專利名稱：一種應(yīng)用于CDMA2000 1x系統(tǒng)的下行同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的同步方法，具體涉及一種應(yīng)用于CDMA20001x系統(tǒng)的 下行同步實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
在蜂窩無線移動(dòng)通信領(lǐng)域中，CDMA系統(tǒng)有著許多獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢，它可以更好的 對抗信道干擾并增加信息的保密性，成為3G物理層的關(guān)鍵技術(shù)。對直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)而 言，為獲得理想的系統(tǒng)性能就要求收發(fā)雙方的擴(kuò)頻碼相位完全同步(誤差必須在幾分之一 碼片的量級)，接收機(jī)必須準(zhǔn)確、快速的知道發(fā)射機(jī)擴(kuò)頻碼的瞬時(shí)相位并將本地生成的擴(kuò)頻 碼與其對準(zhǔn)，才能進(jìn)行準(zhǔn)確的解調(diào)。 在CDMA20001x系統(tǒng)中，每個(gè)基站都要發(fā)送專門的導(dǎo)頻信道以便于該小區(qū)內(nèi)的移 動(dòng)臺進(jìn)行同步，導(dǎo)頻信道直接由I、 Q兩路的偽隨機(jī)噪聲(PN)序列周期重復(fù)構(gòu)成，移動(dòng)臺利 用該導(dǎo)頻信道，進(jìn)行PN序列相位捕獲，獲得下行定時(shí)同步。下行導(dǎo)頻信道發(fā)送端基帶模型 如圖1所示。 CDMA20001x系統(tǒng)用于I路和Q路的PN序列的特征多項(xiàng)式分別為
P!(x) = x15+x13+x9+x8+x7+x5+lPQ(X) = 5+ 2+X"+ 。+x6+x5+x4+x3+1 對應(yīng)的生成多項(xiàng)式為《w) = /(" — 15) 《"-10)十/(w — 8) @- 7)十《"-6)十- 2)
=《(w -15)十《("-12) 《("-11) 《("-10)十《("—9)十《("一5)十《("—4) 《(w-3) 符號@表示模2加運(yùn)算。PN序列的生成一般使用線性反饋移位寄存器(LFSR)實(shí) 現(xiàn)，I路與Q路的PN序列LFSR結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 15級移位寄存器生成的m序列周期長度為215_1 ，在連續(xù)14個(gè)0后插入一個(gè)0，作
為PN序列起始位置，然后進(jìn)行單極性至雙極性的映射(比特0映射為+l ;比特l映射為-l)
得到周期為215 (32768個(gè)碼片)的PN序列，首尾相連周期性重復(fù)發(fā)送。 接收機(jī)的解擾流程如圖3所示。假設(shè)接收機(jī)以某一時(shí)刻s為起始緩存M個(gè)碼片長
度的接收信號，設(shè)該信號的實(shí)部和虛部分別為巧(s+k)、 r。(s+k)，其中k = 0，1，2…M-l，利
用本地生成的復(fù)數(shù)PN序列P工(k)、P。(k)對接收信號解擾，解擾后的1、Q路信號為 yi(s+k) =ri(s+k)) P!(k)+rQ(s+k) *PQ(k);yQ(s+k) =rQ(s+k) (k)-巧(s+k) PQ(k) ;k = 0，l，2".M_l 現(xiàn)有的同步方法一般是將接收信號起始點(diǎn)s在整個(gè)PN序列周期上滑動(dòng)，對每一個(gè)
可能的同步時(shí)刻s，將對應(yīng)的M點(diǎn)解擾序列yi(s+k) 、 yQ(s+k) (k = 0， 1，2…M-l)進(jìn)行累加，
記為9 (s):Af—i n )=》,(S + _/.+ A:)。 再將累加結(jié)果求取模值平方，則在一個(gè)PN序列周期內(nèi)使得I e (s)卩最大的時(shí)刻s 即為接收信號PN序列相位同步時(shí)刻S : = arg max|0(>s)(2 。 實(shí)際系統(tǒng)中，接收信號的E。/N。(E。為接收信號平均碼片能量，N。為噪聲功率譜密 度)可能會(huì)很低，而用于PN序列捕獲的導(dǎo)頻信道又只占了總發(fā)射信號功率的一部分；另外， 移動(dòng)臺可能存在較大的射頻晶振頻率偏差或是處在車載高速移動(dòng)環(huán)境中。這些都將增加PN 序列捕獲的難度。 對于傳統(tǒng)同步方法而言，在低E。/N。的情況下，需要增加相關(guān)長度(即增大上文中 的M)以期提高捕獲性能；但在接收端存在頻率偏移的情況下，相關(guān)長度越長頻率偏移對捕 獲結(jié)果的影響也越大。因此，傳統(tǒng)同步方法無法同時(shí)兼顧兩方面的性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，本發(fā)明的目的就是提出一種應(yīng)用于CDMA2000lx 系統(tǒng)的下行同步方法。相對于傳統(tǒng)方法而言，本發(fā)明可在接收信號存在較大的頻率偏移以 及導(dǎo)頻信道的E。/N。較低時(shí)，實(shí)現(xiàn)可靠的下行同步；并且可以根據(jù)實(shí)際的信道環(huán)境，靈活的 配置參數(shù)，更好的利用硬件資源。 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種應(yīng)用于CDMA20001x系統(tǒng)的下行同步 方法，包括以下步驟 步驟1、緩存以s時(shí)刻為起始的總長度為M個(gè)碼片的接收信號巧(s+k) 、rQ(s+k)，并 將其等分為P段，每段長X個(gè)碼片，M = P X ; 步驟2、令1 = O，將接收信號第1段數(shù)據(jù)與對應(yīng)的本地PN序列第1段的共軛逐點(diǎn) 相乘后累加，得到l點(diǎn)累加結(jié)果； 步驟3、1 = l+l，重復(fù)步驟2，直至1 = P-1，得到P-1點(diǎn)累加結(jié)果； 步驟4、將步驟2、步驟3所得的P點(diǎn)累加結(jié)果末尾補(bǔ)零至N點(diǎn)后，進(jìn)行FFT變換，
得到N點(diǎn)變換結(jié)果，N為2的整數(shù)次冪； 步驟5、將N點(diǎn)變換結(jié)果分別求取模值平方； 步驟6、搜索N點(diǎn)模值平方的最大值； 步驟7、將模值平方最大值與預(yù)設(shè)門限比較，若超過門限，則成功捕獲PN相位；否 則s = s+l，接收信號起始位置延時(shí)一個(gè)碼片，返回步驟1。 在上述同步方法中，步驟6還記錄模值平方最大值在N點(diǎn)模值平方中出現(xiàn)的位置 《；當(dāng)所述步驟7成功捕獲PN相位后，還執(zhí)行 步驟8、根據(jù)模值平方最大值所在位置《，對接收信號和本地PN序列之間存在的頻 率偏移值/。進(jìn)行如下估計(jì)當(dāng)"^時(shí)，/。=^^;當(dāng)^^^^-1時(shí)，義=-^^r;其中Tc為單倍采樣
的碼片周期。
與現(xiàn)有傳統(tǒng)捕獲方法相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果在于
1)對分段相關(guān)結(jié)果進(jìn)行FFT變換，并搜索N點(diǎn)模值平方結(jié)果找到最大值，與預(yù)設(shè)門 限比較，即可判斷該相位是否為PN序列的同步相位；因而總相關(guān)長度M不再受到頻率偏移 的限制。經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，該方法可在接收信號存在士lOkHz范圍內(nèi)的頻率偏移以及導(dǎo)頻信 道的Ee/N。 > _27dB時(shí)，實(shí)現(xiàn)可靠的下行同步。 2)本發(fā)明適合在可編程器件上實(shí)現(xiàn)。在可編程器件中使用匹配濾波器實(shí)現(xiàn)接收信 號與本地PN序列的分段相關(guān)累加運(yùn)算。 3)如果N取值太小，PN相位同步時(shí)的峰值會(huì)有較大的抖動(dòng)(稱為柵格效應(yīng))，影 響捕獲性能；本發(fā)明在FFT變換之前，將對P個(gè)累加結(jié)果(e。(s)， ejs)，， ep—Js))末
尾補(bǔ)零至N點(diǎn)(N > P，且為2的整數(shù)次冪)，增大FFT點(diǎn)數(shù)N，進(jìn)一步提高捕獲性能和頻偏估
計(jì)精度。 4)在成功捕獲PN相位的同時(shí)可以進(jìn)行頻率偏移值的估計(jì)。


圖1為CDMA20001x系統(tǒng)發(fā)送端基帶導(dǎo)頻信號的示意圖；
圖2為CDMA20001x系統(tǒng)生成I、 Q兩路PN序列的示意圖；
圖3為接收端利用復(fù)PN序列對基帶信號進(jìn)行解擾的示意圖；
圖4為本發(fā)明對接收信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)流程的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。 實(shí)施例 本發(fā)明可以在可編程器件上實(shí)現(xiàn)，對接收信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的過程如圖4所示， 詳細(xì)流程如圖5所示；具體包括以下步驟 步驟1、緩存以s時(shí)刻為起始的總長度為M個(gè)碼片的接收信號巧(s+k)、r。(s+k) (k =0，1，2…，M-1)，并將其等分為P段，每段長X個(gè)碼片，M = P X。 步驟2、令1 = O，將接收信號第1段數(shù)據(jù)與對應(yīng)的本地PN序列第1段的共軛逐點(diǎn) 相乘后累加，得到l點(diǎn)累加結(jié)果《(1y)=2[r/(s + X-/ + /:).^(U + A:) + re(>s + X./ + A:).JPe(X./ + A:)]
AM「 q+ / Z[re(1y + X./ + A:).JP/(%./ + t) —r/(y + X'/ + A:).JPe(I./ + A:)J ;
Jfc=0 上述累加可以在可編程器件中通過匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。 步驟3、1 = l+l，重復(fù)步驟2，直至1 = P-1，得到P-1點(diǎn)累加結(jié)果。步驟4、將步驟2、步驟3所得的P點(diǎn)累加結(jié)果(e。(s)， ejs)，…，eP—Js))末尾
補(bǔ)零至N點(diǎn)(P < N， N為2的整數(shù)次冪)后，進(jìn)行FFT變換，得到N點(diǎn)變換結(jié)果ZFFT (k) | s (k
=0， 1，…，N-l)。
其中，F(xiàn)FT變換可使用專用FFT芯片或在可編程器件中使用N log2N個(gè)； 器和2 N 1og2N個(gè)復(fù)數(shù)加法器實(shí)現(xiàn)。 步驟5、將N點(diǎn)變換結(jié)果ZFFT(k) |s分別求取模值平方，所求取的模值平方記為 ZFFT(k) |s|2(k = O，l，…，N-1)。其中，模值平方的求取可通過2N個(gè)實(shí)數(shù)乘法器和N個(gè)實(shí) 數(shù)加法器實(shí)現(xiàn)。 步驟6、搜索N點(diǎn)模值平方I ZFFTI s 12的最大值，記為metric (s)，并記錄模值平方最 大值在N點(diǎn)模值平方中出現(xiàn)的位置《mefn.c(s)= ZDfT(^]|
;《=argmax[
7 (JH
"0，l…iV — l; 其中模值平方最大值的搜索采用N-l個(gè)比較器實(shí)現(xiàn)。 步驟7、將模值平方最大值metric (s)與預(yù)設(shè)門限比較，若超過門限，則成功捕獲 PN相位，轉(zhuǎn)到步驟8 ;否則s = s+l，接收信號起始位置延時(shí)一個(gè)碼片，返回步驟1。其中模 值平方最大值與預(yù)設(shè)門限的比較通過1個(gè)比較器實(shí)現(xiàn)。 步驟8、根據(jù)模值平方最大值所在位置《(0《《< 7V-1 )，對接收信號和本地PN序列 之間存在的頻率偏移值/。進(jìn)行如下估計(jì) 當(dāng)《<^時(shí)，/。=
;由^"7V—1時(shí)，/0 =——
2 其中T。為單倍采樣的碼片周期，系統(tǒng)中為1/1228800秒；-
1
-為常數(shù)因子。頻
率偏移值的估計(jì)采用i個(gè)比較器、1個(gè)乘法器實(shí)現(xiàn)。 上述實(shí)施例以單倍采樣為例，是本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并 不受上述實(shí)施例的限制，例如多倍采樣的原理與實(shí)現(xiàn)可在本實(shí)施例所述基礎(chǔ)上簡單擴(kuò)展得 到；其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均 應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種應(yīng)用于CDMA20001x系統(tǒng)的下行同步方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、緩存以s時(shí)刻為起始的總長度為M個(gè)碼片的接收信號rI(s+k)、rQ(s+k)，并將其等分為P段，每段長X個(gè)碼片，M＝P·X；步驟2、令l＝0，將接收信號第l段數(shù)據(jù)與對應(yīng)的本地PN序列第l段的共軛逐點(diǎn)相乘后累加，得到1點(diǎn)累加結(jié)果；步驟3、l＝l+1，重復(fù)步驟2，直至l＝P-1，得到P-1點(diǎn)累加結(jié)果；步驟4、將步驟2、步驟3所得的P點(diǎn)累加結(jié)果末尾補(bǔ)零至N點(diǎn)后，進(jìn)行FFT變換，得到N點(diǎn)變換結(jié)果，N為2的整數(shù)次冪；步驟5、將N點(diǎn)變換結(jié)果分別求取模值平方；步驟6、搜索N點(diǎn)模值平方的最大值；步驟7、將模值平方最大值與預(yù)設(shè)門限比較，若超過門限，則成功捕獲PN相位；否則s＝s+1，接收信號起始位置延時(shí)一個(gè)碼片，返回步驟1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于CDMA20001x系統(tǒng)的下行同步方法，其特征在于步驟2所述累加在可編程器件中通過匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于CDMA20001x系統(tǒng)的下行同步方法，其特征在于步驟4所述FFT變換使用專用FFT芯片或在可編程器件中使用N log2N個(gè)復(fù)數(shù)乘法器和2 N log2N個(gè)復(fù)數(shù)加法器實(shí)現(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于CDMA20001x系統(tǒng)的下行同步方法，其特征在于步驟5所述模值平方的求取通過2N個(gè)實(shí)數(shù)乘法器和N個(gè)實(shí)數(shù)加法器實(shí)現(xiàn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于CDMA20001x系統(tǒng)的下行同步方法，其特征在于步驟6所述模值平方最大值的搜索采用N-l個(gè)比較器實(shí)現(xiàn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于CDMA20001x系統(tǒng)的下行同步方法，其特征在于，步驟6還記錄模值平方最大值在N點(diǎn)模值平方中出現(xiàn)的位置《；當(dāng)所述步驟7成功捕獲PN相位后，還執(zhí)行步驟8、根據(jù)模值平方最大值所在位置《，0《(〈iV-l,對接收信號和本地PN序列之間存在的頻率偏移值/。進(jìn)行如下估計(jì)當(dāng)"l時(shí)，/。-^p;當(dāng)l"^H時(shí)，；^-^^;其中T。為單倍采樣的碼片周期。
全文摘要
本發(fā)明公開了應(yīng)用于CDMA2000 1x系統(tǒng)的下行同步方法，包括以下步驟緩存以s時(shí)刻為起始的總長度為M個(gè)碼片的接收信號rI(s+k)、rQ(s+k)，并將其等分為P段，每段長X個(gè)碼片；將接收信號第l段數(shù)據(jù)與對應(yīng)的本地PN序列第l段的共軛逐點(diǎn)相乘后累加，得到P點(diǎn)累加結(jié)果；P點(diǎn)累加結(jié)果末尾補(bǔ)零至N點(diǎn)后進(jìn)行FFT變換，得到N點(diǎn)變換結(jié)果；將N點(diǎn)變換結(jié)果求取模值平方，并搜索N點(diǎn)模值平方的最大值；將模值平方最大值與預(yù)設(shè)門限比較，若超過門限，則成功捕獲PN相位；否則s＝s+1，返回開始步驟。本發(fā)明可在接收信號存在較大的頻率偏移以及導(dǎo)頻信道的Ec/N0較低時(shí)，實(shí)現(xiàn)可靠的下行同步。
文檔編號H04B1/707GK101699776SQ20091019379
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者施英, 許鴻輝, 高原 申請人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司