专利名称：一种适用于cdma2000网络的用户检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于CDMA2000网络的用户检测装置及方法。目的是通过检测 用户的无线信号来确定用户终端的具体位置。
背景技术：
CDMA2000是目前最具代表性的第三代移动通信技术标准之一，目的是为了满足 3G无线通信系统的要求，其无线接口采用了码分多址(CDMA)扩频技术。本发明就是在 CDMA2000系统环境下检测用户信号并最终确定用户地理位置。 已知的条件是用户终端的ESN或者IMSI、用户终端所属基站的位置。 ESN(ElectronicSerial Number)是移动终端的标识。在终端与网络存在专用业务连接的 情况下，ESN也是终端在空口物理层的标识。IMSI (International Mobile Subscriber Identity)是系统网络内部对每个用户的标志。用户购买了一张UM(User Identification Module)卡(功能相当于GSM的SIM卡)，就包含了 IMSI、 ESN等参数信息。
ESN是获取用户位置信息的关键信息。因为由ESN生成特定的长码掩码，能使不 同终端的信号在空口实现码分复用。如果已知条件不是ESN而是IMSI，那么通过IMSI获 取ESN就成为附加的先决条件。根据用户终端ESN获取导频信道能量，是本发明中用于检 测用户的主导思想。
发明内容
本发明目的在于提供一种适用于CDMA2000网络的用户检测装置及方法。 本发明提供的一种适用于CDMA2000网络的用户检测方法，该方法包括如下步骤 步骤1 :滑动搜索下行导频信道，以判决导频信道初始相位位置，获取搜索能量
后，寻找其能量最大值，将该最大值所对应的位置作为同步位置，这里的同步位置表示"导
频信号最强径"所处的位置； 步骤2 :根据同步位置，解析同步信道承载的"同步信道消息"；获得"同步信道消 息"中的系统时间SYSJ1ME、导频偏移PILOT_PN和长码状态LC_STATE参数，就获得了小区 同步定时和LC_STATE生效的时刻，即从"同步信道消息"结束时所对应的同步信道超帧，延 时320毫秒，然后再回退PIL0T_PN*64个码片，结果就是长码状态在SYS_TME时刻生效的 相位； 步骤3 :寻呼信道消息解析，同时完成对网络的跟踪、判断是否执行小区切换，跟 踪激活集Active Set和相邻集Neighbor Set, Active Set搜索窗的中心位置就是当前小 区的导频同步位置，Neighbor Set搜索窗的中心位置则由当前小区导频偏移PIL0T_PNs和 邻区导频偏移NGHBR_PNs的相对关系得到，即当前小区同步位置偏移(NGHBR_PNs-PILOT_ PNs) X64个码片后的位置；为支持上行同时监听多小区，下行还需要从被监听小区的寻呼 信道消息中得到被监听小区的PILO乙PNs、基站标志BASE_Ids ; 步骤4:上行根据下行发送的同步消息维持与系统的同步，根据配置的用户的电子序列码ESN或国际移动用户标识IMSI，进入相应的处理分支；如果已知条件是ESN，直接 进行能量检测，总共使用40ms数据即32个功率控制组PCG进行检测，并进行频偏估计与 校正，可以得到30dB的SNR信噪比增益；如果已知条件是IMSI，根据配置的IMSI能计算出 为用户终端分配的信道号，首先对MSI的低10个数字IMSI_S进行编码，所得MSI_S1和 IMSI_S2代入(MSI_S1+224XIMSI_S2)得到HASH_KEY的低32位比特，再由下面公式
i = k x ((40503 x (丄十)) mod216) / 216」 (2) 返回的R值，索引信道列表，即可得到对应的信道号；其中，N表示信道列表中信道 的个数；L是HASH_KEY的低16位比特；H是HASH_KEY的高16位比特；用户待机状态下，在 当前小区和被监听小区的接入信道上，捕获"注册消息"，"呼叫发起消息"和"寻呼响应消 息"，解析MSI，与配置的MSI匹配，一致就表明成功获取用户ESN，进而转入ESN模式下的 能量检测阶段。用户的具体位置是依据上报的能量值来确定。 如上所述的用户检测方法，其中，步骤1中的搜索采用"相干积分+非相干累加"的
策略，每个导频信道帧上的滑动搜索如下式
f=0
,w = 0,l，2..JF/w —1
>o
其中相干积分长度为CohLen，非相干累加个数为NoCohNum，接收序列为r (k) ， k = 0， 1，. . . N-l，本地短码序列为PNs(k) ， k = 0， 1，2，. . . N-l，短码序列的长度为N = 32768码 片，码片速率为1.2288Mc/s，导频信道的帧长为80/3ms，Eng(m)即搜索能量，Win表示搜索 窗口长度，m是窗内能量值的索引，窗口长度至少要覆盖一个帧长，即Win >N。
如上所述的用户检测方法，其中，步骤2中的译码器状态保留，以符合编码器工作 在"无限长"编码状态。 如上所述的用户检测方法，其中，步骤3中通过跟踪激活集Active Set维持对当 前小区的同步跟踪。 如上所述的用户检测方法，其中，步骤3中通过跟踪相邻集Neighbor Set维持对 网络的跟踪，根据需要执行小区切换。 如上所述的用户检测方法，其中，步骤3中对邻小区进行实时监听，以应对用户从 邻小区接入。 如上所述的用户检测方法，其中，步骤4中在32个PCG即40ms数据相干积分结果 上进行频偏估计与校正。 本发明提供的一种适用于CDMA2000网络的用户检测装置，该装置包括射频板， 中频/基带板，45°定向天线，全向天线，PC机，射频板提供2个独立的接收通道；中频/基 带板运行根据权利要求1所述的方法；45°定向天线由微波开关控制，为检测不同方向的 用户能量提供信号通道；全向天线用来采集下行链路信号；PC机通过USB与中频/基带板 连接，以观察上报的能量。
图1是根据本发明的CDMA2000用户检测装置图
5
图2是下行接收"相邻集"跟踪流程图； 图3是上行接收处理状态转移图； 图4是IMSI 二进制映射图； 图5是接入时隙信道结构。
具体实施例方式
本发明装置如附图1所示。射频板提供2个独立的接收通道，分别接收下行信号 和上行信号。检测用户方法具体运行在中频/基带板上，完成中频和基带信号处理工作。
CDMA2000是一个同步系统，同步基准为GPS。本发明的定时同步也是以基站和移 动终端之间的系统定时关系为基础，即根据长码、短码的状态维护系统的定时。长码和短码 都以自己本来的周期重复生成的，如果只匹配长码的初始状态，需要41天的时间，对检测 用户来说不现实。因此，具体信道发射过程中，采用碰上哪个码片就用哪个码片的方法。
由于一个基站所在的区域很大，每一点区域都可能有几个小区的信号覆盖。因此 本发明在通过解调给定位置基站的导频信道和同步信道(Sync Channel)获取系统同步之 后，还要对邻集进行跟踪，判断是否执行小区切换。 已知条件若是终端用户的ESN，本发明只需检测反向导频信道的能量即可。已知 条件若是IMSI，本发明则先截获接入信道上承载的消息、再根据解析出的消息内容匹配 IMSI，匹配成功后执行ESN获取。考虑到用户终端有可能从相邻小区接入，还需对邻集进行 适时监听，即监听邻集中能量较强的小区，获取这些小区的基本参数信息，实现多小区同时 监听的功能。 本发明覆盖CDMA2000的3个信道号283、242和201。在已知基站位置处，优先考 虑用283号频道搜索下行信道能量，如果规定时间内解析下行同步失败，就切换到下一个 频道继续扫描。 本装置采用两片TI DM642 DSP，分别运行上行DSP软件和下行DSP软件。因此，下
面按照下行接收和上行接收两大流程分别描述本方明的具体实施过程。上、下行都以80ms
作为处理周期。( — )下行接收 首先是对导频信道进行滑动搜索，判决导频信道初始相位的位置。搜索采用"相干 积分+非相干累加"的策略，令相干积分长度为CohLen，非相干累加个数为NoCohNum，接收 序列为r(k) ， k = 0， 1， . . . N-l，本地短码序列为PNs(k) ， k = 0， 1，2， . . . N-l。短码序列的 长度为N = 32768码片，码片速率为1. 2288Mc/s，导频信道的帧长为80/3ms。每个导频信
道帧上的滑动搜索如下式
<formula>formula see original document page 6</formula> Eng(m)即搜索能量，Win表示搜索窗口长度，m是窗内能量值的索引。由于导频搜 索属于"盲搜索"，窗口长度至少要覆盖一个帧长，即Win > N。 获取搜索能量后，寻找其能量最大值，将该最大值所对应的位置作为同步位置，进 入同步跟踪状态。这里的同步位置表示"导频信号最强径"所处的位置。考虑到"门限"管理的复杂性，不对同步位置的可靠性进行判断。 获取导频同步后的同步位置也是同步信道的帧定时位置。同步信道上可以解析 "同步信道消息"。其中，导频信道所承载的符号为全0序列，因此导频信道解扩后得到的符 号可以直接作为信道系数，对同步信道进行均衡。由于同步信道CC编码过程不添加尾比 特，因此每帧结束后编码器状态不归0，也就是说同步信道的编码器工作在"无限长"的编码 状态，基于该特点，每帧译码结束后，译码器状态需保留。解析同步消息后可获得"系统时 间"(SYSJ1ME)、"导频偏移"(PIL0T_PN)禾P"长码状态"(LC_STATE)参数，它们服务于后续 的寻呼信道(Paging Channel)处理和上行接收处理。获取了这三个参数，就能实现定时同 步和长码状态同步。具体算法是从"同步信道消息"结束时所对应的同步信道超帧，延时 320毫秒，然后再回退PIL0T_PN*64个码片，结果就是长码状态在SYS_TME时刻生效的相 位。 寻呼信道上需要解析的消息包括"系统参数消息"(基站ID，激活集和邻集搜索 窗大小等参数)，"扩展系统参数消息"(MCC，MNC等参数)，"CDMA信道列表消息"(频道号等 参数)，"扩展CDMA信道列表消息"(频道号等参数)，"邻区列表消息"(邻小区频道配置、 PIL0T_PN等参数)，"接入参数消息"(接入时隙长度，接入信道个数等参数)。
下行接收过程中要维持对网络的跟踪，自动实现小区切换。具体是跟踪"激活 集"(Active Set)禾卩"相邻集"(Neighbor Set)。"激活集"就是当前正在监听的小区，"相 邻集"是邻区列表消息中记录的小区。"激活集"搜索窗的中心位置就是当前小区的导频同 步位置，搜索窗大小由"系统参数消息"获取。"相邻集"搜索窗的中心位置，由当前小区和 邻区导频偏移(PIL0T_PNs和NGHBR_PNs)的相对关系得至U，例如，PIL0T_PNs = 30， NGHBR_ PNs= 198，邻区搜索窗的中心位置位于当前小区导频同步位置向后(198-30)*64码片处。 搜索窗大小同样由"系统参数消息"得到。邻集跟踪处理流程如附图2所示。
为支持上行同时监听多小区，下行还需要获取被监听小区的PILOT—PNs(导频信 道PN序列偏移)、BASE_Ids (基站标志)。其中，BASE_Ids从被监听小区的寻呼信道消息中 得到。
( 二 )上行接收 由附图l可知，上行射频接收(UL RF Rx)采用由微波开关控制的8个45°定向天
线。USB接口与PC控制台始终保持连接，通过USB接口上报检测结果。 附图3是上行接收处理的状态转移图。从图中可以看出，上行接收以配置的模式
为转移条件。 如果是ESN模式，先根据ESN号码生成长码掩码，再利用下行得到的"同步信道消 息"(包括长码状态，导频偏移，同步消息对应的帧号)，计算启动上行能量检测的帧号和相 位(计算方法同下行接收)。为确定用户位置，上行需要进行8天线切换，本发明每个方向 均要进行能量检测。 能量检测在导频信道上进行，以"功率控制组"(PCG)为单位进行，总共使用40ms 数据(32个PCG)进行检测。为了进一步提高相干积分长度，需要预先校正频偏引起的相位 旋转。在32个PCG(40ms数据)相干积分结果上进行频偏估计与校正。最终的相干积分长 度为1024*32 = 32768。理论上可以得到30dB的SNR增益。当能量检测覆盖了整个搜索 窗，就得到一个"能量谱"。对该能量谱进行能量判决，找到最大能量值，将该最大值作为"信
7号"能量值上报给PC机。 八个方向能量值都上报给PC机后，由PC机选出最大值，然后将设备朝最大能量方 向移动。上述过程重复进行，直到最终接近目标用户。 如果是IMSI模式，根据配置的IMSI先计算为用户终端分配的信道号。计算过程如 下首先将頂SI—S编码(IMSI—S含义是IMSI的低10个数字)，得到MSI—S1和IMSI_S2。 参照附图4， MSI_S2是IMSI_S前三位十进制数编码的结果。三位十进制数分别用D1，D2， D3表示，如果取值是0，则以IO来代替。将100XD1+10XD2+D3-111的结果转换成二进制 就是IMSI_S2。 MSI_S1则代表IMSI_S后7个十进制数编码的结果，其中第二个三位十进 制数和最后一个三位十进制数的编码方式和IMSI_S2相同，千位的十进制数直接转换成二 进制(如果是0，转换为"1010")即可。接下来将MSI_S1禾P MSI_S2代入HASH函数得到HASH_KEY， S卩(IMSI_
S1+224X IMSI_S2)低32位比特。由下面公式:
<formula>formula see original document page 8</formula> (2) 返回的R值索引信道列表，可以得到对应的信道号。 其中，N表示信道列表中信道的个数；L是HASHJ(EY的低16位比特；H是HASHJ(EY 的高16位比特。 接着是获取用户ESN。获取ESN在用户待机状态下进行，目的是监听小区的上行接 入信道，当监听到与已知MSI相匹配的消息时，即可捕获与MSI伴随发射的ESN。用户发 送的一个"接入试探"在时间上占用一个"接入时隙"。 一个"接入时隙"的长度是(3+MAX_ CAP_SZs) + (l+PAM_SZs)个"接入信道帧"。具体格式见附图5。参数MAX_CAP_SZs、PAM_SZs 由下行解析的"接入参数消息"获取。"接入时隙"的定时满足下面的关系
tmod (4+MAX_CAP_SZs+PAM_SZs) = 0 (3) 其中，"t"为"系统定时"(SYS_TME)，以"接入信道帧"为单位(20ms)。 本发明在接入信道上捕获的消息有"注册消息"，"呼叫发起消息"和"寻呼响应消
息"。考虑到用户可能会从相邻小区接入，除了监听当前小区的接入信道外，同时监听下行
跟踪的小区。 以上所述的是在已知用户ESN或IMSI 、用户所处基站位置的情况下，检测 CDMA2000网络中用户位置的装置和方法。由于本发明应用中具有特殊性，因此任何熟悉本 技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
一种适用于CDMA2000网络的用户检测方法，其特征在于所述检测方法包括如下步骤步骤1滑动搜索下行导频信道，以判决导频信道初始相位位置，获取搜索能量后，寻找其能量最大值，将该最大值所对应的位置作为同步位置，这里的同步位置表示“导频信号最强径”所处的位置；步骤2根据同步位置，解析同步信道承载的“同步信道消息”；获得“同步信道消息”中的系统时间SYS_TIME、导频偏移PILOT_PN和长码状态LC_STATE参数，就获得了小区同步定时和LC_STATE生效的时刻，即从“同步信道消息”结束时所对应的同步信道超帧，延时320毫秒，然后再回退PILOT_PN*64个码片，结果就是长码状态在SYS_TIME时刻生效的相位；步骤3寻呼信道消息解析，同时完成对网络的跟踪、判断是否执行小区切换，跟踪激活集Active Set和相邻集Neighbor Set，Active Set搜索窗的中心位置就是当前小区的导频同步位置，Neighbor Set搜索窗的中心位置则由当前小区导频偏移PILOT_PNs和邻区导频偏移NGHBR_PNs的相对关系得到，即当前小区同步位置偏移(NGHBR_PNs-PILOT_PNs)×64个码片后的位置；为支持上行同时监听多小区，下行还需要从被监听小区的寻呼信道消息中得到被监听小区的PILOT_PNs、基站标志BASE_Ids；步骤4上行根据下行发送的同步消息维持与系统的同步，根据配置的用户的电子序列码ESN或国际移动用户标识IMSI，进入相应的处理分支；如果已知条件是ESN，直接进行能量检测，总共使用40ms数据即32个功率控制组PCG进行检测，并进行频偏估计与校正，可以得到30dB的SNR信噪比增益；如果已知条件是IMSI，根据配置的IMSI能计算出为用户终端分配的信道号，首先对IMSI的低10个数字IMSI_S进行编码，所得IMSI_S1和IMSI_S2代入(IMSI_S1+224×IMSI_S2)得到HASH_KEY的低32位比特，再由下面公式返回的R值，索引信道列表，即可得到对应的信道号；其中，N表示信道列表中信道的个数；L是HASH_KEY的低16位比特；H是HASH_KEY的高16位比特；用户待机状态下，在当前小区和被监听小区的接入信道上，捕获“注册消息”，“呼叫发起消息”和“寻呼响应消息”，解析IMSI，与配置的IMSI匹配，一致就表明成功获取用户ESN，进而转入ESN模式下的能量检测阶段。F2009102418622C00011.tif
2. 根据权利要求1所述的用户检测方法，其特征在于，步骤1中的搜索采用"相干积分 +非相干累加"的策略，每个导频信道帧上的滑动搜索如下式<formula>formula see original document page 2</formula>其中相干积分长度为CohLen，非相干累加个数为NoCohNum，接收序列为r(k)， k = 0， 1 ，. . . N-l，本地短码序列为PNS (k) ， k = 0， 1 ， 2，. . . N-l，短码序列的长度为N = 32768码片， 码片速率为1. 2288Mc/s，导频信道的帧长为80/3ms，Eng(m)即搜索能量，Win表示搜索窗口 长度，m是窗内能量值的索引，窗口长度至少要覆盖一个帧长，即Win > N。
3. 根据权利要求1所述的用户检测方法，其特征在于，步骤2中的译码器状态保留，以符合编码器工作在"无限长"编码状态。
4. 根据权利要求1所述的用户检测方法，其特征在于，步骤3中通过跟踪激活集ActiveSet维持对当前小区的同步跟踪。
5. 根据权利要求1所述的用户检测方法，其特征在于，步骤3中通过跟踪相邻集Neighbor Set维持对网络的跟踪，根据需要执行小区切换。
6. 根据权利要求1所述的用户检测方法，其特征在于，步骤3中对邻小区进行实时监听，以应对用户从邻小区接入。
7. 根据权利要求1所述的用户检测方法，其特征在于，步骤4中在32个PCG即40ms数据相干积分结果上进行频偏估计与校正。
8. —种适用于CDMA2000网络的用户检测装置，其特征在于该装置包括射频板，中频/基带板，45°定向天线，全向天线，PC机，射频板提供2个独立的接收通道；中频/基带板运行根据权利要求1所述的方法；45°定向天线由微波开关控制，为检测不同方向的用户能量提供信号通道；全向天线用来采集下行链路信号；PC机通过USB与中频/基带板连接，以观察上报的能量。
全文摘要
本发明涉及一种适用于CDMA2000网络的用户检测装置及方法。目的是确定CDMA2000网络中用户的地理位置。本发明装置通过8天线扫描用户上行无线信号能量，结合系统提供的用户信息(ESN或IMSI，所处基站位置)最终确定用户位置。如果已知信息是用户ESN，直接检测上行导频信号能量即可检测用户。如果已知信息是IMSI，则先在接入信道上完成IMSI匹配工作，匹配成功后获取ESN，再转入ESN模式检测导频信号能量。而下行接收为检测用户能量提供与网络间的定时同步，并维护同步。本发明采用上述方法即可实现在CDMA2000网络中检测到用户终端。
文档编号H04W24/00GK101730122SQ20091024186
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者姜韬, 洪媛 申请人:北京北方烽火科技有限公司