最大能量的相关给出在所述S-SyS检测器模 块中检测到的所述小区组和CP长度。
17、 根据权利要求16所述的装置，该装置在正交频分复用(OFDM) 调制系统中使用。
18、 一种正交频分复用(OFDM)调制系统，该系统包括 利用主同步信号(P-SyS)确定主同步信号定时T的模块； 基于i确定辅助同步信号(S-SyS)定时的模块； 放置快速傅立叶变换(FFT)窗口的模块； 对所述信号进行FFT处理以获得频域S-SyS符号的FFT模块； 对所述频域S-SyS信号进行均衡的模块； 对所述信号进行相位校正的模块；和通过提供最大能量的相关来检测所述小区组和CP长度的模块。
19、 根据权利要求18所述的系统，该系统与用户设备(UE)在长期演进系统中组合使用。
20、 根据权利要求18所述的OFDM调制系统，其中，提供最大能量的所述相关是根据下式 小区组，CP长度=<formula>formula see original document page 5</formula>
全文摘要
本发明涉及同时检测小区组和循环前缀(CP)的方法、相关装置和系统，该方法具有以下步骤利用主同步信号(P-SyS)来确定主同步信号定时τ；基于τ来确定辅助同步信号(S-SyS)定时；放置单个快速傅立叶变换(FFT)窗口；对所述信号进行FFT处理以获得频域S-SyS符号；对频域S-SyS信号进行均衡；对S-SyS信号进行相位校正；以及通过提供最大能量的相关来检测所述小区组和CP长度。
文档编号H04L27/26GK101682605SQ200880021285
公开日2010年3月24日 申请日期2008年6月5日 优先权日2007年6月21日
发明者利夫·威廉松, 本特·林多夫 申请人:Lm爱立信电话有限公司