TWI271048B - Cell search method for orthogonal frequency division multiplexing based cellular communication system - Google Patents

Description

1271048 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)的技術，譬如正交分頻多重 存取(orthogonal frequency division multiple access，OFDMA) 技術、結合OFDM及分碼多重存取(c〇de division multiple access，CDMA)的技術，即所謂的OFDM-CDMA技術，特 別是關於一種蜂巢式OFDM通訊系統中細胞(cell)之搜尋 方法。 【先前技術】 在一個蜂巢式OFDM通訊系統中，一個行動台(mobile station，MS)可能接收到來自不同細胞的下傳 (downlink-transmitted)訊號，因而需要用不同的細胞代碼 (cell code)來區別這些訊號。例如，在一個蜂巢式 OFDM-CDMA系統中，來自不同細胞的下傳訊號可以用干 優碼(scramblingcode)來區別，此干擾碼即為細胞代瑪，如 此可允許相鄰的細胞重複使用相同的頻率與展頻碼 (spreading code) 〇對於這類蜂巢式系統，當行動台在初始 開機狀態時，必須儘快搜尋一個服務品質佳的細胞以作為 通訊連線之用（亦即，要與該細胞的下傳干擾碼達成同 步）。此程序就是所謂的初始細胞搜尋(initial cell search)。 另一方面，當行動台處於通話(active)或間置(idle)狀態時， 仍需要持續搜尋下一個合適的細胞(新目標），以協助交遞 1271048 機制(handoff)適時切換到下一個細胞，讓連線品質能不斷 維持在最佳狀態。此程序就是所謂的目標細胞搜尋(target cell search)。由此可知，細胞搜尋方法的效能將直接影響從 行動台開機到可通話所感受到的延遲時間(perceived switch-on delay)、連線品質和功率消耗等。所以，對設計 蜂巢式OFDM通訊系統而言，細胞搜尋是重要的。 雖然所要描述的細胞搜尋方法可以用於其他OFDM 的系統，但為精簡起見，此處僅以多載波CDMA (multi-carrierCDMA，MC-CDMA)系統來敘述之，其中 MC-CDMA為OFDM-CDMA系統的一種。傳統的蜂巢式 MC-CDMA系統之細胞搜尋方法主要有兩類，分別是同步 頻道（synchronization channel，SCH)方法與共同導航頻道 (common pilot channel，CPICH)方法，其中細胞搜尋程序高 度地依賴於下傳訊號的碼框結構。 考慮共有個下傳干擾碼阅，灸=〇〜[-U=1〜 ·/，允許每J個細胞所構成的聚群(cluster)中達到不會混淆 的細胞識別，其中[為干擾碼的長度。假設細胞^•是要搜 尋的細胞，其干擾碼為通常此聚群中的^/個細胞會 進一步地被分成幾組，以減少需要搜尋之干擾碼數目，其 中每一組會以一個組碼(group code)來代表。 第1圖說明SCH細胞搜尋方法的碼框結構。每一瑪 7 1271048 框(frame)包含 Μ 個 OFDM 符碼(OFDM symbol)。每一 OFDM符碼不僅包含長度為外ττ個取樣點的有用資料 (usefiil data)，而且也包含長度為&/個取樣點的循環字首 (cyclicprefix，CP)，亦即，保護區間(guardinterval，GI)， 用以避免符碼間干擾(inter-symbol interference，ISI)和載波 間干擾(inter-carrier interference，ICI)。依此’一個 OFDM 符碼的長度是+ 個取樣點。在第1圖中下 傳訊號含有三種訊號，分別是CPICH訊號、SCH訊號和 通訊頻道(traffic channel，TCH)訊號。CPICH訊號包含關 於干擾碼的資訊，而SCH訊號包含關於組碼與碼框時序的 資訊。TCH訊號則用來傳輸TCH資料。在細胞/的基地台 (base station，BS)中，發射機係以不同的展頻碼將TCHs 與CPICH的資料展伸於頻域(frequency domain)上，然後相 加並經由干擾碼阅做攪亂。這個被攪亂的訊號更進一 步與SCH訊號結合，再經由一個點反向離散傅立葉 轉換(inverse discrete Fourier transform，IDFT)，或更有效地 以反向快速傅立葉轉換(inverse fast Fourier transform， IFFT)，來做調變。最後***GI以產生下傳訊號，其中， 所使用的次載波數目與干擾碼的長度⑹相同，並且IFFT 的大小ΑΓ/Γ/Τ之尤。 在一個MS的接收機中，接收到的訊號是由第2圖的 細胞搜尋程序來作處理。此程序包含三個步驟：（S1)符碼 同步，以偵測OFDM符碼時序(即OFDM符碼邊界），（S2) 8 !27l〇48 碼框同步和組識別，以偵測碼框時序（即碼框邊界）和組 碼’以及(S3)干擾碼識別，以偵測干擾碼β闲。在步驟 S1中，OFDM符碼時序是用CP的相關性質來偵測的。在 步驟S2中，先將接收訊號的GI移去，再執行#FfT點離散 傅立葉轉換（discrete Fourier transform，DFT)，或更有效地 執行快速傅立葉轉換(fast Fourier transform，FFT)，然後運 用頻域上的SCH訊號來彳貞測碼框時序和組碼。在步驟S3 中，干擾碼C%]是用CPICH訊號從已偵測到的組中識別 出來，並加上驗證(verification)工作以避免錯誤的偵測，因 而可減少MS執行不必要的動作。 由於SCH訊號不是正交於TCH訊號和CPICH訊 號，SCH方法的細胞偵測效能將因為從TCH訊號與CPICH 訊號來的干擾而變差，且資料偵測效能也會因為SCH訊號 的干擾變差。基於此原因，CPICH方法（將於下一段敘述） 並未將SCH訊號包含於碼框結構中，所以其效能比sch 方法好很多。

第3圖說明CPICH細胞搜尋方法的碼框結構。每一個 碼框包含Μ個OFDM符碼。每一個長度為個取樣 點的OFDM符碼是由長度為個取樣點的有用資料和 長度為個取樣點的CP(GI)所組成。一個碼框中，第一 個和最後一個OFDM符碼，分別標示為共同導航頻道i (CPICH1)和共同導航頻道2 (CPICH2)，係對應於CPICH 9 訊號，而剩餘的(Μ- 2)個OFDM符碼則用來傳送TCH資 料，其中iJovOT是CPICH訊號對一個TCH的訊號功率比 值。CPICH訊號包含有關干擾碼、組碼和碼框時序的資訊。 由於CPICH訊號和TCH訊號係配置在不同的〇FDM符碼 (亦即，不同的時槽），它們之間不會發生干擾。類似於 SCH方法，CPICH方法中MS的接收機也是使用第2圖中 的三步驟細胞搜尋程序。唯一的差別在於步驟S2，碼框時 序與組碼是用頻域上的CPICH訊號來同時地偵測得到 的，而不是使用SCH訊號。 如上所述’ SCH方法和CPICH方法這兩者的步驟si 疋在時域上執行’而步驟S2及S3則是透過外/^點DFT (或FFT)運算在頻域上執行。在步驟S2中，許多碼框邊 界的候選者都必須在頻域上--測試，以找到一個最佳的 碼框邊界偵測值。此意味著步驟S2需要許多DFT(或FFT) 運算來做碼框同步。依此，傳統的細胞搜尋方法需要非常 高的運算複雜度。甚且，CPICH方法在步驟S3中對於通 道頻率嚮應(channel frequency response)做了 一個限制性的 假設，造成其細胞偵測效能對於通道頻道效應是敏感的。 當此通道假設不成立時，此乃實際應用上的典型情況，則 可能導致錯誤的偵測。 在歐洲專利申請案EP0940942中，揭露了一個蜂巢式 MC-CDMA通訊系統的同步用前置序列(syncllr〇nizati〇n 1271048

Preamble)與同步用通訊協定(synchronization protocol)。此 通訊方法使得遠端台可以和服務它們的基地台達到時間上 與頻率上的同步。此通訊方法使得某一細胞的基地台與其 遠端台可以在一個充滿雜訊的環境中達到同步，其中，充 滿雜訊的環境係指訊號被其他細胞的基地台和其他遠端台 所干擾。此通訊方法的一個主要缺點為細胞偵測效能對於 通道效應也是敏感的。 【發明内容】 本發明克服上述傳統對於蜂巢式OFDM通訊系統的 細胞搜尋方法之缺點。本發明的一個目的是提出一個新的 碼框結構，以及一種低複雜度且有用的細胞搜尋程序。為 達到低複雜度的細胞搜尋，碼框結構係設計為呈現週期性 的訊號模式，且同時在CPICH訊號裡包含關於所要搜尋的 細胞代碼之資訊。所對應的細胞搜尋程序係利用週期的性 質來偵測訊號時序，和CPICH訊號的相關性質來識別細胞

代碼。 根據本發明的較佳實施例，此具有週期性之訊號模式 特性的細胞搜尋方法僅需要一個或兩個小尺寸的DFT (或 FFT)運算，而且對抗通道效應是非常有用的。模擬結果 證明本發明的細胞搜尋方法在初始與目標細胞搜尋皆優於 上述傳統的CPICH方法。較好的細胞偵測效能即表示在細 胞搜尋程序中僅需要較少的重複步驟，即可以找到一個具 1271048 高信賴度的細胞代碼候選者，並且對應的平均細胞搜尋時 間較小、消耗的功率也較低。換言之，本發明的細胞搜尋 方法可提供較佳的連線品質、較快的細胞搜尋以及較低的 功率消耗等優點。 兹配合下列圖式、實施例之詳細說明及申請專利範 圍，將上述及本發明之其他目的與優點詳述於後。 【實施方式】 在一個蜂巢式OFDM系統中，假設一個聚群内有《/個 細胞且細胞y·是要搜尋的細胞。此j個細胞係以j個不同 的細胞代碼來區別’表示為，灸=〇〜/-1，/ = 1〜JT， 其中Zc疋細胞代碼的長度。此長度的選擇需使得每J 個細胞所構成的聚群可以達到無混淆的細胞識別，且此長 度無需與次載波的數目(/〇相同。為了減少細胞識別的複雜 度，每一個細胞代碼可更進一步用兩個或多個序列來表 示。不失一般性，令一個細胞代碼以兩個序列表示，分別 為户°)阅，灸=〇〜Ζ厂卜f e {1，2,…，户一 1}，與以阅，灸 =0〜’ / e {1，2,…，0- 1}，其中與分別是 W闲和以闲的長度，並且尸· J。更進一步地，令細 胞^；•的細胞代碼β闲是以序列闪與阅來表示。 於是，細胞代碼闪的識別變成為識別這兩個序列闲 和闪的問題。 第4圖說明根據本發明之細胞搜尋方法在時域上的一 12 1271048 個碼框結構。參考第4圖，每一碼框包含从個〇FDM符 碼，且每一個長度為個取樣點的OFDM符碼是由長 度為個取樣點的有用資料和長度為#^個取樣點的cp (GI)所組成。第ζ·個0^1\4符碼，標示為共同導航頻道/ (CPICH/)’含有CP和重複况次的Vi.點短序列，其中^^ = V，· · ％且％ > 1。在此碼框中，其他的〇FDM符碼可以包含 TCH訊號或另一個CPICH訊號。CPICH訊號和TCH訊號 係配置在不同的OFDM符碼（不同的時槽）以避免干擾問 題。在第4圖的碼框裡，至少有一個〇FDM符碼（不考慮 GI)展示出週期性的訊號模式。並且，至少有一個〇FDM 符碼含有關於序列严〉闲和^闲的資訊。 第5圖說明根據本發明之細胞搜尋程序。參考第5圖， 此程序包含兩個步驟:（步驟501)時序同步，係偵測〇FDM 符碼時序和碼框時序，以及（步驟5〇2)細胞代碼識別， 係偵測細胞代碼闲。步驟5〇2中尚包含驗證程序，以 避免錯誤的偵測。在步驟5〇1中，可用CP的相關性質和 碼框結構的週期性質來偵測訊號時序。在步驟5〇2中，則 可用CPICH的相關性質來偵測序列pW闲和ρω阅。 第6圖和第7圖說明根據本發明之細胞搜尋方法在時 域上的的別種碼框結構。參考第6圖和第7圖，在一個碼 框中’沒有單一的OFDM符碼呈現週期性的訊號模式。反 而’在第6圖裡，一個碼框中至少有兩個OFDM符碼在某 13 些部分具有相同的資料而形成上述之週期性的訊號模式。 在第7圖裡，CPICHz•和CPICH(i + 1)則視為長度是 的一個CPICH單元(她)，其+ cp的長度加倍，亦即高广 對於第7圖的碼框結構，一個碼框中至少有一長度為 2#〜皿的CPICH單元具有週期性的訊號模式。依此，第6 圖和第7圖的週期性訊號模式可以用來偵測碼框時序。並 且，一個碼框中至少有一個OFDM符碼含有關於序列闪 和的資訊來作為細胞代碼識別。依此，第5圖的細 胞搜尋程序也可應用至第6圖和第7圖的碼框結構。 第8a圖說明根據本發明之第一實施例在時域上的碼 框結構。參考第8a圖，一個碼框中的第一個與第二個 OFDM符碼分別為共同導航頻道1 (CPICH1)和共同導航頻 道2 (CPICH2)。碼框中的其他（M-2)個OFDM符碼，標 示為通訊頻道(TCHs)，則用來傳送TCH資料。顯然地， CPICH訊號正父於TCH訊號。令*y(7)[w]表示相關於細胞） 的下傳訊號。在第8a圖的一個碼框中，第历個QFDM符 碼(不含GI)所對應的下傳訊號係表示為，„ = 〇〜 - 1。第8b圖為第8a圖之碼框結構的另，一種示意圖， 其中是CPICH訊號對一個TCH的訊號功率比值， 且尺是使用的次載波數目。 第9a圖說明第8a圖中CPICH1的詳細結構(不考慮 GI)。時域CPICH1訊號4y)M，” = 〇〜外/T -1，是由重複 1271048 次的時域短序列Xp>[w]，w = 〇〜v-1，所組成的，如下所 不· sij\n]^xlj)[(in))vl w = 〇^iVF/T-l ⑴ 其中符號（⑻)v代表‘(w m〇dulo v)’ 。換句話說，此時 域CPICH1訊號#间是一個週期訊號，其週期為v。時域 短序列〇]可從頻域短序列，A=〇〜w 一卜經^點 IDFT (IFFT)而得到，其中M •外=尺且。 第9b圖說明第8a圖中CPICH2的詳細結構(不考慮 GI)。時域CPICH2訊號十知]2 =^V/Tfj -1 ’是由重複乂 次的時域短序列：^y)[w]，w = 〇〜v-1，所組成的，如下所 不： 〇] = xH((w))v]，w = 0 ~ NFFT -1 (2) 換句話說，時域CPICH2訊號是一個週期訊號，其週 期為v。此時域短序列〇]可從下列的頻域短序列經v點 IDFT (IFFT)而得到： X[\k^X\j)[kyAU)[k\ A: = 0 〜w -1 (3) 頻域短序列於)[幻與对)[幻（或者相同地，处)⑷與 #[幻），灸=0〜w - 1，可設計為含有關於序列#阅，^ 0 15 1271048 〜4-1 ’與以)阅，灸=〇〜4_1 ’的資訊。一種可能的 設計如下： forken, (4a) 且 AU\k]^Q^m))Ll f〇rkeQ2 (处） 其中A與A是的頻率標號(frequency index)所構 成的兩個互斥集合，及Ω^Ω2 c: {0, 1，…，w — 1}。此設計 馨 中’第5圖的細胞搜尋程序可以實施如同第10圖所示。然 而’其他的實施方式也是可行的，因為出現在CPICm與 CPICH2的短序列不ω[幻是可以任意設定的。例如，所有細 胞可以設定都具有相同的短序列不(力[幻，使得短序列奸狀] 可同時作為符碼同步、碼框同步认及通道估計的訓練序列。 令下傳訊號，知]經過r單位時間的延遲後，被一個MS 的接收機所接收，此接收訊號表示為 鲁 r[n] = hU)[n] * sU)[n -τ] + wu)[n] (5) 其中符號代表線性旋捲運算(linear convolution)。在(5) 式中，小?]是接收訊號，是通道脈衝響應(channel impulse response);而是雜訊成份，不僅包括背景雜 訊(background noise)，也包括來自其他細胞和其他MS的 干擾。通道假設是一個線性非時變（linear 16 1271048 time-invariant，LTI)且長度為A的有限脈衝響應作 impulse response，FIR)系統。未知的時間延遲7*可進一步表 示為 其中D與d是非負的整數’且0W<#OFm/。根據第10圖 的細胞搜尋程序，此實施例的細胞搜尋方法之目的是在步 驟1001中估計未知的時間延遲¢/ (OFDM符碼時序），在 步驟1002中估計未知的時間延遲/)(碼框時序），並在步 驟1003中識別序列#[幻和以仏](細胞代碼闲）。 在步驟1001中，OFDM符碼時序是由接收訊號咖] 之CP的相關性質來偵測的，如第η圖所示。如下式所示， 計算接收訊號與其延遲個取樣點的訊號之間的自相關 數值(autocorrelation)並取平均： ，十 iVG/-i Γ^ = Σ LrimN〇FDM ^riy[mNOFDM +n + NFFT] m ㈣ (7) 其中上標 代表取共輛複數(complex conjugatior^。從⑺ 式可知，符碼時序J可由尋找丨Γ山·]丨的最大值而摘測出。此 步驟亦用其他符剩步方法達成，如有名的最大相似度 (maximumHihood’ML)方法與最小均方誤差（minimum mean_square-error，MMSE)方法等。 17 S步驟1001完成符碼時序以貞測後，在下傳訊號/间 與接收訊號φ + 4之間仍會存有一未知的時間延遲 (參考(6)式）需要求得。在步驟1〇〇2中，碼框時 序⑽利用CPICH1和CPICH2裡的週期性訊雜式的特 質來债測的。此點將由下面的推導來做論證。 假設通道長度A s 7VQ+ 1 (亦即，沒有ISI與ICI)， 且從(5)式之接收訊號r|/2]中移去GI後，第历個接收的 OFDM符碼可得到如下： rm[n] Ξ r[mNOFDM -^d + NGI+n] =Σ h〇)U] * ' 〇)Nfft ] + w^[nl n = Q 〜 /=0 ⑻

其中^e /)[〇 - £〇iVOFZ)A/ + JVG/ + «]與 〇] ξ + + 分別為對應第历個接收的OFDM 符碼之下傳訊號（不考慮GI)與雜訊。將雜訊的影響忽略， 則接收的第個OFDM符碼和第(ZH1)個OFDM符 碼〜ιΜ，分別對應於CPICH1和CPICH2，可以證明為具 有週期v的週期訊號。依此，碼框時序可經由計算下列 兩個連續接收的OFDM符碼之自相關數值而求得： 1271048 ΣΣΚΝ+«]Γ；[((ν(/+ΐ)+Λ» ]

/=0 w=〇 ttT + [VI + nym+l [((v(i + 1) + ri))NFFT ]} (9) 在(9)式中碼框的搜尋範圍應包含至少(M+1)個〇FDM符 碼，以確保兩個CPICH (CPICH1與CPICH2)含括在計算 内。因為问與㈣，"=〇〜外柯-卜是具有週期v 的週期訊號，所以(9)式中r2[w]在w 時會有最大值，因 此碼框時序Z)可以經由尋找(9)式中|r2[m]丨的最大值來偵測 得到。 當步驟1002完成碼框時序的偵測後，在步驟1〇〇3 中，細胞代碼β闪可藉由⑶、（4a)和(4b)式中CPICH1與 CPICH2之間的頻域關係，識別出對應的序列#)闲與以)闲 而求得。 為了減少雜訊影響和運算複雜度，將CPICH1對應的 接收之OFDM符碼中馬段的重複序列取平均得到 (l〇a) = — SlrD[vi + n], w = 0 〜ν -1 /=0 用同樣的方式，將接收的OFDM符碼取平均得到 4+i[w]= W +w]，” = 〇 〜v-1 (10b) 分別對FD[W]和心如]做v點DFT產生 19 1271048 (11a) 及 D [灸]=A： = 0 〜w — 1 且 (lib) 其中如他]是下列式子的ν點DFT A 〇)[w] =, *(7>M + /?(y)[w + v] + …+ λϋ)[« + ( k κ 一 l)v]， « = 〇 〜v — 1 otherwise

(12) 其中M代表不小於α的最小整數。從(12)式可知，當A S v時，石())[”]=//^];否則，❼加是妒问的混疊(aliasing) 結果。 根據(11a)、（lib)和(4a)式，要找尋的序列可以經 由計算下列式子而識別出 Γ3α[’·]=2^[免]及二[先]·户⑴脱))]

(13) 其於ζ· = ρ有一最大值。因此，經由搜尋(13)式中[幻的户 個候選者所對應的IQ山·]丨之最大值，即可求得要找尋的序列 /^[幻。用同樣的方式，根據(11a)、（lib)和(4b)式，要找尋 的序列闲可以經由計算下列式子而識別出 Γ3Α W = Σ RD [^]^d+i [k] · Q0) [((^))^ ] (14) 其於/ ==《有一最大值。因此，經由搜尋(14)式中泛叫^]的 0個候選者所對應的丨1^[/]丨之最大值，即可求得要找尋的序 20 1271048 不像傳統的SCH與CPICH細胞搜尋方法，（13)式中尋 找丨厂3山]|最大值的程序是無關於(η)式中尋找|r3b[z·]丨最大值 的程序。當識別出序列/和以>阅，則細胞代碼β间 相對地也找到了。 步驟1003尚包含了驗證(verification)程序，以避免錯 誤的偵測。令多與$分別為對應丨Γ3α[/]丨和丨r3b[/]丨最大值的標 號(index)，則識別的細胞代碼（亦即，識別的序列p⑻闲 φ 和0^闲）可以由下列的比值來驗證： (15a) △ ir3Jp]| max{|r3fl[z]|, i^p} 且 (15b) △ ir3,mi max{|r3,[/]|5 ιφξ) 當Δ3α和Δ36皆超過一個預先設定的門檻值(threshold)時，已 被識別的細胞代碼才會被認為是具有高度信賴的一個細胞 代碼候選者。於此情況，MS認定此細胞搜尋程序是成功 地完成，然後進行後續的程序，如頻率同步、讀取廣播資 訊、量測訊號對干擾加上雜訊之比值 (signal-to-interference-phis_noise ratio)等。反之，若非此種 情況，MS繼續此細胞搜尋程序，一直到獲得一個可信賴 的細胞代碼候選者為止。 21 1271048 如上所示，第一實施例的細胞搜尋程序只需要步驟 1003的兩個v點DFT運算。此意味著相較於傳統的sch 和CPICH方法，本發明之第一實施例的細胞搜尋方法其運 鼻複雜度疋相當低的。甚且’本發明之第一實施例的細胞 搜尋方法不需要對LTI FIR通道妒Μ做其他進一步的假 設，此意指其對抗通道效應是非常管用的。 接下來提出本發明的第二實施例，其複雜度更低。 第12a圖說明根據本發明之第二實施例在時域上的碼 框結構。參考第12a圖，一個碼框中的第一個〇fdM符碼 是共同導航頻道(CPICH)。碼框中的其他(M - 1)個OFDM 符碼是用來傳輸TCH資料。第12b圖說明第12a圖中 CPICH的詳細結構(不考慮GI)。時域CPICH訊號，π =0〜為吓-1，是由重複次的時域短序歹丨Jx⑺[w]，《 = 〇〜 ν- 1，所組成的，如下所示： 必)M = x ⑺[(⑻ U n = Q 〜N附-1 (16) 換句話說，此時域CPICH訊號〇]是一週期訊號，其週 期為V。時域短序列χω[η]可以藉由對下列頻域短序列取ν 點IDFT (IFFT)而得到： XU)[2k] = Bu)[kl it = 〇 〜ϋ—ι (17a) 2 22 1271048 且 ，以 +1]=政，]·，W，A = 〇 〜I—丨 (17b) 頻域短序列X(”[A:](或者相同地，冰)[幻與」〇)闲）可 設計包含關於序列句4=0〜4—丨，與以》闳，灸=〇〜 4-卜的資訊。一種可能的設計如下： AU)[k]^P^[((k))Lpl fovkeQ^ 1 (18a) 且 ^j)[k] = Q^[((k)) l forkeQ, 2 (18b) 其中與Ω2疋d [A:]的頻率標號(丘equency index)所構 成的兩個互斥集合，且〇山〇2〔{0,1，…，（"句一”。在此 設計中，（17a)和(17b)式的序列妒>阅可以任意設定。 類似於本發明的第一實施例，第1〇圖的細胞搜尋程序 也可用在本發明的第二實施例。在步驟l〇Ql中，OFDM符 碼時序d可從尋找⑺式中irjdi的最大值來偵測出。當步驟 1001完成符碼時序^偵測後，碼框時序/)可經由計算如下 的接收OFDM符碼之自相關數值而求得： /=0 η=0

(19) 其中‘Μ於⑻式中給定。因為接收的第D個OFDM符碼 h[«]，對應於CPICH訊號，是具有週期v的週期訊號，所 以(19)式中r2[w]在m = Ζ)時會有最大值。因此，在步驟1〇〇2 中，碼框時序Ζ)可以由尋找(19)式中|r2[m]丨的最大值來偵測 23 1271048 出0 當步驟1002完成碼框時序2)的偵測後，在步驟1003 中，細胞代碼可藉由(Ha)、（17b)、（18a)和(18b)式中 頻域關係的特質，識別出對應的序列P00闲與阅而求 得。為了減少雜訊影響和運算複雜度，將CPICH對應的 接收之OFDM符碼〜卜]中乂段的重複序列取平均得到如 (10a)式的平均時域訊號匕卜]。將取v點DFT可得到 RD[k]^HU)[k]Xu)[kl k = 0^u-l (20) 其中及⑺[幻是(12)式中恥知]的v點DFT。 根據(20)、（17a)、（17b)和(18a)式，要找尋的序列 可以經由計算下列式子而識別出 &[/·]= ㈣ (21) 其於z· = p有一最大值，但前提是应⑺[2^^#ω[2Α：+1]。因 此，經由搜尋(21)式中7^闲的/>個候選者所對應的丨Γ3α[ζ·]| 之最大值，即可求得要找尋的序列闲。用同樣的方式， H(2G)、（17a)、（17b)和(18b)式，要找尋的序列[幻可 以經由計算下列式子而識別出 keQ2 (22) 其於ζ·=《有一最大值，但前提是及⑺[2幻三及⑺以+1]。因 此，經由搜尋(22)式中以)阅的0個候選者所對應的丨r3b[/]| 之最大值’即可求得要找尋的序列0⑼阅。當序列P⑻阅 24 1271048 與0^闲皆被識別出，則細胞代碼闪相對地也找到了。 最後，已識別的細胞代碼也是如同本發明的第一實施例做 驗證。 如上所示’本發明之第二實施例的細胞搜尋程序只需 要步驟1003裡的一個v點DFT運算，所以其運算複雜度 更低。再者，本發明之第二實施例的細胞搜尋方法只需要 #ω[2Α：]三异⑺[2λ+1]的通道假設，此條件對於一般典型的應 用是成立的。此即意味著本發明之第二實施例的細胞搜尋 方法對抗通道效應亦是非常管用的。 接下來，提供本發明之第一實施例的一些計算和模擬 結果來驗證本發明。考慮一個蜂巢式MC_CDMA系統，其 干擾碼（細胞代碼）’灸=〇〜尤—1 (亦即I。=[)， 僅以序列/，A=0〜w - 1 (亦即〇 = w)，來代表。換 句話說，序列以>闪，灸=0〜4-1，不存在，並且(4b)式 中的集合Ω2是個空集合。 第13圖說明對於傳統的CPICH方法與本發明的第一 實施例，細胞搜尋程序的一個遊圈所需要之複數乘法運算 數目與FFT大小的關係。較少的運算複雜度即代表節省較 多的功率消耗。從第13圖可看出，傳統的CPICH方法之 運算複雜度約較本發明的第一實施例高出4〜5倍。 25 1271048 第14a圖和第14b圖畫出傳統的CPICH方法和本發明 的第一實施例分別於及cp/c/ί= 6 dB和7?cp/c// == 9 dB的干擾 碼識別效能與幾何係數g的關係圖。關於細胞J的幾何係 數g定義為 EHJ)[rt]\2} 五{|«}+五{|«} (23) 其中wjw]是細胞間干擾，W2[«]是背景雜訊。一個高的g 值表示MS靠近細胞y的BS，而一個低的g值表示Ms* 近細胞邊界。從第14a圖和第14b圖可看出，本發明的細 胞搜尋方法對於初始與目標細胞搜尋皆較傳統的CPICH 方法表現的好，尤其是在低的g值情況下。此即顯示出本 發明的細胞搜寻方法在細胞搜尋程序中需要較少的迴圈就 可找到南“賴度的細胞代碼，相對地平均細胞搜尋時間較 短且功率消耗較低。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本伽實施之範®。即大凡依本個中請專利 犯圍所做之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之 範圍内。例如，一個碼框中可能包含多個CPICHs而不是 -個或兩個。CPICHs除了在一個碼框中的第一個和第二個 OFDM符碼外，也可以安排在其他〇fdm符碼位置。 CPICHs可以具林_職料。因此，所有如此的均等 變化與修飾皆將涵蓋於下觸+請專利範圍裡。 26 1271048 【圖式簡單說明】 第1圖說明SCH細胞搜尋方法的碼框結構。 第2圖為一傳統之細胞搜尋方法的細胞搜尋程序流程圖。 第3圖說明CPICH細胞搜尋方法的碼框結構。 第4圖說明根據本發明之細胞搜尋方法在時域上的一個碼 框結構。 第5圖是根據本發明之細胞搜尋方法的細胞搜尋程序流程 圖。 第ό圖和第7圖說明根據本發明之細胞搜尋方法在時域上 的別種碼框結構。 第8a圖說明根據本發明之第一實施例在時域上的碼框結 構。 第8b圖為第8a圖之碼框結構的另一種示意圖。 第9a圖說明第8a圖中共同導航頻道1 (CPICH1)的詳細結 構。 第9b圖說明第8a圖中共同導航頻道2 (CPICH2)的詳細結 構。 第10圖是根據本發明之第一和第二實施例的一種細胞搜 尋程序流程圖。 第11圖說明第10圖中的步驟1001係使用接收訊號的CP 之相關性質。 第12a圖說明根據本發明之第二實施例在時域上的碼框結 構。 第12b圖說明第12a圖中共同導航頻道(CPICH)的詳細結 27 1271048 構。 第13圖說明對於傳統的CMCH方法與本發明的第—實施 例’細胞搜尋程序的—個迴圈所需要之複數乘法運算數目 與FFT大小的關係。 第14a圖和第14b圖畫出傳統的CPICH方法和本發明的第 實施例刀別於- 6 dB和= 9 dB的干擾碼 別效能與幾何係數g的關係圖。 圖號說明 S1符碼同步 S3干擾碼識別 S2碼框同步和組識別 501時序同步 502細胞代碼識別 1001符碼同步 1003細胞代碼識別 1002碼框同步 28

Claims (1)

1271048 拾、申請專利範圍： 1· 一種蜂巢式正交分頻多工(OFDM)通訊系統之細胞搜尋 方法，包含下列步驟： (a) 對一細胞搜尋程序建立一時域碼框結構，該碼框結 構的每一碼框係由複數個OFDM符碼所組成，該碼 框結構呈現週期性的訊號模式且包含關於該細胞 代碼的資訊；以及 (b) 執行該細胞搜尋程序，包括時序同步和細胞代碼識 別的步驟。 2·如申請專利範面第1項所述之蜂巢式正交分頻多工通 訊系統之細胞搜尋方法，其中步驟(b)中該時序同步是 用來偵測OFDM符碼時序和碼框時序，並且該細胞代 碼識別是用來偵測該細胞代碼。 3·如申請專利範圍第1項所述之蜂巢式正交分頻多工通 訊系統之細胞搜尋方法，其中步驟(的中該細胞搜尋程 序更包含一驗證步驟以避免錯誤的偵測。 4·如申請專利範圍第1項所述之蜂巢式正交分頻多工通 訊系統之細胞搜尋方法，其中一個碼框中，至少有一個 OFDM符碼呈現該週期性的訊號模式，並且至少有一 個OFDM符碼包含關於該細胞代碼的資訊。 5.如申請專利範圍第1項所述之蜂巢式正交分頻多工通 訊系統之細胞搜尋方法，其中一個碼框中，至少有兩個 OFDM符碼在某些部分具有相同的資料，使得一個碼 框中呈現該週期性的訊號模式。 29 1271048 6·如申請專利範圍第1項所述之蜂巢式正交分頻多工通 訊系統之細胞搜尋方法’其中一個碼框中，至少有一個 具有該週期性的訊號模式的單元是由連續兩個或兩個 以上的OFDM符碼所形成。 7·如申請專利範圍第1項所述之蜂巢式正交分頻多工通 訊系統之細胞搜尋方法，其中一個碼框中，至少有一個 OFDM符碼包含關於該細胞代碼的資訊。 8·如申請專利範圍第1項所述之蜂巢式正交分頻多工通 訊系統之細胞搜尋方法，其中每一長度為個取樣 點的OFDM符碼包含長度為個取樣點的有用資料 和長度為iVG/個取樣點的循環字首(Cp)，第z•個〇FDM 符碼’標示為共同導航頻道ζ· (CPICHz·)，係由CP和重 複馬次的v，點序列所組成，其中•况及馬之i， 在該碼框的其他OFDM符碼包括通訊頻道(TCH)訊號 或是另一個共同導航頻道(CPICH)訊號，CPICH訊號和 TCH訊號係配置在不同的OFDM符碼。 9.如申請專利犯圍第8項所述之蜂巢式正交分頻多工通 訊系統之細胞搜尋方法，其中步驟(b)中該細胞搜尋程 序利用CP的相關性質和該碼框結構的該週期性的訊號 模式來偵測該時序。 10·如申請專利範圍第8項所述之蜂巢式正交分頻多工通 訊系統之細胞搜尋方法，其中步驟中該細胞搜尋程 序係利用CPICH訊號的相關性質來偵測該細胞代碼。 11·一種時域碼框結構，作為蜂巢式正交分頻多工(OFDM) 30 1271048 通訊系統之細胞搜尋用，該碼框結構呈現週期性的訊號 模式，以偵測時序，並且在共同導航頻道(CpICH)訊號 中包含關於要尋找之細胞之細胞代碼的資訊，以識別該 細胞代碼。 12·如申請專利範圍第11項所述之時域碼框結構，其中在 該碼框結構裡的每一碼框是由複數個OFDM符碼所組 成’並且每一長度為乂個取樣點的0FDM符碼包 含長度為個取樣點的有用資料和長度為^^個取樣 點的循環字首(CP)，第/個OFDM符碼，標示為共同導 航頻道i (CPICffi)，係由CP和重複％•次的Vi•點序列所 組成，其中= v，· 7V/及况> 1，在該碼框的其他 OFDM符碼包括通訊頻道(TCH)訊號或是另一個共同 導航頻道(CPICH)訊號’ CPICH訊號和TCH訊號係配 置在不同的OFDM符碼。 13·如申請專利範圍第11項所述之時域碼框結構，其中該 時域碼框結構係用於一細胞搜尋程序，該細胞搜尋程序 包括時序同步和細胞代碼識別的步驟。 14·如申請專利範圍第13項所述之時域碼框結構，其中該 時序同步步驟是用來偵測OFDM符碼時序和碼框時 序，並且該細胞代碼識別步驟是用來偵測該細胞代碼。 15·如申請專利範圍第11項所述之時域碼框結構，其中— 個碼框中，至少有一個OFDM符碼呈現該週期性的訊 號模式，並且至少有一個OFDM符碼包含關於該細胞 代碼的資訊。 31 W·如申請專利範園第11項所述之時域碼框結構，其中一 個碼框中，至少有兩個OFDM符碼在某些部分具有相 同的資料，使得一個碼框中里現該週期性的訊號模式。 l7如申請專織圍第11項所述之時域碼框結構，其中一 個碼框中，至少有一個具有該週期性的訊號模式的單元 是由連續兩個或兩個以上的〇FDM符碼所形成。 Jg·如申凊專利乾圍第11項所述之時域碼框結構，其中一 個碼框中，至少有一個0FDM符碼包含關於該細胞代 瑀的資訊。

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