专利名称：码分多址系统中小区搜索方法及用该法的基站移动台系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及CDMA(码分多址)技术，特别是在基于CDMA的移动通信系统中移动台侧初始小区搜索方法，以及使用该方法的基站和移动台系统。
在移动通信系统中，当UE(用户设备)通电时，它不知道它处于何处以及它在哪个小区中。因此对于移动台来说，第一步是初始小区搜索，建立与基站的通信链接。在普通CDMA系统中，初始小区搜索的任务通常是搜索被称为同步码的一些小区专用码。该码的结构及其检测方法通常是不同系统的特征性质。
检测复杂性和搜索时间是最关心的问题。目前使用的有几种CDMA系统，如TD-SCDMA(时分-同步码分多址系统，UTRA TDD／FDD(UMTS(通用移动电信系统)地面无线接入时分双工／频分双工)系统，和CDMA2000(IS-95))系统，它们使用不同的小区搜索方法。
在TD-CDMA系统中，同步码(SYNC)在下行链路导频时隙(DwPTS)被发送。SYNC中的内容是一组戈德码(Gold code)。戈德码被设计成用于识别相邻小区，从而更易于小区测量。
在初始小区搜索期间，UE首先接收一个子帧(5ms)信号。然后移动窗口，利用已知戈德码序列(至少使用19个码)，以19分之一的不确定度在两个保护周期(guard period)之间查找最大相关峰值。为此目的，19个匹配滤波器(或任何类似设备)被并行使用，它们分别与19个同步码匹配。然后确定DwPTS。一旦移动台获得DwPTS，它能够继续进行其他获取操作。
在UTRA TDD／FDD系统中，使用载有主同步码和次同步码的同步信道(SCH)。主同步码对系统中每一个小区相同并在主SCH中被发送。次SCH由具有次同步码的不同组合的序列组成，以识别相邻小区，这些次同步码与主SCH并行发送。
在初始小区搜索期间，UE使用主同步码获得与信号最强小区的时隙同步。一个匹配滤波器(或任何类似设备)被用于此目的，即与对所有小区相同的主同步码相匹配。然后UE使用次同步码的序列查找帧同步并识别32码组中的一个。通过使接收的信号在次同步码的位置与所有可能的次同步码序列相关，检测次同步序列。一旦移动台获得了次同步序列，它能够继续进行其他获取操作。在该系统中，两种码序列被使用。
在CDMA2000(或IS95)系统中，提供一个用于所有用户的公用码复用导频(pilot)，一个公知PN序列被用于导频。不同的小区使用该序列的不同的时移模式，从而它们能够被很好地识别。此导频信道被所有业务信道共享，在基站覆盖区内工作的移动台使用该同步信道来获得初始时间同步。
加电时，移动台在正向导频信道(F-PICH)的优选频率上搜索。例如，可以通过使本地产生的短码与接收的信号相关，来进行这种搜索。这个过程继续到发现“匹配”。移动台选择相关值最高的正向导频信道，对应于信号最强的基站。一旦获得正向导频信道，移动台就可以解调正向同步信道(F-SYNC)。这是可能的，因为F-SYNC定时是使得其帧边缘总是对准正向导频信道的PN(伪随机噪声码)的转换(roll-over)。换句话说，F-SYNC帧边缘总是从系统时间偏离一个相应的F-PICH的PN偏离值。移动台根据PN偏离和在同步信道消息中发送的系统时间，调节其内部计时。一旦移动台获得系统计时，它能够继续进行其他获取操作。
在上述系统中，由于同步码或等效码长，每一个小区的同步码数量大，同步码检测复杂并且初始小区搜索耗费的时间长。
本发明的目的是提供一种新的分级同步码设计和新的初始小区搜索方法，利用该方法的基站和移动台系统，以改进检测同步码的复杂性并缩短移动台在一个特定小区中建立与基站的通信链接之前的初始小区搜索时间。
本发明提供一种CDMA系统中的初始小区搜索方法，所述的CDMA系统包括由各基站形成的多个小区和至少一个移动台，所述的方法包括步骤在从每一个基站发射的帧中提供分级序列作为同步码，所述的分级序列包括一个第一子码和一个第二子码，其中提供多个所述的第二子码，每一个小区被分配一个相应的第二子码；在移动台侧接收帧；将接收的信号与第一子码相关，以识别帧中包含同步的字段，并获得相关峰；缩小搜索窗口到发现的相关峰周围；在所述的缩小的搜索窗口中，将接收的信号与包括相应第二子码的所有全同步码相关；根据相关结果确定移动台在哪个小区内。
本发明还提供在CDMA系统中使用的基站系统，所述的CDMA系统包括各基站形成的多个小区和至少一个移动台，所述的基站系统包括用于产生作为同步码的分级序列的同步发生装置，所述的分级序列包括一个第一子码和一个第二子码，其中提供多个所述的第二子码，并且每一个小区被分配一个相应第二子码；和用于在帧中发射所述的同步码的发射装置。
本发明还提供在CDMA系统中使用的一个移动台系统，所述的CDMA系统包括各基站形成的多个小区和至少一个移动台，所述的移动台系统包括用于存储一个第一子码和多个第二子码的存储装置，其中每一个小区被分配一个相应第二子码；用于接收从基站发射的帧的接收装置；第一相关装置，用于使接收的信号与第一子码相关以识别帧中包含同步的字段，并获得相关峰值从而缩小搜索窗口到所述相关峰周围；第二相关装置，用于在所述的缩小的搜索窗口中将接收的信号与包括相应第二子码的所有全同步码相关；判决装置，用于根据相关结果确定移动台在哪个小区内。
图1示出了在TD-SCDMA系统中使用的帧结构和根据本发明的SYNC码设计；图2示出了根据本发明一个实施例中的基站和移动台示意图；图3A和3B分别示出了在与子码1和2相关后的相关峰；图4示出了根据本发明一个实施例在移动台执行初始小区搜索的例示性根据本发明，图1示出了在TD-SCDMA系统中使用的帧结构和SYNC(同步)码设计。如图1所示，SYNC码被放置在DwPTS，这里业务信号中断。通常，SYNC代码为64码片(chip)长，TD-SCDMA系统中定义19个代码。
在本发明中，采用选定一种分级(hierarchical)序列为同步码并在每一个帧重复。通过结合被称为子码的两个短码来形成此分级序列，如子码1和子码2。有多个子码2。如图1所示，一个分级序列即SYNC码通过子码1乘以子码2形成。这两个码的不同选择能够产生小区专用同步码，用于识别相邻小区。假定子码1对所有小区都相同，并给每一个小区分配一个子码2，每个小区将具有一个小区专用SYNC码。因此，基于识别这两个子码的两步小区搜索大大改进了复杂性和搜索时间。初始小区搜索的过程将在后面被详细描述。
在现有技术中，为了识别不同的小区，如果小区能够通过它们的同步码被识别，这将是有利的。但是，如果使用不同的同步码，移动台必须同时或顺序地搜索所有码，导致高复杂性和／或长搜索时间。
因此，如上所述，本发明通过利用一种特殊的同步码设计来解决这一问题。首先，在本发明的一个实施例中，所述的同步码，即分级序列，包括一个短子码1和很多正交子码2，短子码1为在整个系统范围是相同的，正交子码2是每个小区独有的，长度可能更长。因此，移动台在第一步只需搜索子码1。这可以通过使接收的信号与子码1相关来完成，并且在每一个小区中将总能发现连续的相关峰，这是因为子码1对整个网络是公用的。由于这种码短，因此这不是很复杂。然后，完成子码1的检测后，检测窗口可以被缩小到发现的相关峰的周围区域。在该区域，移动台试图通过把接收的信号与所有可能的码相关来识别子码2。在本发明中，由于第一步导致搜索窗口被缩小，其复杂性减小。与所有全SYNC码相关后，最高相关峰被确定，用于此峰的子码2也被确定，从而具有此子码2的小区将判断为最近的小区。
图2示出了在本发明的一个实施例中使用的基站和移动台示意图。如图2所示，在基站侧(节点B)，乘法器将子码1和子码2相乘，产生一个分级序列，即同步码。在该实施例中，子码1在整个网络中的所有小区通用，而每一个子码2对各个小区是专用的。
产生同步码后，通过基站(节点B)中的一个发射器(未示出)将同步码在DwPTS位置每帧发射出去。
在该实施例中，移动台包括一个接收器(未示出)，用于接收从基站发射的信号；一个第一相关器，在帧内执行与子码1的相关；和一个第二相关器，在一个缩小的搜索窗口内执行与包括所有子码2的全SYNC码的相关；和一个判决装置，用于确定移动台目前处在哪个小区内。
当移动台执行初始小区搜索时，它接收基站发射的帧。然后在步骤1中，第一相关器使各帧只与子码1相关，该子码1为短码，并在找到连续的各个小区中的相关峰。图3A示出了在第一相关器中用子码1相关后连续相关峰的一个例子。如图3A所示，在一个帧中DwPTS位置有8个连续相关峰值。由于在帧的其余部分中BS没有作用上子码1，在该区域中为其他信号。以此方式，能够确定SYNC码的位置。
然后搜索窗口被缩小到发现的相关峰周围，在步骤2，第二相关器在小搜索窗口内使接收的信号与所有全SYNC码相关，这些全SYNC码包括所有子码2，用以查找每一个小区的相关峰。这些相关可以并行或串行执行。图3B示出了在第二相关器中与包括子码2的全SYNC码相关后相关峰的一个例子。如图3B所示，在小搜索窗口内，如果一小区的SYNC码与在第二相关器中使用的SYNC码相匹配，则出现该小区的一个相关峰。然后进行判断，确定附近各小区中具有最高相关峰的小区。该小区被确定为移动台当前所处的小区。
为了识别更多的小区，甚至需要更多的同步码。因此在本发明的一个有利的扩展例子内，可以使用不止一个子码1。这些子码1可以是正交的。也就是说，仍在步骤1中，要试用不止一个子码，但是由于子码1短，因此复杂性小。
移动台一旦获得了同步码，它能够继续进行其他获取操作，然后建立与在所确定的小区内的基站的通信链接。
考虑TD-SCDMA系统，本发明的上述同步码能够被作为SYNC采用，并且TD-SCDMA的其他结构不会受影响。因此如图1所示，同步码的长度为64，帧(或TD-SCDMA系统中所称的子帧)具有5ms的持续时间和6771码片。初始小区搜索的任务，即在6771码片内搜索64码片长度的一个未知同步码，对TD-SCDMA中的原来方法和根据本发明的上述方法来说是相同的。下面是根据本发明一个实施例的SYNC码设计的一个详细例子。
形成分级序列的两个码可以被称之为X1(I)，子码1，和X2(j)，子码2，并且所有元素在BPSK映射前属于集{0，1}。码的长度为8。
定义长度64的分级序列SYNC的元素为SYNC(i)=X1(i mod 8)*X2(i div 8)，其中i=0…63注意，对于这种构成等同于用扩频码X1扩频数据流X2。
图4示出了在本发明的该实施例中在UE(移动台)执行初始小区搜索的例子。所有全SYNC码，包括子码1和所有子码2，被预先存储在移动设备的存储器(未图示)中。如图4所示，在第一相关器中，乘法器用子码1即X1扩频接收的信号；一个积分器在8Tc期间对信号执行积分；然后信号的模被计算，产生一个相关输出。第一相关器的输出是连续相关峰值，如图3A信号A所示。
第一相关器的相关输出在缩小的搜索窗口内由8个第二相关器进行处理。在每一个第二相关器内，一个乘法器用一个包括一个相应子码2，X2的相应全SYNC码扩频输入信号。扩频后，由于整个SYNC码为64码片长，一个积分器在64Tc周期间对扩频的信号进行积分。然后计算其模，输出一个相关峰，该相关峰对应于在该相关器中使用的子码2，如图3B的信号B所示。在图4中，各第二相关器的相关操作被并行实施，但是，作为选择，它们也能够串行实施。
从各第二相关器输出的相关峰，经一个判决装置比较，以确定哪个第二相关器输出最高的相关峰值，然后该相关器的SYNC码被确定为距离最近的小区使用的SYNC码，从而确定移动台当前处在哪个小区中。
表1示出了X1=E8(十六进制)的一些序列的一个例子的构成方式。
表1分级序列的构成方式
因此，如果Walsh(沃尔什)码被用作X2，长度为8的3个m-序列(一种PN序列)被用作X1，共有24个不同的SYNC码(在TD-SCDMA中仅定义19个码)。
当一个UE(用户设备)被通电时，通过在一个子帧内将接收的信号与长度为8的3个X1码相关，搜索未知的SYNC码。在该第一步骤中，每一个相关是在一个子帧(6771码片)上的长度为7的加，并且要执行3次。在该实施例中，在图4中用子码1的相关应当被并行或串行执行3次。但是，在TD-SCDMA系统中，在一个子帧内用长度为64的19个码进行相关，则每一个相关是在6771码片上的长度为63的加，并要执行19次。所以改进系数约为19*63／(7*3)=57。
无论距离最近的节点B(基站)采用哪个SYNC码，在SYNC码的位置周围，就一个X1码将产生8个连续小子峰。从而X1码和SYCN码的大体位置能够被确定。然后，由于各个X2码的零互相关，8个不同的X2码的检测能够在该位置容易地执行。在该第二步骤中，每一个相关是在64码片或更多一些码片上的长度为63的加，并要执行8次。如果相关结果在步骤1中被再使用，复杂性能够被进一步降低。从而与第一步相比较，在该步骤中的复杂性能够被忽略。这两个步骤之后，完成了获取SYNC码。
从以上对本发明的实施例的描述，显然本发明提供了一个当移动台被通电时初始小区搜索的有利方法，使得移动台在与距离最近小区的基站建立通信链接之前能够高效地查找它处在哪个小区内。本发明提供一种有利的分级同步码设计，作为结果，改进了检测同步码的复杂性，大大缩短了初始小区搜索时间。
虽然在上述实施例中使用了TD-SCDMA系统，但根据本发明的分级同步码设计和初始小区搜索方法也能够被用在其他基于CDMA的通信系统中，如UTRA TDD／FDD系统，和CDMA2000(IS-95)系统。
前面已经描述了本发明的优选实施例。应当注意到，在不脱离本发明范围的情况下，根据本发明的公开，本领域的普通技术人员能够进行修改和变型。
权利要求
1．一种在CDMA系统中的初始小区搜索的方法，所述的CDMA系统包括由基站形成的多个小区和至少一个移动台，所述的方法包括步骤提供一个分级序列作为从每一个基站发射的帧中的同步码，所述的分级序列包括一个第一子码和一个第二子码，其中提供多个所述的第二子码，并且每一个小区被分配一个相应第二子码；在移动台侧接收所述帧；将接收的信号与第一子码相关，以识别帧中包含同步的字段，并获得相关峰；将搜索窗口缩小到发现的相关峰值周围；在所述的缩小的搜索窗口中，将接收的信号与包括相应第二子码的所有全同步码相关；根据所述相关结果确定移动台在哪个小区内。
2．根据权利要求1的方法，其中所述的第一子码为所有小区公用，并且所述的第二子码彼此正交。
3．根据权利要求1的方法，其中提供多个第一子码，并且每一个第一子码对部分小区公用，所述的第二子码彼此正交。
4．根据权利要求1的方法，其中所述的分级序列通过用第一子码扩频第二子码产生。
5．根据权利要求1的方法，其中所述的第一子码相对短。
6．根据权利要求1的方法，其中所述的分级序列由各基站每帧发射。
7．根据权利要求3的方法，其中所述的第一子码的数目是一个小的数量。
8．根据权利要求3和7的方法，其中对每一个所述的第一子码执行用第一子码的相关步骤。
9．根据权利要求1的方法，其中所述的同步码被基站置于一个自有时隙内，即，该处没有其他信号被发射。
10．一种在CDMA系统中使用的基站系统，所述的CDMA系统包括由各基站形成的多个小区和至少一个移动台，所述的基站系统包括同步产生装置，用于产生作为同步码的分级序列，所述的分级序列包括一个第一子码和一个第二子码，其中提供多个所述的第二子码，并且每一个小区被分配一个相应第二子码；和发射装置，用于在帧中发射所述的同步码。
11．根据权利要求9的基站系统，其中在每帧发射所述的同步码。
12．根据权利要求9的基站系统，其中所述的同步码被置于一个自有时隙内，即，该处没有其他信号被发射。
13．一种在CDMA系统中使用的移动台系统，所述的CDMA系统包括由基站形成的多个小区和至少一个移动台，所述的移动台系统包括存储装置，用于存储第一子码和多个第二子码，其中每一个小区被分配一个相应第二子码；接收装置，用于接收从基站发射的帧；第一相关装置，用于将接收的信号与第一子码相关以识别帧中包含同步的字段，并获得相关峰从而将搜索窗口缩小到所述的相关峰周围；第二相关装置，用于在所述的缩小的搜索窗口中将接收的信号与包括相应第二子码的所有全同步码相关；和判决装置，用于根据所述相关结果确定移动台在哪个小区内。
14．根据权利要求13的移动台系统，其中所述的第一子码为所有小区公用，并且所述的第二子码彼此正交。
15．根据权利要求13的移动台系统，其中提供多个第一子码，并且每一个第一子码为部分小区公用，所述的第二子码彼此正交。
16．根据权利要求13的移动台系统，其中所述的分级序列通过用第一子码扩频第二子码产生。
17．根据权利要求13的移动台系统，其中所述的第一子码相对短。
18．根据权利要求13的移动台系统，其中所述的分级序列由各基站每帧发射。
19．根据权利要求15的移动台系统，其中所述的第一子码的数目是一个小的数目。
20．根据权利要求15和19的移动台系统，其中第一相关装置执行对每一个所述的第一子码的相关。
21．根据权利要求13的移动台系统，其中所述的同步码被基站置于一个自有时隙内，即，该处没有其他信号被发射。
全文摘要
在CDMA系统中的初始小区搜索的方法,包括步骤:提供一分级序列作为从每一个基站发射的帧中的同步码,包括第一子码和第二子码,多个第二子码被提供,每一个小区被分配一个相应第二子码;在移动台方接收帧;将接收的信号与第一子码相关,以识别帧中包含同步的字段,并获得相关峰;缩小搜索窗口到发现的相关峰值周围;在缩小窗口中,将接收的信号与包括相应第二子码的所有全同步码相关;按相关结果确定移动台所在小区。使得小区搜索复杂性和搜索时间大大改进。
文档编号H04W48/18GK1292631SQ9912390
公开日2001年4月25日 申请日期1999年10月8日 优先权日1999年10月8日
发明者肖磊, 迈克尔·本兹, 斯蒂芬·巴伦伯格 申请人:西门子(中国)有限公司, 西门子公司