CN1263322C - Td-scdma移动通信***小区初始搜索中的增益控制方法 - Google Patents

Td-scdma移动通信***小区初始搜索中的增益控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TD-SCDMA移动通信***中,用户终端在小区初始搜索时使用的增益控制方法。用户终端对每一个载波频率,首先在将接收机置于最大增益下接收并记录基站发射的多个子帧的数据;用时间窗判定法搜索多个子帧数据中下行导引时隙(DwPTS)的位置;能获得DwPTS的位置时继续执行小区初始搜索的后续步骤;不能获得DwPTS的位置时,判定接收机是否饱和;若接收机饱和则大步长降低接收机增益并继续接收与记录基站发射的多个子帧的数据;若接收机不饱和则可判定当前载波频率下没有可以工作的基站。重复执行上述小区初始搜索过程,直至接收机不再饱和。使用本发明的方法可以使用户终端的ADC在有限动态范围条件下迅速完成小区初始搜索。

Description

TD-SCDMA移动通信***小区初始搜索中的增益控制方法
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-同步码分多址(TD-SCDMA)移动通信***中,在小区初始搜索时的增益控制方法。
背景技术
所有移动通信***的用户终端在上电或者小区重选时,都必须进行小区搜索。对此,在第三代移动通信***标准中都给出了小区搜索的方法。
对时分双工(TDD)***,以TD-SCDMA***为例,在说明小区搜索方法之前先说明其帧结构。如图1所示的TD-SCDMA***的帧结构及其小区搜索示意图。在时间上,TD-SCDMA信号是由周期性的时间单元组成的,一个基本的时间单元即称作一个“无线帧”(简称帧),每个“无线帧”的长度是10ms,每一个“无线帧”又分为两个长度各为5ms的子帧,每个子帧被划分成7个常规时隙TS0-TS6和位于TS0与TS1间的3个特殊时隙,业务在常规时隙中传输,3个特殊时隙包括下行导引时隙(DwPTS:Downlink Pilot TimesSlot)、上行导引时隙(UpPTS:Uplink Pilot Times Slot)和保护间隔(G)。在TD-SCDMA标准中,TS0总是被指定为下行方向,TS1总是被指定为上行方向。
小区搜索过程可简述如下:首先,在工作载波频率上接收一个子帧的数据,并立即进行自动增益控制(AGC),使得在此子帧(T=0ms至T=5ms)时间内所接收到的信号的最高电平不至于使接收机饱和(位于图中接收机最小接收电平与接收机饱和电平之间);然后,根据TD-SCDMA帧结构的特点,即在下行导引时隙前后都没有发射功率(即空闲)的特点,通过逐点检查一个滑动时间窗来获得DwPTS的位置,如图中的到达时刻t0,并通过对此DwPTS的定时获得下行同步和频率跟踪;再然后,在TS0时隙接收和阅读广播控制信道(BCCH:Broadcast Control Channel)的信息,直至完成小区搜索。
在上述通过逐点检查一个滑动时间窗来获得DwPTS的位置,可以采用时间窗判定法。时间窗判定法可描述为:根据DwPTS码宽度固定为4个符号的特点,可以确定此滑动时间窗的宽度为8个符号,以中间4个符号的电平高于其两边各2个符号的电平来判断出DwPTS的位置。
实际终端中,由于接收机的动态范围总是有限的,因此接收机普遍都使用自动增益控制技术,在小区搜索开始时,终端接收到一个子帧的数据立即进行自动增益控制,以保证所接收的子帧内的最大信号加干扰的电平不会使接收机饱和。图1中用竖线条区表示接收的基站下行信号电平,用横线条区表示接收的正在工作的其它用户终端上行信号电平。
频分双工(FDD)***中接收与发射采用不同的工作载频,而时分双工(TDD)***不同于FDD***,TDD***只使用一个载波频率,即其接收和发射都使用相同的载波频率。为了保证终端在所接收子帧内的最大信号加干扰的电平不会使接收机饱和而采用立即进行自动增益控制这样简单的AGC方式,在遇到下述问题时不仅会使小区初始搜索变得十分困难而且将会导致小区初始搜索失败:正在进行小区搜索的用户终端不仅会接收到来自基站的下行信号,也同时会接收到来自此小区内其它正在工作的用户终端的上行信号,更有甚者,如果此用户终端恰好处于采用多个相同载波频率工作的小区交界附近,则还将接收到来自邻近小区基站的下行信号及这些邻近小区中正在工作的用户终端的上行信号;当正在进行小区搜索的用户终端附近有一个或者多个用户终端正好处于通话状态,而它们的工作频率又相同时,此来自用户终端的上行信号可以远远大于来自基站的下行信号。这些干扰的存在,使TDD***的小区初始搜索变得十分困难。
为解决该问题,目前普遍的做法是增加接收机的接收动态范围,如此就必须使用位数更多的模数变换器(ADC),导致设备成本增加。而且用户终端的工作电压比较低,能使用的ADC位数难以超过10位,动态范围难以超过60dB,不可能实现按需要增加接收机动态范围的目的。
在一个实际的移动通信网络中,TD-SCDMA用户终端接收机的AGC范围可以超过80dB,但在一定增益下的动态范围(假设使用10bit精度的ADC)则只有60dB。在进行小区初始搜索时,可能的接收到一个子帧的信号会有多种情况。下面结合图2进一步说明这几种情况,以说明采用上述简单自动增益控制方法时给小区初始搜索带来的问题。
图2A所示是一种典型情况。在一个子帧中(5ms),用户将获得主要是来自基站的下行信号,图中用竖线条区表示,而其它工作用户的信号则非常低,使用前述简单的自动增益控制技术就能得到很好的接收效果,非常容易实现小区初始搜索。图中用方块格区表示热噪声电平。
图2B所示是用户离基站较远且附近有一个用户正在工作时的情况,当用户附近有一个正在工作的其它用户终端时,图中用横线条区表示之,此终端的信号电平可能达到-30dBm,甚至更高。当采用通常的AGC技术时,为了不让接收机饱和,会立即通过增益控制调整到能够正常接收此子帧(5ms)信号电平的状态下。此时,受ADC取样精度的限制,信号(图中所指的DwPTS)已经低于噪声(图中用阴影区表示的ADC量化噪声电平),导致小区初始搜索失败。
图2C所示是用户在小区边缘且存在邻近小区干扰的情况。用户处于小区边缘,虽然没有邻近用户的干扰,但邻近小区干扰严重,而且,信噪比很低。但由于邻近小区基站都是同步的,各小区子帧中的DwPTS出现的位置接近,采用通常的AGC技术时,虽然小区初始搜索比较困难,但仍然是可能实现的。
最后一种可能出现的情况是上述图2B与图2C所示情况的组合情况,基于同样的原因,小区初始搜索必然失败。
综上所述,在小区初始搜索时,为了不让接收机饱和,终端在接收到一个子帧的信号时就立即进行自动增益控制,在遇到用户终端附近有正在工作的其它终端时将难以实现小区初始搜索,甚至导致搜索失败。
发明内容
本发明的目的是设计一种TD-SCDMA移动通信***小区初始搜索中的增益控制方法,是用户终端在小区初始搜索时所使用的增益控制方法,能够解决背景技术中由图2所示的造成小区初始搜索困难的问题,可以使用户终端ADC在有限动态范围条件下迅速完成小区初始搜索。
实现本发明目的的技术方案是这样的:一种TD-SCDMA移动通信***小区初始搜索中的增益控制方法,其特征在于包括:
A.用户终端在选定的载波频率上用最大接收增益接收;
B.记录接收的多个子帧的数据;
C.采用时间窗判定法确定每个接收子帧中下行导频时隙的位置;
D.在可以确定接收子帧中超过半数的下行导频时隙的位置时继续进行小区初始搜索的后续过程,并从所有可能的载波频率中再选择另一个载波频率进行接收,然后返回步骤A执行,直至所有可能的载波频率均被选择一次时,结束小区初始搜索;否则,执行步骤E;
E.判断接收机是否饱和,接收机未饱和时,从所有可能的载波频率中再选择另一个载波频率进行接收,然后返回步骤A执行,直至所有可能的载波频率均被选择一次时,结束小区初始搜索;接收机饱和时,降低接收增益一个步长,返回步骤B继续执行。
所述的超过半数的下行导频时隙的位置是连续被确定或者间隔被确定的。
所述步骤D中,将确定的接收子帧中超过半数的下行导频时隙的位置作为多个子帧下行导频时隙的位置。
所述步骤E中,判断接收机未饱和,同时判定接收的信号是外界干扰,在当前载波频率下没有可以工作的基站。
所述步骤E中,降低接收增益一个步长在6至24dB范围内。
本发明的方法适用于TD-SCDMA移动通信***,是一种用户终端在小区初始搜索时所使用的增益控制方法。在用户终端开始小区搜索时,首先使接收机增益达到最大,而不考虑接收机是否饱和;然后记录接收的多个子帧的数据,根据TD_SCDMA***帧结构的特点,采用时间窗判定法来确定各个子帧下行导频时隙(DwPTS)的位置;当发现接收机饱和,但又无法获得下行导频时隙(DwPTS)的位置时,则以较大步长降低接收机增益;并继续在每一循环执行中记录多个子帧的数据,逐步降低接收机增益,直至接收机不再饱和。此过程后的最终结果可能是根据TD_SCDMA***帧结构的特点,在所有可能的载波频率上确定了下行导频时隙(DwPTS)的位置;也可能判定在某载波频率上不存在可接入的基站。
本发明方法是对所有可能的载波频率重复进行的,最后完成小区初始搜索。
本发明方法能够大大提高TD-SCDMA用户终端小区初始搜索的成功率。解决当用户终端附近有正在工作的其它终端时难以实现小区初始搜索的问题,由于可使用户终端ADC在有限动态范围条件下迅速完成小区的初始搜索,故可降低对ADC的位数要求,即降低设备成本。
附图说明
图1是TD-SCDMA移动通信***的帧结构及小区搜索示意图;
图2是小区初始搜索时接收到的一个子帧信号的几种可能情况,包括图2A所示的典型情况,图2B所示的用户终端离基站较远、附近有一个用户工作的情况,和图2C所示的用户在小区边缘、存在邻近小区干扰的情况;
图3是本发明方法在小区搜索时的自动增益控制过程流程框图。
具体实施方式
在TD-SCDMA***中,其帧结构中设计有独特的下行导引时隙(DwPTS)。如图1所示,在此时隙时间及其邻近时间,不存在本小区或者本扇区内的任何干扰,只有来自邻近小区或者其它移动通信***的干扰。也就是说,用户终端在此DwPTS时隙可以比较精确地接收到下行导引信号并通过它来实现小区初始搜索。而且,此下行导引信号的电平应当与广播控制信道(BCCH)上的电平相同或者高几个dB,这是TD-SCDMA标准所提供的一个重要特性。
本发明就是利用此特性来简单并有效地实现TD-SCDMA***终端进行小区初始搜索时的增益控制的,本发明所公开的方法基本上能够解决前述小区初始搜索时的困难问题。
参见图3,体现出在小区初始搜索中,所采用的增益控制方法。
用户终端开始进行小区初始搜索(步骤301);设定起始载波频率和接收机最大增益(步骤302);用户终端以起始载波频率和最大接收增益接收并记录多个子帧的信号(步骤306);根据TD-SCDMA帧结构的特点,使用前述时间窗判定法搜索多个子帧的DwPTS的位置,根据对多个子帧DwPTS位置的搜索情况,将出现几种结果(步骤307、308):
第一种结果,判断搜索到多个子帧DwPTS的位置,则继续进行小区初始搜索的后续过程,包括在TS0时隙接收和阅读广播控制信道的信息,直至完成小区初始搜索(步骤309);
第二种结果,判断没有搜索到多个子帧DwPTS的位置时,又进一步判断出接收信号没有使接收机饱和(步骤310),则可判定接收到的信号电平非常低;接收到的信号是外界干扰,如接收到的完全是热噪声;并可判定在当前载波频率下没有可以工作的基站(步骤312),然后,改变载波频率和用接收机最大增益(步骤304),重新进行下一轮的小区初始搜索(步骤302);
第三种结果,在不能获得各子帧DwPTS位置而且接收的信号电平又使接收机饱和的情况下,将接收机的接收增益降低一个大步长,该大步长可在6至24dB的范围内选择,如6、9、12、24dB等(步骤311),然后在当前载波频率上重新接收并记录多个子帧的接收信号(步骤306)。
接收的信号电平使接收机饱和,即在部分时间内接收的数据都达到ADC动态范围内的最高位(此处的部分时间是指在5ms时间内的一段时间,可以不足1ms也可以是几个ms),则将接收机增益降低一个步长值。然后,重新接收并记录当前载波频率上多个子帧的信号,重新进行小区初始搜索过程(步骤307)。多次重复该过程,直到接收机不再饱和。此重复过程中可能会成功地搜索到DwPTS位置,然后进入后续过程(步骤309),但也可能仍然不能获得DwPTS的位置,则判定接收到的信号是外界干扰或信号电平很低,并可判定此载波频率下没有可以工作的基站(步骤312)。然后,改变当前载波频率(步骤304),重新进行小区初始搜索(步骤302)。改变当前载波频率是在所有可能的载波频率中改变,直至在所有的载波频率上都进行了一次上述过程时就可停止小区初始搜索过程(步骤315、316)。
如此控制接收机增益,就可以有效完成终端的小区初始搜索过程。此初始搜索将对所有可能的载波频率进行,最终完成全部小区初始搜索过程。
必须注意的是,在本发明的方法中,每一次小区初始搜索均将连续或者间隔地记录下多个子帧的接收信号(步骤306),并对每个子帧的接收信号均进行对DwPTS位置的搜索。以在多数如超过半数的子帧中搜索到DwPTS位置作为搜索到DwPTS位置为标准,和以超过半数的子帧中搜索到的DwPTS位置为DwPTS的位置。这样,可以克服快衰落的影响,并提高在信噪比很低(接近0dB)情况下完成小区初始搜索的成功率。
本发明的方法,应用在TD-SCDMA移动通信***中,是供用户终端在进行小区初始搜索时使用的增益控制方法。对每一个载波频率,将接收机置于最大接收增益下接收并记录多个子帧的接收数据,用时间窗法搜索基站发射的多个子帧的下行导引时隙的位置,当判定接收机饱和,又不能获得下行导引时隙位置时,大步长降低接收机增益,并在重复上述搜索过程中逐步降低接收机增益,直至接收机不再饱和。使用本发明的方法可以使用户终端的ADC在有限动态范围条件下迅速完成小区初始搜索。

Claims (5)

1.一种TD-SCDMA移动通信***小区初始搜索中的增益控制方法,其特征在于包括:
A.用户终端在选定的载波频率上用最大接收增益接收;
B.记录接收的多个子帧的数据;
C.采用时间窗判定法确定每个接收子帧中下行导频时隙的位置;
D.在可以确定接收子帧中超过半数的下行导频时隙的位置时继续进行小区初始搜索的后续过程,并从所有可能的载波频率中再选择另一个载波频率进行接收,然后返回步骤A执行,直至所有可能的载波频率均被选择一次时,结束小区初始搜索;否则,执行步骤E;
E.判断接收机是否饱和,接收机未饱和时,从所有可能的载波频率中再选择另一个载波频率进行接收,然后返回步骤A执行,直至所有可能的载波频率均被选择一次时,结束小区初始搜索;接收机饱和时,降低接收增益一个步长,返回步骤B继续执行。
2.根据权利要求1所述的TD-SCDMA移动通信***小区初始搜索中的增益控制方法,其特征在于:所述的超过半数的下行导频时隙的位置是连续被确定或者间隔被确定的。
3.根据权利要求1所述的TD-SCDMA移动通信***小区初始搜索中的增益控制方法,其特征在于:所述步骤D中,将所述确定的接收子帧中超过半数的下行导频时隙的位置作为多个子帧下行导频时隙的位置。
4.根据权利要求1所述的TD-SCDMA移动通信***小区初始搜索中的增益控制方法,其特征在于:所述步骤E中,判断接收机未饱和,同时判定接收的信号是外界干扰,在当前载波频率下没有可以工作的基站。
5.根据权利要求1所述的TD-SCDMA移动通信***小区初始搜索中的增益控制方法,其特征在于:所述步骤E中,降低接收增益一个步长在6至24dB范围内。
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