专利名称：Td－scdma系统小区初始搜索过程实现下行粗略同步的方法
技术领域：
本发明涉及移动通信系统中小区初始搜索实现下行粗略同步的方法，特别涉及一种时分-同步码分多址无线通信系统(简称为TD-SCDMA系统)中小区初始搜索实现粗略同步的方法。采用本发明粗略同步方法，能够在TD-SCDMA系统的低信干噪比环境中快速、准确地实现小区初始搜索过程的下行粗略同步。
背景技术：
TD-SCDMA系统中的小区初始搜索(通常称为小区初搜，或者简称为ICS)是指移动通信用户终端(简称为UE)开机时必须尽快地搜索到一个合适的小区并快速接入(通常称为登陆)，以便使用网络提供的服务的过程。ICS的目的是让UE与基站同频、同步，并且确定无线帧的起始位置，确定下行同步码(简称为SYNC_DL)和基本中间码(简称为Basic Miamble)的码号，进而通过检测和解调系统广播信道(简称为BCH)的信息，最终登陆小区。
为保证UE能够准确登陆，获得下行同步信息，在TD-SCDMA系统中设置了用来发送SYNC_DL码的下行同步时隙(简称为DwPTS)。UE通过搜索并确定子帧数据中的SYNC_DL码段，进而确定DwPTS位置并以此为接入点进行登陆。因此，UE确定DwPTS位置的准确与否直接关系到UE是否能精确地登陆。
现有技术在小区初搜过程中实现下行同步的方法是将所有的本地基本SYNC_DL码分别与接收信号进行滑动相关，然后再寻找相关值最大的SYNC_DL码及其对应位置作为下行同步位置。该位置虽然可达到理论上最优的“最大似然”检测性能，但其复杂度却很高，这意味着将消耗较多的处理器资源及更大的功率消耗。基于该技术思想，又发展出了接收数据分段、计算简化、存储空间简化等改进措施，但无论如何均需要增加硬件资源消耗及功耗。另外，该类方法在面对大干扰时隙时还需要较完备的纠错措施，否则不能保证获得理想的性能。
为克服以上不利因素，又出现了将下行同步分为两步执行的技术措施和方法。该方法将下行同步步骤分为粗略同步(也称帧同步或符号级同步)和码片(简称为chip)级同步两步完成。该方法的基本技术思路是利用TD-SCDMA帧结构中DwPTS部分所特有的功率包络特性，先进行粗略的DwPTS同步(通常将同步误差控制到±16chip内)，然后在该同步点附近再对备选SYNC_DL码字进行滑动相关处理。由于避免了在整帧内进行滑动相关，因此其处理复杂度与前述方案相比大大降低。
该技术思想通常利用SYNC_DL码段的结构特点进行下行同步过程中的粗略同步。在TD-SCDMA系统中SYNC_DL码段长4个符号(简称为symbol)共64chip，在SYNC_DL码段的左、右两面设有保护时隙(简称为GP)码段，即在SYNC_DL码段的左面有3个symbol共48个chip的GP码段，在SYNC_DL码段的右面有6个symbol共96个chip的GP码段。由于SYNC_DL码段的数据以全功率发送，而左、右两个GP码段以零功率发送，因此，在没有干扰的情况下，与左、右两面的GP码段相比SYNC_DL码段的功率值是“峰”值。计算左、右两面GP码段中码片的功率值之和与SYNC_DL码段中码片的功率值之和的比值，则该比值将趋于零。现有技术根据上述特征，在UE进行搜索并确定子帧数据中的SYNC_DL码段位置时先建立一个特征窗，其特征窗的数据结构类似于SYNC_DL码段所在位置的数据结构，即包括中间4个符号的数据段和左、右各2个符号的数据段，由此组成特征窗。在UE进行小区初始搜索时，在这段子帧数据上滑动上述特征窗，同时计算特征窗左、右两边数据段码片的功率值之和与中间数据段码片的功率值之和的比值(简称为特征窗功率比值)，当特征窗功率比值最小时，即确定该位置为SYNC_DL码段的大致位置，由此确定DwPTS位置。这种确定下行同步位置的方法也被称为“特征窗法”。特征窗在子帧数据上的滑动是以一定的步长进行的，所谓步长是指特征窗滑动时间隔的码片数量，通常为1、2、4、或8个码片。具体取何值则根据实际应用的实时性和复杂度来确定。
但是，在实际应用中现有技术粗略同步方法仍然存在以下问题
1、在信号强度较低或信道环境较恶劣的情况下，DwPTS功率包络特性极易被强噪声所破坏。试验证明，当信干噪比低于0dB时，帧同步性能显著下降。
2、当存在强干扰时，帧同步性能不佳。由于在实际网络中不可避免的存在UE在进行小区初始搜索时受到大信号干扰的情况，如旁边有其它UE通话和进行数据业务，或UE处于基站波束赋形的强增益方向上且基站正在进行赋形等。现有技术中采用通过设置接收机饱和的方法抗大信号干扰。但是，试验证明，自动增益控制(简称为AGC)完成后，当干扰信号(或时隙)功率强度为DwPTS的四倍及以上时，帧同步性能将会急剧下降。
发明内容
为保证UE在低信干噪比和大信号干扰的环境中快速、准确地实现小区初始搜索过程的下行粗略同步，将下行同步偏差控制在±16chip内。本发明提出一种应用于TD-SCDMA系统小区初始搜索过程的下行粗略同步方法。
本发明下行粗略同步方法采用“二次同步法”进行小区初始搜索过程中的下行粗略同步，即一次粗略同步——判断首位置是否有效——有效则完成粗略同步，无效则继续进行二次同步。
本发明下行粗略同步方法的一次粗略同步采用特征窗法计算fn_1帧数据的特征窗功率比值并进行防拖尾处理，判断特征窗功率比值的有效性并将无效比值置为大值，再对位叠加特征窗功率比值，确定粗略同步的候选同步位置，其中fn_1＝2-5。
本发明下行粗略同步方法的二次粗略同步采用特征窗法计算fn_2帧数据的特征窗功率比值并进行防拖尾处理，判断特征窗功率比值的有效性并将无效比值置为大值，再对位叠加特征窗功率比值，判断疑似大干扰起止位置点，判断并除去大干扰所在位置点，确定粗略同步的候选同步位置，其中fn_2＝10-25。
本发明下行粗略同步方法采用下式判断候选位置的首位置是否有效，满足视为有效，否则视为无效
R_accupos_DwPTS2R_accupos_DwPTS1≥T2]]>式中R_accu为特征窗功率比值积累数组；pos_DwPTS为第一次粗略同步获得的候选位置数组，其第i个元素为pos_DwPTSi，i＝1，2；T2为位置有效性判决门限，取值范围1.1～1.5。
本发明下行粗略同步方法采用下式计算特征窗内第k(k＝0-7)个symbol(1symbol对应16chip)的平均功率值Pi+k=116Σjp(i-1)*glide+k*16+j,j=1,2,···,16]]>并在计算上式时采取下列措施之一进行防拖尾处理措施1式中Pi+1由该数据段的前Num_1个chip的平均功率代替；Pi+6由该数据段的后Num_1个chip的平均功率代替；Num_1取值范围6～16；措施2式中Pi、Pi+1由其对应数据左移Num_2个chip获得新数据段的平均功率代替；Pi+6、Pi+7由其对应数据右移Num_2个chip获得的新数据段的平均功率代替；Num_2取值范围1～12；措施3仅Pi+6由该数据段的后Num_1个chip的平均功率代替；Num_1取值范围4～16；措施4仅Pi+6、Pi+7由其对应数据右移Num_2个chip获得的新数据段的平均功率代替；Num_2取值范围1～12。
本发明下行粗略同步方法采用下式对特征窗功率比值进行判断，满足条件的特征窗功率比值视为有效，否则视为无效，并将其置为较大值(如10)1/th＜sym_ratio＜th其中sym_ratio=(Pi+6+Pi+7)(Pi+Pi+1)]]>Pi+k=116Σjp(i-1)*ghde+k*16+j,j=1,2,···,16]]>
对应的特征窗功率比值Ri为Ri=(Pi+Pi+1)+(Pi+6+Pi+7)(Pi+2+Pi+3+Pi+4+Pi+5)]]>th为有效性判决门限，取值范围2-5。
本发明下行粗略同步方法采用下列方式确定下行粗略同步的候选位置，即搜索R_accu的极小值并将其所在位置记为pos_min，将(pos_min-1)*glide添加给候选位置数组pos_DwPTS，在R_accu中pos_min及其左右各16/glide点位置以外再次寻找极小值，用其所在位置更新pos_min，将(pos_min-1)*glide添加给候选位置数组pos_DwPTS。
本发明下行粗略同步方法采用下式判断疑似大干扰起止位置点，即搜索R_accu中满足下式的位置点，并将其存入疑似大干扰起止位置点数组slot_fb，R_accui＞(fn_1+fn_2)*inf*Threshold，i＝1，2，…，length(R_accu)；式中，inf为设置较大值，取值为10；Threshold为大干扰判决门限，取值范围0.6～1。
本发明下行粗略同步方法采用对在疑似大干扰起止点数组slot_fb中的各位置点的特征窗功率比值进行比较，并采用位置对的方式确定并除去大干扰时隙位置，具体包括(1)在slot_fb中搜索与第一元素值偏差小于width(width为大时隙起止位置范围的经验宽度上限，取值范围30～50)的最大元素值，将其在slot_fb中的位置记录在位置标识变量indicate_1中，判断indicate_1是否等于零，是则说明干扰时隙不足以影响帧同步性能，跳转执行确定粗略同步候选位置的步骤，否则获得大干扰疑似起点范围数组pos_head，其中第i个元素为pos_headi＝slot_fbi，i＝1，2，…，indicate_1；(2)从slot_fb末尾反向搜索与slot_fb末尾元素值偏差小于width的最小元素值，将其在slot_fb中位置记录在位置标识变量indicate_2中，判断indicate_2是否等于零，是则说明干扰时隙不足以影响帧同步性能，跳转执行确定粗略同步候选位置的步骤，否则获得大干扰疑似终点范围数组pos_tail，其中第i个元素为pos_taili＝slot_fbi+indicate_2-1，i＝1，2，…，(length(slot_fb)-indicate_2+1)；(3)判断pos_head中最末元素值是否小于等于width，并且pos_tail首元素值与6400/glide的差值是否小于等于width，是则说明虚帧头恰好在大干扰时隙起止点所在位置范围内，继续执行下一步，否则说明虚帧头不在大干扰时隙起止点所在位置范围内，跳转执行步骤(5)；(4)将pos_3赋为正常流程不能获得的数值inf_2，如2000；比较pos_head与pos_tail的长度大小，保留较大者，更新较小者，如pos_head较小，采用前述(1)的方式从slot_fb的第indicatel+1个元素开始进行更新，且将位置标识变量记为pos_3，如pos_tail较小，采用前述(2)的方式从slot_fb的倒数第indicate2+1个进行更新，且将位置标识变量记为pos_3(5)判断pos_3是否等于inf_2，是则表示不存在对帧同步造成影响的大干扰时隙，跳转执行确定粗略同步候选位置的步骤，否则可能存在大干扰，利用pos_3更新相应的indicate_1或indicate_2，继续执行下一步骤；(6)搜索pos_head是否存在至少一个元素，其值与pos_tail中某元素值相差满足时隙长度864/glide及其整数倍的关系(由于TD-SCDMA系统使用专有频段，大干扰信号均来自于系统内部，因此大干扰信号可视为由多个大干扰时隙组成)？是则将R_accu中以该元素为起点、pos_tail末尾元素为终点的范围内赋值为大值(fn_1+fn_2)*inf，跳转执行确定粗略同步候选位置的步骤，否则继续搜索pos_head是否存在至少一个元素，其值与pos_tail中某元素到length(R_accu)的距离之和满足时隙长度864/glide或其整数倍的关系？是则说明此时虚帧头恰好在大干扰时隙范围内的情况，继续执行下一步骤，否则跳转执行确定粗略同步候选位置的步骤；(7)判断slot_fb中除pos_head、pos_tail以外的是否还存在其他元素？是则将它们顺序存储于变量数组pos_temp中，继续执行下一步骤；否则pos_3＝slot__fbindicate_1，pos_4＝slot_fbindicate_2执行步骤(10)；
(8)在pos_temp中从最末元素开始反向寻找第一个与pos_head中某一元素值相差存在最大可能的时隙整数倍关系的元素，若存在该元素则将其在pos_temp中的下标为j，j∈[1，2，…，length(pos_temp)]，pos_3＝pos_tempj；若不存在该元素，则本步骤不作任何操作；(9)在pos_temp中从最初元素开始顺序寻找第一个与pos_tail中某一元素值相差存在最大可能的时隙整数倍关系的元素，若存在该元素则将其在pos_temp中的下标为j，j∈[1，2，…，length(pos_temp)]，pos_4＝pos_tempj；若不存在该元素，则本步骤不作任何操作；(10)将R_accu中第1到第pos_3、第pos_4到末尾元素置为大值(fn_1+fn_2)*inf，继续执行确定粗略同步候选位置的步骤。
本发明下行粗略同步方法计算特征窗功率比值的滑动步长glide＝2-8。
本发明下行粗略同步方法采用“二次同步法”进行小区初始搜索过程中的下行粗略同步，利用多帧特征窗功率比值对位叠加的方法平滑噪声影响，凸现正确的下行粗略同步位置，利用两位置功率比值判断首位置的有效性，如果经过上述处理后能够满足粗略同步的要求则可以不再进行二次粗略同步，在进行二次粗略同步时采用简便、合理的抗大干扰处理步骤，有效消除大干扰对下行粗略同步的影响，使用户能够在低信干噪比环境中快速、准确地实现小区初始搜索过程的粗略同步。
图1是TD-SCDMA系统帧结构示意图；图2是DwPTS时隙结构示意图；图3是常规时隙结构示意图；图4是功率特征窗结构示意图；图5是本发明下行粗略同步方法的处理流程图；图6是本发明下行粗略同步方法确定大干扰时隙步骤的流程示意图；图7是某实施例第一次粗略同步获得的R_accu曲线图；
图8是某实施例第一次粗略同步获得的R_accu曲线图；图9是图8所示某实施例第二次粗略同步获得的R_accu曲线图；图10是某实施例第二次粗略同步获得的R_accu曲线图；图11是本发明下行粗略同步方法在不同信干噪比条件下获得粗同步成功的百分比曲线。
下面结合附图及具体实施例对本发明方法作进一步的说明。
图1是TD-SCDMA系统帧结构示意图。由图可知，在TD-SCDMA系统中，每个无线子帧长度为5ms，即6400码片。其中，每个子帧又可分为7个常规时隙TS0～TS6，以及两个导频时隙，即下行导频时隙(简称为DwPTS)和上行导频时隙(简称为UpPTS)，一个主保护间隔(保护间隔简称为GP)。进一步的，TS0时隙总是分配给下行链路，用于承载系统广播信道及其它可能的下行信道；而TS1～TS6时隙则用于承载上、下行业务信道。UpPTS和DwPTS分别用来建立初始的上、下行同步。
图2是DwPTS的时隙结构示意图。由图可知，DwPTS的时隙包含一个64chip的SYNC_DL，它的作用是小区标识和初始同步建立。
图3是常规时隙结构示意图。由图可知，时隙TS0～TS6结构如图3所示，长度为864chip，其中包含两段长为352chip的数据符号，以及中间的一段长为144chip的midamble训练序列。该训练序列在TD-SCDMA中有重要意义，作用包括小区标识、信道估计和同步(包括频率同步)等。
图4是功率特征窗结构示意图。由图可知，特征窗长度为8个symbol共128chip。特征窗由中间64chip的SYNC_DL与两边各32chip的GP组成。在5ms子帧结构未知的情况下，遍历整个接收数据，特征窗功率比值最小的位置即为DwPTS的位置。
图5是本发明下行粗略同步方法的处理流程图。由图可知，本发明下行粗略同步方法采用“二次同步法”进行小区初搜过程中的下行粗略同步，具体包括
A、第一次粗略同步A1、采用特征窗法计算接收到的fn_1帧数据的特征窗功率比值并进行防拖尾处理，步骤A1进一步包括A1-1从候选频点中选取一个频点在UE开机有广播信息分配表(简称为BA表)时，从BA表中选取频点；当开机无BA表时，需要UE进行频点盲扫，获得候选频点列表；A1-2初始化特征窗功率比值积累数组R_accu、候选位置数组pos_DwPTS为全零数组；A1-3在固定的虚帧头(对应于实际帧头的概念，表示未取得同步前的接收位置)处接收一帧数据，长度为6400+Δchip，保护长度Δ的取值范围为128～160，目的是确保完整的DwPTS能包含在接收数据中；A1-4计算接收数据中每个chip的功率令接收数据为r，其中第i个chip为ri，i＝1，2，…，6400+Δ，则第i个chip的功率pi由下式获得pi＝|ri|2，i＝1，2，…，6400+Δ式中，符号|□|为取模运算A1-5按预定的滑动步长glide，在接收数据中依次计算各位置的特征窗功率比值Ri，判断有效性，并根据有效性判断结果标注无效的位置点，最终获得特征窗功率比值序列R；滑动步长glide＝2-8，对应获得的特征窗功率比值序列R长度为6400/gilde；步骤A1-5进一步包括A1-5-1从接收数据起点处开始按步长glide进行滑动建立功率特征窗A1-5-2计算特征窗功率比值位置i处的特征窗功率比值序列R的第i个元素Ri由下式获得Ri=(Pi+Pi+1)+(Pi+6+Pi+7)(Pi+2+Pi+3+Pi+4+Pi+5)]]>
式中，i表示位置号或特征窗序号，Pi+k表示功率特征窗内第k(k＝0-7)个symbol(1symbol对应16chip)的平均功率，由下式获得Pi+k=116Σjp(i-1)*glide+k*16+j,j=1,2,···,16]]>由于接收信号可能存在的数据拖尾，在计算上式时采取下列措施之一进行防拖尾处理措施1式中Pi+1由该数据段的前Num_1个chip的平均功率代替；Pi+6由该数据段的后Num_1个chip的平均功率代替；Num_1取值范围6～16，以下实施例中取值为8；措施2式中Pi、Pi+1由其对应数据左移Num_2个chip获得新数据段的平均功率代替；Pi+6、Pi+7由其对应数据右移Num_2个chip获得的新数据段的平均功率代替；其中P1左移后左侧Num_2个chip由步骤A1-3接收数据的最后Num_2个chip组成；Num_2取值范围1～12，以下实施例中取值为8；措施3仅Pi+6由该数据段的后Num_1个chip的平均功率代替；Num_1取值范围6～16，以下实施例中取值为8；措施4仅Pi+6、Pi+7由其对应数据右移Num_2个chip获得的新数据段的平均功率代替；Num_2取值范围1～12，以下实施例中取值为为8。
A2、判断特征窗功率比值的有效性并将特征窗功率比值对位叠加，步骤A2进一步包括A2-1判断Ri的有效性采用对称比sym_ratio判断Ri的有效性，对称比sym_ratio的定义为sym_ratio=(Pi+6+Pi+7)(Pi+Pi+1)]]>式中各项意义同Ri的定义式，判断1/th＜sym_ratio＜th？是，则说明该点功率比有效，继续执行下一步；否则，将Ri赋为常规情况不能获得的大值inf(如10)；th为有效性判决门限，取值范围2-5，以下实施例中取值为2；
A2-2重复步骤A1-5-1、A1-5-2和A2-1直到遍历接收数据的所有位置点，获得特征窗功率比值序列R；A2-3将Ri对位叠加于特征窗功率比值积累数组R_accu；A2-4重复以上步骤(步骤A1-1、A1-2除外)至fn_1帧，fn_1取值范围2～5，以下实施例中取值为5；A3确定粗略同步的候选同步位置搜索R_accu的极小值，将其所在位置记为pos_min；将(pos_min-1)*glide添加给候选位置数组pos_DwPTS；在R_accu中pos_min及其左右各16/glide点位置以外再次寻找极小值，用其所在位置更新pos_min；将(pos_min-1)*glide添加给候选位置数组pos_DwPTS。
B判断上述候选同步位置中的首位置是否为有效位置采用下式判断上述候选同步位置中的首位置是否为有效位置，即判断R_accupos_DwPTS2R_accupos_DwPTS1≥T2 ]]>其中T2为位置有效性判决门限，取值范围1.1～1.5，优选为1.2。
满足上式则表明此候选同步位置中的首位置为有效位置，跳转执行步骤D；否则说明此首位置无效，清空pos_DwPTS，继续执行下一步骤；C第二次粗略同步C1、采用特征窗法计算接收到的fn_2帧数据特征窗功率比值并进行防拖尾处理，其中fn_2＝10～25，该步骤的具体过程同步骤A1-3至A1-5；C2、判断特征窗功率比值的有效性并将特征窗功率比值对位叠加，该步骤的具体过程同步骤A2；C3、判断疑似大干扰起止点搜索R_accu满足下式的位置点，并将其存入疑似大干扰起止点数组slot_fb，R_accui＞(fn_1+fn_2)*inf*Threshold，i＝1，2，…，length(R_accu)；式中，inf为设置较大值，取值为10；Threshold为大干扰判决门限，取值范围0.6～1，以下实施例中取值为0.8；C4、判断并除去大干扰起止点在slot_fb中配对寻找满足时隙条件的位置对，将确定的大干扰时隙范围内(位置对间)的特征窗功率比值积累值置为较大值，排除其对寻找正确位置的干扰，该步骤具体描述将结合图6进行；C5、确定粗略同步的候选同步位置，该步骤的具体过程同步骤A3。
D、依次在上述候选同步位置进行码片级同步，即完成粗略同步。
图6是本发明下行粗略同步方法确定大干扰时隙步骤的流程示意图。由图可知，本发明下行粗略同步方法采用对在疑似大干扰起止点数组slot_fb中的各点的特征窗功率比值进行比较，并采用位置对的方式确定大干扰时隙位置，具体包括C4-1.初始化配对位置范围数组pos_head、pos_tail、pos_temp为空，位置标识变量indicate_1、indicate_2、pos_3、pos_4为0C4-2.判断slot_fb是否为空，是则说明没有大干扰时隙存在，跳转执行步骤C4；否，则继续执行下一步骤C4-3.在slot_fb中，搜索与slot_fb第一元素值偏差小于width(大时隙起止位置范围的经验宽度上限，取值范围30～50，以下实施例中取值为40)的最大元素值，将其在slot_fb中位置记录在位置标识indicate_1中，若slot_fb第一元素与其它元素值偏差均小于width，则indicate_1＝0；C4-4.判断indicate_1＝0？是，则说明干扰时隙不足以影响帧同步性能，跳转执行步骤C5；否，则继续执行下一步骤C4-5.获得配对寻找的位置范围1，存储于pos_head，其中第i个元素为pos_headi＝slot_fbi，i＝1，2，…，indicate_1C4-6.从slot_fb末尾反向搜索位置范围2，获得位置标识indicate_2；搜索方式为在slot_fb中，搜索与slot_fb末尾元素值偏差小于width的最小元素值，将其在slot_fb中位置记录在位置标识indicate_2中C4-7.获得配对寻找的位置范围2，存储于pos_tail，其中第i个元素为pos_taili＝slot_fbi+indicate_2-1，i＝1，2，…，(length(slot_fb)-indicate_2+1)C4-8.根据位置范围1、2判断是否是虚帧头恰好在大干扰时隙起止点所在范围内的情况，判断方式如下判断“pos_head最末元素值小于等于width”并且“pos_tail首元素值与6400/glide相差小于等于width”？是，则说明目前正是该类情况，继续执行下一步骤；否，则跳转执行C4-12C4-9.将pos_3赋为正常流程不能获得的数值inf_2，如2000；比较pos_head与pos_tail的长度大小，保留较大者；C4-10.更新长度较小者，更新步骤进一步包括C4-10-1.在slot_fb中去掉pos_head与pos_tail所包含的元素C4-10-2.若较小者为pos_head，则在slot_fb中按步骤C4-3～C4-5的方式更新pos_head，区别在于，此时的位置标识为pos_3，而非indicate_1C4-10-3.若较小者为pos_tail，则在slot_fb中按步骤C4-6～C4-7的方式更新pos_tail，区别在于，此时的位置标识为pos_3，而非indicate_2C4-10-4.判断pos_3＝inf_2？是，则意味着重新寻找位置范围失败，即不存在对帧同步造成影响的大干扰时隙，跳转步骤C5；否，则利用pos_3更新相应的indicate_1或indicate_2，继续执行下一步骤；C4-11.搜索pos_head是否存在至少一个元素，其值与pos_tail中某元素值相差满足时隙长度864/glide或其整数倍的关系？是，则将R_accu中以该元素为起点、pos_tail末尾元素为终点的范围内赋值为大值(fn_1+fn_2)*inf，跳转步骤C5；否，则继续执行下一步C4-12.搜索pos_head是否存在至少一个元素，其值与pos_tail中某元素到length(R_accu)的距离之和满足时隙长度864/glide或其整数倍的关系？是，则说明此时虚帧头恰好在大时隙范围内的情况，继续执行下一步；否，则跳转步骤C5C4-13.判断slot_fb中除pos_head、pos_tail以外的是否还存在其他元素？是，则将它们顺序存储于pos_temp；否，则pos_3＝slot__fbindicate_1，pos_4＝slot__fbindicate_2，跳转步骤C4-17C4-14.在pos_temp中从最末元素开始反向寻找第一个与pos_head中某一元素值相差存在最大可能的时隙整数倍关系的元素，若该元素在pos_temp中的下标为j，j∈[1，2，…，length(pos_temp)]，pos_3＝pos_tempj；若不存在该元素，则本步不作任何操作C4-15.在pos_temp中从最初元素开始顺序寻找第一个与pos_tail中某一元素值相差存在最大可能的时隙整数倍关系的元素，若该元素在pos_temp中的下标为j，j∈[1，2，…，length(pos_temp)]，pos_4＝pos_tempj；若不存在该元素，则本步不作任何操作C4-16.将R_accu中第1到第pos_3、第pos_4到末尾元素置为大值(fn_1+fn_2)*inf；图7是某实施例第一次粗略同步获得的R_accu曲线图。图中，横坐标表示R_accu各元素，纵坐标表示R_accu各元素的元素值。本实施例中，下行粗略同步在信干噪比较佳的环境中进行。基站与UE间频率偏差为6kHz，信道环境为标准3GPP TS 25.102规定的Case3信道，信噪比5dB。子帧中除TS0与DwPTS外，其余时隙均无信息，gilde＝4，使用抗拖尾措施1。实际帧头位于一个虚帧中的第2462chip。采用步骤A第一次粗略同步方法，经过fn_1＝5帧处理后获得的R_accu，如图7所示。获得的候选位置数组pos_DwPTS＝[616 1013]。再采用步骤B的方法，对首位置有效性进行判断，结果R_accupos_DwPTS2R_accupos_DwPTS1=2.9608≥Threshold,]]>表明首位置有效，不需进行第二次粗略同步。实际得到的下行粗略同步位置估计为(616-1)*glide＝2460，与实际帧头位置仅相差2chip。
通过本实施例可以看出，本发明在信干噪比较佳的环境中，仅需fn_1帧数据，即可获得理想的下行粗略同步。
图8是某实施例第一次粗略同步获得的R_accu曲线图。图中，横坐标表示R_accu各元素，纵坐标表示R_accu各元素的元素值。本实施例中，下行粗略同步在信干噪比较差的环境中进行。基站与UE间频率偏差为6kHz，信道环境为标准3GPP TS 25.102规定的Case3信道，信噪比-6dB。子帧中除TS0时隙与DwPTS外，基站波束赋形在TS2时隙上，AGC调整完成后TS2时隙功率TS0时隙的5倍，其余时隙无信息，gilde＝4，使用抗拖尾措施2。实际帧头位于一个虚帧中的第1015chip。采用步骤A方法进行第一次粗略同步，经过fn_1＝5帧处理后获得的R_accu，如图8所示。获得的候选位置数组pos_DwPTS＝[557657]。再采用步骤B的方法进行首位置有效性判断，结果R_accupos_DwPTS2R_accupos_DwPTS1=1.0523≤1.2,]]>表明首位置无效，需要进行第二次粗略同步。明显的，首位置输出对应粗略同步位置为(557-1)*glide＝2224，与实际帧头位置偏差极大，的确为无效位置。另外，首位置所在点实际为TS2时隙范围，即大干扰时隙对下行粗略同步造成了影响。
图9是图8所示实施例第二次粗略同步获得的R_accu曲线图。图中，横坐标表示R_accu各元素，纵坐标表示R_accu各元素的元素值。本实施例中的各项条件与图8所示完全相同，实质上是在图8所示实施例采用步骤A方法进行第一次粗略同步，经过fn_1＝5帧处理后获得的R_accu，再采用步骤C方法进行第二次粗略同步，经过fn_2＝15帧处理后获得的R_accu，如图9所示。获得的候选位置数组pos_DwPTS＝[255 260]。此时的下行粗略同步位置估计为(255-1)*glide＝1016，与实际帧头位置仅相差1chip。
对比图8、图9可以看出，第二次粗略同步处理有效地抑制了大时隙干扰，凸现了实际帧头所在位置。
图10是某实施例第二次粗略同步获得的R_accu曲线图。图中，横坐标表示R_accu各元素，纵坐标表示R_accu各元素的元素值。本实施例中，下行粗略同步在信干噪比较差的环境中进行。基站与UE间频率偏差为6kHz，信道环境为标准3GPP TS 25.102规定的Case3信道，信噪比-6dB。子帧中除TS0时隙与DwPTS外，AGC调整完成后，TS1～TS3时隙功率与TS0时隙功率比值为6，其余时隙无信息，gilde＝4，使用抗拖尾措施3。实际帧头位于一个虚帧中的第5083点，此时虚帧头位于大干扰时隙上。采用步骤C方法进行第二次粗略同步，经过fn_2＝15帧处理后获得的R_accu，如图9所示。获得的候选位置数组pos_DwPTS＝[1270 1243]。此时的下行粗略同步位置估计为(1270-1)*glide＝5076，与实际帧头位置仅相差7chip。
在本实施例中，虚帧头位于大干扰时隙上。步骤C中的抗大干扰时隙方法有效地识别了此类情况，将大干扰所在范围赋为大值，排除这些位置上特征窗功率比对正确位置的干扰。
仿真试验为验证本发明方法在不同信干噪比、不同数据使用量下获得粗同步成功的能力，采用本发明方法进行仿真试验，具体为仿真条件基站与UE间频率偏差为6kHz，信道环境为标准3GPP TS 25.102规定的Case3信道。子帧中除TS0时隙与DwPTS外，AGC调整完成后，TS1～TS6时隙功率与TS0时隙功率比值在0～10内均匀分布，其余时隙无信息，gilde＝4，使用抗拖尾措施4。实际帧头位于一个虚帧中的随机位置；仿真次数各信噪比点处进行500次mento-carlo仿真；判定粗同步成功的条件粗略同步误差在±16chip内。
图11是本发明下行粗略同步方法在不同信干噪比、不同数据使用量条件下获得粗同步成功的百分比曲线。图中，横坐标表示各信噪比点，纵坐标为在该信噪比点上获得粗略同步误差在±16chip内的百分率。由图可知，随着信噪比的提高和数据使用量的增加，本发明获得下行粗略同步性能将随之提升。经大量试验证明，本发明的小区初始搜索下行粗略同步方法能够在各信道环境的工作点处获得99.9％的正确率。
本发明方法特别适用于移动终端在低信干噪比环境中进行下行粗略同步。一般的，基站与终端间信道环境越恶劣，系统内干扰越强，本发明相对现有技术方法而言，越能提高小区初始搜索下行粗略同步的性能。
本领域的普通技术人员显然清楚并且理解，本发明方法所举的以上实施例仅用于说明本发明方法，而并不用于限制本发明方法。虽然通过实施例有效描述了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明存在许多变化而不脱离本发明的精神。在不背离本发明方法的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明方法做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明方法的权利要求保护范围。
权利要求
1.一种应用于TD-SCDMA系统小区初始搜索过程的下行粗略同步方法，其特征在于采用“二次同步法”进行小区初始搜索过程中的下行粗略同步，即一次粗略同步——判断首位置是否有效——有效则完成粗略同步，无效则继续进行二次同步。
2.根据权利要求1所述粗略同步方法，其特征在于一次粗略同步采用特征窗法计算fn_1帧数据的特征窗功率比值并进行防拖尾处理，判断特征窗功率比值的有效性并将无效比值置为大值，再对位叠加特征窗功率比值，确定粗略同步的候选同步位置，其中fn_1＝2-5。
3.根据权利要求1所述粗略同步方法，其特征在于二次粗略同步采用特征窗法计算fn_2帧数据的特征窗功率比值并进行防拖尾处理，判断特征窗功率比值的有效性并将无效比值置为大值，再对位叠加特征窗功率比值，判断疑似大干扰起止位置点，判断并除去大干扰所在位置点，确定粗略同步的候选同步位置，其中fn_2＝10-25。
4.根据权利要求1所述粗略同步方法，其特征在于采用下式判断候选位置的首位置是否有效，满足视为有效，否则视为无效R_accupos_DwPTS2R_accupos_DwPTS1≥T2]]>式中R_accu为特征窗功率比值积累数组；pos_DwPTS为第一次粗略同步获得的候选位置数组，其第i个元素为pos_DwPTSi，i＝1，2；T2为位置有效性判决门限，取值范围1.1～1.5。
5.根据权利要求1所述粗略同步方法，其特征在于采用下式计算特征窗内第k(k＝0-7)个symbol(1symbol对应16chip)的平均功率值Pi+k=116Σjp(i-1)*glide+k*16+j,j=1,2,···,16]]>并在计算上式时采取下列措施之一进行防拖尾处理措施1式中Pi+1由该数据段的前Num 1个chip的平均功率代替；Pi+6由该数据段的后Num_1个chip的平均功率代替；Num_1取值范围6～16；措施2式中Pi、Pi+1由其对应数据左移Num_2个chip获得新数据段的平均功率代替；Pi+6、Pi+7由其对应数据右移Num_2个chip获得的新数据段的平均功率代替；Num_2取值范围1～12；措施3仅Pi+6由该数据段的后Num_1个chip的平均功率代替；Num_1取值范围6～16；措施4仅Pi+6、Pi+7由其对应数据右移Num_2个chip获得的新数据段的平均功率代替；Num_2取值范围1～12。
6.根据权利要求1所述粗略同步方法，其特征在于采用下式对特征窗功率比值进行判断，满足条件的特征窗功率比值视为有效，否则视为无效，并将其置为较大值(如10)1/th＜sym_ratio＜th其中sym_ratio=(Pi+6+Pi+7)(Pi+Pi+1)]]>Pi+k=116Σjp(i-1)*glide+k*16+j,j=1,2,···,16]]>对应的特征窗功率比值Ri为Ri=(Pi+Pi+1)+(Pi+6+Pi+7)(Pi+2+Pi+3+Pi+4+Pi+5)]]>th为有效性判决门限，取值范围2-5。
7.根据权利要求1所述粗略同步方法，其特征在于采用下列方式确定下行粗略同步的候选位置，即搜索R_accu的极小值并将其所在位置记为pos_min，将(pos_min-1)*glide添加给候选位置数组pos_DwPTS，在R_accu中pos_min及其左右各16/glide点位置以外再次寻找极小值，用其所在位置更新pos_min，将(pos_min-1)*glide添加给候选位置数组pos_DwPTS。
8.根据权利要求1所述粗略同步方法，其特征在于采用下式判断疑似大干扰起止位置点，即搜索R_accu中满足下式的位置点，并将其存入疑似大干扰起止位置点数组slot_fb，R_accui＞(fn_1+fn_2)*inf*Threshold，i＝1，2，…，length(R_accu)；式中，inf为设置较大值，取值为10；Threshold为大干扰判决门限，取值范围0.6～1。
9.根据权利要求1所述粗略同步方法，其特征在于采用对在疑似大干扰起止点数组slot_fb中的各位置点的特征窗功率比值进行比较，并采用位置对的方式确定并除去大干扰时隙位置，具体包括(1)在slot_fb中搜索与第一元素值偏差小于width(width为大时隙起止位置范围的经验宽度上限，取值范围30～50)的最大元素值，将其在slot_fb中的位置记录在位置标识变量indicate_1中，判断indicate_1是否等于零，是则说明干扰时隙不足以影响帧同步性能，跳转执行确定粗略同步候选位置的步骤，否则获得大干扰疑似起点范围数组pos_head，其中第i个元素为pos_headi＝slot_fbi，i＝1，2，…，indicate_1；(2)从slot_fb末尾反向搜索与slot_fb末尾元素值偏差小于width的最小元素值，将其在slot_fb中位置记录在位置标识变量indicate_2中，判断indicate_2是否等于零，是则说明干扰时隙不足以影响帧同步性能，跳转执行确定粗略同步候选位置的步骤，否则获得大干扰疑似终点范围数组pos_tail，其中第i个元素为pos_taili＝slot_fbi+indicate_2-1，i＝1，2，…，(length(slot_fb)-indicate_2+1)；(3)判断pos_head中最末元素值是否小于等于width，并且pos_tail首元素值与6400/glide的差值是否小于等于width，是则说明虚帧头恰好在大干扰时隙起止点所在位置范围内，继续执行下一步，否则说明虚帧头不在大干扰时隙起止点所在位置范围内，跳转执行步骤(5)；(4)将pos_3赋为正常流程不能获得的数值inf_2，如2000；比较pos_head与pos_tail的长度大小，保留较大者，更新较小者，如pos_head较小，采用前述(1)的方式从slot_fb的第indicate1+1个元素开始进行更新，且将位置标识变量记为pos_3，如pos_tail较小，采用前述(2)的方式从slot_fb的倒数第indicate2+1个进行更新，且将位置标识变量记为pos_3(5)判断pos_3是否等于inf_2，是则表示不存在对帧同步造成影响的大干扰时隙，跳转执行确定粗略同步候选位置的步骤，否则可能存在大干扰，利用pos_3更新相应的indicate_1或indicate_2，继续执行下一步骤；(6)搜索pos_head是否存在至少一个元素，其值与pos_tail中某元素值相差满足时隙长度864/glide及其整数倍的关系？是则将R_accu中以该元素为起点、pos_tail末尾元素为终点的范围内赋值为大值(fn_1+fn_2)*inf，跳转执行确定粗略同步候选位置的步骤，否则继续搜索pos_head是否存在至少一个元素，其值与pos_tail中某元素到length(R_accu)的距离之和满足时隙长度864/glide或其整数倍的关系？是则说明此时虚帧头恰好在大干扰时隙范围内的情况，继续执行下一步骤，否则跳转执行确定粗略同步候选位置的步骤；(7)判断slot_fb中除pos_head、pos_tail以外的是否还存在其他元素？是则将它们顺序存储于变量数组pos_temp中，继续执行下一步骤；否则pos_3＝slot_fbindicate_1，pos_4＝slot_fbindicate_2执行步骤(10)；(8)在pos_temp中从最末元素开始反向寻找第一个与pos_head中某一元素值相差存在最大可能的时隙整数倍关系的元素，若存在该元素则将其在pos_temp中的下标为j，j∈[1，2，…，length(pos_temp)]，pos_3＝pos_tempj；若不存在该元素，则本步骤不作任何操作；(9)在pos_temp中从最初元素开始顺序寻找第一个与pos_tail中某一元素值相差存在最大可能的时隙整数倍关系的元素，若存在该元素则将其在pos_temp中的下标为j，j∈[1，2，…，length(pos_temp)]，pos_4＝pos_tempj；若不存在该元素，则本步骤不作任何操作；(10)将R_accu中第1到第pos_3、第pos_4到末尾元素置为大值(fn_1+fn_2)*inf，继续执行确定粗略同步候选位置的步骤。
10.根据权利要求1所述粗略同步方法，其特征在于计算特征窗功率比值的滑动步长glide＝2-8。
全文摘要
本发明提出一种应用于TD－SCDMA系统小区初始搜索过程的下行粗略同步方法。本发明下行粗略同步方法采用“二次同步法”进行小区初始搜索过程中的下行粗略同步，利用多帧特征窗功率比值对位叠加的方法平滑噪声影响，凸现正确的下行粗略同步位置，利用两位置功率比值判断首位置的有效性，如果经过上述处理后能够满足粗略同步的要求则可以不再进行二次粗略同步，在进行二次粗略同步时采用简便、合理的抗大干扰处理步骤，有效消除大干扰对下行粗略同步的影响，使用户能够在低信干噪比环境中快速、准确地实现小区初始搜索过程的粗略同步。
文档编号H04B1/707GK101056139SQ200710078499
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者谭舒, 申敏, 王茜竹, 郑建宏 申请人:重庆重邮信科(集团)股份有限公司