专利名称：在取样频率偏移效应下的蜂窝搜索方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种用于分码多任务接取系统(code divisionmultiple access，CDMA)的蜂窝搜索方法，特别是关于一种使用三阶段处理的蜂窝搜索方法，其中在第一阶段使用分柜方式(multiple-binmethod)通过频率粗估的方法以降低系统中取样频率偏移的效应(theeffect of clock offset)所造成的影响。
在一分码多任务接取的蜂窝式系统中，被用户装置(userequipment，UE)作为搜索最佳蜂窝的方法被称为“蜂窝搜索”(cellsearch)。快速的蜂窝搜索非常重要，为了减少该用户装置开机延迟时间(switched-on delay)(初始搜索)、增加待机(standby time)(闲置状态搜索)及在换手(handover)(动作状态搜索，active mode search)保持良好的通信连结品质。
在颁给Shou等人的号码为第6,038,250号美国专利中，其标题为“初始化同步方法及直接序列型的分码多任务接取中继台异步蜂窝系统的接收器”(Initial Synchronization Method And Receiver forDS-CDMA Inter Base Station Asynchronous Cellular System)揭示一使用初始化同步方法于高速被搜索的蜂窝及一接收器用于直接序列型的分码多任务接取中继台异步蜂窝系统。一基频带接受信号被输入至一匹配滤波器且相关于一展频码，该展频码由展频码发生器提供。一信号电功率计算器计算匹配滤波器的相关输出的电功率，且输出该结果至长码同步时程决定器(long code synchronization timingdeterminer)、阈值计算器(threshold value calculator)及长码验证器(longcode identitier)。于初始蜂窝搜索期间，该展频码发生器输出一短码，该短码共同于每一基站的控制信道。长码同步时程已被决定后，每一组成一部分合成展频码序列的N码片的码片相继被置换与输出。
在颁给Kim等人的号码为第6,289,007号美国专利中，其标题为“一个在异步分码多任务接取移动通信系统的获得搜索蜂窝基站的方法”(Method for Acquiring A Cell Site Station in AsynchronousCDMA Cellular Communication Systems)，揭示一群码(group code)与蜂窝码为多任务传输的且被用作为一引导码(pilot code)，该引导码用于异步蜂窝分码多任务接取通信系统中的有差别的基站。使用多任务传输码，干扰由于使用两个引导码而减少。一个在异步分码多任务接取移动通信系统的获得搜索蜂窝基站的方法包含一基站控制器、多个移动台及基站、和使用不同序列的不同基站，该搜索蜂窝基站的方法的步骤包含(a)指定该蜂窝的群码作为基站的同相(inphase)信道的引导码；(b)指定该蜂窝的群码作为基站的四分之一(quadrature)信道的引导码；(c)多任务传输该同相(inphase)信道与四分之一(quadrature)信道的引导码及产生一同相与四分之一的引导码。
现请参考
图1，该图将有助于了解一第三代合作计划(3GPP)宽带分码多任务接取/分频多任务系统的帧结构(frame structure)。首先，在第三代合作计划(3GPP)的宽带分码多任务接取/分频多任务系统中，蜂窝搜索是典型上通过三个阶段(three stages)来完成，该三阶段包含两个特别设计的同步信道(synchronization channel，SCH)及一个共同引导信道(common pilot channel，CPICH)。在第一阶段110中，初级同步信道(primary synchronization channel，PSCH)111用于时槽(slot)同步。该初级同步信道111包含有初级同步码(primary synchronizationcode，PSC)定义为acp，其中“a”(＝±1)依赖在基站传送的多样性传送(diversity transmission)存在与否而定。在第二阶段120中，次级同步信道(secondary synchronization channel，SSCH)121用于帧/码群(frame/code group)辨识。该次级同步信道121包含有次级同步码(secondary synchronization code，SSCs)定义为acs，其中系数a等同于初级同步信道的系数。在第三阶段130中，该共同引导信道131用于下传扰乱码(downlink scrambling code)的决定。如图所示，在10毫秒(ms)帧中包含了15个时槽，并且因为在该系统中使用每秒3.84百万码片(Mchips/sec)的速度。因此，每一帧中包含38400个码片，也就是每一时槽中包含2560个码片。此外，该初级同步信道与该次级同步信道长度包含256个码片且仅在该时槽边界的开端传输。
用于第三代合作计划(3GPP)的宽带分码多任务接取/分频多任务系统的传统的蜂窝搜索可被分为两种概括的种类依序式(serial)搜索及导管式(pipelined)搜索。如图2所示，依序式搜索在下一个新的搜索开始之前，需要依序经过三个同步阶段，分别为(1)时槽同步(slotsynchronization)；(2)帧同步/码群判定(frame synchronization/codegroup)；(3)扰乱码(scrambling code)判定。现请参考图2，该图为一用于传统三阶段依序式蜂窝搜索过程的简化图。为简化起见，一完整的三阶段搜索将被称之为一个试验(trial)。在依序式蜂窝搜索中，试验并不重叠，直到该搜索成功为止，也就是说，在一时间内只能有一个阶段在动作，即一时间内只能有一个方框(block)211、方框212与方框213在动作(此处每一方框表示某一试验的某一阶段)，因此消耗较低的功率损失，但花费更长的搜索时间。
此外，如图3所示，导管式搜索的三个阶段则分别同时进行。为详细介绍导管式搜索，请参考图3，该图为一用于传统三阶段导管式蜂窝搜索过程法的简化图。在导管式搜索中，不同阶段的检测同时操作，也就是说试验与试验之间是重叠的。举例来说，方框311、方框321与方框331在同一个试验。明显的，在导管式搜索中，在一个固定的时间内可以有更多可能的试验，也因此得到一个更快的搜索。当然所付出的代价是更大的功率销耗。为了加速蜂窝搜索，因此，该导管式搜索较广泛为人所使用。需注意对导管式搜索而言，比起依序式蜂窝搜索并没有额外的硬件装置是需要的。举例来说，若我们假设每一阶段需要10毫秒的时间，如果该蜂窝搜索在第K次试验成功，则每一次搜索所需要的蜂窝搜索时间为(K+2)×10毫秒(ms)；相比之下依序式搜索则需要K×30毫秒(ms)。
图4为常用的一种简化蜂窝搜索架构图，图中仅显示用以实现上述传统三阶段蜂窝搜索过程的处理单元。该架构400包含一前处理单元410，用以匹配(match)一进入信号405并将该进入信号405以码片速率过取样N次成N个过取样的取样信号，其中该进入信号405的载波频率为f0。该前处理单元410将该进入信号405送至一第一检测单元420，用以将该进入信号作一第一阶段处理，其中第一阶段的处理是指达到一时槽同步。该进入信号405依序进入一第二检测单元430，用以将该进入信号作一第二阶段处理，其中第二阶段的处理是指判定一码群与帧同步。该进入信号400依序进入一第三检测单元440，用以将该进入信号作一第三阶段处理，其中第三阶段的处理是指验证一扰乱码。最后该进入信号405会经由一验证单元450，用以验证该蜂窝搜索是否成功。
然而，一般使用于第三代合作计划宽带分码多任务接取/分频多任务的蜂窝搜索的公知技术中的基本假设是，在发射机的取样频率对接收机为已精确知道，也就是，对用户装置而言，该进入信号载波频率为f0都设定没有频率的偏移。实际上，频率偏移(frequency offset)来自于用户装置的晶体震荡器的频率不稳定，对用户装置而言，即该进入信号载波频率可能会具有频率的偏移量，因此造成载波频率的不确定范围。频率偏移在基频带造成两项效应(1)相位偏移(2)取样频率偏移(clock drift or clock offset)，其中取样频率偏移的部分，在公知技术中尚未被考虑到。该频率偏移造成的取样频率偏移存在于基站与用户装置之间。现请参考表一，该表显示在不同频率偏移的状况下所产生的取样频率偏移，举例来说，在12kHz频率偏移的出现下，在一个30毫秒帧中会有0.69的取样频率偏移，也就是6ppm的取样频率偏移。因此将造成误差信息及增加蜂窝搜索时间。图5a与图5b并非公知技术，但是发明人在考量频率偏移造成的码片偏移时间(clockdrift)效应下在第一检测单元(初级码匹配滤波器)输出的观察图。如图5a与图5b显示，由于频率偏移造成的取样频率偏移效应下，信号位准降低与码片间干扰增加的结果。并且当频率偏移继续增加时，若没有频率偏移估计(frequency offset estimation)，则蜂窝搜索将无法实行。
在一30毫秒的试验中在不同频率偏移所造成的取样频率偏移
表一本发明的次要目的是提供一种使用三阶段处理的蜂窝搜索装置，用于分码多任务接取系统，特别在第一检测单元使用多个平行的次要检测单元以降低取样频率偏移的效应对蜂窝搜索特性劣化的影响。
为达上述的主要目的，本发明提供一种分柜方法，用于在分码多任务接取系统的蜂窝搜索，更特别是用于宽带分码多任务接取系统的蜂窝搜索。根据本发明，一种分柜方法，使用在三阶段处理的蜂窝搜索方法，其中第一阶段处理时槽同步，第二阶段处理码群与帧同步，且第三阶段处理一扰乱码同步。该方法包含下列步骤在该第一阶段处理，该第二阶段处理，及该第三阶段处理时，将一进入信号的载波频率不确定范围分成多个小区域(cell)，每个区域中有一次要载波(sub-carrier)频率；其中该次要载波频率作为在该第一阶段处理，该第二阶段处理，及该第三阶段处理时，该进入信号时的参考频率，且该多个小区域(cell)称为柜(bin)。
根据本发明的一特征，其中该方法特别使用于该蜂窝搜索的第一阶段。
根据本发明的另一特征，其中该进入信号的载波频率不确定范围是指由该进入信号的最大可能频率与最小可能频率之间；其中该载波频率不确定范围是由于晶体震荡器的频率不稳定所造成。
根据本发明的再一特征，其中该多个小区域是以相同的间隔等分该进入信号的载波频率不确定范围。
根据本发明的又一特征，其中该次要载波频率位于该多个小区域的中间。
为达上述的次要目的，本发明提供一种蜂窝搜索装置，用于分码多任务接取系统，该装置处理三个阶段(第一阶段、第二阶段与第三阶段)的蜂窝搜索，该蜂窝搜索装置包含一前处理单元，用以匹配一进入信号并将该进入信号以码片速率过取样N次成N个过取样的取样信号，其中该进入信号的载波频率可能有一不确定范围；一第一检测单元，用以将该进入信号作一第一阶段处理，其中第一阶段的处理是指达到一时槽同步；一第二检测单元，用以将该进入信号作一第二阶段处理，其中第二阶段的处理是指达到一码群与帧同步；一第三检测单元，用以将该进入信号作一第三阶段处理，其中第三阶段的处理是指验证一扰乱码；其中在该第一检测单元、该第二检测单元与该第三检测单元，更包含有多个平行的次要检测单元，该每一个次要检测单元都具一次要载波频率，该次要载波频率位于将该进入信号的载波频率不确定范围分成多个小区域内，且作为该第一阶段、该第二阶段与该第三阶段处理该进入信号时的参考频率；以及一验证单元，用以将该进入信号以一后处理，用以验证该蜂窝搜索是否成功。
根据本发明的一特征，其中只有该第一检测单元更包含有多个平行的次要检测单元，该每一个次要检测单元皆具一次要载波频率，该次要载波频率位于将该进入信号的载波频率不确定范围分成多个小区域内，且作为该第一阶段处理该进入信号时的参考频率。
根据本发明的一特征，其中该进入信号的载波频率不确定范围是指由该进入信号的最大可能频率与最小可能频率之间；其中该载波频率不确定范围由于晶体震荡器的频率不稳定。
根据本发明的一特征，其中该多个小区域是以相同的间隔等分该进入信号的载波频率不确定范围。
根据本发明的一特征，其中该次要载波频率位于该多个小区域的中间。
第2为一用于第三代合作计划(3GPP)宽带分码多任务接取/分频多任务系统的传统的依序式蜂窝搜索方法，(在此例中，每一阶段的过程时间设为10毫秒(ms))；图3为一用于第三代合作计划(3GPP)宽带分码多任务接取/分频多任务系统的传统的导管式蜂窝搜索方法。(在此例中，每一阶段的过程时间设为10毫秒(ms))；图4为常用的一种简化蜂窝搜索架构；图5a与图5b显示，由于频率偏移造成的取样频率偏移效应下，信号位准降低与码片间干扰增加的结果；图6a为根据本发明一实施例的一种分柜方法的示意图；图6b为根据本发明另一实施例的一种分柜方法的示意图；图7为根据本发明实施例的一种蜂窝搜索装置，该装置实行分柜方法；图8为在取样频率偏移效应fΔ＝24kHz下，不同分柜数下的蜂窝搜索方法的特性图。
111初级同步信道 121次级同步信道131共同引导信道211方框212方框 213方框311方框321方框 331方框400蜂窝搜索架构 405进入信号 410前处理单元420第一检测单元 430第二检测单元
440第三检测单元 450验证单元700蜂窝搜索装置 705进入信号710前处理单元720第一检测单元721第一个次要检测单元722第一个次要检测单元723第n个次要检测单元 724第N个次要检测单元730第二检测单元 740第三检测单元750认证单元然而较佳是当该多个小区域(cell)以相同的间隔来等分该载波频率不确定范围。参照图6b，该图为根据本发明另一实施例的一种分柜方法的示意图。该多个小区域(cell)是以相等的间隔来切分该载波频率不确定范围，其中该次要载波频率位于该多个小区域(cell)的中间。设该载波频率不确定范围分成N个柜，则该第n个次要载波频率表示为fn，其中n大于等于1且小于等于N，而第n个次要载波频率为fn如图6b中所示。此种方柜方法的好处是该载波频率不确定范围被切分，因此该多个次要载波频率能更接近该进入信号的载波频率，因此减少该进入信号的载波频率与用作为各阶段蜂窝搜索处理时的参考频率的该次要载波频率的偏移量，因此能有效降低频率偏移的效应下蜂窝搜索的不良特性。
图7为根据本发明实施例的一种蜂窝搜索装置700，该装置700实行分柜方法。该装置具有一前处理单元710，用以匹配一进入信号705并将该进入信号705以码片速率过取样N次成N个过取样的取样信号，其中该进入信号705的载波频率为f0，但该载波频率的偏移量被考虑进去，因此该载波频率具有一载波频率不确定范围。该载波频率不确定范围是指该进入信号的最大可能频率fH与最小可能频率fL之间，如6a或图6b所表示。在此，该前处理单元710将该进入信号705送至一第一检测单元720。根据本发明，若将该载波频率不确定范围分成多个多个柜(bin)，则该第一检测单元720更需包含有多个平行的次要检测单元以处理该多个多个柜(bin)。举例来说，设该载波频率不确定范围分成N个柜，则该第一检测单元720更需包含第一个次要检测单元721、第二个次要检测单元722、、第n个次要检测单元723与第N个次要检测单元724等单元，其中n大于等于1且小于等于N。该每一个次要检测单元都具一次要载波(sub-carrier)频率，该次要载波频率位于每个柜之间，以作为该第一阶段处理该进入信号时的参考频率。该第二检测单元730也具有多个平行的次要检测单元(设为P个)以在第二阶段处理中处理该多个柜(bin)。该第三检测单元740也具有多个平行的次要检测单元(设为Q个)以在第三阶段处理中处理该多个柜(bin)。并且各检测单元的多个平行的次要检测单元的数目并不一定相同。需注意的是，该多个柜(bin)较常使用于该第一检测单元720，也就是，较佳的是，只有该第一检测单元720需要包含有多个平行的次要检测单元以处理该多个柜(bin)。在经过该第一检测单元720，达到一时槽同步，经过该第二检测单元730，判定一码群与帧同步，经过该第三检测单元740，判定一扰乱码之后；该进入信号会经由一验证单元750，用以验证该蜂窝搜索是否成功。
图8为在取样频率偏移效应fΔ＝24kHz下，不同分柜数下的蜂窝搜索方法的特性图。该特性是在第一检测单元中采用具有多个平行的次要检测单元来配合多个分柜。如图所示，当分柜数为一个时，衡量蜂窝搜索的指针，即搜索时间的累积密度函数特性明显的劣化。当分柜数增加至三个时，搜索时间的累积密度函数特性明显提升。分柜数增加至四个时，在即搜索时间的累积密度函数特性并没有更好表现。因此分柜数并非越多越好，而是分柜的数目应尽可能减少至维持正确蜂窝搜索时所能忍受的最低效能。
根据本发明，用于分码多任务接取系统的该蜂窝搜索方法，能在此分码多任务接取系统有效地降低因频率偏移所造成的取样频率偏移效应及快速达到开始同步。根据本发明，用于分码多任务接取系统的该蜂窝搜索装置，能在取样频率偏移效应实现蜂窝搜索装置。根据本发明的方法与装置可用于移动装置与无线个人数字化助理(PDA)系统。
权利要求
1.一种分柜方法，使用在三阶段处理的蜂窝搜索方法，其中一第一阶段处理时槽同步，一第二阶段处理码群与帧同步，且一第三阶段处理一扰乱码同步，其特征是，该方法包含下列步骤在该第一阶段处理，该第二阶段处理，及该第三阶段处理时，将一进入信号的载波频率不确定范围分成多个小区域(cell)，每个区域中有一次要载波(sub-carrier)频率；其中该次要载波频率作为在该第一阶段处理，该第二阶段处理，及该第三阶段处理时，该进入信号时的参考频率，且该多个小区域(cell)称为柜(bin)。
2.如权利要求1所述的分柜方法，其特征是，该方法特别使用于该蜂窝搜索的第一阶段。
3.如权利要求1所述的分柜方法，其特征是，该进入信号的载波频率不确定范围是指由该进入信号的最大可能频率与最小可能频率之间；其中该载波频率不确定范围是由于晶体震荡器的频率不稳定所造成。
4.如权利要求1所述的分柜方法，其特征是，该多个小区域(cell)是以相同的间隔等分该进入信号的载波频率不确定范围。
5.如权利要求1所述的分柜方法，其特征是，该次要载波频率位于该多个小区域(cell)的中间。
6.如权利要求1所述的分柜方法，其特征是，该柜的数目减少至维持正确蜂窝搜索时所能忍受的最低效能。
7.如权利要求1所述的分柜方法，其特征是，该分柜方法为使用于宽频分码多任务接取/分频双工系统。
8.如权利要求1所述的分柜方法，其特征是，该分柜方法为使用于移动装置与无线个人数字化助理(PDA)系统。
9.一种蜂窝搜索方法，用于分码多任务接取系统，该方法中用于三个阶段的蜂窝搜索过程，其特征是，该蜂窝搜索方法包含下列步骤匹配一进入信号，其中该进入信号的载波频率可能有一不确定范围；将该进入信号作以码片速率过取样N次成N个过取样的取样信号；将该进入信号作一第一阶段处理，其中第一阶段的处理是指达到一时槽同步；将该进入信号作一第二阶段处理，其中第二阶段的处理是指判定一码群与帧同步；将该进入信号作一第三阶段处理，其中第三阶段的处理是指判定一扰乱码；其中在该第一阶段处理、该第二阶段处理与该第三阶段处理时，将该进入信号的载波频率不确定范围分成多个小区域(cell)，每个区域中有一次要载波(sub-carrier)频率，该次要载波频率作为各阶段处理该进入信号时的参考频率，且切分频率不确定范围为该多个小区域(cell)称为一分柜过程；以及将该进入信号以一后处理，用以验证该蜂窝搜索是否成功。
10.如权利要求9所述的蜂窝搜索方法，其特征是，该分柜过程特别使用于该蜂窝搜索的第一阶段。
11.如权利要求9所述的蜂窝搜索方法，其特征是，该进入信号的载波频率不确定范围是指由该进入信号的最大可能频率与最小可能频率之间；其中该载波频率不确定范围是由于晶体震荡器的频率不稳定所造成。
12.如权利要求9所述的蜂窝搜索方法，其特征是，该多个小区域(cell)是以相同的间隔等分该进入信号的载波频率不确定范围。
13.如权利要求9所述的蜂窝搜索方法，其特征是，该次要载波频率位于该多个小区域(cell)的中间。
14.如权利要求9所述的蜂窝搜索方法，其特征是，该柜的数目减少至维持正确蜂窝搜索时所能忍受的最低效能。
15.如权利要求9所述的蜂窝搜索方法，其特征是，该分柜方法使用于宽频分码多任务接取/分频双工系统。
16.如权利要求9所述的蜂窝搜索方法，其特征是，该分柜方法使用于移动装置与无线个人数字化助理(PDA)系统。
17.一种蜂窝搜索装置，用于分码多任务接取系统，该装置处理三个阶段(第一阶段、第二阶段与第三阶段)的蜂窝搜索，其特征是，该蜂窝搜索装置包含一前处理单元，用以匹配一进入信号，并将该进入信号以码片速率过取样N次成N个过取样的取样信号，其中该进入信号的载波频率可能有一不确定范围；一第一检测单元，用以将该进入信号作一第一阶段处理，其中该第一阶段的处理是指达到一时槽同步；一第二检测单元，用以将该进入信号作一第二阶段处理，其中该第二阶段的处理是指判定一码群与帧同步；一第三检测单元，用以将该进入信号作一第三阶段处理，其中该第三阶段的处理是指判定一扰乱码；其中在该第一检测单元、该第二检测单元与该第三检测单元，更包含有多个平行的次要检测单元，该每一个次要检测单元都具一次要载波(sub-carrier)频率，该次要载波频率位于将该进入信号的载波频率不确定范围分成多个小区域(cell)之内，且作为该第一阶段、该第二阶段与该第三阶段处理该进入信号时的参考频率；以及一认证单元，用以将该进入信号以一后处理，用以验证该蜂窝搜索是否成功。
18.如权利要求17所述的蜂窝搜索装置，其特征是，只有该第一检测单元更包含有多个平行的次要检测单元，该每一个次要检测单元都具一次要载波(sub-carrier)频率，该次要载波频率位于将该进入信号的载波频率不确定范围分成多个小区域(cell)之内，且作为该第一阶段处理该进入信号时的参考频率。
19.如权利要求17所述的蜂窝搜索装置，其特征是，该进入信号的载波频率不确定范围是指由该进入信号的最大可能频率与最小可能频率之间；其中该载波频率不确定范围是由于晶体震荡器的频率不稳定所造成。
20.如权利要求17所述的蜂窝搜索装置，其特征是，该多个小区域(cell)是以相同的间隔等分该进入信号的载波频率不确定范围。
21.如权利要求17所述的蜂窝搜索装置，其特征是，该次要载波频率位于该多个小区域(cell)的中间。
22.如权利要求17所述的蜂窝搜索装置，其特征是，该柜的数目减少至维持正确蜂窝搜索时所能忍受的最低效能。
23.如权利要求17所述的蜂窝搜索装置，其特征是，该装置使用于宽频分码多任务接取/分频双工系统。
24.如权利要求17所述的蜂窝搜索装置，其特征是，该装置使用于移动装置与无线个人数字化助理(PDA)系统。
全文摘要
本发明提供一种蜂窝搜索方法，用于分码多任务接取系统，特别在第一阶段使用一分柜方式，通过频率粗估的方式以降低取样频率偏移的效应(the effect of clock offset)。该蜂窝搜索方法使用三阶段处理，其中第一阶段处理时槽同步，第二阶段处理码群与帧同步，且第三阶段处理一扰乱码同步。该方法主要包含下列步骤在各阶段处理时，将一进入信号的载波频率不确定范围分成多个小区域(cell)，每个区域中有一次要载波(sub－carrier)频率；其中该次要载波频率是作为各阶段处理该进入信号时的参考频率，且该多个小区域称为柜(bins)。
文档编号H04B7/26GK1459947SQ0212026
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月17日 优先权日2002年5月17日
发明者何建兴 申请人:智邦科技股份有限公司