CN101572566A - 用于无线系统的同步 - Google Patents

Abstract

一种方法、设备和计算机程序产品，其中设置第一搜索带宽，并在所述第一搜索带宽执行初步信道扫描，以对预定的传输信号的存在进行检查。如果所述初始信道扫描指示存在所述预定的传输信号，则设置第二搜索带宽，并在所述第二搜索带宽执行初始信道同步，其中所述第二搜索带宽小于所述第一搜索带宽。

Description

用于无线系统的同步

技术领域

本发明涉及一种方法、装置及计算机程序产品，其用于将终端设备同步到无线通信系统(例如小区搜索过程)，例如基于OFDM(正交频分复用)的收发器系统(例如无线局域网(WLAN)及微波存取全球互通((WiMAX))。

背景技术

在WiMAX IEEE 802.16-2004标准中定义的高数据速率通信为真正的宽带、无线网络上的多媒体服务做好了准备。基于正交频分复用(OFDM)技术，在IEEE 802.16-2004标准中概述了WiMAX物理层(PHY)及媒体访问控制(MAC)协议。

最近，OFDM由于其诸如对多径衰落的鲁棒性、细分的(granular)资源分配能力及无小区内干扰的优点，已被广泛接受为用于下一代无线系统的有前景的无线电传输技术。在传统的基于OFDM的无线系统中，数字音频广播(DAB)、IEEE 802.11a及Hiperlan/2是已知的。对于蜂窝系统，应该提供鲁棒同步和小区搜索能力。然而，在此类传统的OFDM机制中使用的同步机制不适于蜂窝系统，因为它们不能区分来自不同小区的信号，除非所述小区的载波频率不同。

在蜂窝系统中，当终端被接入时，其必须获取到网络的连接。这在小区搜索过程中完成，其中所述终端扫描中心频率及可用的频带。现在的WiMAX系统的问题是，终端不知道运营商(operator)正在使用的系统带宽或中心频率，即终端必须扫描若干系统带宽选项(例如3.5、5、7、10MHz)和中心频率候选。中心频率可出现在例如200或者250kHz的信道栅格(raster)上。如果运营商是已知的(即终端为特定的运营商而设计)，则将运营商正在使用的中心频率和带宽编程到终端是可行的，并因此简化过程。然而，可能存在若干运营商及漫游情形，使得扫描过程可能变得耗尽。

作为实例，当扫描开始时，通过将振荡器调谐到期望的中心频率，并且通过选择与期望频带对应的前端滤波器，终端的射频(RF)部分可以被调谐到特定的信道。如果小区没有在期望的频带上传输或者由于某些原因检测失败，则可以重复扫描过程。在重复扫描之前，将振荡器调谐到另一中心频率以便从更高/更低的中心频率搜索小区，和/或选择另一前端滤波器以便搜索另一带宽。重复扫描过程直到找到信号。

发明内容

在实施例中，一种方法，包括：

设置第一搜索带宽，并且在所述第一搜索带宽上执行初步信道扫描，以对预定的传输信号的存在进行检查；以及

如果所述初步信道扫描指示所述预定的传输信号的存在，则设置第二搜索带宽，并且在所述第二搜索带宽上执行初始信道同步；

其中所述第二搜索带宽小于所述第一搜索带宽。

而且，一种设备，包括：信道搜索装置，用于设置第一搜索带宽，并且用于在所述第一搜索带宽执行初步信道扫描，以对预定的传输信号的存在进行检查；如果所述初步信道扫描指示所述预定的传输信号的存在，所述信道搜索装置适于设置第二搜索带宽，并在所述第二搜索带宽上执行初始信道同步，其中所述第二搜索带宽小于所述第一搜索带宽。

从而，通过在比所述传输信号的所述带宽更宽的频带上使用对所述传输信号的初始粗略的或初步的小区搜索，所提议的同步机制实现了更快的小区搜索。而且，由于完成所述初步扫描仅仅用以查看在所述频带上是否存在传输信号(例如WiMAX信号或者任何其它相似特征的信号)，因此不需要准确的帧定时(将在实际频带上完成更准确的搜索)。另一益处是可从收到的时域传输信号直接完成所述初步小区搜索，而无需通过使用逆快速傅立叶变换操作将收到的传输信号转换到频域。

所述第一搜索带宽可以大于所述预定的传输信号的系统带宽。这允许所述接收器使用所提议的同步机制用于具有多于一个系统带宽的不同信号。所述初步小区搜索的带宽可以宽于所述运营商支持的所述系统带宽的候选。因此，确定在所述初步小区搜索频带上继续进行大量扩展的小区搜索过程是否合理是可能的。所述方法的益处是，如果所述初步小区搜索指示所述运营商没有在所述当前初步搜索的频带上进行传输，则在另一频带上继续进行另一初步搜索是可行的，即所述方法实现了时间和能量的显著节约。

而且，可以根据所述第一搜索频带的宽度来选择用于接收所述传输信号的采样频率。

所述初步信道扫描可以包括时域相关(time domain correlation)处理和阈值。

所述预定的传输信号可以包括在时域具有共轭对称特性的前同步信号(preamble)。

对所提议的估计的实现可以基于包括代码装置的计算机程序，所述代码装置用于在计算机设备上运行时产生上述方法步骤。所述计算机程序可以存储在计算机可读介质上，或者被从私有或公共网络上下载。

进一步的有益的更改将在从属权利要求中限定。

附图说明

下面，将基于实施例并参考附图，对本发明做更详细的描述，其中：

图1示出其中可实现本发明的通信系统的概略框图；

图2示出根据第一实施例的信号处理组件的概略框图；

图3示出根据第一实施例的同步过程的流程图；

图4示出指示不同的可选搜索频带的频率图；

图5示出根据第二实施例的终端设备的概略框图；

图6示出根据第三实施例的基于软件的实现的概略框图。

具体实施方式

现在将基于无线网络环境中的初始同步或再同步描述实施例。通常在终端设备的加电时执行初始同步。在初始同步之后，例如在所谓的空闲模式中，为了节约能量，终端设备可以通过关闭其接收电路的主要部分来进入睡眠模式或者类似模式。在睡眠模式中，终端设备可以释放它的一些同步。因此，可以启动与初始同步过程相同的再同步过程，以同步到特定的邻近无线电基站。

可以在终端设备或者网络设备中提供的任何接收器或者收发器设备或模块内应用所提议的同步过程。其适用于上行和下行传输两者。

图1描绘了通信系统100，其根据例如用于城域网(MAN)的电气电子工程师学会(IEEE)802.16宽带无线接入标准(例如WiMax)来实现无线通信。WiMax规定了正交频分复用(OFDM)作为调制机制的使用，用以在例如基站10的信号源和例如移动台20的用户站两者之间传送数据。OFDM通过在多个较小的子信号上分配数据，并随后使用不同的子载波同时传输子信号，来实现在有限带宽上的大量数据的传送。

图2描绘了可以根据第一实施例同步的示例性接收链的信号处理组件。可以在接收通信信号的射频(RF)接收器中提供信号处理组件。此种组件可以是例如作为芯片或芯片组被集成到基站或用户站的收发器内。

图2中示出的示例性接收链的组件或块包括：用于检测和接收通信信号210的RF功能或级(stage)220、模数转换(ADC)功能或级230、快速傅立叶变换(FFT)功能或模块240、数字信号处理(DSP)功能或级250(例如中央处理单元(CPU)或类似物)以及信道解码(CHD)功能或阶段260。操作中，RF级(RF前端)220接收通信信号210，例如根据IEEE 802.16宽带无线接入标准(WiMax)传送的OFDM信号。ADC级230可以将接收到的通信信号转换成数字信号，并将数字信号转发到FFT模块240。FFT模块240可以在数字信号上执行FFT，并且将复信号值输出到DSP级250，其获取参数估计(例如信号和/或噪声强度)并相应地控制CHD级260。而且，如下文连同图3所描述的，DSP级250适于控制RF级220，以便为初始同步或再同步设置不同的搜索带宽。

图3示出根据第一实施例的提议的同步过程的流程图，可以在DSP级250来执行该同步过程，例如基于合适的软件程序或例程。

在第一步骤S101中，在RF级220的各自的一个(或多个)前端滤波器设置宽的带宽。然后，在步骤S102通过使用所述宽的带宽扫描信道栅格。随后或者在步骤S102期间，DSP级250在步骤S103中检查例如WiMAX信号是否被找到。如果没有，则过程跳回到步骤S102，并在步骤S103中重复信道栅格扫描。可以继续直到在步骤S103中找到WiMAX信号。如果是这样，则过程继续到步骤S104，其中在一个(或多个)前端滤波器RF级220设置(更)小的带宽。然后，在步骤S105中开始更准确的扫描过程，以充分地检测所检测到的WiMAX信号的位置，然后启动实际的同步。

因此，在步骤S102中完成宽带宽上的初步信道扫描，并在步骤S103中发现在宽带宽内确实存在某传输信号之后，位置仍然是未知的(即检测到的实际的传输出现在宽带宽内的哪个位置)。初步搜索频带(宽带宽)的中心频率未必与实际系统频带的中心频率相同，而是可以在宽带宽内的任何位置。因此，在第一传输频带开始步骤S105中的更准确的扫描过程，直到找到检测到的传输出现在哪里，随后以实际的同步来完成该过程。

而且，注意到在宽带宽内可能存在多个实际系统频带。实际上，它们可能不重叠，并且即使它们在邻近的频带上，在它们之间仍然可能存在某个(些)防护频带。而且，在被占用的系统频带之间可能存在“整数倍”的空的系统频带。因此步骤S102中的初步扫描不局限于仅确定一个实际的系统频带。

此外，在步骤S105中应用实际的同步之前，可以在步骤S102中执行多个初步扫描。作为实例，初步扫描可以在例如40MHz频带上执行。如果找到某传输，可以将初步搜索的带宽平分。接下来可以再次执行初步搜索，但是现在以平分后的带宽，并且在40MHz的原始“初步”宽带宽的“上”半部和“下”半部20MHz上。通过这样做，在执行最终的同步过程之前，甚至可以更多地缩窄带宽，例如两次，在系统的实际10MHz频带上。当然，也可以选择其他带宽部分，例如四个在10MHz的部分或八个在5MHz的部分。

作为实例，WiMAX前同步信号具有时域中的共轭对称特性。在搜索小区时可以使用该共轭对称特性。而且，WiMAX是同步系统，即前同步信号被(差不多)同时从若干基站接收。在频域，前同步码占用整个带宽(例如5MHz频带)并且前同步码的频带宽度也可以是5MHz。由于网络设置，因而保持了前同步信号的共轭对称特性，即使在大于X MHz的频带上研究X MHz频带的前同步信号。这允许在宽于实际系统频带的频带上利用现有技术小区搜索过程。

图4示出了指示可在图2的RF级220中选择并设置的两个不同的示例性带宽B1和B2的概略频率图。在图4的实例中，两个搜索频带都有相同的中心频率fc。较大或较宽的搜索频带B2范围是从较低的频率限值fl2到较高的频率限值fu2。较小的搜索频带范围是从较低的频率限值fl1到较高的频率限值fu1。当扫描信道栅格时，在RF级220处的前端滤波器的通带(pass band)B2比所搜索的实际频带B1宽得多。例如，如果前端滤波器使用B2＝20MHz的带宽，则搜索此20MHz宽频带内的所有频带而不管实际的系统频带仍然是可能的。如果信号WiMAX信号被在B2(例如20MHz频带)内找到，则可通过使用B1及传统的初始同步方式开始更准确的扫描过程，以在20MHz频带内执行初始同步尝试。

通过使用提议的同步或小区搜索过程，可以执行“初步”或“粗略”扫描，以便检查是否在宽频带(例如B2)内传输某频带(例如B1)的WiMAX信号，并随后如果需要则在宽频带内执行更准确的搜索。如果看起来不存在信号，则可以在具有相同的宽频带的另一中心频率上进行扫描，以检查频谱的另一部分。

图5示出根据第二实施例的终端设备(例如WiMAX终端)的概略框图。

终端设备包括由虚框指示的RF前端，其包括连接到终端设备的天线2200的第一带通滤波器2210。在另一侧，第一带通滤波器2210连接到天线开关2212，用于选择性地将天线2200转换到接收路径(图5中较高的路径或分支)和发送路径(图5中较低的路径或分支)。接收路径包括低噪声放大器(LNA)2214，后面是用于下变频到基带级别的第一混频器电路2215、第二带通滤波器2216、放大器2217以及第二混频器电路2218，所述第二混频器电路生成被处理的已接收信号的同相位(I)分量和正交相位(Q)分量。

在发送路径中，在第三混频器电路2228中混合并合并传输信号的I和Q分量以生成单个的传输信号，该传输信号被在放大器2227中放大并在第三带通滤波器2226处滤波。然后，滤波后的传输信号在第四混频器电路2225中被上变频，并在功率放大器2224中被放大，用于通过天线2200进行的发送。

接收路径的模拟I和Q分量被提供到各自的ADC电路2219-I和2219-Q，在那里他们被采样并转换成将提供到基带DSP处理器2230的数字分量。在发送路径，DSP处理器2230输出数字I和Q分量，他们被在各自的数模(DAC)电路2229-I和2229-Q中转换成模拟分量。

而且，终端设备包括控制处理器2250，其控制DSP处理器2230以及连接到DSP处理器2230的分组处理器(例如媒体访问控制(MAC)单元)2240，并用于根据MAC协议实现网络访问。

用于为特定频带段服务的接口是RF前端。图5中示出的全部或者至少部分组件可以被集成到单个芯片或芯片组上。

根据第二实施例，控制处理器2250包括同步或小区搜索管理功能或单元2254，其控制终端设备来执行所提议的同步或小区搜索过程，例如根据图3。管理功能或单元2254控制带宽控制功能或单元2252，所述带宽控制功能或单元2252生成应用于第一到第三带通滤波器2210、2216和2226中的至少一个的控制信号，以便控制他们各自的带宽。可以通过电容元件(例如变容二极管、晶体元件、压电元件等)、或者其他能够用于调谐带通滤波器的带宽和中心频率中的至少一个的可控半导体或非半导体元件的电子调节，来执行带宽控制。可以仅为接收路径或者为接收和发送路径两者提供控制功能。如果同步或者小区搜索过程在初步或粗略扫描操作期间包括发送阶段，后者可能是有利的。

此外，管理功能或单元2254可适于控制ADC或DAC电路2219-I、2219-Q、2229-I和2229-Q的采样频率，以便适应于所选搜索频带宽度，如通过带宽控制功能或单元2252所设置的。例如，对于20MHz搜索频带，采样频率可以是实际10MHz频带的采样频率的两倍和/或FFT长度可以是2048而不是1024。

在更具体的实例中，可以通过管理功能或单元2254根据初步搜索的带宽设置采样频率。而且，通过带宽控制功能或单元2252根据初步搜索的频带，设置前端滤波器和振荡器的通频带。然后，信号被接收并采样。在DSP处理器2230，通过使用自相关来利用前同步码的共轭对称特性，以找到超过阈值的相关峰值或最大值。更确切的说，相关结果可能更像三角形，使得至少可做出在初步搜索频带内的某处收到了传输信号(例如WiMAX信号)的指示。

然后，通过使用传统的同步方法启动更准确的同步，或者替代地，在继续更准确的同步之前，可以启动另一初步搜索以进一步缩小所扫描的频带宽度。可以通过获取与实际系统频带的带宽和中心频率对应的信号，并进一步在时间和频率域上使用传统的同步方式，来完成更准确的同步。例如可通过使用传统的采样率转换方式和频率转换方式，从接收到的用于初步搜索的信号获取与实际系统频带的带宽和中心频率对应的信号。而且，为了将信号转换到频域，根据实际的系统频带设置FFT。由于不知道此类频带是否存在，因此可尝试操作员可能进行传输的所有带宽候选。

图6示出所提议功能的替代的基于软件的第三实施例的概略框图，用于实现增强的同步或小区搜索。所需的功能可以实现在例如图2的DSP级270、或图5的控制处理器、或接收器或收发器的任何类似的处理级中。第三实施例包括处理单元275，其可以是带有控制单元的任何处理器或者计算机设备，所述控制单元基于存储在存储器276中的控制程序的软件例程来执行控制。程序代码指令取自存储器276，并且被加载到处理单元275的控制单元，以便执行上文连同图3的框图一起描述的功能、或图5的管理功能或单元2254以及带宽控制功能或单元2252的功能的处理步骤。这些处理步骤可以在输入数据DI的基础上被执行，并可生成输出数据DO，其中输入数据DI可以对应于接收器输入，输出数据DO可以对应于通过带宽控制功能或单元2252发出的带宽控制信号，或通过管理功能或单元2254发出的采样和/或FFT控制信号。

与任何其他接收器功能类似，上述实施例可以通过分离的模拟或数字电路、信号处理器、或者芯片或芯片组(例如ASIC(专用集成电路))来以硬件实现；或者在ASIP(Application Specific Integrated Processor，专用集成处理器)、DSP(数字信号处理器)或者任何其他处理器或计算机设备中以软件实现。

总之，描述了一种方法、设备和计算机程序产品，其中设置第一搜索带宽，并且在第一搜索带宽上执行初步信道扫描，以对预定的传输信号的存在进行检查。如果所述初步信道扫描指示预定的传输信号的存在，则设置第二搜索带宽并在第二搜索带宽上执行初始信道同步，其中第二搜索带宽小于第一搜索带宽。

提议的同步或小区搜索过程不限于WiMAX，而是可以在具有类似前同步码和若干系统频带宽度的任何系统中使用。更具体地，本发明可应用于无线接入技术(例如WLAN和WiMAX)，并且可包含能够经由不同的接收路径和/或信道接收信号的多输入多输出(MIMO)系统或多波束(multi-beam)/多天线发送器或接收器设备(例如基站设备、接入点或其他接入设备)。提议的同步或小区搜索过程可以实现在接收器没备、接收器模块、接收器的芯片组中，或者实现为信道估计器子系统的一部分。

如已提及的，可以以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现实施例。可以在一个处理系统中以集中的方式，或者以不同元件分布在若干互连的处理系统的分布式方式来实现它们。适合于执行此处描述的方法的任何种类的处理系统或者其他设备都是合适的。硬件和软件的典型组合可以是具有应用的处理系统，当被加载和执行时，所述应用控制处理系统，使得实现此处描述的方法。实施例也可以在应用产品中，所述应用产品包括使得能够实现此处描述的方法的所有特性，并且当加载到处理系统时能够实现这些方法。

在本发明中，术语“计算机程序”、“软件”、“应用”，其中的变型和/或组合，表示以任何语言、代码或符号的指令组的任何表述，所述指令组用于使具有信息处理能力的系统直接地，或者在下述任一个或下述两者之后执行特定的功能：a)转换到另一语言、代码或者符号；b)在不同的物质形态中再现。例如，应用可以包括但不限于子例程、函数、过程、对象方法、对象实现、可执行应用程序、小应用程序、伺服小程序、源代码、目标代码、共享的库/动态加载库和/或被设计用于在处理系统上执行的其他指令序列。

词语“一”，如此处所使用的，被定义为一个或多于一个。词语“多个”，如此处所使用的，被定义为两个或多于两个。词语“另一个”，如此处所使用的，被定义为至少第二个或者更多的。词语“包含”和/或“具有”  如此所处使用的，被定义为包括(即开放式语言)。

相应地，上述预定的实施例可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims (14)

1.一种方法，包括：

设置第一搜索带宽，并在所述第一搜索带宽执行初步信道扫描，以对预定的传输信号的存在进行检查；以及

如果所述初始信道扫描指示存在所述预定的传输信号，则设置第二搜索带宽，并在所述第二搜索带宽执行初始信道同步；

其中所述第二搜索带宽小于所述第一搜索带宽。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一搜索带宽大于所述预定的传输信号的系统带宽。

3.如权利要求1或2所述的方法，还包括根据第一搜索频带的宽度选择用于接收所述传输信号的采样频率。

4.如前述任一权利要求的方法，其中所述初步信道扫描包括相关处理和阈值。

5.如前述任一权利要求的方法，其中所述预定的传输信号包括在时域中具有共轭对称特性的前同步信号。

6.一种设备，包括：

信道搜索装置(2252、2254)，用于设置第一搜索带宽，并用于在所述第一搜索带宽执行初步信道扫描，以对预定的传输信号的存在进行检查，如果所述初步信道扫描指示存在所述预定的传输信号，则所述信道搜索装置(2252、2254)适于设置第二搜索带宽，并在所述第二搜索带宽执行初始信道同步，其中所述第二搜索带宽小于所述第一搜索带宽。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述信道搜索装置(2252、2254)适于将所述第一搜索带宽设置为大于所述预定的传输信号的系统带宽的值。

8.如权利要求6或7所述的设备，还包括选择装置(2254)，用于根据第一搜索频带的宽度选择用于接收所述传输信号的采样频率。

9.如权利要求6至8中任一权利要求所述的设备，其中所述信道搜索装置(2252、2254)适于在初步信道扫描中使用相关处理和阈值。

10.如权利要求6至9中任一权利要求所述的设备，其中所述预定的传输信号包括在时域中具有共轭对称特性的前同步信号。

11.一种包括如权利要求6所述的设备的终端设备，其中所述终端设备(20)适于接收所述传输信号。

12.一种包括如权利要求6所述的设备的接收器模块。

13.一种包括如权利要求6所述的设备的芯片设备。

14.一种计算机程序产品，包括代码装置，用于当运行在计算机设备上时，执行权利要求1所述的方法步骤。

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