CN101656553B - 识别无线发射/接收单元可同步的基站的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用以执行初始小区搜索方法和系统。执行步骤1程序以检测一波峰主要同步码(PSC)位置(亦即芯片偏差或是芯片位置)。执行步骤2程序以获得t_offset及码群组。执行步骤3程序以识别一基站的中间码，该基站为该WTRU执行该初始小区搜索时可能会与其同步的基站。

Description

识别无线发射/接收单元可同步的基站的方法

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2004/003207，国际申请日为2004年2月5日，进入中国国家阶段的申请号为200480003389.X，发明名称为“无线通信系统中初始小区搜索”的发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明有关一种无线发射/接收单元(WTRU)同步于一基站，本发明尤其是有关一种改善的初始小区搜索程序。 

背景技术

无线电信系统在此领域中是众所皆知的，为了替无线系统提供全球性的连接，已经发展出标准并据以实施。现行一个广泛使用的标准便是移动电信全球系统(GSM)，亦即被视为所谓的第二代移动无线系统标准(2G)以及其后的修正版(2.5G)。GPRS和EDGE便是2.5G技术的范例，其提供了相对于(2G)GSM网络较高的速度数据服务。这些标准中每一个皆试图在先前的标准上以额外的特征和增强来改善，在1998年1月时，欧洲电信标准局-特别移动组(ETSI SMG)同意了一种第三代无线系统的无线存取机制，称作全球移动电信系统(UMTS)。为了更进一步实施该UMTS标准，便在1998年12月成立了第三代伙伴计划(3GPP)，3GPP则持续发展一个公用的第三代移动无线标准。 

根据现行的3GPP规格，图1A描述一个典型的UMTS系统架构。该UMTS网络架构包含一个核心网络(CN)，其经由一个称为Iu的接口与一UMTS地面无线存取网络(UTRAN)相连，该接口详细定义于目前公开的3GPP规格文件中。该UTRAN配置以经由名为Uu的无线接口通过无线发射/接收单元 (WTRU)提供无线电信服务给使用者，在3GPP中即为使用者设备(UE)。该UTRAN具有一个或多个无线网络控制器(RNC)及基站，其在3GPP中又名为节点B，其全面地为具有UEs的无线通信提供地理上的涵盖。一个或多个节点B经由一个在3GPP中称为IuB的接口与每一个RNC连接。该UTRAN可具有数个节点B群连接至不同的RNC，图1A以两个为例来描述。若在UTRAN中提供超过一个的RNC，则RNC间的通信则经由Iur接口执行。 

与网络外部组件的通信借助在一使用者层级的节点B经由该Uu接口，以及在一网络层级的CN经由连接至外部系统不同的CN连接来实施。 

一般来说，像是节点B这种基站的主要功能，便是提供介于基站网络及WTRU间的无线连接。典型地这些基站会发射共享信道允许未连接的WTRU与基站时序同步。在3GPP中，节点B执行与该UE的物理无线连接。该节点B通过Iub接口接收来自RNC的信号，其控制该节点B通过Uu接口所发射的无线信号。 

CN负责将信息路由至正确的目标。举例来说，CN可将来自UE的声音流量路由至公开切换电话网络(PSTN)或是对目标为因特网的分组数据进行路由，该声音流量由UMTS经由其中一个节点B所接收。在3GPP中，CN具有六个主要组件：1)服务通用分组无线服务(GPRS)支持节点；2)网关PRS支持节点；3)边界网关；4)拜访者位置寄存器；5)移动服务切换中心；以及6)网关移动服务切换中心。服务GPRS支持节点提供对分组切换域的接入，例如因特网。网关GPRS支持节点是用于至其他网络的连接的网关支持节点。所有前往其它运营者网络或因特网的数据流量都会通过网关GPRS支持节点。边界网关是作为一种防火墙，用以防止网络外的侵入者攻击在网络范围内的用户。拜访者位置寄存器是需要提供服务的用户数据的现行服务网络“拷贝”，此信息一开始来自管理移动用户的数据库。移动服务切换中心负责从UMTS终端至该网络的“电路切换”连接。网关移动服务切换中心基于 用户当前位置实施所需的路由服务。网关移动服务亦接收和管理来自外部网络的用户的连接请求。 

RNC通常控制UTRAN的内部功能，RNC亦提供通信的中间服务，该通信具有一经由一与节点B的Uu接口连接的本地分量，以及具有一经由介于该CN及一外部系统间的连接的外部服务分量，举例来说，由国内UMTS的移动电话打出的越洋电话。 

典型地，RNC监督多个基站，管理在节点B所服务的无线服务涵盖的地理区域内的无线资源，且控制Uu接口的物理无线资源。在3GPP中，RNC的Iu接口提供两个至CN的连接：一个是连接到分组切换域，另一个是连接到电路切换域，RNC的其它重要功能还包含机密和完整性保护。 

在例如第三代伙伴计划(3GPP)时分双工(TDD)及频分双工(FDD)系统的通信系统中，结合多个不同数据率的共享和专用信道以进行传输。此类系统的先前技术规格公开存在且持续研发中。 

初始小区搜索处理用于将WTRU同步于一基站，WTRU经由一个称作物理同步信道(PSCH)的共享下行链路信道来完成。请参照图1B，该PSCH具有一个结构，其中相同的主要同步码(PSC)及基于群组号码复调制的三个次要同步码(SSC)是以一个相对于时隙k或k和k+8开始的t_offset发射。 

三个复调制的SSC的选择与群组号码有关。举例来说，在128小区系统中，有32个群组，在每一个群组中，SSC的调制模式和码组合都不相同。每一个码群组皆与四个基本的中间码有关，因此便有128个基本中间码。在128系统中每一个小区被分派给一个群组，使得在一个给定的接收区域中不会有一个群组给超过一个的小区使用。 

因此，该小区搜索同步系统决定利用一初始小区搜索程序确定小区的扰码。公共初始小区搜索程序利用三个主要的程序：步骤l程序检测PSC且决定一码片偏差；步骤2程序使用步骤l所得的信息且检测该t_offset及码群组号 码：以及步骤3程序利用步骤2程序所提供的信息并检测基本中间码。值得注意的是会执行一个激活自动频率控制(AFC)算法，以降低在WTRU和基站间的频率偏差。 

尽管初始小区搜索目前是于无线通信中执行，还是需要一个改善的方法和系统以执行初始小区搜索。 

发明内容

本发明是一种用以执行初始小区搜索的方法和系统。步骤1程序是于偶数和奇数样本上执行，用以检测一波峰主要同步码(PSC)位置(亦即码片偏差或是码片位置)。步骤2程序被执行，以获得t_offset及码群组。步骤3程序被执行，以识别一基站的中间码，通过该中间码，执行初始小区搜索的WTRU可与基站同步。 

附图说明

图1A所示为说明一种典型的无线通信系统； 

图1B所示为物理同步信道(PSCH)； 

图2所示为初始小区搜索的方块图； 

图3所示为初始小区搜索的逻辑图； 

图4所示为初始小区搜索的步骤1方块图； 

图5所示为初始小区搜索的步骤2方块图；以及 

图6所示为初始小区搜索的步骤3方块图。 

具体实施方式

此后，一无线发射/接收单元(WTRU)包含但并未限制于一使用者设备、一移动站台、一固定或移动用户单元、一呼叫器或可在一无线环境下操作的 任何形式的装置。当本文此后提到一基站，其包含但并未限制于一节点B、一站台控制器、一接入点或是在无线环境下任何形式的接口装置。 

首先请参照图2，所示为初始小区搜索(ICS)的方块图200。一接收器以两倍码片率向初始小区搜索提供一均方根升余弦滤波器(Rx-RRC)。典型地，一个帧中会有38400个码片，因此以两倍码片率接收该输入会提供76800个样本。这76800个样本分成两个群组，较佳地分成奇数群组和偶数群组。该偶数样本和奇数样本由相同的处理程序序列处理，其示于图2。 

步骤序列为：步骤1或主要同步码(PSC)程序用以决定同步信道(SCH)(亦即码片偏差)的位置：步骤2或次要同步码(SSC)程序用以根据t_offset(其是码群组特定)及步骤1所提供的码片偏差，来决定该码群组(亦即包含对应该检测PSC的小区的小区群组)及时时隙同步；以及步骤3或中间码程序用以决定对应该检测PSC的小区参数。初始小区搜索步骤1、2及3在一特定频率上对每样本群组执行，如果在特定频率上没有检测的话，则会在另一个频率上执行初始小区搜索。 

提供控制器202以协调三个处理步骤，每一步骤都提供噪声评估器204及检测阈值和帧参数(N，W，T)。尽管可能指定任何参数，较佳地还是指定在重设前累加的帧数、噪声阈值系数(T)以及码片中所显示的搜寻窗大小(W)。值得注意的是步骤1不需要指定搜寻窗(W)大小，因为整个帧都会被搜寻。Nl为步骤l所执行的帧数，Nl较佳为4。N2为步骤2所执行的帧数，N2较佳为8。N3为步骤3所执行的帧数，N3较佳为4。T1、T2、T3为不同的阈值系数，其基于一个错误警告率。 

步骤3程序的输出被输入至选择区块206，其产生初始小区搜索的最终输出。步骤3的输出识别执行该初始小区搜索的WTRU所必须同步的基站。更精确地说，该输出为码群组、小区参数、状况号码（case number）、针对状况2的时隙k和k+8的相对位置、以及中间码关联值。如同所述，中间码 程序(亦即步骤3)有偶数和奇数的处理，因此每一个串流都会产生两个关联结果，该中间码关联值便是每一个串流所产生的关联结果。选择区块206在两个步骤3输出间选择，且提供该初始小区搜索的最终输出。在选择区块206所做的选择介于偶数和奇数最大值间。所获得的关联结果是属于四个不同的基本中间码。最大值于奇数和偶数结果间决定。一旦在奇数和偶数结果间作出决定，便决定出对应的基本中间码。同样地，第一个明显的路径(亦即在时间上最先超过阈值的路径)亦根据该关联结果决定。 

更精确地说，仍参照图2，初始小区搜索始于对该初始小区搜索控制器202的命令，该初始小区搜索控制器处理此命令且送出一个“步骤l开始”命令信号至步骤l区块208和噪声评估器区块204。在步骤1结束后，该步骤1区块208送出一个“成功/失败”信号给初始小区搜索控制器。“成功”信号会使得初始小区搜索控制器送出一个“步骤2”开始信号至该步骤2区块210，在此时间点该步骤1区块208将停止处理输入信号。“失败”信号将使得该初始搜寻控制器对ICS区块200外的信号进行中继，以便增强输入信号放大和/或改变载波频率。在步骤2程序完成后，该步骤2区块210会送出一个“完成”信号至该初始小区搜索控制器202，其再送出一个“开始步骤3”信号至步骤3区块212，同时该步骤2区块210将停止其程序。当步骤3处理完成后，便完成最终选择程序且产生该ICS的最终输出，借此完成该ICS程序。 

值得注意的是另一个选择最终输出的方法，便是在每一个步骤后组合该偶数和奇数输出，并为剩余步骤从两者中选择较佳的一个。如果在步骤1区块208后，偶数或奇数处理路径失败的话，则会产生一个适当的失败标志。后续程序将在成功的路径中继续执行。在此状况下，在步骤3之后，该选择框206将选择此路径所提供的结果。 

现在请参照图3，所示为用以执行初始小区搜索的方法300。该方法300 始于步骤302，其初始所有初始小区搜索的步骤(亦即初始小区搜索的步骤1、2及3)。接着在步骤206中，便执行初始小区搜索的步骤1，较佳地执行4个帧，当然可执行所需任何数量的帧。如同先前所述，在初始小区搜索的步骤l中，该WTRU会寻找具有最大功率的PSC关联波峰位置。 

在步骤308中，会判定是否有检测到PSC。如果检测到PSC，则该方法300便进行步骤316。在步骤316中，会执行一个AFC算法，较佳地执行24个帧，以降低在WTRU和基站频率间的任何偏差，较佳地降低至2kHz。在步骤316后，该方法300进行步骤312，其初始小区搜索的步骤2执行8个帧。 

在步骤312之后，该方法300进行步骤318以判定是否已经检测到SSC。如果检测到，则初始小区搜索的步骤3便执行4个帧(步骤322)，如同先前所述，该初始小区搜索的步骤3中，会决定扰码及独特的中间码基站识别号码。在步骤324中，在执行初始小区搜索步骤3的同时，判定是否检测到。如果检测到，则步骤300止于步骤326，如果没有检测到，则步骤3便在步骤328中再执行4个帧。在步骤322和328中，较佳为4个帧，但步骤3可视需要执行任何数目的帧。如果检测到的话(步骤330)，则方法300止于步骤326，如果没有，则会失败且方法300止于步骤320。 

再次参照步骤308和318，如果在步骤1或步骤2中没有检测到，则该方法300进行步骤332。在步骤332中，会判定是否尚有增益设定存在，如果没有增益设定存在，便会失败且该方法300止于步骤320，如果有额外的增益设定，该方法300便进行步骤334，其将WTRU的自动增益控制器(AGC)设定成下一个增益设定。举例来说，该增益设定为模拟信号在输入模拟数字转换器前所放大的量。典型地有四种增益设定，且典型地会先使用最高的增益设定。因此在步骤334中，该自动增益控制器(AGC)较佳地将会被设定为次最低的增益设定，一旦该AGC被设定为下一个增益设定，方法300便进 行步骤306且继续上述步骤。 

现在参照图4，所示为初始小区搜索步骤1的区块400。步骤l的目的是为了在WTRU检测样本的帧上寻找最强路径，并且决定该最强路径的码片偏差(亦即位置)。如同先前所述，该输入信号以两倍码片率取样，且由一分离器402分离或解复用，以便产生偶数和奇数样本。 

一旦样本信号由分离器402分离后，该偶数和奇数样本便以码片率通过层次高雷相关器(Hierarchical Golay Correlators，HGC)404、406。每一组样本以相同的方式处理，因此为了简便说明，此处仅讨论处理偶数样本。HGC 404类似PSC序列的有效匹配滤波器。HGC 404在连续码片位置执行接收信号和主要同步码(PSC)间的关联。当完整的PSC在HGC404中时，便会产生一个波峰，该波峰将在每一个帧内同样的位置产生，这是因为该PSC于每一个帧内相同的位置发射。当然在状况2中，会有两个PSC位置。 

因此借助将该PSC通过该HGC，会在该PSC最后一个码片产生波峰，因此为了识别该PSC的开始，便会将该波峰位置减去255个码片，这将会提供该PSC序列的开始位置，因为该PSC为256码片长。该HGC 404的输出为复数输出，其被输入至绝对值转换区块406。值得注意的是，可在区块406中使用任何将复数转换成量（magnitude）的方法。该区块406输出为由HGC404输出的复数的量。区块406所提供的量被输入至延迟区块408，其给予八个码片延迟，该延迟用以相对于该噪声淘值评估器418调准HGC 404。这是必要的，因为如同图4所示，该HGC 404的输出最终除以该噪声评估(其在HGC 404值后约8个码片到来)，所以两值必须在时间上被调准。 

8码片延迟区块408的输出被输入至一累加器410。出于说明的目的，假设一个状况l，每帧有一个单一PSC，其在时隙k中提供每帧一个单一波峰。记得每一个在累加器中皆为量，一旦第一个帧通过，在该帧中在一特定位置变会有一个具有波峰值的单一点。此波峰值在后续帧中的同一位置会重 复出现。累加器410将每一点一个一个累加其上，此总和了所有的波峰值以获得噪声免疫，因为噪声无法如信号般快速累加其上。此较佳地执行4个帧。为了在4个帧其间完成这个加总，便有一个具有38400点的缓冲器412(亦即足够一个完整帧的38400码片使用的点)以及一个帧延迟区块414。输出X_e为一个具有38400点长度的向量，其中向量中的每一个点为四个不同帧的每一点处的量的总和，因此X_e是典型信噪比中每一个码片的信号值。 

为了获得噪声值，其为图4所示的Y，每一码片的噪声评估(亦即Y)由噪声阈值评估器区块418所提供。为了获得每一码片的SNR，Xe于除法器416中除以Y。值得注意的是，无论何处发生偶数或是奇数累加器值(亦即X)小于阈值(Y)，就没有需要进行除法且可直接输入零作为除法的结果。每一个码片的SNR被输入至比例均等缓冲器420，该缓冲器具有38400个点使得其可保存一个帧的所有码片，当然使用不同的帧长度便可提供更多点或更少点。在偶数和奇数样本间具有最高SNR值的码片便会被选为该PSC的位置。注意，如果波峰位置为PSC序列的开始，其可被直接输入至步骤2。如果波峰位置为PSC序列的终点，则该波峰位置便减去255个码片，从而提供PSC序列的开始给步骤2。 

为了简化步骤1，参考决定区块422。如同所述的，偶数和奇数样本被输入至步骤1。通过评估所有的偶数和奇数样本，决定具有最大SNR的码片及对应索引(亦即最大SNR所位于的码片位置，亦称为波峰位置)。接着，执行检查以确保所检测的最大SNR高于一特定阈值，如果最大SNR高于该阈值，便会成功且将该标志设定成1，否则会将标志设定成0。因此步骤1的输出为步骤1标志及该码片偏差(亦即波峰位置)，其较佳地为PSC序列的开始。如同所述的，如果码片偏差对应该PSC序列的终点，应该在开始步骤2前将输出减掉255个码片。 

现在请参照图5，所示为初始小区搜索步骤2的方块图500。初始小区 搜索步骤2用以在时隙开始获得扰码群组号码及t_offset。同步信道(SCH)位置被输入至相关器502。该SCH位置会被调准以使得SCH位置输入为该PSC序列的开始。PSC序列的开始可用来作为SCH的开始，因为该SCH是由PSC及三个SSC组成的，其中所有四个码(PSC和三个SCC)位于每一帧中的相同码片。 

所有对应于该PSC的码片样本也被输入至该相关器502中。注意于步骤1中识别为对应该PSC的码片位置被储存于存储器中，以使得其可被输入至步骤2。因此，如果样本被以两倍码片率输入，512个样本被输入至相关器502，而如果样本被以码片率输入，则256个样本被输入至相关器502。因此，为了描述方块图500，假设输入256个样本至相关器502中。 

当产生SSC时，包络序列(envelope sequence)被按顺序提供给哈达马(Hadamard)矩阵的列，以便在PSC和SSC间具有一些正交性。该包络必须在进行步骤2剩下的部分前被移除。该包络移除由相关器502所执行。 

一旦该包络被从输入信号移除后，该信号由相关器502输出至快速哈达马转换(Fast Hadamard Transform，FHT)区块504。该FHT区块504将纯哈达马关联的复杂度从256x256的矩阵减小成16x16的矩阵。 

FHT区块504的输出较佳地于区块506中乘上HGC在步骤1中所提供的波峰PSC的共轭(conjugate)。为了获得该波峰PSC的共轭，256个样本及SCH位置被输入至PSC相关器/相位评估器518，且接着被输入至共轭器516，其获得该波峰PSC的共轭。该波峰PSC的共轭接着乘上FHT区块504的输出，如同所述，此为一个较佳实施方式。在另一个实施方式中，该PSC相关器/相位评估器区块518评估该PSC的相位，并且将其表示为复数。该PSC相关器/相位评估器区块518的输出接着被输入到共轭器516中，其获取该共轭复数且将其输入至复数乘法器506，如同先前所述，其被乘上该FHT区块504的输出。 

复数乘法器区块506的输出被输入至一个累加器和储存器区块508。在复数乘法器区块506中，所有的相位不确定均被从信号中移除。此允许该复数乘法器区块506的输出可被累加且前后一致地储存于累加器和储存器区块508中。这表示实部值可直接累加在实部值上，而不用将复数转换成量然后再储存，这不但会降低效能，且更重要的是在步骤2程序中，这会造成无法检测群组号码，因为该信息是通过复数调制序列携带的。 

累加器和储存器区块508的输出被输入至计算区块510，其根据群组号码、状况信息、k或k+8、以及调制来映射该输入。这些值由预设查询表中获得且被映射至决定变量中。该映射通过使用步骤1所获得的关于该波峰位置是否位于k或k+8的信息而被执行。理想决定变量与噪声评估区块512所提供的噪声评估比较，且k的位置及码群组便会被决定。值得注意的是，在状况2中，该位置可为k+8的位置。除了k位置及码群组外，亦提供一指示来指明状况1或状况2、系统帧数(SFN)(亦即是基于奇数还是偶数帧来进行的检测)、以及是否发生步骤2检测。 

现在请参照图6，所示为初始小区搜索的步骤3的方块图600。再一次的，到来的通信信号由RX-RRC以两倍码片率提供，且被分成奇数和偶数样本。再一次地，为了简化缘故，在此仅描述偶数样本，因为偶数和奇数的处理是相同的。在此点，已经知道时隙的开始及码群组，而且目标是识别欲同步至的特定小区。码群组与四个基本中间码相关，且每一个基本中间码与两个中间码M1和M2相关，因此，便为了每组中间码M1和M2提供一个相关器。亦即相关器0602被提供给第一组中间码，相关器1604被提供给第二组中间码，相关器2606被提供给第三组中间码，而相关器3608被提供给第四组中间码。举例来说，每一个中间码是关于一个特定基站(或小区)，而目标是选择最佳的基站以同步。值得注意的是，假设使用发射分集的话，则一基站的每个天线可能使用不同的中间码。亦需要注意的是，在同一时间被相互 叠加地发射的中间码M1和M2单纯地用于同步且不会用于流量。 

如同在步骤1中，当该中间码完全地在该相关器内时，便会有一个波峰。M2相关器会被给予一个57码片的延迟以便调准相互叠加的M1和M2，且将两个波峰加总。当加总该波峰时，较佳地是在相关器间交替。因此，使用在步骤2所获得的SFN值便很重要。举例来说，关于缓冲器618，当SFN为0时，相关器0602的输出便被输入至缓冲器618。当SFN为1时，相关器1604的输出便被输入至缓冲器618。这确保了波峰在不被混合的情况下被加总，且确保中间码的交替。然而，如果每一个帧产生相同的中间码，就不需要交替。 

假设缓冲器大小为100个点，量被设置为400点用于偶数处理以及400点用于奇数处理，总共800个点。因此，在决定区块626中，在800个点中，便会选择具最大量的点。接着，较佳地亦于决定区块中，判定哪一个缓冲器(亦即累加器)产生了具有最大量的点。一旦识别该缓冲器，便使用SFN以识别原本产生该最大量的相关器。举例来说，若识别相关器0602，则对应相关器0602的小区参数(亦即小区标识)被提供作为小区参数输出。该小区标识提供该识别小区的扰码。基于所检测的中间码的信号强度与噪声评估的比较，可提供一个FIRM指示。也就是说，如果信号强度相对于噪声评估足够的话，便提供FIRM指示。关于偏差，偏差较佳地被提供作为信道响应的开始位置。借助识别该信道响应的开始，执行该初始小区搜索的WTRU便知道开始读取识别小区信标的时间，且接着可同步至该小区并进行通信。 

值得注意的是，在适应的情况下，附图所示的决定区块、相关器、共轭器、除法器等等代表在WTRU内适当的处理装置。该处理装置可视所需为任何数量的处理器。 

很重要的是，本发明可视所需而被实施在利用任何时分双工(TDD)技术形式的任何形式的无线通信系统中。举例来说，本发明可被实施在 UMTS-TDD、TDSCDMA或任何型式的无线通信系统中。此外，尽管本发明以不同实施方式描述，其它在本发明的保护范围内的变形对本领域技术人员而言亦是显而易见的，本发明保护范围列于下文的权利要求项中。 

Claims (2)

1. 一种识别无线发射/接收单元可同步的基站的方法，其基于先前识别的主要同步码及码群组，所述方法包含：

识别与基本中间码有关的二个中间码，其中所述基本中间码属于所述先前识别码群组并且该识别码群组包含多个中间码；

输入每一组所识别的二个中间码至多个相关器中不同的一个相关器，其中所述相关器的数量对应于在该识别码群组中的中间码的数量；

在一预设数量的帧期间累加每一中间码的信号值，其中来自所述多个相关器的中间码的信号值被以交替方式累加；以及

选择具有最高累加信号的中间码。

2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于在输入每一组所识别的二个中间码之后且在累加所述信号值之前，向每一组所识别的二个中间码其一给予57码片延迟。

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