使用码分多址的时分双工通信系统的蜂窝小区查找过程.pdf

在时分双工码分多址通信系统中，一个基站在一个分配的时隙中向一个用户设备发送一个同步信号。基站具有从一个预定数量的代码组的分配的一个代码组。基站发送从一个二次同步代码信号组中选定的二次同步代码信号。多个二次同步代码信号的数量少于预定的代码组的数量的一半。用户设备识别发送的选定二次代码信号。部分地根据识别的二次同步代码信号，确定分配的代码组。

1.  一种自N个代码组中指出一代码组的方法，一时分双工基站属于所述代码组，所述方法的特征在于：
自所述时分双工基站传输一个一次同步码与复数个二次同步码，所述复数个二次同步码的数量少于(log₂N)+1以及所述二次同步码是四相相移键控调制的；其中所述时分双工基站的所述代码组是由被传输的所述复数个二次同步码所指出的。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征还在于每一所述二次同步码皆来自于一Hadamard矩阵的一行。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征还在于N为32。

4.  如权利要求3所述的方法，其特征还在于所述的32个代码组被区分成多个代码组，而且所述多个代码组中的每一代码组是通过使用所述二次同步码的一不同组合来辩识的。

5.  如权利要求4所述的方法，其特征还在于所述的32个代码组被分成两半部，其中下半部具有代码1-16，而上半部具有代码17-32。

6.  一种具有自N个代码组中选出的一代码组的时分双工基站，所述基站的特征在于包含：
一传输装置(58)，用以自所述时分双工基站传输出一个一次同步码与复数个二次同步码，所述复数个二次同步码的数量少于(log₂N)+1以及所述二次同步码是四相相移键控调制的；其中所述时分双工基站的所述代码组是由被传输的所述复数个二次同步码所指出的。

7.  如权利要求6所述的时分双工基站，其特征还在于每一所述二次同步码皆来自于一Hadamard矩阵的一行。

8.  如权利要求6所述的时分双工基站，其特征还在于所述N为32。

9.  如权利要求8所述的时分双工基站，其特征还在于所述的32个代码组被区分成多个代码组，而且所述多个代码组中的每一代码组是通过使用所述二次同步码的一不同组合来辨识的。

10.  如权利要求9所述的时分双工基站，其特征还在于所述的32个代码组被分成两半部，其中下半部具有代码1-16，而上半部具有代码17-32。

11.  一种时分双工用户设备，所述时分双工用户设备的特征在于包含：
一接收装置(70)，用以接收来自一时分双工基站的一个一次同步码与复数个二次同步码，所述时分双工基站具有由N个代码组中选出的一代码组，所述复数个二次同步码的数量少于(olg₂N)+1以及所述二次同步码是四相相移键控调制的；其中所述时分双工基站的所述代码组是由被传输的所述复数个二次同步码所指出的。

12.  如权利要求11所述的时分双工用户设备，其特征还在于每一所述二次同步码皆来自于一Hadamard矩阵的一行。

13.  如权利要求11所述的时分双工用户设备，其特征还在于所述N为32。

14.  如权利要求13所述的时分双工用户设备，其特征还在于所述的32个代码组被区分成多个代码组，而且所述多个代码组中的每一代码组是通过使用所述二次同步码的一不同组合来辨识的。

15.  如权利要求14所述的时分双工用户设备，其特征还在于所述的32个代码组被分成两半部，其中下半部具有代码1-16，而上半部具有代码17-32。

使用码分多址的时分双工通信系统的蜂窝小区查找过程
本申请是申请日为2000年5月24日发明名称为“使用码分多址的时分双工通信系统的蜂窝小区查找过程”的中国专利申请00808115.8的分案申请。
发明背景
本发明一般涉及使用码分多址(CDMA)的扩展频谱时分双工(TDD)通信系统。更具体地讲，本发明涉及TDD/CDMA通信系统内的用户设备(UE)的蜂窝小区查找过程。
图1示出了一个无线扩展频谱TDD/CDMA通信系统。该系统具有多个基站30₁至30₇。每个基站30₁具有一个关联的蜂窝小区34₁至34₇，并且与在其蜂窝小区34₁中的用户设备(UE)32₁至32₃通信。
除了通过不同的频谱通信外，TDD/CDMA系统通过同一频谱进行多个通信。多个信号以它们各自的代码序列(多个代码)区分。此外，为了更有效地利用频谱，图2中所示的TDD/CDMA系统使用分割成许多时隙36₁至36_n的循环帧38，例如，分割成十六个时隙0至15。在这种系统中，利用选定的代码在选定的时隙36₁至36_n中发送一个通信。因此，一帧38能够携带用时隙36₁至36_n以及代码区分的多个通信。
对于与基站31₁通信的UE 32₁，需要时间和代码的同步。图3是蜂窝小区查找和同步处理的流程图。最初，UE 32₁必须确定要与哪个基站30₁至30₇和蜂窝小区34₁至34₇通信。在一个TDD/CDMA系统中，所有的基站30₁至30₇都是在一个基站组内时间同步的。为了与UE32₁至32₇同步，每个基站在专用于同步化的时隙中发送一个一次同步码(PSC)和几个二次同步码(SSC)信号。PSC信号具有一个关联的片段码，例如一个未调制256分级码，并且在专用时隙中发送，步骤46。为了说明，一个基站30₁可以在一个或两个时隙中发送，例如，对于一个使用时隙0至15的系统，在时隙K或K+8中发送，其中K是0，....，7。
一种用于产生一个PSC信号的技术是使用了两个16分级序列，例如等式1和2中的X1和X2。
X1＝[1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，1，-1]    等式1
X2＝[1，1，-1，-1，-1，-1，1，-1，1，1，-1，1，1，1，-1，1]      等式2
等式3示出了一种使用X1和X2产生一个256分级码y(i)的方法。
y(i)＝X1(i mod 16)×X2(i div 16)，其中i＝0，...，255             等式3
利用y(i)，产生PSC，例如，如等式4中所示，通过y(i)与长度为256的哈达玛矩阵h₀的第一行组合产生C_p(i)。
C_p(i)＝y(i)×h₀(i)，其中i＝0，...，255                         等式4
由于哈达玛矩阵的第一行是一个全是1的序列，因而等式4简化为等式5。
C_p(i)＝y(i)，其中i＝0，...，255                                 等式5
将C_p(i)用于产生一个适合于发送的扩展频谱PSC信号。
为了防止基站的通信相互干扰，每个基站30₁至30₇用一个离开时隙边界40的独特时间偏离，t_offset，发送它的PSC信号。图4中示了时隙42的不同时间偏移。为了说明，第一基站30₁具有PSC信号的第一时间偏移44₁，t_offset，1，第二基站30₂具有第二时间偏移44₂，t_offset，2。
为了区分不同的基站30₁至30₇和蜂窝小区34₁至34₇，给该组中的每个基站30₁至30₇分配一个不同的代码组(代码组)。一种将一个t_offset，t_offset，n，分配给一个使用第n代码组44_n的基站的方法是等式6。
t_offset，n＝n·71T_c                                    等式6
T_c是片段的持续时间，每个时隙具有2560个片段的持续时间。结果，每个连续代码组的偏移42_n间隔71个片段。
由于最初UE 32₁和基站30₁至30₇没有时间同步化，因而UE 32₁在帧38中的每个片段中查找PSC信号。为了完成这个查找，将接收的信号输入到一个匹配于PSC信号的片段码的匹配过滤器。PSC匹配过滤器用于查找一个帧的所有片段，以识别具有最强信号的基站30₁的PSC信号。这个过程被称为蜂窝小区查找过程的步骤-1。
在UE 32₁识别出最强基站30₁的PSC信号之后，UE 32₁需要确定PSC和SSC信号在其中发送的时隙36₁至36_n(称为物理同步信道(PSCH)时隙)，和识别出的基站30₁使用的代码组。这个过程被称为蜂窝小区查找过程的步骤-2。为了指出分配给基站30₁的代码组和PSCH时隙下标，基站30₁发送具有选定二次同步码(SSC)的信号，步骤48。UE 32₁接收这些SSC信号，步骤50，并且根据接收到哪些SSC，识别基站的代码组和PSCH时隙下标，步骤52。
对于一个使用了32个代码组和每帧两个可能的PSCH时隙，例如时隙K和K+8，的TDD系统，一种识别代码组和PSCH时隙下标的方法是发送一个具有64个SSC中一个的信号。每个同步码对应于32个代码组中的一个和两个可能的PSCH时隙。由于需要至少64个匹配过滤器和延长的处理过程，这种方法在UE 32₁增加了复杂性。为了识别代码组和PSCH时隙下标，在每个PSCH时隙需要17,344次实数加法和128次实数乘法，并且需要64次实数加法来判决。
一种蜂窝小区查找过程的步骤-2的替代方法使用了17个SSC。这17个SSC被用于标示32个代码组和每帧两个可能的PSCH时隙。为了实现这种方法，需要至少17个匹配过滤器。为了识别代码组和时隙，每PSCH时隙需要1,361次实数加法和34次实数乘法。此外，需要512次实数加法来判决。
WO 99/12273公开了一个与基站同步化的系统。将一个基站发送分割成多个时隙。每个时隙包括一个一次同步码和一个二次同步码，二次同步码包括成帧同步和倒频或长码信息。
TR 101 146通用移动电信系统30.06，3.0.0版(TR 101 146Universal Molile Telecommunications System 30.06 version 3.0.0)公开了一种基站同步化系统。为一个帧和一个相位参考发送一个一次同步码。将16个可能地基站代码组的每一个分配给一个独特的二次同步码。基站发送的二次同步码标识基站的代码组。
Higuchi等的“利用长扩展码的DS-CDMA移动无线电中的快速蜂窝小区查找算法”(Fast Cell Search Algorithm in DS-CDMA MobileRadio Using Long Spreading Codes)一文中公开了一种将长扩展码分配给蜂窝小区的系统。通过蜂窝小区站-唯一长码与一个所有蜂窝小区站共有的短码组合扩展一个控制信道。每个蜂窝小区的发送的短码具有一个长代码组标识符代码以标识该长码。
因而，希望能够减小UE 32₁执行蜂窝小区查找过程所需的复杂性。
发明综述
在时分双工码分多址通信系统中，一个基站在一个分配的时隙中向一个用户设备发送一个同步信号。基站具有一个从预定数量的代码组中分配的代码组。基站发送从一组二次同步码信号中选定的二次同步码信号。多个二次同步码信号的数量少于代码组的预定数量的一半。用户设备识别发送的选定二次同步码信号。部分地根据识别的二次同步码信号，确定分配的代码组。
附图简要说明
图1示出了一个现有技术的TDD/CDMA系统；
图2示出了一个TDD/CDMA系统中的循环帧中的时隙；
图3是蜂窝小区查找的流程图；
图4示出了区分发送一次同步码信号的基站使用的时间偏移；
图5是使用二相相移键控调制查找蜂窝小区的一个用户设备和一个基站的简化组件的示意图；
图6是二次同步码分配的流程图；
图7示出了使用四相相移键控调制查找蜂窝小区的一个用户设备和一个基站的简化组件；
图8示出了减少了最大发送二次同步码数量的使用四相相移键控调制的一个用户设备和一个基站的简化组件图；
图9至17是说明在变化的模拟信道条件下各种同步系统的性能的曲线图。
优选实施例的详细说明
以下参考附图说明优选实施例，在附图中所有相同的单元使用了相同的标号。图5示出了蜂窝小区查找中使用的一个基站30₁和一个UE 32₁的简化电路。在蜂窝小区查找的步骤-1中，基站30₁使用一个PSC扩展频谱信号发生器66在与基站30₁关联的时隙42中产生一个具有时间偏移的PSC信号。组合器63将PSC信号与M个SSC信号组合。调制器62将组合信号调制到载频。调制信号通过隔离器60，并且通过天线58，或作为替代，通过一个天线阵发射。
UE 32₁利用天线70，或作为替代，也可以使用一个天线阵，接收信号。接收信号通过隔离器72，在隔离器72中它们被解调器74解调到基带频率。在蜂窝小区查找的步骤-1期间，处理器80使用PSC匹配过滤器76搜索帧38的所有片段，以识别具有最强信号的基站30₁的PSC信号。
以下是一种用于检测PSC信号在帧中位置的方法。将接收信号帧中具有最高累加片段匹配数量(即，最大信号强度)的选定数量的位置，例如，四十个位置，在后续帧38中的相同位置循环相关。在选定位置中，将一个具有最高累加匹配数量(即，最大信号强度)的位置识别为PSC信号的位置。
对于蜂窝小区查找过程的步骤-2，基站30₁利用SSC扩展频谱信号发生器68₁至68_M产生SSC信号，SSC₁至SSC_M。为了减小在UE 32₁的复杂性，使用了减少数量的SSC。通过减少SSC，减少了UE 32₁所需的匹配过滤器的数量。此外，减少的SSC降低了区分不同代码所需的处理资源。减少SSC也减小了代码组号和PSCH时隙下标的错误检测的可能性(见图9-15)。
在图6的流程图中示出了一种减少SSC的方法。使用的SSC的数量M基于代码组的数量和每帧使用的PSCH时隙数量，步骤54。SSC的数量M是最大组合数的以2为底的对数上舍入到下一个更高整数，步骤56，如等式7。
M＝log₂(代码组数量×每帧的PSCH时隙数量)      等式7
基站30₁利用SSC信号发生器68₁至68_M产生与基站的代码组和每帧PSCH时隙数量关联的SSC信号。通过组合器63将SSC信号彼此以及PSC信号组合。接下来，调制器62调制组合信号，通过隔离器60，用天线58发射。UE 32₁接收发射的信号，将它通过隔离器72，并用解调器74解调接收的信号。利用对应的SSC₁至SSC_M匹配过滤器78₁至78_M，处理器80确定调制SSC的二进制代码。根据确定的二进制代码，确定基站的代码组和帧中的PSCH时隙下标。为了说明一个使用32个代码组和每帧两个可能的时隙，例如，时隙K和K+8，的系统，调制SSC所需的二进制比特数，M，是6(log₂64)。在这样一个系统中，使用二相相移键控(BPSK)调制，用6比特调制六个SSC。这六个SSC是在哈达玛矩阵，H₈，的256行中选择的。例如，哈达玛矩阵是利用等式8和9顺序产生的。
H₀＝(1)                                        等式8
H t = H t - 1 H t - 1 H t - 1 H t - 1 , t = 1 , . . . , 8 ]]>等式9
利用等式10产生一个特定代码，C_k，n(i)，其中n是与一个SSC关联的代码组号。哈达玛矩阵，H₈，的六行是r(k)＝[24，40，56，104，120，136]。
C_k，n(i)＝b_k，n×h_r(k)(i)×y(i)，其中i＝0，1，...，255和k＝1，...，6    等式10
表1中列出了b₂至b₆的值。
表1