专利名称：一种tdd-cdma系统中用于移动终端的小区搜索方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信系统，尤其涉及一种TDD-CDMA系统中用于移动终端的小区搜索方法及装置。
背景技术：
在采用码分多址(CDMA)技术的无线通信系统中，在移动终端建立初始同步(初始捕获)或由于移动终端的移动而进行小区切换时，需要进行小区搜索操作。
在包括宽带码分多址/频分双工(WCDMA/FDD)，宽带码分多址/时分双工(WCDMA/TDD)，TD-SCDMA等的DS-CDMA系统中，应用了一些特殊的同步信号，例如WCDMA中的SCH，TD-SCDMA中的SYNC_DL。这些信号由基站在下行链路中发送，移动台通过搜索同步信号与基站建立并保持同步。
目前，大多数小区搜索方式利用了同步码的自相关特性。
图1显示了采用相关器实现小区搜索的基本框图。同步码产生器10生成本地同步码，本地同步码和接收到的信号一起被送入相关器12。由于同步码的自相关特性，如果本地生成的同步码和接收信号匹配(即具有相同的信号序列和相同的相位)时，则相关器12的积分器121将输出一个峰值。否则，相关器12将输出较小值。控制器11用于控制本地同步码序列和相位。为了搜索相关器12的输出峰值，相关器12必须扫描所有可能的同步码序列和相位。例如，在TD-SCDMA系统中有32个不同种类的下行同步信号SYNC-DL序列。而，SYNC-DL的搜索窗是一个子帧，即6400个码片。那意味着至少有6400个相位的可能性。因此，总共需要302800次(6400×32)相关操作。
为降低小区搜索的时间，已经提出了很多算法和方法，例如用多个并行相关器，见国际公布号为WO00/67396的专利《异步通信系统中小区搜索装置和方法》中的图5。但是这些方法需要更多硬件资源。
图2显示了TD_SCDMA标准化的子帧结构。子帧的长度是5ms，即6400个码片。每个子帧划分为7个主时隙(TS)，每个时隙675us，以及3个特殊时隙96码片的DwPTS(下行链路导频)，96码片的保护期(GP)和UpPTS(上行链路导频)。正常时隙(包括Td和Tu)的长度是0.675ms即864个码片。最后的16个码片作为保护期。
DwPTS可以用作下行链路的导频和同步信道，它由基站(NodeB)全功率发射。该时隙由64个码片的SYNC_DL和32个码片的保护期组成。SYNC_DL的内容是一组Gold code。UpPTS可以用作上行链路的导频和同步信道。它通常由128个码片的SYNC_UP和32个码片的保护期组成。保护期时隙被用作基站(NodeB)的发射到接收的转换点。它有75us(96码片)的时间长度。
如上文，同步信号(SYNC_DL)之前有48码片的保护期，之后有96码片的保护期。为了克服多址干扰，在这些保护期，基站和移动终端的发射器都将保持静默状态，即不发送信号。图3显示了TD_SCDMA系统一个子帧的功率脉冲图。可以看到，在保护期出现功率凹陷。
而且，TD_SCDMA系统中，要求下行链路同步码(SYNC_DL)以全功率级发射。那意味着SYNC_DL的强度通常比噪声的强度大，是可检测到的。图4显示了一个SYNC_DL功率脉冲的例子，这里显示了一个64码片宽的功率脉冲，它的前后各有一段较长的保护期(即功率凹陷)。而且，在TD_SCDMA子帧中，这个64码片的功率脉冲只出现一次，因此我们可以通过搜索这个唯一的SYNC_DL的64码片功率脉冲建立粗同步。
发明内容
本发明提出了一种TD-SCDMA中用于移动终端的小区搜索方法。这种方法先通过下行同步信号功率脉冲搜索得到一个粗略的时间同步，并基于该粗略的时间同步，开一个时间搜索窗。在这个时间搜索窗内用传统的相关方式搜索下行同步信号。因此，在本发明中传统的相关搜索将被限制在一个很窄时间窗内而不是整个时间周期，可减少相关运算。
本发明是这样实现的一种TDD-CDMA系统中的快速小区搜索方法，该方法包括以下步骤a、根据脉冲功率搜索基站发出的信号；b、如果搜索到类似于下行同步信号的信号，则获得一个粗略的时间同步参数；c、基于粗略的时间同步参数，打开一个搜索时间窗，在该时间窗内搜索下行同步信号；d、如果未步骤c中未搜索到下行同步信号，则在整个时间周期内搜索下行同步信号。
其中，步骤a中包括以下步骤a1、定义一个匹配模板；
a2、计算接收到的信号的功率；a3、将所有接收到的信号与该匹配模板作比较。
该匹配模板的参数是这样定义的H1是匹配模板的保护期功率门限；H2是匹配模板的下行同步信号功率门限；L1是匹配模板的保护期的时间长度；L3是匹配模板的下行同步信号时间长度。
步骤a2中通过取信号的实部和虚部得到信号的脉冲功率。
步骤a3中定义一个自信度变量，用于衡量接收到的信号与匹配模板之间的相似性。并用自信度变量作判断，如果自信度变量达到预定的门限值，则认为搜索到了下行同步信号功率脉冲。
步骤a3还包括以下步骤a3-1、检查信号脉冲之前的保护期；a3-2、检查信号脉冲期间；a3-3、检查信号脉冲之后的保护期。
检查信号脉冲之前的保护期包括检测器比较信号脉冲功率和H1的大小，如果信号脉冲功率比H1低，自信度变量增加设定值；否则，自信度变量减小设定值。检查信脉冲期间包括检测器比较信号脉冲功率和H2的大小，如果信号脉冲功率比H1高，自信度变量增加设定值；否则，自信度变量减小设定值。检查信号脉冲之后的保护期包括检测器比较信号脉冲功率和H1的大小，如果信号脉冲功率比H1低，自信度变量增加设定值；否则，自信度变量减小设定值。
步骤a3中每个脉冲期间内，在各个时刻将搜集到的信号脉冲功率和匹配模板功率作比较。或者在设定的多个检测点上将搜集到的信号脉冲功率与匹配模板功率作比较。
本发明的有益效果为在对下行同步信号进行传统的相关搜索之前，先进行下行同步信号的功率脉冲搜索，得到一个粗略的时间同步参数，再在基于此时间的时间窗内进行传统的相关搜索，可以大大减少搜索下行同步信号的时间，简化传统搜索的运算量。
附图简要说明图1是用于小区搜索的相关器；图2是TD-SCDMA系统的子帧结构；图3是TD-SCDMA系统的帧功率脉冲；
图4是DwPTS的功率脉冲；图5是采用功率脉冲检测的小区搜索方法；图6是下行同步信号SYNC_DL功率脉冲的匹配模板；图7(a)、(b)是一种功率脉冲检测方法；图8(a)、(b)是一种功率脉冲检测方法的简化方法；图9是包括TDD-CDMA系统中的小区搜索装置的移动台；图10是TDD-CDMA系统中的小区搜索装置。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明对进一步的详细说明。
如图5所示为本发明的方法流程图。
移动台搜索基站发出的下行同步信号SYNC_DL功率脉冲(步骤51)，该脉冲的特征是在其两端具有长保护期的64码片长功率脉冲。
判断是否找到下行同步信号SYNC_DL功率脉冲(步骤52)，如果搜索到SYNC_DL功率脉冲，将得到一个粗略的时间参数。基于该粗略的时间参数，打开一个搜索时间窗，并在该时间窗内用传统的相关方法搜索下行同步信号SYNC_DL(步骤53)。判断是否搜索成功(步骤54)，如果搜索成功，则结束搜索；如果搜索失败，则用传统的相关方法在整个子帧搜索下行同步信号SYNC_DL(步骤55)。
如果未搜索到SYNC_DL功率脉冲，则也用传统的相关方法在整个子帧搜索下行同步信号SYNC_DL(步骤55)。并判断是否搜索成功(步骤56)，如果是，则小区搜索成功(步骤57)，如果否，则小区搜索失败(步骤58)。
下面将描述移动台搜索基站发出的下行同步信号SYNC_DL功率脉冲的方法。为了进行功率脉冲搜索，定义了一个匹配模板，用于和接收信号进行比较。两者越匹配，则说明该接收信号越有可能是下行同步信号SYNC_DL。如图6所示为下行同步信号SYNC_DL的匹配模板。
该匹配模板的参数是这样定义的H1是匹配模板的保护期功率门限，对应于下行同步信号SYNC_DL的保护期功率，即下行同步信号的保护期功率应该小于H1；H2是匹配模板的SYNC_DL功率门限，对应于下行同步信号SYNC_DL的功率，即下行同步信号SYNC_DL的功率应该大于H2；
L1是匹配模板的保护期的最小时间长度，对应于下行同步信号SYNC_DL的保护期时间长度，即下行同步信号SYNC_DL两端的保护期时间长度应该不小于L1；L2是过渡期，即匹配模板的SYNC_DL功率脉冲两端分别定义的一段期间。这是考虑到多径无线传播以及功率放大器功率爬升/下降过程的影响，所以在模板脉冲的两端分别设计了两个时间长度为L2的过渡期，过渡期的功率是不计的；以及L3是匹配模板的SYNC_DL时间长度，对应于下行同步信号SYNC_DL的时间长度。很明显，L3应该小于64码片而大于(64-2*L2)码片。
当然，在实际的环境中，这些参数可根据情况进行调整。
如图7所示为下行同步信号的功率脉冲搜索流程图。
从移动台接收到的信号中收集一组信号r(i)，其中i是该一组信号中某个信号的采样时间，i在0-N之间(步骤701)；计算该信号的功率p(i)＝|r(i)|2；(步骤702)定义一个时间变量t，并初始化为0；(步骤703)将用于衡量收到信号r(i)和匹配模板之间相似性的自信度变量‘credit’初始化为0，并将计数器置为0(步骤704)；然后将信号r(i)与该匹配模板作比较，根据一定的规则可得到一个credit的值，该规则是这样的首先，检查信号r(i)脉冲之前的保护期检测器比较p(k)和H1(步骤705)，其中k＝t到t+L1-1，如果p(k)比H1低，变量credit加1(步骤706)；否则，减1(步骤707)；同时检测器每在一个时刻进行完一次比较，计数器加1。当计数器的值大于L1时，保护期的比较完毕，计数器置零(步骤709)。
其次，检查信号r(i)脉冲期间检测器比较p(k)和H2(步骤710)，其中k＝t+L1+L2到t+L1+L2+L3-1，如果p(k)比H1高(步骤711)，变量credit加1；否则，减1(步骤712)；检测器每在一个时刻进行完一次比较，计数器加1。当计数器的值大于L3时，信号脉冲期间的比较完毕，计数器置零(步骤713)。
最后，检查信号r(i)脉冲之后的保护期检测器比较p(k)和H1(步骤715)，其中k＝t+L1+2*L2+L3到t+2*L1+2*L2+L3-1，如果p(k)比H1低，变量credit加1(步骤716)；否则，减1(步骤717)；检测器每在一个时刻进行完一次比较，计数器加1，当计数器的值大于L1时，保护期的比较完毕，计数器置零(步骤718)。
当整个信号与匹配模板的比较都结束后，将得到一个自信度credit的值。自信度越大，表明该信号越接近下行同步信号SYNC_DL脉冲。在本实施例中，credit的值在-2*L1-2*L2-L3到2*L1+2*L2+L3之间。
接着，用自信度变量credit作判断如果自信度变量credit比确定的门限credit_threshold大(步骤720)，则认为搜索到了下行同步信号SYNC_DL功率脉冲；否则认为没有搜索到下行同步信号SYNC_DL功率脉冲，进入下面的判断。
判断是否已将所有收集到的信号r(i)都与匹配模板作过比较(步骤720)。判断标准为如果t+每次完整的比较所需的时间大于N，则表示已将所有收集到的信号r(i)都与匹配模板作过比较，即在每个时刻都作过比较了。如果是，则认为没有搜索到下行同步信号SYNC_DL功率脉冲；否则，使t＝t+1(步骤721)，返回初始化自信度变量credit的那一步，再对下一时刻的信号r(i)脉冲进行匹配，直到将收到的那组信号全部匹配过。
如图8所示为图7所示方法的简化方法，它能够实现快速功率脉冲搜索。本方法与图7中相同的部分将不再赘述。
1、简化功率计算的操作(步骤802)。用下式近似替代信号的功率P(i)＝abs(real[r(i)])+abs(image[r(t)])其中real( )是取复数的实部，而image( )是取复数的虚部。上式的结果反映信号的强弱。
故可用这种方法，来避免图7中的平方操作即p(i)＝|r(i)|2。
2、简化匹配操作。在图7的方法中，检查了匹配模板中的所有信号。所以对一次完整的脉冲匹配操作要求总共2*L1+L3个比较操作。但是，从前面的TD-SCDMA系统的帧结构的介绍中，我们注意到下行同步信号SYNC_DL功率脉冲的特点可被简化为一个上升过程和一个下降过程，它们之间的间隔是64个码片。因此，与上述图7中的方法不同的是，该方法只要检查其中一些特殊的重要的点，即图6中的检测点1，检测点2，检测点3和检测点4。SYNC_DL功率脉冲的检查规则被简化成如下方法在检测点1检测W个码片的信号(步骤805)，如果信号功率比H1低，则cedit加1(步骤806)，否则，减1(步骤807)；在检测点2检测W个码片的信号(步骤810)，如果信号功率比H2高，则cedit加1(步骤811)，否则，减1(步骤812)；在检测点3检测W个码片的信号(步骤815)，如果信号功率比H2高，则cedit加1(步骤816)，否则，减1(步骤817)；
在检测点4检测W个码片的信号(步骤820)，如果信号功率比H1低，则cedit加1(步骤821)，否则，减1(步骤822)。
其中，W是比L1和L3小的参数。在这四个点比较完毕后，将得到一个credit的值，接下来进行与图7相同的步骤。
本发明方法可以用软件实现，软件代码可以存储在ROM，FLASH等存储媒体上。
如图9所示，本发明还提供了一种移动终端90，包括用TDD-CDMA系统中的小区搜索方法进行搜索的搜索装置92，该搜索装置的输入端和移动终端90的射频模块91相连，该搜索装置的输出端和基带接收机93相连。通过该搜索装置92，移动终端90可进行快速的小区搜索，从而快速地与基站建立并保持同步。
如图10所示，搜索装置还包括功率脉冲搜索装置100，相关搜索装置101和控制装置102。
功率脉冲搜索装置100主要用来搜索时间同步功率脉冲，以此获取一个粗略的时间同步。它还包含一个功率计算装置1001，一个匹配模板装置1002和一个功率匹配装置1003。功率计算装置1001用来求接收信号的功率。1002匹配模板装置存储定义的功率匹配模板参数。功率匹配装置1003用来比较接收信号功率脉冲与所定义的功率匹配模板之间的相似程度。
相关搜索装置101采用相关方法搜索时间同步信号，以此得到精确的时间同步。它包含一个同步码产生装置1011，一个乘法装置1012，一个积分装置1013和一个比较装置1014。同步码产生装置1011用来本地同步码，并将该同步码送入乘法装置1012与接收到的信号相乘；相乘的结果送入积分装置1013，在预定周期内积分；然后将积分结果送入比较装置1014，与某设定的门限进行比较。计较结果送给控制装置102。
控制装置102用来用来控制功率脉冲搜索装置100及相关搜索装置101的工作，并设定它们的工作参数。
移动台进行正常的小区搜索过程如下1.控制装置102激活功率脉冲搜索装置100并设定相应的工作参数(如匹配模板参数等)，使功率脉冲搜索装置100处于工作状态。
2.功率脉冲搜索装置100搜索匹配模板定义的时间同步功率脉冲，获得一个粗略的时间同步参数，并将该粗略的时间同步时间参数送给控制装置102。
3.控制装置根据第2步的粗略时间同步参数打开一个时间窗，并送给相关搜索装置101。同时激活时间同步装置(未显示)，使时间同步装置处于工作状态。
4.相关搜索装置在第3步的时间窗内进行相关搜索，最后得到一个精确的时间同步。
权利要求
1.一种TDD-CDMA系统中用于移动终端的小区搜索方法，所述方法包括以下步骤a、根据脉冲功率搜索基站发出的信号；b、如果搜索到类似于下行同步信号的信号，则获得一个粗略的时间同步参数；c、基于粗略的时间同步参数，打开一个搜索时间窗，在所述时间窗内搜索下行同步信号；d、如果未搜索到下行同步信号，则在整个时间周期内搜索下行同步信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤a中包括以下步骤a1、定义一个匹配模板；a2、计算接收到的信号的功率；a3、将所有接收到的信号与所述匹配模板作比较。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述匹配模板的参数是这样定义的H1是匹配模板的保护期功率门限；H2是匹配模板的下行同步信号功率门限；L1是匹配模板的保护期的时间长度；L3是匹配模板的下行同步信号时间长度。
4.如权利要求2所述的方法，其中，步骤a2中可以通过分别取信号的实部和虚部的绝对值之和得到信号的脉冲功率。
5.如权利要求2所述的方法，其中，步骤a3中还包括定义一个自信度变量，用于衡量接收到的信号与匹配模板之间的相似性的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其中，用自信度变量作判断，如果自信度变量达到预定的门限值，则认为搜索到了下行同步信号功率脉冲。
7.如权利要求2所述的方法，其中，步骤a3还包括以下步骤a3-1、检查信号脉冲之前的保护期；a3-2、检查信号脉冲期间；a3-3、检查信号脉冲之后的保护期。
8.如权利要求7所述的方法，其中，检查信号脉冲之前的保护期包括比较信号脉冲功率和H1的大小，如果信号脉冲功率比H1低，自信度变量增加设定值；否则，自信度变量减小设定值。
9.如权利要求7所述的方法，其中，检查信脉冲期间包括比较信号脉冲功率和H2的大小，如果信号脉冲功率比H1高，自信度变量增加设定值；否则，自信度变量减小设定值。
10.如权利要求7所述的方法，其中，检查信号脉冲之后的保护期包括比较信号脉冲功率和H1的大小，如果信号脉冲功率比H1低，自信度变量增加设定值；否则，自信度变量减小设定值。
11.如权利要求7所述的方法，其中，步骤a3中每个脉冲期间内，在各个时刻将搜集到的信号脉冲功率和匹配模板功率作比较。
12.如权利要求7所述的方法，其中，步骤a3中每个脉冲期间内，在设定的多个检测点上将搜集到的信号脉冲功率与匹配模板功率作比较。
13.一种移动终端，包括搜索装置，用TDD-CDMA系统中的小区搜索方法进行搜索；射频模块，与所述搜索装置的输入端相连；基带接收机，与所述搜索装置的输出端相连；所述搜索装置还包括功率脉冲搜索装置，用于根据脉冲功率搜索基站发出的信号，获得一个粗略的时间同步参数；相关搜索装置，基于粗略的时间同步参数，打开一个搜索时间窗，在所述时间窗内搜索下行同步信号；控制装置，用于控制功率脉冲搜索装置和相关搜索装置的工作并设定它们的参数。
14.如权利要求13所述的移动终端，其中，功率脉冲搜索装置还包括功率计算装置，用于计算接收信号的功率；匹配模板装置，用于定义和存储功率匹配模板参数；功率匹配装置，用于比较接收到的信号功率寓所定义的功率匹配模板之间的相似程度。
15.如权利要求14所述的移动终端，其中，所述功率匹配模板装置是这样定义参数的H1是匹配模板的保护期功率门限；H2是匹配模板的下行同步信号功率门限；L1是匹配模板的保护期的时间长度；L3是匹配模板的下行同步信号时间长度。
16.如权利要求14所述的移动终端，其中，所述功率计算装置可以通过分别取信号的实部和虚部的绝对值之和得到信号的脉冲功率。
17.如权利要求14所述的移动终端，其中，所述功率匹配装置还定义一个自信度变量，用于衡量接收到的信号与匹配模板之间的相似性。
18.如权利要求17所述的移动终端，其中，所述功率匹配装置用自信度变量作判断，如果自信度变量达到预定的门限值，则认为搜索到了下行同步信号功率脉冲。
19.如权利要求14所述的移动终端，其中，所述功率匹配装置还包括检测器，以检查信号脉冲之前的保护期，信号脉冲期间和信号脉冲之后的保护期。
20.如权利要求19所述的移动终端，其中，检查信号脉冲之前的保护期包括检测器比较信号脉冲功率和H1的大小，如果信号脉冲功率比H1低，自信度变量增加设定值；否则，自信度变量减少设定值。
21.如权利要求19所述的移动终端，其中，检查信脉冲期间包括检测器比较信号脉冲功率和H2的大小，如果信号脉冲功率比H1高，自信度变量增加设定值；否则，自信度变量减少设定值。
22.如权利要求19所述的移动终端，其中，检查信号脉冲之后的保护期包括检测器比较信号脉冲功率和H1的大小，如果信号脉冲功率比H1低，自信度变量增加设定值；否则，自信度变量减少设定值。
23.如权利要求19所述的移动终端，其中，所述功率匹配装置在各个时刻将搜集到的信号和所述功率匹配模板作比较。
24.如权利要求19所述的移动终端，其中，所述功率匹配装置在多个设定的检测点上将搜集到的信号与所述功率匹配模板作比较。
全文摘要
一种TDD－CDMA系统中用于移动终端的小区搜索方法和装置，移动台在传统相关小区搜索之前，先搜索下行链路导频时隙(DwPTS)的特殊功率脉冲，从而获得粗同步。基于这个粗略的时间同步，可将传统的相关小区搜索限制在较窄的时间窗内，而不必在整个时间周期内进行传统的相关小区搜索。因此大大减小TDD－CDMA系统中小区搜索的运算量和搜索时间。
文档编号H04J13/00GK1512794SQ02160459
公开日2004年7月14日 申请日期2002年12月30日 优先权日2002年12月30日
发明者徐绿洲, 王东, 徐朴 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司