专利名称：Cdma蜂窝式通信初始导频获取系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种CDMA蜂窝式通信初始导频获取技术，主要用于无线蜂窝式通信。
背景技术：
用于无线蜂窝式通信的CDMA1、CDMA2000和WCDMA采用码分多址(CDMA)技术。在这些系统中，每一个基站广播一导频信号以使服务区移动用户终端连接业务信道。导频信号不是数据调制的，实际上，它只是携带了和特定基站相关的伪噪码(PN code)。在CDMA1和CDMA 2000标准里，和基站相关的PN code是整个时间同步系统的主码的时间偏移版本。时间偏移对应于数字块的整数数量，更常用的名称是伪噪码相位(PNcode phase)。
为了和基站通信，移动站必须知道基站广播的载波准确频率和导频相位。更准确的说，移动站(终端)必须与基站的伪噪序列(PN sequence)的频率和时序进行同步。这种处理过程称初始获取(initial acquisition)。有两种基本的initial acquisition打开移动用户终端电源后的initialacquisition称作冷启动初始获取，出现通信状态的initial acquisition称作交互呼叫获取。在通话过程中，若移动站被移到一个有新系统参数的地区，后者就会执行，并作为系统重获取的一部分和移动站通信。
一种相当标准的initial acquisition方法是用某个范围内频率进行测试，对于每一个频率值，采用一定范围的PN code phase，逐个进行测试。若用某频率和相位值测量的信号强度符合特定的标准，则认为获取成功。
基站用来产生射频载波的振荡器的精度、移动站用来产生用于射频信号的振荡器的精度以及蜂窝系统存在的多普勒频率范围，这三者决定了频率的测试数量。在使用蜂窝波段或个人通讯服务(PCS)波段的蜂窝系统，用户终端振荡器的精度是频率不可靠性的主要影响因数。通常用户终端有一个自动频率控制(AFC)机制，以自动调整目标频率使和初始频率足够的相近。要求的初始化精度通常大于不可靠的初始频率，所以需要测试多个假设频率。
因为伪噪序列很长(cdma1是2^15chips)，每一个频率对应的需要被测试的code phase是很巨大的。initial acquisition的时间依赖于硬件支持的同时测试数量，有可能达到移动站操作者难于忍受的程度。因此，需要智能的搜索策略来减少initial acquisition的平均时间。
发明内容
设计目的讨论一种initial acquisition的系统和适当的仿真设备，它们能够极大的减少冷启动获取和交互呼叫获取的搜索平均时间。
设计方案1、冷启动initial acquisition的系统是通过一系列的第一阶段搜索和相应的第二阶段搜索来完成的，第一阶段搜索采用粗糙的频率和code phase值来搜索，第二阶段搜索采用精确的频率和code phase值来搜索。搜索系统包括射频高/低变换、搜索硬件、M控制、存贮器及DAC数模转换器。
2、冷启动initial acquisition的系统采取如下成功的冷启动initialacquisition得到的code phase被存储在永久的存储器，在下次需要冷启动initial acquisition时做为默认值，如果测试不成功，才需要用一些频率假设值测试。
3、冷启动initial acquisition第二阶段的搜索a.第二阶段code phase搜索窗口以第一阶段的搜索结果为中心，搜索窗口的大小应该正好大到容纳第一阶段搜索和第二阶段搜索得到的code phase漂移值。
b.紧接着搜索第二阶段窗口，并检查两个PN phase locations是否在同一个chip里。
4、inter-call acquisition的系统
a.搜索窗口位于PN phase(前一次呼叫最后时刻对应的激活集合里最强多路径)的中间。
b.要被测试的频率是前一次呼叫最后时刻保存在易失存储器里的频率。
图1是搜索器系统图表。
图2是产生一个假设频率值方框图。
图3是冷启动初始获取流程图。
图4是能量测试方框图。
图5是第一价段搜索流程图。
图6是第二价段搜索流程图。
图7是交互呼叫获取流程图。
具本实施方式移动站接受器的搜索系统执行initial acquisition的任务。图1展示了包含搜索系统的移动站接受器各部件。接受器至少使用一条天线来接受通信信号，通信信号被传送到一个Rx circuit(模拟接受器)，在那里它们被降频、放大和数字化。若要降频，Rx circuit必须产生一个与输入信号载波频率相同频率的局部射频信号。局部振荡器提供一个时序基准来产生用来降频的射频信号。移动电话使用的振荡器是VTCXO(电压控制的温度补偿晶体振荡器)，它的输出频率随着输入电压的变化而改变。尽管VTCXO有很强的抵抗温度影响能力，但仍然存在因温度的变化而发生频率漂移情况，每100万个里面会有几个改变。
在图1所示的仿真系统，微控制器(MController)组织初始的获取，并负责控制VTCXO的输入电压。它通过写数字控制信号到DAC(数模转换器)来产生相应的模拟控制电压。现在有很多类型的DAC，这里就不多讨论。为了方便讨论，我们在图2展示了一个可以用在频率控制系统的DAC，它包含一个PDM(脉冲强度调制器)，接下来是low-pass filter(低通滤波器)。通过图2展示的DAC/Interface设备，一个数字AFC PDM的值对应一个VTCXO的输出频率。图1所示的模拟接受器(Rx circuit)使用VTCXO的输出来产生一个局部射频。这样，在initial acquisition过程中，通过产生一个AFC PDM值，微控制器就产生一个频率。
图3通过一个流程图展示了冷启动initial acquisition过程。成功获取后的最后一个步骤是，把AFC PDM值(产生成功的精确频率值的那个相应AFC PDM值)存在永久存储器，设置Valid_PDM状态标志(也存在永久存储器里)。冷启动获取算法一开始就检查这个标记，如果标记没有被设置，把频率取值范围等分为i个粗糙频率值并测试这i个假设值。举一个例子，如果整个频率取值范围内取3个粗糙频率值测试，则这i个要被测试的AFC PDM值就是NOMINAL、NOMINAL-DELTA、NOMINAL+DELTA，特别指出的是，NOMINAL是频率取值范围的中间值，是3个默认值中最有可能正确的值。因为一旦一个粗糙的假设频率成功通过测试，搜索过程就从第一阶段进入到第二阶段，所以最有可能是正确的值先被检测。另一方面，如果Valid_PDM状态标志被设置，则表明永久存储器存储着一个有效的AFC PDM值，这个存储值将被第一个测试，且测试的次数最多达到J次。假若这个存储值最终测试不成功，Valid_PDM状态标志就会被清除，上文提到的i个假设频率值就会被测试。因为VTCXO的特性不大可能显著的改变，所以大多情况下这个存储值第一次测试会成功，大大的节约了测试那些架设的粗糙频率值而花费的时间。测试所有的粗糙值一次构成一次测试，同样的，测试那个存储值J次也构成一次测试。K次测试失败后获取失败。失败后的处理过程是系统相关的，本文不做讨论。
第一次搜索覆盖了所有可能的时间偏移。换句话说，是整个PN codephases取值范围。PN code phases的数量很庞大，这样需要通过把相邻的假设值的差在不会减少第一阶段搜索成功可能性情况下尽量拉大来减小要被测试的假设值数量。在一个有数字搜索器硬件的的仿真系统，码相位(code phases)测试的增量值是chip。第二阶段搜索要检查的假设值数量更少，code phases的增值更好。
对于每一个假设的PN phase，能量测试是通过图4所示的电路图完成的。数字化的I and Q信道数据可以用一些有名的技术来求积。如果输入的信号code phase和局部PN code接近，则能量测量仪器就会显示一个大的值，否则就不会。图5展示的的是第一阶段搜索的流程图，每一个假设code phase被测试，穷举搜索得到的最大值再和第一阶段阈值相比较。第一阶段搜索是否成功的标准是这个最大能量值大于一些预先确定的第一阶段阈值。阈值的大小可以通过数学分析或实验来确定。显然这个频率不是很准确，图4中用于连续求和的数N的值要尽量的小。IS-95系统的N大小是64。为了得到能量的测量值，连续求和值L是通过如图所示的非连续累加得到的。L的大小影响了能量测量值的精度，当L越大，能量测量值的平均结果就越好，但测试假设的PN phase的时间是和L的大小成比例的。
仿真IS-95系统第一阶段L采用的折衷值是8。要从图4所示的codephase实验装置输出值得到能量值，需要把结果划分成为(N^2)L来规格化它。然而，更经济的计算应该包含第一阶段搜索的成功和失败阈值。如果需要搜索一些频率信道，在第一阶段搜索将对每一个信道进行搜索。图表所示的都是只有一个信道需要被搜索。对于那些熟悉技术的人来说，这里讨论的方法用于多信道搜索是很容易的。
如果第一阶段搜索成功，假设PN phase和假设频率的合成值被存储起来，并把PN phase和频率的中间值提供给图6所示的第二阶段搜索。第二阶段搜索PN phase和频率的划分会更细。这些精确频率值被一个特定数量值分割，这个数量值小于AFC操纵系统(initial acquisition最后调用它)的紧缩范围。在某个仿真系统里，假设的精确频率是第一阶段搜索的结果频率值、大于结果值3kHZ的频率和小于结果值3kHZ的频率。第二阶段的假设PN phase划分增量是1/4chip，范围是覆盖一个小的搜索窗口，窗口的大小足够覆盖任何在第一阶段搜索和第二阶段搜索之间这段时间内code phase的漂移。Code phase的漂移是因为伪噪产生器还没有调频。请看美国专利号为6,249,539的文档以得到怎样计算code phase漂移的详细资料。一个假设频率相应的PN窗口的第二阶段搜索进行循环测试，在两次搜索中比较最大能量对应的相位位置。最大能量值和位置有效的前提是这两个位置必须在同一个chip里。这个步骤极大的减少了另一次搜索第二阶段搜索窗口所花费的时间。在第一阶段，除了N和L大于第二阶段搜索的的那些假设值，每一个假设值都通过图4的仪器测试。仿真系统的N和L分别取值64和64。第二阶段成功/失败阈值也必须相应的设置。图1的微控制器用合适的N和L来编码搜索硬件，并且它实现图3、5、6和7要求的功能。
图7展示了inter-call acquisition的流程图，我们也称它为第三阶段获取。在呼叫的最后，当前的AFC PDM值存储在易失存储器。因为这个值往往对应于热电话，而不是冷启动initial acquisition最后存储的那个值，所以这两个值保存在不同的地方。保持这种区别有助于减少温度补偿的需要，但不是消除温度补偿的需要。因移动电话温度的变化，即使有温度补偿振荡器，每100万次也会出现几次频率发生漂移。
搜索窗口位于PN phase位置(前一次呼叫最后时刻对应的激活集合里最强多路径)中间。每次呼叫的最后，微控制器需要把PN位置存储在易失存储器。在第二阶段搜索中，因为搜索窗口的宽度(仿真系统中是32chips)能够很小，两个假设code phase的差能够也就能达到很小。因为在呼叫之间，VTCXO漂移很小，频率可以达到很高的精度。在商业CDMA网络中，基站对于频率的公差要求是很严格的。这样，第三阶段用于相干积分的值N要比冷启动initial acquisition的相应值大，在仿真系统取128。一个更大的N意味着取得同样的能量测量精度需要更小的L。在第三阶段仿真系统L取值16。如果在第三阶段发现的最大能量值比第三阶段阈值大，则inter-call acquisition成功，局部PN phase就被当作相应于最大能量的相位。如果三阶段发现的最大能量值小于第三阶段阈值，则inter-callacquisition失败，系统按常规方法做冷启动initial acquisition。
需要理解到的是上述实施方案只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神的发明创造，均落入本发明的保护范围内。
权利要求1.CDMA蜂窝式通信初始导频获取系统，其特征是①冷启动initialacquisition是通过第一阶段搜索采用粗糙的频率和code phase值来搜索，第二阶段搜索采用精确的频率和code phase值来搜索。
2.根据权利要求1所述的CDMA蜂窝式通信初始导频获取系统，其特征是成功的冷启动initial acquisition得到的code phase被存储在永久的存储器，在下次需要冷启动initial acquisition时做为默认值，如果测试不成功，才需要用一些频率假设值测试。
3.根据权利要求1所述的CDMA蜂窝式通信初始导频获取系统，其特征是冷启动initial acquisition第二阶段搜索的方法a.第二阶段code phase搜索窗口以第一阶段的搜索结果为中心，搜索窗口的大小应该正好大到容纳第一阶段搜索和第二阶段搜索得到的code phase漂移值；b.紧接着搜索第二阶段窗口，并检查两个PN phase locations是否在同一个chip里。
4.根据权利要求1所述的CDMA蜂窝式通信初始导频获取系统，其特征是inter-call acquisition的系统a.搜索窗口位于PN phase(前一次呼叫最后时刻对应的激活集合里最强多路径)的中间；b.要被测试的频率是前一次呼叫最后时刻保存在易失存储器里的频率。
5.根据权利要求1所述的CDMA蜂窝式通信初始导频获取系统，其特征是搜索系统包括射频高/低变换、搜索硬件、M控制、存贮器及DAC数模转换器。
专利摘要本实用新型冷启动initial acquisition的系统是通过一系列的第一阶段搜索和相应的第二阶段搜索来完成的，第一阶段搜索采用粗糙的频率和code phase值来搜索，第二阶段搜索采用精确的频率和code phase值来搜索。成功的冷启动initial acquisition得到的code phase被存储在永久的存储器，在下次需要冷启动initial acquisition时做为默认值，如果测试不成功，才需要用一些频率假设值测试。第二阶段code phase搜索窗口以第一阶段的搜索结果为中心，搜索窗口的大小应该正好大到容纳第一阶段搜索和第二阶段搜索得到的code phase漂移值。紧接着搜索第二阶段窗口，并检查两个PN phase locations是否在同一个chip里。搜索窗口位于PN phase(前一次呼叫最后时刻对应的激活集合里最强多路径)的中间。要被测试的频率是前一次呼叫最后时刻保存在易失存储器里的频率。
文档编号H04W88/08GK2687960SQ0326493
公开日2005年3月23日 申请日期2003年6月25日 优先权日2003年6月25日
发明者汪力成, 高东杨 申请人:浙江华立通信集团有限公司