CN1820437A - 通用移动电话系统接收机中小区搜索期间的频率同步 - Google Patents

Abstract

一种通用移动电话系统(UMTS)接收机利用接收到的主同步信道(PSCH)进行时隙同步(305)。在完成时隙同步之后，UMTS接收机利用接收到的次同步信道(SSCH)，以UMTS接收机利用接收到的主同步信道(PSCH)调整频率偏移的方式，进行帧同步(325、330、335)。

Description

通用移动电话系统接收机中小区搜索期间的频率同步

技术领域

本发明大体上涉及无线接收设备，更具体地，涉及如通用移动电话系统(UMTS)等基于扩频的无线系统中的用户设备(UE)。

背景技术

UMTS无线电信号的基本时间单位是10毫秒(ms)无线电帧，其被分为15个时隙，每个时隙2560个码片。从小区(或基站)到UMTS接收机的UMTS无线电信号是“下行信号”，而相反方向的无线电信号被称为“上行信号”。当第一次接通UMTS接收机时，UMTS接收机执行“小区搜索”，以搜索与之进行通信的小区。具体地，如稍后所述，UMTS接收机初始查找从小区发射的下行同步信道(SCH)，以便在时隙和帧层次上与之同步，并确定该小区的具体扰码组。只有在成功的小区搜索之后，才能开始语音/数据通信。

对于小区搜索，SCH是只在每个时隙的前256个码片期间有效的稀疏下行信道。SCH由两个子信道组成，主SCH(PSCH)和次SCH(SSCH)。PSCH 256码片序列或PSCH代码在针对所有小区的SCH的所有时隙中均相同。相反，SSCH 256码片序列或SSCH代码可以在无线电帧的15个时隙中的每一个中不同，并用于识别64个可能的扰码组之一。换句话说，SCH的每个无线电帧重复与各个发射小区相关联的扰码组序列。从16个可能SSCH代码的符号集中选取每个SSCH代码。

作为小区搜索的一部分，UMTS接收机首先利用PSCH实现时隙同步。对此，UMTS接收机将接收PSCH的接收样本与已知的PSCH 256码片序列(对于所有时隙均相同)进行相关，根据相关峰的位置，确定时隙参考时间。当确定了时隙参考时间时，对UMTS接收机进行时隙同步，并且UMTS接收机可以确定每一个时隙在已接收无线电帧中的开始时间。

在时隙同步之后，UMTS接收机停止PSCH的处理并且开始处理SSCH。具体地，UMTS接收机将已接收无线电帧中15个SSCH代码的特定序列与已知序列进行相关，以实现帧同步，并且确定小区的扰码组。扰码组的识别使UMTS接收机能够解扰该小区的所有其他下行信道(如，公共导频信道(CPICH))，以开始语音/数据通信。

不幸地，上述小区搜索处理存在一些缺陷。一个是时间。由于SSCH处理涉及15个特定SSCH代码的序列的识别，SSCH代码处理通常发生在多个已接收无线电帧上，如10到20个。因此，完成小区搜索需要100到200ms。另一个缺陷是UMTS接收机在解扰CPICH之前并未实现频率同步，如上所述，发生在上述小区搜索成功完成之后。这样，小区和UMTS接收机之间的频率偏移可能会退化小区搜索期间的SSCH处理的性能(例如，相关峰不能从背景噪声中突显出来)。例如，这种频率偏移的发生是因为UMTS接收机中用于下转换的参考振荡器的较低精度。此外，如果UMTS接收机是移动的，各种频率偏移效应也可能通过多普勒效应进一步组合。因此，频率偏移可以进一步加长UMTS接收机执行小区搜索的SSCH处理部分所需的时间——尤其是如果频率偏移引起SSCH处理重新启动。

发明内容

因此，根据本发明的原理，一种无线接收机利用接收到的第一同步信道进行时隙同步，并在完成时隙同步之后，利用接收到的第二同步信道，以无线接收机现在利用接收到的第一同步信道调整频率偏移的方式，进行帧同步。因此，即使未消除，也降低了频率偏移对帧同步处理的影响。

在本发明的实施例中，无线接收机是UMTS用户设备(UE)的一部分，第一同步信道是PSCH子信道，以及第二同步信道是SSCH子信道。无线接收机在SSCH处理期间继续处理PSCH以调整频率偏移。具体地，通过在将PSCH的接收样本旋转不同的频率偏移之后，与PSCH代码进行相关，来执行频率调整。将与最高相关峰相对应的频率偏移用作对小区和无线接收机之间的实际频率偏移的估计。

根据本发明的另一方案，无线接收机在SSCH处理期间继续处理PSCH以连续近似频率偏移。例如，首先，通过以较大的频率步长(或粗步长)，例如以2.5kHz递增，调整对频率偏移的估计，来确定频率偏移的粗估计。在已经确定频率偏移的粗估计之后，通过利用较小的步长(或细步长)，例如以1.25kHz、然后0.625kHz递增等，进一步调整对频率偏移的粗估计，来确定频率偏移的最终估计。

附图说明

图1示出了根据本发明原理的演示无线通信系统的一部分；

图2和3示出了根据本发明原理的无线接收机的演示实施例；以及

图4、5和6示出了根据本发明原理的演示流程图。

具体实施方式

除了本发明的概念之外，附图所示的单元是已知的，不进行详细说明。此外，假设熟知基于UMTS无线通信系统，并且在此不进行详细说明。例如，除了本发明的概念之外，扩频发送和接收、小区(基站)、用户设备(UE)、下行信道、上行信道和RAKE接收机是已知的，在此不进行说明。此外，可以使用传统的编程技术来实现本发明的概念，同样在此不进行说明。最后，附图中类似的数字表示类似的单元。

图1中示出了根据本发明原理的UMTS无线通信系统10的演示部分。小区(或基站)15广播包括上述PSCH和SSCH子信道的下行同步信道(SCH)信号16。如上所述，由UMTS用户设备(UE)将SCH信号16用于同步的目的，作为语音/数据通信的先决条件。例如，UE在“小区搜索”操作期间处理SCH信号。在该示例中，当例如开启或开机UE20时，例如蜂窝电话的UE 20启动小区搜索。小区搜索操作的目的包括(a)在UMTS无线电帧的时隙和帧层次上同步小区发送，以及(b)确定小区(例如小区15)的扰码组。如下面所述，并且根据本发明的原理，UE 20处理SSCH子信道以实现与小区15的帧同步，同时使用PSCH子信道来调整频率偏移。应当注意，尽管下面的示例基于初始小区搜索(即当打开UE 20时)的上下文中示出了本发明的概念，本发明的概念不局限于此，而是可应用于小区搜索的其它示例，例如当UE处于“空闲模式”时。

现在转向图2，示出了根据本发明原理的UE 20的一部分的演示方框图。UE 20包括前端105、模拟-数字(A/D)转换器110、小区搜索单元115、搜索器单元120、rake接收机125、主机接口块130以及处理器135。还应当注意，除了本发明的概念之外，在图2所示的块中还可以包括本领域所已知的其它单元，然而为了简化不进行说明。例如，A/D转换器110可以包括数字滤波器、缓冲器等。

前端105经由天线(未示出)接收发送自小区15(图1)的射频(RF)信号101，并且提供代表PSCH和SSCH子信道的基带模拟信号106。前端105包括在处理RF信号101中使用的参考频率源103，以提供基带模拟信号106。由A/D转换器110对基带模拟信号106进行采样，提供已接收样本流111。已接收样本111可用于三个组件：小区搜索单元115、搜索器单元120以及rake接收机125。小区搜索单元115根据将在下面进行说明的本发明原理，处理PSCH和SSCH子信道。成功的小区搜索之后，搜索器单元120针对到rake接收机125的每一个指状单元的多径分配估计已接收样本，例如，所述rake接收机125能够在用于随后由解码器(未示出)解码的符号提供中组合来自多个路径的数据，用于语音/数据通信。因为只有小区搜索单元115与本发明的概念相关，在此不对搜索组件120和rake接收机125进行进一步说明。主机接口块130在上述三个组件和处理器135之间连接数据，在本文中，处理器135经由信令134从小区搜索组件115接收结果。演示地，处理器135是存储程序控制器处理器，例如微处理器，并且包括用于存储程序和数据的存储器(未示出)。

现在转向图3，示出了小区搜索单元115的演示方框图。小区搜索单元115包括PSCH单元205、SSCH单元210以及旋转器215。现在还应当参考图4，图4示出了根据本发明原理的演示流程图，用于利用图3的小区搜索单元115来处理下行PSCH和SSCH子信道。在步骤305中，UE 20的处理器135启动小区搜索，在步骤305中通过处理下行PSCH子信道，尝试实现时隙同步。具体地，处理器135经由信令206激活PSCH单元205，以处理已接收样本111。此外，处理器135经由信令216控制旋转器215，以便同时提供已接收采样111的零旋转，即，已接收采样111通过旋转器215且没有旋转，如同没有出现旋转器215。在步骤305，PSCH单元205按照本领域公知的方法来处理已接收采样111。例如，因为下行PSCH子信道是周期性地出现(即在下行SCH信号的每一个时隙中重复)的已知的PSCH 256码片序列或者PSCH代码，PSCH单元205对已接收样本111与PSCH代码进行相关，并且提供相关的峰值相关值。对此，PSCH单元205包括匹配滤波器和存储匹配滤波器的输出信号的缓冲器(两个都没有示出)。PSCH单元205经由信令206将峰值相关值提供给处理器135。可以在已接收无线电帧的多个时隙上(例如四到二十个时隙)对该峰值相关值进行平均，来减少“假锁定”的概率。如果峰值相关值不大于预定阈值，处理器135控制PSCH单元305来继续处理任意已接收信号，继续查找小区。然而，如果峰值大于预定阈值，UE 20完成时隙同步，并且处理器135继续针对帧同步的小区搜索处理，并确定关联小区的特定扰码组。可选的方法是当峰值相关值超出下一个最高相关值预定加法因子或乘法因子时，视为完成了时隙同步。

具体地，在步骤310中，根据本发明的原理，处理器135启用SSCH单元210和PSCH单元205。前者按照本领域公知的方式处理接收到的样本111。后者用于确定对频率偏移的估计，处理器135使用所述估计，通过图2的信令136，来调整参考频率103，从而补偿SSCH处理期间的频率偏移。因此，即使未消除，也降低了频率偏移对帧同步处理的影响。

现在，转向图5，更详细地示出了图4的步骤310。演示地，步骤310包括与SSCH处理相关的步骤320和与消除频率偏移有关的步骤325、330和335。步骤320对应于本领域公知的SSCH处理，并图示为分别由图2和3中的SSCH单元210和处理器135执行。SSCH单元210通过信令211与处理器135相连。如上所述，SSCH 256码片序列或SSCH代码在针对特定小区的无线电帧的15个时隙中的每一个中不同。这样，每个无线电帧重复与特定小区相关联的特有15个SSCH代码。当被处理器135激活时，SSCH单元210将接收到的无线电帧中的15个SSCH代码的特定序列与已知序列进行相关，用于实现帧同步，以及用于确定小区的扰码组(这里，与小区15相关联的扰码组)。如上所述，SSCH处理需要处理多个接收到的无线电帧，如10到20个。在此处理期间，处理器135利用PSCH单元205来消除小区15和UE 20之间的频率偏移。

具体地，在步骤325中，处理器135调整旋转器215，从而将接收到的样本11以不同的旋转提供给PSCH单元205。如图3所示的旋转器215的使用和设置防止了多种旋转对SSCH处理的影响。例如，代替在搜索频率偏移时直接调整图2的参考频率103，在应用于PSCH单元205之前，将接收到的样本111与以所需频率进行了旋转的复数相乘。这样，可以从图3看到，这种乘法或旋转只影响由PSCH单元205处理的样本，而不影响由SSCH单元210处理的样本。但是，旋转器215的使用和设置只是示例性的，本发明的概念并不局限于此。例如，可以对所有接收到的样本进行旋转，虽然这样影响了SSCH处理。

返回图5，假设根据UE的本地接收机振荡器的精度，可以推测UE和小区之间的频率偏移可以达到±10kHz那么大。这样，执行步骤325，通过旋转值，重复步进，即频率偏移0、±.25、±.5、±.75、±1.00、…、±10.0kHz。针对每个旋转值，PSCH单元205将旋转后的接收样本与已知PSCH代码进行相关，并将关联相关峰值通过信令206提供给处理器135。处理器135跟踪根据多种旋转设置得到的相关峰的大小。没有旋转，小区15和UE 20之间的任何实际频率偏移将导致PSCH代码的相关峰低于由小区15和UE 20之间的零频率偏移得到的相关峰。因此，在旋转接收样本111时，与最大相关峰相关联的旋转值是对小区15和UE 20之间的实际频率偏移的估计。在步骤330中，处理器135检查所有相关峰，并与相关的旋转值一起确定最大的相关峰，所述旋转值表示对频率偏移的估计。在步骤335中，处理器135相应地将本地参考(如图2的参考频率103)调整关联的旋转值。应当注意，尽管图5示出了在单路步骤325、330和335的情况下补偿频率偏移，本发明并不局限于此，例如，可以在SSCH处理期间，多次重复步骤325、330和335。当在步骤320中完成SSCH处理时，识别出小区15的扰码组，使UE 20能够对该小区的所有其他下行信道进行解扰(例如，包括公共导频信道(CPICH)，用于频率同步，也用于根据所识别出的扰码组确定该小区的实际扰码组)，并且可以开始语音/数据通信。

此外，上述处理可以如图6所示地执行，类似于图5所示的流程图。由图6可知，存在多于一级的处理，如粗估计步骤405和细估计步骤410所示。步骤405和410中的每一个包括类似于图5的步骤325和330所示的处理，以便提供对频率偏移的估计。类似地，可以在SSCH处理期间，多次重复步骤405或步骤410或者步骤405和410。对于图6，考虑以下示例。同样，假设根据UE的本地接收机振荡器的精度，可以推测UE和小区之间的频率偏移可以达到±10kHz那么大。这样，执行步骤405，首先确定频率偏移的粗估计。例如，处理器135利用较大的频率步长执行PSCH处理，如2.5kHz的步长，得到针对旋转器215的频率偏移0、±2.5、±5、±7.5kHz。然后，步骤410利用较小的步长，进一步细化所得到的对频率偏移的粗估计。例如，假设在步骤405之后，与最大峰相关联的频率偏移的粗估计为5kHz。则，处理器135在步骤410中，利用较小的频率步长执行PSCH处理，如.25kHz的步骤，得到针对旋转器215的频率偏移5、5±.25、5±.5和5±.75kHz，以便如上确定对频率偏移的估计。当确定对频率偏移的估计时，处理器135在步骤335中相应地将本地参考(如图2的参考频率103)调整估计出的频率偏移。实际上，PSCH处理用于在SSCH处理期间连续近似频率偏移。

如上所述，根据本发明的原理，在处理SSCH子信道期间，以使无线接收机至少能够在SSCH处理完成之前实现粗频率同步的方式，使用PSCH子信道。这样，这种方案可以改善在存在频率偏移时SSCH处理的性能。尽管在初始小区搜索处理的情况下进行了描述，本发明的概念可以应用于其中在存在频率偏移的情况下，对如SSCH子信道等下行信道进行处理的无线操作的任何部分。

上面仅示出了本发明的原理，并因此可以认识到，本领域的技术人员能够设计尽管在此未明确示出、实现本发明的原理并且处于其精神和范围内的各种可选设置。例如，尽管在独立功能单元的上下文中示出了，可以在一个或多个集成电路(IC)和/或在一个或多个存储的程序控制处理器(例如微处理器或数字信号处理器(DSP))中实现这些功能单元。类似地，尽管在基于UMTS的系统的上下文中进行演示，本发明适用于其它通信系统。因此，可以理解，可以对示出的实施例做出各种修改，并且可以设计其它设置，而不脱离所附权利要求所定义的本发明精神和范围。

Claims (14)

1.一种用在无线接收机中的方法，包括：

接收无线信号；

处理所接收到的无线信号的第一同步信道，以获得时隙同步(305)；以及

按照将第一同步信道用于调整频率偏移的方式，处理所接收到的无线信号的第二同步信道(310)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一同步信道是通用移动电话系统(UMTS)的主同步子信道(PSCH)，以及第二同步信道是次同步子信道(SSCH)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于处理第二同步信道的步骤包括以下步骤：

处理第一同步信道，以估计接收到的无线信号中的频率偏移；以及

调整无线接收机的时钟，以补偿估计出的频率偏移。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于处理第一同步信道以估计频率偏移的步骤包括：

通过多个频率偏移，旋转与第一同步信道相关联的信号；

针对以多个频率偏移中的每一个进行旋转的每一个旋转信号，确定多个对应的相关峰；

选择多个相关峰中的至少一个，从而使选中相关峰的幅度至少与其余多个相关峰的幅度一样大；以及

使用与选中相关峰相关联的多个频率偏移中的相应一个，作为估计频率偏移。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于处理第二同步信道的步骤包括以下步骤：

处理第一同步信道，以提供对接收到的无线信号中的频率偏移的粗估计；

处理第一同步信道，以进一步细化频率偏移的粗估计，从而提供对频率偏移的最终估计；以及

调整无线接收机的时钟，以补偿对频率偏移的最终估计。

6.一种用在基于通用移动电话系统(UMTS)的无线接收机中的方法，包括：

根据接收到的无线信号的主同步信号，获得时隙同步；以及

在获得时隙同步之后，在根据接收到的无线系统的次同步信号获得帧同步时，利用主同步信号调整频率偏移。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于利用主同步信号的步骤包括以下步骤：

处理主同步信号，以估计接收到的无线信号中的频率偏移；以及

调整无线接收机的时钟，以补偿估计出的频率偏移。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于处理主同步信号以估计频率偏移的步骤包括：

通过多个频率偏移，旋转与主同步信号相关联的信号；

针对以多个频率偏移中的每一个进行旋转的每一个旋转信号，确定多个对应的相关峰；

选择多个相关峰中的至少一个，从而使选中相关峰的幅度至少与其余多个相关峰的幅度一样大；以及

使用与选中相关峰相关联的多个频率偏移中的相应一个，作为估计频率偏移。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于利用主同步信号的步骤包括以下步骤：

处理主同步信号，以提供对接收到的无线信号中的频率偏移的粗估计；

处理主同步信号，以进一步细化频率偏移的粗估计，从而提供对频率偏移的最终估计；以及

调整无线接收机的时钟，以补偿对频率偏移的最终估计。

10.一种无线设备，包括：

前端(105)，用于接收无线信号，以及提供接收样本流；

主同步单元(205)，对接收样本进行操作，用于针对接收无线信号的主同步信号，获得时隙同步，以及在时隙同步之后，进一步处理主同步信号，以估计频率偏移；

次同步单元(210)，对接收样本进行操作，用于针对接收无线信号的次同步信号，获得帧同步；以及

处理器(135)，响应于主同步单元对主同步信号的进一步处理，在次同步单元的操作期间，调整无线设备中的频率偏移。

11.根据权利要求10所述的无线设备，其特征在于在时隙同步之后，与次同步单元对接收无线信号进行处理的同时，主同步单元继续处理接收无线信号的主同步信号。

12.根据权利要求10所述的无线设备，其特征在于主同步单元确定对接收无线信号中的频率偏移的估计，以及处理器调整无线设备的时钟，以补偿估计出的频率偏移。

13.根据权利要求10所述的无线设备，其特征在于还包括旋转器(215)，用于在次同步单元获得帧同步时，旋转接收样本，并将旋转后的接收样本应用于主同步单元，主同步单元对出现在其中的主同步信号进行处理。

14.根据权利要求13所述的无线设备，其特征在于处理器选择旋转器的旋转值，用作估计出的频率偏移。

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