TWI381672B - And a synchronizing means for synchronizing the communication means with the base station signal - Google Patents

Description

使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置

本發明係有關一種同步裝置，特別是關於一種使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置。

在寬頻分碼多工存取無線通訊系統當中，同步是相當重要的步驟之一。當手機啟動時必須要在最短的時間內搜尋到最適當的基地台以取得溝通。在3G系統逐漸的開通以及無線網路的積極發展之下。單一行動設備要求能夠同時使用在3G以及無線網路的需求會越來越高。3G系統之要包含寬頻分碼多工擷取(WCDMA)以及分碼多工擷取2000(CDMA 2000)，台灣、日本、南韓是同時開放了兩種系統使用執照，而無線網路更是近年來的發展的一個趨勢，以下介紹寬頻分碼多工擷取(WCDMA)與分碼多工擷取2000(CDMA 2000)之同步流程。

寬頻分碼多工擷取(WCDMA)手機與基地台同步流程裡面分為三個階段，每一階段皆使用一特定通道來執行同步。請參閱第1圖，此三個通道為主要同步通道(Primary Synchronization Channel，P－SCH)、次要同步通道(Secondary Synchronization Channel，S－SCH)及通用領航通道(Common Pilot Channel，CPICH)。傳送在該通道上面的資料，依序為主要同步碼(Primary Synchronization Code，PSC)、次要同步碼(Secondary Synchronization Codes，SSCs)及擾亂碼(Scrambling Code)。剛打開電源的手機不會知道通道中時框(frame)和時槽(slot)的時序，必須要先找到首要同步碼才會知道時槽的時序。由於沒有任何的參考時序，所以在找首要同步碼的時候一般會使用有限脈衝響應(Finite Impulse Response,簡稱FIR)架構所設計的對 應濾波器(Match Filter)來找相關值。最後用偵測電路從2560個時間點(chips)找出最大可能，即為時槽的起始。首要同步通道的同步完成後即可開始執行次要同步通道同步。當開始做搜尋次要同步碼時已經知道每個時槽的啟始時間，所以使用主動相關器(Active Correlator)來搜尋次要同步碼。當搜尋完整個時框後，會得到一組無逗式里德所羅門碼，經解碼，最後可以得到時框的邊界及擾亂碼群組。在次要同步通道所得到的時框邊界與擾亂碼群組，有助於此階段用主動相關器將基地台所傳送的擾亂碼求得。完成此三階段的同步即完成寬頻分碼多工擷取(WCDMA)的同步。

而在分碼多工擷取2000系統中，基地台與手機之間的同步是使用領航通道(Pilot Channels)，領航通道(Pilot Channels)使用長度32768個時間點(chips)的短虛擬亂碼，其可以分出512時間點，所有的基地台使用相同的短虛擬亂碼，不同的基地台使用不同的時間傳送，因此用對應濾波器找出短虛擬亂碼的起始值，及可使手機與基地台同步。

但是目前展頻通訊在解同步碼(de－correlation)，大多分開為主動相關器(match filter)與被動相關器(correlator)兩種電路。不同的系統因為使用的展頻碼不同，所以大多使用不同的電路來同步，若要跟隨時代潮流，在同一隻手機上使用兩種通訊系統，則相當不方便。

因此，本發明係在針對上述之困擾，提出一種使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其係可以將第三代行動通訊的同步功能做在一起，如此可以加速整個基頻晶片的上市時間。

本發明之主要目的，在於提供一種使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其係可將屬於第三代行動之寬頻分碼多工擷取 (WCDMA)以及分碼多工擷取2000(CDMA 2000)通訊的同步功能整合在一起，而且不會消耗過多的硬體，因此手機基頻晶片製造商可以直接使用本發明之硬體，不需要為不同的系統個別製造晶片，如此可以加速整個基頻晶片的上市時間。

本發明之另一目的，在於提供一種使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其係具有寬頻分碼多工擷取(WCDMA)以及分碼多工擷取2000(CDMA 2000)兩種通訊系統之同步功能，可降低製造成本，又能增加通訊的便利性。

為達上述目的，本發明提供一種使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，同步裝置位於通訊裝置內，而同步裝置包含一相關訊號產生器，用來產生一組係數碼，而一並列轉串列裝置從基地台接收一組輸入碼，並將輸入碼進行並列轉串列處理後輸出，另還有一相關器陣列，包含複數個相互連接的相關器，每一個相關器可從並列轉串列裝置接收輸入碼，且接收係數碼，將輸入碼與係數碼執行被動相關或主動相關之運算，以分別輸出一相關值供基地台接收，使通訊裝置與基地台之訊號同步。

茲為使 貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：

請參閱第2圖，本發明係為一同步裝置，並位於一通訊裝置內，本發明包含一相關訊號產生器12，用來產生一組係數碼，而一並列轉串列裝置10從基地台接收一組輸入碼，並將輸入碼進行並列轉串列處理後輸出，另還有一相關器陣列16，包含複數個相互連接的相關器，每一個相關器可從並列轉串列裝置10接收輸入碼，且接收係數碼，將輸入碼與係數碼執行被動相關或主動相關之運算，以分別輸出一相關值供基地台接收，使通訊裝置與基地 台之訊號同步。相關器陣列16之排列方式係為16X16之方形矩陣，而每一列共有十六個相關器串聯而成，相關器陣列16共有十六列，在第八列與第九列之相關器陣列16係經由一多工器18串聯在一起，多工器18可選擇是否將第一列至第八列之相關器陣列16，與第九列至第十六列之相關器陣列16結合在一起，這個選擇會在分碼多工擷取2000(CDMA 2000)系統中會用到。另外係數碼則會依據不同的同步狀態而輸出不同碼字，當基地台執行寬頻分碼多工擷取(WCDMA)之主要同步通道同步時，係數碼為配合主要同步通道同步之碼字，當基地台執行寬頻分碼多工擷取(WCDMA)之次要同步通道同步時，係數碼為配合次要同步通道同步之碼字，當基地台執行寬頻分碼多工擷取(WCDMA)之通用領航通道同步時，係數碼為擾亂碼，當基地台執行分碼多工擷取2000(CDMA2000)之同步時，係數碼為配合分碼多工擷取2000(CDMA2000)之同步之碼字。

相關器整合陣列14除了包含相關器陣列16與並列轉串列裝置10，每一列之相關器陣列16都對應一個多工器20，每一列中十六個相關器所輸出之相關值皆由一多工器20接收，多工器20可從接收資料中選擇其中之一輸出至多工器22或多工器24，多工器22用來接收在相關器陣列16中對應第一列至第八列所輸出的相關值，而多工器22可從接收資料中選擇其中之一輸出，多工器24則接收在相關器陣列16中對應第九列至第十六列所輸出的相關值，而多工器24可從接收資料中選擇其中之一輸出，串列轉並列裝置26用來接收從多工器22所輸出的資料，使其經過串列轉並列處理，以輸出第一相關實部資料與第一相關虛部資料，也就是分別為I通道資料與Q通道資料，而串列轉並列裝置28則接收從多工器24所輸出的資料，使其經過串列轉並列處理，以輸出第二相關實部資料與第二相關虛部資料，如上所述，亦分別為I 通道資料與Q通道資料，加法器30用來接收第一相關實部資料與第一相關虛部資料，並進行相加計算後，輸出第一相關整合資料，加法器32則接收第二相關實部資料與第二相關虛部資料，並進行相加計算後，輸出第二相關整合資料，多工器34用來接收第一相關實部資料、第二相關實部資料與第一相關整合資料，多工器34可從接收資料中選擇其中之一輸出，以供基地台接收，多工器36則接收第一相關虛部資料、第二相關虛部資料與第二相關整合資料，多工器36可從接收資料中選擇其中之一輸出，以供基地台接收。

輸入碼經過並列轉串列裝置10處理後同時傳送至256個相關器，而係數碼亦在此時傳送至此256個相關器，每一個相關器會對輸入碼及係數碼進行運算，並輸出一相關值，而相關器陣列16中之每一個相關器在經由十六個多工器20、多工器22與多工器24的選擇下，可選擇二個相關值輸出，接著多工器22、24輸出的資料先分別經過串列轉並列裝置26、28之串列轉並列處理，再分別經由兩個加法器30、32進行複數乘法時I通道與Q通道之資料相加動作，最後由多工器34、36選擇資料輸出是要哪一列，或是否要選擇相加後的資料輸出。

請同時參閱第2圖與第3圖，第3圖係為本發明之第二列到第八列，以及第十列到第十六列之相關器陣列電路示意圖，每一列由十六個相關器38串聯而成，每一個相關器38可接收輸入碼、係數碼與前一個相關器運算完之後的相關值，而每一列中十六個相關器38所輸出之相關值皆由一多工器20接收，多工器20可從接收資料中選擇其中之一輸出至多工器22或多工器24，相關器38串接起來就是一個對應濾波器，可執行被動相關運算。

請同時參閱第2圖與第4圖，第4圖係為本發明之第一列與第九列之相關器陣列電路示意圖，每一列由十六個相關器40串聯 而成，每一個相關器40可接收輸入碼、係數碼與前一個相關器運算完之後的相關值，每一列中十六個相關器40所輸出之相關值皆由一多工器20接收，多工器20可從接收資料中選擇其中之一輸出至多工器22或多工器24，第一列與第九列除了可以執行被動相關運算，還可執行主動相關運算，第一列與第九列之相關器陣列16中之各相關器40皆配置一暫存區42，當相關器40對輸入碼與係數碼執行主動相關運算時，該暫存區42可先將各相關器40所輸出之相關值暫存，再依控制訊號輸出至多工器44。

請參閱第5圖，係為本發明之相關器電路示意圖，相關器包含一互斥或閘44，用來接收輸入碼與係數碼，並加以計算之後，輸出第一控制碼，而一加減器48則接收係數碼與第一控制碼，一多工器46接收本身相關器所輸出之相關值，與前一個相關器所輸出之相關值，多工器46可從接收資料中選擇其中之一輸出至加減器48，加減器48將接收的資料加以計算之後，輸出第二控制碼，因為第二控制碼是一複數訊號，所以第二控制碼之實部的資料，也就是I通道之資料，係存放在暫存器50中，而其虛部的資料，也就是Q通道之資料，係存放在暫存器52中，暫存器52可接收存放於暫存器50的資料，以輸出一相關值，因為進入相關器的輸入碼資料有先經過並列轉串列裝置，所以在一個資料時脈中，正緣時是I通道的資料，負緣時是Q通道的資料，所以暫存器的時序是原來時序的兩倍快。

當輸入碼與係數碼進入相關器中時，加減器48若接收本身相關器所輸出之相關值，則相關器執行主動相關運算，加減器48若接收前一個相關器所輸出之相關值，則相關器執行被動相關運算。

以下介紹寬頻分碼多工擷取(WCDMA)通訊系統之同步過程，請同時參閱第2圖與第6圖，首先是主要同步通道同步，此階段的目的是找到時槽的邊界(Slot boundary)，主要同步碼以複 數的方式傳送。因此，本發明提出硬體架構包含有相關整合陣列14與相關訊號產生器12解主要同步碼，算相關值，非同調結合器54(Non－coherent combiner)將相關整合陣列14輸出之訊號值的功率放大並將實部及虛部相加，然後加起來送到累加器56，累加器56(Accmulator)是把一個時槽二千五百六十個時片，累積一個時框的長度，這樣有較高的可靠值作判斷，可降低錯誤率，最後將得到的二千五百六十個值，送到找尋最大值的最大值電路58(max)內，就可以開始搜尋時槽的邊界。由於主要同步碼只有在每一個時槽的前二百五十六時片才有傳送，因此，當找到最大值的時間，應該是在每一個時槽的第二百五十六個時片的時候，如此若加以反推二百五十六時片的時間，便可以找到時槽的邊界了。

請同時參閱第2圖與第7圖，接著是次要同步通道同步，此階段主要是要根據上一階段所得到的參考時間，搜尋時框的邊界以及該基地台的擾亂碼群組。次要同步碼是十六組長度二百五十六時片長度的複數碼群，本發明於此階段提出的搜尋電路架構，包含有相關整合陣列14與相關訊號產生器12可做主動相關解次要同步碼，非同調結合器54(Non－coherent combination)將相關整合陣列14輸出之訊號值進行非同調結合，然後送到搜尋最大值的最大值電路60(Hard－decision)找出該時槽所送的次要同步碼C_ssc,k 。計算完一個完整的時框後，即可得到十五個次要同步碼C_ssc,k 。這十五個碼，組成一個無逗式里德所羅門碼的碼字。利用無逗式里德所羅門碼解碼器62(CFRS decoder)，即可得到次要同步通道同步階段起動時的時槽編號及所屬的擾亂碼群組編號。由時槽編號反推，即可算出時框起始位置。由擾亂碼群組編號，就可以知道該基地台所送的擾亂碼屬於那一個群組，藉以將五百一十二組擾亂碼搜尋，縮小為八組擾亂碼搜尋。

請同時參閱第2圖與第8圖，接著是通用領航通道同步，此階段主要的工作是擾亂碼的搜尋。當完成上一階段同步得到擾亂碼的群組編號及時框的邊界，便可進行擾亂碼搜尋。寬頻分碼多工擷取(WCDMA)所使用的擾亂碼為長度三萬八千四百時片的複數擾亂碼，由於所需搜尋的擾亂碼個數已經從本來的五百一十二組，剩下八組，本發明設計了一個直接針對八種可能的擾亂碼搜尋硬體架構，包含有利用相關整合陣列14中的十六個相關器(八個算實部，八個算虛部)作為計算八組可能的擾亂碼與接受端訊號的相關值，八組可能的擾亂碼是由上一階段完成的資料送至相關係數產生器12(Coefficient Gen.)所產生，用來解出通用領航通道所送出之擾亂碼，並累積二百五十六個時片的長度，得到較高可靠之判斷值。相關係數產生器12內有八個擾亂碼產生器，用來產生該群組之八個擾亂碼。加法器64將相關整合陣列14輸出之訊號值進行相加，而一個投票比對電路66(Vote&Compare)，每累積二百五十六個時片長度，便可針對八個可能的擾亂碼進行投票。以及一個臨界值判斷電路68，用來判斷電路投票完一個時框的時間長度時，是否有任何一個擾亂碼判斷超過系統規定的臨界值，如果有，則宣告完成基地台搜尋的動作。

以下介紹分碼多工擷取2000(CDMA2000)通訊系統之同步過程，請同時參閱第2圖與第9圖，分碼多工擷取2000(CDMA2000)是作領航通道(pilot channel)的同步。由演算法與硬體的特性本發明決定使用二百五十六個相關器做運算，又因為分碼多工擷取2000(CDMA2000)使用的短虛擬雜訊碼(Short PN Code)為複數碼，故本發明把相關器陣列16分為兩部分，前一百二十八個相關器做I通道部分，後一百二十八個相關器做Q通道部分，先利用加法器70將相關整合陣列14輸出之訊號值進 行平方和相加，再利用波峰偵測器72判別峰值，即可推導出短虛擬雜訊碼(Short PN Code)的起始時間。

綜上所述，本發明不但可將屬於第三代行動之寬頻分碼多工擷取(WCDMA)以及分碼多工擷取2000(CDMA 2000)通訊的同步功能整合在一起，而且不會消耗過多的硬體，因此手機基頻晶片製造商可以直接使用本發明之硬體，不需要為不同的系統個別製造晶片，如此可以加速整個基頻晶片的上市時間，另外又能降低製造成本，是一種相當實用的發明。

以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所術之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧並列轉串列裝置

12‧‧‧相關訊號產生器

14‧‧‧相關整合陣列

16‧‧‧相關器陣列

18‧‧‧多工器

20‧‧‧多工器

22‧‧‧多工器

24‧‧‧多工器

26‧‧‧串列轉並列裝置

28‧‧‧串列轉並列裝置

30‧‧‧加法器

32‧‧‧加法器

34‧‧‧多工器

36‧‧‧多工器

38‧‧‧相關器

40‧‧‧相關器

42‧‧‧暫存區

44‧‧‧互斥或閘

46‧‧‧多工器

48‧‧‧加減器

50‧‧‧暫存器

52‧‧‧暫存器

54‧‧‧非同調結合器

56‧‧‧累加器

58‧‧‧最大值電路

60‧‧‧最大值電路

62‧‧‧無逗式里德所羅門解碼器

64‧‧‧加法器

66‧‧‧投票比對電路

68‧‧‧臨界值判斷電路

70‧‧‧加法器

72‧‧‧波峰偵測器

第1圖為先前技術於寬頻分碼多工擷取(WCDMA)系統中之同步通道的時框與時槽架構示意圖。

第2圖為本發明之裝置電路示意圖。

第3圖為本發明之第二列到第八列，以及第十列到第十六列之相關器陣列電路示意圖。

第4圖為本發明之第一列與第九列之相關器陣列電路示意圖。

第5圖為本發明之相關器電路示意圖。

第6圖為本發明於寬頻分碼多工擷取(WCDMA)系統中執行主要同步通道同步時的電路示意圖。

第7圖為本發明之於寬頻分碼多工擷取(WCDMA)系統中執行次要同步通道同步時的電路示意圖。

第8圖為本發明之於寬頻分碼多工擷取(WCDMA)系統中執行通用領航同步通道同步時的電路示意圖。

第9圖為本發明之於分碼多工擷取2000(CDMA2000)系統中執 行同步時的電路示意圖。

10‧‧‧並列轉串列裝置

12‧‧‧相關訊號產生器

14‧‧‧相關整合陣列

16‧‧‧相關器陣列

18‧‧‧多工器

20‧‧‧多工器

22‧‧‧多工器

24‧‧‧串列轉並列裝置

26‧‧‧串列轉並列裝置

28‧‧‧加法器

30‧‧‧加法器

32‧‧‧多工器

34‧‧‧多工器

Claims (14)

1. 一種使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，該同步裝置位於該通訊裝置內，而該同步裝置包含：一相關訊號產生器，其係產生一組係數碼；一並列轉串列裝置，其係從基地台接收一組輸入碼，並將該組輸入碼進行並列轉串列處理後輸出；以及一相關器陣列，其係包含複數個相互連接的相關器，該相關器陣列之排列方式係為16X16之方形矩陣，而每一列共有十六個該相關器串聯而成，該相關器陣列共有十六列，每一該相關器可從該並列轉串列裝置接收該組輸入碼，且接收該組係數碼，將該組輸入碼與該組係數碼執行被動相關或主動相關之運算，以分別輸出一相關值供該基地台接收，每一列中十六個該相關器所輸出之該相關值皆由一第一多工器接收，該第一多工器可從接收資料中選擇其中之一輸出，使該通訊裝置與該基地台之訊號同步。
2. 如申請專利範圍第1項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中第二列到第八列，以及第十列到第十六列之該相關器陣列可對該組輸入碼與該組係數碼執行該被動相關運算。
3. 如申請專利範圍第1項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中第一列與第九列之該相關器陣列中之各該相關器皆配置一暫存區，當對該組輸入碼與該組係數碼執行該主動相關運算時，該暫存區可先將各該相關器所輸出之該相關值暫存，再依控制訊號輸出至該第一多工器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中第一列與第九列之該相關器陣列可對該組輸入碼與該組係數碼執行被動相關運算。
5. 如申請專利範圍第1項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中該基地台執行寬頻分碼多工擷取(WCDMA)之主要同步通道同步時，該係數碼為配合該主要同步通道同步之碼字。
6. 如申請專利範圍第1項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中該基地台執行寬頻分碼多工擷取(WCDMA)之次要同步通道同步時，該係數碼為配合該次要同步通道同步之碼字。
7. 如申請專利範圍第1項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中該基地台執行寬頻分碼多工擷取(WCDMA)之通用領航通道同步時，該係數碼為擾亂碼。
8. 如申請專利範圍第1項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中該基地台執行分碼多工擷取2000(CDMA2000)之同步時，而該係數碼為配合該分碼多工擷取2000(CDMA2000)之同步之碼字。
9. 如申請專利範圍第1項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中該相關器包含：一互斥或閘，其係接收該組輸入碼與該組係數碼，並加以計算之後，輸出第一控制碼；一加減器，其係接收該組係數碼與該第一控制碼，且接收本身該相關器所輸出之該相關值，或前一個該相關器所輸出之該相關值，將接收的資料加以計算之後，輸出第二控制碼；第一暫存器，其係存放該第二控制碼之實部的資料；以及第二暫存器，其係存放該第二控制碼之虛部的資料，並可接收存放於該第二控制碼之實部的資料，以輸出該相關值。
10. 如申請專利範圍第9項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中當該加減器接收本身該相關器所輸出之該相關 值，則該相關器執行該主動相關運算。
11. 如申請專利範圍第9項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中當該加減器接收前一個該相關器所輸出之該相關值，則該相關器執行該被動相關運算。
12. 如申請專利範圍第9項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中該相關器更包含一多工器，其係接收本身該相關器所輸出之該相關值，與前一個該相關器所輸出之該相關值，可從接收資料中選擇其中之一輸出至該加減器。
13. 如申請專利範圍第1項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，其中第八列與第九列之該相關器陣列係經由一多工器串聯在一起，該多工器可選擇是否將第一列至第八列之該相關器陣列，與第九列至第十六列之該相關器陣列結合在一起。
14. 如申請專利範圍第1項所述之使通訊裝置與基地台訊號同步之同步裝置，更包含：第二多工器，其係接收在該相關器陣列中對應第一列至第八列之各該第一多工器所輸出的該相關值，而該第二多工器可從接收資料中選擇其中之一輸出；第三多工器，其係接收在該相關器陣列中對應第九列至第十六列之各該第一多工器所輸出的該相關值，而該第三多工器可從接收資料中選擇其中之一輸出；第一串列轉並列裝置，其係接收從該第二多工器所輸出的資料，使其經過串列轉並列處理，以輸出第一相關實部資料與第一相關虛部資料；第二串列轉並列裝置，其係接收從該第三多工器所輸出的資料，使其經過串列轉並列處理，以輸出第二相關實部資料與第二相關虛部資料；第一加法器，其係接收該第一相關實部資料與該第一相關虛部 資料，並加以計算後，輸出第一相關整合資料；第二加法器，其係接收該第二相關實部資料與該第二相關虛部資料，並加以計算後，輸出第二相關整合資料；第四多工器，其係接收該第一相關實部資料、該第二相關實部資料與該第一相關整合資料，該第四多工器可從接收資料中選擇其中之一輸出，以供該基地台接收；以及第五多工器，其係接收該第一相關虛部資料、該第二相關虛部資料與該第二相關整合資料，該第五多工器可從接收資料中選擇其中之一輸出，以供該基地台接收。