小区初始搜索的快速频率扫描方法.pdf

本发明是小区初始搜索的频率扫描方法，可加快小区初搜。包括：频点扫描过程，和对经频点扫描确定的各频点按特征窗判定法搜索获得下行导引信号位置的过程。其中的频点扫描过程包括频率粗扫和细扫两个过程。频率粗扫过程是以一个n倍固定步长的频率为间隔测量全部频点的最大功率，获得最大功率值的一组备选频点，并按最大功率值的大小对各备选频点进行排序；频率细扫过程是在频率粗扫获得的备选频点附近，以固定步长的频率为间隔测量各备选频点的最大功率，获得最大功率值的另一组备选频点，并按最大功率值的大小对该组备选频点进行排序。按特征窗判定法搜索获得下行导引信号位置的过程可以在频率粗扫过程中执行，也可以在频率细扫过程中执行。

1.  一种小区初始搜索的快速频率扫描方法，包括：频点扫描过程，和对经频点扫描确定的各频点按特征窗判定法搜索获得下行导引信号位置的过程，其特征在于：
所述的频点扫描过程包括频率粗扫和频率细扫两个过程；
所述的频率粗扫过程是以一个n倍固定步长的频率为间隔测量全部频点的最大功率，获得最大功率值的一组备选频点，并按最大功率值的大小对各备选频点进行排序；
所述的频率细扫过程是在频率粗扫并经排序获得的备选频点附近，以固定步长的频率为间隔测量各备选频点的最大功率，获得最大功率值的另一组备选频点，并按最大功率值的大小对该组备选频点进行排序。

2.  根据权利要求1所述的小区初始搜索的快速频率扫描方法，其特征在于：所述的按特征窗判定法搜索获得下行导引信号位置的过程，是在频率粗扫过程中执行的，对频率粗扫获得的一组经排序后的备选频点，从最大功率为最大的频点开始按特征窗判定法搜索获得下行导引信号位置，再对获得下行导引信号位置的备选频点执行所述的频率细扫过程。

3.  根据权利要求2所述的小区初始搜索的快速频率扫描方法，其特征在于：所述的对获得下行导引信号位置的备选频点执行所述的频率细扫过程，是对获得下行导引信号位置的备选频点，以所述的固定步长的频率为间隔测量下行导引信号的功率，获得一组备选频点，并按下行导引信号功率值的大小对该组备选频点进行排序，从中选择最大功率的备选频点进行小区初始搜索的其它步骤。

4.  根据权利要求1所述的小区初始搜索的快速频率扫描方法，其特征在于：所述的按特征窗判定法搜索获得下行导引信号位置的过程，是在频率细扫过程中执行的，连续执行频率粗扫过程和频率细扫过程，对频率细扫获得的另一组经排序后的备选频点按特征窗判定法搜索获得下行导引信号位置，再进行小区初始搜索的其它步骤。

5.  根据权利要求1所述的小区初始搜索的快速频率扫描方法，其特征在于：
所述频率粗扫过程中，从获得的一组备选频点中选择最大功率值为最大的一个备选频点，再在该一个备选频点附近执行所述的频率细扫过程。

6.  根据权利要求1所述的小区初始搜索的快速频率扫描方法，其特征在于：所述的固定步长的频率为200KHz，所述的n为1至8间的任一个整数。

7.  根据权利要求1所述的小区初始搜索的快速频率扫描方法，其特征在于：所述的测量最大功率，包括：
a.调整终端接收机放大器的自动增益控制至最大，测量某频点上连续接收的数据，获得一个第一最大功率值；
b.将终端接收机放大器的自动增益控制降低一个级别，重新测量某频点上连续接收的数据获得另一个第二最大功率值；
c.获得第二功率测量值与第一功率测量值间的差值，并与设定的功率差值门限比较；
d.若差值小于功率差值门限，将第二最大功率值作为所述的该频点的最大功率测量值，并结束该频点上的最大功率测量，若差值大于功率差值门限，则将第二功率测量值作为第一功率测量值，并返回步骤b执行。

8.  根据权利要求7所述的小区初始搜索的快速频率扫描方法，其特征在于：所述的步骤b中，在终端接收机放大器的自动增益控制降低至最低级别时，则将第二最大功率值作为所述的该频点的最大功率测量值，并结束该频点上的最大功率测量。

9.  根据权利要求7所述的小区初始搜索的快速频率扫描方法，其特征在于：所述步骤a、b中的测量某频点上连续接收的数据获得最大功率值，是以码片为采样点，取功率大的多个采样点的功率平均值作为所述的最大功率测量值。

小区初始搜索的快速频率扫描方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术，更确切地说是涉及时分双工—码分多址移动通信系统(TD-SCDMA)中快速完成小区初始搜索时的频率扫描方法。
背景技术
小区初始搜索是指移动终端(UE)从开机搜索到登录到合适小区的过程，简称ICS。如在TD-SCDMA系统中，UE在上电后，需要搜寻可能存在的小区，然后选择合适的小区登录，UE只有在登录到小区后，才能够获取邻近小区的信息，和获取本小区更详细的信息，并进一步监听网络上的寻呼或发起呼叫建立连接。
图1中示出TD-SCDMA的一个5ms的子帧结构，在下行时隙TS0与上行TS1之间的下行导引时隙(DwPTS)中，同步信号(SYNC)段下行导频SYNC_DL码的长度为4个符号(symbol)共64个码片，该SYNC段左边的保护间隔GP有3个符号共48个码片(图中未示出)，该SYNC段右边的保护间隔GP有6个符号共96个码片。由于SYNC信号是全功率发射的，故终端接收机接收到的SYNC段下行导频SYNC_DL码的信号功率很大，而接收到的GP段信号功率很小，故从功率谱的角度看，SYNC段与两边GP段的接收功率相比会出现峰值(同步头特征)。图中UpPTS(160码片)是上行导引时隙，Switching Point是切换点。
图2中示出一个扩频系数(SF)为16的特征窗结构，可以取8个符号128码片长度的特征窗，如图中所示，由中间4个符号64个码片的SYNC段下行导频SYNC_DL码和其两边各2个符号32个码片的保护间隔GP组成。当用两边各2个符号共64个码片的功率之和除以中间SYNC段SYNC_DL码4个符号共64个码片的功率之和时，得到地比值应当很小。在5ms子帧结构未知的情况下，遍历整个接收数据，即以两边各2个符号全部64个码片的功率之和除以中间4个符号全部64个码片的功率之和，比值最小的位置即是DwPTS的位置，由此亦可判断出SYNC段的大致位置。这就是同步信号位置的特征窗判定法。
根据上述特征窗判定法，目前的小区初始搜索的方法是：对所有频点的接收信号按特征窗判定法进行搜索，如采用一种以200kHz为间隔、对每一个频点逐频进行特征窗扫描搜索的算法，一旦获得某一频点DwPTS同步(获得DwPTS信号位置)后再进行小区初始搜索的其它步骤，此时则可停止对其它频点接收信号的特征窗搜索；或者，先对所有频点接收信号的功率进行测量和排序，然后按频点功率由大到小的顺序进行特征窗搜索，获得某一较大功率频点DwPTS同步后再进行小区初搜的其它步骤，则可停止对其它较小功率频点接收信号的特征窗搜索。
由于小区初始搜索采用的算法需要对间隔为200kHz(由通信协议规定)的每一个频点进行扫描，因而速度很慢。为加快初搜速度，可以先搜广播信道分配表(BA表：Broadcasting channel Allcation，通常由运营商给出)上的所有频点，如果不成功，再搜所有频点。尽管如此，在搜索频点很多的情况下，由于仍需要对许多频点都进行扫描搜索，还是不可能有效提升小区初搜的速度。
发明内容
本发明的目的是设计一种小区初始搜索的快速频率扫描方法，以实现移动通信系统的快速小区初搜。本发明的小区初始搜索的快速频率扫描方法可应用于具有特征窗结构的移动通信系统中，包括TD-SCDMA系统、SCDMA系统等。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种小区初始搜索的快速频率扫描方法，包括：频点扫描过程，和对经频点扫描确定的各频点按特征窗判定法搜索获得下行导引信号位置的过程，其特征在于：
所述的频点扫描过程包括频率粗扫和频率细扫两个过程；
所述的频率粗扫过程是以一个n倍固定步长的频率为间隔测量全部频点的最大功率，获得最大功率值的一组备选频点，并按最大功率值的大小对各备选频点进行排序；
所述的频率细扫过程是在频率粗扫并经排序获得的备选频点附近，以固定步长的频率为间隔测量各备选频点的最大功率，获得最大功率值的另一组备选频点，并按最大功率值的大小对该组备选频点进行排序。
所述的测量最大功率，包括：
a.调整终端接收机放大器的自动增益控制至最大，测量某频点上连续接收的数据，获得一个第一最大功率值；
b.将终端接收机放大器的自动增益控制降低一个级别，重新测量某频点上连续接收的数据获得另一个第二最大功率值；
c.获得第二功率测量值与第一功率测量值间的差值，并与设定的功率差值门限比较；
d.若差值小于功率差值门限，将第二最大功率值作为所述的该频点的最大功率测量值，并结束该频点上的最大功率测量，若差值大于功率差值门限，则将第二功率测量值作为第一功率测量值，并返回步骤b执行。
按特征窗判定法搜索获得下行导引信号位置的过程可以在频率粗扫过程中执行，也可以在频率细扫过程中执行。
本发明的方法，不是如现有技术那样对间隔为200kHz(固定步长的频率间隔)的每一个频点进行逐频扫描，而是通过两步扫描方案实现快速频率扫描：
第一步：频点粗扫，以200kHz的n倍为频率间隔，进行频点的粗扫(如取n为1到8之间的整数)，通过频点粗扫确定一个(取功率最大的一个频点)或一组备选频点(按功率大小对频点进行排序)，该一个或一组备选频点作为第二步频点细扫的备选频点；
第二步：频点细扫，在频点粗扫所确定备选频点的附近，以200kHz为频率间隔进行频点细扫，通过频点细扫确定一组备选频点(按功率大小对频点进行排序)。每一次频点细扫时的扫描范围在n倍的200kHz频率范围内。
本发明通过先作频点粗扫然后再在频点粗扫基础上作频点细扫，由于有效地减少了待扫描的频点数，因而可加快频率扫描速度；本发明在实现上述步骤时，所涉及的最大功率是通过测量完成的，即对各个频率点的最大功率进行测量，还通过比较测量值的方法来调整终端接收机的自动增益控制(AGC)，搜索最大功率的频点。
图1是TD-SCDMA系统中5ms子帧结构示意图；
图2是图1子帧结构的特征窗结构示意图；
图3是本发明快速频率扫描方法的第一种实施例流程框图；
图4是本发明快速扫描方法的第二种实施例流程框图。
在频率扫描中，需要完成两项任务：第一项是对各频点进行最大功率测量和按功率大小对频点进行排序；第二个是按频点排序从前至后进行各频点的特征窗搜索获得DwPTS同步。一旦获得DwPTS同步，则不再对未进行过特征窗搜索的其它频点作特征窗搜索。
本发明的先粗扫再在粗扫基础上作细扫的技术方法可以有不同的实现方案，分别如图3所示的第一种实现方案和由图4所示的第二种实现方案。
参见图3，第一种方案是：在执行第一步频点粗扫时，以200kHz的n倍为频率间隔，先进行各频点的最大功率测量和按最大功率大小对频点进行排序(步骤311)，再按特征窗判定法搜索最大功率为最大到次大的若干(个数按要求选择)频点的下行导引同步信号的位置(步骤312)，获得DwPTS同步的最大功率频点；在第二步频点细扫时，在频点粗扫得到DwPTS同步的最大功率频点附近，再以200kHz频率为间隔，对DwPTS信号进行功率测量和按功率大小对各频点进行排序，得到一组备选频点(步骤321)；从中选择一个功率为最大的备选频点，在该频点和DwPTS信号同步的基础上再进行小区初搜的其他步骤(步骤33)。搜索成功则结束小区初始搜索(步骤34、35)，否则返回步骤312，选择最大功率为次大的频点，再按特征窗判定法搜索该频点的下行导引同步信号的位置。
参见图4，第二种方案是：在执行第一步频点粗扫时，以200kHz的n倍为频率间隔，先进行各频点的最大功率测量和按功率大小对各频点进行排序，选择最大功率从最大到次大的若干个(个数按要求选择)备选频点(步骤411)；在第二步作频点细扫时，先在粗扫得到的各备选频点附近，分别以200kHz频率为间隔，进行各频点的最大功率测量，得到一组备选频点，再按最大功率大小进行频点排序(步骤421)，最终再按特征窗判定法对备选频点搜索获得DwPTS同步的频点(步骤422)；在由此得到的频点和DwPTS信号同步的基础上再进行小区初搜的其他步骤(步骤43)。搜索成功则结束小区初始搜索(步骤44、45)，否则返回步骤422，选择最大功率为次大的频点，再按特征窗判定法搜索该频点的下行导引同步信号的位置。
这两种实现方案的区别在于：搜索获得DwPTS同步的频点的执行时机不同，前者是在频点粗扫后、细扫前进行的，后者是在频点粗扫、细扫后进行的。前者的实施效果优于后者。
上述小区初始搜索的快速频率扫描方案中所涉及的最大功率测量(步骤311、411和421)，是对各个频率点的最大功率进行测量。由于终端接收信号的功率动态范围很大，要测量比较不同频点的信号功率大小，接收机放大器就不能工作在饱和区，而必须工作在线性工作区。因此，需要通过调整接收机的自动增益控制(AGC)来测量得到在线性工作区下的接收信号的最大功率值。
采用的方法是：通过比较放大器在不同工作频点时的测量值来判断接收机是否处于饱和区，并由此来调整AGC；在确定接收机处于线性工作区后，再最终确定最大功率的测量值。具体步骤如下：
1)先将接收机放大器增益(AGC)调整到最大(比如，Gain＝-35dBm)，在某一频点fn上连续接收若干帧数据(如2帧数据)；
2)测量该频点fn的最大功率值，记为Pfn_tmp1(为得到稳定的测量值，需要对该频点上接收数据选择多个采样点(即多个码片)测量最大功率值，如从全部采样点中选取功率较大的30个采样点，再以这些采样点功率的平均值作为该频点fn的最大功率测量值Pfn_tmp1；
3)将AGC增益降低一个级别(比如10dB)，按上述步骤中的过程重新测量该频点fn的最大功率值，记为Pfn_tmp2；
4)设定功率差值门限P1(比如3dB)，比较两次测量的该频点fn的最大功率测量值：Pfn_tmp2-Pfn_tmp1，如果差值小于功率差值门限P1，说明两次测量时接收机都接近线性工作区，则认定该频点fn的最大功率值Pfn为Pfn_tmp2(认为后一次测量时的线性优于前一次测量时的线性，故取后者的测量结果)，频点fn上的最大功率测量结束；
5)如果差值大于P1，说明两次测量中至少有一次接收机工作在饱和区，则抛弃第一次测量的最大功率值，并将第二次测量的最大功率值作为第一次测量的最大功率值：Pfn_tmp1＝Pfn_tmp2，并返回步骤3)，继续作第二次最大功率值测量；
6)如果接收机增益AGC已经降到最低级别，则取该频点fn的最大功率值Pfn为Pfn_tmp2：Pfn＝Pfn_tmp2，频点fn上的最大功率测量结束。
本发明的两步扫描法可实现小区快速搜索并提高成功率。本发明方法不局限于TD-SCDMA系统，只要是具有特征窗结构的移动通信系统都可以采用，如SCDMA系统。