CN100508428C - 一种提高同步检测精度的方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种提高同步检测精度的方法和装置，用于码分多址通信系统中基于上行导频时隙的同步检测，其方法包括以下步骤：天线数据段获取，用以确定上行同步码所在的数据段；匹配滤波：为了检测在保护间隔和上行导频时隙区间上是否有上行同步接入，首先需要用当前小区的N_{SYNC_UL}个上行同步码分别与保护间隔和上行导频时隙区间上的天线接收数据进行移位相关，得到相关功率序列；签名识别，用以对总相关功率序列进行检测判决，在满足预定检测条件的情况下，才判断有上行同步接入；快速物理接入信道安排，在每子帧中，根据多个上行同步签名的级别进行优先级处理。本发明方法和装置给出了一种基于多倍采样的提高同步检测精度的方法与装置，提高了同步检测的精度。

Description

一种提高同步检测精度的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统随机接入的方法与装置，尤其涉及码分多址通信系统中基于上行导频时隙的同步检测的方法与装置。

背景技术

在同步CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)通信系统的上行链路中，多个用户终端UE(User Equipment)向基站(Node B)发送信号，为了防止不同用户信号之间的相互干扰，需要对各用户进行同步检测与控制，保证其同时到达基站。

同步CDMA通信系统的无线帧包括若干子帧，在每一个子帧中除了多个常规时隙外，还包括3个特殊时隙，即下行导频时隙(DwPTS)、保护间隔(GP)时隙和上行导频时隙(UpPTS)，其中UpPTS是为上行导频和同步而设计的，由上行同步(SYNC_UL)码和该时隙内部的保护间隔组成。

在同步CDMA通信系统中，随机接入同步检测指的就是上行同步的建立过程。在用户终端UE开机之后，必须首先与小区建立下行同步。只有在下行同步的条件下，才能开始建立上行同步。

上行同步的建立在随机接入过程中完成，涉及上行导频信道(UpPCH)和物理随机接入信道(PRACH)。用户终端UE在进行随机接入时，首先在上行导频时隙(UpPTS)中发送上行同步(SYNC_UL)码，如果基站Node B能够成功地检测到该SYNC_UL码，则在下行对应的快速物理接入信道(FPACH)上向用户终端UE发送确认消息，然后用户终端UE可在分配好的物理随机接入信道(PRACH)上向基站NodeB发送接入信息，最后基站Node B再将必要的信息发送给用户终端UE，呼叫建立完成。

在搜索窗内检测到SYNC_UL序列后，基站Node B估计出对应的时延，然后通过发送调整信息答复用户终端UE，使用户终端UE在下次发射时调整发射时间。这通过FPACH在接下来的若干个子帧内完成。发送过PRACH之后，上行同步建立。上行同步过程也可以用于上行失步时的上行同步重新建立。

同步检测通过分析保护间隔和上行导频时隙的天线数据来识别SYNC_UL码。如果检测到一个有效的SYNC_UL码，则完成相应的参数测量任务。

在下列文献中介绍了关于同步检测的现有技术：

[1]专利“Synchronization detection circuit for radio communication，has matched filter to output correlation val UE between spreading code anddata obtained by sampling spread signal using one-chip cycle samplingclock”.美国专利，公开号：US 20030152138，公开日期：2003年8月14日；日本专利，公开号：JP 2003234677，公开日期：2003年8月22日；中国专利，公开号：CN 1437323，公开日期：2003年8月20日

[2]专利“Synchronization detecting apparatus has synchronizationdetector which detects synchronization using demodulated synchronizationsignal depending on channel estimation result using pilot signal”.美国专利，公开号：US 20020093988，公开日期：2002年7月18日；日本专利，公开号：JP 2002217775，公开日期：2002年8月2日

[3]专利“WCDMA系统中捕获随机接入信道前同步码的一种方法和装置”.中国专利，公开号：1389995，公开日期：2003年1月8日

[4]周海军，颜晓莉，熊思民，谢显中.“TD-SCDMA系统随机接入性能分析”.重庆邮电学院学报，第14卷第4期，2002年12月，第19～23页

在现有的技术中，同步检测过程是基于单倍采样的，即一个码片(chip)仅对应一个采样点。这样，若采样点偏离根升余弦滤波器的输出峰值，则对接收数据的信干噪比影响较大，从而使同步检测性能降低。

发明内容

本发明的目的即在于针对上述单倍采样所存在的问题，提供一种提高同步检测精度的方法与装置，为了克服同步CDMA通信系统随机接入过程中单倍采样的缺点，解决现有技术中存在的同步检测精度问题，利用上行导频时隙(UpPTS)中的上行同步(SYNC_UL)码，给出了一种基于多倍采样的提高同步检测精度的方法与装置，从而提高了同步检测的性能。

本发明的技术方案如下：

一种提高同步检测精度的方法，用于码分多址通信系统中基于上行导频时隙的同步检测，其包括以下步骤：

a)天线数据段获取，用以确定上行同步码所在的数据段；

b)匹配滤波：用当前小区的N_{SYNC_UL}个上行同步码分别与保护间隔和上行导频时隙区间上的天线接收数据进行移位相关，得到相关功率序列；

c)签名识别，用以对总相关功率序列进行检测判决，在满足预定检测条件的情况下，才判断有上行同步接入；

d)快速物理接入信道安排，在每子帧中，根据多个上行同步签名的级别进行优先级处理。

所述的方法，其中，所述步骤a)还包括：检测窗口包括保护间隔和上行导频时隙，所述数据段包括L_data个码片，其中包括了保护间隔和上行导频时隙的码片数总和，长度为L_data×SR个采样点，SR为采样率，即一个码片的采样点数。

所述的方法，其中，所述采样率SR取值为2、4、8。

所述的方法，其中，所述步骤b)还包括下列步骤：

b1)对实数上行同步码进行复数化处理，即系统中所使用的复数上行同步码 $\underset{\‾}{s}=({\underset{\‾}{s}}_1,{\underset{\‾}{s}}_2,...,{\underset{\‾}{s}}_{L_{\mathrm{sync}\_\mathrm{ul}}})$ 可由实数上行同步码 $s=(s_1,s_2,...,s_{L_{\mathrm{sync}\_\mathrm{ul}}})$ 得到，即

s _i＝jⁱ·s_i  s_i∈{1，-1}，i＝1，2，...，L_{sync_ul}

(1)

式中L_{SYNC_UL}表示SYNC_UL码的长度；

b2)计算上行同步码与天线数据的相关序列，各天线的相关序列表示为

$R^{\left(\mathrm{ka}\right)}=\underset{k,n}{\mathrm{\Σ}}{r}_n^{\left(\mathrm{ka}\right)}\·{\left({\underset{\‾}{s}}_{k+i}\right)}^{*}---\left(2\right)$

式中

表示第Ka个天线的接收数据，(·)^*表示共轭运算，上标Ka表示天线序号，Ka＝0，1，…，Ka-1，Ka为天线数；

b3)计算各天线对应的相关功率序列，即

$R_P^{\left(\mathrm{ka}\right)}={\left(\mathrm{Re}\right[R^{\left(\mathrm{ka}\right)}\left]\right)}^2+{\left(\mathrm{Im}\right[R^{\left(\mathrm{ka}\right)}\left]\right)}^2---\left(3\right)$

式中Re[·]表示取实部运算，Im[·]表示取虚部运算。

所述的方法，其中，所述步骤c)包括下列步骤：

c1)总相关功率序列计算，各天线的相关功率序列相加，得到总相关功率序列，即

$R_{\mathrm{Power}}=\underset{\mathrm{ka}=0}{\overset{\mathrm{Ka}-1}{\mathrm{\Σ}}}{R}_P^{\left(\mathrm{ka}\right)}---\left(4\right)$

式中Ka为天线数，上标ka表示天线序号。

c2)峰值检测，在总相关功率序列R_Power中搜索到最大功率值P_peak及其对应的峰值位置Po_peak，定义一个信号峰值窗口，该窗口将峰值位置包括在内，窗长为

T；

在峰值窗口前定义一个超前窗口，窗长为W₁；

在峰值窗口后定义一个滞后窗口，窗长为W₂；

峰值检测的功能是用来检测峰值窗口内的最大功率值与超前、滞后窗口内的平均功率之间的差异，如果最大功率值与超前、滞后窗口内的平均功率之间的差异大于某一门限值，则峰值检测条件成立；

c3)冲突检测，首先对上行同步进行签名识别，然后检测峰值窗口外是否存在其它较高的总相关功率峰值，若其值低于给定的参数，则可认为未发生接入冲突，上行同步签名有效；冲突检测窗口宽度从信号峰值窗口开始位置至总相关功率序列的结束位置；如果检测到接入冲突，则基站不发送响应快速物理接入信道(FPACH)。

所述的方法，其中，所述步骤d)还包括所有的上行同步签名按顺序保存在队列中，每一个子帧都响应特定数量的签名，未响应的签名则继续保存在队列中，其相对寿命加1；每个签名相对寿命的初始值均为0，签名的响应规则如下：

d1)首先选择相对寿命最大的可靠签名；

d2)若无可靠签名，则选择功率最大的正常签名；

若存在多个签名满足上述规则，则任选一个签名进行响应，响应后，该签名即被从队列中删除，队列中每个签名的相对寿命不能超过某一特定门限值，否则将被删除。

一种提高同步检测精度的装置，其包括以下几部分：

一信号接收装置(101)，连接有天线，该天线接收的无线信号经过该信号接收装置(101)的放大、滤波、下变频、模数变换等处理后转换成数字基带信号，其中采样率在模数变换中进行选择；

一匹配滤波器(102)，及本地上行同步码生成装置(103)，该本地上行同步码生成装置(103)产生本小区所采用的N_{SYNC_UL}个上行同步码；所述匹配滤波器(102)则用该N_{SYNC_UL}个上行同步码分别与保护间隔和上行导频时隙区间上的各天线数据进行移位相关，并得到各天线的相关功率序列；

一签名识别装置(104)，该签名识别装置(104)首先将各天线的相关功率序列相加，得到总相关功率序列，然后对总相关功率序列分别进行峰值检测和冲突检测，从而确定是否存在有效的上行同步签名，即用户接入；

一快速物理接入信道安排装置(105)，该快速物理接入信道安排装置(105)根据签名的优先级别按顺序依次响应上行同步签名，即分配相应的快速物理接入信道信道。

本发明所提供的一种提高同步检测精度的方法与装置，由于采用利用上行导频时隙(UpPTS)中的上行同步(SYNC_UL)码，给出了一种基于多倍采样的提高同步检测精度的方法与装置，从而提高了同步检测的性能，提高了同步检测的精度。

附图说明

通过参照和结合下面本发明各附图将对本发明具体实施例做详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，易于理解，附图中：

图1是本发明方法的同步CDMA通信系统中物理信道无线帧结构的示意图；

图2是本发明方法的上行导频时隙(UpPTS)结构的示意图；

图3是本发明方法的同步检测签名识别中峰值检测条件的示意图；

图4是本发明方法的同步检测签名识别中冲突检测条件的示意图；

图5是本发明装置的同步检测装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

本发明所述提高同步检测精度的装置由以下几部分组成：

A.信号接收装置(101)

B.匹配滤波器(102)

C.本地上行同步(SYNC_UL)码生成装置(103)

D.签名识别装置(104)

E.快速物理接入信道(FPACH)安排装置(105)

天线接收的无线信号经过信号接收装置(101)的放大、滤波、下变频、模数变换等处理后转换成数字基带信号，其中采样率在模数变换中进行选择；本地上行同步(SYNC_UL)码生成装置(103)的功能是产生本小区所采用的N_{SYNC_UL}个SYNC_UL码；匹配滤波器(102)则用该N_{SYNC_UL}个SYNC_UL码分别与保护间隔和上行导频时隙区间上的各天线数据进行移位相关，并得到各天线的相关功率序列；签名识别装置(104)首先将各天线的相关功率序列相加，得到总相关功率序列，然后对总相关功率序列分别进行峰值检测和冲突检测，从而确定是否存在有效的SYNC_UL签名(用户接入)；快速物理接入信道(FPACH)安排装置(105)根据签名的优先级别按顺序依次响应SYNC_UL签名，即分配相应的FPACH信道。

本发明所述提高同步检测精度的方法如下：

第一步，天线数据段获取

此步骤用来确定上行同步(SYNC_UL)所在的数据段，检测窗口包括保护间隔(GP)和上行导频时隙(UpPTS)，数据段包括L_data个码片，即包括保护间隔和上行导频时隙的码片数总和，长度为L_data×SR个采样点，SR为采样率，即一个码片的采样点数。考虑到同步CDMA通信系统的同步精度通常为1/8码片，则SR可取1、2、4、8，SR＝1的情况即为现有的基于单倍采样的同步检测技术，SR＝2、4、8的情况则为本发明所提出的基于多倍采样的同步检测技术。SR值越大，则同步检测精度越高，但计算复杂度和数据存储量也越大，因此SR值的选取应该根据实际情况而定。

第二步，匹配滤波

为了检测在保护间隔和上行导频时隙区间上是否有SYNC_UL接入，首先需要用当前小区的N_{SYNC_UL}个SYNC_UL码分别与保护间隔和上行导频时隙区间上的天线接收数据进行移位相关，得到相关功率序列。

匹配滤波可以包括下列步骤：

1.对实数SYNC_UL码进行复数化处理，即系统中所使用的复数SYNC_UL码 $\underset{\‾}{s}=({\underset{\‾}{s}}_1,{\underset{\‾}{s}}_2,...,{\underset{\‾}{s}}_{L_{\mathrm{sync}\_\mathrm{ul}}})$ 可由实数SYNC_UL码

$s=(s_1,s_2,...,s_{L_{\mathrm{sync}\_\mathrm{ul}}})$ 得到，即

s _i＝jⁱ·s_i    s_i∈{1，-1}，i＝1，2，...，L_{sync_ul}    (1)

式中L_{SYNC_UL}表示SYNC_UL码的长度。

2.计算SYNC_UL码与天线数据的相关序列。各天线的相关序列表示为

$R^{\left(\mathrm{ka}\right)}=\underset{k,n}{\mathrm{\Σ}}{r}_n^{\left(\mathrm{ka}\right)}\·{\left({\underset{\‾}{s}}_{k+i}\right)}^{*}---\left(2\right)$

式中

表示第ka个天线的接收数据，(·)^*表示共轭运算，上标ka表示天线序号，ka＝0，1，…，KA-1，Ka为天线数。

3.计算各天线对应的相关功率序列，即

$R_P^{\left(\mathrm{ka}\right)}={\left(\mathrm{Re}\right[R^{\left(\mathrm{ka}\right)}\left]\right)}^2+{\left(\mathrm{Im}\right[R^{\left(\mathrm{ka}\right)}\left]\right)}^2---\left(3\right)$

式中Re[·]表示取实部运算，Im[·]表示取虚部运算。

第三步，签名识别(Signature Identification)

本步骤又可以包括下列步骤：

1.总相关功率序列计算

各天线的相关功率序列相加，得到总相关功率序列，即

$R_{\mathrm{Power}}=\underset{\mathrm{ka}=0}{\overset{\mathrm{Ka}-1}{\mathrm{\Σ}}}{R}_P^{\left(\mathrm{ka}\right)}---\left(4\right)$

式中Ka为天线数，上标ka表示天线序号。

签名识别就是对总相关功率序列进行检测判决，在下面所述的检测条件满足的情况下，才判断有SYNC_UL接入。

2.峰值检测

在总相关功率序列R_Power中搜索到最大功率值(最大峰值)P_peak及其对应的峰值位置Po_peak。

定义一个信号峰值窗口(peak window)，该窗口将峰值位置包括在内，窗长为

在峰值窗口前定义一个超前窗口(pre-window)，窗长为W₁。

在峰值窗口后定义一个滞后窗口(post-window)，窗长为W₂。

峰值检测的功能是用来检测峰值窗口内的最大功率值与超前、滞后窗口内的平均功率之间的差异，如果最大功率值与超前、滞后窗口内的平均功率之间的差异大于某一门限值，则峰值检测条件成立。

3.冲突检测

当只有一个用户接入时，峰值窗口内的总相关功率很高，而峰值窗口外的总相关功率非常低。如果存在多个用户接入时，那么在峰值窗口外也可能有较高的总相关功率。因此首先需要对SYNC_UL进行签名识别，然后检测峰值窗口外是否存在其它较高的总相关功率峰值，若其值低于给定的参数，则可认为未发生接入冲突(碰撞)，SYNC_UL签名有效。冲突检测窗口宽度从信号峰值窗口开始位置至总相关功率序列的结束位置。

考虑到上行接入时，两个用户终端UE使用了相同的SYNC_UL码，这样就会出现接入冲突。如果检测到接入冲突，则基站Node B不发送响应快速物理接入信道(FPACH)。

第四步，快速物理接入信道(FPACH)安排

在每子帧中，可能检测到多个SYNC_UL签名，而小区内每子帧所配置的FPACH数可能少于检测出的签名数，因此需要根据签名的级别进行优先级处理。

所有的SYNC_UL签名按顺序保存在队列中，每一个子帧都响应特定数量的签名，未响应的签名则继续保存在队列中，其“相对寿命”加1。每个签名“相对寿命”的初始值均为0。签名的响应规则如下：

①首先选择“相对寿命”最大的可靠签名；

②若无可靠签名，则选择功率最大的正常签名。

若存在多个签名满足上述规则，则任选一个签名进行响应。响应后，该签名即被从队列中删除。队列中每个签名的“相对寿命”不能超过某一特定门限值，否则将被删除。

同步CDMA通信系统的无线帧包括若干子帧，在每一个子帧中除了多个常规时隙外，还包括3个特殊时隙，即下行导频时隙(DwPTS)、保护间隔(GP)时隙和上行导频时隙(UpPTS)，其中上行导频时隙是为上行导频和同步而设计的，由上行同步(SYNC_UL)码和该时隙内部的保护间隔组成。如图1和图2所示。

具体的，本发明所述提高同步检测精度的方法步骤如下：

第一步，天线数据段获取

此步骤用来确定上行同步(SYNC_UL)所在的数据段，检测窗口包括保护间隔(GP)和上行导频时隙(UpPTS)，数据段包括L_data个码片(即包括保护间隔和上行导频时隙的码片数总和)，长度为L_data×SR个采样点，SR为采样率，即一个码片的采样点数。考虑到同步CDMA通信系统的同步精度通常为1/8码片，则SR可取1、2、4、8。SR＝1的情况即为现有的基于单倍采样的同步检测技术。SR＝2、4、8的情况则为本发明所提出的基于多倍采样的同步检测技术。SR值越大，则同步检测精度越高，但计算复杂度和数据存储量也越大，因此SR值的选取应该根据实际情况而定。

获取的数据段表示为

n＝0，1，…，L_data×SR-1。

的每一元素均为复数，上标ka表示天线序号，ka＝0，1，…，Ka-1，Ka为天线数。

第二步，匹配滤波

为了检测在保护间隔和上行导频时隙区间上是否有SYNC_UL接入，首先需要用当前小区的N_{SYNC_UL}个SYNC_UL码分别与保护间隔和上行导频时隙区间上的天线接收数据进行移位相关，得到相关功率序列。

匹配滤波的作用是计算基站(Node B)的SYNC_UL码与天线数据

i＝0，1，…，L_data×SR-1的相关性。

SYNC_UL码的长度为L_{SYNC_UL}个码片，针对SR倍采样情况，则必须将L_{SYNC_UL}个码片的实数SYNC_UL码

i＝0，1，…，L_{sync_ul}-1转换成SR倍采样对应的L_{SYNC_UL}×SR点的实数SYNC_UL码

k＝0，1，…，L_{sync_ul}×SR-1，即

(5)

其中上标sync表示SYNC_UL码序号，sync＝0，1，…，N_{sync_ul}-1(每个小区包括N_{SYNC_UL}个SYNC_UL码)。

第sync个SYNC_UL码与第ka个天线的数据的相关运算结果表示为i＝0，1，…，(L_{sync_ul}+L_data)×SR-1，对应的相关功率序列表示为

i＝0，1，…，(L_{sync_ul}+L_data)×SR-1，其中SR倍采样情况的相关运算长度为(L_{SYNC_UL}+L_data)×SR。通常取L_{sync_ul}≤L_data≤2·L_{sync_ul}。

匹配滤波可以包括下列具体步骤：

1.对实数SYNC_UL码进行复数化处理，即

$\mathrm{Sync}\_{\mathrm{code}}_k^{\left(\mathrm{sync}\right)}=R\_\mathrm{sync}\_{\mathrm{code}}_k^{\left(\mathrm{sync}\right)}\×{\left(j\right)}^{m+1}---\left(6\right)$

式中

表示下取整运算，(j)^m+1相当于上行同步码的复数化处理。

2.计算SYNC_UL码与天线数据的相关序列，即

$\mathrm{Rx}\_{\mathrm{cor}}_i^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}=\underset{k,n}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Rx}\_{\mathrm{sync}}_n^{\left(\mathrm{ka}\right)}\·{(\mathrm{Sync}\_{\mathrm{code}}_{k+i}^{\left(\mathrm{sync}\right)})}^{*}$

i＝0，1，…，(L_{sync_ul}+L_data)×SR-1              (8)

k＝0，1，…，L_{sync_ul}×SR-1

n＝0，1，…，L_data×SR-1

3.计算各天线对应的相关功率序列，即

$\mathrm{Rx}\_{\mathrm{pow}}_i^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}={\left(\mathrm{Re}\right[\mathrm{Rx}\_{\mathrm{cor}}_i^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}\left]\right)}^2+{\left(\mathrm{Im}\right[\mathrm{Rx}\_{\mathrm{cor}}_i^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}\left]\right)}^2---\left(9\right)$

式中Re[·]表示取实部运算，Im[·]表示取虚部运算。

在工程应用中，为了降低计算复杂度，相关运算可采用快速傅立叶变换/逆变换(FFT/IFFT)方法实现，其中FFT/IFFT均是复数的FFT/IFFT。如上所述，天线数据长度为L_data×SR，因此FFT/IFFT的位数采用L_data×SR。

为了计算L_data×SR位FFT/IFFT的方便，可在SR倍采样对应的L_{SYNC_UL}×SR点复数SYNC_UL码

后面添加(L_data-L_{sync_ul})×SR位“0”，补齐至L_data×SR位。通常取L_{sync_ul}≤L_data≤2·L_{sync_ul}。

具体地，以L_data＝2·L_{syc_ul}为例，采用FFT/IFFT方法实现相关运算的步骤如下：

①

②

③

④ $\mathrm{Rx}\_\mathrm{cor}\_{\mathrm{bef}}_i^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}{|}_{i=\mathrm{0,1},\·\·\·,L_{\mathrm{data}}\×\mathrm{SR}-1}=\mathrm{IFFT}\left[\mathrm{FFT}\right[\mathrm{Rx}\_\mathrm{data}\_\mathrm{be}{f}^{\left(\mathrm{ka}\right)}]$

式中FFT[·]表示快速傅立叶变换，IFFT[·]表示快速傅立叶逆变换。

⑤ $\mathrm{Rx}\_\mathrm{cor}\_{\mathrm{aft}}_i^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}{|}_{i=\mathrm{0,1},\·\·\·,L_{\mathrm{data}}\×\mathrm{SR}-1}=\mathrm{IFFT}\left[\mathrm{FFT}\right[\mathrm{Rx}\_\mathrm{data}\_a{\mathrm{ft}}^{\left(\mathrm{ka}\right)}]$

                       $\·\mathrm{FFT}[\mathrm{Inv}\_\mathrm{sync}\_{\mathrm{code}}^{\left(\mathrm{sync}\right)}]]---\left(14\right)$

⑥ $\mathrm{Rx}\_{\mathrm{cor}}_i^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}=\mathrm{Rx}\_\mathrm{cor}\_{\mathrm{bef}}_n^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}---\left(15\right)$

i＝0，1，…，L_{sync_ul}×SR-1，n＝0，1，…，L_{sync_ul}×SR-1

⑦ $\mathrm{Rx}\_{\mathrm{cor}}_i^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}=\mathrm{Rx}\_\mathrm{cor}\_{\mathrm{bef}}_n^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}+\mathrm{Rx}\_\mathrm{cor}\_{\mathrm{aft}}_n^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}---\left(16\right)$

i＝(L_data-L_{sync_ul})×SR，…，L_data×SR-1

n＝(L_data-L_{sync_ul})×SR，…，L_data×SR-1

⑧ $\mathrm{Rx}\_{\mathrm{cor}}_i^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}=\mathrm{Rx}\_\mathrm{cor}\_{\mathrm{aft}}_n^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})}---\left(17\right)$

i＝L_data×SR，…，(L_{sync_ul}+L_data)×SR-1

n＝0，1，…，L_{sync_ul}×SR-1

更佳地，一个小区所采用的N_{SYNC_UL}个SYNC_UL码是确定的，因此在利用FFT/IFFT方法进行相关运算时，可以预先将SYNC_UL码的FFT结果计算出来，即预先计算出FFT[Inv_sync_code^(sync)]，并存储在存储设备上，以备相关运算时直接调用，从而进一步降低计算复杂度。

第三步，签名识别(Signature Identification)

本步骤又可以包括下列步骤：

1.总相关功率序列计算

各天线的相关功率序列相加，得总相关功率序列，即

$\mathrm{Rx}\_{\mathrm{power}}_i^{\left(\mathrm{sync}\right)}=\underset{\mathrm{ka}=0}{\overset{\mathrm{Ka}-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Rx}\_{\mathrm{pow}}_i^{(\mathrm{ka},\mathrm{sync})},i=\mathrm{0,1},\·\·\·,(L_{\mathrm{sync}\_\mathrm{ul}}+L_{\mathrm{data}})\×\mathrm{SR}-1---\left(18\right)$

式中Ka为天线数，上标ka表示天线序号，上标sync表示SYNC_UL码序号。

签名识别就是对总相关功率序列进行检测判决，在下面所述的检测条件满足的情况下，才判断有SYNC_UL接入。

2.峰值检测

如附图3所示。

峰值检测条件：P_peak-max[P_aver_befo，P_aver_afte]>Pd(dB)

其中Pd为峰值检测门限。

在总相关功率序列Rx_power^(sync)中搜索到最大功率值(最大峰值)P_peak及其对应的峰值位置Po_peak。

至

为信号峰值窗口(peakwindow)；

至

为超前窗口(pre-window)，对应的平均功率为P_aver_befo，W₁为超前窗长；

至

为滞后窗口(post-window)，对应的平均功率为P_aver_afte，W₂为滞后窗长。

该检测条件的功能是用来检测峰值窗口内的最大功率值与超前、滞后窗口内的平均功率之间的差异，如果P_peak-P_aver_befo>Pd且P_peak-P_aver_afte>Pd，则峰值检测条件成立。

T的取值应为3的整数倍。

3.冲突检测

如附图4所示。

冲突检测条件：P_peak-Pside≥Pc(dB)

其中Pc为冲突检测门限。

当只有一个用户接入时，峰值窗口内的总相关功率很高，而峰值窗口外的总相关功率非常低。如果存在多个用户接入时，那么在峰值窗口外也可能有较高的总相关功率。因此首先需要对SYNC_UL进行签名识别，然后检测峰值窗口外是否存在其它较高的总相关功率峰值，若其值低于给定的门限值，则可认为未发生接入冲突(碰撞)，SYNC_UL签名有效。冲突检测窗口宽度从信号峰值窗口开始位置至总相关功率序列的结束位置。

考虑到上行接入时，两个用户终端UE使用了相同的SYNC_UL码，这样就会出现接入冲突。如果检测到接入冲突，则基站Node B不发送响应快速物理接入信道(FPACH)。如果P_peak-Pside<Pc(dB)，则判断出现接入冲突。

第四步，快速物理接入信道(FPACH)安排

在每个子帧中，可能检测到多个SYNC_UL签名，而小区内每子帧所配置的FPACH数可能少于检测出的签名数，因此需要根据签名的级别进行优先级处理。

所有的SYNC_UL签名按顺序保存在队列中，每一个子帧都响应特定数量的签名，未响应的签名则继续保存在队列中，其相对寿命加1。每个签名相对寿命的初始值均为0。签名的响应规则如下：

①首先选择“相对寿命”最大的可靠签名；

②若无可靠签名，则选择功率最大的正常签名。

若存在多个签名满足上述规则，则任选一个签名进行响应，响应后，该签名即被从队列中删除。队列中每个签名的相对寿命不能超过某一特定门限值，否则将被删除。

本发明所述提高同步检测精度的装置由以下几部分组成，如图5所示：

A.信号接收装置(101)

天线接收的无线信号经过信号接收装置的放大、滤波、下变频、模数变换等处理后转换成数字基带信号，其中采样率在模数变换中进行选择。

B.匹配滤波器(102)

匹配滤波器利用本小区所采用的N_{SYNC_UL}个上行同步

(SYNC_UL)码分别与保护间隔(GP)和上行导频时隙(UpPTS)时隙区间上的各天线数据进行移位相关，并得到各天线的相关功率序列。

C.本地上行同步(SYNC_UL)码生成装置(103)

本地上行同步(SYNC_UL)码生成装置的功能是产生本小区所采用的N_{SYNC_UL}个SYNC_UL码。

D.签名识别装置(104)

签名识别装置首先将各天线的相关功率序列相加，得到总相关功率序列，然后对总相关功率序列分别进行峰值检测和冲突检测，从而确定是否存在有效的上行同步(SYNC_UL)签名(用户接入)。

E.快速物理接入信道(FPACH)安排装置(105)

快速物理接入信道(FPACH)安排装置根据签名的优先级别按顺序依次响应上行同步(SYNC_UL)签名，即分配相应的FPACH。

采用本发明所述方法和装置，克服了无线通信系统随机接入过程中单倍采样的缺点，解决现有技术中存在的同步检测精度问题，给出了一种基于多倍采样的提高同步检测精度的方法与装置，从而提高了同步检测的性能。采样率的选取应该根据实际情况而定，即需要综合考虑同步检测精度、计算复杂度以及数据存储量等诸多因素。

本发明适用于同步CDMA(码分多址)通信系统，尤其适用于第三代移动通信系统中的TD-SCDMA系统(1.28Mcps TDD)和3.84McpsTDD系统，但是也同样适用于采用同步CDMA的频分多址和时分多址的系统，任何具有信号处理、通信等知识背景的工程师，都可以根据本发明设计相应的同步检测的方法与装置，其均应包含在本发明的思想和范围中。

Claims (7)

1、一种提高同步检测精度的方法，用于码分多址通信系统中基于上行导频时隙的同步检测，其包括以下步骤：

a)天线数据段获取，用以确定上行同步码所在的数据段；

b)匹配滤波：用当前小区的N_{SYNC_UL}个上行同步码分别与保护间隔和上行导频时隙区间上的天线接收数据进行移位相关，得到相关功率序列；

c)签名识别，用以对总相关功率序列进行检测判决，在满足预定检测条件的情况下，才判断有上行同步接入；所述检测包括峰值检测和冲突检测，满足预定检测条件是指：在峰值检测时，定义的峰值窗口内的最大功率值与定义的超前、滞后窗口内的平均功率之间的差异大于某一门限值；在冲突检测时，如若存在峰值窗口外的较高总相关功率峰值，其值低于给定的参数；

d)快速物理接入信道安排，在每子帧中，根据多个上行同步签名的级别进行优先级处理。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)还包括：

检测窗口包括保护间隔和上行导频时隙，所述数据段包括L_data个码片，其中包括了保护间隔和上行导频时隙的码片数总和，长度为L_data x SR个采样点，SR为采样率，即一个码片的采样点数。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采样率SR取值为2、4、8。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)还包括下列步骤：

b1)对实数上行同步码进行复数化处理，即系统中所使用的复数上行同步码， $\underset{\&OverBar;}{s}=({\underset{\&OverBar;}{s}}_1,{\underset{\&OverBar;}{s}}_2,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,{\underset{\&OverBar;}{s}}_{L_{\mathrm{SYNC\; UL}}})$ 可由实数上行同步码 $s=(s_1,s_2,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,{\underset{\&OverBar;}{s}}_{L_{\mathrm{SYNC\; UL}}})$ 得到，即

${\underset{\&OverBar;}{s}}_i=j^i\&CenterDot;s_i$     S_i∈{1，-1}，i＝1，2，...，L_{SYNC_UL}          (1)

式中L_{SYNC_UL}表示上行同步码的长度；

b2)计算上行同步码与天线数据的相关序列，各天线的相关序列表示为

$R^{\left(\mathrm{ka}\right)}=\underset{k,n}{\mathrm{\&Sigma;}}{r}_n^{\left(\mathrm{ka}\right)}\&CenterDot;{\left({\underset{\&OverBar;}{s}}_{k+i}\right)}^{*}---\left(2\right)$

式中

表示第ka个天线的接收数据，(·)^*表示共轭运算，上标ka表示天线序号，ka＝0，1，…，Ka-1，Ka为天线数；

b3)计算各天线对应的相关功率序列，即

$R_P^{\left(\mathrm{ka}\right)}={\left(\mathrm{Re}\left[R^{\left(\mathrm{ka}\right)}\right]\right)}^2+{\left(\mathrm{Im}\left[R^{\left(\mathrm{ka}\right)}\right]\right)}^2---\left(3\right)$

式中Re[·]表示取实部运算，Im[·]表示取虚部运算。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c)包括下列步骤：

c1)总相关功率序列计算，各天线的相关功率序列相加，得到总相关功率序列，即

$R_{\mathrm{Power}}=\underset{\mathrm{ka}=0}{\overset{\mathrm{Ka}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_P^{\left(\mathrm{ka}\right)}---\left(4\right)$

式中Ka为天线数，上标ka表示天线序号。

c2)峰值检测，在总相关功率序列R_Power中搜索到最大功率值P_peak及其对应的峰值位置Po_peak，定义一个信号峰值窗口，该窗口将峰值位置包括在内，窗长为口T；

在峰值窗口前定义一个超前窗口，窗长为W₁；

在峰值窗口后定义一个滞后窗口，窗长为W₂；

峰值检测的功能是用来检测峰值窗口内的最大功率值与超前、滞后窗口内的平均功率之间的差异，如果最大功率值与超前、滞后窗口内的平均功率之间的差异大于某一门限值，则峰值检测条件成立；

c3)冲突检测，首先对上行同步进行签名识别，然后检测峰值窗口外是否存在其它较高的总相关功率峰值，若其值低于给定的参数，则可认为未发生接入冲突，上行同步签名有效；冲突检测窗口宽度从信号峰值窗口开始位置至总相关功率序列的结束位置；如果检测到接入冲突，则基站不发送响应快速物理接入信道。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤d)还包括所有的上行同步签名按顺序保存在队列中，每一个子帧都响应特定数量的签名，未响应的签名则继续保存在队列中，其相对寿命加1；每个签名相对寿命的初始值均为0，签名的响应规则如下：

d1)首先选择相对寿命最大的可靠签名；

d2)若无可靠签名，则选择功率最大的正常签名；

若存在多个签名满足上述规则，则任选一个签名进行响应，响应后，该签名即被从队列中删除，队列中每个签名的相对寿命不能超过某一特定门限值，否则将被删除。

7、一种提高同步检测精度的装置，其包括以下几部分：

一信号接收装置(101)，连接有天线，该天线接收的无线信号经过该信号接收装置(101)的放大、滤波、下变频、模数变换等处理后转换成数字基带信号，其中采样率在模数变换中进行选择；

一匹配滤波器(102)，及本地上行同步码生成装置(103)，该本地上行同步码生成装置(103)产生本小区所采用的N_{SYNC_UL}个上行同步码；所述匹配滤波器(102)则用该N_{SYNC_UL}个上行同步码分别与保护间隔和上行导频时隙区间上的各天线数据进行移位相关，并得到各天线的相关功率序列；

一签名识别装置(104)，该签名识别装置(104)首先将各天线的相关功率序列相加，得到总相关功率序列，然后对总相关功率序列分别进行峰值检测和冲突检测，从而确定是否存在有效的上行同步签名，即用户接入；

一快速物理接入信道安排装置(105)，该快速物理接入信道安排装置(105)根据签名的优先级别按顺序依次响应上行同步签名，即分配相应的快速物理接入信道。

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