专利名称：扩谱接收机的同步策略和体系结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及扩谱通信，更具体地，涉及一种用于提供宽带码分多址(“WCDMA”)接收机的同步的方法和设备。
背景技术：
在典型的扩谱通信系统中，针对最坏情况的信噪比(“SNR”)场景而设计的系统在固定数量的时隙上对输入信号进行平均，因而在SNR较高时，不必要地增加了同步时间。
不幸地，移动环境中的信道条件和SNR可能会非常快速地发生变化，而且对于最坏情况，如WCDMA系统等扩谱系统中的SNR水平通常较低。因此，所需的是用于提供WCDMA接收机的同步的策略和体系结构，响应于变化的SNR条件，从而在SNR较高时，不会不必要地增加同步时间。
发明内容
通过一种用于提供扩谱接收机的同步的方法和设备来解决现有技术的上述和其他缺陷和缺点。
一种用于同步扩谱信号的接收的同步设备，包括码匹配滤波器、与所述码匹配滤波器进行信号通信的运行平均单元、与所述运行平均单元进行信号通信的峰值检测器、以及与所述峰值检测器进行信号通信、用于提供峰值索引的同步器。
一种用于同步扩谱信号的接收的对应方法，包括接收具有周期、包括多个可索引采样的扩谱信号；保持包括针对可变数量的周期上的每个可索引采样的运行平均值的平均阵列；检测所保持的平均阵列的峰值；计算所保持的平均阵列的平均值；根据所检测到的峰值和所计算出的平均值，计算峰值平均值比；将所述峰值平均值比与时变阈值进行比较；以及当所述峰值平均值比超过时变阈值的当前值时，同步所接收到的信号。
通过结合附图阅读以下对典型实施例的描述，本发明的这些和其他方面、特征和优点将变得显而易见。
本发明根据以下典型图示，公开了一种用于提供包括宽带码分多址接收机在内的扩谱接收机的同步的方法和设备，其中图1示出了根据本发明示例实施例的扩谱通信系统的方框图；图2示出了根据图1所示的系统可以使用的扩谱手持式通信设备的方框图；图3示出了根据图1所述的系统可以使用的服务提供商计算机服务器的方框图；图4示出了可用在图2所示的设备中的、用于宽带码分多址接收机的同步的硬件体系结构的方框图；图5示出了在如图4所示的设备中、用于宽带码分多址接收机的同步的流程图；图6示出了典型时变峰值平均值比阈值的曲线图；以及图7示出了平均同步时隙数对码片噪声比的曲线图。
具体实施例方式
本发明涉及扩谱通信，更具体地，涉及一种用于提供包括宽带码分多址(“WCDMA”)接收机的同步的方法和设备。本发明的实施例包括可用在扩谱通信系统中的手持式蜂窝设备。
针对与WCDMA标准兼容的通信接收机，公开了同步策略和体系结构。所公开的方法和设备也可以应用于其他类型的扩谱接收机。将自适应阈值用于确定同步锁定。这允许接收机在具有高信噪比(“SNR”)的情况下快速同步，而在具有较低SNR的情况下，允许接收机花费更长的时间，以便可靠地确定接收机是否已经正确地与所接收到的信号同步。
在扩谱通信系统中，基站典型地传送接收机事先已知的周期性同步码。接收机采用匹配滤波器来找出相关峰，然后与基站同步。在低SNR条件下，必须对几个码周期或时隙进行平均，以便从噪声和干扰中分离出峰值。进行动态决定，以确定要对其进行平均的时隙数。
如图1所示，扩谱通信系统100包括扩谱通信设备110，如移动蜂窝电话实施例。每个通信设备110通过扩谱无线链路与基站112相连，以进行信号通信。反过来，每个基站112与蜂窝网络114相连，以进行信号通信。计算机服务器116，如位于蜂窝服务提供商处的服务器，与蜂窝网络114相连，以进行信号通信。因此，在每个蜂窝通信设备110和计算机服务器116之间形成通信路径。
转到图2，扩谱通信设备通常以参考数字200表示。例如，可以根据本发明的实施例，在移动蜂窝电话中具体实现通信设备200。通信设备200包括与系统总线204进行信号通信的至少一个处理器或中央处理单元(“CPU”)202。只读存储器(“ROM”)206、随机存取存储器(“RAM”)208、显示适配器210、输入/输出(“I/O”)适配器212和用户接口适配器214也与系统总线204进行信号通信。
显示单元216通过显示适配器210与系统总线204进行信号通信，以及小键盘222通过用户接口适配器214与系统总线204进行信号通信。设备200还包括通过I/O适配器212或通过本领域普通技术人员所能理解的其他适当装置与系统总线204进行信号通信的无线通信设备228。
正如本领域普通技术人员根据这里的教益所认识到的那样，通信设备200的可选实施例是可能的。例如，可选实施例可以将一些或全部数据或程序代码存储在位于处理器202上的寄存器中。
现在，转到图3，服务提供商计算机服务器通常以参考数字300表示。服务器300包括与系统总线304进行信号通信的至少一个处理器或CPU 302。ROM 306、RAM 308、显示适配器310、I/O适配器312和用户接口适配器314也与系统总线304进行信号通信。
显示单元316通过显示适配器310与系统总线304进行信号通信。如磁或光盘存储单元或数据库等数据存储单元318通过I/O适配器312与系统总线104进行通信。鼠标320、键盘322和眼球跟踪设备324通过用户接口适配器314与系统总线304进行信号通信。
服务器300还包括与系统总线304进行信号通信的通信适配器328，或者通过本领域普通技术人员所能理解的其他合适装置。例如，通信适配器328实现了服务器300和网络之间的数据交换。
正如本领域普通技术人员根据这里的教益所认识到的那样，服务提供商计算机服务器300的可选实施例是可能的，例如，具体实现为位于处理器芯片302上的寄存器中的一些或全部计算机程序代码。给出了这里所公开的教益，本领域的普通技术人员将能够构思出服务器300的元件的多种可选结构和实现，同时在所公开的范围和精神内加以实现。
如图4所示，实施同步策略的典型硬件体系结构的方框图通常以参考数字400表示。硬件体系结构400可以用在如图2所示的设备中，用于宽带码分多址(“WCDMA”)接收机的同步。硬件400包括用于检测同步码的匹配滤波器410。滤波器410与绝对值功能模块412相连，以进行信号通信，绝对值功能模块412与运行平均单元413相连。运行平均单元413包括求和模块414的第一正输入。求和模块414与1/n放大器416相连，其中n最初等于1，并在每个时隙之后递增1。放大器416与用于计算z-2560*Nr的数字时隙累积器418相连，其中Nr是芯片上采样速率，以及2560*Nr是时隙累积缓存器的尺寸。反过来，累积器418与用于计算运行平均值的放大器420相连。放大器420的输出与求和模块414的第二正输入相连，以进行信号通信。
放大器416还与峰值检测模块422相连，以进行信号通信，用于找出每个时隙期间运行平均值的峰值。检测模块422的第一输出表示第n个时隙之后、时隙累积器的峰值，并与同步决定模块424的第一输入相连，用于确定在每个时隙之后是否实现了同步。检测模块422的第二输出表示峰值索引，并与同步决定模块424的第二输入相连。
放大器416还与用于以速率L进行下采样的下采样模块426相连，以进行信号通信。下采样模块426与时隙平均单元427相连。时隙平均单元427包括求和模块428的第一正输入。求和模块428反过来与用于计算时隙平均值L/2560的放大器430相连，其中L是下采样速率。放大器430与单位延迟432相连，将其输出反馈到求和模块428的第二正输入。单位延迟432的输出表示第n个时隙之后时隙累积器的平均值，并且还与同步决定模块424的第三输入相连。同步决定模块424的输出表示用于其他模块的峰值索引。
转到图5，用于宽带码分多址(“WCDMA”)的同步策略的流程图通常以参考数字500表示。将如流程图500所示的同步策略可以与如图4所示的设备相应使用。流程图500包括开始功能模块510。开始模块510在模拟自动增益控制(“AGC”)已经收敛之后，开始同步处理，并将控制转交给复位功能模块520。复位模块520复位时隙缓冲器，并将计数器设置为n等于1，然后将控制转交给“绘制”(paint)功能模块530。“绘制”模块530进行新时隙采样，并将其与先前的时隙采样进行组合，从而实现运行平均。
因此，绘制模块530将匹配滤波器的绝对值绘制到时隙缓冲器上，并将控制转交给功能模块540。功能模块540获得时隙缓冲器峰值和平均值，并将控制转交给决定模块550。决定模块550在每个时隙之后进行同步决定。如果计数器n大于测试前绘制的重复数且时隙缓冲器的最大峰值大于时变阈值与时隙缓冲器的平均值相乘，则决定为真。如果决定模块550为假，则将计数器n递增1，并将控制转交给绘制功能模块530。另一方面，如果决定模块550为真，则将控制转交给功能模块560，其确定同步信号，并以峰值索引加载输出缓冲器。
正如本领域普通技术人员所认识到的那样，此同步策略的教益并不局限于与WCDMA标准相兼容的应用，其可以应用于任何扩谱系统。
现在，转到图6，典型的时变峰值平均值比阈值的曲线图通常以参考数字600表示。典型的变化峰值平均值比阈值610在时隙4之前，不具有任何数值。这是因为，在此示例中，测试前绘制的重复数(“K”)等于4个时隙，所以接收机并不尝试同步决定，直到等待该周期过去为止。此等待周期允许对时隙缓冲器进行稳定化，由于在能够计算有意义的平均值之前，需要几个采样。阈值610的下限为2。下限的实际值可以根据不同的情况和/或根据设计标准进行改变。需要对此时变下限加以约束，从而使得即使在低SNR的情况下，该限制不会最终趋近于零，或者这可能引起接收机与假锁定同步。
如图7所示，平均同步时隙数对码片噪声比(“CNR”)的曲线图通常以参考数字700表示。图6中的阈值610的使用得到了曲线图700。图7示出了平均同步时隙数对CNR的曲线图710。曲线图710表明所公开的同步技术极大地减少了在较高CNR条件下(例如，CNR大于-20dB)接收机用于与基站同步的时间。
因此，本发明公开了用于扩谱通信接收机(包括与宽带码分多址(“WCDMA”)标准相兼容的接收机)的同步策略和体系结构。本领域的普通技术人员应当理解的是，本公开的实施例可以被用在任何扩谱系统中。具体地，这些实施例可预期用在与WCDMA和码分多址“cdma2000”标准相兼容的蜂窝接收机中。
在WCDMA系统中，接收器最初可调谐的信号是主同步信道(“PSCH”)。在整个系统中，所有移动手机都知道PSCH信号的扩展码。接收机将其自身与PSCH同步，以便确定码片、符号和时隙同步。
在依据WCDMA标准的操作期间，当激活移动接收机时，其开始搜索PSCH，以便获得码片、符号和时隙定时同步。基站在每个时隙的前256个码片中传送PSCH。由于PSCH是周期性的并且对于接收机而言是已知的，接收机可以在给定的采样时隙持续时间内，简单地缓存调谐到PSCH的匹配滤波器的输出。缓冲器的峰值将对应于最强的基站和时隙的开始。但是，在低码片噪声比(“CNR”)条件下，假锁的概率将过高，这是因为，例如，由于噪声而导致的峰值可能高于与最强的PSCH相关的峰值。
为了降低假锁的概率，使用了在几个时隙上进行平均的策略。平均降低了噪声的效应，因为PSCH相关的峰值的平均值比噪声的平均值高得多。
将术语在时隙缓冲器阵列上“绘制”定义为表示获取新时隙采样并将其与先前的时隙采样进行组合，从而实现运行平均。因此，在时间slot_duration*n，时隙缓冲器包含如等式1所定义的n个时隙上的平均值。
Slot_buffer=(n-1).Slot_buffer+NewSlotSamplesn---(1)]]>执行运行平均，因为实现并不知道将对多少个时隙进行平均，由于作为这里所公开的算法的一部分，在空中确定要平均的时隙数。在将K个时隙绘制到时隙缓冲器上之后，同步算法开始检查峰值平均值比是否大于阈值。K个时隙的等待周期用于使时隙缓冲器值稳定，由于在前几个时隙之后，缓冲器中的数值并不足够可靠来支持决定。通过等待K个时隙，运行平均将具有足够的时间开始收敛。在这一点上，该算法可以根据数据进行可靠的决定。
阈值是已经被绘制到时隙缓冲器上的时隙数的函数。可变阈值的示例如图6的曲线图610所示。通过实验得出曲线图610中的下阈值2，并得到了如图7所示的性能曲线图710，其示出了平均同步时隙数对CNR。可以根据情况改变阈值；但是，阈值通常随时间减小，直到其达到用户定义的和/或预先选择的下限。最初使用较大的阈值以防止假锁。由于绘制将对信号进行平均，以随着时间提供更强的峰值，因此可以随后减小阈值，以加速同步。
实验结果表明使用本公开的同步策略，根据CNR，需要4到20个时隙之间进行同步。这是对在检查同步之前将时隙平均数设置为固定常数的典型技术的改进，例如，在WCDMA中，使用15个时隙的典型值，其中WCDMA帧也包括15个时隙。
峰值是图4所示的时隙缓冲器418的最大值，而平均值是时隙缓冲器的平均值。不必通过将时隙缓冲器的每个元素相加来计算平均值，并且已经发现大量的下采样并不会给平均带来不利的影响。因此，例如，可以通过使用每四个采样或每十个采样来计算平均值。通过以下步骤来总结本公开的WCDMA和一般同步策略。
WCDMA的同步策略假设正在进行模拟自动增益控制(“AGC”)，以确保未对接收到的信号加以限制。同步算法不需要处于已定义参考电平的相关峰值，因为其使用相对量度。
使滤波器与PSCH相匹配，并针对K个时隙，将采样绘制到时隙缓冲器上。
继续将采样绘制到时隙缓冲器上，并确定时隙缓冲器的峰值和平均值，直到满足时变的峰值平均值比阈值alpha(n)为止。
输出峰值的位置，以进行进一步处理。
一般扩谱系统的同步策略假设正在进行模拟自动增益控制(“AGC”)，以确保未对接收到的信号加以限制。同步算法不需要处于已定义参考电平的相关峰值，因为其使用相对量度。
使滤波器与周期性的同步码相匹配，并针对K个代码周期，将采样绘制到缓冲器上。
保持将采样绘制到缓冲器上，直到满足峰值平均值比阈值alpha(n)为止。
输出峰值的位置，以进行进一步处理。
因此，可以将本公开的典型同步策略应用于使用接收机事先已知的周期性同步码的任何扩谱系统。此外，本领域的普通技术人员应当意识到，本公开的实施例可以应用于具有周期性传输的同步码的任何通信系统。
根据这里的教导，本领域的技术人员可以容易地确定本发明的这些和其他特征和优点。应该理解，本发明的教导能够以硬件、软件、固件、专用处理器或其组合等各种形式来实现。
本发明的教导可以实现为硬件和软件的组合。而且，优选地，将软件实现为在程序存储单元上具体实现的应用程序。所述应用程序可以加载到包括任何适当结构的机器上，并且由该机器执行。优选地，所述机器在具有诸如一个或多个中央处理单元(“CPU”)、随机存取存储器(“RAM”)和输入/输出(“I/O”)接口等硬件的计算机平台上实现。所述计算机平台还可以包括操作系统和微指令代码。这里所描述的各种处理和功能可以是微指令代码的一部分、或应用程序的一部分或其任意组合，其可以由CPU来执行。此外，各种其他外围单元可以连接到该计算机平台，例如附加数据存储单元和输出单元。
还应该理解，由于附图所示的系统构成组件和步骤中的一些可能在软件中实现，因此根据对本发明进行编程的方式，系统组件或处理功能模块之间的实际连接可能是不同的。根据这里的教导，本领域的技术人员将能够设想本公开的这些和类似实现或配置。
如根据这里的教导由本领域的技术人员所意识到的，可选实施例是可能的。根据这里所提供的本发明的教导，本领域的技术人员将会设想该系统的各种可选配置和实现，同时在本发明的范围和精神内加以实现。
尽管这里参考附图描述了说明性的实施例，应该理解本公开并不局限于这些实施例，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以由本领域的技术人员实现各种改变和修改。所有这些改变和修改需要包括在所附权利要求所阐明的本公开的范围内。
权利要求
1.一种用于在扩谱系统中、同步周期性同步信号的接收的方法，所述方法包括接收具有包括多个可索引采样的周期的扩谱信号；保持包括针对可变数量的周期上的每个可索引采样的运行平均值的平均阵列；检测所保持的平均阵列的峰值；计算所保持的平均阵列的平均值；根据所检测到的峰值和所计算出的平均值，计算峰值平均值比；将所述峰值平均值比与时变阈值进行比较；以及当所述峰值平均值比超过时变阈值的当前值时，同步所接收到的信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括对所保持的平均阵列的检测峰值进行索引；以及在同步时，提供检测峰值的索引。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于可变数量的周期中的每个周期均包括时隙；以及每个周期的每个采样均包括码片或其片断。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述扩谱信号是宽带码分多址接入信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括计算码片噪声比；以及针对相应较低的计算出的码片噪声比，在同步之前，在更大数量的周期上保持平均阵列。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于计算所保持的平均阵列的平均值包括对所保持的平均阵列进行下采样，从而使所述峰值平均值比基于大于1的整数速率的周期性子采样。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括根据代码对接收到的扩谱信号进行过滤，以获得周期性的同步信号。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括减小所述时变阈值的数值，直到其达到下限为止。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述下限由用户定义并大于零。
10.一种用于扩谱接收机的同步设备(400)，所述设备包括码匹配滤波器(410)；与所述码匹配滤波器进行信号通信的运行平均单元(413)；与所述运行平均单元进行信号通信的峰值检测器(422)；以及与所述峰值检测器进行信号通信、用于提供峰值索引的同步器(424)。
11.根据权利要求10所述的同步设备，其特征在于所述设备还包括与所述运行平均单元(413)进行信号通信、用于向所述同步器(424)提供周期平均值的周期平均单元(427)。
12.根据权利要求11所述的同步设备，其特征在于还包括与所述运行平均单元(413)进行信号通信、用于向所述周期平均单元(427)提供表示运行平均值的下采样信号的下采样器(426)。
13.根据权利要求10所述的同步设备，其特征在于还包括与所述码匹配滤波器(410)进行信号通信、用于向所述运行平均单元(413)提供非负信号的绝对值模块(412)。
14.根据权利要求10所述的同步设备，其特征在于所述同步器(424)包括可变阈值功能。
15.一种用于同步扩谱信号的接收的设备，所述设备包括接收器装置，用于接收具有包括多个可索引采样的周期的扩谱信号；阵列装置，用于保持包括针对可变数量的周期上的每个可索引采样的运行平均值的平均阵列；检测器装置，用于检测所保持的平均阵列的峰值；平均装置，用于计算所保持的平均阵列的平均值；处理器装置，用于根据所检测到的峰值和所计算出的平均值，计算峰值平均值比；逻辑装置，用于将所述峰值平均值比与时变阈值进行比较；以及同步装置，用于当所述峰值平均值比超过时变阈值的当前值时，同步所接收到的信号。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于还包括索引装置，用于对所保持的平均阵列的检测峰值进行索引；以及输出装置，用于在同步时，提供检测峰值的索引。
17.一种机器可读的程序存储设备，确切地实现了可由机器执行的指令程序，以执行用于同步扩谱信号的接收的方法步骤，所述方法步骤包括接收具有包括多个可索引采样的周期的扩谱信号；保持包括针对可变数量的周期上的每个可索引采样的运行平均值的平均阵列；检测所保持的平均阵列的峰值；计算所保持的平均阵列的平均值；根据所检测到的峰值和所计算出的平均值，计算峰值平均值比；将所述峰值平均值比与时变阈值进行比较；以及当所述峰值平均值比超过时变阈值的当前值时，同步所接收到的信号。
18.根据权利要求17所述的程序存储设备，其特征在于所述方法步骤还包括对所保持的平均阵列的检测峰值进行索引；以及在同步时，提供检测峰值的索引。
19.一种用于同步扩谱信号的接收的系统(100)，所述系统包括通信网络(114)；以及多个通信设备(110、200)，与所述通信网络进行信号通信，其中所述通信设备中的至少一个包括同步设备(200、400)。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于所述同步设备(400)包括码匹配滤波器(410)；与所述码匹配滤波器进行信号通信的运行平均单元(413)；与所述运行平均单元进行信号通信的峰值检测器(422)；以及与所述峰值检测器进行信号通信、用于提供峰值索引的同步器(424)。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于所述同步设备(400)还包括与所述运行平均单元(413)进行信号通信、用于向所述同步器(424)提供周期平均值的周期平均单元(427)。
24.根据权利要求19所述的系统，其特征在于所述同步设备(400)包括接收器装置，用于接收具有包括多个可索引采样的周期的扩谱信号；阵列装置，用于保持包括针对可变数量的周期上的每个可索引采样的运行平均值的平均阵列；检测器装置，用于检测所保持的平均阵列的峰值；平均装置，用于计算所保持的平均阵列的平均值；处理器装置，用于根据所检测到的峰值和所计算出的平均值，计算峰值平均值比；逻辑装置，用于将所述峰值平均值比与时变阈值进行比较；以及同步装置，用于当所述峰值平均值比超过时变阈值的当前值时，同步所接收到的信号。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于所述同步设备(400)还包括索引装置，用于对所保持的平均阵列的检测峰值进行索引；以及输出装置，用于在同步时，提供检测峰值的索引。
全文摘要
一种用于同步扩谱信号的接收的设备和方法包括同步设备(400)，具有码匹配滤波器(410)、与码匹配滤波器进行信号通信的运行平均单元(413)、与运行平均单元进行信号通信的峰值检测器(422)、以及与峰值检测器进行信号通信、用于提供峰值索引的同步器(424)。
文档编号H04B1/707GK1672338SQ03817440
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月22日 优先权日2002年7月29日
发明者亚当·罗伯特·马吉特, 路易斯·罗伯特·利特温 申请人:汤姆森许可贸易公司