移动通信系统内的初始同步搜索 (1)技术领域
本发明涉及移动通信系统，尤其涉及TD-SCDMA(时分-同步码分多址)系统内初始同步搜索装置和方法。
(2)背景技术
一般而言，时分同步码分多址(TD-SCDMA)通信系统是组合窄带时分复用(NB-TDD)CDMA通信系统和全球移动通信系统GSM系统的通信系统。在TD-SCDMA通信系统中，无线电接口，即终端和基站间的第一层(Layer 1)与NB-TDD CDMA系统相同，其他上层与GSM系统有相同的结构。
一般而言，TD-SCDMA通信系统的初始小区搜索过程被分为四步。第一步是接收终端目前所属的小区的基站信息。第二步是标识使用中的扰码以及基本中缓码(midamble code)。第三步是检查广播控制信道(BCCH)的位置。第四步是访问公共信道上的信息，公共信道包括通过BCCH传递的系统信息。
在接收基站信息地步骤中，终端搜索下行链路导频时隙(DwPTS)并获得与基站的下行链路同步。为此，终端从标准中定义的32个同步码(导频信号)中选择一个同步码，并将所选同步码与基带输入信号(此后称为“输入信号”)相关。这样，终端相继将32个同步码与输入信号相关以搜索与基站已传输的DwPTS最类似的同步码，从而实现与基站的初始同步。
对于与基站的初始同步而言，终端可能使用至少一个或多个匹配滤波器。即，为了获得初始同步，终端通过使用对应于DwPTS长度的64抽头有限冲击响应(FIR)滤波器来实现相关。
然而，在这种情况下，当基站选择32个导频信号(DwPTS)中的一个并将其传到终端时，终端不会知道基站传输了哪个DwPTS。因此，终端搜索初始同步的最快方法是通过使用32个64抽头FIR滤波器来实现相关，但在该情况下，终端的硬件结构会很复杂。
另外，虽然硬件结构可能很简单，但在通过使用一个FIR滤波器搜索初始同步时，应该对初始同步实行32次相关，造成的问题是要花很长时间来搜索。同时，滤波器抽头在为终端内的初始同步搜索进行相关时很长，这意味着终端应该重复地执行多次乘法和加法。
换言之，为获得初始同步，相关器应该执行64次乘法和加法，对每个输入信号(I，Q)执行32次。因此，除非计算速度比输入信号速度快，否则多于1子帧的信号应存在存储器内，而后计算操作应重复执行32次。这导致系统的严重功耗。
(3)发明内容
本发明的目的是至少解决以上问题和/或不利之处，并提供下述的优势。
因此，本发明实施例的目的是提供初始同步搜索的装置和方法。
本发明的实施例的目的是提供能简单并快速地搜索初始同步的移动通信系统。
本发明实施例的目的是提供减少复杂度的初始同步搜索的装置和方法。
本发明的实施例的目的是减少移动通信系统的功耗。
为完全或部分获得至少以上目的，提供了一种移动通信系统的初始搜索方法，其中在终端和基站间实行初始同步，方法包括：从输入信号选择初始同步的区域；并通过将所选区域和同步码相关而获得初始同步。累加步骤最好由循环缓冲器实现。
在初始同步方法中，区域选择步骤包括：分布累加信道I和信道Q的输入信号并获得绝对值；将两个绝对值相加；并且估计一区域作为候选区域，示出相加后的绝对值的功率分布内的显著功率分布。该情况下，候选区域估计步骤包括：从输入信号绝对值中搜索带有显著功率分布的区域；检查相应区域的长度是否对应于搜索范围；以及如果带有显著功率分布的区域的长度对应于搜索范围则将相应区域估计为候选区域。搜索范围最好为64码片。
在初始同步方法中，初始同步获得步骤包括：获得每个候选区域的相关值；如果特定相关值大于某一阀值，则认为已经在相应候选区域内获得了同步。
为了全部或部分地实现以上优点，还提供了一种移动通信系统的初始同步方法，包括：分布累加信号I和Q并获得各绝对值；累加两个绝对值；从相加后的绝对值的功率分布中估计一候选区域；以及将所估计的候选区域与同步码相关以获得终端的初始同步。
估计步骤包括：从1帧的绝对值中搜索具有显著功率分布的区域；检查具有显著功率分布的区域长度是否对应于搜索范围；以及如果具有显著功率分布的区域长度对应于搜索范围，则估计相应区域作为候选区域。搜索范围最好为64码片。
初始同步获得步骤包括：通过将候选区域与同步码相关而获得相关值；如果特定相关值大于某一阈值，则判断已经在相应候选区域内获得同步。
为了全部或部分地实现至少这些优点，还提供了一种移动通信系统的初始同步装置，包括：第一和第二累加缓冲器，用于分别累加信号I和Q；第一和第二绝对值计算器，用于从第一和第二累加缓冲器的输出中获得绝对值；加法器，用于把第一和第二绝对值计算器的输出相加；估计器，用于从相加后的绝对值中估计初始同步的候选区域；以及同步搜索单元，用于通过把所估计的候选区域与同步码相关而获得终端的初始同步。累加缓冲器最好是循环缓冲器。
最好，估计器从1帧的绝对值中搜索带有显著功率分布的区域，并且把功率分布长度对应于搜索范围的区域估计为候选区域。搜索范围最好为64码片。
最好，同步搜索单元通过将候选区域与同步码相关而获得相关值，且如果特定相关值大于某一阀值，则同步搜索单元认为已在相应候选区域内获得了同步。
本发明的其它优点、目的以及特征会在以下描述中部分提及，并且在阅读了下文或实践了本发明后对于本领域技术人员变得显而易见。本发明得目的和优点可能如所附权利要求书中特别指明地来实现并获得。
(4)附图说明
下面将通过结合附图的详细描述来描述本发明，附图中相同的符号具有相同的标识，其中：
图1说明了通用TD-SCDMA或UMTS-TDD的物理信道结构；
图2说明了按照本发明实施例的移动通信系统的初始同步搜索装置；
图3是按照本发明实施例的移动通信系统的初始同步搜索方法的流程图；以及
图4A和4B说明了从输入信号的功率分布中估计候选区域的方法。
(5)具体实施方式
一般而言，TD-SCDMA模式或全球移动电信系统时分复用(UMTS-TDD)模式的特征为它在每子帧的特定位置处重复。相比之下，其他信号表示为随机信号。这在CDMA情况下是必要的。因而，导频信号可以用作终端和基站间初始同步的同步码(Sync-DL)。
长度为64比特的32个同步码(Sync-DL)在3GPP TS 25.233中显示。基站选择32个同步码之一并且重复地将所选同步码插入每子帧的特定位置，即DwPTS(下行链路导频时隙)，使得终端能将其用于初始同步操作。
图1说明了TD-SCDMA或UMTS-TDD的物理信道结构。如图1所示，TD-SCDMA物理信道包括多个子帧。阴影区域指明DwPTS位置，而其余区域指明各种数据和控制信道。其余区域可能包括上行链路导频时隙(UpPTS)以及相邻终端传递并发出的噪声，该噪声已通过衰减信道。
因而，在TD-SCDMA或UMTS-TDD模式中，终端为了与基站的初始同步而将输入信号与同步码相关。在该情况下，参考常规技术，终端内提供的32个同步码相继与整个输入信号相关以搜索与基站传输的DwPTS最类似的同步码，从而实行初始同步。
相比之下，本发明提供了一种方法，其中相关不是在整个输入信号上实现而是在输入信号的特定区域内实现的，使得可以简单并快速地进行TD-SCDMA的初始同步。为此，在本发明中，提供缓冲器以分布存储一个子帧的输入信号I和Q，其中为几个帧累加输入信号。在该情况下，对一个采样只需要加法。当在某一时间误差内获得存储在缓冲器内的累加值的绝对值时，输入信号的平均功率显示为周期性。因此，假定缓冲器是循环缓冲器，则搜索有效平均功率超出某一长度(例如约60码片)的信号区域，并将其选作为候选区域，并且在所选候选区域上实行相关。本领域的技术人员会理解，具有有效功率的信号区域在与其它区域相比时可以包括相对较高功率的区域，或者超过阀值或阀值差额等。
由于在输入信号上仅实行加法，因此总计算很简单。同样，由于可以非常准确地估计候选区域，因此一般没有很多随后的计算。而且，由于处理不是并行执行的，因此该过程的软件和硬件实现都不复杂。
图2说明了按照本发明实施例的初始同步搜索装置。装置包括：累加缓冲器10和20，用于分别累加输入信号I和Q；绝对值计算器30和40，用于分别计算累加缓冲器10和20的输出值的绝对值；加法器50，用于把第一和第二绝对值计算器30和40的绝对值相加；估计器60，用于通过使用加法器50的相加值而估计一候选区域，用于搜索下行链路导频信号(DwPTS)的位置；以及同步搜索单元70，用于在估计器60所估计的候选区域上进行相关并获得初始同步。
输入信号I和Q是经采样的基带信号，且每个累加缓冲器10和20一般尺寸为6400码片。如果输入信号是以基带信号的码片率的m倍过采样的信号，本例中累加缓冲器10和20的大小会是6400码片×m。
基站发射的输入信号I和Q在各累加缓冲器10和20内被累加(步骤S10)。由于累加缓冲器10和20是循环缓冲器，因此当输入信号I和Q被存储到上一存储区域时，通过把输入信号I和Q加入来自第一存储区域的以前存储值内而存储输入信号I和Q。这可用下面公式(1)表示：
∑I(t％L)＝∑Q(t％L) (1)
其中‘t’是输入序列号，‘L’是累加缓冲器的大小，它是6400码片或6400码片×m(过采样情况下)，％指明余数运算符。在该情况下，‘t’是从1到n的整数，t％L的值在0到6400之间。即，∑I(t％L)可表示为I(1％6400)+I(2％6400)+I(3％6400)+...I(n％6400)。
因此，根据余数计算结果，值I(1)存储在累加缓冲器10的地址1内，值I(2)存储在地址2内。这样，所产生的I(0)值存储在地址6400内，且下一个输入的I(1)被累加地存储在地址1内。
绝对值计算器30和40接收累加缓冲器10和20的累加值并且计算绝对值(步骤S11)，加法器50将从绝对值计算器30和40输出的绝对值相加(步骤S12)。相加结果可表示为公式(2)：
|∑I(t％L)|+|∑Q(t％L)| (2)
当按上述进行加法操作时，假定噪声信号具有零均值特征，并且假定时隙(TS0-TS6)与不同终端间的UpPTS在TD-SCDMA物理信道内是不相关的，则相加值接近零均值随机噪声。然后，带有相对高功率分布的区域周期性地出现在一子帧内。在该情况下，低通滤波器(LPF)与加法器50的输出终端的附加连接有助于获得更确定的功率分布。
因而，估计器60接收与来自加法器50或来自LPF(在LPF连接情况下)的1子帧(6400码片)对应的输出值，并且将带有相对高功率分布的区域估计为DwPTS的候选区域(步骤S13)。此时，用于估计候选区域的范围(W)最好为64码片。
图4A和4B说明了在从加法器50或从LPF输出的信号的功率分布内估计候选区域的方法。图4A内说明了仅包括基站的DwPTS的输入信号。类似于功率分布内64码片长度的功率块可被视为DwPTS的位置。因而，估计器60把对应于64码片的区域估计为DwPTS的候选区域。
图4B说明了带有包括基站的DwPTS和相邻终端的UpPTS两者的输入信号的例子，其中UpPTS示出大于DwPTS的功率分布。然而，如图4B所示，UpPTS的功率分布长度是128码片，它超出了适当搜索范围(W＝64码片)。因而，未把UpPTS作为DwPTS的候选区域包括。即，估计器60仅把具有相对高功率分布且输入信号大小约为64码片的区域视作候选区域。
同步搜索单元70从估计器60所估计的候选区域中搜索DwPTS的位置(步骤S14)。因此，同步搜索单元70将所估计的区域与同步码相关并且获得DwPTS的同步。特别是，如果相关值比本领域已知的阀值大，同步搜索单元70就在候选区域上进行相关。同步搜索单元70把候选区域判断为DwPTS位置，从而获得初始同步。
由于相关不是在整个输入信号上实现而是在输入信号的特定位置上实现的，因此大大减少了TD-SCDMA或UMTS-TDD终端的初始同步所需的复杂计算。因此，总搜索范围从6400或6400×m减少了W，从而减少了搜索时间。
而且，为使终端与基站同步，仅实行加法，而不是常规技术中实行乘法与加法。因此减少了用于获得同步的总计算量。因而，减少了通信系统内的复杂度和功耗。
上述实施例和优点仅是示例性的而不被解释为限制本发明。本发明可以容易地应用于其他类型的装置。本发明的描述是说明性的，而不是限制权利要求书的范围。本发明的许多变化、修改和变体对于本领域技术人员来说是显而易见的。在权利要求书内，装置加功能的条款用于包括在此描述的结构以执行所述功能，并且不仅结构等价而且是等价结构。